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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inspektion des Zustands der Benetzung an Lotkehlen, die auf mit Komponenten bestückten Leiterplatten am Ort der Bestückung ausgebildet sind, ein Gerät zur automatischen optischen Inspektion, welches dieses Verfahren verwendet, sowie ein Leiterplatteninspektionssystem.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bei vielen Inspektionen von mit Komponenten bestückten Leiterplatten wird eine optische Inspektion mit Hilfe einer Bildaufnahme durch eine Kamera durchgeführt. Herkömmliche gewöhnliche Geräte zur automatischen optischen Inspektion umfassen eine Kamera, die derart über einem Tischabschnitt, auf dem die Leiterplatte platziert ist, angeordnet ist, dass ihre optische Achse in lotrechter Richtung auf die Vorderseite der Leiterplatte ausgerichtet ist, und eine Beleuchtungsvorrichtung, die das Sichtfeld der Kamera aus allen Richtungen mit Licht ausleuchten, und so mit dem von mit Lot versehenen Stellen regulär reflektierten Beleuchtungslicht ein Bild erzeugen.
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Unter den Geräten zur automatischen optischen Inspektion dieser Art gibt es einen Typ, der die Leiterplatte mit Licht verschiedener Farben aus Richtungen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln relativ zur Leiterplatte beleuchtet, und auf Basis eines Farbverteilungsmusters an den mit Lot versehenen Stellen im Bild entscheidet, ob die Neigung der Lotkehlen angemessen ist (siehe z.B. Patentdokument Nr. 1).
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Ferner ist auch ein Inspektionsgerät vorgeschlagen worden, bei welchem die Lotkehlen aus einer schrägen Richtung aufgenommen werden. Zum Beispiel offenbart Patentdokument Nr. 2 die Beurteilung der Qualität von Lotstellen durch ein Verfahren, in dem die mit Lot versehenen Stellen einer Komponente mit Anschlusspins bei Beleuchtung der mit Lot versehenen Stellen aus einer schrägen Richtung aufgenommen werden, wobei eine zu inspizierende Stelle aus mehreren Richtungen aufgenommen wird, und Muster von hellen Bereichen in den durch diese Aufnahmen erzeugten Bildern mit entsprechenden Schwellwerten verglichen werden.
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Ferner sind in den letzten Jahren Inspektionssysteme entwickelt worden, die für jeden einer Reihe von Prozessen, die zur Herstellung einer Leiterplatte ausgeführt werden, ein Inspektionsgerät aufweisen, wobei Messergebnisse aus einer Inspektion in einem vorherigen Prozess zur Inspektion in einem nachfolgenden Prozess herangezogen werden. Als ein Beispiel für ein solches System offenbart das Patentdokument Nr. 3 ein Inspektionsgerät, das für einen Lotdruckprozess, einen Komponentenbestückungsprozess und einen Reflow-Prozess jeweils eine 3D-Messfunktion aufweist, wobei die Kommunikation zwischen den einzelnen Inspektionsgeräten möglich ist. Ferner offenbart das Patentdokument Nr. 3, eine Inspektion durch ein Verfahren, bei dem die einzelnen Inspektionsgeräte die durch die Inspektion im jeweils vorhergehenden Prozess hergeleiteten Messdaten laden, und unter Verwendung dieser Messdaten eine im Schritt des jeweiligen Geräts hinzugefügte Stelle oder einen Betrag der Veränderung der Höhe an einer veränderten Stelle bestimmen, und diesen Änderungsbetrag mit einem Referenzwert vergleichen.
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Genauer gesagt, wird bei der Inspektion nach der Komponentenbestückung gemäß Patentdokument Nr. 3 die Höhe der Lotpaste gemessen, die mit dem Inspektionsgerät des Lotdruckprozesses gemessene Höhe der Lotpaste wird geladen, und der Änderungsbetrag der Höhe der Lotpaste wird anhand dieser beiden Messdaten bestimmt, wodurch bestimmt wird, ob der Betrag, um den die Komponente bei der Bestückung eingedrückt wurde, angemessen ist. Ferner wird mit dem Gerät für die Inspektion nach dem Lotdruck die Höhe der Komponente gemessen, die Daten der Höhe der Komponente, die mit dem Inspektionsgerät des Komponentenbestückungsprozesses gemessen wurde, werden geladen, und der Änderungsbetrag der Höhe der Komponente wird anhand dieser beiden Messdaten bestimmt, wodurch bestimmt wird, ob ein Fehler bzw. Defekt aufgrund eines Anhebens der Komponente aufgetreten ist.
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STAND DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENTE
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- [Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. JP 3 599 023 B2
- [Patentdokument 2] Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2004-151010 A
- [Patentdokument 3] Japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007- 078 533 A
- [Patentdokument 4] DE 10 2008 009 680 A1
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Die Offenlegnungsschrift
DE 10 2008 009 680 A1 offenbart eine Sensorvorrichtung zum dreidimensionalen Vermessen von Objekten nach dem Prinzip der Triangulation, insbesondere zum dreidimensionalen Vermessen von auf einem elektronischen Schaltungssubstrat aufgebrachten Bauelementen. Dabei weist die Sensorvorrichtung Folgendes auf: ein Grundelement, ein an dem Grundelement angebrachtes erstes Sensormodul und ein an dem Grundelement angebrachtes zweites Sensormodul, Das erste Sensormodul und das zweite Sensormodul weisen jeweils eine Beleuchtungseinheit und eine Kameraeinheit auf. Die Beleuchtungseinheit ist eingerichtet zum Beleuchten eines zu vermessenden Objekts unter einer Beleuchtungsrichtung. Die Kameraeinheit ist eingerichtet zum Erfassen des zu vermessenden Objekts unter einer Beobachtungsrichtung, die zusammen mit der Beleuchtungsrichtung einen von Null verschiedenen Triangulationswinkel einschließt.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Wenn bei Inspektionsgeräten, die auf die Vorderseite der Leiterplatte gerichtet die Bildaufnahme durchführen, der Neigungswinkel der Lotkehle steil wird, dann wird es schwierig, von der Lotkehle mittels regulärer Reflektion bzw. Spiegelreflektion reflektiertes Licht auf der Bildebene der Kamera abzubilden, und es entsteht ein dunkler Bereich an dem entsprechenden Ort im Bild. Insbesondere an den mit Lot versehenen Stellen von sehr kleinen Lötflächen werden die Lotkehlen sehr steil, so dass fast alle Lotkehlen im Bild dunkle Bereiche bilden, und es schwierig ist, ihren Benetzungszustand zu entscheiden.
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Dagegen scheint es zunächst, dass mit einem Verfahren wie in Patentdokument Nr. 2, bei dem die Lotkehlen aus schräger Richtung bildlich aufgenommen werden, der Bereich am Ende der Benetzung unabhängig von der Steigung aufgenommen werden kann. Allerdings ist es bei tatsächlichen Bildern schwierig, die Grenze zwischen Seitenflächen von Komponenten und Lotkehlen zu unterscheiden, und oft ist es nicht einfach, das Ausmaß der Benetzung mit Lot festzustellen. Ferner ist bei moderneren Leiterplatten die Bestückungsdichte hoch, so dass Komponenten bei einer Bildaufnahme aus einer schrägen Richtung in den Schatten anderer Komponenten fallen können, was die Bildaufnahme erschwert, und es unmöglich macht, die Bildaufnahme für alle Komponenten aus einer Richtung vorzunehmen, die für die Vermessung der Lotkehlen geeignet ist.
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Ferner ist es bei Komponenten mit Anschlusspins ein wichtiger Aspekt für die Qualität der Lotstelle, dass die rückseitige Lotkehle ausreichend benetzt ist, aber diese rückseitige Lotkehle ist von der Komponentenelektrode oder auch der vorderseitigen Lotkehle verdeckt, so dass ihre Bildaufnahme schwierig ist, und es nicht möglich ist, ihre Merkmale oder Eigenschaften direkt zu vermessen.
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In Hinblick auf die oben aufgezeigten Probleme ist es somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entscheidung über den Zustand der Benetzung an mit Lot versehenen Stellen zu ermöglichen, an denen eine optische Messung schwierig ist.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Ein erfindungsgemäßes Inspektionsverfahren weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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In dem Messschritt wird ein Merkmal gemessen, welches in dem mit dem Bildaufnahmeabschnitt erzeugten Bild erscheint, und welches mit der Form an einem Ort der mit Lot versehenen Stelle, der nicht in dem Bild erscheint, in Beziehung steht. In dem Beurteilungsschritt wird die Qualität der Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle mit dem im Bild nicht erscheinenden Merkmal auf Basis des im Messschritt erhaltenen Messergebnisses sowie der gemessenen Menge von Lotpaste beurteilt.
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Mit diesem Verfahren kann auch in Fällen, in denen die Menge der Lotpaste vor dem Bilden der Lotkehle angemessen ist, aber aus irgendeinem Grund ein Fehler bzw. Defekt in der Benetzung mit Lot entsteht und dieser Fehler nicht direkt im Bild zu erkennen ist, der Fehler unter Verwendung eines anderen Merkmals an der Stelle, welches im Bild erscheint, erfasst werden.
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Genauer gesagt, falls dieses Verfahren auf mit Lot versehenen Stellen von Komponenten bei denen Elektroden an den Seitenflächen vorgesehen sind, wie z.B. bei Chip-Komponenten, angewendet wird, dann können die vorgenannten Schritte an denjenigen mit Lot versehenen Stellen ausgeführt werden, an denen der Messwert der Lotpaste an der entsprechenden Lötfläche einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet. In diesem Falle wird im Messschritt die Höhe der jeweiligen Komponente gemessen. Ferner kann im Beurteilungsschritt vorgesehen sein, dass die Benetzung mit Lot an der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle als fehlerlos beurteilt wird falls der Unterschied zwischen dem im Messschritt erhaltenen Messwert der Höhe der Komponente und einer für diese Komponente registrierte Referenzhöhe einen vorbestimmten Toleranzwert nicht übersteigt, und die Benetzung mit Lot an der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle als fehlerhaft beurteilt wird falls diese Höhendifferenz den Toleranzwert übersteigt.
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Dabei ist der Unterschied zwischen dem Messwert der Höhe der Komponente und der Referenzhöhe ein Parameter, der das Anheben der Komponente anzeigt. Ein Anheben der Komponente tritt auf, wenn beim Schmelzen der Lotpaste im Reflow-Prozess das geschmolzene Lot unter die Komponente fließt, und wenn eine große Menge Lots unter die Komponente fließt, dann wird die Lotmenge, die die Komponentenelektrode mit der Lötfläche verbindet klein, so dass sich auch der Zustand der Lotbenetzung verschlechtert.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird, entsprechend diesem Phänomen, die Benetzung mit Lot als fehlerlos beurteilt falls die Menge der Lotpaste einen Referenzwert überschreitet und der Betrag um den die Komponente angehoben wird (Anhebebetrag) einen Toleranzwert nicht überschreitet, und die Benetzung mit Lot als fehlerhaft beurteilt falls die Menge der Lotpaste einen Referenzwert überschreitet, aber der Betrag um den die Komponente angehoben wird den Toleranzwert überschreitet.
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Mit diesem Verfahren kann, auch wenn die zu inspizierende mit Lot versehene Stelle dunkel ist, korrekt unterschieden werden, ob diese Stelle dunkel ist weil die Neigung der Lotkehle steil ist, oder weil die Form der Lotkehle fehlerhaft ist.
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Ferner kann mit dem Gerät zur automatischen optischen Inspektion vor dem Beurteilungsschritt ein Eingabeschritt ausgeführt werden, in welchem von außen ein Messwert der Menge von Lotpaste an einer Lötfläche, die der zur inspizierenden mit Lot versehenen Stelle entspricht, eingegeben wird. In diesem Falle kann die Präzision der Beurteilung erhöht werden, indem im Beurteilungsschritt der Wert des Toleranzwertes in Abhängigkeit von dem im Eingabeschritt eingegebenen Messwert variiert wird.
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In dem Fall, dass das obigen Verfahren auf mit Lot versehenen Stellen für einzelne Elektroden einer Komponente mit Anschlusspins, mit der die Leiterplatte bestückt ist, angewendet wird, werden die oben beschriebenen Schritte an mit Lot versehenen Stellen ausgeführt an denen der Messwert der Menge von Lotpaste einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet. In diesem Fall wird im Messschritt eine Lotmenge gemessen, die eine vorderseitige Lotkehle bildet, indem ein Bild der vorderseitigen Lotkehle an der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle verarbeitet wird. Ferner wird im Beurteilungsschritt die Benetzung mit Lot an der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle als fehlerlos beurteilt falls der im Messschritt erhaltene Messwert in einem vorbestimmten Referenzbereich enthalten ist, und die Benetzung mit Lot an der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle wird als fehlerhaft beurteilt falls der Messwert im Referenzbereich nicht enthalten ist.
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Bei einer herkömmlichen optischen Inspektion von Komponenten mit Anschlusspins werden nur die vorderseitigen Lotkehlen vermessen, aber auch in Fällen in denen die vorderseitige Hohlkehle fehlerlos ist und eine angemessene Menge Lotpaste auf die Lötfläche aufgetragen ist, kann die rückseitige Lotkehle fehlerhaft sein, wenn sich die meiste Lotpaste einseitig auf der Vorderseite der Elektrode angesammelt hat. Wenn sich die meiste Lotpaste dagegen einseitig auf der Rückseite der Elektrode angesammelt hat, dann kann die vorderseitige Lotkehle fehlerhaft sein.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird, entsprechend diesem Phänomen, die Benetzung mit Lot als fehlerhaft beurteilt falls die Menge an Lotpaste einen Referenzwert überschreitet, aber die Menge an Lot, mit der die vorderseitige Lotkehle gebildet ist, oberhalb oder unterhalb eines Referenzbereichs ist. Somit ist es möglich, eine Beurteilung durchzuführen unter der Berücksichtigung des Zustands von rückseitigen Lotkehlen, welche anhand von Bildern nur schwer zu prüfen sind, und die Präzision der Inspektion kann verbessert werden.
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Auch bei der Inspektion von Komponenten mit Anschlusspins kann vor dem Beurteilungsschritt ein Eingabeschritt ausgeführt werden, in welchem von außen ein Messwert der Menge von Lotpaste an einer Lötfläche, die der zur inspizierenden mit Lot versehenen Stelle entspricht, eingegeben wird, und in dem Beurteilungsschritt kann der Referenzbereich in Abhängigkeit von dem im Eingabeschritt eingegebenen Messwert variiert werden. Somit kann die Referenz für die Beurteilung der Qualität in Abhängigkeit von der auf die Lötfläche aufgetragene Lotmenge variiert werden, so dass die Präzision der Beurteilung verbessert werden kann.
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Es sollte beachtet werden, dass die Messung der Menge an Lotpaste zum Beispiel mit einem Inspektionsgerät zur Inspektion der aufgedruckten Lots erfolgen kann. Es besteht jedoch keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, die Lotpaste im Komponentenbestückungsprozess vor der Bestückung der diesem Prozess zugeführten Leiterplatten zu messen.
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Ferner kann als Verfahren zum Messen der Lotpaste die Höhe der auf die Lötflächen aufgetragenen Lotpaste mit einem Lichtschnittverfahren oder einem Phasenverschiebungsverfahren bestimmt werden, und durch Aufsummieren der Höhen kann das Volumen der Lotpaste bestimmt werden. Allerdings besteht keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, einen Zahlenwert, der das Volumen der Lotpaste anzeigt, mit einem Verfahren zu bestimmen, in dem der Auftragbereich der Lotpaste durch Binarisierung des Bildes oder dergleichen erfasst wird, und die Fläche (Pixelzahl) des erfassten Bereichs mit der Dicke der für den Lotdruck verwendeten Maske multipliziert wird. Ferner kann auch die Fläche des Bereichs, auf den Lot aufgetragen ist, als den die Lotmenge anzeigenden Parameter genommen werden.
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Auch im Messschritt mit dem Gerät zur automatischen optischen Inspektion können 3D-Daten der zu messenden Stellen durch ein Phasenverschiebungsdifferenzverfahren oder eine Stereomessung oder dergleichen bestimmt werden, aber die Messverfahren sind nicht auf 3D-Messungen beschränkt.
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Ein erfindungsgemäßes Gerät zur automatischen optischen Inspektion weist die Merkmale des Anspruchs 6 auf.
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Dabei weist der Verarbeitungsabschnitt Folgendes auf: Messmittel zum Messen eines Merkmals an einer mit Lot versehenen Stelle, die ein Merkmal aufweist, welches nicht in einem mit dem Bildaufnahmeabschnitt erzeugten Bild erscheint, wobei die Messmittel ein Merkmal messen, welches in dem mit dem Bildaufnahmeabschnitt erzeugten Bild erscheint, und welches mit der Form an einem Ort der mit Lot versehenen Stelle, der nicht in dem Bild erscheint, in Beziehung steht, Beurteilungsmittel zur Beurteilung der Qualität der Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle, die das Merkmal aufweist, welches nicht in dem mit dem Bildaufnahmeabschnitt erzeugten Bild erscheint, unter Verwendung von durch Verarbeitung mit den Messmitteln erhaltenen Messdaten, sowie des eingegebenen Messwerts der Menge von Lotpaste oder der eingegebenen Informationen, die ein Ergebnis der Beurteilung der Eignung dieses Messwertes anzeigen, und Ausgabemittel zur Ausgabe von Inspektionsergebnisinformationen auf Basis des Ergebnisses der Beurteilung.
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Mit dieser Anordnung kann ein Gerät zur automatischen optischen Inspektion bereitgestellt werden, welches die Bedingungen zum Ausführen des oben beschriebenen Inspektionsverfahren erfüllt. Mit diesem Gerät kann die Qualität des Zustands von Benetzung mit Lot unter Berücksichtigung von Stellen, in denen ein Merkmal im Bild nicht erscheint, beurteilt werden, und die Präzision der Inspektion kann erheblich verbessert werden.
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In einer Ausführungsform weist das Gerät zur automatischen optischen Inspektion ferner Eingabemittel auf zur Eingabe, von außen, eines Messwerts der Menge von Lotpaste die an einer Lötfläche aufgetragen wurde, die der zur inspizierenden mit Lot versehenen Stelle entspricht, oder von Informationen, die ein Ergebnis der Beurteilung der Eignung dieses Messwertes anzeigen. Dabei entscheiden die Beurteilungsmittel auf Basis der mit dem Eingabemittel eingegebenen Informationen, ob die gemessene Menge der Lotpaste an einer Lötfläche, die der zu inspizierenden mit Lot versehenen Stelle entspricht, eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Die Beurteilung unter Verwendung der Messdaten wird durchgeführt falls die Beurteilungsmittel entscheiden, dass diese Mindestbedingung erfüllt ist, und die Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle wird als fehlerhaft beurteilt falls die Beurteilungsmittel entscheiden, dass diese Bedingung nicht erfüllt ist.
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Mit dieser Ausführungsform kann eine mit Lot versehene Stelle bei einer Lötfläche an der die aufgetragene Menge nicht angemessen als fehlerhaft beurteilt werden, auch wenn Leiterplatten mit Lötflächen, an denen die aufgetragene Menge der Lotpaste nicht angemessen ist, nicht von der Produktionslinie entfernt wurden.
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Ein erfindungsgemäßes Leiterplatteninspektionssystem weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf.
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Dabei weist der Verarbeitungsabschnitt des ersten Geräts zur automatischen optischen Inspektion Folgendes auf: Messmittel zum Messen einer Menge von Lotpaste, die auf einer zu inspizierenden Lötfläche aufgetragen ist, Beurteilungsmittel, die die gemessene Menge von Lotpaste mit einem registrierten Referenzwert vergleichen und die Angemessenheit dieser Menge beurteilen, und Ausgabemittel zur Ausgabe von Inspektionsergebnisinformationen auf Basis des Ergebnisses der Beurteilung.
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Und weiter weist dabei der Verarbeitungsabschnitt des zweiten Geräts zur automatischen optischen Inspektion Folgendes auf: Eingabemittel, in die durch Kommunikation mit dem ersten Gerät zur automatischen optischen Inspektion oder mit einem die Ausgabe der Ausgabemittel des ersten Geräts zur automatischen optischen Inspektion empfangenden Geräts Inspektionsergebnisinformationen eingegeben werden können in Bezug auf Lötflächen, die mit Lot versehenen Stellen entsprechen, die ein Merkmal aufweisen, welches nicht in einem mit dem Bildaufnahmeabschnitt erzeugten Bild erscheint, Messmittel zum Messen eines Merkmals an einer mit Lot versehenen Stelle, welche ein Merkmal aufweist, das nicht in dem Bild erscheint, wobei die Messmittel ein Merkmal messen, das im Bild erscheint, und mit der Form an einem Ort der mit Lot versehenen Stelle, der nicht in dem Bild erscheint, in Beziehung steht, Beurteilungsmittel, die auf Basis der mit dem Eingabemittel eingegebenen Informationen entscheiden, ob die gemessene Menge der Lotpaste an einer Lötfläche, die der mit Lot versehenen Stelle entspricht, die das Merkmal aufweist, welches nicht in dem Bild erscheint, eine vorbestimmte Mindestbedingung erfüllt, und die unter Verwendung des Entscheidungsergebnisses sowie von durch Messen mit den Messmitteln erhaltenen Messdaten die Qualität der Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle beurteilen, die das Merkmal aufweist, welches nicht in dem Bild erscheint, und Ausgabemittel zur Ausgabe von Inspektionsergebnisinformationen auf Basis des Ergebnisses der Beurteilung.
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Mit diesem System werden in das zweite Gerät zur automatischen optischen Inspektion das Ergebnis oder auch Messdaten der mit dem ersten Gerät zur automatischen optischen Inspektion durchgeführten Inspektion an Lötflächen, die mit Lot versehenen Stellen entsprechen, die ein Merkmal aufweisen, welches nicht in dem Bild erscheint, eingegeben, und mit diesen eingegebenen Informationen kann beurteilt werden, ob die Menge der Lotpaste an diesen Lötflächen eine Mindestbedingung erfüllt. Falls entschieden wird, dass die Menge der Lotpaste diese Mindestbedingung erfüllt, dann kann die Qualität der Benetzung mit Lot auf Basis der Messdaten erfolgen, die durch die Messung mit den Messmitteln erhalten wurden. Falls andererseits entschieden wird, dass die mit den Messmitteln gemessene Menge der Lotpaste nicht angemessen ist, dann kann aufgrund dieser Entscheidung der Zustand der Benetzung mit Lot als fehlerhaft beurteilt werden.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Präzision von Inspektionen des Zustands der Benetzung mit Lot zu erhöhen, und zwar auch an mit Lot versehenen Stellen, die Orte umfassen, die im Bild als dunkle Bereiche erscheinen oder aufgrund ihrer schwierigen Bildaufnahme nicht direkt vermessen werden können.
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KURZE BESCHREIBUND DER FIGUREN
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- 1 ist ein Diagramm, das eine Zuordnung der Anordnung eines Leiterplatteninspektionssystems zu der Gesamtanordnung einer Produktionslinie für mit Komponenten bestückte Leiterplatten zeigt.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Lotdruckinspektionsgeräts zeigt.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Reflow-Inspektionsgeräts zeigt.
- 4 zeigt wie Unterschiede in der Breite der Lötfläche die Form der Lotkehle und die Reflektionsrichtung des Beleuchtungslichts beeinflussen.
- 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Qualitätsbeurteilung von Lotkehlen zeigt.
- 6 zeigt schematische Beispiele, die durch die Beurteilungsprozedur in 5 unterschieden werden.
- 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in welchem die Beurteilungskriterien nach 5 nicht zutreffen.
- 8 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der gesamten Post-Reflowinspektion zeigt.
- 9 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Menge der aufgetragenen Lotpaste und dem Toleranzwert für den Betrag um den die Komponente angehoben wird.
- 10 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Menge der Lotpaste und Toleranzwerten für das Anheben der Komponente darstellt.
- 11 zeigt schematisch fehlerlose und fehlerhafte Beispiele von Lotkehlen in Komponenten mit Anschlusspins.
- 12 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Ablauf der Beurteilung der Qualität von Lotkehlen in Komponenten mit Anschlusspins zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Zuordnung der Anordnung einer Ausführungsform eines Leiterplatteninspektionssystems zu der Gesamtanordnung einer Produktionslinie für mit Komponenten bzw. Bauteilen bestückte Leiterplatten.
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Die Produktionslinie dieses Ausführungsbeispiels umfasst einen Lotdruckprozess, einen Komponentenbestückungsprozess, und einen Reflow-Prozess. Für den Lotdruckprozess sind ein Lotdruckgerät 11 zum Auftragen von Lotpaste auf Lötflächen bzw. Kontaktierungsinseln auf einer Leiterplatte und ein Lotdruckinspektionsgerät 10 zum Inspizieren des Auftragzustands der Lötpaste vorgesehen. Für den Komponentenbestückungsprozess sind ein Bestücker 21 zum Bestücken der Komponenten auf die mit Lot bedruckte Leiterplatte und ein Bestückungsinspektionsgerät 20 zum Inspizieren des Bestückungszustandes der Komponenten vorgesehen. Für den Reflow-Prozess sind ein Reflow-Ofen 31 zum Schmelzen der Lotpaste auf der mit Komponenten bestückten Leiterplatte und ein Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 zum Inspizieren des Zustands der Lotkehlen und der Komponenten auf der Leiterplatte nach dem Reflow vorgesehen.
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Die Inspektionsgeräte 10, 20, 30 sind jeweils Geräte zur automatischen optischen Inspektion, und sind über eine LAN-Verbindung 100 miteinander verbunden.
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Ferner ist diese LAN-Verbindung 100 mit einem Server 40 für die Datenverwaltung verbunden. Auf diesem Server 40 sind für die Inspektion mit den Inspektionsgeräten 10, 20, 30 verwendete Inspektionsreferenz-Daten sowie Inspektionsergebnisinformationen abgespeichert. Die Inspektionsreferenz-Daten umfassen die für die Inspektion notwendigen Programme und Referenzwerte für die Beurteilung. Die Inspektionsergebnisinformationen umfassen die Messdaten, die durch die Messungen an den zu inspizierenden Stellen gewonnen wurden, sowie die Ergebnisse der Beurteilung der Qualität.
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Die Inspektionsgeräte 10, 20, 30 lesen jeweils vom Server 40 die notwendigen Inspektionsreferenz-Daten aus, erzeugen ein Programm zur Inspektion der zu inspizierenden Leiterplatte, nehmen anhand dieses Programms Bilder der Leiterplatte auf, und führen Messungen und Beurteilungen in einem Umfang aus, der jeweils den einzelnen Komponenten entspricht. Die durch diese Prozesse erhaltenen Inspektionsergebnisinformationen werden mit Identifikationsinformationen zur Leiterplatte und Komponente verknüpft und gesammelt an den Server 40 geschickt, wo sie in einem Speicher abgespeichert werden.
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Ferner ist es auch möglich, die Inspektionsergebnisinformationen des Inspektionsgeräts 10 für jede Lötfläche einzeln auszulesen. Auch die Ergebnisse und Messdaten zur Lotkehleninspektion mit dem Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 sind so eingestellt, dass sie einzeln für jede Elektrode ausgelesen werden können.
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Unter Verwendung der wie oben beschrieben konfigurierten Inspektionsergebnisinformationen werden in diesem Ausführungsbeispiel bei der Hohlkehlinspektion mit dem Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 die Inspektionsergebnisinformationen der Inspektion mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 von Lötflächen, die zu inspizierenden mit Lot versehenen Stellen entsprechen, erhalten, und eine Inspektion wird durchgeführt, bei der diese Inspektionsergebnisinformationen eins der Objekte der Beurteilung sind. In diesem Ausführungsbeispiel greift das Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 auf den Server 40 für die Datenverwaltung zu, und erhält so die Inspektionsergebnisinformationen von zu verarbeitenden Lötflächen, aber es besteht keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, dass es die notwendigen Inspektionsergebnisinformationen durch Kommunikation mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 erhält.
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Im Folgenden werden die Konfiguration und die Prozesse der Geräte für die Inspektion der Reihe nach im Detail erläutert.
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2 zeigt die Konfiguration des Lotdruckinspektionsgeräts 10.
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Das Lotdruckinspektionsgerät 10 dieses Ausführungsbeispiels umfasst neben einem Tischabschnitt 101, auf dem eine zu inspizierende Leiterplatte platziert ist, eine Kamera 102, einen Projektor 103, und einen Inspektionskopf 104, an welchem dieselben über dem Tischabschnitt 101 gelagert sind, sowie einen Verarbeitungsabschnitt 100. Der Tischabschnitt 101 ist mit einem Bewegungsmechanismus (nicht dargestellt) versehen, mit welchem der Tisch selbst entlang einer Achse (zum Beispiel entlang der horizontalen Achse in 2) bewegt werden kann. Der Inspektionskopf 104 ist mit einem Bewegungsmechanismus (nicht dargestellt) versehen, mit welchem der Inspektionskopf selbst zusammen mit der Kamera 102 und dem Projektor 103 entlang einer Achse bewegt werden kann, die orthogonal ist zur Bewegungsachse des Tischabschnitts 101. Zwar ist dies nicht in 2 dargestellt, aber an dem Inspektionskopf 104 ist auch ein Beleuchtungsabschnitt vorgesehen, welcher den von der Kamera 102 aufzunehmenden Bereich ausleuchtet.
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Der Verarbeitungsabschnitt 100 führt neben der Steuerung für den Betrieb der oben beschriebenen Bewegungsmechanismen und des optischen Systems auch die Verarbeitungen für die Messung, Beurteilung und Ergebnisausgabe und dergleichen durch, und umfasst zum Beispiel eine CPU 110, einen Speicher 111, einen Inspektionskopfsteuerabschnitt 112, einen Bildaufnahmeverarbeitungsabschnitt 113, einen Projektorsteuerabschnitt 114, einen Tischsteuerabschnitt 115, einen Messungsverarbeitungsabschnitt 116, einen Inspektionsdurchführungsabschnitt 117, einen Inspektionsdaten-Speicherabschnitt 118, ein Kommunikations-Interface 119, einen Bedienabschnitt 120, und einen Anzeigeabschnitt 121.
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Die CPU 110 steuert die Bewegungen des Inspektionskopfes 104 und des Tischabschnitts 101 über den Inspektionskopfsteuerabschnitt 112 und den Tischsteuerabschnitt 115, steuert die Aufnahme von Bildern mit der Kamera 102 über den Bildaufnahmeverarbeitungsabschnitt 113, und steuert die Projektion mit dem Projektor 103 über den Projektorsteuerabschnitt 114. Ferner ist der Bildaufnahmeverarbeitungsabschnitt 113 mit einer Funktion versehen, um die von der Kamera 102 erzeugten Bilder zu laden und in digitale Bilder umzuwandeln.
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Im Speicher 111 sind nicht nur Programme für die oben beschriebene Steuerung gespeichert, sondern auch die durch die Digitalwandlung mit dem Bildaufnahmeverarbeitungsabschnitt 113 erzeugten Bilddaten sowie die mit dem Projektor 103 projizierten Projektionsbilder.
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Der Messungsverarbeitungsabschnitt 116 und der Inspektionsdurchführungsabschnitt 117 sind programmierbare Logikbausteine, und führen zusammen mit der CPU 110 die Verarbeitungen für die Messung und die Beurteilung durch.
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Basierend auf dem Prinzip der Phasenverschiebung wird mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 mit der oben beschriebenen Konfiguration ein sich periodisch änderndes Streifenmusterbild vom Projektor 103 auf die Lötflächen der Leiterplatte projiziert, und jedes Mal ein Bild aufgenommen, wenn sich das Musterbild ändert. Der Messungsverarbeitungsabschnitt 116 erfasst für jedes Pixel die Änderung der Helligkeit in den Bildern während der Projektionsverarbeitung einer Periode, und errechnet die Höhe des durch dieses Pixel repräsentierten Punktes anhand der Phase der Änderung.
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Ferner erachtet der Messungsverarbeitungsabschnitt 116 die Pixel, bei denen die errechnete Höhe einen vorbestimmten Wert übersteigt, als solche, die Lotpaste repräsentieren, und bestimmt das Volumen der Lotpaste auf der Lötfläche durch Aufsummieren der Höhe dieser Pixel. Der Inspektionsdurchführungsabschnitt 117 vergleicht dieses Volumen mit einem im Vorfeld registrierten Referenzwert, und falls das Volumen gleich oder größer diesem Referenzwert ist, dann beurteilt er die Menge der aufgetragenen Lotpaste als angemessen, und falls das Volumen unter diesem Referenzwert ist, dann beurteilt er die Menge der aufgetragenen Lotpaste als unzureichend.
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Die CPU 110 fasst die für dieses Beurteilungsergebnis bzw. die Beurteilung verwendeten Messwerte des Lotvolumens als Inspektionsergebnisinformationen gemäß der oben erwähnten Datenkonfiguration zusammen und speichert sie in dem Inspektionsdaten-Speicherabschnitt 118. Und jedes Mal, wenn die Inspektion einer Leiterplatte abgeschlossen ist, werden die für diese Leiterplatte gespeicherten Informationen zusammengefasst und über das Kommunikations-Interface 119 an den Server 40 gesendet.
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3 zeigt die Konfiguration des Post- Reflow- Inspektionsgeräts 30.
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Auch das Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 weist einen Leiterplattentisch 301, eine Kamera 302 und einen Projektor 303, sowie einen Inspektionskopf 304 und eine Verarbeitungsabschnitt 300 auf. Der Verarbeitungsabschnitt 300 hat die gleichen Elemente wie der Verarbeitungsabschnitt 100 des Lotdruckinspektionsgeräts 10 in 2, wobei den einzelnen Elementen Bezugszeichen zugeordnet sind, deren letzten zwei Ziffern mit den entsprechenden Elementen des Lotdruckinspektionsgeräts 10 übereinstimmen (z.B. CPU 110 entspricht CPU 310), und ihre näheren Erläuterungen ausgespart sind.
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Als im Lotdruckinspektionsgeräts 10 nicht vorhandenes Element ist im Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 als Beleuchtungsabschnitt eine kuppelförmige Beleuchtungsvorrichtung 305 vorgesehen. Ferner ist auch im Verarbeitungsabschnitt 300 ein Beleuchtungssteuerabschnitt 322 zum Steuern der Lichtemission der Beleuchtungsvorrichtung 305 vorgesehen.
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Auch die Beleuchtungsvorrichtung 305 ist am Inspektionskopf 304 befestigt, allerdings ist sie an einer Position gelagert, die niedriger ist, als die der Kamera 302 oder des Projektors 303. An Positionen des Doms der Beleuchtungsvorrichtung 305, die der Kamera 302 und dem Projektor 303 entsprechen, sind respektive Fenster 305a und 305b für die Bildaufnahme und die Projektion vorgesehen, und mit Ausnahme der Fenster 305a, 305b sind im Wesentlichen über die gesamte Innenfläche des Doms LEDs (nicht dargstellt) in kreisförmigen Ringen angeordnet. Die Farbe des von diesen LEDs ausgesendeten Lichts ändert sich graduell mit dem Azimutwinkel bzw. dem Einstrahlwinkel, und ist so eingestellt, dass es bei Diffusion des Lichts der verschiedenen Farben zu weißem Licht wird.
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Mit dem derart konfigurierten Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 werden, wie auch mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10, mehrere Bildaufnahmen durchgeführt, in Abstimmung mit der Projektion eines streifenförmigen Musterbildes vom Projektor 303, und eine Höhenmessung unter Verwendung der mit den einzelnen Aufnahmen erzeugten Bilder durchgeführt. Diese Höhenmessung wird für die den Komponenten entsprechenden Bereiche durchgeführt, und somit die dreidimensionale Form der Komponenten rekonstruiert.
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Des Weiteren wird mit dem Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 eine Bildaufnahme bei Beleuchtung mit der Beleuchtungsvorrichtung 305 (im Folgenden auch als „Kuppelbeleuchtung“ bezeichnet) durchgeführt, und anhand der Farbe des regulären bzw. gerichteten Reflektionslichts an den mit Lot versehenen Stellen (Lotstellen) im Bild sowie der Einfallsrichtung des Lichts mit der entsprechenden Farbe werden die Richtungen der Flächennormalen, die durch die Pixel mit der entsprechenden Farbe angezeigt werden, ermittelt. Ferner wird die dreidimensionale Form des Lots unter Verwendung einer Kombination aus den ermittelten Koordinaten der Pixel und Normalenvektoren rekonstruiert, und durch eine Analyse des Verhältnisses zwischen dieser dreidimensionalen Form und der dreidimensionalen Form der Komponente wird beurteilt, ob die Elektroden der Komponenten ausreichend mit Lot benetzt sind oder nicht.
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Der Messungsverarbeitungsabschnitt 316 umfasst eine Tabelle, in der das Verhältnis zwischen Farben repräsentierenden Merkmalsdaten und den aus dem Licht mit diesen Farben hergeleiteten Normalenrichtungen registriert ist, und durch Referenzieren der Tabelle mit den aus dem Bild erfassten Merkmalsdaten können die Richtungen der Normalen schnell ermittelt werden.
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Dabei ist die Kamera 302 des Post- Reflow- Inspektionsgeräts 30 bei der Bildaufnahme im Wesentlichen direkt von oben auf die Leiterplatte gerichtet, so dass es schwierig ist, reguläres bzw. gerichtetes Reflektionslicht von Lotkehlen im Lot, die sehr steil geneigt sind, in die Kamera fallen zu lassen.
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4 zeigt beispielhaft wie der Neigungswinkel der Lotkehle und die Reflektionsrichtung des Beleuchtungslichts abhängig von der Größe der zu verlötenden Lötfläche variiert. Dabei ist in 4, wie auch in den 6, 7 und 9, der Einfachheit halber nur der Lotzustand für eine Elektrode auf einer Seite einer Chip-Komponente dargestellt.
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Falls eine Lötfläche mit standardmäßiger Größe verlötet wird, dann steigt die Lotkehle wie in 4(1) gezeigt relativ sanft an, und das schräg einfallende Beleuchtungslicht kann so reflektiert werden, dass es auf die Kamera 302 gerichtet ist. Wenn allerdings die verlötende Lötfläche nur schmal ist, dann wird die Neigung der Lotkehle steil, und wie in 4(2) gezeigt wird es unmöglich, das Beleuchtungslicht in die Richtung der Kamera 302 zu reflektieren. Als Ergebnis bleiben die der Lotkehle entsprechenden Stellen im Bild dunkel und die dreidimensionale Form des Lots kann nicht rekonstruiert werden, so dass die Inspektion nicht mit hoher Präzision ausgeführt werden kann.
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In Hinblick auf dieses Problem wird mit der Post- Reflow- Inspektion dieses Ausführungsbeispiels für die mit Lot versehenen Stellen, an denen die Farbverteilung unklar ist, das Ergebnis der Lotdruckinspektion an den diesen Stellen entsprechenden Lötflächen eingegeben, aus der mit dem selben Gerät gemessenen Höhe der Komponente wird der Betrag um den diese Komponente angehoben wird berechnet, und die Qualität der Lotkehle wird mit der in 5 dargestellten Prozedur beurteilt.
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In dieser Beurteilungsprozedur wird geprüft, ob das Ergebnis der Lotdruckinspektion „angemessen“ oder „unzureichend“ war (Schritt A). Falls das Ergebnis „angemessen" ist, dann wird geprüft, ob der Betrag um den die Komponente angehoben wird innerhalb eines Toleranzbereichs ist (Schritt B).
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6 zeigt anhand einer Chip-Komponente drei Beispiele, die durch die oben genannten Schritte A und B unterschieden werden.
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In jedem der Beispiele sind der Zustand der Lotpaste, die vor der Komponenten-Bestückung auf das Substrat aufgetragen ist, und der Zustand der Lotkehle, die durch Schmelzen und Aushärten dieser Lotpaste gebildet ist, links und rechts nebeneinander dargestellt. Ferner ist in den rechten Darstellungen der Umfang der Benetzung der Komponentenelektrode mit Lot durch Linien und Pfeile dargestellt.
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In Darstellung (1) in 6 ist auf die Lötfläche eine angemessene Menge Lotpaste aufgetragen, und auch die Komponente ist korrekt auf der Lötfläche platziert, so dass das Lot die Komponente bis zum oberen Bereich der Elektrode benetzt. In diesem Fall ist das Ergebnis der Lotdruckinspektion „angemessen“, und auch der Betrag um den die Komponente angehoben wird ist im Toleranzbereich, so dass sowohl für Schritt A als auch für Schritt B in 4 „Ja“ gilt, und die Lotkehle wird als „fehlerlos“ beurteilt (Schritt C).
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In Darstellung (2) in 6 ist auf die Lötfläche eine angemessene Menge Lotpaste aufgetragen, aber beim Schmelzen der Lotpaste wird die Komponente angehoben, ein Teil des Lots fließt unter die Komponente, so dass die Menge an Lot, die zur Bildung der Lotkehle beiträgt drastisch vermindert wird. Zwar erfolgt eine gewisse Benetzung mit Lot, da sich aber die Komponente nach oben bewegt, reicht der obere Rand der Benetzung lediglich bis zum unteren Rand der Komponentenelektrode.
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In diesem Fall ist das Ergebnis der Lotdruckinspektion „angemessen“, aber der Anhebebetrag übersteigt einen Toleranzwert, so dass das Ergebnis in Schritt A „Ja“ und das Ergebnis in Schritt B „Nein“ ist, und die Lotkehle als „fehlerhaft“ beurteilt wird (Schritt D).
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In Darstellung (3) in 6 ist die Menge der auf die Lötfläche aufgetragene Paste geringer als der Referenzwert, so dass die Benetzung mit Lot unzureichend ist. In diesem Fall ist das Ergebnis der Lotdruckinspektion „unzureichend“, so dass das Ergebnis von Schritt A „Nein“ ist, die Prozedur ohne Prüfen des Anhebebetrags an der Komponente direkt zu Schritt D springt, und die Lotkehle als „fehlerhaft“ beurteilt wird.
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Wie in den Darstellungen (2) und (3) in 6 gezeigt, ist die Benetzung mit Lot unzureichend und die Lotkehle zu kurz, falls die Menge der Lotpaste zu gering ist und falls die Komponente angehoben wird. Wenn allerdings die Lötfläche schmal ist, dann ist die Neigung der Lotkehle sehr steil, auch wenn die Länge der Lotkehle kurz ist, so dass die Möglichkeit besteht, dass auch in den Beispielen (2) und (3) in 6, wie im Beispiel (1) in 6, keine Farbverteilung an der Lotkehle in dem Bild auftritt. Somit ist es schwierig, die Beispiele (1), (2) und (3) in 6 anhand ihrer Bilder bzw. Abbildungen zu unterscheiden.
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Dagegen wird mit dem in 5 gezeigten Algorithmus zur Beurteilung eine Unterscheidung anhand von zwei Arten von Parametern getroffen, nämlich der Menge der aufgetragenen Lotpaste auf der Lötfläche vor der Komponentenbestückung und dem Betrag um den die Komponente auf der Leiterplatte nach dem Reflow angehoben ist, so dass die Qualität der Lotkehle korrekt beurteilt werden kann.
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Es sollte beachtet werden, dass die Anwendung der Beurteilungsprozedur in 5 auf mit Lot versehenen Stellen beschränkt ist, bei denen die entsprechenden Bereiche im Bild dunkel sind, da das regulär reflektierte Licht von der kuppelförmigen Beleuchtungsvorrichtung 305 nicht zur Kamera 302 geleitet werden kann. Für mit Lot versehene Stellen, an denen keine dunklen Bereiche auftreten, wird der oben beschriebene Algorithmus zur Beurteilung angewandt, der auf dem Verhältnis zwischen der dreidimensionalen Form des Lots und der dreidimensionalen Form der Komponente beruht. Durch diese Differenzierung der Algorithmen für Beurteilungsprozedur kann vermieden werden, dass Lot mit einer wie in 7 dargestellten Form als „fehlerlos“ beurteilt wird.
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Im Beispiel von 7 ist die Lotmenge der Lotpaste angemessen und es tritt kein Anheben der Komponente auf, aber aus irgendeinem Grund (zum Beispiel weil die Temperatur des Reflow-Ofens zu niedrig ist) ist das Lot zu einem Tropfen verhärtet, ohne die Komponente zu benetzen. Wenn die Beurteilungsprozedur aus 5 auf Lot mit einer solchen Form angewendet wird, dann ist das Ergebnis die Beurteilung, dass die Lotkehle fehlerlos ist, was problematisch ist. Da jedoch die Neigung des Lots im Beispiel von 7 nur sanft ist, das regulär reflektierte Beleuchtungslicht zur Kamera 302 geleitet wird, und eine Farbverteilung durch das Beleuchtungslicht an den entsprechenden Stellen im bei Kuppelbeleuchtung aufgenommenen Bild entsteht, kann das Lot im Beispiel von 7 von der Beurteilungsprozedur nach 5 ausgenommen werden.
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Folglich kann anhand der aus der Farbverteilung rekonstruierten dreidimensionalen Form korrekt beurteilt werden, dass die Form der Lotkehle fehlerhaft ist.
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8 zeigt einen konkreten Ablauf der mit dem Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 durchgeführten Inspektion.
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Diese Prozedur beginnt, wenn die zu inspizierende Leiterplatte auf den Tisch 301 transportiert wurde und die Ausrichtung in Bezug auf den Inspektionskopf 304 abgeschlossen wurde. Zunächst werden in Schritt S1 bei Projektion eines Musterbildes mit dem Projektor 303 eine vorbestimmte Anzahl von Bildern aufgenommen, um Bilder zur Vermessung der Höhe der Komponente zu erhalten. In Schritt S2 wird bei Kuppelbeleuchtung ein Bild aufgenommen, um ein Bild für die Vermessung des Lots zu erhalten.
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Die Bilder, die durch die Aufnahmen in den Schritten S1 und S2 erhalten wurden, werden in dem Speicher 311 abgespeichert. Bei diesen Aufnahmen ist die Kamera 302 auf einen bestimmten Ort ausgerichtet, so dass die Positionen der in diesen Bildern enthaltenen Komponenten und ihre relative Anordnung alle zueinander konsistent sind.
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Als nächstes werden die in den Bildern enthaltenen Komponenten bzw. Bauteile der Reihe nach abgearbeitet, und für jede Komponente wird die nachfolgende Prozedur durchgeführt.
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Zunächst werden für die jeweiligen Komponenten zu inspizierende Fenster festgelegt (Schritt S3). Das festgelegte Fenster unterscheidet sich je nach Art der Komponente, wobei im Allgemeinen Komponentenfenster mit der Komponente selbst und Lötflächenfenster für jede einzelne mit Lot versehenen Stelle festgelegt werden können. Auch diese Fenster werden für die oben beschriebenen mehreren Bilder gemeinsam festgelegt.
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In Schritt S4 wird an den einzelnen Pixeln im Komponentenfenster eine Höhenmessung durchgeführt, und zwar unter Verwendung der Bilddaten, die bei der Projektion des Bildes mit Streifenmuster erzeugt wurden. Ferner wird die dreidimensionale Form der Komponente rekonstruiert, indem die Koordinaten der Pixel an den eine bestimmte Mindesthöhe gemessen wurde sowie die berechnete Höhe miteinander kombiniert werden.
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In Schritt S5 werden im bei Kuppelbeleuchtung erzeugten Bild die dunklen Bereiche in den Lötflächenfenstern erfasst, die für die jeweilige Komponente festgelegt wurden. In Schritt S6 wird für jedes Lötflächenfenster der Anteil der dunklen Bereiche in diesem Lötflächenfenster ermittelt, und mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Falls es hierbei auch nur ein Lötflächenfenster gibt, in welchem der Anteil der dunklen Bereiche den Schwellwert überschreitet, dann werden die Schritte S7, S8 und S9 ausgeführt.
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In Schritt S7 wird vom Server 40 für die Datenverwaltung oder vom Lotdruckinspektionsgerät 10 das Inspektionsergebnis der Lotdruckinspektion für die momentan betrachtete Komponente eingegeben. In Schritt S8 wird auf Basis der in Schritt S4 gemessenen Höhendaten der Betrag um den diese Komponente angehoben wird berechnet. Genauer gesagt wird der Durchschnittswert oder der Maximalwert der vor die Komponente berechneten Höhe als Höhe der Komponente genommen, und die Differenz zwischen dieser Höhe und einer Referenzhöhe, die für die jeweilige Komponente registriert ist, ermittelt, und diese Differenz wird als Anhebebetrag betrachtet.
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In Schritt S9 wird unter Verwendung der in Schritt S7 eingegebenen Lotmenge und dem in Schritt S8 berechneten Betrag um den die Komponente angehoben wird für jedes Lötflächenfenster die Beurteilungsprozedur wie in 5 dargestellt durchgeführt, und die Qualität der Lotkehle wird für jedes Kontaktierungsfenster beurteilt.
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Falls in Schritt S6 festgestellt wird, dass das Verhältnis der dunklen Bereiche in den Lötflächenfenstern kleiner ist als der Schwellwert, dann werden für jedes Lötflächenfenster die Schritte S10 und S11 ausgeführt.
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In Schritt S10 wird die oben erwähnte Tabelle referenziert und durch das Verfahren des Ersetzens der Farbverteilung in dem Lötflächenfenster durch die Verteilung von Normalen wird die dreidimensionale Form des Lots rekonstruiert.
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In Schritt S11 wird mit Hilfe eines Analyseprozedur unter Verwendung der in Schritt S10 rekonstruierten dreidimensionalen Form des Lots sowie der in Schritt S4 rekonstruierten dreidimensionalen Form der Komponente die Qualität der Lotkehle des Lots beurteilt. Zum Beispiel wird aus dem Verhältnis der die Komponente repräsentierenden Koordinaten sowie der das Lot repräsentierenden Koordinaten beurteilt, ob die Seitenfläche der Komponente vom Lot berührt wird, und falls eine solche Berührung festgestellt wurde, wird die Höhe der beiden in diesem Kontaktbereich miteinander verglichen. Falls die Differenz der Höhe der beiden einen bestimmten Schwellwert nicht überschreitet, dann wird die Lotkehle als „fehlerlos“ beurteilt, und falls die Differenz größer als der Schwellwert ist, dann wird die Lotkehle als „fehlerhaft“ beurteilt.
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Wenn diese Prozedur für alle Komponenten durchgeführt worden ist („Ja“ in Schritt S12), dann werden die Beurteilungsergebnisse für die einzelnen Komponenten zusammengestellt bzw. aggregiert, und die Qualität der Leiterplatte insgesamt wird beurteilt (Schritt S13). Ferner werden in Schritt S14 Inspektionsergebnisinformationen mit den Ergebnissen und Messwerten der einzelnen Beurteilungen erstellt, und im Inspektionsdaten-Speicherabschnitt 318 abgespeichert und an den Server 40 zur Datenverwaltung ausgegeben.
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Gemäß dem Ablaufdiagramm in 8 wird die Prozedur zum Ausrichten des Tisches 301 und des Inspektionskopfes 304 für die Bildaufnahme nur einmal vorgenommen, falls aber die Leiterplatte größer ist als das Bildfeld der Kamera 302, dann wird die Bildaufnahme mit den Schritten S1 und S2 wiederholt, und die Schritte S3 bis S12 werden in Übereinstimmung mit diesen Aufnahmezyklen wiederholt.
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Ferner ist es nötig, dass der in Schritt S9 (Schritt B in 5) mit dem Anhebebetrag der Komponente verglichene Toleranzwert im Vorhinein unter Berücksichtigung von Schwankungen in der Höhe der Komponente festgelegt wird. Zum Beispiel kann für jeden Komponententyp ein Ausmaß an Schwankungen in der Höhe von Komponenten dieses Typs ermittelt werden, und der aus diesen Schwankungen hergeleitete Toleranzwert kann als Inspektionsreferenzdatenwert registriert werden.
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Und wenn der Toleranzwert für das Anheben der Komponente kein konstanter Wert ist sondern mit der Menge (Volumen) der Lotpaste variiert wird, dann kann die Beurteilung noch präziser durchgeführt werden.
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9 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Menge der aufgetragenen Lotpaste und dem Toleranzwert für die Diskriminierung des Anhebebetrags bei der die Lotkehle als fehlerhaft gilt. Wie in dieser Figur dargestellt, falls die Menge an Lotpaste groß ist, kann der Toleranzwert für das Anheben relativ groß gesetzt werden, und je weniger Lotpaste vorgesehen ist, desto kleiner muss auch der Toleranzwert für das Anheben gesetzt werden.
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Für die Änderung des Toleranzwerts für das Anheben je nach der Menge an Lotpaste kann zum Beispiel das Verhältnis zwischen den beiden anhand mehrerer Proben ermittelt werden und eine Tabelle, die dieses Verhältnis anzeigt kann im Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 registriert werden. Ferner kann anstelle der Eingabe des Ergebnisses der Lotdruckinspektion das in dieser Inspektion gemessene Volumen der Lotpaste in das Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 eingegeben werden, und der Toleranzwert durch Referenzierung der genannten Tabelle mit dem eingegebenen Zahlenwert kalkuliert werden.
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10 zeigt eine solche Tabelle mit dem Verhältnis zwischen Volumen von Lotpaste und Toleranzwerten für das Anheben der Komponente als Graph dargestellt. Der Punkt P in dieser Figur ist der Grenzwert, für den ein Toleranzwert gesetzt werden kann. Wenn die Menge an Lotpaste unter die durch diesen Punkt P angezeigte Menge fällt, dann ist die Lotkehle in der Regel fehlerhaft, und zwar unabhängig von einem eventuellen Anheben der Komponente.
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In 10 sind die aus den Proben hergeleiteten und in der Tabelle registrierten Toleranzwerte als Punkte dargestellt. Falls der Messwert des Volumens der Lotpaste größer als der durch den Punkt P angezeigte Wert ist, dann kann der Toleranzwert ausgewählt werden, der durch den Punkt repräsentiert wird, der in dem Graphen an der höchsten Position in dem Bereich liegt, der kleiner ist als der dem Messwert entsprechende Punkt, und dieser ausgewählte Toleranzwert kann mit dem Verschiebungswert der Komponente verglichen werden. Falls die Lotmenge kleiner oder gleich P ist, dann kann auch ohne Messen der Verschiebungsmenge der Komponente die Lotkehle ohne weiteres als fehlerhaft beurteilt werden.
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Wie oben erläutert, kann mit diesem Ausführungsbeispiel der Zustand der Benetzung mit Lot auch an mit Lot versehenen Stellen, in der ein Lot anzeigendes Merkmal im bei Kuppelbeleuchtung aufgenommenen Bild nicht erscheint, mit hoher Präzision beurteilt werden, und zwar anhand eines anderen Merkmals (Höhe der Komponente), welches im Bild erscheint und welches mit der Form der mit Lot versehenen Stelle in Beziehung steht, sowie anhand der Menge der Lotpaste, die auf die dieser mit Lot versehenen Stelle entsprechenden Lötfläche aufgetragen ist.
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Ferner ist die das Ergebnis der Lotdruckinspektion verwendende Inspektion nach dem Reflow nicht auf das oben dargestellte beschränkt, sondern kann auch auf eine Inspektion von mit Lot versehenen Stellen an Komponenten mit Anschlusspins angewendet werden.
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Beim Verlöten von Komponenten mit Anschlusspins ist es wünschenswert, dass sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite der Elektroden mit einer angemessenen Menge an Lot benetzt werden. Darstellung (1) in 11 ist ein Beispiel für eine wunschgemäße Verlötung, wohingegen Darstellungen (2) und (3) in 11 Beispiele für fehlerhafte Verlötungen zeigen.
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Wenn eine angemessene Menge Lotpaste auf eine Lötfläche aufgetragen wird und das im Reflow-Prozess geschmolzene Lot auf der Vorderseite und der Rückseite der Elektrode gut verteilt wird, dann sind sowohl die vorderseitige Lotkehle als auch die rückseitige Lotkehle beide fehlerlos ausgebildet, wie in Fig. (1) dargestellt ist.
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Wenn andererseits die auf die Lötfläche aufgetragene Menge an Lotpaste zu gering ist, dann kann es vorkommen, dass das geschmolzene Lot die Vorderseite einseitig benetzt, und die rückseitige Lotkehle wie in Darstellung (2) von 11 gezeigt nicht ausreichend ausgebildet ist. Ebenso kann es vorkommen, dass umgekehrt das Lot sich auf der Rückseite der Elektrode häuft und der Fehler auftritt, dass wie in Darstellung (3) von 11 gezeigt die vorderseitige Lotkehle nicht richtig benetzt wird.
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Auch wenn die Menge an Lotpaste angemessen ist, besteht die Möglichkeit, dass je nach Auftragszustand ein Fehler wie in Darstellung (2) in 11 oder Darstellung (3) in 11 auftritt.
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Wie zuvor erwähnt, wird mit dem Post-Reflow-Inspektionsgerät 30 dieses Ausführungsbeispiels die Leiterplatte im Wesentlichen direkt von oben bzw. aus senkrechter Richtung aufgenommen, so dass mit dem erzeugten Bild die vorderseitige Lotkehle vermessen werden kann, die rückseitige Lotkehle dort jedoch kaum abgebildet ist und somit ihre Vermessung unmöglich ist. Um dies anzugehen wird beim im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel das Volumen des Lots auf der Vorderseite ermittelt, wobei der Aspekt ausgenutzt wird, dass die Höhe der vorderseitigen Lotkehle vermessen werden kann, und anhand dieses Volumens und des Inspektionsergebnisses der Lotdruckinspektion wird eine Inspektion durchgeführt, die eine Entscheidung hinsichtlich der rückseitigen Lotkehle umfasst.
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12 zeigt den Ablauf dieser Inspektion an einer Elektrode einer Komponente mit Anschlusspins (engl.: „lead component“). Auch dieser Ablauf wird als Prozess in Schritt S9 in 8 ausgeführt.
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Im Folgenden wird die Beurteilung des Zustands der Benetzung mit Lot an einer Komponente mit Anschlusspins anhand der Schrittnummern in diesem Ablaufdiagramm erläutert.
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Zunächst wird das Inspektionsergebnis der Lotdruckinspektion für die Lötfläche, die der zu inspizierenden Elektrode zugeordnet ist, eingegeben, und je nach dem Ergebnis eine Unterscheidung getroffen (Schritte S21, S22). In diesem Ausführungsbeispiel werden die jeweils als minimal notwendig erachteten Lotvolumen auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Elektrode der Komponente mit Anschlusspins aufaddiert und der erhaltene Wert wird als Referenzwert bzw. Kriterium für die Beurteilung der Qualität bei der Lotdruckinspektion genommen. Folglich liegt eindeutig ein Mangel an Lot vor, falls bei der Lotdruckinspektion auf „fehlerhaft“ geurteilt wird („Nein“ in Schritt S22), so dass die Prozedur ohne eine Messung unter Verwendung des bei Kuppelbeleuchtung aufgenommen Bilds zu Schritt S27 springt, und die Lotkehle als fehlerhaft beurteilt wird.
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Falls das Ergebnis der Lotdruckinspektion an der entsprechenden Lötfläche „angemessen“ ist („Ja“ in Schritt S22), dann springt die Prozedur zu Schritt S23, und es erfolgt eine Vermessung der Höhe der Stellen im Lötflächenfenster mit einer Farbverteilung entsprechend der Beleuchtungsfarben (dies entspricht der vorderseitigen Lotkehle), unter Verwendung des bei Kuppelbeleuchtung aufgenommenen Bilds. Des Weiteren wird das Volumen des Lots, das die vorderseitige Lotkehle bildet, berechnet (Schritt S24), und zwar durch eine Kalkulation in der die Summe der Messwerte der einzelnen Höhen bestimmt wird, und dieses Volumen wird mit einem im Vorhinein festgelegten Referenzbereich verglichen (Schritt S25).
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Falls in der Lotdruckinspektion die Menge der aufgetragenen Lotpaste mindestens dem Referenzwert entspricht und somit als angemessen beurteilt wird, und das Volumen des Lots auf der Vorderseite im Referenzbereich liegt („Ja“ sowohl in Schritt S22 als auch in Schritt S25), dann werden sowohl die vorderseitige Lotkehle als auch die rückseitige Lotkehle als fehlerlos erachtet, und die Beurteilung ist „fehlerlos“ (Schritt S26). Falls andererseits die Menge der aufgetragenen Lotpaste zwar mindestens dem Referenzwert entspricht, das Lot jedoch einseitig die Vorderseite benetzt, dann nimmt das Volumen des Lots auf der Vorderseite zu, so dass das in Schritt S24 errechnete Volumen des Lots den Referenzbereich übersteigt. Wenn dagegen das Lot einseitig die Rückseite der Elektrode benetzt, dann nimmt das Volumen des Lots auf der Vorderseite ab, so dass das Volumen des Lots den Referenzbereich unterschreitet. In diesen Fällen gilt „Nein“ in Schritt S25, so dass die Prozedur zu Schritt S27 springt, und die Lotkehle als fehlerhaft beurteilt wird.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann in Schritt S21 das in der entsprechenden Inspektion gemessene Volumen der Lotpaste anstelle des Ergebnisses der Lotdruckinspektion eingegeben werden, und der Referenzbereich, der für die Beurteilung in Schritt S25 herangezogen wird ensprechend diesem Volumen variiert werden. Je größer beispielsweise die Menge der aufgetragenen Lotpaste ist, desto mehr kann die obere Grenze des Referenzbereichs angehoben werden und die untere Grenze des Referenzbereichs abgesenkt werden, wodurch vermieden werden kann, dass ein Zustand, der eigentlich nicht als fehlerhaft beurteilt werden müsste als fehlerhaft beurteilt wird.
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Wie oben ausgeführt kann durch die ausschließliche Verarbeitung der bei Kuppelbeleuchtung aufgenommen Bilder nur die Inspektion auf Basis der Form der vorderseitigen Lotkehle durchgeführt werden, wohingegen mit der in 12 gezeigten Beurteilungsprozedur eine Inspektion durchgeführt werden kann, die die Beurteilung des Zustands der rückseitigen Lotkehle umfasst, und es möglich ist, die Qualität des Lots korrekt zu beurteilen.
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Es sollte beachtet werden, dass bei den obigen Ausführungsbeispielen angenommen wurde, dass auch für Leiterplatten, bei denen die Menge von aufgetragenem Lot in der Lotdruckinspektion als fehlerhaft beurteilt wurde, die nachfolgenden Prozesse ausgeführt werden, so dass das Ergebnis der Lotdruckinspektion eingegeben wurde, aber es ist nicht unbedingt nötig, das Ergebnis der Lotdruckinspektion einzugeben, falls Leiterplatten, bei denen ein Fehler in der Menge von aufgetragenem Lot vorliegt, ausgesondert werden und nur die als fehlerlos beurteilten Leiterplatten dem nachfolgenden Prozess zugeführt werden. Zum Beispiel ist es möglich, dass im Ablaufdiagramm von 8 der Schritt S7 nicht durchgeführt wird, und in Schritt S9 die Beurteilung nur anhand des Anhebebetrags der Komponente durchgeführt wird (also die Beurteilung in Schritt A in 5 entfällt). Auch bei der Beurteilungsprozedur für Komponenten mit Anschlusspins in 12 kann die Qualität der Lotkehle durch eine Prozedur beurteilt werden, in der das Volumen des Lots auf der Frontseite, das die vorderseitige Lotkehle bildet, ohne Ausführen der Schritte S21 und S22 bestimmt wird, und dieses Volumen mit dem Referenzbereich verglichen wird.
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Um die Präzision der Beurteilung zu erhöhen, kann jedoch auch das in der Lotdruckinspektion gemessene Volumen der Lotpaste eingegeben werden, and je nach dem Wert dieses Volumens die Referenzwerte geändert werden, der für die Beurteilung in im Schritt S9 und im Schritt S25 verwendet wird.
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LISTE DER BEZUGSZEICHEN
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- 10
- Lotdruckinspektionsgerät
- 11
- Lotdruckgerät
- 20
- Bestückungsinspektionsgerät
- 21
- Bestücker
- 30
- Post-Reflow-Inspektionsgerät
- 31
- Reflow-Ofen
- 40
- Server für die Datenverwaltung
- 100, 300
- Prozessabschnitt
- 101, 301
- Tischabschnitt
- 102, 302
- Kamera
- 103, 303
- Projektor
- 104, 304
- Inspektionskopf
- 105, 305
- Beleuchtungsvorrichtung
- 110, 310
- CPU
- 116, 316
- Messungsverarbeitungsabschnitt
- 117, 317
- Inspektionsdurchführungsabschnitt
- 119, 319
- Kommunikations-Interface
