JPH06318624A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンダ・フィレットの形状を、精度良く認識
し、ハンダ付け状態の良否の判断を精度良く行なう。 【構成】 ハンダ付け外観検査装置１０は、レーザ装置
１１と、レーザ光線の照射位置を調整する回転ミラー装
置１２と、ハンダ・フィレット１に照射されたレーザ光
線の反射光を検出する位置検出器１５と、該検出器１５
からの信号に基いて当該ハンダ・フィレットの形状を認
識する電子制御装置１６とを具えている。 【効果】 外観検査装置１０によれば、ハンダ・フィレ
ットの色、光沢とは無関係に、その形状を正確に検出す
ることができ、更に付着強度が所定値以上であるか否か
の判断が、電子制御装置１６によって自動的に、且つ、
精度良く行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外観検査技術さらには
ロウ材にて接合される２以上の部材間の接合状態を検査
する外観検査装置に適用して特に有効な技術に関し、例
えばプリント基板に面実装された半導体装置のリードフ
レームに付着しているハンダの外観検査に利用して有用
な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＬＳＩチップのリードフレー
ムをプリント基板上の電極部分（パッド）にハンダ等の
ロウ材にて面実装した後に、その接合状態を検査する外
観検査が行われている。この外観検査は、上記リードフ
レームと上記電極部分との接合部分に検査用の光を投下
し、これらの間に付着しているハンダ部分（以下「ハン
ダ・フィレット」と称する）をＣＣＤカメラ等の画像認
識装置にて写し出すもので、複数の方向から光を投下
し、これを多方面から写し出すことによってその形状を
３次元的に捉えるようにしている。このとき認識された
ハンダ・フィレットの形状は、過去に正常品とされたフ
ィレット形状と比較検討され、検査員がその経験に基い
て接合状態（ハンダ付け状態）の良否を判断していた
（段差照明法）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかにされた。即ち、上記段差照明法によっ
てハンダ・フィレットの形状を判断する場合には、当該
ハンダの色彩、光沢等によって、反射光の輝度分布が異
なることがあり、画像認識装置に映し出される映像が、
フィレット部分の形状を正確に反映しないことがある。
この場合、上記のように、検査員がその画像を見て、ハ
ンダ付け状態の良否を判断すると、検査結果が不正確な
ものとなる。更に、上記のように人為的にハンダ付け状
態の良否を判断する手法では、その判断基準を一定でな
いためにこれを正確に判断できず、欠陥製品の出荷や歩
留り低下を招くこととなる。

【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、ハンダの色彩や光沢とは無関係に、ハンダ・フィ
レットの形状を、精度良く認識し、ハンダ付け状態の良
否の判断を一定基準に従って行い、もって、その判断精
度を向上させるようにした外観検査装置を提供すること
をその主たる目的とする。この発明の前記ならびにその
ほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述お
よび添附図面から明らかになるであろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。即ち、本発明では、外観検査装置を、検査
用ビームを発生させるビーム発生手段と、上記発生した
検査用ビームの被検査物への照射位置を調整する照射方
向調整手段と、上記被検査物に照射された検査用ビーム
の反射状態を検出する反射状態検出手段と、該反射状態
検出手段からの信号に基いて当該被検査物の形状を検知
する形状判定手段とによって構成するようにした。

【０００６】

【作用】被検査物の表面に検査用ビームを当てたとき
に、その反射状態が反射状態検出手段にて自動的に読込
まれるので、その読込み結果に基いて、形状判定手段が
その形状を認識する。従って、当該外観検査装置を用い
て、２つの異なる部材の結合のために形成されたハンダ
・フィレットの外観形状を認識することによって、当該
ハンダによる２つの部材の接合状態が自動的に、且つ正
確に、判断される。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面を参照して
説明する。図１は、本実施例のハンダ付け外観検査装置
１０の構成を示す模式図である。この図に示すように、
ハンダ付け外観検査装置１０は、被検査物たるハンダ・
フィレット１にレーザ光線（例えばＨｅ−Ｎｅレーザビ
ーム）を照射して、その反射光の反射角度により、ハン
ダ・フィレットの形状（フィレット傾斜角θf）を認識
するものであり、レーザ装置１１、回転ミラー装置１
２、ヘンセントリック・スキャン・レンズ（コリメート
レンズ）１３、ハーフミラー１４、位置検出器１５、試
料台（図示省略）、電子制御装置１６、表示装置（ＣＲ
Ｔ）１７等によって構成されている。このうち電子制御
装置１６はマイクロコンピュータによって構成され、検
査装置１０全体の動作制御を行ったり、外観検査によっ
て得られたデータの解析を行なう。又、表示装置１７
は、電子制御装置１６からの信号に基いて、当該解析結
果を表示するものである。又、回転ミラー装置１２は、
回転ミラー１２ａを回転軸１２ｂを中心に回転させるも
のであり、ミラー１２ａの反射面の中心がコリメートレ
ンズ（ｆ−θレンズ）１３の焦点位置（レンズから焦点
距離ｆだけ離れた位置）となるように設置されている。
又、位置検出器１５は、３つの端子Ｘ，Ｙ，Ｚのうち端
子Ｘに所定のバイアス電圧が加えられ、反射光の強さに
係わらず、反射光の入射位置にのみ応じて端子Ｙ，Ｚか
らの電流値が変化するように構成されている。従って、
この位置検出器１５では上記端子Ｙ，Ｚからは反射光の
反射角度に比例した大きさの電流が出力される。そし
て、この検出器１５からの信号は上記電子制御装置１６
に送られるようになっている。尚、上記レーザ装置１１
からはＨｅ−Ｎｅレーザが発生するようになっている
が、これはＨｅ−Ｎｅレーザのスポット形状が円形で、
走査制御に適しているからである。

【０００８】このように構成された外観検査装置１０を
用いた外観検査にあっては、検査用のレーザ光線が、プ
リント基板３とリードフレーム２との間に付着している
ハンダ部分（ハンダ・フィレット１）に照射される。よ
り具体的には、レーザ装置１１からのレーザ光線Ｌは、
図２に示すように、リードフレーム２の中心線ｌに平行
に（長手方向に）、１つのリードフレーム当り１０回程
度、即ち、リードフレームの幅Ｗ（０．３〜０．６mm）
に応じた間隔ｄだけあけて、ハンダ・フィレット１部分
に照射される。このレーザ光線Ｌの照射は、当該プリン
ト基板３を搭載している試料台（Ｘ−Ｙステージ）を、
１回の照射毎に上記所定幅ｄだけステップ移動させるこ
とにより行われる。

【０００９】１回の照射動作では、レーザ光線が、リー
ドフレーム２の中心線ｌに沿って長手方向に走査される
こととなるが、この走査は、図１に示す回転ミラー装置
１２のミラー１２ａの回転により行われる。具体的に
は、上記回転ミラー装置１２は、電子制御装置１６から
の制御信号に基いてミラー１２ａをその軸心１２ｂを中
心に所定速度で回転させる。このときレーザ装置１１か
ら発せられたレーザー光線Ｌは、回転ミラー１２によっ
て反射された後、ハーフミラー１４、コリメートレンズ
１３を介して、プリント基板３とリードフレーム２との
間のハンダ・フィレット１部分に主に照射される。尚、
コリメートレンズ１３は回転ミラー１２ａの回転速度と
レーザ光線の走査速度とを一定の関係に保つ機能を有
し、実際には複数のレンズの集合体となっている。

【００１０】上記照射されたレーザ光線Ｌは、回転ミラ
ー１２ａの回動に伴って、ハンダ・フィレットを中心に
一定方向に走査される（図２のＬ1，Ｌ2，…）。そして
１回の走査が行われているときに、ハンダ・フィレット
上で反射したレーザ光線がコリメートレンズ１３、ハー
フミラー１４を介して位置検出器１５に送られ、該検出
器１５でその反射角度θ（フィレット傾斜角θfの２倍
の角度）が検出されるようになっている。この場合、ハ
ンダの表面は鏡面に近い状態となっているため、レーザ
装置からのレーザ光線を極端に強くすることなく、その
反射光線が位置検出器１５にて検出できる。

【００１１】以下に、レーザ光線Ｌを図２の中心線ｌに
沿って図中左から右に（長手方向に）走査した場合のフ
ィレット傾斜角θfの検出方法について説明する。とこ
ろで、本実施例で外観検査されるハンダ・フィレット
は、プリント基板３上にハンダペーストを塗布し、この
上にリードフレーム２を乗せ、これに熱処理を加える公
知の面実装の結果得られるものであり、ペースト状のハ
ンダがプリント基板３とリードフレーム２との間から押
し出されて形成される。このとき、プリント基板３，リ
ードフレーム２，ハンダ・フィレット１の断面形状は図
１，図３に示す形状となる。尚、リードフレーム２とプ
リント基板３との接合面には薄いハンダ膜（図示省略）
が形成されて両者が接着される。そしてこの接合面から
押し出されたハンダ部分（ハンダ・フィレット）は、接
合部位（リードフレーム２とプリント基板３）を外側よ
り接着させる。そして、このときの接着強度（付着仕
事）はそのフィレット形状に基いて算出できる。

【００１２】外観検査が開始されて、レーザ装置１０に
よるレーザ光線の照射が行われたときに、未だ、レーザ
光線がフィレット部分に達していないと、当該レーザ光
線（図中の矢印ａ）は基板３表面で反射することとな
り、このときの反射光ａ’は、レーザ光線ａの経路を逆
にたどり、その後、ハーフミラー１４で反射され、位置
検出器１５の検出部１５ａに至る。このとき反射光ａ’
は位置検出部１５ａの基準位置Ａ（反射角θが“０”）
に到達する。

【００１３】レーザ光線がハンダ・フィレットの端部１
ａに至ると（図中の矢印ｂ）、反射光ｂ’は図中破線に
沿った経路にて上記ハーフミラー１４に至り、その後、
位置検出器１５に至る。このとき、レーザ光線（ｂ）と
反射光ｂ’とがなす角度θbは、フィレット端部１ａで
のフィレット傾斜角θf（＝θ1）の２倍となる。そして
反射光ｂ’が入射する位置検出器１５の検出部１５ａの
位置Ｂは、上記基準位置Ａから当該反射角θbに応じた
幅だけずれる。従って、このずれ幅を検出することによ
り、レーザ光線ｂが照射された位置（フィレット端部１
ａ）でのフィレット傾斜角θ1を算出することができ
る。

【００１４】同様に、レーザ光線が照射位置１ｃに至っ
たときには、レーザ光線（ｃ）は、１ｃに於けるフィレ
ット傾斜角θf（＝θ2）の２倍の反射角θcにて反射
し、その反射光（ｃ’）は検出部１５ａの位置Ｃに至っ
てその旨が、当該検出器１５によって検出される。従っ
て、この照射位置Ｃの基準位置Ａからのずれ幅を検出す
ることによって、当該フィレット傾斜角度θ2を算出す
ることができる。以下同様の手順で、複数箇所で反射光
を検出する。即ち、図２に示すように、走査方向に沿っ
て一定間隔毎に検出点（ｐ1，ｐ2，…ｐn）を設け、レ
ーザ光線がその位置に至ったときに当該反射光を検出す
る。そして、このように複数箇所で検出されたフィレッ
ト傾斜角度θfを順次積分していくことによってハンダ
・フィレットの断面形状（図１，図３）を認識すること
ができるようになる。

【００１５】走査されたレーザ光線が、ハンダ・フィレ
ット１から外れてリードフレーム２に至ると（図中の矢
印ｄ）、反射光ｄ’は、光線ｄの経路を逆にたどり、そ
の後、ハーフミラー１４で反射され位置検出器１５の基
準位置Ａに到達する。

【００１６】上記ハンダ付け外観検査では、ハンダ付け
状態を判断するために、傾斜角度θfのうちパッド濡れ
角θP及びリード濡れ角θL、更には、フィレット長Ｌ、
フィレット高Ｈ等が用いられる（図３）。即ち、上記外
観検査装置１０による上記検査結果に基いてこれらの値
を算出し、かく算出した値を、正常品のハンダ・フィレ
ットのデータとつき合わせることにより、当該ハンダ付
け状態の良否が判断される。この判断は、電子制御装置
１６内で自動的に行うことができる。特に、パッド濡れ
角θPは当該ハンダ・フィレットの付着の強度（付着仕
事）を算出する際のパラメータとして用いられる。母材
（プリント基板）とロウ材（ハンダ）とが、図４に示す
状態となっているときの付着仕事ＷAの値は次式で求め
られる。尚、式中γＬは表面張力である。 ＷA＝γＬ（１＋COSθp） 従って、上記ハンダ付け外観検査装置１０により、フィ
レット傾斜角θfのうち、特に、パッド濡れ角θPを検出
することによって、付着強度の判定を行なうことがで
き、本実施例では、この値が基準値（例えば１０゜以
下）以下のとき自動的に不良と判断される。尚、この所
定値は、経験的に得られるもので、ハンダ・ペーストの
成分等によって変化する。尚、上記ハンダ付けの良否の
検査結果は、表示装置（ＣＲＴ）１７によって表示され
るようになっている。

【００１７】以上、詳述したように本実施例のハンダ付
け外観検査装置１０は、レーザ装置１１と、レーザ光線
の照射位置を調整する回転ミラー装置１２と、ハンダ・
フィレット１に照射されたレーザ光線の反射光を検出す
る位置検出器１５と、該検出器１５からの信号に基いて
当該ハンダ・フィレットの形状を認識する電子制御装置
１６とを具えているので、ハンダ・フィレットの色、光
沢とは無関係に、その形状を正確に検出することがで
き、更に付着強度が所定値以上であるか否かの判断が、
電子制御装置１６によって自動的に、且つ、精度良く行
うことができるようになる。

【００１８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上
記実施例では、レーザ光線として、Ｈｅ−Ｎｅレーザを
用いた例を示したが、スポット形状が楕円の半導体レー
ザ等、他のレーザ光線を用いてもよい。又、上記実施例
では、レーザを、リードフレーム２の長手方向ｌに走査
する例を示したが、これに対して垂直な方向（図２の矢
印ｋの方向）にレーザ走査を行って、その断面形状を検
出するようにしてもよい。又、本実施例では、レーザ光
線を、リードフレーム２の長手方向に連続的に走査し、
このとき発生した反射光を、一定間隔毎に検知している
が、当該反射光を連続的に検知してもよい。以上の説明
では主として本発明者によってなされた発明をその背景
となった利用分野である半導体チップのハンダ付け検査
装置に適用した場合について説明したが、この発明はそ
れに限定されるものでなく、２つの部材がロウ材にて接
着された構造の接合部分の形状を検出する技術一般に利
用することができる。

【００１９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。すなわち、ハンダの色彩や光沢とは無
関係に、ハンダ・フィレット部分の形状を認識すること
ができるのでハンダ付け外観検査の精度が向上し、製品
歩留りが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のハンダ付け外観検査装置１０の構成
を示す模式図である。

【図２】リードフレームとプリント基板のハンダ付け部
分を示す平面図である。

【図３】外観検査でハンダ付け状態の判断に用いられる
パラメータを示す断面図である。

【図４】パッド濡れ角θPとフィレットの付着の強度と
の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ハンダ・フィレット ２ リードフレーム ３ プリント基板 １０ 外観検査装置 １１ レーザ装置（ビーム発生手段） １２ 回転ミラー装置（照射方向調整手段） １５ 位置検出器 １６ 電子制御装置（形状判定手段） Ｌ レーザ光線（検査用ビーム） ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’ 反射光線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査用ビームを発生させるビーム発生手
   段と、上記発生した検査用ビームの被検査物への照射位
   置を調整する照射方向調整手段と、上記被検査物に照射
   された検査用ビームの反射状態を検出する反射状態検出
   手段と、該反射状態検出手段からの信号に基いて当該被
   検査物の形状を検知する形状判定手段とを具えてなるこ
   とを特徴とする外観検査装置。
2. 【請求項２】 上記被検査物は、半導体チップのリード
   フレームとプリント基板との間に付着しているロウ材で
   あることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 【請求項３】 上記照射方向調整手段は、検査用ビーム
   を上記リードフレームの長手方向に走査することを特徴
   とする請求項２に記載の外観検査装置。