JPH04104044A - 半田ペーストの印刷状態検査装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、部品実装のためにプリント基板に印刷された
半田ペーストの印刷状態を検査する印刷状態検査装置に
関する。

（従来の技術） プリント基板の半田付けは、現在では部品の表面実装化
と高密度実装化の要求がら、リフロ一方式によることが
多くなっている。このリフロ一方式は、まずプリント基
板上の所定位置に半田ペーストを印刷し、次にこのプリ
ント基板上に部品を仮止めして、最後にリフロー炉を通
して半田付けを行うものである。そして、これまでは、
このようなりフロ一方式において製品の品質を管理する
ために、半田付けの紡了後に部品の実装法曹と半田付け
の状預を検査するようになっており、−船釣には視覚等
の手段を用いて部品や半田付けの外観形状を認識するこ
とによりこの検査を行っていた。

しかしながら、近年さらに高密度実装化が進み、叢近で
は１ｍｍｘ０．５ａ＋ｍ程度の極小の角チツプ部品が登
場し、ＩＣの場合にも０　、３　ｍｍ程度の微細なす−
ド間ピッチを有するものが使用されるようになってきた
。そして、このような小型微細部品を高密度に実装する
ために、半田フィレットも部品電極の下に形成されるよ
うになって、半田付は後の外観検査では、半田付けの状
態を検査することができない場合が増えてきている。

そこで、このような半田付は後の検査が困難なプリント
基板の品質を管理するために、半田ペーストの印刷状態
を検査することが考えられ、このために、レーザスポッ
トを使用した検査装置が従来から提案されていた。この
検査装置は、半田ペースト印刷後のプリント基板全域を
レーザスポットで順次走査し、この反射光の戻り角度の
変化から半田ペーストの高さを測定して、半田ペースト
が所定の位置に正常に印刷されているかどうかを検出す
る装置である。半田ペーストの印刷が正常に行われてい
る場合には、後の部品の実装工程において半田付は不良
が発生する可能性も極めて低いため、このように半田ペ
ーストの印刷状態を検査しておけば、半田付は後の検査
に代えることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記レーザスポットを使用した検査装置では
、反射光の戻り角度の変化を検出する必要があるため光
学系が複雑なものとなり、装置が高価で保守も容易でな
いという問題がある。また、この検査装置は、レーザス
ポットの点上又は走査線に沿って検査を行うため、面積
を有する二次元的な半田ペーストの印刷状態を必ずしも
適切に検査し得ないという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑み、角度の異なる複数の照明と
撮像装置とを用いた安価で簡単な装置でありながら、画
像処理によって半田ペーストの印刷不良を二次元的に確
実に検査することができる印刷状態検査装置を提供する
ことを目的としている。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の半田ペーストの印刷状態検査装置は、プリント
基板上に印刷された半田ペーストの印刷状態を検査する
印刷状態検査装置であって、プリント基板に実質的に垂
直な方向と、斜めの方向と、実質的に水平な方向の少な
くとも３方向から光を照射することができる照明装置、
該照明装置による照明の方向を切り換える照明切換手段
、プリント基板を実質的に垂直な方向から撮像し、画像
信号を出力する撮像装置、該撮像装置が出力した画像信
号に照明の方向に応じた所定の画像処理を施す画像処理
手段、及び該画像処理手段によって処理された画像信号
に基づいて印刷状態を判定する印刷状態判定手段を備え
ており、そのことにより上記目的が達成される。

（作用） 上記構成により、照明切換手段で照明装置の照明方向を
順次切り換えながら、撮像装置によってプリント基板を
ほぼ垂直方向から撮像すれば、このブリット基板にほぼ
垂直方向の光を照射した落射照明時の画像信号と、ブリ
ット基板に斜め方向の光を照射した斜方照明時の画像信
号と、プリント基板にほぼ水平方向の光を照射した横方
向照明時の画像信号とを得ることができる。

ここで、半田ペーストの印刷不良には、印刷ずれと印刷
にじみと印刷かすれの３種類の態様がある。そして、プ
リント基板に落射照明を行うと、印刷ずれがある場合に
半田ペーストのずれにより露出したランド部からの垂直
方向の反射光量が大きくなる。また、プリント基板に斜
方照明を行うと、印刷にじみがある場合にレジスト部上
に垂直方向の反射光量の大きい部分が生じる。さらに、
プリント基板に横方向照明を行うと、印刷かすれがある
場合にこの半田ペーストのがすれ部分での垂直方向への
反射光量が大きくなる。

従って、上記落射照明と斜方照明と横方向照明とにおけ
るプリント基板の各画像信号を画像処理手段で処理し、
反射光量が異常部分を印刷状態判定手段によって判定す
れば、半田ペーストの印刷不良を２次元的に確実に検査
することができる。

また、撮像装置によって反射光量を検出するので、複雑
な光学系も不要となる。

（実施例） 本発明を実施例について以下に説明する。

第１スに本発明の一実施例を示す。本実施例の半田ペー
ストの印刷状態検査装置は、プリント基板ｌＯに３方回
から光を照射する照明装置１と、このプリント基板１０
を上方から垂直に撮像する撮像カメラ２とを備えている
。照明装置１は、落射照明装置１ａと斜方照明装置１ｂ
と横方向照明装置１ｃとからなる。そして、落射照明装
置１ａは、撮像カメラ２を取り巻くように丸型蛍光管を
配置したものであり、プリント基板ｌＯのほぼ真上から
落射照明を行うようになっている。また、斜方照明装置
ｌｂは、この落射照明装置１ａの蛍光管よりも径の大き
い丸型蛍光管をプリント基板１０と撮像カメラ２とのほ
ぼ中間部に配置したものであり、プリント基板ｌＯに斜
め方向の斜方照明を行うようになっている。さらに、横
方向照明装置１ｃは、この斜方照明装置１ｂの蛍光管よ
りも径の大きい丸型蛍光管をプリント基板ｌＯの周囲す
ぐ上方に配置したものであり、プリント基板１０にほぼ
水平方向の横方同照明を行うようになっている。これら
の照明装置１ａ〜１ｃは、それぞれ照明切換部３に接続
され、この照明切換部３の切り換えによって、落射照明
装置１ａ、斜方照明装置１ｂ又は横方向照明装置１ｃの
いずれかｌの蛍光管のみが点灯するように制御される。

撮像カメラ２は、ＣＣＤ等を用いた撮像装置であり、撮
像したプリント基板１０の画像信号を画像処理部４に送
るようになっている。画像処理部４は、入力した画像信
号から所定の画面範囲のみを取り出すマスク処理を行う
と共に、閾値と比較して輝度が異常に高い画素を抽出し
、このマスクの範囲内での輝度が異常な画素数を計数す
る処理を行うものである。この際、画像処理部４は、照
明切換部３からの撮像可能信号を受けて画像信号の入力
を開始するようになっている。この画像処理部４と上記
照明切換部３とは、それぞれ判定制御部５に接続されて
いる。

判定制御部５は、照明装置１が順次各照明を切り換えて
プリント基板１０に照明を行うように照明切換部３に指
示を行うと共に、画像処理部４に対しては、撮像カメラ
２が撮像した際の照明に応じた闇値とマスクを用いて画
像処理を行うように指示するマイクロコンピュータ等の
制御装置である。この判定制御部５には、画像処理部４
による画像処理の処理結果も入力される。そして、この
処理結果に基づき、輝度が異常な画素数がその照明時の
許容範囲内かどうかを判断して、半田ペーストの印刷不
良とその不良原因を検出することになる。

上記印刷状態検査装置の動作を第２図乃至第４図に基づ
いて説明する。

判定制御部５は、まず印刷ずれの検出を行うために、照
明切換部３に落射照明の点灯信号を発して落射照明装置
１ａを点灯するように指示する。

照明切換部３では、落射照明装置１ａの点灯を行うと共
に、この照明が安定すると画像処理部４に撮像可能信号
を発する。また、判定制御部５は、画像処理部４に印刷
ずれの検査を行う旨の検査信号を発する。画像処理部４
では、照明切換部３からの撮像可能信号を受は取るごと
により、撮像カメラ２からの画像信号を入力して、印刷
ずれの検査に応じた閾値とマスクによる画像処理を行う
。

ここで、第２図（イ）に示すように、プリント基板１０
上における本来半田ペーストが印刷されるべきランド部
１１は、銅箔又は半田メツキによる平面を形成している
ので、落射照明装置１ａからの落射照明が行われると、
そのほとんどが反射され撮像カメラ２に入射することに
なる。これに対して、半田ペースト１２は、一般に微小
な半田球とこれをペースト状にするための溶剤（フラ。

クス等）とを混練したものなので、落射照明を行っても
表面で光が散乱する割合が多くなり、直接反射して撮像
カメラ２に入射する光量は少なくなる。従って、印刷ず
れが生じたために本来半田ペースト１２によって覆われ
るべき位置にランド部１１が露出すると、撮像カメラ２
が出力するこの部分の画像信号の輝度が異常に高くなる
。

このため、印刷ずれの検査時における画像処理部４の画
像処理は、この画像信号をまず印刷ずれ検出用の閾値と
比較して２値化するごとにより、半田ペースト１２上で
の反射によるよりも輝度が異常に高い部分を抽出し、次
にこの２値化画像信号から第２図（ロ）に示すマスク１
３によるマスク処理を行い、ランド部ｌｌ上の範囲のみ
を取り出す。すると、このマスク１３の範囲内テは、半
田ペースト１２の印刷ずれが大きくなるほど、異常な高
輝度部分の面積が広がることになる。そこで、画像処理
部４は、さらにこの２値化画像信号におけるマスク１３
の範囲内での高輝度の画素数を計数し、これに１画素の
面積を乗することにより印刷ずれの面積を計測する。こ
のようにして画像処理部４により印刷ずれ面積の計測が
行われると、判定制御部５がこの計測結果をプリント基
板１０上の各検査エリアごとに設定された印刷ずれの許
容面積と比較して、印刷不良かどうかの判断を行う。

次に、判定制御部５は、印刷にじみの検出を行うために
、照明切換部３に斜方照明の点灯信号を発して斜方照明
装置１ｂを点灯するように指示する。照明切換部３では
、斜方照明装９１ｔ＋の点灯に切り換えると共に、この
照明が安定すると画像処理部４に撮像可能信号を発する
。また、判定制御部５は、画像処理部４に印刷にじみの
検査を行う旨の検査信号を発する。画像処理部４では、
照明切換部３からの撮像可能信号を受は取ることにより
、撮像カメラ２からの画像信号を入力して、印刷にじみ
の検査に応じた閾値とマスクによる画像処理を行う。

ここで、第３図（イ）に示すように、プリント基板ｌＯ
の素地面は、光沢のある絶縁材料からなるレジスト部１
４によって被覆されているので、斜方照明装置１ｂから
の斜方照明が行われると、そのほとんどが反対側に斜め
に反射され、散乱により撮像カメラ２に入射する光量は
僅かなものとなる。これに対して、レジスト部１４上に
にじんだにじみ半田ペースト１５は、上記のように、散
乱光の割合が多くなるので、斜方照明の場合にも撮像カ
メラ２に入射する光量は比較的多くなる。

従って、印刷にじみによりレジスト部１４上ににじみ半
田ペースト１５が付着すると、撮像カメラ２が出力する
この部分の画像信号の輝度が異常に高くなる。

このため、印刷にじみの検査時における画像処理部４の
画像処理は、この画像信号をまず印刷にじみ検出用の閾
値と比較して２値化することにより、輝度が本来のレジ
スト部１４よりも異常に高い部分を抽出し、次にこの２
値化画像信号から第３図（ロ）に示すマスク１６による
マスク処理を行い、レジスト部１４上の範囲のみを取り
出す。

印刷にじみは、一般に半田ブリッジの原因となるので、
このマスク１６は、半田ペースト１２．１２間における
レジスト部１４上の範囲を取り出すようになっている。

すると、このマスク１６の範囲内では、印刷にじみによ
るにじみ半田ペースト１５の量が多くなるほど、異常な
高輝度部分の面積が広がることになる。そこで、画像処
理部４は、さらにこの２値化画像信号におけるマスク１
６の範囲内での高輝度の画素数を計数し、これに１画素
の面積を乗することにより印刷にじみの面積を計測する
。このようにして画像処理部４により印刷にじみ面積の
計測が行われると、判定制御部５がこの計測結果をプリ
ント基板ｌＯ上の各検査エリアごとに設定された印刷に
じみの許容面積と比較して、印刷不良かどうかの判断を
行う。

なお、本実施例の斜方照明装置１ｂによる斜方照明は、
プリント基板１０上における各検査エリアに対する照射
角が３０度前後になるように設定して、レジスト部１４
上からとにじみ半田ペース）１５上からの撮像カメラ２
への入射光量差が最も大きくなるようにしている。ただ
し、条件によっては、上記落射照明装置ｌａによる照射
角度よりも小さく、かつ、次に説明する横方向照明装置
ｌｃによる照射角度よりも大きい角度範囲で、この３０
度前後の角変を適宜変更することもできる。

最後に、判定制御部５は、印刷かすれの検出を行うため
に、照明切換部３に横方ｎ照明の点灯信号を発して横方
向照明装置ＩＣを点灯するように指示する。照明切換部
３では、横方向照明装置ＩＣの点灯に切り換えると共に
、この照明が安定すると画像処理部４に撮像可能信号を
発する。また、判定制御部５は、画像処理部４に印刷か
すれの検査を行う旨の検査信号を発する。画像処理部４
では、照明切換部３からの撮像可能信号を受は取ること
により、撮像カメラ２からの画像信号を入力して、印刷
かすれの検査に応じた閾値とマスクによる画像処理を行
う。

ここで、第４図（イ）に示すように、半田ペースト１２
におけるかすれ部分１２ａは、全体に斜めの面を有し細
かい凹凸があるため、横方向照明装置１ｃからの横方向
照明が行われると、光の散乱の割合が多くなり、撮像カ
メラ２に入射する光量が多くなる。これに対して、半田
ペースト１２におけるかすれのない正常部分１２＋）で
は、横方向照明のほとんどがそのまま反対側に反射され
、散乱により撮像カメラ２に入射する光量は比較的少な
くなる。従って、半田ペースト１２に印刷かすれが生じ
ると、撮像カメラ２が８カするこのかすれ部分１２ａの
画像信号の輝度が異常に高くなる。

このため、印刷かすれの検査時における画像処理部４の
画像処理は、この画像信号をまず印刷かすれ検出用の閾
値と比較して２値化することにより、輝度が本来の半田
ペース１−１２の正常部分１２ｂよりも異常に高いかす
れ部分１２ａを抽出し、次にこの２値化画像信号から第
４図（ロ）に示すマスク１７によるマスク処理を行い、
半田ペースト１２上の範囲のみを取り出す。すると、こ
のマスク１７の範囲内では、かすれ部分１２ａが大きく
なるほど、異常な高輝度部分の面積が広がることになる
。そこで、画像処理部４は、さらにこの２値化画像信号
におけるマスク１７の範囲内での高輝度の画素数を計数
し、これに１画素の面積を乗することにより印刷かすれ
の面積を計測する。

このようにして画像処理部４により印刷かすれ面積の計
測が行われると、判定制御部５がこの計測結果をプリン
ト基板ｌＯ上の各検査エリアごとに設定された印刷かす
れの許容面積と比較して、印刷不良かどうかの判断を行
う。

なお、この印刷かすれに加えて印刷ずれが生じると、上
記マスク１７が正確に半田ペースト１２上の範囲のみを
取り出すことができなくなり、実際のマスク１７の範囲
には、印刷ずれによって露出したランド部１１が写り込
む。そして、このランド部１１では、横方向照明に対す
る撮像カメラ２への１、射光量が低下するため、画像処
理部４が計測する印刷かすれ面積は本来の値より小さく
なる。従って、本実施例では、先に印刷ずれの検査にお
いて印刷ずれが発見されると、この際に計測された印刷
ずれ面積に応じた補正計数を今回計測した印刷かすれ面
積に乗じ、修正を行うようにしている。

また、本実施例の横方向照明装置１ｃによる横方向照明
は、プリント基板ｌＯ上における各検査エリアに対する
照射角が１０度前後になるように設定して、半田ペース
ト１２上におけるかすれ部分１２ａからと正常部分１２
ｂからの撮像カメラ２への入射光量差が最も大きくなる
ようにしている。ただし、条件によっては、上記斜方照
明装置１ｂによる照射角度よりも小さい角度範囲で、こ
の１０度前後の角度を適宜変更することもできる。

以上説明したように、本実施例の印刷状態検査装置によ
れば、印刷ずれと印刷にじみと印刷かすれとについて、
それぞれ異なる照明と画像処理を行うことにより、半田
ペースト１２の印刷不良を２次元的に確実に検査するこ
とができるようになる。また、撮像カメラ２によってそ
れぞれの反射光を撮像するので、複雑な光学系も不要と
なる。

なお、本実施例では、照明装置１にそれぞれ丸型蛍光管
を用いたが、プリント基板１０に指向性よく均一に光を
照射するものであればこれに限らず、多数のＬＥＤを丸
型に配置したものや、光ファイバ等によって光源からの
光の出射口を丸型としたようなものでもよい。また、プ
リント基板ｌＯに周囲から同一角度で照射し得るもので
あれば、丸型の配置にも限定されない。さらに、落射照
明装置１ａについては、ビームスプリッタを用い、撮像
カメラ２の光軸に対して同軸落射て光を照射するように
してもよい。

さらに、本実施例では、画像処理部４で異常な輝度部分
を抽出するために、閾値との比較により画像信号を２値
化したが、これを多値化画像としたりカラー画像とする
こともできる。

（発明の効果） 以上の説明から明かなように、本発明の半田ペーストの
印刷状態検査装置によれば、安価で簡単な装置によって
２次元的に確実に半田ペーストの印刷不良を検出するこ
とができるようになる。

４、′　　の、単なｌ 第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式図、第２図
（イ）（ロ）はそれぞれ印刷ずれがある場合のプリント
基板の縦断面図及び平面図、第３図（イ）（ロ）はそれ
ぞれ印刷にじみがある場合のプリント基板の縦断面図及
び平面図、第４図（イ）（ロ）はそれぞれ印刷かすれが
ある場合のプリント基板の縦断面図及び平面図である。

１・・・照明装置、２・・・撮像カメラ、３・・・照明
切換部、４・・・画像処理部、５・・・判定制御部、１
０・・・プリント基板、１２・・・半田ペースト。

以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．プリント基板上に印刷された半田ペーストの印刷状
   態を検査する印刷状態検査装置であって、プリント基板
   に実質的に垂直な方向と、斜めの方向と、実質的に水平
   な方向の少なくとも３方向から光を照射することができ
   る照明装置、 該照明装置による照明の方向を切り換える照明切換手段
   、 プリント基板を実質的に垂直な方向から撮像し、画像信
   号を出力する撮像装置、 該撮像装置が出力した画像信号に照明の方向に応じた所
   定の画像処理を施す画像処理手段、及び該画像処理手段
   によって処理された画像信号に基づいて印刷状態を判定
   する印刷状態判定手段を備えている半田ペーストの印刷
   状態検査装置。