JP2012145484A - はんだ付け検査方法、およびはんだ付け検査機ならびに基板検査システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】はんだ印刷検査機10は基板上のランドのクリームはんだの体積を計測して検査を行い、計測値を含む検査結果情報を検査データ管理装置102に送信する。はんだ付け検査機30は、リフロー後基板の画像から検査対象のはんだ付け部位の特徴データを検出すると共に、管理データ管理装置102との通信により、検査対象のはんだ付け部位に対応する箇所に対してはんだ印刷検査機10で計測されたクリームはんだの体積を取得する。そしてこの体積を用いて、部品の近傍であって特徴データを計測しにくい箇所の特徴を推定し、その推定結果を特徴データに補完してリフロー後はんだのぬれ上がり高さを算出し、高さの良・不良を判定する。
【選択図】図4
Description
本発明による検査方法では、リフロー工程より前に実施される複数の工程のうちの少なくとも一工程において基板に付加された構成を次の工程を開始する前に計測することを前提として、検査対象のはんだ付け部位のうちカメラによる画像では状態を判別しにくい箇所の特徴に関して、リフロー工程より前の計測処理で当該はんだ付け部位に対応する箇所に対して得られる計測値との因果関係をあらかじめ特定して、その関係を示す因果関係情報を登録する。そして、リフロー工程後の検査の対象となるはんだ付け部位に対し、以下の第1〜第4のステップを実行する。
第2ステップでは、当該はんだ付け部位に対応する箇所に対するリフロー工程より前の計測処理で得られた計測値を取得する。
第3ステップでは、当該はんだ付け部位に関して登録されている因果関係情報と第2ステップで取得した計測値とを用いて、当該はんだ付け部位のうち画像では状態を判別しにくい箇所の特徴を推定する。
第4ステップでは、第1ステップで取得した特徴データに第3ステップでの推定結果を補完して、はんだ付け部位の良・不良を判定する。
この実施形態によれば、部品の近傍にあって、傾斜が急であるために画像中に検査に必要な特徴が現れていない箇所の特徴を推定し、この推定結果を補完することにより、はんだのフィレットの形状を精度良く認識することができる。
推定手段は、検査対象のはんだ付け部位について、当該部位に関して記憶手段に登録されている因果関係情報と計測値入力手段が入力した計測値とを用いて、当該はんだ付け部位のうち画像では状態を判別しにくい箇所の特徴を推定する。
判定手段は、画像処理手段が取得した特徴データに推定手段による推定結果を補完してはんだ付け部位の良・不良を判定する。
なお、照明装置は、たとえば、複数の色彩光を入射角度がそれぞれ異なる方向から同時に照射するように構成される。または、各方向からの光を順に切り替えて照射するように構成することもできる。
判定手段は、高さが計測できなかった画素群に推定手段により推定された高さを補完し、この画素群とはんだのフィレットの高さを表す画素群における各高さの値を用いてはんだ付け部位のフィレットのぬれ上がりの適否を判定する。
リフロー工程の検査機は、検査対象の基板の面に向けて配置されるカメラと、このカメラにより生成された画像中の検査対象のはんだ付け部位を含む範囲を処理して、はんだの形状を表す特徴データを取得する画像処理手段とを具備する。
リフロー工程の検査機は、画像処理手段が取得した特徴データに情報管理装置から送信された推定結果を補完して、はんだ付け部位の良・不良を判定する判定手段を、さらに具備する。
図示の生産ラインには、はんだ印刷工程、部品実装工程、およびリフロー工程が含まれる。はんだ印刷工程には、基板上の各ランドにクリームはんだを塗布するはんだ印刷装置11やこの装置11による処理結果を検査するはんだ印刷検査機10が設けられる。部品実装工程には、はんだ印刷後の基板に部品を実装するマウンタ21や部品の実装状態を検査する部品検査機20が設けられる。リフロー工程には、部品実装後の基板のクリームはんだを溶かすリフロー炉31やリフロー後の基板を検査するはんだ付け検査機30が設けられる。基板は、図中の太矢印に示す流れに沿って各装置に順に送り込まれて処理され、これにより所定の規格に応じた部品実装基板が完成する。
この実施例のはんだ付け検査機30は、制御処理部1,カメラ2,照明装置3,基板ステージ4などを有する。基板ステージ4は、検査対象の基板Sを水平な姿勢で支持しながら、この基板Sを各辺に沿う方向に移動させる。カメラ2は、カラー画像を生成するもので、基板ステージ4の上方に、光軸をほぼ鉛直方向に向けた状態(ステージ4上の基板Sを正面視する状態)で配備される。照明装置3は、カメラ2と基板ステージ4との間に配備される。
このはんだ印刷検査機10は、位相シフト法の原理に基づき基板Sのランドに印刷されたクリームはんだの高さを計測するもので、制御処理部1A,カメラ2A,照明装置3A,基板ステージ4Aのほか、縞状のパターン画像を基板に投影するためのプロジェクタ5を有する。また、この検査機10の照明装置3Aは、白色光を発する環状光源3Mにより構成される。制御処理部1Aには、はんだ付け検査機30の制御処理部1と同様の構成のに加え、プロジェクタ制御部120が設けられる。
部品検査機20では、検査対象の基板Sの画像から基板上の部品を検出し、その位置や傾きなどを計測して、その計測結果に基づき部品の実装状態の適否を判定する。
まず、はんだ印刷検査機10における検査であるが、はんだ印刷検査機10では、位相シフト法の原理に基づく三次元計測をベースとする処理により、クリームはんだの体積を算出する。三次元計測では、縞状のパターン画像を、縞を所定量ずつ動かしながらプロジェクタ5から基板Sに投影する処理を、複数回の投影を1サイクルとして実行すると共に、毎回の投影のタイミングに合わせてカメラ2Aによる撮像を行う。1サイクル分の投影および撮像が完了すると、各回の撮像により得た画像中の検査領域(ランド毎に設定される。)内の各画素を1つずつ対象として、毎回の撮像における輝度の変化を検出し、この変化を一周期分の正弦波として、正弦波の位相を求める。さらに、処理対象の画素につき算出された位相やパターン画像の投影面およびカメラ2Aとあらかじめ定めた基準面(たとえば基板に対応する高さの面)との関係に基づく三角測量を適用して、基準面から処理対象の画素に対応する点までの距離を算出する。この距離は、処理対象の画素に対応する点の高さを示すことになる。
この実施例のはんだ付け検査機30では、赤、緑、青の各色彩光をそれぞれ入射角度の異なる方向から基板Sに照射するので、リフロー後はんだの傾斜面に照射された各色彩光の正反射光のうちカメラ2に入射した光によって、リフロー後はんだの傾斜状態を赤、緑、青の各色彩の分布パターンにより表した画像を生成することができる。画像中の各色領域は、それぞれ対応する照明光の入射角度とほぼ同じ傾斜角度を表現する。この実施例では、各色領域と傾斜角度範囲との関係と暗領域につき推定された傾斜角度とを用いて、図6に示す方法によりリフロー後はんだのぬれ上がり高さを計測する。なお、この実施例では、赤色領域が示す傾斜角度範囲を8〜15度とし、緑色領域が示す傾斜角度範囲を15〜25度とし、青色領域が示す傾斜角度範囲を25〜38度とする。
よって、リフロー工程前のクリームはんだの体積やランド突き出し幅にばらつきがあるために、同種の基板の同一部位におけるフィレットの形状にばらつきが生じる場合でも、それぞれのフィレットに対する計測誤差を従来よりも小さくすることが可能になる。
まずループLP2の最初のステップS23では、ステップS2で得た外観計測用画像を用いてランドおよび部品を検出する。検出の方法は図7のステップS2と概ね同じであるので、詳細な説明を省略する。
ステップS32では、各計測値を用いてはんだ付け部位の良・不良を判定する。
1 制御処理部
2 カメラ
3 照明部
4 基板ステージ
10 はんだ印刷検査機
11 はんだ印刷装置
20 部品検査機
21 マウンタ
30 はんだ付け検査機
31 リフロー炉
102 検査データ管理装置
Claims (10)
- 部品実装基板の生産のために実施される複数の工程のうちのリフロー工程までを終了した基板の面に向けてカメラを配置し、このカメラにより生成された前記基板の画像を用いて当該基板上の部品のはんだ付け状態を検査する方法であって、
前記リフロー工程より前に実施される複数の工程のうちの少なくとも一工程において基板に付加された構成を次の工程を開始する前に計測することを前提として、検査対象のはんだ付け部位のうち前記カメラによる画像では状態を判別しにくい箇所の特徴に関して、前記リフロー工程より前の計測処理で当該はんだ付け部位に対応する箇所に対して得られる計測値との因果関係をあらかじめ特定して、その関係を示す因果関係情報を登録し、
前記リフロー工程後の検査の対象となるはんだ付け部位に対し、前記画像中の当該はんだ付け部位を含む範囲を処理してはんだの形状を表す特徴データを取得する第1ステップと、当該はんだ付け部位に対応する箇所に対するリフロー工程より前の計測処理で得られた計測値を取得する第2ステップと、当該はんだ付け部位に関して登録されている因果関係情報と前記第2ステップで取得した計測値とを用いて、当該はんだ付け部位のうち画像では状態を判別しにくい箇所の特徴を推定する第3ステップと、前記第1ステップで取得した特徴データに第3ステップでの推定結果を補完して、前記はんだ付け部位の良・不良を判定する第4ステップとを実行することを、特徴とするはんだ付け検査方法。 - 前記リフロー工程より前の工程における計測処理として、はんだ印刷工程において基板の各ランドに印刷されたクリームはんだに対する計測を実施する、請求項1に記載されたはんだ付け検査方法。
- 前記リフロー工程より前の工程における計測処理として、はんだ印刷工程において基板の各ランドに印刷されたクリームはんだに対する計測処理と、部品実装工程において基板に実装された部品に対する計測処理とを実施することを前提として、これらの計測処理による計測値の組み合わせと、前記検査対象のはんだ付け部位のうち前記カメラによる画像では状態を判別しにくい箇所の特徴との因果関係を示す因果関係情報を登録する、請求項1に記載されたはんだ付け検査方法。
- 前記基板のランドに印刷されたクリームはんだに対する計測処理として、当該クリームはんだの体積、面積、高さ、印刷位置、印刷範囲のうちの少なくとも1つを計測する、請求項2または3に記載されたはんだ付け検査方法。
- 前記基板に実装された部品に対する計測処理として、当該部品の位置、大きさ、ランドとの位置関係、高さのうちの少なくとも1つを計測する、請求項3に記載されたはんだ付け検査方法。
- 前記第1ステップにおいて、前記画像中のはんだ付け部位の部品の近傍位置において、前記特徴データを取得すべきであるのに取得できていない領域を抽出し、この領域の特徴を前記第3ステップにおいて推定する、請求項1に記載されたはんだ付け検査方法。
- 部品実装基板の生産のために実施される複数の工程のうちのリフロー工程までを終了した基板を対象に、この基板の面に向けて配置されたカメラにより当該基板を撮像し、生成された画像中の部品のはんだ付け状態を検査する検査機であって、
前記リフロー工程より前に実施される複数の工程のうちの少なくとも一工程において基板に付加された構成を次の工程を開始する前に計測することを前提として、検査対象のはんだ付け部位のうち前記カメラによる画像では状態を判別しにくい箇所の特徴に関して、前記リフロー工程より前の計測処理で当該はんだ付け部位に対応する箇所に対して得られる計測値との因果関係を特定する処理を行った結果に基づき設定された因果関係情報が、登録される記憶手段と、
前記画像中の検査対象のはんだ付け部位を含む範囲を処理して、はんだの形状を表す特徴データを取得する画像処理手段と、
前記検査対象のはんだ付け部位に対応する箇所に対するリフロー工程より前の計測処理で得られた計測値を入力する計測値入力手段と、
前記検査対象のはんだ付け部位について、当該部位に関して記憶手段に登録されている因果関係情報と前記計測値入力手段が入力した計測値とを用いて、当該はんだ付け部位のうち前記画像では状態を判別しにくい箇所の特徴を推定する推定手段と、
前記画像処理手段が取得した特徴データに推定手段による推定結果を補完して、前記はんだ付け部位の良・不良を判定する判定手段とを、
具備するはんだ付け検査機。 - 請求項7に記載されたはんだ付け検査機において、
検査対象の基板に対し、入射角度がそれぞれ異なる複数の方向から光を照射する照明装置と、この照明装置による照明下で前記カメラを作動させることにより、検査用の画像を生成する撮像制御手段とを、さらに具備し、
前記記憶手段には、前記検査対象のはんだ付け部位のうち、部品の近傍位置であって画像では前記照明装置からの光による反射光像が得られないために暗領域となる箇所の傾斜角度と、はんだ印刷工程においてランドに印刷されたクリームはんだに対する計測処理により得られる計測値との因果関係を示す因果関係情報が登録され、
前記画像処理手段は、画像中の検査対象のはんだ付け部位を含む範囲から照明光に対応する反射光像が現れている領域を照明光の方向毎に抽出すると共に、画像中の部品の近傍に生じている暗領域を抽出し、
前記推定手段は、前記検査対象のはんだ付け部位に関して記憶手段に登録されている因果関係情報と前記計測値入力手段が入力した計測値とを用いて、前記暗領域に対応する箇所の傾斜角度を推定し、
前記判定手段は、前記暗領域に前記推定手段により推定された傾斜角度を補完すると共に、各方向からの照明光に対応する反射光像にそれぞれ対応する照明光の入射角度から割り出されるはんだの傾斜角度を適用し、これらの傾斜角度を用いてはんだ付け部位のフィレットのぬれ上がりの適否を判定する、はんだ付け検査機。 - 請求項7に記載されたはんだ付け検査機において、
検査対象の基板に対し、縞状のパターン画像を投影するための投影装置と、投影装置に前記パターン画像を縞の並びに沿ってパターンを周期的に移動させながら投影させると共に、毎回の投影のタイミングに合わせて前記カメラを作動させる撮像制御手段とを、さらに具備し、
前記記憶手段には、前記検査対象のはんだ付け部位のうち、部品の近傍位置であって前記パターン画像の反射光像が得られない箇所の高さと、前記はんだ印刷工程においてランドに印刷されたクリームはんだに対する計測処理により得られた計測値との因果関係を示す因果関係情報が登録され、
前記画像処理手段は、前記パターン画像の一周期分の投影が行われる間の撮像で生成された複数の画像を用いて検査対象のはんだ付け部位を含む範囲内の画素毎に、前記一周期分の投影の間にその画素に生じた明るさの変化の位相に基づき当該画素に対応する高さを計測し、この計測結果に基づきはんだのフィレットの高さを表す画素群を抽出すると共に、部品の近傍位置において前記明るさの変化が得られなかったために高さを計測できなかった画素群を抽出し、
前記推定手段は、前記検査対象のはんだ付け部位に関して記憶手段に登録されている因果関係情報と前記計測値入力手段が入力した計測値とを用いて、前記高さが計測できなかった画素群の高さを推定し、
前記判定手段は、前記高さが計測できなかった画素群に前記推定手段により推定された高さを補完し、この画素群と前記はんだのフィレットの高さを表す画素群とにおける各高さの値を用いてはんだ付け部位のフィレットのぬれ上がりの適否を判定する、はんだ付け検査機。 - 部品実装基板の生産のために実施される複数の工程のうちのリフロー工程に配備されてリフロー工程後の基板を検査する検査機と、リフロー工程より前の少なくとも一工程に配備されて当該工程後の基板を検査する検査機と、各検査機から通信により検査結果情報を取り込んで、検査機毎の検査結果情報を基板別および検査対象部位別に読出可能に管理する情報管理装置とを具備し、
前記リフロー工程の検査機は、検査対象の基板の面に向けて配置されるカメラと、このカメラにより生成された画像中の検査対象のはんだ付け部位を含む範囲を処理して、はんだの形状を表す特徴データを取得する画像処理手段とを具備し、
前記情報管理装置は、
前記リフロー工程の検査機の検査対象のはんだ付け部位のうち前記カメラによる画像では状態を判別しにくい箇所の特徴に関して、前記リフロー工程より前の工程の検査機の当該はんだ付け部位に対応する箇所に対する計測処理により得られる計測値との因果関係を特定する処理を行った結果に基づき設定された因果関係情報が、登録される記憶手段と、
前記検査対象のはんだ付け部位に対応する箇所に対するリフロー工程より前の工程の検査機による計測処理で得られた計測値を入力する計測値入力手段と、
前記検査対象のはんだ付け部位について、当該部位に関して記憶手段に登録されている因果関係情報と前記計測値入力手段が入力した計測値とを用いて、当該はんだ付け部位のうち前記画像では状態を判別しにくい箇所の特徴を推定する推定手段と、
推定手段による推定結果をリフロー工程の検査機に送信する送信手段とを具備し、
前記リフロー工程の検査機は、前記画像処理手段が取得した特徴データに前記情報管理装置から送信された推定結果を補完して、前記はんだ付け部位の良・不良を判定する判定手段を、さらに具備する基板検査システム。
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