JPH0213802A - 回路部品実装状態検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「目次コ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとす石課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 第１実施例（第２〜７図） 第２実施例（第８Ａ、８Ｂ図） 拡張 我　　　　発明の効果 ［概要］ と　　　プリント配線板上に実装された回路部品の実装
置　　状態を検査する回路部品実装状態検査装置に関し
、半田付着量の観点から回路部品実装状態の良否判定を
より正確に行うことを目的とし、回路部品実装済プリン
ト配線板の表面に照射された光の反射光を受光して該表
面の輝度を検出する輝度検出手段と、検出された該輝度
から回路部品とプリント配線板とに溶着された半田部の
、該プリント配線板上から見た平面領域を判定する半田
領域判定手段と、該プリント配線板上の表面高さを検出
する表面高さ検出手段と、検出された該表面高さデータ
のうち該半田部平面領域に属する高さデータのみを抽出
する高さデータ抽出手段と、回路部品のサイズデータが
書き込まれた部品サイズデータ記憶手段と、抽出された
該高さデータ及び書き込まれている部品サイズデータを
用いて半田部の所定領域の体積を求める半田体積演算手
段と、半田部の該所定領域の体積の規定範囲が書き込ま
れた規定体積記憶手段と、求められた半田部の所定領域
の該体積とこれに対応する該規定範囲とを比較して半田
付着状態の良否を判定する半田付着良否判定手段と、該
良否判定結果を出力する判定結果出力手段と、を備えて
構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、プリント配線板上に実装された回路部品の実
装状態を半田付着量の観点から検査する回路部品実装状
態検査装置に関する。

［従来の技術］ この種の回路部品実装状態検査装置では、従来、イメー
ジセンナを用いて輝度データを読み取り、これを２値化
して明部を半田付着領域と判定し、基準パターンと比較
することにより回路部品実装状態の良否を判定していた
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、平面的に検査を行っているため、半田付着量が
不足していたり、逆に過多であったり、あるいは半田付
着量の分布が不均一で偏りがあっても、平面分布が正常
であれば良と判定し、回路部品実装状態の良否を誤判定
することがあった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半田付着量の観点
から回路部品実装状態の良否判定をより正確に行うこと
ができる回路部品実装状態検査装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理図である。

図中、ｌは輝度検出手段であり、回路部品実装済プリン
ト配線板の表面に照射された光の反射光を受光して該表
面の輝度を検出する。

２は半田領域判定手段であり、検出された該輝度から、
回路部品とプリント配線板とに溶着された半田部の、該
プリント配線板上から見た平面領域を判定する。

３は表面高さ検出手段であり、該プリント配線板上の表
面高さを検出する。

４は高さデータ抽出手段であり、検出された該表面高さ
データのうち、該半田部平面領域に属する高さデータの
みを抽出する。

５は部品サイズデータ記憶手段であり、回路部品のサイ
ズデータが書き込まれている。

６は半田体積演算手段であり、抽出された該高さデータ
及び書き込まれている部品サイズデータを用いて、半田
部の所定領域の体積を求める。

７は規定体積記憶手段であり、半田部の該所定領域の体
積の規定範囲が書き込まれている。

８は半田付着良否判定手段であり、求められた半田部の
所定領域の該体積と、これに対応する該規定範囲とを比
較して、半田付着状態の良否を判定する。

９は判定結果出力手段であり、判定結果を出力する。

上記輝度検出手段！及び表面高さ検出手段３は、例えば
、光位置検出器（ＰＳＤ）を用いて構成される。

また、上尺半田領域判定手段２は、例えば、検出された
面記輝度を２値化して明部と暗部とに分け、互いに接近
する明部を接続した領域を半田部平面領域と判定する。

さらに、半田部の上記所定領域は、例えば、連続する１
つの半田領域、または、連続する１つの半田領域を分割
した各領域である。

［作用］ 輝度データにより半田領域が平面的に判定される。この
輝度データによれば、半田の高さによらず、半田部と配
線板部とを明瞭に区別することができる。

したがって、極めて低い半田部であっても、正確にその
領域を判定できる。

高さデータのうち、この半田領域の高さデータのみが抽
出され、予め記憶されている部品サイズデータを用いて
半田のみの所定領域の体積が演算され、予め記憶されて
いる規定体積と比較され、半田付着良否が判定される。

したがって、３次元的に半田付着状態の良否を判定でき
、輝度信号のみによる平面的な半田付着状態の検査では
検出不可能な半田付着不良を検出できる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

（＋）第１実施例 第２図は回路部品実装状態検査装置の光学系の基本構成
を示す。

ｘ−ＹステージｌＯ上に載置されたプリント配線板１２
上には、回路部品としてのチップ部品１４が半田１６Ａ
、１６Ｂにより多数実装されている。

一方、ｘ−ｙステージＩＯの上方にはポリゴンミラー１
８が配設され、ポリゴンミラー１８の側方には半導体レ
ーザ２０がその先軸をポリゴンミラー１８へ向けて配設
され、ポリゴンミラー１８と半導体レーザ２０との間に
はコリメートレンズ２２がその先軸を半導体レーザ２０
の光軸に一致させて配設されている。また、この先軸と
略直交する方向の、ポリゴンミラー１８の側方には、「
θレンズ２４を介してミラー２５が配設され、ミラー２
５の側方には光センサ２６がその先軸、をポリゴンミラ
ー１８へ向けて配設されている。ポリゴンミラー１８の
回転軸にはステッピングモータ１８λが連結され、ステ
ッピングモータ１８ａの回転軸にはパルスジェネレータ
１８ｂが連結されている。

したがって、半導体レーザ２０から射出されたレーザビ
ームは、コリメートレンズ２２で平行化され、ポリゴン
ミラーＩ８の一面で反射され、ｆθレンズ２４を通り、
次いで、ミラー２５で下方に反射されてプリント配線板
１２の表面を照射し、光スポットを形成する。ステッピ
ングモータ１８ａによりポリゴンミラー！８を回転させ
ると、レーザビームＬＢが第２図Ｘ方向に周期的に振ら
れ、各周期におけるポリゴンミラー１８の所定回転角で
レーザビームＬＢが光センサ２６により検出され、ポリ
ゴンミラー１８の回転速度に応じた周期的な同期パルス
Ｓ、が光センサ２６から出力される。（第５図参照）ま
た、ポリゴンミラー１８が一定微少角回転する毎にパル
スジェネレータ１８ｂから１個の回転パルスＳ＋が出力
される（第５図参照）。

プリント配線板１２上の上記光スポットのｘ−Ｙ平面位
置座標は次のようにして得られる。

すなわち、ポリゴンミラー１８が静止し、ｘ−Ｙステー
ジ！Ｏが移動している場合には、ｘ−Ｙステージ１８か
ら構成される装置座標（Ｘ、Ｙ）を光スポットの位置座
標とすることができる。ここに、Ｘ軸方向は光スポット
の走査方向に平行であり、Ｙ軸方向は光スポットの走査
方向に垂直であるとする。

実際にはポリゴンミラー１８が例えば第２図矢印Ａ方向
に回転し、光スポットがプリント配線板！２上を一走査
する毎にｘ−Ｙステージ！０がＹ軸方向へ！ステップ、
例えば１０μ■移動する。したがって、ｘ−Ｙステージ
位置座標（Ｘ、Ｙ）の座標値Ｘを、第５図に示す如く回
転パルスＳＩのうち同期パルスＳ、の前後の所定数のパ
ルスを無視した走査パルスＳ、の計数値Ｃｘで置き換え
ることにより、光スポットの位置座標を得る。この計数
値Ｃｘは、同期パルスＳ、でクリアされる。

光スポットの一走査におけるデータサンプリング範囲が
プリント配線板１２のＸ方向幅より小さい場合には、ｘ
−ＹステージＩＯをＸ方向へ一定距離ブロック移動させ
る必要があり、ｘ−ＹステージＩＯの座標値Ｘと上記計
数値Ｃｘとを組み合わせて光スポットのＸ座標を得る。

次に、光スポットのＺ方向（Ｘ−Ｙ面に直交する方向）
位置及び光スポツト面の輝度について説明する。

Ｘ−Ｙステージ１０の斜め上方には結像レンズ２８を介
して光位置検出器（ＰＳＤ）３０が配設されている。第
４Ａ図に示す如く、光位置検出器３０の出力端子３０ａ
、３０ｂから取り出される電流値を１１、ｉｆとすると
、プリント配線板１２の表面に照射されたレーザビーム
ＬＢの光スポツト位置が（ｔ　＋　−ｉｆ）／（ｔ　、
＋　ｔ　ｔ）に対応し、光スポツト面の輝度が（＋＋＋
ｉ＊）に対応する。

基板Ｉ４上の光スポットＡ％Ｂ、Ｃは、それぞれ光位置
検出器３０の受光面上の位置Ａ°、Ｂｏ、Ｃ゛に結、像
される。したがって、両者の対応関係から光スポットの
Ｚ方向位置を知得することができる。

第４Ｂ図は、これらの位置と （ｉ　＋　−ｉ　＊）／（ｉ　ｔ＋　ｉ　＊）との関係
を示す。

なお、本実施例では簡略化のために光位置検出器３０を
１個配設した場合を説明するが、第２図において光位置
検出器を左右対象に配設し、雨検出器の出力信号を切り
換えて取得する構成であってもよい。

次に、第３図に基づいて回路部品実装状態検査装置全体
のハードウェア構成を説明する。

光位置検出器３０の２つの出力端子から取り出される電
流＋１ｓｌｌは、それぞれアンプ３２．３４により増幅
されて１．．１１となり、これらが加算器３６、減算器
３８へ供給されて、それぞれ■１＋■２、Ｉ＋　　Ｉｇ
が作成される。Ｉ＋＋Ｉｎは光スポツト面の輝度に対応
しており、Ａ／Ｄ変換器４０によりデジタル変換され、
ＤＭＡ制御により輝度メモリ４２の所定アドレスへ書き
込まれる。このアドレスは、上述した光スポットのＸ−
Ｙ平面位置座標に等しく、後述するアドレス作成回路４
３により指定される。

一方、加算器３６及び減算器３８の出力が除算器４４へ
供給されて（Ｉ　Ｉ−１１）　／（Ｉ　、＋　Ｉ　ｔ）
が作成される。この値は、光位置検出器３０の受光面に
結像された光位置に対応しており、Ａ／Ｄ変換器４５で
デジタル変換され、高さメモリ４６の上記指定アドレス
に書き込まれる。

輝度メモリ４２及び高さメモリ４６はパス４８に接続さ
れている。このバス４８にはさらに、ＭＰＵ５０、プロ
グラムメモリ５２、部品データメモリ５４、規定値メモ
リ５５、作業メモリ５６、不良位置出カメモリ５８及び
出力ポートロ０が接続されている。これら各種メモリは
実際にはメモリの所定エリアに対応しているが、説明の
都合上、第３図では別々のものとして示している。部品
データメモリ５４には、プリント配線板１２上に実装さ
れた各部品の中心点位置座標、部品の配置方向、部品の
種類及び各種部品のサイズデータが書き込まれている。

これらのデータは、部品自動実装装置に用いられるデー
タに等しく、回路部品実装状態検査装置用に特別に作成
する必要がない。

プログラムメモリ５２に格納されたプログラムに従い、
ＭＰＵ５０から出力ポートロ０を介しドライバ６２へ回
転制御パルスが供給されると、ドライバ６２からポリゴ
ンミラー１８の回転駆動用ステッピングモータ１８ａへ
駆動パルスが供給され、ポリゴンミラー１８が回転して
パルスジェネレータ１８ｂから第５図に示すような回転
パルスＳ１がアドレス作成回路４３へ供給される。また
、光センサ２６からアドレス作成回路４３へ第５図に示
すような同期パルスＳｔが供給される。

アドレス作成回路４３は、これらのパルス５ｌｘＳ、を
用いて上述の如くサンプリングパルスＳ、を作成し、こ
のサンプリングパルスＳ、及びＸ−ＹステージＩＯから
構成される装置座標を用いて、上述の如く光スポットの
Ｘ−Ｙ平面位置座標を作成し、これをアドレスとして出
力する。

また、アドレス作成回路４３は、Ａ／Ｄ変換器４０．４
４ヘサンプリングパルスＳ３を供給してデータサンプリ
ング及びデジタル変換のタイミングを制御する。

Ｘ−Ｙ７．　データＩＯは、ＭＰＵ５０から出力ポート
ロ０を介しドライバ６４へ供給される移動制御パルスに
基づき、光センサ２６から供給される同期パルスＳ、に
同期してＹ軸方向へステップ駆動され、Ｕターン時にＸ
軸方向へブロック駆動される。

また、不良位置出カメモリ５８に半田付着不良が書き込
まれている場合には、出力ポートロ０を介し不良位置出
力装置６６へ不良位置及び不良の種類が出力される。こ
の不良位置出力装置６６は例えばＸ−Ｙプロッタであり
、透明シートに不良位置を記入する。

次に、ＤＭＡ制御により輝度メモリ４２及び高さメモリ
４６へ書き込まれたデータの処理手順を第６図に基づい
て説明する。

（１０Ｇ）輝度メモリ４２内において、各回路部品に対
応し、第７図（Ａ）に示す如く、ウィンド６８を設定す
る。そして、ウィンド６８内の輝度データを２値化する
。２値化の閾値は、例えば輝度データのヒストグラムを
作成し、その複数のピークのうち、最も輝度の大きいピ
ークと最も輝度の小さいピークの中点の輝度とする。こ
の２値化処理により、第７図（Ａ）に示す如く、接近し
た明部７０Ａ、７０Ｂ及び明部７２Ａ、７２Ｂが得られ
る。明部７０Ａ、７０ｇ間及び明部７２Ａ、７２Ｂ間の
暗部は、第２図に示す半田１６Ａ、１６Ｂの急斜面部に
対応している。明部には“ｌ”が書き込まれており、暗
部には“０°が書き込まれている。

（１０２）次に、一定距離以内で互いに接近した明部７
０Ａと７０Ｂとの間のデータを反転して両者を接続し、
明部７２Ａと７２Ｂとの間のデータを反転して接続し、
第７図（Ｂ）に示す如く、これらの領域を半田部７０Ｇ
、７２Ｇとする。

（１０４）ここで、プリント配線板１２は、その面積が
広い場合、例えば５０（ｌｓｍＸ６００ｍｍである場合
には、最大±２ｍｍ程度の緩やかな反りがあり、一方、
チップ部品１４の高さの最小値は０．５ａｍ程度である
。

したがって、ウィンド設定毎にプリント配線板１２の高
さを求める必要がある。そこで、高さメモリ４６内にお
いて、ウィンド６８に対応したウィンド７４を設定し、
第７図（Ｃ）に示す如く、ウィンド７４内かつ半田部７
０Ｃと半田部７２Ｃとを接続した領域以外のプリント配
線板部７６の高。

さデータから基板高さを求める。

（１０６）次に、第７図（Ｂ）に示す輝度２値データと
同図（Ｃ）に示す高さデータについて、対応するアドレ
ス毎に論理積を取る。これにより、第７図（Ｄ）に示す
如く、ウィンド７４内は有効部７０．７２以外のデータ
が“０”になる。即ち、半田部のみの高さデータが抽出
される。

（１０ｇ）ここで、第７図（Ｅ）には、同図（Ｄ）の−
点鎖線７８上の高さデータが示されている。有効部７０
．７２の高さデータには、ステップ１゜４で求めた基板
高さ及びチップ部品１４自体の高さが含まれている。そ
こで、これらの高さを半田部の高さから引いて、第７図
（Ｆ）に示す如く、半田部のみの高さを算出する。チッ
プ部品１４の高さは、ウィンド７４の位置をインデック
スとして部品データメモリ５４内のテーブルを参照する
ことにより得られる。

（１１０）次に、第７図（Ｆ）に示す両側の各々の半田
部縦断面積を求め、同図（Ｄ）に示す一点鎖線７８に直
交する方向の距離で該断面積を積分することにより半田
１６Ａ、１６Ｂの各々の体積Ｖを算出する。この半田体
積Ｖは、有効部７０．７２内のデータをそれぞれ単に加
算することにより得られる。

（１１２）　Ｖ　＜　Ｖ　ｍｌ　１１であれば半田不足
と判定し、（１１４）半田不足を示すデータ及びこのチ
ップ部品Ｉ４の位置データを対にして不良位置出カメモ
リ５８へ書き込む。

（１１６）Ｖ　＞　Ｖ　ｗａｘであれば半田過多と判定
し、（１１ｇ）半田過多を示すデータ及びこのチップ部
品１４の位置データを対にして不良位置出カメモリ５８
へ書き込む。

（１２０）全回路部品について処理を終了していなけれ
ば、ステップ１００へ戻り上記処理を繰り返す。

全部品について処理を終了した場合には、（１２２）不
良位置出カメモリ５８に格納されたデータを出力ポート
ロ０を介し出力装置６６へ出力する。

なお、輝度メモリ４２に格納されたデータを用いて、従
来の平面的なパターンチエツクも行われ、その不良も不
良位置出カメモリ５８に書き込まれ、出力装置６６へ出
力される。

（２）第２実施例 次に本発明の第２実施例を第８Ａ図及び第８Ｂ図に基づ
いて説明する。

第８Ａ図はプリント配線板１２上に実装されたチップ部
品Ｉ４の平面図であり、第８Ｂ図は第８Ａ図のＢ−Ｂ線
断面図である。

上記第１実施例では、半田１６Ａ、１６Ｂの各々につい
て半田体積が規定範囲内に有るかどうかを判定したが、
第８Ａ図及び第８Ｂ図に示す如く、半田付着量の分布に
偏りがある場合には、全半田体積が規定範囲内であって
も半田付は不良と判定すべきものもある。

そこで、この第２実施例では、チップ部品１４の端面を
通る分割面８０の両側の半田部１６ａ１１６ｂの各々に
ついて半田体積を求め、規定値と比較する。第２図に示
す半田１６Ｂについても同様である。

データ処理手順は第１実施例の説明から明らかであるの
で省脱する。

（３）拡張 なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。

例えば、上記実施例では光位置検出器を用いて輝度検出
手段及び表面高さ検出手段を構成した場合を説明したが
、光位置検出器の代わりにイメージセンサを用いて構成
してもよい。

また、輝度データをメモリに書き込む前に比較器で輝度
を２値化しておけば、輝度メモリの容量を小さくするこ
とができる。

さらに、光位置検出器を複数配設して半田急傾斜部から
の反射光をも充分受光できる工うにし・、各光位置検出
器の輝度出力を比較器で２値化し、いずれかの比較器が
明部であると判定した場合のみ、高さデータを累積加算
して半田体積をリアルタイムで求めるようにすれば、輝
度メモリ及び高さメモリが不要になる。

また、回路部品に記入されたパターンを輝度データの集
合から読み取って回路部品の種類を判定すれば、部品サ
イズデータ記憶手段には部品の種類とサイズのみを書き
込んでおけばよく、汎用性がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、輝度データによ
り半田領域を平面的に判定し、検出された高さデータの
うち、この半田領域の高さデータのみを抽出し、予め記
憶されている部品サイズデータを用いて半田のみの所定
領域の体積を演算し、予め記憶されている規定体積と比
較して半田付着良否を判定するので、３次元的に半田付
着状態の良否が判定され、平面的には正常であるが半田
付着量が不足していたり、逆に過多であったりしても、
半田付着状態の良否を判定することができ、したがって
、回路部品実装状態の良否判定をより正確に行うことが
可能になるという優れた効果を奏し、電子回路の信頼性
の向上に寄与するところが大きい。

そのうえ、輝度データにより半田領域を平面的に判定す
るので、半田の高さによらず、半田部と配線板部とを明
瞭に区別することができ、極めて低い半田部であっても
正確にその領域を判定でき、したがって、半田体積を正
確に測定して正確な半田付着状態の良否を判定すること
ができるという優れた効果も奏する。

輝度検出手段および表面高さ検出手段として光位置検出
器を用いた場合には、処理データ量が少なくて済み、処
理速度を高速化でき、しかも装置の構成を簡単化するこ
とができるという効果を奏する。

また、連続する１つの半田領域を分割して各部分につき
上記良否判定を行うようにすれば、半田付着量の不均一
分布による不良をも判定することができるという効果も
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図は
本発明の第１実施例の回路部品実装状態検査装置の光学
系配置図、 第３図は第１実施例の回路部品実装状態検査装置の全体
構成を示すブロック図、 第４Ａ図及び第４Ｂ図は高さ検出説明図、第５図は光ス
ポットの平面位置座標説明図、第６図は輝度データ及び
高さデータの処理手順を示すフローチャート、 第７図（Ａ）〜（Ｆ）はデータ処理手順説明図、第８Ａ
図は第２実施例の説明に供するチップ部品１４の部分平
面図、 第８Ｂ図は第８Ａ図のＢ−Ｂ線断面図である。 図中、 ＩＯはＸ−Ｙステージ 】２はプリント配線板 １４はチップ部品 ＋６Ａ、１６Ｂは半田 １８はポリゴンミラー ２０は半導体レーザ ２２はコリメートレンズ ２４はｒθレンズ ２６は光センサ ２８は結像レンズ ３０は光位置検出器 ８０は分割面 回路部品実装状態検査装置の光学系 第２図 高さ検出説明図 第４Ａ図 第４Ｂ図 輝度データ及び高さデータの処理手順 第６図 （Ｅ）　　　　　　　　　　　　　　　（Ｆ）第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、回路部品実装済プリント配線板の表面に照射さ
   れた光の反射光を受光して該表面の輝度を検出する輝度
   検出手段（１）と、 検出された該輝度から、回路部品とプリント配線板とに
   溶着された半田部の、該プリント配線板上から見た平面
   領域を判定する半田領域判定手段（２）と、 該プリント配線板上の表面高さを検出する表面高さ検出
   手段（３）と、 検出された該表面高さデータのうち、該半田部平面領域
   に属する高さデータのみを抽出する高さデータ抽出手段
   （４）と、 回路部品のサイズデータが書き込まれた部品サイズデー
   タ記憶手段（５）と、 抽出された該高さデータ及び書き込まれている部品サイ
   ズデータを用いて、半田部の所定領域の体積を求める半
   田体積演算手段（６）と、 半田部の該所定領域の体積の規定範囲が書き込まれた規
   定体積記憶手段（７）と、 求められた半田部の所定領域の該体積と、これに対応す
   る該規定範囲とを比較して、半田付着状態の良否を判定
   する半田付着良否判定手段（８）と、該良否判定結果を
   出力する判定結果出力手段（９）と、 を有することを特徴とする回路部品実装状態検査装置。 ２）、光位置検出器（３０）を用いて前記輝度検出手段
   （１）及び前記表面高さ検出手段（２）を構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の回路部品実装状態検査装置
   。 ３）、前記半田領域判定手段（２）は、検出された前記
   輝度を２値化して明部と暗部とに分け（１００）、互い
   に接近する明部を接続した領域を半田部平面領域と判定
   する（１０２）ことを特徴とする請求項１又は２記載の
   回路部品実装状態検査装置。 ４）、半田部の前記所定領域は、連続する１つの半田領
   域（１６Ａ、１６Ｂ）であることを特徴とする請求項１
   記載の回路部品実装状態検査装置。 ５）、半田部の前記所定領域は、連続する１つの半田領
   域を分割した各領域（１６ａ、１６ｂ）であることを特
   徴とする請求項１記載の回路部品実装状態検査装置。