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JP4877100B2 - 実装基板の検査装置および検査方法 - Google Patents

実装基板の検査装置および検査方法 Download PDF

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Description

本発明は,はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査装置および検査方法に関する。さらに詳細には,はんだフィレットの高さを高精度に測定する実装基板の検査装置および検査方法に関するものである。
従来から,半導体チップなどの電子部品をはんだによって基板に接合した後に,そのはんだ付け状態の良否をはんだフィレットの外観によって判定する実装状態検査が行われている。一般的な検査手順としては,はんだフィレットに対してレーザ光を当て,CCDカメラによってはんだフィレットを撮像し,その画像データからはんだフィレットの外観形状を測定してはんだ付け状態の良否を判定している。
具体的に,はんだ付け状態の検査を実現する検査装置としては,例えば特許文献1に一般的なレーザ変位計の原理を利用した実装基板検査装置が開示されている。この実装基板検査装置では,複数のシート状のレーザ光(ラインレーザ)を,被検体である電子部品およびはんだフィレットに跨るように照射し,はんだフィレット上に映るラインレーザの線(形状線)を複数台のCCDで撮像し,その形状線と基板上に映るラインレーザの線(基準線)とを基に三角測量法によって電子部品の高さを測定する。
また,例えば特許文献2に開示された検査装置では,2種類のラインレーザを別角度で照射し,被検体から反射される散乱光と正反射光とを2台のCCDで受光し,その受光データを基に被検体であるウェハのバンプの高さを測定する。詳細には,平面鏡面(ウェハ)の位置を測定するための一対の測定系(光源とカメラとの組合せ)と,非平面(バンプ)の位置を測定するための一対の測定系(光源とカメラとの組合せ)との,異なる2系統の測定系を備え,バンプの位置とウェハの位置とを基にバンプ頂点の高さを測定する。
また,例えば特許文献3に開示された外観状態検査装置は,照射角度が異なる環状の多段の照明装置が配置され,各照明装置の色が異なっている。そして,照明の明かりに照らされた被検体をカメラで撮像し,その画像を基に被検体であるはんだフィレットの角度情報を得る。そして,その角度情報を基に被検体の形状を推定する。
特開2002−107311号公報 特開2000−195886号公報 特開平6−201338号公報
しかしながら,前記した従来の実装基板の検査装置には,次のような問題があった。すなわち,はんだフィレットの表面は概ね鏡面であり,殆どの入射光が正反射する。そのため,照射部位の傾斜によっては,反射光がCCDに入らない。つまり,図20に示すような,一対の測定系(レーザ光源8とカメラ11との組合せ)では,はんだフィレット5全面のうち,レーザ光源8の正反射光がカメラ11に入る傾斜となる部分しか測定できない。特にはんだ付け状態の良否判定では,はんだフィレット5の高さが重要な要素となるが,最頂部でのデータを得られなければ判断が曖昧になる。
この問題を解決するために,ラインレーザLの光量を多くし,できる限り散乱光を取り込むようにすることが考えられる。しかし,はんだフィレット5の傾斜によっては,ラインレーザLの正反射光がCCD11に入射する。その際,光量が多すぎると,CCD11がハレーションを起こして測定できない。つまり,散乱光を受光することとハレーションを抑制することとが背反関係にあり,結果としてはんだフィレット5の形状を上手く特定できない。
特許文献1の検査装置では,基準線の方向に複数台のレーザ光源およびCCDをずらして配置し,各レーザ光をそれぞれ異なる位置から照射していることから死角を回避できるとしている。しかし,この検査装置では,死角となる部分を別のレーザ光で照射し,その画像を正面から照射したレーザ光の画像と合わせて全体の形状を判断している。つまり,各レーザ光は,被検体の領域ごとに選択される。そのため,各領域に照射されるレーザは基本的に1本である。よって,はんだの形状全体の計測に着目すると,前述した問題が発生する。
特許文献2の検査装置では,1台のCCDが受光する散乱光を基にバンプの位置を推測しているが,前述したようにはんだフィレットの形状によっては殆ど散乱光が得られないこともある。また,基準となるウェハの位置を測定する系と,被検体となるバンプの位置を測定する系との2系統によって高さを測定するため,必然的に測定系(レーザ光源とカメラ)が2つ以上必要となる。
特許文献3の検査装置では,各色の照明が被検体の所定の傾斜範囲に対応しており,はんだフィレットの大まかな外観形状を推定できる。例えば,照明が3色であれば,3段階の角度情報を取得できる。しかし,この検査装置では,傾斜を取得するだけであり,直接的にはんだフィレットの高さが得られるわけではない。また,良品のはんだフィレットにはさまざまな形状が考えられ,3段階の角度情報のみでは分解能が低く,良否判定の閾値と角度情報との関連性が不明確になり易い。現状,サンプルを基に良否基準を定めているが,高精度の基準を設けるには多くの基準作成工数がかかる。また,良否基準を作成しても十分な正答率は得られず,不良の可能性がある被検体は全て不良と判定し,その後の不良と判定した被検体に対する検査者による目視と併せて検査精度を確保している。
本発明は,前記した従来の実装基板の検査装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,はんだフィレットの外観形状を高精度に測定する実装基板の検査装置および検査方法を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされた実装基板の検査装置は,はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査装置であって,電子部品が実装された基板を載置するテーブルと,はんだフィレットを上方から撮像する撮像部と,ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各レーザ光源から出力されたラインレーザが,当該電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対し,当該ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見て,それぞれ異なる角度で入射するように各レーザ光源が配置された第1レーザ光源群と,撮像部から画像データを取得し,ラインレーザごとに当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する高さ測定部とを備えることを特徴としている。
本発明の実装基板の検査装置は,ラインレーザを,電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に照射する。各レーザ光源は,各ラインレーザが基板上に描く基準線の方向(第1方向)から見てそれぞれ異なる角度ではんだフィレットに入射するように配置されている。すなわち,本発明の実装基板の検査装置では,複数のラインレーザが,第1方向上の同一の領域内に,それぞれ異なる角度で照射される。そして,撮像部によって,はんだフィレット上に映し出される各ラインレーザを撮像する。
ラインレーザ1つ1つは,鏡面であるはんだフィレットに入射すると,その殆どが正反射する。そのため,正反射先に撮像部があったときに撮像部に映し出される。すなわち,ラインレーザは,はんだフィレットの全領域に映し出されるのではなく,はんだフィレット表面のうち,特定の傾斜範囲内の部分で映し出される。本検査装置では,ラインレーザはそれぞれ異なる角度から入射することから,撮像部に映し出されるラインレーザの範囲はそれぞれ異なる。
そして,高さ測定部によって,ラインレーザごとに,当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する。すなわち,ラインレーザごとに部分的にはんだフィレットの高さを測定する。そして,各測定結果を組み合わせることではんだフィレット全体の高さが得られる。つまり,1つのラインレーザで撮像できない範囲を,異なる角度から照射したラインレーザで補填することにより,ラインレーザが照射した領域の全域を網羅する。これにより,ラインレーザの光量を上げなくてもはんだフィレットの全領域の形状が得られる。よって,ハレーションを起こすことなく,はんだフィレットの外観形状を高精度に測定することができる。
また,上記の検査装置の第1レーザ光源群から照射されるラインレーザは,ラインレーザごとに色が異なることとするとよりよい。
すなわち,ラインレーザを色分けして照射すると,はんだフィレット上に映し出される形状線も色分けされる。そのため,複数のラインレーザが同時に発光された状態で撮像されたとしても,各形状線がどのラインレーザに対応しているのかを区別することができる。よって,1回の撮像で,同時に複数のラインレーザを利用した高さ測定を行うことができる。そのため,検査時間の短縮化が図られる。
また,上記の検査装置は,ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各レーザ光源から出力されたラインレーザ群が,第1方向から見て,第1レーザ光源群からのラインレーザ群に対して撮像部を挟んで左右対称になるように各レーザ光源が配置された第2レーザ光源群を備えることとするとよりよい。
すなわち,第2レーザ光源群の各レーザ光源を,撮像部を挟んで第1レーザ光源群のレーザ光源と左右対称に配置することにより,はんだフィレットの曲面の状態によって利用するラインレーザを切り替えることができる。ラインレーザの切替えではんだフィレットの左右の傾斜面に対応可能であることから,第1レーザ光源群を回転移動させることなく,様々なはんだフィレットのレイアウトに対応することができる。そのため,検査時間の短縮化が図られる。
また,上記の検査装置は,ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各ラインレーザが,基板平面上の前記第1方向に直交する第2方向に基準線を描く第3レーザ光源群を備えることとするとよりよい。
すなわち,第1方向に直交する第2方向に基準線を描く第3レーザ光源群からの各ラインレーザを,はんだフィレットと接合する電子部品に照射する。これにより,第1方向の第1レーザ光源群からのラインレーザによって,はんだフィレットの形状を測定する。さらには,電子部品の高さおよび第1方向上の位置を測定する。さらに,第3レーザ光源群からのラインレーザによって,電子部品の高さおよび第2方向上の位置を測定する。すなわち,第1方向のラインレーザに加え,第2方向のラインレーザを少なくとも2本設けることで,はんだフィレットの外観形状に加え,電子部品の外観形状および基板平面座標上の位置を測定することができる。よって,より多くの情報が得られ,検査の多機能化が図られる。
また,本発明の別の実装基板の検査装置は,はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査装置であって,電子部品が実装された基板を載置するテーブルと,前記電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対してラインレーザを発光するレーザ光源と,はんだフィレットを撮像する撮像部を複数有し,各撮像部は,当該はんだフィレットの所定の領域に対し,ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれ異なる角度から撮像する撮像部群と,撮像部群の各撮像部から画像データを取得し,画像データごとにラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する高さ測定部とを備えることを特徴としている。
本発明の実装基板の検査装置は,1本のラインレーザを前記電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対して照射し,複数の撮像部によって画像データを取得する。撮像部群の各撮影部は,第1方向から見てそれぞれ異なる角度からはんだフィレットを撮像するように配置されている。すなわち,本発明の実装基板の検査装置は,複数の撮像部が,第1方向上の同一の領域内を,それぞれ異なる角度から撮像する。
ラインレーザは,前述したように,正反射先に撮像部があったときに撮像部に映し出される。すなわち,各撮像部では,はんだフィレット表面のうち,特定の傾斜範囲内の部分でラインレーザの撮像が可能になる。撮像部はそれぞれ異なる角度から撮像することから,撮像部に映し出されるラインレーザの範囲はそれぞれ異なる。
そして,高さ測定部によって,画像データごとに,ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する。すなわち,画像データごとに部分的にはんだフィレットの高さを測定する。そして,各測定結果を組み合わせることではんだフィレット全体の高さが得られる。つまり,1つの撮像部で撮像できない範囲を,異なる角度から撮像した画像データにより,撮像部が撮像した領域の全域を網羅する。これにより,ラインレーザの光量を上げなくてもはんだフィレットの全領域の形状が得られる。よって,はんだフィレットの外観形状を高精度に測定することができる。
また,上記の検査装置は,レーザ光源からのラインレーザを反射するとともに,その反射角度を制御するガルバノメータと,ガルバノメータから反射されたラインレーザの向きを,テーブルに向けて一定の角度に変えるレンズ系(例えば,シリンドリカルレンズ)とを備えることとするとよりよい。
すなわち,ガルバノメータにてラインレーザの反射角度を調節することで,ラインレーザの,第2方向上の照射位置を制御する。これにより,基板を第2方向に移動させる手間がなく,基板の位置決め時間が大幅に短縮される。この結果,検査時間の大幅な短縮が図られる。
本発明は,はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査方法であって,複数のラインレーザを,前記電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対し,当該ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれが異なる角度で照射するレーザ発光ステップと,ラインレーザのうち少なくとも1本が入射しているはんだフィレットを上方から撮像する撮像ステップと,撮像部からの画像データ取得し,ラインレーザごとに当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さの検出する高さ測定ステップとを含むことを特徴とする実装基板の検査方法を含んでいる。
また,本発明は,はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査方法において,ラインレーザを電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対して発光するレーザ発光ステップと,複数の撮像部により,はんだフィレットの所定の領域を,ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれ異なる角度から撮像する撮像ステップと,撮像ステップにて撮像された画像データを取得し,画像データごとにラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さの検出する高さ測定ステップとを含むことを特徴とする実装基板の検査方法を含んでいる。
本発明によれば,はんだフィレットの外観形状を高精度に測定する実装基板の検査装置および検査方法が実現されている。
以下,本発明にかかる実装基板の検査装置を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,電子部品をはんだによって実装した後に,そのはんだ付け状態の良否をはんだフィレットの外観によって判定するはんだ付け状態検査の検査装置に本発明を適用したものである。
[第1の形態]
[検査装置の構成]
第1の形態の検査装置100は,図1に示すように,テーブル3と,光源群(レーザ光源8,9,10)と,カメラ11と,レーザ制御部12と,カメラ制御部13と,画像処理装置14と,判定部15と,テーブル駆動制御部16と,主制御部17とを備えている。検査装置100は,被検体(本形態では電子部品7を基板4に接合するはんだフィレット5)の外観形状を測定し,はんだ付け状態の良否を判定する。
テーブル3は,テーブル3を図1中のX軸方向(以下,単に「X軸方向」とする)に移動させるX軸駆動源1と,テーブル3を図1中のY軸方向(以下,単に「Y軸方向」とする)に移動させるY軸駆動源2とを備えた可動テーブルである。テーブル3上には,実装基板である基板4が載置される。検査装置100は,テーブル駆動制御部16によってX軸駆動源1およびY軸駆動源2を制御してテーブル3をX軸方向やY軸方向に水平移動させ,基板4の位置を調節する。
カメラ11は,テーブル3の上方に配置され,テーブル3に垂直する方向(図1のZ軸方向)に撮像する。カメラ11としては,CCDやC−MOS等が適用可能である。なお,カメラ11の下方に電子部品7が配置されるように,基板4が位置決めされる。また,カメラ11の撮像タイミングは,カメラ制御部13によって制御される。そして,撮像された画像データは画像処理装置14に送られる。
光源群を構成する各レーザ光源8,9,10は,それぞれラインレーザL1,L2,L3を発光するものである。レーザ光源8,9,10は,ラインレーザL1,L2,L3を電子部品7およびはんだフィレット5,6に跨るように照射する。また,各レーザ光源8,9,10は,図2に示すように,X軸方向から見てY軸上の位置が重なるように配置されている。また,各レーザ光源8,9,10は,図3に示すように,Y軸方向から見てカメラ11に対して同一側に配置されている。
また,検査装置100は,基板4上に映し出される各ラインレーザL1,L2,L3の線(高さ測定時の基準線)が重なるように各レーザ光源8,9,10の照射方向が調節される。なお,ここでいう「重なる」は,必ずしも厳密な同一性を要求するものではなく,検査の要求精度によって多少のばらつきは許容する。すなわち,検査装置100は,Y軸方向上の所定の検査領域内に3本のラインレーザL1,L2,L3をすべて照射する。
また,各レーザ光源8,9,10は,図1ないし図3に示したように,ラインレーザL1,L2,L3をはんだフィレット5に対してそれぞれ異なる角度で照射する。なお,本形態では,カメラ11に近接するレーザ光源から順に,レーザ光源8,レーザ光源9,レーザ光源10とし,レーザ光源8から照射されるラインレーザをラインレーザL1と,レーザ光源9から照射されるラインレーザをラインレーザL2と,レーザ光源10から照射されるラインレーザをラインレーザL3とする。
また,各レーザ光源8,9,10の発光タイミングは,レーザ制御部12によって制御される。本形態では,一度にすべてのレーザ光源を発光させると,カメラ11で撮像された形状線がどのレーザ光源からのものかわからなくなる。そのため,各レーザ光源8,9,10がそれぞれ異なるタイミングで発光する。そして,各ラインレーザL1,L2,L3の形状線がカメラ11にてそれぞれ撮像される。
画像処理装置14は,カメラ11から各ラインレーザL1,L2,L3の撮像データを取得し,2値化処理等の一般的な画像処理技術を利用して各ラインレーザL1,L2,L3形状線および基準線を抽出する。画像処理後のデータは判定部15に送られる。
判定部15は,この形状線のデータを基に,一般的な三角測量法の技術を利用して高さを推測する。すなわち,基板4上に映し出されるラインレーザ(基準線)とはんだフィレット5上に映し出されるラインレーザ(形状線)とのX軸方向へのずれ量を基に,形状線部分の高さを推測する。これにより,はんだフィレット5の外観形状が得られる。そして,抽出された外観形状を基にはんだの実装状態の良否を判定する。
具体的にはんだフィレット5の外観形状は,次のように測定される。図4は,ラインレーザL1の照射時に撮像される画像データ18の一例を示し,図5は,ラインレーザL2の照射時に撮像される画像データ19の一例を示し,図6は,ラインレーザL3の照射時に撮像される画像データ20の一例を示している。
被検体であるはんだフィレット5は,その表面が曲面であるとともに概ね鏡面である。そのため,1本のラインレーザを照射したとしても,図4〜図6に示したように,カメラ11にははんだフィレット5の一部の形状線Lfしか映らない。すなわち,はんだフィレット5の表面のうち,所定の範囲内の傾きの部分しか映らない。しかし,3つのラインレーザL1,L2,L3は,それぞれはんだフィレット5への入射角度が異なることから,カメラ11にはそれぞれ異なる傾斜部分の形状線L1f,L2f,L3fが映る。そして,判定部15では,各画像データ18,19,20から,各形状線L1f,L2f,L3fと,非鏡面の基板4に映る各基準線L1m,L2m,L3mとを基に,測定可能な部分の高さを測定する。そして,それらを組み合わせることではんだフィレット5全体の外観形状を測定する。
なお,本形態では,ラインレーザL1,L2,L3を実装基板4に対して同じ位置に照射している(すなわち,高さを測定する際の基準線L1m,L2m,L3mの位置が同じである)が,必ずしも一致している必要はなく,多少ずれていてもはんだフィレット5全体の外観形状の測定に支障はない。
[検査の手順]
検査装置100の検査処理手順を,図7のフローチャートを基に説明する。以下,図1に示した基板4のはんだフィレット5の検査をベースに本検査手順を説明する。
まず,基板4をテーブル3上に載置し,X軸駆動源1ないしY軸駆動源2を制御して基板4の位置決めを行う(S1)。本形態では,はんだフィレット5ないし電子部品7がカメラ11の直下に位置するようにテーブル3を水平移動させる。
次に,ラインレーザL1を利用して,はんだフィレット5の高さを取得する(S2)。詳細には,レーザ光源8を点灯し,ラインレーザL1をはんだフィレット5に照射する。そして,その状態のはんだフィレット5の表面を撮像する。レーザ光源8はカメラ11に隣接配置されており,はんだフィレット5の比較的水平面に近い部分の表面に入射したラインレーザL1が映し出される。撮像データは,画像処理装置14に送られ,形状線L1fおよび基準線L1mが抽出される(図4参照)。そして,はんだフィレット5上の形状線L1fと基板4上の基準線L1mとを基に,三角測量法によって形状線L1f部分の高さを推測する。撮像後は,レーザ光源8を消灯し,ラインレーザL1を消去する。
次に,ラインレーザL2を利用して,はんだフィレット5の高さを取得する(S3)。次に,ラインレーザL3を利用して,はんだフィレット5の高さを取得する(S4)。これにより,はんだフィレット5のうち,それぞれ傾斜が異なる場所の高さが取得される。そして,これらの高さ推測結果を併合することで,図8に示すようにY軸方向におけるはんだフィレット5全体の断面形状が得られる。
なお,はんだフィレット5の高さデータは,必ずしも全領域をカバーする必要はない。また,測定範囲を広げるには,ハレーションが生じない程度に光量を多くしたり,レーザ光源を増やして測定できる傾斜の範囲を広げることで対応できる。
また,点灯するラインレーザの順序は上記の順に限るものではない。すなわち,ラインレーザL2やラインレーザL3を最初に利用してもよい。1つのレーザ光源が点灯している間は他のレーザ光源を点灯しない。
次に,はんだフィレット5の実装状態の良否を判定する(S5)。すなわち,取得したはんだフィレット5の外観形状が許容範囲内であるか否かについて判断する。判断基準としては,例えば,はんだフィレット5のうち,電子部品7との接合箇所近傍の高さが閾値範囲内であるか否かについて判断する。
以上詳細に説明したように本形態の実装基板の検査装置100は,3本のラインレーザL1,L2,L3を,はんだフィレット5の所定の領域に照射する。各レーザ光源8,9,10は,各ラインレーザL1,L2,L3がY軸方向(第1方向)から見てそれぞれ異なる角度ではんだフィレット5に入射するように配置されている。すなわち,本形態の検査装置100では,ラインレーザL1,L2,L3が,Y軸方向上の同一の領域内にそれぞれ異なる角度で照射される。そして,カメラ11によって,はんだフィレット5上に映し出されるラインレーザL1,L2,L3をそれぞれ撮像する。
ラインレーザL1,L2,L3は,鏡面であるはんだフィレット5に入射すると,その殆どが正反射する。そのため,正反射先にカメラ11があったときにカメラ11に映し出される。すなわち,ラインレーザL1,L2,L3は,はんだフィレット5の全範囲が映し出されるのではなく,はんだフィレット5表面のうち,特定の傾斜範囲内の部分で映し出される。本検査装置100では,ラインレーザL1,L2,L3はそれぞれ異なる角度から入射することから,カメラ11に映し出されるラインレーザL1,L2,L3の範囲はそれぞれ異なる。
そして,判定部15によって,ラインレーザL1,L2,L3ごとに,当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレット5の表面高さを測定する。すなわち,ラインレーザL1,L2,L3ごとに部分的にはんだフィレット5の高さを測定する。そして,各測定結果を組み合わせることではんだフィレット5全体の高さが得られる。つまり,1つのラインレーザで撮像できない範囲を,異なる角度から照射したラインレーザで補填することにより,ラインレーザL1,L2,L3が照射した領域の全域を網羅する。これにより,ラインレーザの光量を上げなくてもはんだフィレット5の全領域の形状が得られる。よって,ハレーションを起こすことなく,はんだフィレット5の外観形状を高精度に測定することができる。
[第2の形態]
第2の形態の検査装置200は,ラインレーザL1r,L2g,L3bにそれぞれ異なる色を用いる。例えば,図9に示すように,ラインレーザL1rを「赤」,ラインレーザL2gを「緑」,ラインレーザL3bを「青」にする。この点,ラインレーザL1,L2,L3の色分けをしない第1の形態と異なる。
本形態の検査装置200では,ラインレーザL1r,L2g,L3bを色分けして照射していることから,図10に示すように,はんだフィレット5上に映し出される形状線L1fr,L2fg,L3fbも色分けされる。そのため,すべてのラインレーザL1r,L2g,L3bが同時に発光された状態で撮像されたとしても,各形状線L1fr,L2fg,L3fbがどのラインレーザL1r,L2g,L3bに対応しているのかを区別することができる。よって,1回の撮像で,同時に3つのラインレーザL1,L2,L3を利用した高さ測定を行う。
検査装置200では,1回の撮像で形状線L1fr,L2fg,L3fbの高さ測定を行うことが可能であることから,第1の形態では3ステップが必要(図7中のS2からS4)であった検査ステップが1ステップで行われる。そのため,本形態の検査方法は,第1の形態と比較して検査時間の短縮化が図られる。
なお,本形態では,説明を簡易化するため,基準線L1mr,L2mg,L3mbの位置をずらして表示している(図10参照)が,第1の形態と同様に基準線L1mr,L2mg,L3mbを重ね合わせてもよい。また,色が重なり合うと本来の色と異なる色で映し出される。このことから,意図的にラインレーザL1r,L2g,L3bを基板4に対して僅かに異なる位置に照射してもよい。
[第3の形態]
第3の形態の検査装置は,図11に示すように,レーザ光源8,9,10に加え,レーザ光源38,39,40を有している。レーザ光源38,39,40は,それぞれラインレーザL31,L32,L33を発光する。各レーザ光源38,39,40は,レーザ光源8,9,10に対してカメラ11を挟んで左右対称に配置されている。この点,片側にのみ光源群が配置されている第1の形態とは異なる。
図3のようにカメラ11の左側からラインレーザを照射する場合,はんだフィレット5の表面が左傾斜している場所では正反射光が得られ,測定が可能になる。一方,図12に示すように,はんだフィレット5の表面が右傾斜している場所ではラインレーザL1,L2,L3がカメラ11から離れた位置に反射してしまうため,測定ができない。
通常,基板4の位置決めの段階でこのような配置を避けることが検討されるが,他の電子部品の配置との兼ね合いで位置決めが困難な場合もある。この点,図13に示すように,レーザ光源8,9,10の位置をカメラ11を中心に180度回転させることで解決することが考えられるが,回転させるためのステップが必要となることから,検査時間の短縮化の妨げになる。
そこで,本形態では,図11に示したように,レーザ光源38,39,40をカメラ11を挟んでレーザ光源8,9,10と左右対称に配置する。これにより,ラインレーザL31,L32,L33がラインレーザL1,L2,L3と左右対称の角度で照射される。よって,左傾斜のはんだフィレット5表面にラインレーザを照射する場合にはラインレーザL1,L2,L3を利用し,右傾斜のはんだフィレット5表面にラインレーザを照射する場合にはラインレーザL31,L32,L33を利用する。すなわち,はんだフィレット5の曲面状態によって利用するレーザ光源群を切り替える。
レーザ光源群の切替えではんだフィレット5の左右の傾斜面に対応可能であることから,レーザ光源8,9,10を回転移動させる必要がない。そのため,本形態の検査方法は,第1の形態と比較して検査時間の短縮化が図られる。
[第4の形態]
第4の形態の検査装置では,図14に示すように,カメラ11およびレーザ光源群のY軸上の位置がはんだフィレット5と接合する電子部品7と重ならないように基板4が位置決めされる。そして,カメラ11がはんだフィレット5に向かって傾けて配置される。この点,カメラ11およびレーザ光源群のY軸上の位置が電子部品7と重なっている第1の形態とは異なる。
はんだフィレット5の高さは,一般的に電子部品7の高さよりも低い。そのため,カメラ11やレーザ光源8,9,10がはんだフィレット5から見て電子部品7側にあると,電子部品7の形状によってはラインレーザL1,L2,L3やその反射光を電子部品7自体が遮ってしまうことがある。すなわち,はんだフィレット5に死角が生じてしまうことがある。
そこで,本形態では,カメラ11およびレーザ光源群を電子部品7の手前に配置する。これにより,電子部品7に起因する死角がなくなる。そのため,本形態の検査方法は,第1の形態と比較して検査の高精度化が図られる。
[第5の形態]
第5の形態の検査装置500は,図15に示すように,Y軸方向に基準線を描くラインレーザ群(ラインレーザL1,L2,L3)とは別に,X軸方向に基準線を描くラインレーザ群(ラインレーザL54,L55)を発光するレーザ光源58,59を有している。この点,Y軸方向にのみラインレーザを発光する第1の形態とは異なる。
本形態の検査装置500は,Y軸方向(第1方向)のラインレーザ群によって,第4の形態と同様にはんだフィレット5の形状を測定する。さらに,基板4をY軸方向に移動することにより,Y軸方向のラインレーザ群によって,電子部品7の高さおよびY軸方向上の位置を測定する。
さらに,本形態の検査装置500は,X軸方向(第2方向)のラインレーザ群によって,電子部品7の高さおよびX軸方向上の位置を測定する。電子部品7の表面ははんだフィレット5の表面と比較して散乱光が多く発生することから,1本のラインレーザでも比較的良好に高さ測定を行うことができる。そして,ラインレーザL54,L55をY軸方向上の位置がそれぞれ異なる部分に照射する。これにより,電子部品7のX軸方向上の位置を測定することができる。すなわち,Y軸方向のラインレーザに加え,X軸方向のラインレーザを設けることで,電子部品7の外観形状および基板平面座標上の位置を測定することができる。
さらに,X軸方向のラインレーザを少なくとも2本設けることで,電子部品7の向きのずれ量θを測定することができる。具体的に,図16は,電子部品7をZ軸方向から見た図である。本検査装置では,電子部品7の外観形状および位置が測定でき,図16中の実線で描かれた枠Fdのようなデータが得られたとする。一方,図16中の破線で描かれた枠Fmを設定上の基準位置とする。この2つの枠Fd,Fmの中心線Fld,Flmの向きを比較した際,中心線Fld,Flmによってなる角度θが電気部品7の向きのずれ量θとなる。
つまり,本形態の検査装置500では,Y軸方向のラインレーザ群とX軸方向のラインレーザ群とによって,はんだフィレット5の外観形状に加え,電子部品7の位置(X,Y,θ)を測定することができる。よって,本形態の検査は,第1の形態と比較してより多くの情報が得られ,検査の多機能化が図られる。
[第6の形態]
第6の形態の検査装置600は,図17に示すように,テーブル3と,レーザ光源68と,カメラ61,62,63と,レーザ制御部12と,カメラ制御部13と,画像処理装置14と,判定部15と,テーブル駆動制御部16と,主制御部17とを備えている。すなわち,検査装置600は,1台のレーザ光源と複数台のカメラとを備えている。この点,複数台のレーザ光源と1台のカメラとを備える第1の形態と異なる。
レーザ光源68は,ラインレーザL61を発光するものである。レーザ光源68は,ラインレーザL61を電子部品7およびはんだフィレット5に跨るように照射する。レーザ光源68は,光軸がテーブル3に直交する方向(図1のZ軸方向)にラインレーザL61を発光する。なお,レーザ光源68の直下に電子部品7が配置されるように,基板4が位置決めされる。
カメラ61,62,63は,テーブル3上に配置され,CCDやC−MOS等によって構成され,テーブル3上の基板4を撮像する。また,各カメラ61,62,63は,Y軸方向から見て,X軸およびZ軸上の位置がそれぞれ異なっている。そして,カメラ61,62,63は,はんだフィレット5に対してそれぞれ異なる角度で撮像する。すなわち,本形態の検査装置600は,カメラ61,62,63が,Y軸方向上の同一の領域内を,それぞれ異なる角度から撮像する。なお,本形態では,レーザ光源68に近接するカメラから順に,カメラ61,カメラ62,カメラ63とする。
本形態の検査装置600は,ラインレーザL61をはんだフィレット5に照射し,撮像方向が異なるカメラ61,62,63にてそれぞれはんだフィレット5を撮像する。そして,各撮像データを基にはんだフィレット5の高さを推測する。はんだフィレット5の高さの推測方法は,第1の形態と同様に三角測量法を利用する。
被検体であるはんだフィレット5は,その表面が曲面であり,ラインレーザL61は傾斜角度によって様々な方向に正反射する。この広範囲の角度に反射したラインレーザL61の反射光を各カメラ61,62,63が部分的に受光する。すなわち,1つの撮像で所定の傾斜角度の部位上に映った形状線の撮像データが得られる。
検査装置600の判定部15では,カメラ61,62,63それぞれの撮像データから測定可能な部分の高さを測定する。すなわち,画像データごとに部分的にはんだフィレット5の高さを測定する。そして,各測定結果を組み合わせることではんだフィレット5全体の外観形状を測定する。これにより,第1の形態と同様にはんだフィレット5の正確な高さを取得することができ,検査の高精度化が図られる。
なお,本形態の検査装置600では,カメラ群をラインレーザL61に対して一方の側にのみ配置しているが,図18に示すようにカメラ64,65,66をラインレーザL61を挟んでカメラ61,62,63と左右対称に配置してもよい。これにより,ラインレーザL61を挟んで反対側からの撮像も可能になり,カメラ61,62,63を回転移動させることなく,はんだフィレット5の様々な曲面を撮像できる。よって,第3の形態と同様に検査時間の短縮が図られる。
[第7の形態]
第7の形態の検査装置は,図19に示すように,X軸方向にラインレーザL71を照射するレーザ光源78と,ラインレーザL71を反射するとともにその反射方向を制御するガルバノメータ79と,ガルバノメータ79から反射されたラインレーザL71の向きをテーブル3に対して直交する方向に変えるシリンドリカルレンズ77と,カメラ71,72,73,74,75,76とを備えている。
本形態の検査装置は,第6の形態と同様に,ラインレーザL71をZ軸方向からはんだフィレット5に照射し,撮像方向が異なるカメラ群71,72,73あるいはカメラ群74,75,76にてそれぞれはんだフィレット5を撮像し,各撮像データを基にはんだフィレット5の高さを推測する。
はんだフィレット5の外観形状の検査では,1回の検査によってはんだフィレット5の1つのY軸方向断面の形状を取得する。そして,このようなY軸方向断面の形状をX軸方向にずらして複数得ることにより,はんだフィレット5の全体の表面形状を得る。このとき,第6の形態のように,ラインレーザL61のレーザ光源68が固定されている場合,テーブル3をX軸方向に移動させ,基板4の位置決めを行う。テーブル3の移動には時間を要するため,検査時間の長時間化の要因となる。
一方,本形態の検査装置では,ガルバノメータ79にてラインレーザL71の照射位置を制御している。すなわち,ガルバノメータ79の反射板の傾斜角度を調節することで,ラインレーザL71のX軸方向の照射位置を制御している。これにより,テーブル3をX軸方向に移動させる手間がなく,基板4の位置決め時間が大幅に短縮される。この結果,検査時間の大幅な短縮が図られる。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,第2の形態と第3の形態とを組み合わせて,色が異なるラインレーザ群がカメラに対して左右対称に照射されるようにしてもよい。また,第2の形態と第4の形態とを組み合わせて,色が異なるラインレーザ群を電子部品の外側から照射してもよい。また,第2の形態と第5の形態とを組み合わせて,色が異なる5本のラインレーザによってはんだフィレットおよび電子部品の形状を測定してもよい。
第1の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す斜視構成図である。 第1の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す側面視(X軸方向)構成図である。 第1の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す側面視(Y軸方向)構成図である。 ラインレーザL1の照射時に撮像される画像データの一例を示す図である。 ラインレーザL2の照射時に撮像される画像データの一例を示す図である。 ラインレーザL3の照射時に撮像される画像データの一例を示す図である。 第1の形態にかかる実装基板の検査装置の検査手順を示すフローチャートである。 各画像データから得られた高さ情報を組み合わせ,はんだフィレットの断面を測定した状態を示す図である。 第2の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す側面視(Y軸方向)構成図である。 ラインレーザL1,L2,L3の照射時に撮像される画像データの一例を示す図である。 第3の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す側面視(Y軸方向)構成図である。 カメラ11の左側からラインレーザ群を発光し,右傾斜部分に照射する概念を示す図である。 ラインレーザ群を180度回転させる概念を示す図である。 第4の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す側面視(X軸方向)構成図である。 第5の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す斜視構成図である。 電子部品の向きのずれ量θの概念を示す図である。 第6の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す斜視構成図である。 図17に示した検査装置のカメラを左右対称に配置した構成を示す側面視(Y軸方向)構成図である。 第7の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す斜視構成図である。 従来の形態にかかる実装基板の検査装置の構成を示す概略構成図である。
符号の説明
3 テーブル
4 基板
5,6 はんだフィレット
7 電子部品
8,9,10 レーザ光源
11 カメラ
14 画像処理装置
15 判定部
17 主制御部
100 検査装置

Claims (10)

  1. はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査装置において,
    電子部品が実装された基板を載置するテーブルと,
    はんだフィレットを上方から撮像する撮像部と,
    ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各レーザ光源から出力されたラインレーザが,当該電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対し,当該ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見て,それぞれ異なる角度で入射するように各レーザ光源が配置された第1レーザ光源群と,
    前記撮像部から画像データを取得し,ラインレーザごとに当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する高さ測定部とを備えることを特徴とする実装基板の検査装置。
  2. 請求項1に記載する実装基板の検査装置において,
    前記第1レーザ光源群から照射されるラインレーザは,ラインレーザごとに色が異なることを特徴とする実装基板の検査装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載する実装基板の検査装置において,
    ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各レーザ光源から出力されたラインレーザが,当該はんだフィレットの所定の領域に対し,前記第1方向から見てそれぞれ異なる角度で入射し,ラインレーザ群が前記第1方向から見て前記第1レーザ光源群からのラインレーザ群に対して前記撮像部を挟んで左右対称になるように各レーザ光源が配置された第2レーザ光源群を備えることを特徴とする実装基板の検査装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1つに記載する実装基板の検査装置において,
    ラインレーザを発光するレーザ光源を複数有し,各ラインレーザが,基板平面上の前記第1方向に直交する第2方向に基準線を描く第3レーザ光源群を備えることを特徴とする実装基板の検査装置。
  5. はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査装置において,
    電子部品が実装された基板を載置するテーブルと,
    前記電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対してラインレーザを発光するレーザ光源と,
    はんだフィレットを撮像する撮像部を複数有し,各撮像部は,当該はんだフィレットの所定の領域に対し,前記ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれ異なる角度から撮像する撮像部群と,
    前記撮像部群の各撮像部から画像データを取得し,画像データごとにラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さを測定する高さ測定部とを備えることを特徴とする実装基板の検査装置。
  6. 請求項5に記載する実装基板の検査装置において,
    前記レーザ光源からのラインレーザを反射するとともに,その反射角度を制御するガルバノメータと,
    前記ガルバノメータから反射されたラインレーザの向きを,前記テーブルに向けて一定の角度に変えるレンズ系とを備えることを特徴とする実装基板の検査装置。
  7. はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査方法において,
    複数のラインレーザを,電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対し,当該ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれが異なる角度で照射するレーザ発光ステップと,
    前記ラインレーザのうち少なくとも1本が入射しているはんだフィレットを上方から撮像する撮像ステップと,
    前記撮像部からの画像データ取得し,ラインレーザごとに当該ラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さの検出する高さ測定ステップとを含むことを特徴とする実装基板の検査方法。
  8. 請求項7に記載する実装基板の検査方法において,
    はんだフィレットの撮像時に,当該はんだフィレットと接合する電子部品を,前記第1方向上,前記撮像部と重ならないように配置することを特徴とする実装基板の検査方法。
  9. はんだフィレットの外観形状を検査する実装基板の検査方法において,
    前記電子部品およびはんだフィレットに跨る所定の領域に対しラインレーザをはんだフィレットに対して発光するレーザ発光ステップと,
    複数の撮像部により,はんだフィレットの所定の領域を,前記ラインレーザが基板に描く基準線の方向である第1方向から見てそれぞれ異なる角度から撮像する撮像ステップと,
    前記撮像ステップにて撮像された画像データを取得し,画像データごとにラインレーザが映し出された範囲内のはんだフィレットの表面高さの検出する高さ測定ステップとを含むことを特徴とする実装基板の検査方法。
  10. 請求項9に記載する実装基板の検査方法において,
    はんだフィレットの撮像時に,当該はんだフィレットと接合する電子部品を,前記第1方向上,前記撮像部と重ならないように配置することを特徴とする実装基板の検査方法。
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