JPH07111329B2 - 被検査プリント基板の半田付け検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検査プリント基板
の配線パターンに電気部品のリードなどが正常に半田付
けされているか否かを判定（検査）する被検査プリント
基板の半田付け検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体、チップ部品などの電気部
品を実装した被検査プリント基板におけるブリッジある
いは半田フヌレなどの半田付け状態の検査を行なうた
め、被検査プリント基板の部品孔に合わせて多数のピン
を配設したヘッドなどを用いる接触検査方式がある。

【０００３】しかしながら、この接触検査方式において
は、種類の異なる被検査プリント基板毎に異なるヘッド
などを必要とするとともに、ヘッドのピンの間隔はピン
の太さによって制限されるため、リードの間隔が狭い集
積回路チップなどを半田付けした緻密な配線パターンを
有する被検査プリント基板の検査が困難であるなどの不
都合あった。

【０００４】このような接触検査方式の不都合を解消す
るため、レーザ光などのビームスポットを被検査プリン
ト基板に対して略直角に掃引し、半田部などの反射部分
で反射されたスパッタ光を受光してスパッタ光主成分方
向を求め、このスパッタ光主成分方向の推移に基づいて
ブリッジなどの検査を行なう非接触方式の実装済プリン
ト基板自動検査装置が、本出願人によって先に提案され
ている（実願昭６２−５６２５号）。

【０００５】図５および図６は上記した従来の被検査プ
リント基板の半田付け検査方法を説明するための概略図
である。図５および図６において、ＰＢは被検査プリン
ト基板を示し、後述する電気部品のリードＬを半田付け
する配線パターンＰが設けられている。

【０００６】Ｌは被検査プリント基板ＰＢの配線パター
ンＰに半田付けする電気部品のリード、Ｈ₁ およびＨ₂
はリードＬを被検査プリント基板ＰＢの配線パターンＰ
に半田付けした半田部を示す。

【０００７】Ｓ_D はスパッタ光主成分方向を示し、細く
絞ったレーザ光などのビームスポットを被検査プリント
基板ＰＢに対して略直角に掃引することによって発生す
るスパッタ光の主成分方向である。Ｄはビームスポット
の掃引方向を示す。

【０００８】次に、半田部の半田付け状態の検査（判
定）について説明する。細く絞ったビームスポットを被
検査プリント基板ＰＢに対して略直角に掃引し、被検査
プリント基板ＰＢにビームスポットを反射する反射部
分、すなわち配線パターンＰ、半田部Ｈ₁ ，Ｈ₂ 、リー
ドＬなどがあると、ビームスポットは反射部分で反射さ
れてスパッタ光となる。

【０００９】したがって、ビームスポットを被検査プリ
ント基板ＰＢに対して図５に掃引方向Ｄで示すように掃
引すると、半田部Ｈ₁ の表面形状は凹面形状になってい
るので、スパッタ光主成分方向Ｓ_D は図５に示すように
推移する。

【００１０】また、ビームスポットを被検査プリント基
板ＰＢに対して図６に掃引方向Ｄで示すように掃引する
と、半田部Ｈ₂ の表面形状は凸面形状になっているの
で、スパッタ光主成分方向Ｓ_D は図６に示すように推移
する。

【００１１】このようにスパッタ光主成分方向Ｓ_D の推
移は半田部Ｈ₁ ，Ｈ₂ の表面形状によって異なるため、
ビームスポットが通過する開口部が設けられ、被検査部
分を覆うように形成され、反射部分からラグビーボール
状の配光カーブで散乱するスパッタ光を受光する複数の
受光素子が内面に設けられた受光部でスパッタ光を受光
してスパッタ光主成分方向Ｓ_D を求め、この求めたスパ
ッタ光主成分方向Ｓ_Dの推移に基づいて半田部の表面形
状を算出することができる。

【００１２】そして、このようにして算出した半田部の
表面形状に基づいて半田部の半田付け状態を判定するこ
とができる。

【００１３】上述のように半田部の表面形状によって半
田部の半田付け状態の良否を判定する場合、通常、半田
部の表面形状が凹面形状（図５に示すような形状）にな
っていれば、半田部の半田付け状態を良と判定し、半田
部の表面形状が凹面形状以外、すなわち平面形状または
凸面形状（図６に示すような形状）になっていれば、半
田部の半田付け状態を不良と判定する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の被検査プリント
基板の半田付け検査方法は、以上のように行なっている
ので、すなわちビームスポットを照射した半田部からラ
グビーボール状の配光カーブで散乱する強度のスパッタ
光を受光し、この受光したスパッタ光に基づいてスパッ
タ光主成分方向Ｓ_D を求め、このスパッタ光主成分方向
Ｓ_D の推移に基づいて被検査プリント基板ＰＢに電気部
品のリードＬなどを取り付けた半田部の半田付け状態の
良否の判定を行なうため、被検査プリント基板ＰＢに電
気部品が高密度で実装されていると、電気部品がスパッ
タ光を遮ることによってスパッタ光主成分方向Ｓ_D を求
めることができなくなる。

【００１５】したがって、被検査プリント基板ＰＢに電
気部品が高密度で実装されていると、半田部の半田付け
状態の良否が判定できなくなるという不都合があった。

【００１６】この発明は、上記したような不都合を解消
するためになされたもので、被検査プリント基板に電気
部品が高密度で実装されていても、被検査プリント基板
に電気部品のリードなどを取り付けた半田部の半田付け
状態の良否を検査することのできる被検査プリント基板
の半田付け検査方法を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる被検査
プリント基板の半田付け検査方法は、上記した目的を達
成するため、細く絞ったビームスポットを被検査プリン
ト基板に対して略直角に掃引する掃引工程と、前記ビー
ムスポットが前記被検査プリント基板で反射したスパッ
タ光の前記被検査プリント基板に対して略直角なスパッ
タ光垂直成分強度を計測する計測工程と、前記計測工程
で計測されたスパッタ光垂直成分強度に対応したスパッ
タ光主成分方向を判別し、前記被検査プリント基板の配
線パターンに電気部品のリードなどを取り付けた半田部
の表面形状を判断して半田部の半田付け状態の良否を判
定する判別工程と、からなる被検査プリント基板の半田
付け検査方法からなるものである。

【００１８】

【作用】この発明における被検査フリント基板の半田付
け検査方法は、半田部からラグビーボール状の配光カー
ブで散乱するスパッタ光のスパッタ光垂直成分強度を計
測することによって算出したスパッタ光主成分方向に基
づいてスパッタ光主成分方向の推移を検出し、検出した
スパッタ光主成分方向の推移に基づいて半田部の表面形
状を順次決定し、最後に半田部の表面形状に基づいて半
田部の半田付け状態の良否を判定する。

【００１９】

【実施例】図１はこの発明の被検査プリント基板の半田
付け検査方法の原理を説明する概略図であり、図５およ
び図６と同一または相当部分には同一符号を付して説明
を省略する。

【００２０】図１において、Ｓ_C はラグビーボール状の
配光カーブを示し、表面形状が凹面形状の半田部Ｈの所
定部分におけるスパッタ光成分強度分布を示すものであ
る。Ｓ_V は被検査プリント基板ＰＢに対して略直角なス
パッタ光垂直方向を示す。

【００２１】なお、配光カーブＳ_Ｃのスパッタ光主成分
方向Ｓ_Ｄは反射部分（半田部）の形状によって変化し、
スパッタ光垂直方向Ｓ_Ｖのスパッタ光垂直成分強度もス
パッタ光主成分方向Ｓ_Ｄの変化に伴って変化する。従っ
て、半田部に入射されるビームスポットの光強度が一定
であれば、スパッタ光垂直成分強度を計測すれば、スパ
ッタ光主成分方向Ｓ _Ｄ が判別できる。すなわち、スパッ
タ光垂直成分強度で半田形状が判断が可能であり、半田
付け状態の良否の判定ができる。

【００２２】次に、半田部の半田付け状態の検査につい
て説明する。まず、細く絞ったレーザ光などのビームス
ポットを被検査プリント基板ＰＢに対して略直角に掃引
し、被検査プリント基板ＰＢにビームスポットを反射す
る反射部分、すなわち配線パターンＰ、半田部Ｈ、リー
ドＬなどがあると、ビームスポットは反射部分で反射さ
れてスパッタ光となるので、スパッタ光垂直方向Ｓ_Vの
スパッタ光垂直成分強度を計測する。

【００２３】そして、スパッタ光の強度分布はラグビー
ボール形状の配光カーブＳ_Ｃとなっているので、計測し
たスパッタ光垂直成分強度に基づいてスパッタ光主成分
方向Ｓ_Ｄが算出される。ラグビーボール形状（略楕円形
状）であるので、スパッタ光垂直成分Ｓ _Ｖ の強度を計測
して、その強度が強い程、ラクビーボール形状の配光カ
ーブＳ _Ｃ は立った形状となり、スパッタ光主成分方向Ｓ
_Ｄ は垂直方向に向かい、その強度が弱い程、ラグビーボ
ール形状の配光カーブＳ _Ｃ は寝た形状となり、スパッタ
光主成分方向Ｓ _Ｄ は水平方向に向かう。

【００２４】なお、このようにスパッタ光垂直成分強度
に基づいてスパッタ主成分方向Ｓ_Ｄを算出する場合、予
めスパッタ光主成分方向Ｓ_Ｄをスパッタ光垂直方向Ｓ_Ｖ
としてスパッタ光垂直成分強度を計測して、スパッタ光
垂直成分強度に対応したスパッタ光主成分方向Ｓ _Ｄ のテ
ーブルを作成し、すなわち、記憶装置にスパッタ光垂直
成分強度に対応したスパッタ光主成分方向Ｓ _Ｄ を記憶し
ておき、ビームスポット強度、半田成分または半田付け
温度などによってスパッタ光強度が変化しても対処する
ことができる。

【００２５】次に、このようにして算出したスパッタ光
主成分方向Ｓ_D の推移に基づいて半田部の表面形状を算
出した後、半田部の表面形状が凹面形状であるか否かを
従来と同様に判定する。

【００２６】すなわち、半田部の表面形状が凹面形状で
あれば、半田部の半田付け状態を良と判定し、半田部の
表面形状が凹面形状でなければ、半田部の半田付け状態
を不良と判定する。

【００２７】このように、この発明によれば、半田部に
照射したビームスポット光のスパッタ光垂直成分強度を
計測することによって、そのプリント基板固有のラクビ
ーボール形状の配光カーブＳ _Ｃ からスパッタ光主成分方
向Ｓ_Ｄを算出することができるので、被検査プリント基
板ＰＢに高密度で電気部品が実装されていても半田部の
半田付け状態の良否を判定することができる。なお、予
めスパッタ光主成分方向Ｓ _Ｄ とスパッタ光垂直方向Ｓ _Ｖ
のスパッタ光垂直成分強度を計測しておけば、スパッタ
光垂直方向Ｓ _Ｖ の強度からスパッタ光垂直成分Ｓ _Ｃ とそ
の半田形状を処理装置等で算出することになる。

【００２８】図２はこの発明を適用した実装済プリント
基板自動検査装置を示す正面図である。図２において、
１１はケーシング、１２はケーシング１１内に配置され
たＸ−Ｙステージを示し、このＸ−Ｙステージ１２は被
検査物としての被検査プリント基板ＰＢをＸ軸方向とＹ
軸方向とに移動させるものである。

【００２９】１３はＸ−Ｙステージ１２の上方に配置さ
れている第１の受光部を示し、内面の受光面にはスパッ
タ光を検出する受光素子が多数設けられている。１４は
Ｘ−Ｙステージ１２の下方に配置されている受光器を示
し、被検査プリント基板ＰＢの基準点を設定するときな
どに第１の受光部１３を通過するビームスポットを被検
査プリント基板ＰＢに設けられた基準孔を介して受光す
るものである。

【００３０】１５はケーシング１１の上面に設けられた
操作スイッチ群、１６は動作状態を示す表示灯、１７は
検査結果をプリントアウトするプリンタを示す。この実
装済プリント基板自動検査装置では、検査に先立って被
検査プリント基板ＰＢの基準位置、検査位置あるいは被
検査プリント基板ＰＢの種類などを識別する基板名など
の検査用データが予め記憶装置などに登録されている。

【００３１】そして、検査を行なうときには、被検査プ
リント基板ＰＢをＸ−Ｙステージ１２上に設置して基板
名などを端末装置から入力すると、予め登録された検査
個所の位置情報などの検査用データに基づいて自動的に
検査を行ない、検査が終了すると、検出したブリッジな
どの位置あるいは個数などの検査結果がプリンタ１７か
らプリントアウトされるとともに、図示を省略したマー
カによって被検査プリント基板ＰＢのブリッジなどの位
置付近にマークが付けられる。

【００３２】図３は図２に示した実装済プリント基板自
動検査装置の光学系を示す斜視図である。図３におい
て、１８は後述するハーフミラーを透過したスパッタ光
のスパッタ光垂直成分強度を計測する第２の受光部を示
し、計測値は図示を省略した処理装置に出力される。

【００３３】２１はレーザ光を放射するＨｅ−Ｎｅレー
ザ銃、２２はエキスパンダを示し、このエキスパンダ２
２は、ビームスポットを充分に絞るためにＨｅ−Ｎｅレ
ーザ銃２１が放射するレーザ光を、一旦５mm径程度の平
行なビームＢに拡張するためのものである。

【００３４】２３はビーム走査手段としてのガルバノメ
ータを示し、前述したＸ−Ｙステージ１２のＹ軸方向に
ビームＢを掃引するように走査するためのＹ軸回転ミラ
ー２３ｙと、Ｘ−Ｙステージ１２のＸ軸方向にビームＢ
を掃引するように走査するためのＸ軸回転ミラー２３ｘ
とを備え、Ｙ軸回転ミラー２３ｙとＸ軸回転ミラー２３
ｘとの中間に位置する点Ｏ₁ に対応する定点Ｏをほぼ中
心として各回転ミラー２３ｘ，２３ｙの可動範囲に基づ
く立体角内でビームＢを放射状に走査するものである。

【００３５】２４はビームスプリッタを示し、ガルバノ
メータ２３から供給されるビームＢを第１の分離ビーム
Ｂ₁ と第２の分離ビームＢ₂ に分離するものである。２
５はビームスプリッタ２４から供給される第１の分離ビ
ームＢ₁ を所定の方向に反射する第１のミラー、２６は
第１の集光レンズを示し、この第１の集光レンズ２６は
一方の焦点がガルバノメータ２３内の定点Ｏに一致する
ように配設されている。

【００３６】２７はハーフミラー（第２のミラー）を示
し、第１の集光レンズ２６から供給される第１の分離ビ
ームＢ₁ を被検査プリント基板ＰＢ上に集光させるよう
に反射し、スパッタ光を透過させるものである。

【００３７】すなわち、定点Ｏと一方の焦点とが一致す
るように配置された第１の集光レンズ２６によって第１
の分離ビームＢ₁ を集光すると、集光された第１の分離
ビームＢ₁ は他方の焦点面上にビームスポットを結像す
るとともに、そのビームスポットの光軸は第１の集光レ
ンズ２６の光軸と平行になるので、あらゆる方向に走査
された第１の分離ビームＢ₁ は、第１の集光レンズ２６
の像側の焦点面に配設された被検査プリント基板ＰＢ上
に絞られたビームスポットを結像するとともに、被検査
プリント基板ＰＢに直角に照射される。

【００３８】２８はスポット位置検知部を示し、被検査
プリント基板ＰＢに集光されたビームスポットの散乱光
を集光する第２の集光レンズ２８ａと、第２の集光レン
ズ２８ａによって集光された光点像が結像する受光面Ｓ
を備えた第１の光点位置検出素子２８ｂとで構成されて
いる。

【００３９】この受光面Ｓに結像される光点の位置に応
じた強度のＸ信号、Ｙ信号がビームスポットの位置情報
として第１の光点位置検出素子２８ｂから図示を省略し
た処理装置に出力される。

【００４０】２９はビームスプリッタ２４から供給され
る第２の分離ビームＢ₂ を集光する第３の集光レンズを
示し、一方の焦点がガルバノメータ２３内の定点Ｏに一
致するように配設されている。

【００４１】３０は第３の集光レンズ２９の他方の焦点
に配置されている第２の光点位置検出素子を示し、第２
の分離ビームＢ₂ によるビームスポットの２次元の位置
座標に応じた強度のＸ信号、Ｙ信号を図示を省略したサ
ーボ制御回路に出力するものである。

【００４２】図４は図２に示した実装済プリント基板自
動検査装置の全体構成を示すブロック図である。図４に
おいて、３１は処理装置を示し、図示を省略した記憶装
置に記録されたデータ、端末装置３２および操作部３３
から入力されるデータと、受光器１４から入力される信
号に基づいて実装済プリント基板自動検査装置の制御を
行ない、第２の集光レンズ２８ａと第１の光点位置検出
素子２８ｂとで構成されるスポット位置検知部２８と、
第１の受光部１３または第２の受光部１８からの入力に
基づいて各種検査の結果を判定し、プリンタ１７に検査
結果を出力するとともに、被検査プリント基板ＰＢに検
出個所をマークするためのマーカ３４を制御するもので
ある。

【００４３】３５はサーボ制御部を示し、後述するよう
に、ガルバノメータ２３を駆動制御するサーボ制御回路
３５ａとガルバノ駆動回路３５ｂとで構成されている。
３６はＸ−Ｙステージ制御部を示し、処理装置３１から
出力される位置座標に基づいてＸ−Ｙステージ１２を駆
動し、被検査プリント基板ＰＢを所定の位置に移動させ
るものである。

【００４４】すなわち、Ｘ−Ｙステージ１２の図示を省
略した被検査プリント基板設置部にはＸ方向、Ｙ方向の
２次元座標系が設定されており、処理装置３１の出力す
る２次元座標系上の点が、ビームスポットの初期設定位
置などの固定点に一致するようにＸ−Ｙステージ１２を
駆動する。

【００４５】３７は受光部移動装置を示し、スポット位
置検知部２８によって被検査プリント基板ＰＢ上のビー
ムスポットの位置を検知するとき、ビームスポットが第
１の受光部１３によって遮断されないように、処理装置
３１の出力に基づいて第１の受光部１３を移動させるも
のである。

【００４６】このように構成された実装済プリント基板
自動検査装置は、ビームスポットを照射する位置を示す
位置情報が処理装置３１からサーボ制御回路３５ａに出
力されると、サーボ制御回路３５ａは第２の光点位置検
出素子３０から入力されるＸ信号、Ｙ信号に基づいてガ
ルバノ駆動回路３５ｂに出力しているＸ制御信号、Ｙ制
御信号を補正して出力するので、ガルバノ駆動回路３５
ｂによってガルバノメータ２３が補正駆動され、各ビー
ムＢ，Ｂ₁ およびＢ₂ の走査方向が補正される。

【００４７】そして、被検査プリント基板ＰＢに照射さ
れる第１の分離ビームＢ₁ と、第２の光点位置検出素子
３０に照射される第２の分離ビームＢ₂ とがガルバノメ
ータ２３で走査されるときは一体のビームＢであるの
で、第２の光点位置検出素子３０に照射される第２の分
離ビームＢ₂ の走査位置に基づいてビームＢの走査方向
の制御を行なえば、ガルバノ駆動回路３５ｂなどが直接
検知し得ない要因によって走査方向にずれが生じても、
ビームスポットの位置を高い精度で制御することができ
る。

【００４８】したがって、処理装置３１が各部を制御
し、入力信号に基づいて演算することにより、図１で説
明した手順にしたがって被検査プリント基板ＰＢの半田
付け状態の検査を行なうことができる。

【００４９】なお、第１および第２の受光部１３，１８
の出力信号によってスパッタ光主成分方向Ｓ_Ｄ を算出す
る関係を求めることができる。第２の受光部１８によっ
てスパッタ光垂直方向Ｓ _Ｖ を検出することにより、その
強度に応じてスパッタ光主成分方向Ｓ _Ｄ を導出すること
ができる。また、第１の受光部１３の出力信号によって
スパッタ光主成分方向Ｓ_Ｄが従来のように算出できると
きは、第１の受光部１３の出力信号を用いて半田付け状
態の検査を行なってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半田
部からラグビーボール状の配光カーブで散乱するスパッ
タ光のスパッタ光垂直成分強度を計測することによって
スパッタ光主成分方向を判別し、スパッタ光主成分方向
の推移に基づいて、半田部の表面形状を順次判別し、最
後に半田部の表面形状に基づいて半田部の半田付け状態
の良否を判定するので、たとえ被検査基板に高密度で実
装された電気部品がスパッタ光主成分方向を遮断して
も、半田部から散乱するスパッタ光のスパッタ光垂直成
分強度を計測することによって半田部の半田付け状態の
良否を判定することができる。

【００５１】したがって、被検査プリント基板に高密度
で電気部品が実装されていても半田部の半田付け状態の
良否を判定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の被検査プリント基板の半田付け検査
方法の原理を説明する概略図である。

【図２】この発明を適用した実装済プリント基板自動検
査装置を示す正面図である。

【図３】図２に示した実装済プリント基板自動検査装置
の光学系を示す斜視図である。

【図４】図２に示した実装済プリント基板自動検査装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図５】従来の被検査プリント基板の半田付け検査方法
を説明するための概略図である。

【図６】従来の被検査プリント基板の半田付け検査方法
を説明するための概略図である。

【符号の説明】

ＰＢ 被検査プリント基板 Ｐ 配線パターン Ｌ リード Ｈ 半田部 Ｄ 掃引方向 Ｓ_C 配光カーブ Ｓ_V スパッタ光垂直成分向 Ｓ_D スパッタ光主成分方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 細く絞ったビームスポットを検査プリン
   ト基板に対して略直角に掃引する掃引工程と、 前記ビームスポットが前記被検査プリント基板で反射し
   たスパッタ光の前記被検査プリント基板に対して略直角
   なスパッタ光垂直成分強度を計測する計測工程と、前記計測工程で計測されたスパッタ光垂直成分強度に対
   応したスパッタ光主成分方向を判別し、前記被検査プリ
   ント基板の配線パターンに電気部品のリードなどを取り
   付けた半田部の表面形状を判断して半田部の半田付け状
   態の良否を判定する判別工程と、 からなる被検査プリント基板の半田付け検査方法。