JPH0786468B2

JPH0786468B2 - プリント基板のパターン検査方法

Info

Publication number: JPH0786468B2
Application number: JP2315503A
Authority: JP
Inventors: 浩之大西
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH04184244A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、プリント基板のパターン検査方法、特に配
線パターンのランドとラインとのネック切れを検出する
方法に関する。

〔従来の技術〕

電子部品の小形軽量化、高性能化に伴なって、プリント
基板回路のパターンも微細化，高密度化が進んでおり、
パターンの細線化，スルーホールの小径化が要求されて
いる。特に、多層基板の導通用スルーホールとしては、
過去の0.8mm径から、さらに小径化された0.5mm〜0.1mm
径のミニバイアホールと呼ばれるスルーホールが、現在
用いられている。

スルーホールの小径化に伴い、スルーホールのメッキ技
術、ドリル加工、信頼性検査などの各方面において新し
い技術が望まれる。

一般に、ドリル加工は、フォトエッチングプロセスに比
べて精度が悪く、スルーホールがパターンからずれるこ
とが多い。0.8mm径程度のスルーホールにおいては、そ
の周囲に充分大きなランドが設けられており、スルーホ
ールの多少の位置ずれが起きても、基板の電気的信頼性
への影響は軽微であった。

しかし、スルーホールの小軽化が進むと、ランドも小さ
くなり、ドリル加工において、ランド内に確実にスルー
ホール用の穴を設ける精度が保証されなくなってきた。
そのため、穴の位置ずれによるプリント基板の電気的信
頼性の低下が問題となり、スルーホールの穴の位置ずれ
検査の重要性が増大する。

穴の位置ずれ検査においては、電気式検査および外観検
査の両面からのアプローチが必要となる。外観検査にお
いては、メッキのクラックからの漏洩光を検出する方式
の検査機が知られているが、基板の高多層化が進むにつ
れて、様々な課題が指摘されている。また、スルーホー
ルとパターンとの相対的な位置ずれによって生じるパタ
ーン切れの検査に対しては、適用できない。

第18A図，第18B図は、ランドＲとスルーホールＨとの相
対的位置関係を示す図である。第18A図において、ラン
ドＲの中心にスルーホールＨの中心Ｏが一致しており、
良好なパターンとなっている。第18B図においては、ラ
ンドＲの中心とスルーホールＨの中心Ｏがずれており、
スルーホールＨの一部が、ランドＲの外側に突出してい
る。この突出部分の大きさは開口角θによって求められ
る。開口角θが所定の基準より大きい時には、そのパタ
ーン切れは不良と判定される。

以上のように、開口角θを求めることによって、パター
ン切れの良否を判定することができ、判定の自動化を意
図した技術も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし開口角θを測定した良否判断では、第19図に示す
ようにランドＲとラインＬとが切れたいわゆる「ネック
切れ」の判定が困難であるという問題点があった。例え
ば本出願人による特願平１−82117号に開示されている
開口角θの測定方法は、スルーホールＨの輪郭を拡大し
て拡大輪郭RPを求め、これとランドＲとの重なり具合を
観察し、重なっていない部分の角度の開口角θ（＝θ_１
＋θ_２）を測定していた。しかしこれでは、良否判断は
行えてもネック切れか否かの判断をなし得ず、配線パタ
ーンの製造工程管理上ネック切れか否かの判断を得るこ
とが望まれていた。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、配線パ
ターンのネック切れを自動的に判定するプリント基板の
検査方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、プリント基板を光電走査して、画素ごとに
読取った画像データに基づいて、プリント基板上の配線
パターンとスルーホールとの間の相対的位置関係を判定
する、プリント基板のパターン検査方法であって、読み
取った画像データに基づいて、配線パターンを示すパタ
ーンイメージと、スルーホールを示すホールイメージと
を求め、パターンイメージに細線化処理を施して細線化
パターンイメージを求め、ホールイメージを含むウィン
ドウを設定し、ウィンドウ内において細線化パターンイ
メージの端点の個数を求め、この端点の個数から配線パ
ターンのネック切れを検出するものである。

〔作用〕

この発明において細線化されたパターンイメージは元の
配線パターンの「切れ」を端点として呈示し、ホールイ
メージを含んで設定されたウィンドウ内での端点の個数
はネック切れか否かについの情報を含んでおり、これを
数えることでネック切れが生じているか否かを判断す
る。

〔実施例〕

A.全体構成と概略動作第2A図は、この発明の一実施例を適用するパターン検査
装置の全体構成を示すブロック図である。

ステージ10上には、検査対象となるプリント基板11が配
置される。プリント基板11は、ライン方向Ｘごとに、そ
のイメージを読取装置20によって読みとられながら、搬
送方向Ｙに送られる。読取装置20は、数千素子を有する
CCD複数個をライン方向Ｘに直列配列したものであり、
画素ごとにプリント基板11のパターンを読み取る。読み
取られた画像データは、２値化回路21a,21bに送られ
る。２値化回路21aは、後述するホールイメージ原信号H
IS₀を生成し、２値化回路21bは後述するパターンイメー
ジ原信号PIS₀を生成する。信号HIS₀,PIS₀は共に、パタ
ーン検査回路30に入力される。

パターン検査回路30は、後述する機能を有し、配線パタ
ーン（ランドを含む）や、これとスルーホールとの相対
的位置関係を検査し、その結果を中央演算装置（MPU）5
0に与える。

MPU50は、制御糸51を介して、装置全体を制御する。制
御系51は、パターン検査回路30において得られたデータ
のアドレスを特定するためのＸ−Ｙアドレスなどを生成
する。また、このＸ−Ｙアドレスをステージ駆動系52に
も与えて、ステージ10の搬送機構を制御する。

CRT60は、MPU50からの指令を受けて、各種の演算結果、
例えばホールイメージなどを表示する。キーボード70
は、MPU50に対して種々の命令を入力するために用いら
れる。

オプション部80には、欠陥確認装置81,欠陥品除去装置8
2および欠陥位置マーキング装置83などが配置される。
欠陥確認装置81は、検出された欠陥を、例えばCRT60上
に拡大して表示するための装置である。また、欠陥品除
去装置82は、欠陥を有するプリント基板11を検出した
ら、そのプリント基板11を不良品用トレーなどに搬送す
るための装置である。また、欠陥位置マーキング装置83
は、プリント基板11上の欠陥部分に直接、または、その
部分に該当するシート上の点にマーキングを行うための
装置である。これらの装置は必要に応じて取り付けられ
る。

B.読取り光学系第3A図は、第2A図に示すステージ10,プリント基板11お
よび読取装置20などによって構成される読取り光学系の
一例を示す図である。

第3A図において、光源22からの高は、ハーフミラー23で
反射されてステージ10上のプリント基板11上に照射され
る。プリント基板11上には、下地となるベースB,配線パ
ターンL,スルーホールＨおよびそのまわりのランドＲが
存在する。プリント基板11からの反射光はハーフミラー
23を通過し、さらにレンズ25を介して、読取装置20内に
設けられたCCD24に入射される。CCD24は、搬送方向Ｙに
送られるプリント基板11上のベースB,配線パターンL,ス
ルーホールH,ランドＲなどからの反射光を線順次に読取
っていく。

第４図は第3A図のＡ−Ａ′線において読み取られた信号
波形を示すグラフと、この信号波形を合成して得られる
パターンの一例を示す図である。

第４図の信号波形に示すように、ベースＢにおいては反
射光は比較的少く、閾値TH1,TH2（TH1＜TH2）の間のレ
ベルの信号が生成される。ランドＲは、銅などの金属に
よって形成されているので、この部分での反射光は多
く、閾値TH2以上のレベルの信号が生成される。なお、
配線パターンＬにおいても、同じレベルの信号が生成さ
れる。また、スルーホールＨにおいては、反射光はほと
んど無く、閾値TH1以上のレベルの信号が生成される。
さらに、通常スルーホールＨとランドＲとの間には、穴
あけ時に形成されるエッジ（開口縁部）Ｅが存在する。
この部分にはガタつきや傾斜が存在し、この部分での反
射光レベルは、特に一定の値を取らないが、ほぼ閾値TH
1と閾値TH2との間にある。

読取装置20からの信号は、第2A図の２値化回路21a,21b
において、例えば閾値TH1,TH2をそれぞれ用いて２値化
される。２値化回路21aは、スルーホールＨを示すホー
ルイメージHIを生成し、２値化回路21bはランドＲおよ
び配線パターンＰを示すパターンイメージPIを生成す
る。この２つのイメージHI,PIが、後述する処理に必要
な信号として用いられる。

第3B図は、読取光学系の他の例を示す図である。光源22
aからの光は、第3A図に示す例と同様に、反射光として
ハーフミラー23およびレンズ25を介して読取装置20内の
CCD24上に照射される。この例においては、さらにステ
ージ10の裏側に光源22bが備えられており、スルーホー
ルＨを通過した光もCCD24上に照射される。従って、ス
ルーホールＨにおいて、信号レベルが最も高く、ランド
R,配線パターンＬにおいて、信号レベルが中程度、ベー
スＢおよびエッジＥにおいて信号レベルが比較的低くな
る。

さらに、他の例として、CCD24を２列以上用意し、光源2
2aによって、ランドＲおよび配線パターンＬを検出し、
光源22bによってスルーホールＨのみを検出し、それら
のデータを別々に後段の２値化回路に出力するように構
成してもよい。

C.パターン検査回路第2B図は、第2A図に示すパターン検査回路30の内部構成
を示すブロック図である。

第2A図の２値化回路21a,21bで生成されたホールイメー
ジ原信号HIS₀,パターンイメージ原信号PIS₀は、インタ
ーフェース31を介してノイズフィルタ32a,32bにそれぞ
れ与えられる。ノイズフィルタ32a,32bは平滑化処理な
どを行って、ノイズを除去し、ホールイメージ信号HIS,
パターンイメージ信号PISをそれぞれ生成する。

ホールイメージ信号HISとパターンイメージ信号PISはど
ちらも、比較検査回路33,DRC（Design Rule Check）回
路34,スルーホール検査回路35のすべてに与えられる。

比較検査回路33は、ホールイメージ信号HIS及びパター
ンイメージ信号PISと、あらかじめ準備された基準プリ
ント基盤について得られたイメージ信号とを比較照合
し、それらが相互に異なる部分を欠陥として特定する回
路である。基準プリント基板としては、検査対象となる
プリント基板11と同一種類で、かつあらかじめ良品であ
ると判定されたプリント基板が用いられる。この方法
（比較法）はたとえば本出願人による特開昭60−263807
号公報に開示されている。

DRC回路34はプリント基板11上のパターンＰの特徴、例
えば線幅やパターン角度、連続性などを抽出し、それら
が設計上の値から逸脱しているかどうかを判定すること
によってプリント基板11の良否検査を行う回路である。
このDRC法については、たとえば特開昭57−149905号公
報に開示されている。

D.スルーホール検査回路（Ｄ−１）．概要スルーホール検査回路の各部の詳細な構造・動作の説明
をする前に、その概要について以下に述べる。

第1A図は、第2B図に示すスルーホール検査回路35の内部
構成を示すブロック図であり、第1B図は第1A図に示され
た構成で行われるプリント基板のパターン検査方法の流
れを示すフローチャートである。

第1A図の中心判定及び径測定回路36はホールイメージHI
の中心位置に関する情報CP（以下「中心CP」）と径に関
する情報、例えば直径Ｄを出力する回路であり、第1B図
のステップS11に対応する。

中心CPは座標（X,Y）の値であってもよいし、あるいは
位置情報行列［X,Y］の中でビットを立てる形式であっ
てもよい。いずれにしても、後述する様に本発明におい
ては中心CPを必ずしも正確に求める必要なない。

上記回路36の構成としては、例えば十字オペレータを構
成するものが挙げられる。第５図において、ホールイメ
ージ信号HISから得られるホールイメージHIに対して十
字型の空間オペレータ（十字オペレータ）OPを作用さ
せ、オペレータOPの４つの腕とホールイメージHIとが重
なる部分の長さd₁〜d₄を比較することにより、ホールイ
メージHIの中心とその径についての情報を得ることがで
きる。かかる空間オペレータの手法については例えば本
出願人による特願平２−191343号の出願において開示さ
れている。あるいは後述する膨張処理を用いてホールイ
メージHIの背景を膨張させ、等価的にホールイメージHI
を縮小させていって中心CPを求め、要した縮小段数から
直径Ｄを求めてもよい。

このようにして求められたホールイメージHIの中心CPと
直径Ｄはウィンドウ設定回路38に入力される。この回路
においては中心CPからネック切れ判定に必要な大きさ、
例えば寸法が4D×4DのウィンドウＷを設定する。具体的
には例えばCP＝（x_C,y_C）として、 W₁＝（x_C＋2D,y_C＋2D） W₂＝（x_C＋2D,y_C−2D） W₃＝（x_C−2D,y_C−2D） W₄＝（x_C−2D,y_C−2D）の４点で規定される矩形状領域をもってウィンドウＷと
する。この処理は第1B図ではステップS12に対応する。

ホールイメージ信号HISはラベリング処理回路37にも入
力される。ここでホールイメージ信号HISから生成され
る各ホールイメージHIに異なるラベルLABが付され、そ
れぞれが互いに識別される。この処理は第1B図のステッ
プS13に対応する。

一方、パターンイメージ信号PISは細線化回路39に入力
され、細線化信号PILとなる。これは第1B図のステップS
14に対応する。細線化については公知の手法、例えば第
６図に示す３×３マスクを用いることができる。即ち画
像データの注目する画素の３×３近傍が同図（ａ）のパ
ターンに一致したら、その画素を１から０へ置き換える
ことが左から右へ一画素細くすることができる（同図
（ｂ））。これと同様の処理を上下左右４方向からすべ
ての画素について行えばよい。また例えば本出願人によ
る特開平２−14383号公報に開示されたようなベクトル
化を伴う細線化を行ってもよい。

第1A図に戻って、ウィンドウＷ及び細線化信号PILは、
端点抽出回路41に入力される。ここではステップS15の
処理、即ち端点Ｑの個数Ｎを求める。ネック切れの判定
は、ランドＲ（スルーホールＨ）の近傍を検査すれば充
分であるので、ウィンドウＷ内で端点の個数Ｎを数れば
足りる。

端点抽出には公知の手法、例えば第７図に示す３×３マ
スクを用いることができる。即ち、細線化された画像デ
ータの注目する画素の３×３近傍が同図の８種のパター
ンのいずれかに一致したら、その画素を端点Ｑと認識す
ることとする。

このようにして求められた端点の個数Ｎは、ラベリング
処理S12や端点抽出処理S15での遅延が位相調整回路40に
よって補正されたラベルLABをアドレスとして端点個数
メモリ42に記憶される。第1B図ではステップS16が対応
する。

一方、座標メモリ43には中心CPがレベルLABをアドレス
として記憶されるので、例えばプリント基板11の全部の
ホールＨについてその端点Ｑの個数Ｎを数えた後で、あ
る位置にあるホールＨと個数ＮとをラベルLABを介して
関連づけることができる。ネック切れ判定回路44ではこ
のようにして関連づけられた個数Ｎをその値によってネ
ック切れか否かを判断し（ステップS17）、ネック切れ
と判断されたホールＨの座標は欠陥座標メモリ45に記憶
される（ステップS18）。具体的な判別方法については
後述する。

以上のようにして、スルーホール検査回路35では配線パ
ターンのネック切れを検出し、欠陥か否かを判定する。

次にネック切れの検出の具体的な例について説明する。

（Ｄ−２）．ラベリング処理第８図にラベリング処理の概要を、第９図にラベリング
処理回路37のブロック図を、第10図に同回路37のフロー
チャートをそれぞれ示す。ホールイメージ信号HISによ
り生成されるホールイメージHIは膨張回路37aに入力さ
れ、膨張したホールイメージHFが求まる（ステップS2
1）。この膨張処理については公知の手法、例えば第11
図に示す様に画像データの注目する画素が１の時、その
３×３近傍の画素を全て１とするなどすればよい。

次に膨張したホールイメージHFをラベル付け回路37bに
入力し、ラベルLABを付ける（ステップS22）。このラベ
ル付けに前記膨張処理は必ずしも必要ではないが、ある
程度の大きさまで膨張させた方が処理上容易となって望
ましい。ラベル付けには公知の手法、例えば第12図に示
すように、膨脹した各ホールイメージHFに固有の番号が
割当てられ、かつ背景をもラベル番号０として含むラベ
ルL_i（非負整数）を考え、画像データの注目する画素の
３×３近傍のラベルのうち、正の最も小さいラベルをそ
の画素のラベルとして付けなおし、ラベルの値が収束す
るまでくりかえす等すればよい。

なお第８図はラベルLABとの対応のため、ウィンドウＷ
の様子をも示した。

（Ｄ−３）．端点抽出回路第13図に端点抽出回路41の構成のブロック図を、第14図
に同回路41のフローチャートをそれぞれ示す。端点判別
回路41aにおいては（Ｄ−１）で説明したように、例え
ば第６図に示す３×３マスクを用いて細線化処理された
パターンPLのウィンドウＷ内での端点Q₁,Q₂,…を第７図
に示す３×３マスクを用いて求める（ステップS31）。
端点個数カウント回路41bにおいては端点Q₁,Q₂,…の個
数Ｎを求める（ステップS32）。

第15A図及び第15B図に端点抽出の様子を示す。いずれの
図においても上段は実際の配線パターンＰとスルーホー
ルＨの関係を、下段は細線化処理されたパターンPL及び
端点Q₁,Q₂,…（図中▲で示した）をそれぞれ示してお
り、Ｎの値はその上に示したパターンの端点の個数を表
わしている。

（Ｄ−４）．ネック切れ判定回路第16図にネック切れ判定回路44の構成のブロック図を、
第17図に同回路44のフローチャートをそれぞれ示す。比
較回路44aは端点の個数Ｎを入力し、ある基準値と比較
することでネック切れか否かを判断するもので、ステッ
プS41およびS42に対応する。また出力回路44bは上記判
断に応じてOK/Errorを出力する回路であり、ステップS4
3及びS44が対応する。

第15A図はネック切れがない場合を、第15B図はネック切
れがある場合を示す。第15A図からわかる様に、配線パ
ターンＰが正常であって、しかもスルーホールＨがほぼ
正しく配線パターンＰに合っている場合にはＮ＝０とな
り、スルーホールＨがネックから離れて位置ずれを起こ
した場合にはＮ＝２となる。更にスルーホールＨの位置
ずれ以外の要因によってネック切れでないパターン切れ
が生じた場合には、必ず偶数個の端点の生成を伴うの
で、原則としてＮが奇数でなければ、ネック切れが生じ
ていないと判定できる（ステップS41）。またＮ＝１の
場合にもネック切れは生じていないのでOKを出力する
（ステップS42,S44）。

ネック切れが生じる場合は例えば第15B図のＮ＝３の場
合の様に、ネック付近をスルーホールＨが覆う場合であ
り、更にスルーホールＨの位置ずれ以外の要因によって
パターン切れが生じた場合には必ず偶数個の端点の生成
を伴うので、原則としてＮが３以上の奇数であればネッ
ク切れが生じているとみなすことができる。但し同図中
のＮ＝４の場合の様に、理論的にはＮが偶数であってか
つネック切れが生じている場合も考えられるが、経験上
このような場合は殆ど無く、考慮する必要はない。従っ
てＮが３以上の奇数であればErrorを出力する（ステッ
プS43）。

E.変形例（１）ウィンドウＷとしては、上記の矩形状領域に限
らず例えば円形上領域でもよく、また、この円形上領域
として、膨脹処理したホールイメージWFを利用してもよ
い。

（２）上記ネック切れ判定基準は任意に設定すること
もできる。

（３）スルーホール検査全体としては、上記のネック
切れ検査の他に、上述の本出願人による特願平１−8211
7号の開口角θにもとづく検査を使用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明のプリント基板の検査方
法は、プリント基板の配線パターンを読みとり、このパ
ターンイメージを細線化し、スルーホール近傍に設定し
たウィンドウ内で細線化されたパターンイメージの端点
を数え、ネック切れか否かを判断するので、ホールイメ
ージにおける円の中心判定も厳密に行う必要がなく、比
較的簡単な手段で配線パターンのネック切れを自動的に
判定することができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第1B図はこの発明の一実施例を示すフローチャート、第2A図はこの発明を適用する装置の構成を示すブロック
図、第2B図はこの発明を適用する回路の構成を示すブロック
図、第3A図乃至第3B図は光電走査による読取を示す概念図、第４図は第3A図によって読み取られた信号波形及びそれ
を合成して得られるパターンを示す図、第５図は十字オペレータの概念を示す図、第６図は細線化の一例を示す図、第７図は端点検出の一例を示す図、第８図はラベル付けの一例を示す図、第９図はラベリング処理回路の構成を示すブロック図、第10図はラベリング処理回路の流れを示すフローチャー
ト、第11図は膨張処理の一例を示す図、第12図はラベリングの一例を示す図、第13図は端点抽出回路の構成を示すブロック図、第14図は端点抽出回路の流れを示すフローチャート、第15A図はネック切れを生じていない配線パターンの細
線化を示す図、第15B図はネック切れを生じた配線パターンの細線化を
示す図、第16図はネック切れ判定回路の構成を示すブロック図、第17図はネック切れ判定回路の流れを示すフローチャー
ト、第18A図〜第18B図及び第19図は従来の技術の問題点を示
す図である。 11……プリント基板、 38……ウィンドウ設定回路、 39……細線化回路、41……端点抽出回路、 44……ネック切れ判定回路、Ｐ……配線パターン、PI……パターンイメージ、Ｈ……スルーホール、HI……ホールイメージ、 PL……細線化処理されたパターン、 W:ウィンドウ、 Q₁〜Q₄……端点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板を光電走査して、画素ごとに
読取った画像データに基づいて、前記プリント基板上の
配線パターンとスルーホールとの間の相対的位置関係を
判定する、プリント基板のパターン検査方法であって、（ａ）前記画像データに基づいて、前記配線パターン
を示すパターンイメージと、前記スルーホールを示すホ
ールイメージと、を求める工程と、（ｂ）前記パターンイメージに細線化処理を施して、
細線化パターンイメージを求める工程と、（ｃ）前記ホールイメージを含むウィンドウを設定す
る工程と、（ｄ）前記ウィンドウ内において前記細線パターンイ
メージの端点の個数を求める工程と、（ｅ）前記端点の個数から前記配線パターンのネック
切れを検出する工程と、を含むプリント基板のパターン
検査方法。