JP2007192596A - 半田材検査方法および半田材検査装置、制御プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】半田材の劣化を生じさせること無く、かつ短時間で半田材の粘度計測を可能とする粘度計測装置および粘度計測方法を実現する。
【解決手段】赤外分光計測部１０によって、検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出し、比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材を反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出する。そして、算出部１０において、上記第二赤外線吸光度に基づいて特定される検量線方程式に、上記第一赤外線吸光度を代入することによって上記検査対象の半田材の粘度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田材の粘度を検査する半田材検査方法および半田材検査装置に関するものである。

プリント基板の生産ラインにおいては、基板上に半田材を印刷する印刷工程、この印刷された半田材上に電子部品を搭載するマウント工程、基板に電子部品を半田付けするリフロー工程を行うことによって、基板上に電子部品を実装している。

また、上述した印刷工程において、上記半田材は、基板上に配置されたメタルマスク表面に載せられている。このメタルマスクは、配線パターンに対応した開口穴が形成されているものである。そして、上記半田材は、上記メタルマスク表面において、移動スキージによって押圧されることにより、回転移動する。さらに、この回転移動している半田材が、上記移動スキージの押圧力によって、上記開口穴から基板上に押し出される。これにより、半田材が基板に印刷される。

このメタルマスクは、同一の半田材を載せたまま、大量の基板に対して連続して使用される。したがって、上記半田材は、上記印刷を繰り返す度に、上記移動スキージによって繰り返し回転移動することとなる。ここで、この回転移動によって、上記半田材は、徐々に劣化していき、その粘度が高くなる。劣化して粘度の高くなった半田材は、プリント基板において不良をもたらす要因となる。

すなわち、基板上に印刷される半田材の粘度の高い場合、印刷工程後の基板において「カケ」「カスレ」等の不良が生じやすくなることが知られている。このため、メタルマスク上に半田材を供給する前に、供給対象となる半田材の粘度を分析する作業が重要である。

半田材の粘度を測定する装置としては、従来、ロータと呼ばれるらせん状の羽によってクリーム状の半田材をかき回し、その粘度を計測する装置（例えば、株式会社マルコム製PCU-200シリーズ）がある。

また、特許文献１には、スキージ表面を流動する半田材の流動速度に基づいて、該半田材の粘度を測定する方法が開示されている。
特開平５−９９８３１号公報（公開日：１９９３年０４月２３日） 特公平８−２０４３４号公報（公告日：１９９６年０３月０４日） 特開平１０−８２７３７号公報（公開日：１９９８年０３月３１日）

ロータによって半田材をかき回し、その粘度を計測する装置では、以下の(A)〜(D)に示すような問題が存在する。
(A) 粘度計測には１ポットすべてのクリーム半田が必要となる。
(B) 粘度計測時に半田材をかき回すことによって、半田材を劣化させてしまう。
(C) 粘度計測には３０分程度の比較的長い時間を要する。
(D) ロータにクリーム半田が付着するため、装置の清掃に大幅な時間を要する。

また、特許文献１に開示の方法では、スキージ駆動時のみしか半田材の粘度を計測することができず、検査対象が印刷工程で使用中の半田材のみに限られるという問題が生じる。

そこで、特許文献２には、サンプリングした半田材を用いて滴定を行うことにより、半田材（フラックス）の酸度を計測する方法が開示されている。しかし、この方法では、試薬の調整等の作業に手間がかかるという問題が生じる。

また、特許文献３によれば、紫外線光電子分光法によって、半田材の表面酸化率を計測する手法が開示されている。しかし、この方法は、人体に有害な紫外線を用いているため、作業衛生上好ましくない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半田材の劣化を生じさせること無く、かつ短時間で半田材の粘度計測を可能とする粘度計測装置および粘度計測方法を実現することにある。

以上の目的を達成するために、本発明の半田材検査方法は、検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出する第一検出工程と、比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材から反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出する第二検出工程と、上記検出された第一および第二強度に基づき、上記検査対象の半田材の粘度を検査する検査工程と、を含むことを特徴とする。

良質な半田材は、低粘度、低酸化度、高還元力であり、半田材が劣化すると、粘度／酸化度が高くなり、還元力が低くなることが知られている。したがって、半田材の劣化度は、該半田材の粘度、酸化度、還元力の少なくとも１項目から判断することができる。

ここで、本願の発明者らは、従来技術とは異なる手法であって、半田材の粘度を分析できる手法を検討した。そして、本願の発明者らは、鋭意工夫の結果、赤外線分光法を用いると、半田材の粘度を分析することができる事を知見した。

以下、赤外線分光法によって、半田材の粘度を分析できる理由について詳細に説明する。

半田材を使用し続け、また、半田材を外気にさらし続けると、半田材においては、含有金属が酸化し、含有する酸（例えば、カルボン酸）が塩に変化する。つまり、半田材を使用し、または、外気にさらし続けると、該半田材においては、含有金属酸化物が増加し、酸の含有量が減少し、塩の含有量が増加することとなる。

そして、この金属酸化物の増加によって、半田材の酸化度が高くなり、塩の増加によって半田材の粘度が高くなり、酸の含有量の減少によって半田材の還元力が低下する。

したがって、検査対象の半田材において、酸および塩の含有度を分析できれば、該半田材の粘度を検査することができ、ひいては半田材の劣化度を検査できる。つまり、半田材における酸の含有度、塩の含有度は、半田材の劣化度を示すものである。

ここで、本発明者らは、赤外線分光法によれば、酸、塩の含有度の少なくとも１項目を分析することが可能であることに着目し、本発明を実現するに至った。

具体的に、本発明においては、検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出し、比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材を反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出している。

ここで、半田材における酸、塩の含有度に応じて、該半田材における特定波数の赤外線の吸収量は変化し、該半田材を反射する赤外線の特定波数の強度は変化する。これは、半田材に含まれる酸、塩は、各々において特定されている波数帯域の赤外線を吸収する性質を有しているからである。

したがって、上記検査対象の半田材を反射する赤外線の特定波数の第一強度と、比較対象の半田材を反射する赤外線の該特定波数の第二強度とに基づけば、検査対象の半田材における酸、塩の含有度を分析でき、これにより、検査対象の半田材の粘度を検査することができる。それゆえ、検査対象の半田材の劣化度を検査できる。

なお、本発明の半田材検査方法において、半田材に照射される光は、上記特定波数の赤外線そのものであってもよいし、上記特定波数の赤外線を含む光であってもよい。

なお、以上示した本発明の半田材検査方法によれば、特許文献２に開示されているような滴定作業が不要であるため、特許文献２の方法よりも作業上の手間を抑制できる。また、以上示した本発明の半田材検査方法は、紫外線を使わないため、特許文献３の方法よりも作業衛生上好ましい。

また、以上の目的を達成するために、本発明の半田材検査装置は、検査対象の半田材および比較対象の半田材に光を照射する光源と、上記光が照射されることによって検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出し、上記光が照射されることによって比較対象の半田材から反射する該特定波数の赤外線の第二強度を検出する強度検出手段と、上記検出された第一および第二強度に基づいて、上記検査対象の半田材の粘度を出力する制御手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、強度検出手段は、光源から光が照射されることによって検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出し、光源から光が照射されることによって比較対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第二強度を検出する。

ここで、半田材における酸、塩の含有度に応じて、該半田材を反射する赤外線の特定波数の強度は変化する。これは、半田材に含まれる酸、塩は、各々において特定されている波数帯域の赤外線を吸収する性質を有しているからである。

したがって、上記検査対象の半田材を反射する赤外線の特定波数の第一強度と、比較対象の半田材を反射する赤外線の該特定波数の第二強度とに基づけば、検査対象の半田材における酸、塩の含有度を求めることができる。ここで、この含有度は、半田材の劣化度を示すものである。

そこで、上記構成においては、この含有度を、上記検査対象の半田材の粘度として出力させる。これにより、この装置の利用者は、出力された粘度を分析でき、検査対象の半田材の劣化度を検査できる。

また、本発明の半田材検査方法においては、酸、塩の含有度の少なくとも１項目を分析できればよいため、上記特定波数は、半田材に含まれる酸が吸収する赤外線の波数帯域に含まれる波数であってもよい。そして、上記酸としては、カルボン酸であることが好ましい。これは、半田材に含まれる酸のうち、含有量の多い酸としてカルボン酸が挙げられるからである。

なお、カルボン酸は、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１の赤外線を吸収する性質を有している。それゆえ、上記特定波数は、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることが好ましい。

さらに、本発明の半田材検査方法においては、酸、塩の含有度の少なくとも１項目を分析できればよいため、上記特定波数は、半田材に含まれる塩が吸収する赤外線の波数帯域に含まれる波数であってもよい。そして、上記塩としては、カルボン酸塩であることが好ましい。これは、劣化した半田材に含まれる塩のうち、含有量の多い塩としてはカルボン酸塩が挙げられるからである。

なお、カルボン酸塩は、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１の赤外線を吸収する性質を有している。それゆえ、上記特定波数は、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることが好ましい。また、カルボン酸塩は、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の赤外線を吸収する性質を有している。それゆえ、上記特定波数は、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることが好ましい。

なお、上記制御手段は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、上記制御手段をコンピュータにて実現させる制御プログラム、および、該制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明の範疇に入る。

以上のように、本発明の半田材検査方法は、検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出する第一検出工程と、比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材から反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出する第二検出工程と、上記検出された第一および第二強度に基づき、上記検査対象の半田材の粘度を検査する検査工程と、を含む。

それゆえ、検査対象の半田材に含有している酸、塩の含有度を分析でき、これにより、検査対象の半田材の粘度を検査することができる。よって、検査対象の半田材の劣化度を検査できる。

また、上記半田材検査方法及び半田材検査装置では、検査対象及び比較対象の半田材に光を照射することによって半田材の粘度を検出するものであり、ロータによって半田材をかき回し、その粘度を計測する従来方法に比べて、以下の(A)〜(D)の利点を有する。
(A) 検査に用いるクリーム半田が少量で済む。
(B) 検査時に半田材をかき回す必要が無く、半田材を劣化させない。
(C) 計測時間が３０秒程度と短い時間で済む。
(D) プレート上の半田材を拭き取るだけでよいので、装置の清掃が短時間でおこなえる。

〔半田材検査方法〕
本実施形態における半田材検査方法は、赤外線を利用して、半田材の粘度を検査する方法である。なお、本実施形態における「半田材」とは、プリント基板の生産ラインにおいて用いられるクリーム状の半田ペーストを意義するものとするが、本発明においては、この半田ペーストに限定されるものではなく、周知の半田材全般に対して適用可能である。

以下、本実施形態の半田材検査方法の詳細を説明する。

半田材を使用し続け、また、半田材を外気にさらし続けると、半田材においては、含有金属が酸化し、含有カルボン酸がカルボン酸塩に変化する。つまり、半田材を使用し、または、外気にさらし続けると、該半田材においては、含有金属酸化物が増加し、含有カルボン酸が減少し、含有カルボン酸塩が増加することとなる。

この金属酸化物の増加によって、半田材の酸化度が高くなり、このカルボン酸塩の増加によって半田材の粘度が高くなり、カルボン酸の含有量の減少によって半田材の還元力が低下するという現象が生じる。このような現象を半田材の劣化という。

したがって、検査対象の半田材において、カルボン酸の含有度、カルボン酸塩の含有度の少なくとも一つを分析できれば、該半田材の粘度を検査することができ、ひいては半田材の劣化度を検査できる。

一方、カルボン酸、カルボン酸塩の各々は、各々において特定されている特定波数帯域の赤外線を吸収することが知られている。

そこで、以下の工程の組み合わせを実施することにより、本実施形態の半田材検査方法を実現することとする。まず、検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出する第一検出工程を実施する。つぎに、比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材を反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出する第二検出工程を実施する。そして、上記検出された各強度に基づき、上記検査対象の半田材の粘度を検査する検査工程を実施する。なお、第一検出工程と第二検出工程とは、実施順序が逆になってもよいし、同時に行ってもよい。

以上の本実施形態の半田材検査方法によれば、第一検出工程および第二検出工程によって、検査対象の半田材から反射する赤外線の特定波数の第一強度と、比較対象の半田材から反射する赤外線の特定波数の第二強度とを検出できる。

ここで、上述したように、カルボン酸、カルボン酸塩の各々は、各々において特定されている特定波数帯域の赤外線を吸収する。したがって、半田材におけるカルボン酸、カルボン酸塩の含有度に応じて、半田材における特定波数の赤外線の吸収量は変化し、半田材を反射する特定波数の赤外線の強度は変化する。

したがって、第一および第二検出工程で検出した各強度に基づけば、検査対象の半田材におけるカルボン酸の含有度、カルボン酸塩の含有度の少なくとも一つを分析できる。それゆえ、検査対象の半田材の粘度を検査できる。

なお、上記検査工程の態様としては、検査対象の半田材の粘度Ｖは、以下の（１）式に示す検量線方程式を用いて求めることができる。

Ｖ＝ａＡ^２＋ｂＡ＋ｃ … （１）
上記検量線方程式において、ａ，ｂ，ｃは、半田材ごとに固有の定数である。また、特徴量Ａは、比較対象の半田材と検査対象の半田材との間における上記特定波数の赤外線吸収度の相違度を示すパラメータである。それゆえ、これらパラメータを求めることにより、比較対象の半田材と検査対象の半田材との間におけるカルボン酸、カルボン酸塩の含有度の相違を分析でき、検査対象の半田材の粘度を検査することができるのである。

特徴量Ａの算出方法としては、以下の（２）〜（４）式に示す３種類が考えられる。

Ａ＝Ａchlo／Ａacid … （２）
Ａ＝Ａchlo／Ａref … （３）
Ａ＝Ａref／Ａacid … （４）
ここで、
Ａacidは、カルボン酸の吸収波長付近での吸光度計測値、
Ａchloは、カルボン酸塩の吸収波長付近での吸光度計測値、
Ａrefは、参照波長付近での吸光度計測値、
である。尚、参照波長とは、半田材の劣化に伴う吸光度の変化を示さない波長ピークを示すものであり、そのような変化のないピークであればどのような波長であってもよい。

また、上記検査対象および上記比較対象としては、各々同一の半田材が使用される。なお、上記「各々同一の半田材を使用」とは、型式が同一の半田材を意味し、型式が同一であればロットは別でもかまわない。たとえば、検査対象を、ある型式・あるロットの半田材ａとする。この場合の比較対象としては、半田材ａと同一型式・別ロットの新品状態の半田材ｂ、および、半田材ｂを印刷工程で使用し粘度を変化させた半田材ｂ’、または、半田材ａ・半田材ｂと同一型式・別ロットの半田材ｃを印刷工程で使用し粘度を変化させた半田材ｃ’、などが利用できる。

〔実施例１〕
次に、以上示した本実施形態の半田材検査方法の一実施例を説明する。

まず、本実施例において検査対象となる半田材について説明する。本実施例では、図２に示す各物質を含有成分とする半田材を検査に用いた。同図に示すように、本実施例の半田材は、８０〜９０％の錫と、１〜３％の銀と、１％未満の銅と、２〜４％のジエチレングリコールモノへキシルエーテルと、１％未満の2-エチル-1,3-ヘキサンジオールと、４〜６％のロジンと、を含んでいる。

なお、半田材の主成分は錫（Sn）または鉛（Pb）等の金属であるが、本実施例の半田材では、図２に示すように、この金属として錫が用いられている。また、半田材において還元力をもたらす主成分であるカルボン酸として、本実施例の半田材では、図２に示すように、ロジン（C₁₉H₂₉COOH）が用いられている。

本実施例では、図２に示す半田材であって、新品の状態の当該半田材を比較対象とし、プリント基板の印刷工程において使用された後の当該半田材を検査対象とした。なお、以下では、比較対象の半田材を単に「比較対象」とし、検査対象の半田材を単に「検査対象」とよぶことがある。

ここで、この比較対象および検査対象に対して、各々同一強度の赤外線を照射し、比較対象を反射する赤外線における５００ｃｍ^−１〜３０００ｃｍ^−１の帯域の強度（第二強度）を検出し、検査対象を反射する赤外線における５００ｃｍ^−１〜３０００ｃｍ^−１の帯域の強度（第一強度）を検出した（第一検出工程、第二検出工程）。

さらに、本実施例では、各波数について、比較対象の赤外線の吸光度（第二赤外線吸光度）と、検査対象の赤外線の吸光度（第一赤外線吸光度）とを下記の（５），（６）式にて算出した。すなわち、上記吸光度は、波数ｈに対応するブランク値（照射した赤外線の波数ｈにおける強度）をＢＬとし、比較対象から反射する赤外線の波数ｈにおける強度をＡとし、検査対象から反射する赤外線の波数ｈにおける強度をＢとして、
（波数ｈに対応する）比較対象の赤外線の吸光度Ａ´＝−log(Ａ／ＢＬ)・・・（５）
（波数ｈに対応する）検査対象の赤外線の吸光度Ｂ´＝−log(Ｂ／ＢＬ)・・・（６）
を、波数毎に演算することによって求めることができる。

図３は、算出した吸光度を示すスペクトルチャートである。なお、同図における横軸は赤外線の波数（Wave Number）を示し、縦軸は赤外線の吸光度を示す。同図に示すように、比較対象の赤外線の吸光度と、検査対象の赤外線の吸光度とでは相違があることが観測される。

図４は、赤外線の波数と、該波数に対応する吸光度差との関係を示したチャートである。つまり、図４のチャートは、図３のチャートに示される検査対象の吸光度から比較対象の吸光度を差し引いた吸光度差を示したものである。

図４から、比較対象と検査対象とでは、６００ｃｍ^−１付近、１３００ｃｍ^−１付近、１６００ｃｍ^−１付近、１７００^−１ｃｍ^−１付近の吸光度において、大きな差があることがわかる。

具体的には、６００ｃｍ^−１、１３００ｃｍ^−１、１６００ｃｍ^−１付近において、検査対象の赤外線吸光度は、比較対象の赤外線吸光度よりも高くなっていることがわかる。また、１７００ｃｍ^−１付近において、検査対象の赤外線吸光度は、比較対象の赤外線吸光度よりも低くなっていることがわかる。

ここで、赤外線スペクトルチャートにおいて、６００ｃｍ^−１付近で観測される吸収は、金属酸化物における酸素-金属結合の振動によるものであることが知られている。また、１３００ｃｍ^−１付近で観測される吸収は、カルボン酸塩の対称伸縮振動によるものであり、１６００ｃｍ^−１付近で観測される吸収は、カルボン酸塩における逆対称伸縮振動によるものであることが知られている。さらに、１７００ｃｍ^−１付近で観測される吸収は、カルボン酸における二重結合の伸縮振動による吸収を示すものであることが知られている。

したがって、６００ｃｍ^−１付近において、検査対象の方が、比較対象よりも、赤外線吸光度が高くなっていることから、検査対象においては、比較対象よりも金属酸化物が多量に含まれており、比較対象よりも酸化度が高いことがわかる。

また、１３００ｃｍ^−１付近および１６００ｃｍ^−１付近において、検査対象の方が、比較対象よりも、赤外線吸光度が高くなっていることから、検査対象においては、比較対象よりもカルボン酸塩が多量に含まれており、比較対象よりも粘度が高いことがわかる。

さらに、１７００ｃｍ^−１付近において、検査対象の方が、比較対象よりも、赤外線吸光度が低くなっていることから、検査対象においては、比較対象よりもカルボン酸が少なく、比較対象よりも還元力が低いことがわかる。

このように、本実施例では、赤外線スペクトルの各波数について、検査対象の半田材を反射する赤外線の強度（第一強度）と、比較対象の半田材を反射する赤外線の強度（第二強度）とから、検査対象の半田材における赤外線の吸光度（第一赤外線吸光度）と、比較対象の半田材における赤外線の吸光度（第二赤外線吸光度）とを求めている。

そして、赤外線スペクトルの各波数について、検査対象の半田材の吸光度から比較対象の半田材の吸光度を差し引いた吸光度差を求めている。ここで、６００ｃｍ^−１、１３００ｃｍ^−１、１６００ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１付近における上記吸光度差を参照すれば、検査対象の半田材に含まれる金属酸化物の含有度、カルボン酸の含有度、カルボン酸塩の含有度を把握することができる。

そして、この金属酸化物の含有度から、検査対象の半田材の酸化度を把握でき、カルボン酸の含有度から、検査対象の半田材の還元力を把握でき、カルボン酸塩の含有度から、検査対象の半田材の粘度を把握できる。

つぎに、比較対象の赤外線の吸光度と、検査対象の赤外線の吸光度との相違について検討した。具体的には、上記（５），（６）式で求められる吸光度Ａ´およびＢ´を、上述した（２）〜（４）式の何れかに代入して特徴量Ａを求める。例えば、（２）式を用いて特徴量Ａを求める場合には、上記吸光度Ａ´およびＢ´は、カルボン酸の吸収波長付近およびカルボン酸塩の吸収波長付近の波数について求められる。

ここで、図５は、特徴量Ａと半田材の粘度との相関関係を示すグラフであり、横軸を特徴量Ａ、縦軸を粘度としている、尚、図５における◆、■、および▲のプロットは、（２）式を用いて特徴量Ａを求めた場合の実験値を例示しており、◆、■、および▲のプロットのそれぞれは、計測日や劣化のさせ方の条件が違っても検量線にうまくのることを示している。

図５から明らかなように、特徴量Ａと半田材の粘度とは、常にほぼ一定の相関関係を示しており、具体的には上記（１）式に示すような二次関数曲線（図中、実線にて示す）の相関関係を示す。

このため、上記二次関数曲線を検量線方程式とし、該検量線方程式が半田材に対して特定されれば、検査対象の赤外線の吸光度の測定結果から特徴量Ａを求め、この特徴量Ａを上記検量線方程式に代入することで、検査対象の半田材の粘度を求めることができる。

また、上記検量線方程式を特定するためには、以下の手順にて（１)式における係数ａ〜ｃを求める。先ず、劣化度がそれぞれ異なる少なくとも３種類の半田材サンプルを比較対象とし、これら比較対象の計測結果から３種の特徴量Ａ１〜Ａ３を求める。そして、これらの特徴量Ａ１〜Ａ３のそれぞれを代入した３つの検量線方程式を連立方程式とし、これを解くことによってａ〜ｃの解を求めればよい。

このように、本実施例では、赤外線スペクトルの各波数について、検査対象の半田材を反射する赤外線の強度（第一強度）と、比較対象の半田材を反射する赤外線の強度（第二強度）とから、検査対象の半田材における赤外線の吸光度（第一赤外線吸光度）と、比較対象の半田材における赤外線の吸光度（第二赤外線吸光度）とを求めている。

そして、複数種類の比較対象の半田材における赤外線の吸光度（第二赤外線吸光度）から該半田材に対する複数の特徴量Ａを求め、さらに該半田材における検量線方程式を特定する。ここで、１３００ｃｍ^−１、１６００ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１付近における上記吸光度から、上記特徴量Ａと粘度との相関関係を求め、上記検量線方程式を特定する。また、比較対象の一つは新品の状態の半田材とし、この新品の半田材に対する吸光度を（２）〜（４）式における吸光度初期値とする。

そして、赤外線スペクトルの各波数について、検査対象の半田材の吸光度から該検査対象の特徴量Ａを求め、検査対象の特徴量Ａを上記検量線方程式に代入することで検査対象の粘度が算出される。

つぎに、新品の状態の半田材を比較対象とし、プリント基板の印刷工程における印刷回数が２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回、１２００回の各半田材を検査対象として、本実施例で示した方法によって分析した結果を図６（ａ）に示す。

図６（ａ）は、赤外線の波数と、各波数に対応する検査対象の半田材の吸光度から比較対象の半田材の吸光度を差し引いて得られる吸光度差との関係を、検査対象毎に示したチャートである。なお、横軸は赤外線の波数を示し、縦軸は、検査対象の半田材の吸光度と比較対象の半田材の吸光度との差である吸光度差を示す。

図６（ａ）から、半田材の印刷回数が増加する程、１３００ｃｍ^−１付近および１６００ｃｍ^−１付近の吸光度差は高くなり、１７００ｃｍ^−１付近の吸光度差は減少していることがわかる。これにより、印刷回数が増加する程、半田材においてカルボン酸が減少し、カルボン酸塩が増加していることがわかる。そして、このカルボン酸塩の増加という結果から、印刷回数が増加する程、半田材の粘度が上昇することを分析できる。

実際、各検査対象について粘度を測定したところ、図６（ｂ）に示すように、半田材の印刷回数と半田材の粘度とは正の相関関係があることが確認された。また、半田材の１６００ｃｍ^−１付近の赤外線の吸光度差と半田材の粘度とは正の相関関係があり、半田材の１７００ｃｍ^−１付近の赤外線の吸光度差と半田材の粘度とは負の相関関係があることも確認された。このような関係が成立するのは、半田材の印刷回数が増加するほど、半田材に含有されるカルボン酸が減少して１７００ｃｍ^−１付近の赤外線の吸収が少なくなり、半田材に含有されるカルボン酸塩が増加して１６００ｃｍ^−１付近の赤外線の吸収が大きくなり、さらにカルボン酸塩の増加に応じて粘度が高くなるからである。

また、上記した各々の特定波数（１３００ｃｍ^−１、１６００ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１）は、数値変更が可能である。つまり、特定波数は、１３００ｃｍ^−１、１６００ｃｍ^−１、１７００ｃｍ^−１に限定されるものではなく、特定波数としての有効範囲を設定することが可能である。この点について、具体的に説明する。

まず、図６における分析と同様、新品の状態の半田材を比較対象とし、プリント基板の印刷工程における印刷回数が２００回、４００回、６００回、８００回、１０００回、１２００回の各半田材を検査対象として、本実施例で示した方法によって各検査対象に対して上記吸光度差を求めた。この結果を図７〜図９に示す。なお、図７では、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１の波数帯域についての上記吸光度差を示し、図８では、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の波数帯域についての上記吸光度差を示し、図９では、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１の波数帯域についての上記吸光度差を示す。

半田材に含まれるカルボン酸塩の対称伸縮振動の吸収ピークは１３００ｃｍ^−１付近（厳密には、１３２３ｃｍ^−１）で検出されるが、図７に示すように、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違を区別でき、１２８２ｃｍ^−１〜１３８２ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違をさらに顕著に観測することができる。したがって、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１の間の少なくともいずれかの波数を上記注目波数とすれば、各検査対象のカルボン酸塩の含有度を分析することが可能となる。

また、カルボン酸塩の逆対称伸縮振動の吸収ピークは１６００ｃｍ^−１付近（厳密には、１５９０ｃｍ^−１）で検出されるが、図８に示すように、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違を区別でき、１５６２ｃｍ^−１〜１６２４ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違をさらに顕著に観測することができる。したがって、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の間の少なくともいずれかの波数を上記注目波数とすれば、各検査対象のカルボン酸塩の含有度を分析することが可能となる。

さらに、カルボン酸の炭素-酸素二重結合の吸収ピークは、１７００ｃｍ^−１付近で検出されるが、図９に示すように、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違を区別でき、１６８３ｃｍ^−１〜１７１０ｃｍ^−１に注目すれば、検査対象毎の吸光度差の相違をさらに顕著に観測することができる。したがって、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１の間の少なくともいずれかの波数を上記注目波数とすれば、各検査対象のカルボン酸の含有度を分析することが可能となる。

〔半田材検査装置〕
次に、本実施形態の半田材検査方法を実現する半田材検査装置について説明する。なお、以下で説明する半田材検査装置は、あくまで、本実施形態の半田材検査方法を実現する装置の例示であり、本実施形態の半田材検査方法を実現するにあたって、以下の半田材検査装置が必須となるわけではない。

本実施形態の半田材検査装置１００は、図１に示すように、赤外分光計測部１０、入力部２０、記憶部３０、算出部４０、出力部５０、および制御部６０を備えて構成されている。

赤外分光計測部１０は、測定物となる半田材に対して光を照射し、その反射光における特定波数の赤外線強度を検出する手段である。入力部２０は、オペレータが既知の半田材の粘度を入力するための手段である。記憶部３０は、半田材の粘度を算出する際に使用される粘度算出用のパラメータ（例えば、検量線方程式の係数、特徴量初期値）を記憶する手段である。算出部４０は、赤外分光計測部１０によって測定された赤外線強度、および記憶部３０に記憶された粘度算出用のパラメータに基づいて、半田材の粘度を算出する手段である。出力部５０は、算出部４０によって算出された半田材の粘度を出力する手段である。

制御部６０は、赤外分光計測部１０から送られてくるアナログ信号（赤外線強度）を処理するブロックであり、該アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータと、該デジタル信号に基づいてデータ処理を行うコンピュータとによって構成される。さらに、制御部６０は、上記各部の制御を行う。

ここで、上記半田材の粘度を算出する際には、半田材の特徴量Ａが求められる。上記特徴量Ａは、上述したように、上記第一強度から、検査対象の半田材における上記特定波数の第一赤外線吸光度を求め、上記第二強度から、比較対象の半田材における上記特定波数の第二赤外線吸光度とを求め、上記第一赤外線吸光度と上記第二赤外線吸光度とから算出される。

これにより、上記特徴量Ａは、上記検査対象の半田材の特定波数の赤外線吸収度と、比較対象の半田材の特定波数の赤外線吸収度との相違度を示したものとなる。ここで、半田材におけるカルボン酸、カルボン酸塩の含有度に応じて、該半田材における特定波数の赤外線の吸収量は変化し、該半田材を反射する特定波数の赤外線の強度、すなわち半田材における上記特定波数の赤外線吸光度は変化し、これに伴って上記特徴量Ａも変化する。

したがって、半田材検査装置のオペレータは、特徴量Ａを参照することによって、検査対象の半田材に含有しているカルボン酸、カルボン酸塩の含有度を知ることができ、検査対象の半田材の劣化度を検査できる。

また、上記構成において、光源と半田材との間、または、半田材と強度検出手段との間に、赤外線のみを透過させる光学フィルタを設ければ、強度検出手段は、半田材から反射する赤外線を検出することが可能となる。

以下、本実施形態の半田材検査装置の実施例を説明する。

〔実施例２〕
本実施例の半田材検査装置１００は、測定物となる半田材に対して光を照射し、その反射光における特定波数の赤外線強度を検出する手段として赤外分光計測部１０を有している。まずは、赤外分光計測部１０の一構成例を図１０を参照して説明する。

図１０に示すように、赤外分光計測部１０は、光源１１、バンドパスフィルタ１２、プレート１３、光電変換器（強度検出手段）１４を備えている。赤外分光計測部１０において、測定物となる半田材１６はプレート１３上に載置される。また、半田材１６は、前記比較対象または検査対象の半田材に該当するものであり、照射された赤外線を反射する。

光源１１は、プレート１３上の半田材１６の方向に向けて光を照射するランプであり、例えば、グローバランプ、セラミック光源、キセノンランプ、PbSnTeレーザなどが使用される。

バンドパスフィルタ１２は、プレート１２上の半田材１３と光電変換器１４との間に配置されている光学フィルタである。このバンドパスフィルタ１２は、特定波数の赤外線のみを透過するものである。なお、特定波数は、上述の実施例１で説明したものと同様であり、カルボン酸、カルボン酸塩のうちの少なくとも一つの赤外線吸収が認められる波数である。

光電変換器１４は、入射する赤外線の強度を検出する。さらに、光電変換器１４は、検出した赤外線の強度を示すアナログ信号を生成し、該アナログ信号を制御部６０へ送信する。この光電変換器１４の例としては、例えば、ＭＣＴ（光導電素子，HgCdTe）、焦電素子、サーモパイルなど（ただし焦電素子の場合はチョッパやパルス光源が必要になる）を用いたデバイスが挙げられる。なお、光電変換器１４は、プレート１３上の半田材１６から反射する赤外線の光軸上に位置するように設けられている。

この半田材検査装置１００によれば、制御部６０のコンピュータにおいて処理されるデジタル信号は、半田材１６から反射する注目波数の赤外線の強度を示したデータとなる。

よって、半田材検査装置１００において、比較対象の半田材１６をプレート１３に配して、この半田材１６に特定波数の赤外線を照射することによって、比較対象の半田材１６を反射する赤外線の強度（第二強度）を光電変換器１４に検出させ、その後、検査対象の半田材１６をプレート１３上に配して、同様の作業で赤外線の強度（第一強度）を検出させればよい。これにより、制御部６０には、比較対象の半田材１６を反射する赤外線の強度を示すデータと、検査対象の半田材１６を反射する赤外線の強度を示すデータとが順次伝達されることとなる。

そして、制御部６０が、上記各強度に基づき、検査対象における特定波数の赤外線の吸光度（第一赤外線吸光度）と、比較対象における特定波数の赤外線の吸光度（第二赤外線吸光度）とを求める。さらに、制御部６０が、比較対象における注目波数の赤外線の吸光度と検査対象における注目波数の赤外線の吸光度とか検量線方程式によって検査対象の粘度を求めることができる。

また、図１に示すように、半田材検査装置１００において、制御部６０に記憶部３０を接続させる構成とすれば、予め、比較対象の半田材を反射する赤外線の強度のみを検出し、この強度を示すデータを記憶部３０に保存させておくことができる。これにより、複数の検査対象の半田材に対して連続して検査する場合であっても、比較対象の半田材を反射する赤外線の強度の検出は一度だけで済ませることが可能である。

上記半田材検査装置１００は、実際に半田材の粘度測定を行う前に、半田材の粘度を算出するために用いる初期パラメータの設定を行う必要がある。先ずは、この設定時シーケンスを図１１を参照して説明する。

図１１に示す設定時シーケンスでは、先ずは、粘度が既知の値である３種類の半田材サンプル（サンプル１〜３）について赤外分光計測部１０によって特定波数の赤外線に対する吸収度の計測を行う（Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）。この時、３種類のサンプルは、それぞれの粘度は異なる（劣化度が異なる）が同一種類の半田材であり、かつサンプルの一つについては新品の半田材を用いる。さらに、上記サンプル１〜３においてはその粘度が既知であるため、その粘度を入力部２０を介して入力する（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６）。

上記Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のステップによって計測された赤外線吸収度を、上述した（２）〜（４）式の何れかに代入することにより、３種類の特徴量Ａを求めることができる。さらに、特徴量Ａと上記Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のステップにおいて入力された半田材の粘度を上述した（１）式に代入することにより、３つの検量線方程式を連立させることができる。この連立方程式は算出部４０によって解かれ、これにより上記（１）式に含まれるパラメータａ〜ｃが算出される（Ｓ７）。すなわち、上記Ｓ７では、サンプル１〜３の半田材にかかる検量線方程式が算出される。

上記Ｓ７で算出された検量線方程式のパラメータａ〜ｃと、新品サンプルに対する赤外線吸収度の計測値とは、その後の半田材の粘度計測工程において使用されるため、記憶部３０に格納される。以上が、実際の半田材の粘度測定を行う前に実行される設定時シーケンスである。

次に、粘度が未知の値である半田材サンプルについて、赤外分光計測部１０による特定波数の赤外線に対する吸収度の計測結果から、その粘度を求める稼動時シーケンスを図１２を参照して説明する。

図１２に示す稼動時シーケンスでは、先ずは、粘度が未知の値である半田材サンプル（未知サンプル）について赤外分光計測部１０によって特定波数の赤外線に対する吸収度の計測を行う（Ｓ１１）。この時、上記未知サンプルにおける半田材は、上述した設定時シーケンスにおいて検量線方程式が算出（特定）されている。

上記Ｓ１１にて計測された未知サンプルの赤外線吸収度は算出部４０に送られ、算出部４０において未知サンプルの粘度が算出される。すなわち、未知サンプルの赤外線吸収度と、記憶部３０に記憶されている新品サンプルの赤外線吸収度とから、上述した（２）〜（４）式の何れかを用いて未知サンプルの特徴量Ａが求められ、この特徴量Ａをパラメータａ〜ｃの特定された検量線方程式（すなわち（１）式）に代入することによって未知サンプルの粘度が求められる（Ｓ１２）。

上記Ｓ１２において求められた未知サンプルの粘度は、一旦記憶部３０に記憶され（Ｓ１３）、その後、制御部６０からの指示によって記憶部３０から読み出されて（Ｓ１４）、出力部５０において出力される（Ｓ１５）。

尚、本実施の形態において、赤外分光計測部１０の構成は上記図１０の例に限定されるものではなく、図１３に示すような構成とすることも可能である。

図１３の半田材検査装置１００では、プレート１３には、一方の面側と他方の面側との間で相互に光を透過させる透光領域（ZnSe等）１３ａが含まれている。そして、半田材１６は、プレート１３における一方の面側の透光領域１３ａ上に配置される。

さらに、プレート１３における他方の面側に対向する位置に、光源１１、バンドパスフィルタ１２、光電変換器１４が配され、さらに、ミラー１７・１８が配される。具体的には、光源１１の光軸上に、光源１１からの光の進行方向に沿ってミラー１７を配置する。そして、ミラー１７は、光源１１から照射される光を透光領域１３ａの方向へ反射するように設置される。さらに、ミラー１８は、透光領域１３ａからの光を光電変換器１４の方向へ反射するように配置される。

また、図１０や図１３に示した半田材検査装置１００は、プリント基板の印刷装置２００の近傍に備えられることにより、インライン分析用に変形することも可能である。すなわち、上記半田材検査装置１００は、プリント基板の生産ラインにおける印刷工程で使用されている半田材の劣化度をインライン分析するために用いることが可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、上記実施例の制御部６０は、ＣＰＵなどの演算手段が、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行し、キーボードなどの入力手段、ディスプレイなどの出力手段、あるいは、インターフェース回路などの通信手段を制御することにより実現することができる。したがって、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行するだけで、制御部６０の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。

この記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばＲＯＭのようなものがプログラムメディアであっても良いし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであっても良い。

また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。

また、上記プログラムメディアとしては、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等のディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する記録媒体等がある。

また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。

さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。

本発明の半田材検査方法、半田材検査装置は、プリント基板の生産ラインにおける印刷工程で使用されるペースト状の半田材を検査する方法、装置として好適であるが、このペースト状の半田材に限定されず、周知の半田材全般に広く適用可能である。

本発明の実施形態を示すものであり、半田材検査装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例の半田材検査方法における検査対象の半田材の含有成分および各成分の含有割合（重量％）を示す表である。 本発明の一実施例の半田材検査方法によって得られたチャートであって、検査対象の半田材の赤外線吸光度と、比較対象の半田材の赤外線吸光度とを示すスペクトルチャートである。 図３に示す検査対象の半田材の赤外線吸光度から比較対象の半田材の赤外線吸光度を差し引いて得られた吸光度差を示すチャートである。 特徴量Ａと半田材の粘度との相関関係を示すグラフである。 （ａ）は、複数の検査対象について、各検査対象の半田材の赤外線吸光度から比較対象の半田材の赤外線吸光度を差し引いて得られた吸光度差を検査対象毎に示したチャートであり、（ｂ）は、複数の検査対象について、印刷回数、粘度、所定波数の赤外線の吸光度を示した表である。 複数の検査対象について、各検査対象の半田材の赤外線吸光度から比較対象の半田材の赤外線吸光度を差し引いて得られた吸光度差を検査対象毎に示したチャートであり、１２７０ｃｍ^−１〜１４２０ｃｍ^−１の波数帯域についてのチャートである。 複数の検査対象について、各検査対象の半田材の赤外線吸光度から比較対象の半田材の赤外線吸光度を差し引いて得られた吸光度差を検査対象毎に示したチャートであり、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の波数帯域についてのチャートである。 複数の検査対象について、各検査対象の半田材の赤外線吸光度から比較対象の半田材の赤外線吸光度を差し引いて得られた吸光度差を検査対象毎に示したチャートであり、１６６５ｃｍ^−１〜１７２５ｃｍ^−１の波数帯域についてのチャートである。 本発明の一実施例の半田材検査方法を実現する半田材検査装置を示す模式図である。 上記半田材検査装置による設定時シーケンスを示すタイミングチャートである。 上記半田材検査装置による稼動時シーケンスを示すタイミングチャートである。 図１０に示す半田材検査装置の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１１ 光源
１２ バンドパスフィルタ
１３ プレート
１３ａ 透光領域
１４ 光電変換器（強度検出手段）
１６ 半田材
２０ 入力部
３０ 記憶部
４０ 算出部
５０ 出力部
６０ 制御部（制御手段）
１００ 半田材検査装置

Claims (13)

1. 検査対象の半田材に光を照射することによって該検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出する第一検出工程と、
   比較対象の半田材に上記光を照射することによって該比較対象の半田材から反射する上記特定波数の赤外線の第二強度を検出する第二検出工程と、
   上記検出された第一および第二強度に基づき、上記検査対象の半田材の粘度を検査する検査工程と、
   を含むことを特徴とする半田材検査方法。
2. 上記検査工程においては、
   上記第一強度に基づき、上記検査対象の半田材における上記特定波数の第一赤外線吸光度を求め、
   上記第二強度に基づき、上記比較対象の半田材における上記特定波数の第二赤外線吸光度を求め、
   上記第二赤外線吸光度に基づいて特定される検量線方程式に、上記第一赤外線吸光度を代入することによって上記検査対象の半田材の粘度を算出することを特徴とする請求項１に記載の半田材検査方法。
3. 上記特定波数は、１２７０ｃｍ^−１〜１４３０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田材検査方法。
4. 上記特定波数は、１５００ｃｍ^−１〜１６５０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田材検査方法。
5. 上記特定波数は、１６６５ｃｍ^−１〜１７３０ｃｍ^−１の範囲に含まれる波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田材検査方法。
6. 上記特定波数は、半田材に含まれる塩が吸収する赤外線の波数帯域に含まれる波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田材検査方法。
7. 上記特定波数は、半田材に含まれる酸が吸収する赤外線の波数帯域に含まれる波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田材検査方法。
8. 上記塩は、カルボン酸塩であることを特徴とする請求項６に記載の半田材検査方法。
9. 上記酸は、カルボン酸であることを特徴とする請求項７に記載の半田材検査方法。
10. 検査対象の半田材および比較対象の半田材に光を照射する光源と、
    上記光が照射されることによって検査対象の半田材から反射する特定波数の赤外線の第一強度を検出し、上記光が照射されることによって比較対象の半田材から反射する該特定波数の赤外線の第二強度を検出する強度検出手段と、
    上記検出された第一および第二強度に基づいて、上記検査対象の半田材の粘度を出力する制御手段と、
    を含むことを特徴とする半田材検査装置。
11. 上記制御手段は、
    上記第一強度に基づき、上記検査対象の半田材における上記特定波数の第一赤外線吸光度を求め、
    上記第二強度に基づき、上記比較対象の半田材における上記特定波数の第二赤外線吸光度を求め、
    上記第二赤外線吸光度に基づいて特定される検量線方程式に、上記第一赤外線吸光度を代入することによって上記検査対象の半田材の粘度を算出することを特徴とする請求項１０に記載の半田材検査装置。
12. 半田材検査装置の制御プログラムであって、請求項１０に記載の制御手段における機能をコンピュータで実現する制御プログラム。
13. 請求項１２に記載の制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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