JPH03229107A - 実装基板検査装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、部品を実装したプリント基板上の半田付けの
実装不良を検査する実装基板検査装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来、プリント基板上に半田付けされた半田部の検査は
、人間による目視検査に頼っていた。ところが、製品の
小型化や軽量化が進むに連れ、プリント基板上の部品の
小型化や高密度実装化もより一層進んできている。この
ような状況の中で、人間による目視検査が困難となって
きておシ、検査の自動化が強く望まれてきている。

その一方法として特願昭６３−４５２０６号には、二次
元のカメラで輝度データを用い、輝度の累積度数分布か
ら半田部の良否判定を行うことを提案している。

第６図に、半田部に対し斜め上方より照明した場合の半
田の良品と不良品の累積度数分布を示し、横軸に輝度の
階級を、縦軸に輝度の累積度数を表している。良品の半
田部は、輝度の高い部分が多いために長部分の累積度数
分布６０１のような分布特性を示す。不良の半田部は、
輝度の暗い部分が多いために不良部分の累積度数分布６
０２のような分布特性を示す。第６図に示すように、良
品と不良品の分布特性が異なるために区別ができるとい
うものである。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来例で示しだ検査方法では、部品の位置ずれ
や半田の量等によって累積度数分布のカーブが異なり、
十分に信頼性のある判定ができな、い。また、最適な照
明条件下でないと良否の特性の差がでにくいという課題
がある。さらに、プリント基板上の位置による照明むら
や照明条件を最適化するだめに微小面積で分割して撮像
しなければならないという課題もある。

本発明は、部品の位置ずれや照明条件に左右されること
なく、目的は半田付は部の高さデータを測定し、その高
さデータの基板−半田部一部品上における変化分（差分
値）を求め、その高さデータと差分値を２変数とする相
関を用いて半田付は部の良／不良を評価することである
。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は
、部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送手段
と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーとｆθ
レンズにより前記プリント基板上を走査するレーザ光走
査手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント基板
上から反射して得られる散乱光を、前記プリント基板と
前記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射させ、前
記ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させる散乱
光反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光を集光
レンズで位置検出素子に集光し位置信号を出力する位置
検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号により前
記プリント基板およびプリント基板上に実装された部品
の高さデータを演算する画像演算手段と、実装された部
品の半田付は部位置に予め定めた任意サイズの複数のマ
スク処理をするマスクデータを格納するマスク記憶手段
と、前記マスク記憶手段からのマスクデータ内のみ前記
画像演算手段で演算された高さデータの差分値を計算し
、前記高さデータと前記差分値を２変数とする相関にお
いて、予め定めた良品領域と不良品領域内の各データの
数を計算する相関演算手段と、前記相関演算手段で演算
された良／不良領域内の各データの数と、予め定めた基
準値とを前記マスク記憶手段からのマスクデータごとに
比較し、前記プリント基板上の部品の半田付状態の良否
を判定する判定処理手段を設けている。

作用 本発明は、部品が実装されたプリント基板をレーザ光で
全面走査し、ブリット基板から反射して得られる散乱光
を反射ミラーで位置検出手段に導き、プリント基板上の
高さの凹凸に従って変化する位置検出素子上の散乱光の
集光位置を検出し、その位置信号から画像演算処理手段
によりプリント基板上に実装された部品や半田付は部の
高さデータを演算し、相関演算手段で半田付は部位置に
設定されたマスク記憶手段からのマスクデータ内のみ、
画像演算手段で演算された高さデータの差分値を計算し
、その高さデータと差分値を２変数とする相関において
、予め定めた良品領域と不良品領域内の各データの数を
計算し、この相関演算手段で計算された良／不良領域内
の各データの数と予め定めた基準値とをマスクデータご
とに判定処理手段で比較し、部品の半田付状態の良否を
判定する。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の実施例について説
明する。

第１図は、本発明の実装基板検査装置の一実施例を示す
ブロック結線図である。第１図において、１０１はプリ
ント基板、１０２はプリント基板１０１上に実装されて
いる部品、１０３はプリント基板１０１を移動させる搬
送手段、１０４はその移動方向を示す矢印である。１０
５はレーザ光源、１０６はレーザ光源１０５からのレー
ザ光、１０７はポリゴンミラー１０８はレーザ光をポリ
ゴンミラー１０７に導くだめの反射鏡、１０９はｆθレ
ンズ、１１０は反射ミラーである。１１１は集光レンズ
、１１２は位置検出素子、１１３は位置検出素子１１２
からの位置信号、１１４はその位置信号１１３から部品
等の高さデータに変換演算をする画像演算処理手段、１
１５は画像演算処理手段１１４からの高さデータを用い
て半田付は部の高さデータの変化量（差分値）を計算し
、高さデータと差分値を２変数とする相関において、良
／不良領域内の各データの数を計算する相関演算手段、
１１６はプリント基板１０１上の部品１０２の半日付状
態の良否を判定する判定処理手段、１１７は部品１０２
の半田付は部位置上に予め定めた複数のマスクデータを
格納するマスク記憶手段である。

以下にその動作を説明する。

部品１０２が実装されているプリント基板１０１を搬送
手段１０３により移動方向１０４の方向に移動させつつ
、レーザ光源１０５からのレーザ光１０６を反射鏡１０
８を３個用いて、回転しているポリゴンミラー１０７に
導き、ポリゴンミラー１０７とｆθレンズ１０９により
レーザ光１０６をプリント基板１０１上に垂直に照射す
る。これにより、プリント基板１０１上にレーザ光１０
６を二次元的に全面走査する。

レーザ光１０６の走査によりブリント基板１０１上から
反射してくる散乱光を、検査対象物であるプリント基板
１０１とｆθレンズ１０９との間に設けた反射ミラー１
１０で反射させ、ｆθレンズ１０９とポリゴンミラー１
０７を介して、さらに集光レンズ１１１を通して、位置
検出素子１１２上に集光する。位置検出素子１１２から
の位置信号１１３は、画像演算処理手段１１４に入力さ
れる。

画像演算処理手段１１４では、同期信号のタイミングで
入力された位置信号１１３をプリント基板１０１やプリ
ント基板１０１上に実装された部品１０２および部品１
０２の半田付は部の高さデータに変換する演算を行い、
実測高さデータを相関演算手段１１５へ出力する。

相関演算手段１１５では、半田付は領域の位置に設定さ
れたマスク記憶手段１１７からのマスクデータ内のみ画
像演算処理手段１１４で演算された高さデータの差分値
を計算し、その高さデータと差分値を２変数とする相関
において、予め定めた良品領域と不良品領域内の各デー
タの数を計算し、これらの各領域内のデータの数を判定
処理手段１１６へ出力する。判定処理手段１１６では、
相関演算手段１１５で計算された各領域内のデータ数と
あらかじめ定めておいた基準値とをマスクごとに比較し
、プリント基板１０１上の部品１０２の半田付は状態の
良否を判定するものである。

以上の動作を繰り返し、順次行うことによりプリント基
板１０１上全面について検査することかできる。この一
連の動作は、適当な信号により同期して行う必要がある
が、本実施例の場合ポリゴンミラー１０７の回転に合わ
せた同期信号を用いて同期を取った。このような構成に
することにより、ガルバノミラ−等の手段でレーザ光を
スポット走査する構成に比べ、よシ高速・高精度な高さ
測定を行なうことができる。

次に、画像演算処理手段１１４と相関演算手段１１５お
よび判定処理手段１１６について第２図と第３図を用い
てさらに詳しく説明する。

画像演算処理手段１１４は、第２図に示すように位置検
出素子１１２からの位置信号１１３をＡ／Ｄコンバータ
２０１でデジタル信号に変換し位置演算回路２０２に入
力する。本実施例では、位置検出素子にＰＳＤ　（ポジ
ション−センシティブ　デテクタ；　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ
−８ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　；半導体
装置検出素子）を用いており、ＰＳＤに入射する入射位
置は、素子の両端電極に流れる電流が各電極間との距離
に反比例するものを用いている。位置演算回路２０２で
は、デジタル信号に変換された両電極からの電流■１お
よびＩ２を第（１）式を用いて高さデータを演算する。

（但し、ｋは、正規化するための係数である。） 高さデーターｋ・（Ｉ、　−Ｉ、　）　／　（ｉ、　十
１２）・・−・・（１） 位置演算回路２０２で得られた高さデータは、−旦測定
高さデータ格納メモリ２０３に格納され、相関演算手段
１１５に出力される。

相関演算手段１１５では、測定高さデータ格納メモリ２
０３からの測定高さデータを入力し、半田付は領域の位
置に設定されたマスク記憶手段１１７からのマスクデー
タ内のみ入力された高さデータの差分値を計算し、その
高さデータと差分値を２変数とする相関において、良品
領域と不良品領域内の各データの数を計算し、その各デ
ータの数を判定処理手段１１６へ出力する。

判定処理手段１１６では、相関演算手段１１５で計算さ
れた良／不良各領域内のデータの数と基準値記憶手段２
０６からの基準値とをマスク記憶手段１１７からのマス
クデータに応じた比較回路２０４で比較し、その差を比
較データとして判定回路２０５に出力する。判定回路２
０５では、比較回路２０４からの比較データを基にその
比較データの大小によって部品の半田付は部の良否を判
定するものである。

第３図に相関演算手段１１５の詳細ブロック結線図を示
し、更に詳しく説明する。

第３図において、３０１は画像演算処理手段で演算され
た高さデータ、３０２は高さデータの差分を計算する差
分計算回路、３０３及び３０４は比較回路Ａ及びＢ、３
０５は差分閾値記憶手段、３０６は高さ閾値記憶手段、
３０７及び３０８はカウンタＣ及びＤである。

以下にその動作を説明する。

差分計算回路３０２では、マスク記憶手段からのマスク
データ３０９に基づいて抽出された画像演算処理手段か
らの高さデータ３０１の変化量（差分値）を計算し、そ
の差分値を比較回路Ａ３０３に出力する。本実施例では
、高さデータが基板から半田付は部及び部品に向かう方
向での差分を差分計算回路３０２で計算している。

比較回路Ａ３０３では、差分計算回路３０２で計算され
た差分値と差分閾値記憶手段３０５からの閾値とを比較
し、差分値が閾値で決められた範囲内であればカウンタ
Ｃ３０７及びカウンタＤ３０８へゝ１″の信号を出力し
、範囲外であれば０″の信号を出力する。一方、比較回
路Ｂ５０４では、高さデータ３０１と高さ閾値記憶手段
３０６からの閾値とを比較し、高さデータが閾値で決め
られた範囲内であれはカウンタＣ３０７及びカウンタＤ
　３０８へ１１１″の信号を出力し、範囲外であればゞ
０″の信号を出力する。

カウンタＣ３０７ではマスクデータ３０９に基づいてマ
スクごとに、比較回路Ａ３０３及びＢ５０４からの出力
が共に１１１１１の時のみカウントアツプする。

またカウンタＤ３０８ではマスクデータ３０９に基づい
てマスクごとに、比較回路Ａ　３０３及びＢ５０４から
の出力が共に１１１　ＩＩ以外の場合、つまり（Ａ、Ｂ
）の信号の組で表現すれば、（１，０）、（０，１）、
（０，０）の場合にカウントアツプする。

以上の動作によりそれぞれカウントアツプされたカウン
タの出力は判定処理手段へ入力され、カウンタＣ３０７
及びＢ３０８の個々の値やそれらを合計した総数が評価
され、部品の半田付は状態の良否を検査することができ
る。

更に具体例を第４図及び第５図を用いて説明する。

第４図は良品の半田付は状態の場合を示した図で、（ａ
）は部品の半田付は部を上方より見た図、（ｂ）は断面
図、（Ｃ）は本発明の基本となる高さデータと差分値の
相関図を示している。第４図（ｂ）に示した様な、基板
４０１に実装された部品４０３の半田部４０２が良好な
状態であった場合、第４図（Ｃ）に示した高さデータ（
Ｚ）と差分値（△Ｚ）の相関図が得られる。即ち、Ｚ１
４０４は基板の平均高さ、ｚ２４０５は部品上の平均高
さで、測定されたデータはＸ印で示した。また、差分閾
値は０４０６とＡｌ　４０７に設定し、高さ閾値はＡ２
４０８及びＡ３４０９に設定した。

これらの閾値の値は部品の高さや基板及び部品上の測定
高さデータのばらき具合（標準偏差の値σ）によって適
当に変動させることが望ましいが、本実施例では、Ａ１
４０７は部品の高さの１、Ａ２４０８３ 及びＡ３４０９は各平均値Ｚ１及びＺ２よシ１１２×σ
″程度離した値にしだ。

第４図（ｃ）の相関図において、半田付は状態が良好で
あるため、半田部の各測定データは、基板と部品のそれ
ぞれの高さの間に分布し、かつ差分値も正の値でＡｌ４
０７以下のあまり大きくない５１４１０で示した領域に
分布している。

従って差分値を比較する比較回路Ａでは、差分閾値で示
した０４０６からＡ１４０７の間にデータが入るため各
データにおいて１１１″の信号を出力し、比較回路Ｂで
は、高さデータが、高さ閾値で示したＡ２４０８からＡ
３４０９の間に分布するため各データにおいて１１″の
信号を出力し、カウンタＣで全てカウントアツプされ、
カウンタＤの値は、領域５２４１１及び５３４１２にデ
ータが分布しないためゼロとなり、判定処理手段では半
田付は部が良好であると判定される。

なお、第４図（ｂ）中の二重矢印（０）　４１３で示し
た範囲が、半田付は部に設定されたマスク記憶手段から
のマスクデータの範囲を示しておシ、上方からの図であ
る第４図（ａ）に示した様に、基板４０１、半田部４０
２、部品４０３上にマスク４１４（斜線部）が設定され
、このマスク内のみの高さデータが演算に用いられる。

次に第５図を用いて半田不良の場合を説明する。

第５図（ａ）はいわゆるイモ半田で不良状態の場合の断
面図、（ｂ）は高さデータと差分値の相関図を示してい
る。第５図（ａ）に示した様な、基板５０１に実装され
た部品５０３の半田部５０２がイモ半田不良であった場
合、第５図（ｂ）に示した高さデータ（Ｚ）と差分値（
△Ｚ）の相関図が得られる。図中の閾値Ａ１〜Ａ３及び
Ｚｌ、Ｚ２、各領域８１〜Ｓ３は第４図（ｃ）の場合と
同一であるため同一番号を付して説明を省略する。

第５図（ｂ）の相関図において、イモ半田状態であるた
め、半田部の各測定データは基板と部品のそれぞれの高
さの間に分布するが、差分値はゆるやかな上り勾配の部
分の５１４１０の領域と、イモ半田の特徴である下シ勾
配の部分の３３４１２の領域と更に部品端付近の急な正
の勾配の部分の８２４１１の領域にそれぞれデータが分
布している。

従って良領域のカウンタＣでは、少数のデータが分布す
るＳｌ　４１０の領域のデータ数をカウントアツプし、
不良領域のカウンタＤでは、イモ半田の特徴を示す下υ
勾配の領域の８３４１２のデータ数と急な勾配の領域の
Ｓ２４１１のデータ数の和がカウントアツプされ、判定
処理手段では不良領域のデータ数が多いことから半田付
は部が不良であると判定される。

なお、本実施例では相関演算手段で良領域のカウンタＣ
と不良領域のカウンタＤという２種類のカウンタを設け
て、判定処理手段へカウント数をそれぞれ出力している
が、カウンタの種類及び数は本発明を限定するものでは
なく、不良領域のカウンタを更に細かく分類してイモ半
田のような負の差分領域（Ｓ３）を別にカウントして、
判定処理手段へそのカウント数を出力してもよく、これ
により更に細かな半田付は部の状態を検査することがで
きる。

以上の様に本実施例によれば、半田付は部の高さデータ
を測定し、その高さデータの変化量（差分値）を計算し
、高さデータと差分値を２変数とする相関において、良
品領域と不良品領域内に分布する各データの数を計算し
、それらの値を判定処理手段へ出力する相関演算手段を
設けることによバ照明条件や部品の位置ずれに影響され
ることなく、半田付は部が基板から部品に向けて緩やか
な正の勾配を持って形成されている所のみ良品領域とし
てとらえるため、半田の形状までも細かく検査すること
ができる。

発明の効果 以上述べてきたように本発明の効果とし、では、プリン
ト基板上の部品や半田付は領域全面の高さデータを測定
して、半田付は部の位置に設定したマスク内のみその高
さデータの変化量（差分値）を求め、その高さデータと
差分値を２変数とする相関において、予め定めた良品領
域と不良品領域内の各データの数を計算し、その各デー
タの数と基準値との比較をし、部品の半田付は状態を判
定４ することにより、人間の目視に頼ることなく、また照明
条件や部品の位置ずれに左右されずに半田付は部の半田
部の形成状態を良／不良各領域内のデータ数によりとら
えられ、より詳細な半田付は状態の検査が可能となυ、
また高さデータと差分値の相関において差分値は基板や
部品上ではほぼゼロに近い値であり、多少マスクの設定
位置が大きめであったシ、ずれていたとしても半田付は
部のみを評価することができ、検査精度を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における実装基板検査装置の
ブロック結線図、第２図及び第３図は第１図の要部詳細
プロ７り結線図、第４図は良好な半田付状態の高さプロ
フィールを示した区、第５図は不良半田付状態の高さプ
ロフィールを示した図、第６図は従来の半田付は部検査
の累積度数分布の特性図である。 １０１・・・プリント基板、ｌＯ２・・・部品、１０３
・・・搬送手段、１０５・・・レーザ光源、１０７・・
・ポリゴンミラー１０９・・・ｆθレンズ、１１０・・
・反射ミ光レンズ、１１２・・・位置検出素子、処理手
段、１１５・・・相関演算手段、手段、１１７・・・マ
スク記憶手段。 ラー　１１１・・集 １１４・・・画像演算 １１６・・・判定処理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送手段と
   、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーとｆθレ
   ンズにより前記プリント基板上を走査するレーザ光走査
   手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント基板上
   から反射して得られる散乱光を、前記プリント基板と前
   記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射させ、前記
   ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させる散乱光
   反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光を集光レ
   ンズで位置検出素子に集光し位置信号を出力する位置検
   出手段と、前記位置検出手段からの位置信号により前記
   プリント基板やプリント基板上に実装された部品及び半
   田付け部の高さデータを演算する画像演算手段と、実装
   された部品の半田付け部位置に予め定めた任意サイズの
   複数のマスク処理をするマスクデータを格納するマスク
   記憶手段と、前記マスク記憶手段からのマスクデータ内
   のみ前記画像演算手段で演算された高さデータの差分値
   を計算し、前記高さデータと前記差分値を２変数とする
   相関において、予め定めた良品領域と不良品領域内の各
   データの数を計算する相関演算手段と、前記相関演算手
   段で演算された良／不良領域内の各データの数と、予め
   定めた基準値とを前記マスク記憶手段からのマスクデー
   タごとに比較し、前記プリント基板上の部品の半田付状
   態の良否を判定する判定処理手段とを具備する実装基板
   検査装置。