JPH0252981B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は複数部品の接合状態を検出する方法と
その装置に関するものである。

〔発明の背景〕

検査すべき接合部にはフラツトパツケージ形部
品のはんだ付部１（第１図ａ）、LSIなどのワイ
ヤ・ボンデイング箇所２（第１図ｂ）などの例が
ある。これらの対象物の欠陥としては接合部が完
全に離れているもの、接触をしているのみで完全
には結合していないもの、接合部がずれているも
のなどがある。特に、これらの欠陥のうち、接合
部が完全に離れているもの、接触しているのみで
あるものは自動検査が困難であるばかりでなく、
目視による検査も困難であるため、特に検査自動
化の必要性が高い。これらの検査対象はすべて第
１図ｃに示す如く、第１の物体３と第２の物体４
とそれらの接合部５とから構成される同一の構造
を持つている。そこで、以下はこれらの検査対象
のうちフラツトパツケージ形部品のリード接触な
し欠陥（完全に浮いているものと接触はしている
がはんだ付けがなされていないものを含む）の検
査に限つて説明する。同様のことが、その他の第
１図ｃに示される構造を持つ対象物の検査につい
ていえ、本発明方式を用いれば検査を行うことが
できることは勿論である。

従来技術としてフラツトパツケージ形部品のは
んだ付部の外観検査をおこなう方式として以下に
述べるVattelle研の２つの方式がある。

第１の方式は、振動子をはんだ付部に接触させ
ることにより、60Hz〜200KHzの周波数で加振を
おこない、そのときの振動の状態を振動検出器で
検出し、このときの振動の状態をもとに欠陥判定
をおこなう。（U.S.Patent 4218922） 第２の方式は、振動子をはんだ付部に接触させ
ることにより、20Hz〜1MHzまたは150KHz〜
650KHzまで変化させてはんだ付部の加振をおこ
ない、このときの振動の大きさを振動検出器で検
出することによりはんだ付部の周波数応答を測定
し、この周波数応答をもとに欠陥判定をおこな
う。（U.S.Patent 4287766） これらの方式は、接触式で加振、振動検出を行
つているため、次に述べる欠点がある。

１ 検出速度が悪い。

２ はんだ付部と振動子および検出器の接触状態
を一定に保つことが困難であり、検査信頼性が
低い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の欠点をなくし部
品の接合状態の検査において、高速で信頼性良く
接合状態を検出できるようにした接合状態検出方
法とその装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、対象物
を気体噴射や、磁力等によつて非接触で加振し、
この振動状態を光学手段を用いて非接触で検出
し、この検出された振動状態を解析して検査対象
の接合状態を検出することを特徴とする接合状態
検出方法である。また本発明は上記方法を実施す
る装置に特徴を有するものである。即ち本発明
は、対象物を非接触で加振する気体噴射手段また
は励磁される磁力発生手段等で構成される加振手
段と、該加振手段で加振された対象物の振動状態
を光学的に検出する光学手段と、該光学手段で検
出された振動状態を解析する解析手段とを備え、
対象物の接合状態を検出することにある。上記光
学的手段としては例えば、レーザを照射する照射
手段と、対象物から観測されるレーザ・スペクト
ルの変動を検出する検出手段とによつて構成する
ことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例にもとづいて具
体的に説明する。

即ち本発明の原理を以下に示す。

第１図に示す対象物の接合状態が異なれば、接
合状態の弾性的性質が異なる。このため、接合部
を加振し、そのときの振動状態を検出することに
より接合状態の異状、つまり欠陥を判定すること
ができる。

例えば、第２図に示すフラツトパツケージ形部
品のはんだ付け部の良品と不良品のリードの加振
をすると、良品のリードは基板にしつかり固定さ
れているためほとんど振動しないが、不良品のリ
ードは基板と接続がなくはげしく振動する。この
振動の大きさを測定し、ある決められた大きさ以
上の振動を起こしているものを欠陥と判定するこ
とができる。

一方、振動検出は次のような方式でおこなう。
検査対象にレーザを照射し、これをセンサなどで
観るとレーザ・スペツクルと呼ばれるコントラス
トの強い斑点が観測される。レーザ・スペツクル
とは、ランダムな回析格子と見なせる微小な凹凸
を持つ対象物表面に照射されたレーザ光が、この
回析格子により回析を起し、回析光が相互に干渉
を起したものである。このスペツクルは対象物が
移動すればそれにつれて移動するため、このレー
ザ・スペツクルの移動を光学センサで観測するこ
とにより対象物の移動が検出できる。

一般に光学センサには蓄積形のものと非蓄積形
のものがある。蓄積形のセンサは入射光量の時間
積分をしたものを検出する形式で、非蓄積形のセ
ンサは入射光量の時間変動を検出する形式のもの
である。

非蓄積形のセンサで振動しているレーザ・スペ
ツクルを検出すれば、スペツクル斑の位置が振動
しているため、ある１点の検出光量も振動して観
察され、振動していないレーザ・スペツクルに対
しては検出光量は一定に観察される。（第１１図） 蓄積形のセンサで振動しているレーザ・スペツ
クルを検出すれば、スペツクル斑の位置が振動し
ているため、蓄積時間を振動周期以上にとれば特
定の１点の検出光量は、ほぼ場所に依存しない一
定値となる。このため、振動していないスペツク
ルに対する検出信号の分布は第３図ａに示すよう
にコントラストの強いスペツクルが観察され、振
動しているスペツクルに対しては第３図ｂに示す
ようにコントラストのないぼけたような像が観察
される。

次に本発明の第１の実施例を図面を用いて具体
的に説明する。接合状態を検出する対象物の一例
を第２図に示す。即ち、基板１上に形成された配
線パターンと、LSIなどの部品７に設けられた部
品リード８とがはんだ接合される。

このようにフラツトパツケージ形部品を対象
に、リード接続なし欠陥を判定する検査装置の構
成を第４図に示す。検査装置は、乱流空気噴流を
検査対象の複数箇所のはんだ付け部に吹き付け接
続のないリードを加振するための空気ノズル１０
を用いた加振系１１及び、はんだ付部にレーザ・
ビームを照射するためのレーザ１２と照射光学系
１３とハーフミラー１４よりなるレーザ照射光学
系１５及びレーザ・スペツクルを検出するための
合焦点位置またはデフオーカス位置に像面を設定
した集光光学系１６と蓄積形リニア・センサ１７
よりなる検出光学系１８及び検査対象を位置決め
するためのＸ−Ｙテーブル１９及び空気噴流を制
御する噴流制御部２０とセンサ駆動回路２１とテ
ーブルコントローラ２２とレーザ制御回路２３と
欠陥判定部２４と全体制御部２５よりなる制御部
２６よりなる。

検査の全体動作の概略について第５図を用いて
説明する。検査に先立つてまず、全体制御部２５
よりの指令で、Ｘ−Ｙテーブル１９を検査開始位
置へ移動させ、レーザビームの検査対象のリード
上面への照射を開始し、空気ノズル１０からはん
だ付部への空気噴流の噴射を開始する。

次に、以下の動作を繰り返して検査をおこな
う。Ｘ−Ｙテーブル１９を駆動して、フラツトパ
ツケージ形部品７の検査対象の一辺のリードを検
査位置へ位置決めをし、レーザビームがリード上
面に照射され、空気噴流がはんだ付部へ噴射され
るような状態にする。この状態では、良品のリー
ドは振動しないが、不良品の接続なしリードは振
動している。この状態をサンプルレートが振動周
波数より大きい蓄積形のリニアセンサ１７で観測
し、第６図に示すレーザ・スペツクルを得る。各
リードに対応する場所のレーザ・スペツクルの状
態をもとに欠陥判定をおこなう。２７は第１の実
施例における良品に対するレーザ・スペツクルを
示し、２８は第１の実施例における不良品の接続
なしリードに対するレーザ・スペツクルを示す。

次に欠陥判定法を述べる。蓄積形のリニアセン
サ１７で得たレーザ・スペツクルは第６図に示す
ように良品リードではリードが振動していないた
めピツチが細く凹凸のはげしい像が観察される。
しかし、不良品の接続なＬリードではリードが振
動しており、スペツクルが振動し、これを積分し
た形で検出しているためピツチが大きくなだらか
な像が観察される。この違いを各リードに対応す
るスペツクル像の光量の極大値をとる場所の数を
計測し、あらかじめ定めた域値より小さいリード
を不良と判定する。

この判定法の変形としては次のようなものがあ
る。

スペツクル像の光量の極大値間のピツチの平
値を計算し、この値があらかじめ定めた域値よ
り小さいリードを不良と判定する。

スペツクル像の光量の微分値の絶対値の平均
値を計算し、この値があらかじめ定めた域値よ
り小さいリードを不良と判定する。

本実施例によれば次に示す効果がある。

乱流を利用した空気噴流で加振をおこなつて
いるため、不良品の接続なしリードの固有振動
数を含む幅広い周波数にわたる振動数で加振を
しており、振幅の大きな振動を得ることができ
る。

蓄積形のセンサを用いているため、微弱な信
号をとらえることが可能であり、出力の小さな
レーザでも検出するに十分なレーザ・スペツク
ルを得ることができる。

判定方法が単純であるため、高速化が計れ簡
単な装置構成となる。

次に本発明の第２の実施例を説明する。第１の
実施例と同様な検査対象の検査装置の構成を第７
図に示す。検査装置は、鉄などの常磁性体ででき
た部品リード８を加振するための交流磁石２９を
用いた加振系１１、およびはんだ付部にレーザビ
ームを照射するためのレーザ１２と照射光学系１
３とハーフミラー１４よりなるレーザ照射光学系
１５、およびレーザ・スペツクルを検出するため
の集光光学系１６と蓄積形リニア・センサ１７と
から構成された検出光学系１８、および位置決め
用Ｘ−Ｙテーブル１９、および交流磁石２９を制
御するための磁界制御部３１とセンサ信号を取り
出すためのセンサ駆動回路２１とテーブルコント
ローラ２２とレーザ制御回路２３と欠陥判定部２
４と全体制御部２５よりなる制御部２６よりな
る。

検査の全体動作の概略について第８図を用いて
説明する。検査に先立つてまず、全体制御部２５
よりの指令で、Ｘ−Ｙテーブル１９を検査開始位
置へ移動させ、レーザビームの検査対象のリード
上面への照射を開始する。

次に、以下の動作を繰り返して検査をおこな
う。Ｘ−Ｙテーブル１９を駆動して、フラツトパ
ツケージ形部品７の検査対象の一辺のリードを検
査位置へ位置決めをし、第９図に示すレーザ・ス
ペツクル像を得る。３１は第２の実施例における
加振前の良品に対するレーザ・スペツクルを示
し、３２は第２の実施例における加振前の不良品
の接続なＬリードに対するレーザ・スペツクルを
示す。この状態ではレーザ・スペツクルは全て静
止しており、全てのリードについてほぼ同様の像
となつている。次に、交流磁石２９で部品リード
８を加振すれば、良品のリードは振動しないが、
不良品の接続なＬリードは振動する。この状態
で、第６図に示すレーザ・スペツクル像を得る。
各リードに対応する場所の加振前後のレーザ・ス
ペツクルを比較して欠陥判定をおこなう。

次に欠陥判定法を述べる。蓄積形のリニア・セ
ンサ１７で得た加振前のレーザ・スペツクルは第
９図に示すようにすべてのリードについてほぼ同
様な形状となつているが、加振後のレーザ・スペ
ツクルは第１の実施例と同様に第６図に示される
形状となつている。この違いを加振前後の各リー
ドに対応するスペツクル像の光量の場所に関する
微分を取り、この微分値が正のものを１、負また
は０のものを０として二値化して加振前と加振後
のものの相互相関をとることにより比較して、相
関係数があらかじめ定めた域値より低いものを欠
陥と判定する。

欠陥判定法の変形としては次に示すものがあ
る。

加振前後のスペツクル光量の極大値の平均ピ
ツチの比または差を計算し、この値があらかじ
め定めた域値より大きいものを欠陥と判定す
る。

加振前後のスペツクル光量の極大値数の比ま
たは差を計測し、この値があらかじめ定めた域
値より小さいものを欠陥と判定する。

加振前後のスペツクル光量を高速フーリエ変
換し、周波数領域における最大値をとる周波数
の比または差を計算し、この値があらかじめ定
めた域値より小さいものを欠陥と判定する。

加振前後のスペツクル光量の微分値の絶対値
の平均値の比または差を計算し、この値があら
かじめ定めた域値より小さいものを欠陥と判定
する。

本実施例によれば次に示す効果がある。

磁石で加振しているため安定した非接触加振
が可能である。

加振前後のレーザ・スペツクルの比較をおこ
なつているため信頼性が高い。

次に、本発明の第３の実施例を図を用いて説明
する。第１の実施例と同様な検査対象に対する検
査装置の構成を第１０図に示す。検査装置は流量
が振動する乱流空気噴流を検査対象の複数箇所の
はんだ付部に同時に吹き付け、接続のないリード
を加振するための空気ノズル１０を用いた加振系
１１、及びはんだ付部にレーザビームを照射する
ためのレーザ１２と照射光学系１３とハーフミラ
ー１４よりなるレーザ照射光学系１５、及びレー
ザ・スペツクルを検出するための合焦点位置また
はデフオーカス位置に像面を設定した集光光学系
１６と非蓄積形の並列出力のリニア・センサ３３
よりなる検出光学系１８、及び検査対象を位置決
めするためのＸ−Ｙテーブル１９、及び空気噴流
の流量制御をおこなう噴流制御部２０とセンサ駆
動回路１１と並列出力信号を蓄えておくバツフア
３４とテーブルコントローラ２２とレーザ制御回
路２３と欠陥判定部２４と全体制御部２５よりな
る制御部２６よりなる。

検査の全体動作の概略について第５図を用いて
説明する。検査に先立つてまず、全体制御部２５
よりの指令で、Ｘ−Ｙテーブル１９を検査開始位
置へ移動させ、レーザビームのリード上面への照
射を開始する。次に、以下の動作を繰り返して検
査をおこなう。Ｘ−Ｙテーブル１９を駆動して、
フラツトパツケージ形部品７の検査対象の一辺分
のリードを検査位置へ位置決めし、空気ノズル１
０からはんだ付部へ空気噴流の噴射を開始する。
この状態では、良品のリードは振動しないが、不
良品の接続なＬリードは振動している。この状態
を非蓄積形の並列出力リニア・センサ３３で観測
し、第１１図に示すレーザ・スペツクルの時間変
動を得る。この得られた各リードに対応する場所
のレーザ・スペツクルの時間変動をバツフア３４
に蓄積しておき、この蓄積された時間変動をもと
に欠陥判定をおこなう。

欠陥判定法を次に示す。非蓄積形の並列出力の
リニア・センサで得たレーザ・スペツクルは良品
に対しては、部品リードが振動していないため第
１１図ａに示すように検出光量がほとんど変化し
ないが、不良品の接続なＬリードに対しては部品
リードがリードの固有振動数で振動しているため
第１１図ｂに示すように検出光量が振動する。こ
のレーザ・スペツクルの時間変動をスペクトルア
ナライザで分析することにより第１２図ａ，ｂを
得る。この周波数領域におけるピーク周波数の位
置が、第１２図ｂに示すようにあらかじめ定めた
域値より高いリードを不良と判定する。

この欠陥判定法の変形を次に示す。

スペツクルの時間変動を浮動形で二値化し０
から１または１から０に変る数を計算し、この
値があらかじめ定めた域値より大きいリードを
不良と判定する。

と同様に浮動形で二値化し、０→１または
１→０に変るピツチの平均値を計算し、この値
があらかじめ定めた域値より小さいリードを不
良と判定する。

また、この方式で使用するセンサの変形として
次に示すものがある。

イメージ・デイセクタなどを用いたランダム
スキヤンが可能なセンサ。このセンサを用い
て、各リードを順番に入射光量の時間変動を検
出しながら走査する。

フオトマルなどのポイントセンサ。このセン
サを用いて１箇づつステツプアンドリピートで
Ｘ−Ｙテーブルを駆動して検査をおこなう。

本実施例によれば次の効果がある。

レーザ・スペツクルの時間変動を計測してい
るため、リードの振動周波数を知ることがで
き、情報量が多いため信頼性が高く、欠陥を見
逃さない判定が可能である。

流量を振動させた乱流空気噴流を用いて加振
しているため、接続なＬリードがはんだ部に当
つてリードの固有振動数で振動できない場合で
も、流量の振動数での振動をおこし、これを検
出できる。

次に、本発明の第４の実施例を図を用いて説明
する。第１の実施例と同様な検査対象に対する検
査装置の構成を第１３図に示す。

検査装置は、乱流空気噴流を検査対象に吹きつ
けるための空気ノズル１０を用いた加振系１１、
及びレーザ１２と照射光学系１３とハーフミラー
１４よりなるレーザ照射光学系１５、及び集光光
学系１６と蓄積形の二次元センサ３５よりなる検
出光学系３５、Ｘ−Ｙテーブル１９、及び噴流制
御部２０とセンサ駆動回路１１と二次元信号を蓄
えておくバツフア３４とテーブルコントローラ２
２とレーザ制御回路２３と欠陥判定部２４と全体
制御２５よりなる制御部２６よりなる。

検査の全体動作の概略について第５図を用いて
説明する。検査に先立つてまず、全体制御部２５
よりの指令で、Ｘ−Ｙテーブル１９を検査開始位
置へ移動させ、レーザビームのリード上面への照
射を開始する。次に、以下の動作を繰り返して検
査をおこなう。Ｘ−Ｙテーブル１９を駆動して、
フラツトパツケージ形部品７の検査対象の１辺分
のリードを検査位置へ位置決めし、空気ノズル１
０からはんだ付部へ空気噴流の噴射を開始する。
この状態を蓄積形リニアセンサ３５で観測し、第
１４図に示すレーザ・スペツクルの二次元像を得
る。この得られた二次元的位置の各リードに対応
する場所のレーザ・スペツクルの分布をバツフア
３４に蓄積しておき、この蓄積された時間変動を
もとに欠陥判定をおこなう。

欠陥判定法を次に示す。蓄積形二次元センサで
得たレーザ・スペツクルは良品に対しては部品リ
ードが振動していないため第１４図に３６で示す
ように明瞭なスペツクル斑が観測されるが、不良
品の接続なＬリードに対しては部品リードが振動
しているため第１４図に３７で示すようにぼけた
スペツクルとなつている。このレーザ・スペツク
ルを２次元高速フーリエ変換し、周波数領域にお
けるピーク位置をあらかじめ求めた良品サンプル
のものと比較することにより不良を判定する。

この欠陥判定法の変形を次に示す。

二次元のスペツクル像を浮動形で二値化し各
明領域の面積を計算し、その平均値をとりこれ
らをあらかじめ求めた域値より大きいものを不
良品と判定する。

二次元のスペツクル像にラプラシアン演算子
を作用させて明るさのピーク位置を検出し単位
面積当りのピークの個数をあらかじめ求めた域
値と比較し、小さいものを不良品と判定する。

本第４の実施例によれば次の効果がある。

二次元像をとらえているため、広い領域の情
報を得ることができ信頼性が高い。

リードの位置決め精度が悪い場合でも検査が
可能である。

空気噴流を用いて加振しているため、第１の
実施例で説明したように振幅の大きな振動を得
ることができる。

また、以上に述べた４つの実施例では説明しな
かつたが、加振法として噴流の方向を振動させ
て、乱流に加えてこれらの振動により加振する方
式がある。第１５図に示すノズル３８において主
噴流３９に対して制御流４０ａと４０ｂを位相を
180゜ずらせた振動流として流すことにより主噴流
の方向を上下に振動させることができる。この方
式には流量振動をさせた空気噴流と同等の効果が
ある。

以上述べたように本発明装置の実施例には、各
種の加振法、振動検出法、欠陥判定方式の実施様
態があり、これを以下にまとめて示す。

(1) 加振法 乱流のみを用いた空気噴流の噴射。

流量振動を加えた空気噴流の噴射。

噴流方向を振動させた空気噴流の噴射。

(2) 振動検出法 時間変動を検出する方法。

蓄積時間を検査対象のリードの固有振動の周
期より長くした蓄積形のリニアセンサで検出す
る方法。

蓄積時間を検査対象のリードの固有振動の周
期より長くした蓄積形の二次元センサで検出す
る方法。

(3) 欠陥判定方式 加振中のスペツクルの振動状態のみを用いる
方式。

加振前後のスペツクルの振動状態の比較をお
こなう方式。

これらの代表的な組合せのみを実施例として示
したが、いずれの組合せでも検査することがで
き、18通りの実施例が可能である。

また、すでに述べたが、フラツトパツケージ形
部品のはんだ付部と同様の接続構造を持つ第１図
ｃに示した検査対象に対しても同様に検査するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、プリント
板のフラツトパツケージ形部品のはんだ付部およ
びLSIなどのワイヤ・ボンデイング箇所などの接
合状態の良否を非接触で信頼性高く高速に検出で
きるので、目視にたよつていたこれらの検査を自
動化できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本特許の対象としている検査対象を示
しており、第１図ａはフラツトパツケージ形部品
のはんだ付け部、第１図ｂはLSIなどのワイヤボ
ンデイング箇所、第１図ｃは一般的な本特許の対
象としている検査対象を示す。第２図は検査対象
の一例であるフラツトパツケージ形部品のはんだ
付部の詳細図、第３図ａは良品リードに対するス
ペツクル像を示し、第３図ｂは不良品の接続なＬ
リードに対するスペツクル像を示す。第４図は本
発明の第１の実施例を示す構成図、第５図は本発
明の第１の実施例の検査シーケンスを示す図、第
６図は本発明の第１の実施例の検出スペツクル像
を示す図、第７図は本発明の第２の実施例を示す
構成図、第８図は本発明の第２の実施例の検査シ
ーケンスを示す図、第９図は本発明の第２の実施
例の加振前の検出スペツクルを示す図、第１０図
は本発明の第３の実施例を示す構成図、第１１図
は本発明の第３の実施例の良品と不良品のリード
に対する検出スペツクルの時間変動を示す図、第
１２図は第１１図をスペクトルアナライザで分析
した周波数応答結果を示す図、第１３図は本発明
の第４の実施例を示す構成図、第１４図は本発明
の第４の実施例の検出される二次元スペツクル像
を示す図、第１５図は噴流の方向を制御できるノ
ズルの形状および断面を示した図である。 １０……空気ノズル、１１……加振系、１２…
…レーザ、１３……照射光学系、１４……ハーフ
ミラー、１５……レーザ照射光学系、１６……集
光光学系、１７……非蓄積形リニア・センサ、１
８……検出光学系、１９……Ｘ−Ｙテーブル、２
０……噴流制御部、２１……センサ駆動、２２…
…テーブルコントローラ、２３……レーザ制御回
路、２４……欠陥制御部、２５……全体制御部、
２６……制御部、２９……交流磁石、３０……磁
界制御部、３３……非蓄積形の並列出力リニアセ
ンサ、３４……検出信号を蓄積するバツフア、３
５……蓄積形の二次元センサ、３８……ノズル、
３９……主噴流、４０……制御流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物を非接触で加振し、この振動状態を光
   学的手段を用いて非接触で検出し、この検出され
   た振動状態を解析して検査対象の接合状態を検出
   することを特徴とする接合状態検出方法。 ２ 対象物を非接触で加振する加振手段と、該加
   振手段で加振された対象物の振動状態を光学的に
   検出する光学手段と、該光学手段で検出された振
   動状態を解析する解析手段とを備え、対象物の接
   合状態を検出することを特徴とする接合状態検出
   装置。 ３ 上記加振手段は気体を噴射する気体噴射出段
   によつて構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の接合状態検出装置。 ４ 上記加振手段として励磁される磁力発生手段
   によつて構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の接合状態検出装置。 ５ 上記光学手段として、対象物にレーザを照射
   するレーザ照射手段と、対象物から観測されるレ
   ーザ・スペクトルの変動を検出する検出手段とに
   よつて構成したことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項、または第３項、または第４項記載の接合
   状態検出装置。