JPS6165175A - 回路部品端子の接合状態検査方法とその装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、集積回路等の回路部品の接合状態を検査する
方法、並びにその装置に係り、さらに詳しくは回路部品
の接合状態を非接触で加振し、その振動状態を非接触で
検出する方法並びにその装置に関するものである。

〔発明の背景〕

集積回路等の回路部品の検査すべき接合部には、第１図
（ａ）に示すようにフラットパッケージ形部品のはんだ
何部１や、第１図（ｂ）に示すようにＬＳＩなどのワイ
ヤ・ポンディング箇所２などがある。

これら、接合部を有する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）に示す同一の構
造を持っている。

第１図（Ｃ）において、３，４は接合部を有する物体で
、５はその接合部を示し、接合部３あるいは接合部４に
リード線（図示せず）が接続されるものである。

以下は、これらの検査対象のうちフラットパッケージ形
部品のリード接続なし、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）の検査に限って説明てる。

同様のことが、その第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１本発明の方式を用いれば検
査を行うことができることは勿論である。

まず、フラットパッケージ形部品のはんだ付部の外観検
査をおこなう従来方式として以下に述べる「Ｂａｔｔｅ
ｌｌｅ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Ｋ
より、６０Ｈｚ〜２００ＩＧ（ｚの周波数で加振をおこ
ない、そのときの振動状態を振動検出器で検出し、この
ときの振動状態をもとに欠陥判定をオコナう。（［Ｊ％
３％ｐａｔｅｎｔ　４．２１８．９２２４第２の方式は
、振動子をはんだ付部に接触させろことにより、　　２
０Ｈｚ　〜１ＭＨｚまた＋ｔ　ｉ　５　ＧＫＨｚ〜６５
０ＫＨｚまで変化させてはんだ付部の加振をおこない、
このときの振動の太ぎ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
答をもとく欠陥判定をオコナう（Ｕ％８％Ｐａｔｅｎｔ
　４．２８７，７６６　）。

これらの方式は、はんだ付部の接合状態な直接検出でき
る長所はあるが、接触式で加振、振動検出を行っている
ため、欠に述べる欠点がある。

（１）携査速度が遅い （２）接触方式であるため、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、前記の如き従来技術の問題点ケー掃し
、非接触加振、非接触に振動を検出して接合部の接触状
態を検出する上で、より高感度に振動検出ができ、高精
度の接合部の状態検出ができる検査方法並びにその装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴の１つは、接合部の検査対象物（被検査体
）を非接触で加振させ、その振動状態をレーザ・スペッ
クル等で光学的に検出し、その検出された振動状態を解
析して被検体の接合状態を検出する方法において、前記
光学的検出系の中に、焦点距離が負であるシリンドリカ
ル・レンズ等の光学手段を挿入することにより一方向の
みにデフォーカスさせることによって、高精度に自動検
査できるようにした点である。

本発明のもう１つの特徴は、装置構成にありその構成要
素は、被検査体を非接触で加振する加振手段と、その加
振手段で加振された被検査体の振動状態なＶ−ザ・スペ
ックルを用いて検出する光学手段と、その光学手段で検
出された振動状態を解析し、欠陥判定する解析手段より
成る被検査体の接合状態を検出するための装置において
、前記光学手段中に、焦点距離が負であるシリンドリカ
ル・レンズを挿入し、被検査体の微小回転振動を大きな
光量変化として検出できるように構成したことである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図に従って本発明の一実施例を詳述する。

本発明の具体的構成を説明する前に、第１図。

第２図において、本発明の原理について説明する。

すなわち、第１図に示した被検査体（以下。

対象物と称す）の接合状態（方法）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
常、つまり欠陥を判定することができる。

例えば、第２図に示すように基板６に取付けられたフラ
ットパッケージ形部品７のリード８に接続長部、不良部
があった場合、はんだ付は部９に振動を与える如く、リ
ード８の下部に空気ノズル等により空気を吹き付け、振
動を加えると良品のリードは基板６に強固に固定されて
いるため、は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、ある決められた犬ぎさ以上
の振動をおこしているものを欠陥と判定するものである
。

一方、振動検出は次のような方法でおこなう。

検査対象物の要部にレーザを照射し、これをセンサで検
出するとレーザ・スペックｙと呼ばれろコントラストの
強い斑点が観測される。レーザ・スペックルとは、ラン
ダムな回折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、この回折格子により回折を起
し、回折光が相互に干渉を起す。このスペック／Ｉ／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・スペックルの移動を、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。

第５図はその光学系の構成例を示したものであって、１
０はレーザ発振器、１１はノ１−７ミラー、１２は被検
査体である対象物、１３は検出光学系、１４はセンナで
あって１図示の如く配置しである。

第５図において、２方向へのスペクトルの移動量Ａｚは
（１）式であられされる。

ａ：対象物とレンズの間隔 ｂ：レンズと結像位置の間隔 Δ：結像位置からのデフォーカス量 ａχ：対象物の２方向への移動量 Ωｙ二対象物のｙ軸回りの回転量 このため、センサ結像面上（デフォーカス量Δ＝０）に
配置すれば、スペックルの移動ｉは対象物の移動量に倍
率を乗じたものと等しくなる。

これに対し、センナを結像面からΔだけ離れたデフォー
カス位置く置くことにより、対象物の回転移動に対して
もスペックルは移動し、しかもデフォーカス量Δを大き
くとることにより微弱な回転移動をも犬ぎなスペックル
移動量としてとらえることが可能となる。

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。蓄積形のセンナは、入射光量。

を一定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。

蓄積形のセンサで振動しているレーザ・スペックルを検
出すれば、スペッ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・スペックルに対しては第３図（ａ）、（ｂ）に
示すように検出光量は一定に観察される。

蓄積形のセ／すで振動しているレーザ・スペックルを検
出すれば、スペッ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、はぼ場所に依存しない一定値となる。このため振動
していないスペックルに対する検出信号の分布は第４図
（ａ）に示すようにコントラストの強いスペックルが観
察され、振動しているスペックルに対しては第４図（ｂ
）に示すようにコントラストのないぼけたような儂が観
察される。

また、スペックルは結像位置においては狭い範囲にとど
まっているが、デフォーカス位置においては拡がってし
まう。検査対象が小さなピッチで並んでいる場合には、
スペックルが拡がりてしまうとそれぞれの対象よりのス
ペックルが重ってしまい、これを識別することは困難と
なる。

そこで、シリンドリカル・レンズを挿入して並びの方向
には結像関係を保ち、これと直交する方向にデフォーカ
スをおこなえば、それぞれの対象よりのスペックルを十
分に分離し、しかもデフォーカス量を大きくとり、振動
検出感度を十分にとることが可能となる。

一方、スペックルの平均ピッチはセンサの分解能より大
きくて、しかもなるべく小さければスペックルが移動し
た場合の光量の変化は大きくなる。

実験の結果を第６図に示す。

正の焦点距離を持つシリ／トリカル・レンズを用いた場
合には第６図（ａ）のように、スペックルのピッチは太
きいが、負の焦点距離を持つシリンドリカル・レンズ１
３−２を挿入することによって、第６図（ｂ）のように
スペックルのピッチは小さくなる。

上述のように、負のシリンドリカル・レンズ１６−２を
挿入することによって、リードの接続部の微小回転振動
を大きな光量変化として検出できる。

すなわち、接合部の接続状態を拡大して検出でき、高精
度検出が可能である。

次に１本発明の具体的な構成を示し説明する。

第７図は、前記したフラットパッ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示し
たものである。

第７図に示すように、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何部に吹ぎつけ、接続状態不良の
リードを加振するための空気ノズル１５を用いた加振系
１６と、はんだ何部Ｑにレーザ・ビームを照射するため
のレーザ１７と。

照明光学系１８と、ノ・−フ・ミラー１９よりなろレー
ザ照射光学系２０と、及びレーザ・スペックルを検出す
るためのレンズ２１と、負の焦点距離を持つシリンドリ
カル・し／ズ２１−２と、蓄積形リニア・センナ２２よ
りなる検出光学系２３と、検査対象を位置決めするため
のＸ−Ｙテーブル２４と、空気噴流を制御する噴流制御
部２５と、センナ駆動回路２６とテーブルコントローラ
２７とレーザ制御架２８と欠陥判定部２９と全体制御部
５０よりなる制御部５１とよりなる。

また、第８図は第７図の検査装置による検査の全体動作
の概略について説明する。

検査に先立って、まず全体制御部３０よりの指令でＸ−
Ｙテーブル２４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１５からはんだ何部Ｑへの空気噴流の噴出を開始す
る。

次に、以下の動作を繰り返して検査をおこなう。

すなわち、Ｘ−Ｙテーブル２４を駆動してフラットパッ
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、
空気噴流がはんだ何部へ噴射されるような状態にする。

この状態では、良品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太ぎい蓄積形のリニア・センサ２
２で観測し、第９図に示すレーザ・スペックルを得る。

各リードに対応する場所のレーザ・スペックルの状態を
もとに欠陥判定χ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２２で得たレーザ・スペックル
は第９図に示すように良品リードではリードが振動して
いないためピッチが細く凹凸の激しい波形３２が検出さ
れろ。

しかし、不良品の接続なしリードではリードが振動して
おり、スペックルが振動し、これを積分した形で検出し
ているためなだらかな波形６３が検出される。この違い
を、各リードに対応するスペックル像をフーリエ変換し
、０構成分で正規化をおこなった後、高次成分の一定区
間の最大値をとり、この最大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。

この判定法の変形として次のようなものがある。

（イ）スペックル波形の微分値、または多次微分値の絶
対値があらかじめ定めた値より太きいものの総和を計算
し、総和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。

（ロ）スペックル波形の極太値をとる場所の平均ピッチ
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。

次に、第２の実施例を第１０図（で従って説明する。

第１０図において、第７図と同一符号を付しであるもの
は同一のものを示す。第１０図１（おいては、検出光学
系２３は、レーザ・スペックルヲ検出するだめの集光光
学系２１と、χ方向には結像関係を保ったままｙ方向に
デフォーカスするためのシリンドリカル・レンズ２１−
２と、非蓄ｓ形の並例出力のリニア・センナ３４とによ
りなっている。

同検査装置の全体動作について、前述の第８図を用いて
説明する。

検査に先だって、まず全体制御部３ｏよりの指令で、Ｘ
−Ｙテーブル２４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。

すなわち、Ｘ−Ｙテーブル２４の駆動によってフラット
パッケージ形部品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１５からはんだ何部Ｑ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、不良品の接続なしリードは振動して
いる。

この状態を非蓄積形の並列出力ＩＪニア・センサ３９で
観測し、第４図に示すレーザ・スペックルの時間変動を
得る。この得られた各リードに対応する場所のレーザ・
スペックルの時間変動ヲハッファ４０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。

次に、欠陥判定法について説明する。

まず、非蓄積形の並列出力のリニア・センナで得たレー
ザ・スペッ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５図（ａ）　Ｋ示すように検出光量がほと
んど変化しないが、不良品の接続なしリードに対しては
部品リードがリードの固有撮動数で振動しているため第
３図（４）に示すように、検出光量が振動する。このレ
ーザ・スペッ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１１図に示すような波形を得る
。この周波数領域におけるピーク周波数の位置があらか
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説明する。

（イ）スペックルの時間変動を浮動形で２値化し、「０
」から「１」または「１」から「０」に変わる数を計算
し、この値があらかじめ定めた域値より犬ぎいリードを
不良と判定する。

（ロ）　（イ）と同様に浮動形で２値化し、「ｏ」から
「１」または「１」から「０」に変わるピッチの平均値
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ナの変形として次に示”
すものがある。

（イ）イメージ・ディセクタなどを用いたランダムスキ
ャンが可能なセンナ。このセンナ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。

（ロ）フォトマルなどのポイントセンナ。このセンナを
用いて１箇所づつステッ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。

（イ）レーザ・スペッ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。

（ロ）流量を撮動させた乱流空気噴流を用いて加振して
いるため、接続不良リードがはんだ何部に当ってリード
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、これを検出することができる。

また、以上に述べた２つの実施例では説明しなかったが
以下に述べろ方式も・ある。

（イ）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。この方式には、
流量を振動させた空気噴流と同等の効果がある。

（ロ）デフォーカスさせる光学部品としてシリンドリカ
ル・レンズの代わりに回折格子を用いる方式（回折像を
観察する）。この方式にはシリンドリカル・レンズを用
いた場合と同等の効果がある。

い）蓄積形の光学センナとしてリニア・センナの代りに
二次元センナを用いる方式。この方式には二次元でとら
えるため、信頼性の高い検査が可能であるという効果が
ある。

（ニ）欠陥判定の方法として、空気噴流吹きっユ前のス
ペックル波形もとりこみ、吹きっ、け前後を比較するこ
とにより欠陥判定をおこなう方式。この方式には、前後
の比較をおこなうため信頼性が高い特徴がある。

以上述べたよ５に、本発明の実施例には各糧の加振法、
振動検出法、欠陥判定法の実施様態があり、これらを以
下にまとめて示す。

（１）加振法 （イ）乱流のみを用いた空気噴流の噴射（ロ）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 （イ）時間変動を検出する方法 （ロ）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 （ハ）蓄積時間を検査対象のリードの固有振動数の周期
より長くした蓄積形の二次元センサで検出する方法 （３）欠陥判定方法 （リ　加振中のスペックルの振動状態のみを用いる方式 （ロ）加振前後のスペックルの振動状態の比較をおこな
う方式 なお、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。

まだ、すでに述べたが、フラットパッケージ形部品のは
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〕

上述の実施例からも明らかなようく１本発明によればプ
リント基板のフラットパッケージ形部品のはんだ付部や
、ＬＳＩなどのワイヤボンディング箇所などの接続部の
状態を非接触で加振させ、高感度でその振動状態を検出
できるものであるから、従来、目視に頼っていたこれら
の検査を高信頼に、かつ自動検査でき、しかも接・　続
部の微小回転振動を大きな光量変化として検出できるも
のであるから、その検出精度は極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により回路部品の接合状態を検査する対
象物の外観斜視図であり、第１図（ａ）はフラットパッ
ケージ形部品のはんだ部の斜視図、第１図（４）はＬＳ
Ｉなどのワイヤボンディング箇所の斜視図、第１図（Ｃ
）は一般的な回路部品の接続部の斜視図である。 第２図は検査対象の一例であるフラットパッケージ形部
品のはんだ付部の斜視図、第３図は非蓄積形センサによ
るスペックル検出波形図を示し、第３図Ｃａ’ｌは良品
に対するスペックル検出波形図、第５図（Ｊ）は不良品
に対するスペックル検出波形図、第４図は蓄積形センナ
によるスペックル検出像を示し、第４図（ａ）は良品に
対する図、第４図（Ａ）は不良品に対する図、第５図は
デフォーカスの原理説明のたの斜視図、第６図はシリン
ドリカル・レンズを挿入したときの効果を示したもので
、第６図（ａ）は実験装置の構成を示し、第６図（４）
、（Ｃ）はセンナで検出された波形のｙ方向分布図を示
し、（苓）は正の焦点距離を持つシリンドリカル・レン
ズを挿入した場合の分布図、（Ｃ）は負の焦点距離を持
つシリンドリカル・レンズを挿入した場合の分布図であ
る。第７図は第１の実施例の接合状態検査装置の構成図
、第８図は第１の実施例の動作／−ケ／ス図、第９図は
第１の実施例で検出された波形を示している。第１０図
は第２・の実施例の装置構成図、第１１図（ａ）、（ｂ
）は第２の実施例で検出された波形図である。 １・・・・・・フラットパッケージ形部品のはんだ何部
、２・・・・・・ＬＳＩなどのワイヤ・ボンディング箇
所、３．４・・・・・・物体。 ５・・−・・接合部、 ６・・・・・・基板、 ７・・・・・・ＬＳＩなどの部品、 ８・・・・・・部品リード、 ９・・・・・・基板上の配線パターン。 １０・・・・・・レーザ、 １１・・・・・・ハーフ・ミラー、 １２・・・・・・対象物、 １３・・・・・・検出光学系、 １６−２・・・・・・シリンドリカル・レンズ、１４・
・−・・センサ、 １５・・・・・・空気ノズル。 １６・・・・・・加振系、 １７・・・・・・レーザ、 １８・・・・・・照射光学系、 １９・・・・・・ハーフ・ミラー、 ２０・・−・・Ｖ−ザ照射光学系、 ２１・・・・・・集光光学系。 ２１−２・・−・・シリ／トリカル・レンズ。 ２２・・・・・・蓄積形リニア・センサ、２５・・・・
・・検出光学系、 ２４・・・・・・Ｘ−Ｙテーブル、 ２５・・・・・・噴流制御部、 ２６・・・・・・センサ駆動回路。 ２７・・・・・・テーブル・コントローラ。 ２８・・・・・・レーザ制御回路、 ２９・・・・・・欠陥判定部、 ３０・・・・・・全体制御部、 ６１・・・・・・制御部、 ５２．５５・・・・・・レーザ・スペックル、６４・・
・・・・並列出力リニア・センナ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回路部品端子の接合部を空気噴流手段により非接
   触で加振し、該加振状態をレーザ照射光学系、集光光学
   系を介して検出すると共に、集光光学系に挿入した焦点
   距離が負である光学手段により一方向のみにディフォー
   カスさせて検出し、該ディフォーカスさせて得た振動状
   態を解析することによって前記接合部の接合状態を検出
   することを特徴とする回路部品端子の接合状態検査方法
   。
2. （２）回路部品の端子接合部を非接触で加振する加振手
   段と、該加振手段により加振された前記接合部の振動状
   態を検出するためのレーザ照射光学系、集光光学系、並
   びに集光光学系に挿入され、焦点距離が負で、かつ一方
   向のみにディフォーカスさせる光学手段からなる検出光
   学系と、該検出光学系で検出された振動状態を解析し、
   接合部の欠陥判定をする解析手段とを具備して成る回路
   部品端子の接合状態検査装置。
3. （３）前記焦点距離が負で、かつ一方向のみにディフォ
   ーカスさせる光学手段は、シリンドルカル・レンズであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の回路
   部品端子の接合状態検査装置。