JP2010008149A - 検査領域設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多電極ＩＣ実装部内の半田および異物の検査領域を異物検査小領域で全面一括設定でき、特定の色情報を有する検査領域への検査領域設定を容易に設定することを可能とする検査領域設定方法を提供する。
【解決手段】全体の検査領域２０を設定し、異物を検査するため異物検査小領域２４を設定することにより、検査領域２０の全域を異物検査小領域２４で分割する。分割された領域からランド検査領域９を除去することによって異物検査領域を設定し、その異物検査領域に対して、特定部位の色情報を取得して、撮像された画像情報から特定部位の色情報と一致した領域の位置座標を取得する。検出された部位に対して再度特定部位検査領域を設定し、特定部位検査領域の周囲には異物検査小領域を再設定することにより、検査領域全体に領域設定を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子機器などに使用される基板の検査領域設定方法に係り、特に、１つのＩＣ（集積回路）に複数の電極を有した部品を実装する場合の実装部における検査領域の設定方法に関するものである。

電子部品実装においては、チップ型の抵抗やコンデンサなど、小型で安価な部品が表面実装されるが、電子機器の高性能化、小型化に伴い、基板サイズも小型化が求められ、更には、表面上の部品点数により、電源やグランドが表面上に配置不可能になることで、基板の多層化が進み各層間をスルーホールで結合している。

また、小型で高機能を求めるため、求められる電子機器専用のＩＣ、特にＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Scale Package）が開発され、専用ＩＣを１つ実装することにより機能と面積の効率化が図られている。

それらの実装工程は、図１９に示すように、半田印刷９０と、チップマウンタ９１と、多機能機９２と、リフロー炉９３により構成されるが、工程を経ていくごとに製品単価が上昇する。特に、多機能機９２における実装では部品単価も高価であり、実装による異常が発生した場合には、多機能機９２の前後での仕損金額は何十倍にもなる。

また、チップマウンタ９１でのプリント基板１へのチップ４のマウント後、ＩＣ実装部にチップがある場合には、ＩＣ５およびプリント基板１に共にダメージがあるため、ＩＣ実装前の基板品質保証が求められており、チップマウンタ９１と多機能機９２の間に半田印刷状態とＢＧＡやＣＳＰ部分へのチップ咬み込み防止のための異物検査が導入されることがある。

しかし、ＢＧＡやＣＳＰのような多電極部において基板のランド外の異物を検査するためには各ランド部以外の検査を行うことになる。通常、ランド部検査にはガーバーデータを用い、半田色の教示による色判定検査が用いられることがあるが、同様の工程で異物検査を行う際は、異物は不特定であるため、基板の色を教示して検査領域内で基板色情報が存在しない場合に、異物が存在すると判定している。

特許文献１には、多電極を有するＣＳＰにおける検査領域設定方法が開示されており、１つの検査領域を準備し、パッドの個数を入力することにより、ＣＳＰ実装面全域の検査領域を一括して設定する方法が記載されている。
特開平１１−３０７５９５号公報

近年、基板面積内への部品配置効率化のため、ＢＧＡ電極の配置も単なる等ピッチとなっておらず、図２０に示すように、基板７のランド６のピッチは等間隔部分Ａと不等間隔部分Ｂとが存在する。また、それによりＢＧＡ実装面にはパターンの他、図２１に示すように、スルーホール８などが配置されており、背景色として複数の色情報を設定する必要があり、さらには同一サイズの領域設定では、ランド検査領域や周囲の異物検査領域との重なりが発生することにより重複領域が発生してしまう。これらを考慮して作業者が最適な領域と背景色条件を設定する場合には膨大な時間を要する。

特許文献１に記載の方法では、等間隔部分に対する領域には対応可能であるが、図２０に示すように、不等間隔のランド６で構成されている多電極ＩＣに対しては、領域を設定することができなくなると同時にランド間の異物の検査ができない。

本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、多電極部品の実装部内における半田や異物検査領域を、複数種類の領域を有する検査領域への検査領域を容易に設定することを可能とする検査領域設定方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、検査領域全域を検査小領域に分割し、分割された前記検査小領域から特定部位を含む領域を除去し、前記特定部位の色情報とそれ以外の部位の色情報とに基づく閾値により、前記特定部位周辺の前記検査小領域を再設定する
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の検査領域設定方法において、前記検査小領域を設定する際に、検出対象の異物の大きさに基づいて前記検査小領域の設定を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の検査領域設定方法において、前記特定部位周辺の前記検査小領域の再設定において、重複して設定された検査小領域に対して、重複して設定された前記検査小領域を、その始終点座標に基づいて削除あるいは無効化あるいは縮小化を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３いずれか記載の検査領域設定方法において、前記検査小領域の再設定において、再設定された前記検査小領域が前記検査領域の半田検査領域および特定部位と重なった場合、再設定された前記検査小領域に対して、前記半田検査領域が配置されている方向に基づいて検査領域を縮小することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４いずれか記載の検査領域設定方法において、前記検査小領域が縮小された場合の閾値設定において、縮小比率に応じて検出割合閾値あるいは検出割合を導き出す基準面積値を変化させることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５いずれか記載の検査領域設定方法において、特定部位がスルーホールであることを特徴とする。

本発明によれば、ＢＧＡ実装部などの印刷および異物検査領域を短時間で容易に設定することが可能となり、また個別に設定が必要な色の背景条件も、全ての検査エリアにおいて容易に設定することができる。しかも、複雑に設定する必要のある微小な検査領域についても、動的再配置により検査領域個数と領域サイズの最適化を行うため、教示時間の短縮につながり、さらには検査領域の最適配置により検査時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明に係る検査領域設定方法を説明するための実施の形態１を図１〜図１８を参照して説明する。

図１は本実施の形態の基本構成を示すブロック図、図２は本実施の形態における検査領域設定に係るフローチャート、図３は本実施の形態におけるプリント基板上にＢＧＡを実装する基板面を図式化して示す説明図である。

図１において、１はプリント基板、２は半田、３はプリント基板１を撮像する撮像部、５はプリント基板１を照明する照明部、１０は撮像部３からの画像を記憶する画像記憶手段、１１は画像記憶手段１０の画像から色抽出を行う色抽出手段、１２は色抽出手段１１の結果より領域を設定する領域設定手段、１３は領域設定手段１３での設定等を基に特定の領域を検出する検出手段、１４はデータ入力手段、１５は演算処理部を示し、図３において、６はランド、７はプリント基板、８はスルーホール、２０は検査領域全体を示す。

図１〜図３において、検査領域設定に係る処理が開始されると、ステップＳ１において、データ入力手段１４より演算処理部１５にランド領域となるデータを読み込む。ここで用いられるデータは半田印刷を行う際のマスクの座標を示すガーバーデータであることが一般的である。次に、ステップＳ２において、読み込んだランド領域のデータより対象となるＢＧＡ実装部分を検査領域全体２０として設定する。

次に、ステップＳ３にて、図４に示すように異物を検出させる異物検査小領域２４を設定する。異物検査小領域２４のサイズについては、検出すべき対象異物のサイズより求める必要があり、これを求める例を図５，図６に示す。図５は異物３０を包含する異物検査小領域２３の検査領域幅３１と検査領域高さ３２を図式化している。

ここで異物３０は、円形と仮定し、検査領域幅３１をＷ、検査領域高さ３２をＨとし、Ｗ＝Ｈとする。この場合、異物３０の面積はＷ／２＊Ｗ／２＊πとなり、異物検査小領域２３の面積はＷ＊Ｗであるから、異物検査小領域２３に占める異物３０の割合は、（Ｗ／２＊Ｗ／２＊π）／Ｗ＊Ｗ＊１００［％］となる。仮に、Ｗ＝２とした場合、７８．５％となる。

よって、この場合、異物検査小領域２３に占める割合を（Ｗ／２＊Ｗ／２＊π）／Ｗ＊Ｗ＊１００［％］とすることにより検出可能となるが、図６に示すように、４箇所の異物検査小領域２３の中央に異物３０が存在した場合、各異物検査小領域２３において、この割合が最も低くなって、｛（Ｗ／２＊Ｗ／２＊π）／４｝／Ｗ＊Ｗ＊１００［％］となり、仮に、Ｗ＝２とした場合には、１９．６２５％となり、異物検査小領域２３の１／５にも満たない面積しか存在しなくなる。この場合は、異物形状が全て検出することができた例であり、実際の撮像においては色の濃淡変化などもあり、実際の安定した判定を行うことができなくなる。

そこで、異物検査小領域２４については、検出対象となる異物３０を包含する矩形形状の１／４の大きさ以下で設定し、検査領域全体２０に対して配置することにより、全ての異物検査小領域２４において、｛（Ｗ／２＊Ｗ／２＊π）／４｝／Ｗ／２＊Ｗ／２＊１００［％］の割合以上で検出が可能になる。

前記のようにしてステップＳ４において、検査領域全体２０に異物検査小領域２４を全面に設定する。

ステップＳ５では、検査領域全体２０（プリント基板１の全面）に設定された異物検査小領域２４に対し、ランド検査領域９と重なる部分の削除あるいは無効化あるいは縮小化を行う。ランド検査領域９の始終点範囲内に存在する異物検査小領域２４は削除あるいは無効化を行い、異物検査を行わないようにする。一部が始終点内に存在する場合についても同様に削除あるいは無効化してもよい。本来検出すべきサイズの面積で１／４以下、長さで１／２以下で設定しているため、仮にランド検査領域９に包含されていない場合であって異物検査小領域２４を削除あるいは無効化した場合であっても、隣接する異物検査小領域２４が存在しているため、異物を検出する上では影響を受けない。

ステップＳ６では図１に示すような構成において、実際に検査対象となるプリント基板１を照明部５で照射し、撮像部３で撮像して、画像情報を画像記憶手段１０に記憶させる。

ステップＳ７で画像記憶手段１０に記憶させた画像情報から、図７に示す半田の不塗りを検査するためのランド色情報と異物検出のための背景色となる基板色情報２０１の色情報取得を行う。また、このときに異物検査をする場合に背景色として基板全面に配置されている基板色と区別して設定するため、ランド色情報と基板色情報２０１と異なっているスルーホール８などの部分を特定箇所色情報２０２として取得する必要がある。

なぜなら、背景色としての基板色情報２０１以外に特定箇所色情報２０２を適宜設定しない場合は、図８のように一様な状態となってしまい、全く抽出できなくなるからである。

しかし、図７において、スルーホール８がある領域６３，領域６４，領域６５，領域６６には特定箇所色情報２０２、スルーホール８のない領域６７，領域６８，領域６９，領域７０に基板色情報２０１を設定すると、図９に示すように、抽出領域６０として抽出することが可能になる。

抽出領域６０は図９に示す斜線部であり、個々の異物検査小領域においては、検査領域幅６１をＸとし、検査領域高さ６２をＹとしＸ＝Ｙの矩形領域と仮定すると、抽出領域６０の面積はＸ＊Ｘ＊π／４となる。基板色情報２０１のみで抽出する場合は、矩形領域（図９の異物検査小領域全体）における割合が約２１％でしか抽出できなくなるが、特定箇所が存在する部分に特定箇所色情報２０２を設定し、それ以外の部分に基板色情報２０１を設定することで、抽出領域６０の周囲の異物検査小領域に絞り込むことができ、抽出領域６０の割合が約７８．５％で検出することが可能となる。

次に、ステップＳ８では、実際に検査対象となるプリント基板１を照明部５で照射し、撮像部３で撮像して、画像情報を画像記憶手段１０に記憶させるか、あるいはステップＳ６で取得し画像記憶手段１０に記憶されている画像情報を読み出す。

ステップＳ９にて、ステップＳ８で取得した画像情報を元に特定箇所色情報２０２の存在する部分の検出を行う。

その検出方法としては、異物検査小領域２４に対して、特定箇所色情報２０２と同じ色情報を有する面積を抽出し、一定の割合以上でスルーホール８が存在すると設定する。スルーホール８のサイズが異物検査小領域２４と同サイズであると仮定した場合、異物検査小領域２４の面積の１／６以上の異物を検出すると設定することにより、異物検査小領域２４とスルーホール８の位置関係によらずスルーホール８を検出することが可能となる。図１０に示すように、スルーホール８が異物検査小領域２４と同サイズであり、４領域にまたがって存在していたとしても、個々の異物検査小領域２４内部にスルーホール８が１９％程度は存在することになる。

ただし、通常は図１０に示すように、スルーホール３４の位置が異物検査小領域２４に対して等分された位置には存在し得ないため、異物検査小領域２４で検出する領域は領域３５，領域３６のようにスルーホール３４の全域を検出することできない。

そこで、ステップＳ１０においては、スルーホール８が存在する領域を基に、図１１に示すように、実際のスルーホール３４の重心を検出するための検査領域３７を設定する。この検査領域３７はステップＳ９にて検出した異物検査小領域２４の２倍の領域を設定することにより、スルーホール３４を包含することができる。

ステップＳ１１において、スルーホール３４の円形状を検出し、重心３８とスルーホール径３９を求める。

ステップＳ１２にて、図１２に示すように、ステップＳ１１にて求めた重心３８にスルーホール径３９でスルーホール部における異物検査小領域８０を設定する。このとき、異物検査小領域８０に対しては、背景色として特定箇所色情報２０２を設定しておくことが可能である。

ステップＳ１３にて、図１３に示すように、異物検査小領域８０を設定したことにより異物検査小領域８０と重複して設定されることになる非異物検査小領域８１に対して、同一領域での２重検査および背景色の異なる条件での検査を防ぐために、削除あるいは無効化設定を行う。

この状態ではスルーホール３４の周囲に未検査領域が存在してしまうため、ステップＳ１４において、図１４に示すように、異物検査小領域８２をスルーホール３４の周囲近傍に再配置する。

ここで、ステップＳ１５として異物検査小領域の最適化を行う。図１４の場合はスルーホール３４の周囲近傍と、ステップＳ４で設定した異物検査小領域２４で重複する部分は存在するが、それぞれが完全に包含する領域はないため、領域変更を行わずに異物検査を行う。重複チェックは、異物検査小領域２４の始点≦異物検査小領域８２の始点、異物検査小領域８２の終点≦異物検査小領域２４の終点、または、異物検査小領域８２の始点≦異物検査小領域２４の始点、異物検査小領域８２の終点≦異物検査小領域８２の終点、の条件となり、どちらか包含される側の領域を削除あるいは無効化する。完全同一領域の場合も同様であり、どちらかの領域を削除あるいは無効化する。

なお、図１７に示すように、重複異物検査小領域８６と重複異物検査小領域８７が存在した場合、図１８に示すように、双方で完全に重複している重複異物検査小領域８８に対して無効化あるいは削除を行うことにより、全域の異物検査小領域を損なわず検査領域を確保することが可能となる。

ステップＳ１６としては、図１５に示すように、別のスルーホールが近傍に存在する場合で、再配置した異物検査小領域８２がスルーホール８３と重なった場合は、スルーホールの相対位置関係により検査領域の縮小を行う。

図１５のようにスルーホール８４に対し、スルーホール８３が＋Ｙの方向にある場合は図１６に示すように、異物検査小領域８２のＹの幅を異物検査小領域８０のＹ下端座標と同一座標とする。

ただし、図１６の場合、スルーホール８４に対し、スルーホール８３は＋Ｘの方向でもあるので、この場合は、異物検査小領域８２のＹの幅を異物検査小領域８０のＸ右端座標と同一座標としてもよい。

ステップＳ１７として、異物検査小領域を再配置した際には、周囲にランドが存在する場合があり、この場合も図１５，図１６に示したスルーホールに重なった場合と同様に異物検査小領域の縮小化を行うことにより検査領域を最適化する。

異物の検査として、異物検査小領域を設定し、その内部に背景色を設定し、背景色と異なる色部分を抽出し、その抽出された値の異物検査小領域に対する割合で異物の存在を検出する。しかしながら、ステップＳ１６，ステップＳ１７のように、異物検査小領域を縮小化した場合は、基準となる異物検査小領域の面積が変わってしまい、異物が存在した場合の比率が変わるため、検出感度が変化してしまう。検査領域全てに対して個別に割合の閾値及び基準面積値を設定することでも対応はできるが、図４に示すように、膨大な検出領域となった場合は、個別で設定を行うとデータの管理が煩雑になる。

このような場合に対しては、縮小比率に応じて、検出割合閾値あるいは検出割合を導き出す基準面積値を変化させる。

例えば、異物検出小領域の幅をＸとし、高さをＹとして、異物検出小領域内の検出閾値を基準面積の５０％と設定する。この場合、異物が１／２＊Ｘ＊Ｙの面積以上存在すると、異物有と検出することが可能であるが、異物検出小領域が重複しているため、高さが３／４になったとした場合、基準面積はＸ＊３／４＊Ｙとなる。

そこで、縮小割合３／４に応じて、一つの領域は検出割合を可変させる。

基準面積値はＸ＊Ｙのままとし、その領域の検出割合を５０％＊３／４＝３／８とする。この場合、他の異物検出小領域と同一基準として検査が可能である。

他の領域は、基準面積値を縮小したサイズとし、検出割合はそのままで検査を行う。

この場合は、検出割合は、他の領域検査割合と同一であるため、検出感度を変更する場合に一律に変更が可能となる。

この方法としては、どちらを選択することでも異物の検出感度は維持されたままとなる。

本発明は、多電極を有する電子部品の実装工程において、多電極ＩＣの被実装部の不均等な検査領域の設定を短時間で設定できるものであり、多品種少量生産の工程や新機種導入時の早期検証において有用である。

本発明の実施の形態１に係る検査領域設定方法の実施の形態の基本構成を示すブロック図 実施の形態１における検査領域設定に係るフローチャート 実施の形態１におけるプリント基板上にＢＧＡを実装する基板面を図式化して示す説明図 実施の形態１において検査領域に対し異物検査小領域を設定した場合の説明図 実施の形態１における異物検査小領域の説明図 実施の形態１における実施形態の異物検査小領域のサイズに関する説明図 実施の形態１におけるスルーホールと異物の色による検出方法を示す説明図 実施の形態１において図７に示す方法で検査した場合の説明図 実施の形態１において異物を抽出した場合の説明図 実施の形態１におけるスルーホールとスルーホールを検出した異物検査小領域の説明図 実施の形態１におけるスルーホールとスルーホール用検査領域の説明図 実施の形態１において図１１にて抽出されたスルーホール形状から求められたスルーホール用異物検査小領域の説明図 実施の形態１においてスルーホールと重複して削除された異物検査小領域の説明図 実施の形態１においてスルーホール周囲近傍に異物検査小領域を設定した場合の説明図 実施の形態１における重複した異物検査小領域の説明図 実施の形態１において異物検査小領域を縮小化した場合の説明図 実施の形態１における複数の重複異物検査小領域の説明図 実施の形態１における重複異物検査小領域より実際に無効化あるいは削除を行う領域の説明図 従来のＢＧＡ実装工程の構成を示す説明図 従来例のプリント基板とランドの配置についての説明図 従来例のプリント基板とランドとスルーホールの配置についての説明図

符号の説明

１ プリント基板
２ 半田
３ 撮像部
６ ランド
５ 照明部
７ プリント基板
８，８３，８４ スルーホール
９ ランド検査領域
１０ 画像記憶手段
１１ 色抽出手段
１２ 領域設定手段
１３ 検出手段
１４ データ入力手段
１５ 演算処理部
２０ 検査領域全体
２３，２４，８０，８２ 異物検査小領域
３０ 異物
３１，６１ 検査領域幅
３２，６２ 検査領域高さ
３３ 異物
３４ スルーホール
３５，３６ 領域
３７ 検査領域
３８ 重心
３９ スルーホール径
６０ 抽出領域
６３〜７０ 領域
８６〜８８ 重複異物検査小領域
２０１ 基板色情報
２０２ 特定箇所色情報

Claims (6)

1. 検査領域全域を検査小領域に分割し、
   分割された前記検査小領域から特定部位を含む領域を除去し、
   前記特定部位の色情報とそれ以外の部位の色情報とに基づく閾値により、前記特定部位周辺の前記検査小領域を再設定することを特徴とする検査領域設定方法。
2. 前記検査小領域を設定する際に、検出対象の異物の大きさに基づいて前記検査小領域の設定を行うことを特徴とする請求項１記載の検査領域設定方法。
3. 前記特定部位周辺の前記検査小領域の再設定において、重複して設定された検査小領域に対して、重複して設定された前記検査小領域を、その始終点座標に基づいて削除あるいは無効化あるいは縮小化を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の検査領域設定方法。
4. 前記検査小領域の再設定において、再設定された前記検査小領域が前記検査領域の半田検査領域および特定部位と重なった場合、再設定された前記検査小領域に対して、前記半田検査領域が配置されている方向に基づいて検査領域を縮小することを特徴とする請求項１から３いずれか記載の検査領域設定方法。
5. 前記検査小領域が縮小された場合の閾値設定において、縮小比率に応じて検出割合閾値あるいは検出割合を導き出す基準面積値を変化させることを特徴とする請求項１から４いずれか記載の検査領域設定方法。
6. 前記特定部位がスルーホールであることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の検査領域設定方法。

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