JPH02141604A - 基板検査方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、基板上に実装された部品につきハンダ付け
の良否を検査するのに用いられる基板検査方法に関する
。

〈従来の技術〉 例えば基板上の表面実装部品につきその実装状態の良否
を検査するのに、従来は目視による検査が行われており
、殊にハンダ付け状態の良否は、ハンダの有無、量、溶
解性、短絡、導通不良などをこの目視検査で判定してい
る。ところがこのような目視検査では、検査ミスの発生
が避けられず、判定結果も検査する者によりまちまちで
あり、また検査処理能力にも限界がある。

そこで近年、この種の検査が自動的に行える自動検査装
置が各種提案された。

第８図は、３次元の形状情報を検出できる自動検査装置
の一例を示す。同図の装置は、レーザ光源からスリット
光１を基板２上のハンダ付け部位へ照射して、ハンダ付
け部位を含む基板２の表面に表面形状に沿って歪を受け
た光切断線３を生成するものである。この光切断線３の
反射光像は撮像装置４で撮像され、その撮像パターンの
歪状態をチエツクすることにより、ハンダ付け部位の立
体形状が検出される。

ところがこの検査方法の場合、スリット光１が照射され
た部分の形状情報が得られるのみで、それ以外の部分の
立体形状を把握するのは困難である。

この問題を解消する方法として、ハンダ付け部位の表面
へ入射角が異なる光を照射してノ１ンダ付け部位の各反
射光像のパターンを撮像することにより、ハンダ付け部
位が有する曲面要素の配向性を検出するという方法が存
在している。

この方法は、一定パターンの光束を検査対象に当てたと
き、その反射光束のパターンが検査対象の立体的形状に
応じた変形を受けることに着目したもので、その変形パ
ターンから検査対象の形状を推定するというものである
。

第９図は、この方法の原理説明図であり、投光装置５と
撮像袋Ｒ６とから成る検出系と、検査対象であるハンダ
付け部位７との位置関係を示している。

同図において、投光装置５よりハンダ付け部位７の表面
へ入射角ｉで光束８を投光すると、角度ビ　（＝ｉ）の
反射光束９が真上位置の撮像装置６に入射して検出され
る。これにより前記光束８で照明されたハンダ付け部位
７の曲面要素は基準面１０に対してｉの角度をなして配
向していることが検出されたことになる。従って異なる
方向に配向する多数の曲面要素から成るハンダ付け部位
７に対して、入射角が異なる複数の投光装置による投光
を行えば、それぞれの入射角に対応する曲面要素の群が
撮像装置６により検出され、これによりハンダ付け部位
７の各曲面要素がそれぞれどんな配向をしているか、す
なわちハンダ付け部位の表面性状がどのようであるかを
検出できる。

また投光装置５が、入射角がｉ十Δｉからｉ−Δｉまで
２Δｉの幅をもつ光束８を投光するならば、その幅に対
応した幅を有する反射光束９が撮像装置６により検出さ
れることになる。

すなわちこの場合は、基準面ｌＯとなす傾斜角がｉ＋Δ
ｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲面要素を検出で
きることになる。

さらに投光装置５が、第１０図に示す如く、基準面１０
に対して水平に設置されたリング状のものであれば、ハ
ンダ付け部位７の表面が基準面１０に垂直な軸に対して
どのような回転角をもっていても、投光装置５とハンダ
付け部位７との距離は一定であり、曲面要素の回転角方
向の配向性は消去されるので、基準面１０となす傾斜角
だけが検出されることになる。

またこの第１０図に示すように、投光装置５をハンダ付
け部位７への入射角が異なる複数のリング状発光体１１
，１２．１３をもって構成すれば、各発光体による光束
１４．１５．１６の入射角に対応した配向をもつ曲面要
素がそれだけ詳細に検出できることは前述したとおりで
ある。

いま半径がｒ、（ただしｎ　＝ｔ　１２１３　）の３個
のリング状の発光体１１，１２．１３を基準面１０に対
して高さｈ　ｎ　　（ｎ　＝１１２１３　）の位置に水
平に設置すれば、ハンダ付け部位７への各光束１４，１
５．１６の入射角はそれぞれＩＩＩ（ｎ＝１．２．３　
）となり、ハンダ付け部位７における傾斜角がそれぞれ
１７である各曲面要素を撮像装置６により検出すること
ができる。このとき各発光体１１，１２．１３からハン
ダ付け部位７０表面を経て撮像装置６に至る全光路長に
比して曲面要素の大きさが十分に小さいので、次式によ
り入射角、すなわち検出しようとする曲面要素の傾斜角
を定めればよい。

上記の原理に基づきハンダ付け部位の外観を検査する方
法として、前記の各発光体１１．１２゜１３に白色光源
を用いたものが提案されている（特開昭６１−２９３６
５７号）。この検査方法においては、ハンダ付け部位に
対する入射角の異なる３個の発光体１１，１２．１３に
よる反射光像を相互に識別するために、それぞれ発光体
１１゜１２．１３を時間的に異なったタイミングで点灯
させ、また消灯させている。

ところがこの方法では、異なる投光タイミングで得た各
画像を貯蔵するためのメモリや、これら画像を同一視野
像として演算処理するための演算装置や、各発光体を瞬
間的に点灯動作させるための点灯装置などが必要であり
、技術面での煩雑さが多く、またそれがコスト面や信頼
性の面で問題となる。

そこでこのタイム・シェアリング方式の課題を一挙に解
消するため、この発明の発明者は、先般、第２図に示す
構成の基板検査装置を提案した。この基板検査装置は、
その詳細は後述するが、ハンダ付け部位の表面へ入射角
が異なる赤色光、緑色光、青色光を照射するための投光
部２４と、ハンダ付け部位の表面からの反射光像を各色
相別に撮像するための撮像部２５と、撮像部２５で得た
撮像パターンよりハンダ付け部位の有する各曲面要素の
性状を検出するための処理部２６とで構成され、前記投
光部２４には、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発生
するリング状をなす３個の発光体２Ｂ、２９．３０が用
いである。各発光体２Ｂ、２９．３０はそれぞれの光の
合成により白色光となるような対波長発光エネルギー分
布を有しており、各発光体による光を合成したとき白色
光となるように各発光体の光量が調整可能としである。

この基板検査装置によれば、ハンダ付け部位に対し異な
る入射角をもって各発光体２８．２９゜３０から赤色光
、緑色光、青色光を照射すると、ハンダ付け部位の表面
からの赤色、緑色、青色の各反射光像が撮像部２５によ
り同時に分離して検出される。この場合に、各発光体２
８，２９゜３０による赤色光、緑色光、青色光は合成さ
れると白色光となるため、ハンダ付け部位の曲面性状に
関する情報に加えて、基板上の各部品に関する情報（例
えば部品番号、極性、カラーコードなど）や基板パター
ン情報（種々のマークなど）など、基板実装部品の自動
検査に不可欠な周辺情報が検出できる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような基板検査装置の場合、ハンダ付
け部位の表面が緩やかな斜面であるときは、その反射光
は撮像部２５へ導かれるが、ハンダ付け部位の表面が急
峻な斜面（基板表面に対して４５°以上の角度）である
ときは、その反射光は撮像部２５に入射せず、ハンダ付
け部位の性状検査が困難となる。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、２次
照明光を利用して象、峻なハンダ付け部位の表面を検査
することにより、ハンダ付け部位の表面の角度を問わず
性状検査が可能な基板検査方法を提供することを目的と
する。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、基板上の実装
部品に対しリング状の発光体により光を照射して、ハン
ダ付け部位からの反射光像をＩ最像し、その撮像パター
ンよりハンダ付け部位の性状を検出する基板検査方法に
おいて、少なくとも基板表面の実装部品のハンダ付け部
位の周辺に螢光剤を塗布し、この螢光剤塗布面へ前記リ
ング状の発光体からの光を当てて光を励起させ、その励
起光による２次照明光をハンダ付け部位へ当てて、その
反射光像を撮像するようにしている。

く作用〉 ハンダ付け部位表面の角度が緩やかであれば、リング状
の発光体からの光がその緩斜面で反射してその反射光像
が撮像されるが、ハンダ付け部位表面の角度かや、峻で
あれば、励起光による２次照明光がその急斜面で反射し
てその反射光像が撮像されることになる。従って角度が
急峻なハンダ付け部位についても自動検査が可能である
。

〈実施例〉 第１図は、この発明の基板検査方法の原理を示している
。

この基板検査方法は、基板２ｏ上の実装部品２１に対し
リング状の発光体Ｊ７により光を照射して、ハンダ付け
部位１８の表面からの反射光像を撮像部１９により撮像
し、その撮像バタ−ンよりハンダ付け部位１８の性状を
検出するとも実装部品２１のハンダ付け部位１８の周辺
に螢光剤が塗布してあり、この螢光剤塗布面５０に前記
リング状の発光体１７からの光り、が当たると、光Ｌ８
が励起されるようになっている。

この場合にハンダ付け部位１８の表面の基板２０に対す
る角度が緩やかな部分については、発光体１７からの光
り、がその緩斜面で反射して直接その反射光像が撮像さ
れるが、ハンダ付け部位１８の表面の角度が急峻な部分
については、励起光Ｌ２による２次照明光がその栄、斜
面で反射してその反射光像が撮像される。従って角度が
急峻のハンダ付け部位についても、また角度が急峻な部
分を含むハンダ付け部位についても、ハンダ付け部位の
性状を判断でき、ハンダ付け部位の自動検査が可能であ
る。

第２図は、この発明の基板検査方法が適用された基板検
査装置の概略構成を示している。

この基板検査装置は、基準基板２Ｏ３を撮像して得られ
た前記基準基板２Ｏ３上にある各部品２１Ｓの検査領域
の特徴パラメータ（判定データ）と、被検査基板２０Ｔ
を撮像して得られた前記被検査基板２０Ｔ上にある各部
品２１Ｔの検査領域の特徴パラメータ（被検査データ）
とを比較して、これらの各部品２１Ｔが正しく実装され
かつハンダ付けされているがどうかを検査するためのも
のであって、Ｘ軸テーブル部２２、Ｙ軸テーブル部２３
．投光部２４．撮像部２５．処理部２６などをその構成
として含んでいる。

前記の基準基板２Ｏ３や被検査基板２０Ｔは、第３図に
示す如く、まず両面（または片面）に銅箔が張られた生
基板にエツチング加工、レジスト加工、穴あけ加工など
を施して、第３図（Ａ）に示す素基板４５を形成する。

ついでこの素基板４５上の各部品実装位置に、第３図（
Ｂ）に示す如く、螢光剤を含む塗料やインク４６をシル
クスクリーン印刷、レジスト塗装、ドツトマークなどに
より塗布して螢光剤塗布面５０を形成した後、各部品実
装位置に、第３図（Ｃ）に示す如く、所定の部品２１３
や２１Ｔをマウントして、基準基板２０Ｓや被検査基板
２０Ｔが形成される。

なお前記の螢光剤は適宜採択でき、赤色螢光剤であれば
、緑色光や青色光で緑色や青色の螢光が励起され、また
緑色螢光剤であれば、青色光で青色の螢光が励起される
。

前記螢光剤塗布面５０は、この実施例では第４図に示す
ように、部品が実装される各ランド部４７．４８を囲む
ようにして部分的に形成しであるが、これに限らず、第
５図に示す如く、各ランド部４７．４８を残して基板の
全表面にわたり形成してもよい。

第２図に戻って、Ｘ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブ
ル部２３は、それぞれ処理部２６からの制御信号に基づ
いて動作するモータ（図示せず）を備えており、これら
モータの駆動によりＸ軸テーブル部２２が撮像部２５を
Ｘ方向へ移動させ、またＹ軸テーブル部２３が基板２０
Ｓ。

２０Ｔを支持するコンベヤ２７をＹ方向へ移動させる。

これら基板２Ｏ３，２０Ｔは、投光部２４からの照射光
を受けつつ撮像部２５により撮像される。

投光部２４は、処理部２６からの制御信号に基づき赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発生して検査対象へ異な
る入射角で照射するためのリング状の発光体２Ｂ、２９
．３０を備えており、これら発光体２Ｂ、２９．３０を
発した三原色光の混合した光により前記基板２０Ｓ、　
２０Ｔへの投光を施して、その反射光像を撮像部２５で
得て電気信号に変換する。この実施例の場合、前記の各
発光体２Ｂ、２９．３０は白色光源に赤色、緑色、青色
の各着色透明板を被せた構造のものを用いているが、三
原色の各色相光を発生させるものであれば、このような
構成に限らず３本のリング状のカラー螢光灯（赤、緑、
青）を用いたり、３本のリング状のネオン管（赤。

緑、青）を用いることもできる。

またこの投光部２４は、その照明下で基板２０Ｓ、２Ｏ
Ｔ上の部品に関する情報（部品番号、極性、カラーコー
ドなど）や基板パターン情報（種々のマークなど）を検
出することを可能となすため、各発光体２Ｂ、２９．３
０が発する各色相の光が混色されると完全な白色光とな
るような工夫を施しである。すなわち各発光体２Ｂ、２
９．３０は、混色により白色光となるような対波長発光
エネルギー分布を有する赤色光スペクトル、緑色光スペ
クトル、青色光スペクトルの光を発する発光体をもって
構成すると共に、各発光体２８，２９．３０から照射さ
れた赤色光、緑色光、青色光が混色して白色光となるよ
うに、撮像コントローラ３１により各色相光の光量の調
整を可能としている。

つぎに撮像部２５は、前記投光部２４の上方に位置させ
たカラーテレビカメラ３２を備えており、前記基板２０
３または２０Ｔからの反射光はこのカラーテレビカメラ
３２によって三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂに変換され
て処理部２６へ供給される。

処理部２６は、Ａ／Ｄ変換部３３．メモリ３８゜ティー
チングテーブル３５９画像処理部３４゜判定部３６．Ｘ
、Ｙテーブルコントローラ３７゜撮像コントローラ３１
．ＣＲＴ表示部４１．プリンタ４２．キーボード４０．
　フロッピディスク装置４３．制御部（ＣＰＵ）３９な
どから構成されるもので、ティーチングモードのとき、
基準基板２０３より各部品２１Ｓの実装位置。

実装部品の種別や実装方向および、検査領域を検出する
と共に、基準基板２０Ｓについてのカラー信号Ｒ，Ｇ、
Ｂを処理しハンダ付け状態が良好な各部品２１Ｓの検査
領域につき赤色、緑色、青色の各色相パターンを検出し
て特徴パラメータを生成し、判定データファイルを作成
する。また処理部２６は、検査モードのとき、被検査基
板２０Ｔについてのカラー信号Ｒ，Ｇ。

Ｂを処理し基板上の各部品２１Ｔの検査領域につき同様
の各色相パターンを検出して特徴パラメータを生成し、
被検査データファイルを作成する。そしてこの被検査デ
ータファイルと前記判定データファイルとを比較して、
この比較結果から被検査基板２ＯＴ上の所定の部品２１
Ｔにつきハンダ付け部位の良、不良を自動的に判定する
。

処理部２６を構成するＡ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２
５からカラー信号Ｒ，Ｃ，Ｂが供給されたときに、これ
をアナログ・ディジタル変換して制御部３９へ出力する
。メモリ３８はＲＡＭなどを備え、制御部３９の作業エ
リアとして使われる。画像処理部３４は制御部３９を介
して供給された画像データを画像処理して前記被検査デ
ータファイルや判定データファイルを作成し、これらを
制御部３９や判定部３６へ供給する。

ティーチングテーブル３５はティーチング時に制御部３
９から判定データファイルが供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９が転送要求を出力したと
き、この要求に応じて判定データファイルを読み出して
、これを制御部３９や判定部３６などへ供給する。

判定部３６は、検査時に制御部３９から供給された判定
データファイルと、前記画像処理部３４から転送された
被検査データファイルとを比較して、その被検査基板２
０Ｔにつきハンダ付け状態の良否を判定し、その判定結
果を制御部３９へ出力する。

撮像コントローラ３１は、制御部３９と投光部２４およ
び撮像部２５とを接続するインターフェースなどを備え
、制御部３９の出力に基づき投光部２４の各発光体２８
，２９．３０の光量を調整したり、撮像部２５のカラー
テレビカメラ３２の各色相光出力の相互バランスを保つ
などの制御を行う。

Ｘ、Ｙテーブルコントローラ３７は制御部３９と前記Ｘ
軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３とを接続す
るインターフェースなどを備え、制御部３９の出力に基
づきＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御する。

ＣＲＴ表示部４１はブラウン管（ＣＲＴ）を備え、制御
部３９から画像データ、判定結果、キー人力データなど
が供給されたとき、これを画面上に表示する。プリンタ
４２は制御部３９から判定結果などが・供給されたとき
、これを予め決められた書式（フォーマット）でプリン
トアウトする。キーボード４０は操作情報、基準基板２
０Ｓや被検査基準２０Ｔに関するデータなどを入力する
のに必要な各種キーを備えており、このキーボード４０
から入力された情報やデータなどは制御部３９へ供給さ
れる。

制御部３９は、マイクロプロセッサなどを備えており、
後記する手順に沿ってティーチングや検査における動作
を制御する。

第６図は、この発明の他の適用例を示しており、投光部
２４として２個の発光体、すなわち青色光を発生する発
光体２９と、緑色光を発生する発光体３０とを用いてい
る。この場合、基板２Ｏ３，２０Ｔに塗布される螢光剤
として緑色光または青色光で励起される赤色螢光剤が用
いであるが、投光部２４として赤色光を発生する発光体
と、青色光を発生する発光体とを用いた場合は、青色光
で励起される緑色螢光剤を用いることになる。

第７図は、この発明のさらに他の適用例を示しており、
投光部２４として単色光を発生する１個の発光体４９が
用いである。この場合に前記単色光が白色光であれば、
基板２Ｏ３，２０Ｔに塗布される螢光剤として赤色螢光
剤や緑色螢光剤が、緑色光であれば赤色螢光剤が、青色
光であれば緑色螢光剤が、それぞれ用いられる。

なお白色光が赤色螢光剤に当たると緑色の励起光が、緑
色螢光剤に当たると青色の励起光が、それぞれ発生する
。

つぎに第２図に示す実施例の動作を説明する。

まず新たな被検査基板２０Ｔを検査するときには、制御
部３９は、ティーチングを実行するために装置各部を制
御して投光部２４や（最像部２５をオンし、また描像条
件やデータの処理条件を整える。つぎにＹ軸テーブル部
２３上に基準基板２０Ｓがセットされると、制御部３９
はＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制御
して基準検査基板２０Ｓを位置出しした後、撮像部２５
に基準基板２０Ｓを撮像させる。

この撮像動作で得られた三原色のカラー信号Ｒ１Ｇ、　
ＢはＡ／Ｄ変換部３３でＡ／Ｄ変換され、その変換結果
はメモリ３８にリアルタイムで記憶される。

ついで制御部３９は、前記メモリ３８より各色相に対応
する画像データを画像処理部３４へ転送させ、この画像
処理部３４にて各色相の画像データを各色相別の適当な
しきい値で２値化するなどして、赤色、緑色、青色のパ
ターンを検出する。また制御部３９は、画像処理部３４
を制御し、各部品２１Ｓの撮像パターンにつき各部分（
を極など）の明度をチエツクするなどして各部品２１Ｓ
の電極の位置や極性マークの位置などを識別させる。

この後制御部３９は、前記の各色相パターンと前記の識
別結果とに基づいて、被検査基板２０Ｔを検査するのに
必要な判定データファイルを作成し、これをティーチン
グテーブル３５に記憶させた後、ティーチングを終了す
る。

つぎに検査モードに移行すると、制御部３９はティーチ
ングテーブル３５やキーボード４０からその日の日付デ
ータや、被検査基板２０ＴのＩＤナンバ（識別番号）を
取り込むとともに、ティーチングテーブル３５から判定
データファイルを読み出して、これを判定部３６に供給
する。

この後、制御部３９は、描像条件やデータの処理条件を
整えた後、Ｙ軸テーブル部２３上に被検査基板２０Ｔが
セットされたかどうかをチエツクする。

もしセットされておれば、制御部３９は前記と同様、画
像処理部３４にて各色相パターンの検出および電極や極
性マークの識別を順次行わせた後、各色相パターンと前
記の識別結果とに基づき被検査データファイルを作成す
る。ついで制御部３９は、前記被検査データファイルを
判定部３６に転送させ、この被検査データファイルと前
記判定データファイルとを比較させて、被検査基板２Ｏ
Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付けの良否を判定
させると共に、この判定結果をＣＲ７表示部４１やプリ
ンタ４２に供給して、これらを表示させ、またプリント
アウトさせる。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、少なくとも実装部品のハンダ付
け部位の周辺に螢光剤を塗布し、この螢光剤塗布面へリ
ング状の発光体からの光を当てて光を励起させ、その励
起光による２次照明光をハンダ付け部位の表面へ当てて
、その反射光像を描像するようにしたから、たとえハン
ダ付け部位の表面が急峻であっても、励起光による２次
照明光がその急斜面で反射してその反射光像が生成され
るため、ハンダ付け部位の表面の角度を問わず、全ての
ハンダ付け部位の自動検査が可能となるなど、発明目的
を達成した顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す説明図、第２図はこの発
明が適用された基板検査装置の全体構成を示す説明図、
第３図は基板の製作工程を示す斜面図、第４図および第
５図は螢光剤塗布面を示す平面図、第６図および第７図
はこの発明の他の適用例を示す説明図、第８図は従来の
自動検査装置を示す原理説明図、第９図および第１０図
は自動検査装置の原理を示す原理説明図である。 ２０Ｓ、２ＱＴ・・・・基板 ２１Ｓ、　２１Ｔ・・・・部品 １７、２Ｂ、　２９．３０．４９・・・・発光体１８・
・・・ハンダ付け部位 ５０・・・・螢光剤塗布面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上の実装部品に対しリング状の発光体により光を照
   射して、ハンダ付け部位の表面からの反射光像を撮像し
   、その撮像パターンよりハンダ付け部位の性状を検査す
   る基板検査方法であって、 前記基板の表面には、少なくとも実装部品のハンダ付け
   部位の周辺に螢光剤を塗布し、この螢光剤塗布面へ前記
   リング状の発光体からの光を当てて光を励起させ、その
   励起光による２次照明光をハンダ付け部位の表面へ当て
   て、その反射光像を撮像することを特徴する基板検査方
   法。