JP2005055274A

JP2005055274A - 半田接合状況検査装置

Info

Publication number: JP2005055274A
Application number: JP2003285626A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamegawa; 正之亀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】比較的簡単なメカニズムのもとに、迅速に所望の面に沿った断層像を構築することができ、もって安価でスループットの高い半田接合状況検査装置を提供する。
【解決手段】ｘ−ｙ方向に移動可能な試料テーブル３を挟んで対向配置されたＸ線源１とＸ線検出器２とを、試料テーブル３の試料搭載面３ａに沿った軸４ａの回りに回転させ、その微小回転角度ごとに試料ＷのＸ線透過情報を取り込んで断層像を構築する断層像再構成演算手段１０を備えるとともに、試料テーブル３上の試料Ｗの基準面Ｓのｚ方向への位置を位置検出手段９ａ，９ｂにより検出する一方、基準面Ｓに対するスライス面のｚ方向位置情報を記憶手段１２に記憶しておき、断層像再構成演算装置１０では、その記憶内容と位置検出手段による位置検出結果に従った面で断層像を構築する面を決定することにより、回路基板などの試料に反り等があっても、常に基準面に対して一定の位置で切断した断層像を得て、短時間で半田接合状況の検査を行うことを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線基板等の半田の接合状況を検査する装置に関し、更に詳しくは、Ｘ線ＣＴ像を構築して半田の接合状況を検査する装置に関する。

プリント配線基板等に形成された半田バンプ等の接合状況を非破壊のもとに検査する方法として、従来、いくつかの方法が実用化されている。その一つは、Ｘ線透視像から接合状態を判断する方法であり、他の一つは、Ｘ線ラミノグラフィにより内部構造を観察する方法であり、更に他の一つは、透視対象物を回転させて断層像を構築する方法である。

以上の従来の方法のうち、Ｘ線透視像から接合状態を判断する方法では、基板の表裏両面に半田バンプ等が形成されている場合、表裏の半田の透視像が重なる場合があり、基板上の回路設計によっては判定が困難となる場合がある。

一方、Ｘ線ラミノグラフィを用いる方法においては、Ｘ線源とＸ線検出器の間で基板を移動させつつＸ線透過情報を取り込み、そのＸ線透過情報を用いて、指定された１つの層にピントを合わせた画像を再構成する（例えば特許文献１参照）。このようなＸ線ラミノグラフィ技術を用いることにより、前記した透視像が試料の全層が重なった画像が得られるのに対し、所要の層にピントが合った画像を得ることができるため、上記した問題は生じない。しかしながら、このラミノグラフィ技術では、複数の断面を得る場合には所要時間が長くなるという問題がある。また、実用に供されている装置では、Ｘ線管球内で電子ビームをスキャンするなど、特殊な管球が用いられて高価となるという問題もある。

また、基板を回転させつつＸ線を照射してＸ線透過情報を得る方法では、基板を搭載して基板を回転するためのテーブルのメカニズムが複雑になり、スループットが上がらないという問題がある。
特開平７−３０６１６５号公報

本発明は、比較的簡単なメカニズムのもとに、迅速に所望の面に沿った断層像を構築することができ、もって安価でスループットの高い半田接合状況検査装置の提供を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の半田接合状況検査装置は、回路基板等の検査対象物となる試料上に存在する半田の接合状況をＸ線断層像を用いて検査する装置であって、検査すべき試料を搭載する試料テーブルと、その試料テーブルを試料搭載面に沿ったｘ−ｙ平面上で移動させるテーブル移動機構と、テーブルを挟んで対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、そのＸ線源およびＸ線検出器とを対向状態で保持して試料テーブルの試料搭載面に平行な回転軸の回りに回転させる回転機構と、その回転機構による複数の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過情報を用いて、上記回転軸に直交する面に沿って切断した試料の断層像を構築する断層像再構成演算手段を備えるとともに、試料テーブル上の試料の基準面の上記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向への位置を検出する位置検出手段と、試料の断層像を構築すべき面の上記基準面に対するｚ方向への位置情報をあらかじめ記憶する記憶手段とを備え、上記断層像再構成演算手段は、その記憶手段の内容と上記位置検出手段による基準面の検出結果に基づき、断層像を構築する平面を決定することによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明の半田接合状況検査装置においては、上記記憶手段に複数の面の位置情報が記憶され、上記断層像再構成演算手段は、その各位置情報と上記位置検出手段による基準面の検出結果に基づいて複数の断層像を構築するように構成すること（請求項２）ができる。

また、本発明においては、上記基準面のｚ方向への位置を複数の部位で検出する複数の位置検出手段を備え、上記断層像再構成演算手段は、その各位置検出結果から求められる基準面の傾きに基づき、基準面に平行な面の断層像を構築するように構成すること（請求項３）もできる。

請求項１に係る発明によれば、、試料を回転させつつそのＸ線透過情報を採取するのではなく、試料テーブル上に搭載した試料の回りにＸ線源とＸ線検出器を回転させつつ試料のＸ線透過情報を得るとともに、試料に基準面を設定し、断層像を得るべき面の基準面からのｚ方向への位置をあらかじめ記憶しておく一方、試料テーブル上に搭載された試料の基準面のｚ方向への位置情報を位置検出手段によって実際に検出し、その基準面の検出結果と記憶している断層像を得るべき面のｚ方向べき位置情報とから、断層像を得るべき面を決定し、その面のみの断層像を再構成演算するので、演算時間を短縮化することができ、しかも、比較的簡単な構成のもとに、基準面に対するｚ方向位置が常に一定の位置における断層像が得られる。例えばＢＧＡなどの半田の接合状況を検査する場合等においては、ＢＧＡの上面を基準面とすることにより、基板の反りなどの影響を除去して安定して所要の平面における断層像を得ることができる。

また、請求項２に係る発明のように、断層像を得るべき面を複数にわたって記憶できるようにしておけば、一度のスキャンによって複数の面における断層像を構築することができ、しかもその各断層像は基準面に対して常に設定された距離に位置する面上のものとなる。

そして、請求項３に係る発明のように、基準面のｚ方向位置を複数の部位で検出する複数の位置検出手段を設けて基準面の傾きをも求め、その傾きに基づいて断層像を再構成する面を基準面に平行なものとすれば、ＢＧＡチップなどが傾いている場合等においても、常に正確に所要の面での断層像を構築することができる。

簡単な構成のもとに、回路基板の上に搭載されているＢＧＡなどの半田の接合状況を短時間で正確に検査することのできる装置を実現した。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例の全体構成図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線源１のＸ線光軸Ｌ方向に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に水平の試料テーブル３が設けられている。Ｘ線源１とＸ線検出器２は、略コ字形をした共通の支持部材４に支持されており、この支持部材４には水平軸４ａが取り付けられている。水平軸４ａは装置ベース等に設けられた軸受（図示せず）によって回動自在に支持されており、回転駆動機構５により、支持部材４がＸ線源１とＸ線検出器２を対向して保持したまま、水平軸４ａの回りに回転するように構成されている。この水平軸４ａの軸心は、試料テーブル３の水平の試料搭載面３ａの直上を通っている。

試料テーブル３はｘ−ｙ駆動機構６により水平面上で互いに直交するｘ，ｙ方向に移動させることができる。このｘ−ｙ駆動機構６と上記した回転駆動機構５は、Ｘ線源１とともに制御装置７の制御下に置かれており、操作部８の操作によってｘ−ｙ駆動機構６を駆動して試料テーブル３を位置決めしたり、あるいは回転駆動機構６を駆動／停止し、更にはＸ線条件を設定することができる。

検査対象となる回路基板Ｗは、試料テーブル３の試料搭載面３ａに載せられ、検査すべき部位、この例ではＢＧＡチップＷａの半田ボール群、がＸ線検出器２の視野中心の近傍に位置するよう、換言すればＸ線源１のＸ線光軸Ｌ近傍に位置するように試料テーブル３の位置決めが行われる。この位置決め状態において、検査すべきＢＧＡチップＷａの表面（上面）Ｓの、ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向への位置が半導体レーザ９ａと位置検出センサ９ｂとからなる位置検出器によって検出される。すなわち、図２に要部拡大図を示すように、ＢＧＡチップＷａの表面Ｓに半導体レーザ９ａからのレーザ光が照射され、その反射光の位置検出センサ９ｂへの入射位置からＢＧＡチップＷａの表面Ｓのｚ方向位置が検出される。その検出結果は断層像再構成演算装置１０に取り込まれる。

断層像再構成演算装置１０には、入力装置１１を介してあらかじめ入力されているスライス面の位置情報を記憶するメモリ１２が接続されている。このスライス面の位置情報は、図２に示すように、ＢＧＡチップＷａの表面Ｓを基準面とし、その表面Ｓからｚ方向下方への距離Δで与えられる。

以上の位置情報Δの入力と回路基板Ｗの位置決めを完了した後、スタート指令を与えることによって、支持部材４が水平軸４ａを中心として回転し、微小回転角度ごとにＸ線検出器２によるＸ線透過情報が断層像再構成演算装置１０に取り込まれる。断層像再構成演算装置１０では、そのＸ線透過情報を用いて、水平面に沿ったスライス面で切断した回路基板Ｗ上のＢＧＡチップＷａの半田ボールＢの断層像を構築して表示器１３に表示するのであるが、そのスライス面のｚ方向位置は、半導体レーザ９ａと位置検出センサ９ｂによって検出されたＢＧＡチップＷａの表面Ｓのｚ方向位置と、メモリ１２に記憶しているスライス面の位置情報Δによって決まる位置とされる。

従って、以上の本発明実施例によれば、スライス位置情報Δを入力しておくだけで、ＢＧＡチップＷａの表面Ｓから常にΔだけ鉛直下方に沿った面でスライスした半田ボールＢの断層像が得られ、回路基板Ｗの反り等に起因してＢＧＡチップＷａのｚ方向位置が多少変化していても、常に表面Ｓから一定の距離Δだけ下方の面でスライスした断層像が得られるとともに、そのスライス面のみの断層像を再構成演算するだけでよいので、演算処理時間も短くて済む。

ここで、スライス面は１つに限られることなく、複数にわたって設定することができ、このような複数のスライス面で切断した断層像を構築することにより、半田ボールＢの接合状況の検査をより確実に行うことができる。すなわち、図３（Ａ）に模式的に示すように、ｚ方向複数の位置ΔａとΔｂにおいてスライスした断層像を構築することにより、同図（Ｂ）に示すように、２つの断層像の間で直径の差が大きい半田ボールを容易に不良と判断することができる。

また、以上の実施例では、ＢＧＡチップＷａの表面Ｓのｚ方向位置のみを検出した例を示したが、それに加えて表面Ｓの傾きを検出すれば、常に表面Ｓと平行な面でスライスした断層像を構築することができる。

すなわち、図４に要部の模式的斜視図を示すように、３つの半導体レーザ９１ａ，９２ａ，９３ａと、それぞれに対応する３つの位置検出センサ９１ｂ，９２ｂ，９３ｂを用いて、ＢＧＡチップＷａの表面Ｓのｚ方向位置を３箇所で検出すれば、半導体レーザ９１ａと位置検出センサ９１ｂによる検出結果と、半導体レーザ９２ａと位置検出センサ９２ｂによる検出結果とから、表面Ｓのｙ軸の回りの傾きθｙを求めることができ、半導体レーザ９１ａと位置検出センサ９１ｂによる検出結果と、半導体レーザ９３ａと位置検出センサ９３ｂによる検出結果とから、表面Ｓのｘ軸の回りの傾きθｘを求めることができる。

断層像再構成演算装置１０において、その求められた傾きθｘおよびθｙを用いることにより、公知のオブリーク断面の生成機能を用いれば、Ｘ線検出器２からのＸ線透過情報を用いて、表面Ｓに平行な面でスライスした断層像を構築することができる。

なお、以上の各実施例では、ＢＧＡチップの半田ボールの接合状況検査する例について述べたが、他の半田バンプ等の接合状況を検査し得ることは勿論であり、また、以上の例では基準面をチップの表面（上面）に設定した例を示したが、基準面は例えば基板表面など、検査すべき半田が形成されている状況に応じて適宜に設定することができる。

また、以上の各実施例では、基準面のｚ方向位置の検出手段として、半導体レーザと位置検出センサとを組み合わせたものを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、任意の公知の位置検出手段を採用し得ることは言うまでもない。

なお、Ｘ線源１とＸ線検出器２の水平軸４ａの回りへの回転は、３６０°としてもよいし、試料テーブル３と干渉する場合には、例えば±６０°程度など、多少の画質の低下はあるものの、半田の接合状況の検査に差し支えのない範囲であれば任意の回転角度とすることができる。

本発明の実施例の全体構成図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。図１の要部拡大図である。本発明の実施例により複数のスライス面を設定する場合の説明図であり、（Ａ）は各スライス面を説明するための模式図であり、（Ｂ）はその各スライス面で切断した断層像の模式図である。本発明の他の実施例の要部構成を示す模式図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３試料テーブル
４支持部材
４ａ水平軸
５回転駆動機構
６ｘ−ｙ駆動機構
７制御装置
８操作部
９ａ半導体レーザ
９ｂ位置検出センサ
１０断層像再構成演算装置
１１入力装置
１２メモリ
１３表示器
Ｗ回路基板
ＷａＢＧＡチップ
Ｂ半田ボール

Claims

回路基板等の検査対象物となる試料上に存在する半田の接合状況をＸ線断層像を用いて検査する装置であって、
検査すべき試料を搭載する試料テーブルと、その試料テーブルを試料搭載面に沿ったｘ−ｙ平面上で移動させるテーブル移動機構と、テーブルを挟んで対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、そのＸ線源およびＸ線検出器とを対向状態で保持して試料テーブルの試料搭載面に平行な回転軸の回りに回転させる回転機構と、その回転機構による複数の回転角度ごとに取り込んだ試料のＸ線透過情報を用いて、上記回転軸に直交する面に沿って切断した試料の断層像を構築する演算手段を備えるとともに、試料テーブル上の試料の基準面の上記ｘ−ｙ平面に直交するｚ方向への位置を検出する位置検出手段と、試料の断層像を構築すべき面の上記基準面に対するｚ方向への位置情報をあらかじめ記憶する記憶手段とを備え、上記演算手段は、その記憶手段の内容と上記位置検出手段による基準面の検出結果に基づき、断層像を構築する平面を決定することを特徴とする半田接合状況検査装置。
上記記憶手段に複数の面の位置情報が記憶され、上記演算手段は、その各位置情報と上記位置検出手段による基準面の検出結果に基づいて複数の断層像を構築することを特徴とする請求項１に記載の半田接合状況検査装置。
上記基準面のｚ方向への位置を複数の部位で検出する複数の位置検出手段を備え、上記演算手段は、その各位置検出結果から求められる基準面の傾きに基づき、基準面に平行な面の断層像を構築することを特徴とする請求項１にまたは２に記載の半田接合状況検査装置。