DE112011104723B4

DE112011104723B4 - Lötstelleninspektionsverfahren, Lötstelleninspektionsgerät und Leiterplatteninspektionssystem

Info

Publication number: DE112011104723B4
Application number: DE112011104723.1T
Authority: DE
Inventors: Shimpei Fujii; Hiroyuki Mori; Katsuki Nakajima; Masanobu Tanigami
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP2012145484A; CN103314286A; DE112011104723T5; WO2012096004A1; TW201245705A; CN103314286B; JP5365644B2

Abstract

Lötstelleninspektionsverfahren zum Inspizieren des Zustands einer Lötstelle an einer Komponente (200) auf einer Leiterplatte (S, 203), die mehrere Prozesse zur Herstellung einer mit Komponenten (200) bestückten Leiterplatte (S, 203) einschließlich eines Reflow-Prozesses durchlaufen hat, wobei zur Inspektion eine Kamera (2) auf eine Oberfläche der Leiterplatte (S, 203) gerichtet wird, und ein mit der Kamera (2) erzeugtes Bild der Leiterplatte (S, 203) verwendet wird,wobei, unter der Voraussetzung, dass in mindestens einem der vor dem Reflow-Prozess ausgeführten Prozesse, eine der Leiterplatte (S, 203) hinzugefügte Struktur vor dem Beginn des nächsten Prozesses gemessen wird, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem vor dem Reflow-Prozess durchgeführten Messverfahren an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird, und Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die diesen Zusammenhang anzeigen; undwobei an der nach dem Reflow-Prozess zu inspizierenden Lötstelle folgende Schritte ausgeführt werden:ein erster Schritt, in welchem durch Bildverarbeitung eine Bildregion, welche die zu inspizierende Lötstelle enthält, Merkmalsdaten erhalten werden, die die Form des Lots an dieser Lötstelle repräsentieren;ein zweiter Schritt, in welchem ein Messwert aus einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird;ein dritter Schritt, in welchem unter Verwendung der für diese Lötstelle gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des im zweiten Schritt erhaltenen Messwertes das Merkmal an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, abgeschätzt wird; undein vierter Schritt, in welchem die im ersten Schritt erhaltenen Merkmalsdaten durch das Ergebnis der Schätzung aus dem dritten Schritt ergänzt werden, und eine Beurteilung der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Messverfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente (200), mit der die Leiterplatte (S) in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, anzeigen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beurteilung des Zustands von Lötstellen an verschiedenen Komponenten, mit denen eine Leiterplatte bestückt ist, und zwar durch optische Inspektion der Leiterplatte nach Abschluss des Reflow-Prozesses, der einer von mehreren Prozessen zur Herstellung einer mit Komponenten bestückten Leiterplatte ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Lötstelleninspektionsgerät sowie ein Inspektionssystem, mit welchen dieses Verfahren anwendet wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Mit Komponenten bestückte Leiterplatten werden in der Regel durch einen Lotpastendruckprozess, einen Komponentenbestückungsprozess, und einen Reflow-Prozess hergestellt. In manchen Produktionslinien der letzten Jahre sind Leiterplatteninspektionssysteme eingeführt worden, in denen für jeden dieser Prozesse ein Inspektionsgerät vorgesehen ist, die Inspektionsergebnisse der einzelnen Inspektionsgeräte in einer Informationsverarbeitungsvorrichtung gesammelt werden, und bei denen für die Überprüfung identische Inspektionsziele miteinander abgeglichen werden können (siehe z.B. JP 3 966 336 B2 ).
Zur Inspektion von Lötstellen nach dem Reflow-Prozess sind Inspektionsgeräte verbreitet, die sich die Spiegelreflexionseigenschaften des Lots zunutze machen, ein Bild der zu inspizierenden Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht von oben aufnehmen bei Beleuchtung der Leiterplatte von schräg von oben, und das Muster einer Abbildung des reflektierten Lichts im erzeugten Bild analysieren. Zum Beispiel wird in JP 3 599 023 B2 beschrieben, dass durch Beleuchtung einer Leiterplatte mit rotem, grünen und blauen Licht dessen Einfallswinkel sich jeweils unterscheidet, ein Bild erzeugt wird, bei dem die Neigung des Lots von dem Verteilungsmuster mit den dem Beleuchtungslicht entsprechenden Farben repräsentiert wird, und anhand des Verteilungsmusters der Farben die Angemessenheit bzw. Fehlerhaftigkeit der Form von Hohlkehlen an Lötstellen beurteilt wird.
Ferner wird in JP 2010 - 71 844 A eine Verbesserungserfindung beschrieben, bei der das Augenmerk darauf gelegt wird, dass es mit dem in JP 3 599 023 B2 beschriebenen Lötstelleninspektionsgerät schwierig ist, reflektiertes Licht von Orten im Bild, die in der Nähe von Komponenten sind und die eine steile Neigung aufweisen, oder auch von Orten, die nahezu eben sind, zur Kamera zu lenken. Genauer gesagt wird bei der in JP 2010 - 71 844 A beschriebenen Erfindung, zusätzlich zu dem Beleuchtungslicht verschiedener Farben, die Leiterplatte von einer Richtung entlang der optischen Achse der Kamera mit infrarotem Licht bestrahlt, und ein Bild erzeugt, welches eine Abbildung des reflektierten Infrarot-Lichts enthält. In einem Inspektionsbereich, der einer Lötstelle in dem Bild entspricht, wird ein Farbbereich, der dem verschiedenfarbigen Licht entspricht, und ein Bereich (Infrarot-Bereich) extrahiert, der dem Infrarot-Licht entspricht, und es werden ferner Orte extrahiert, die dunkel sind, da in der Nähe der Komponente keine Abbildung von reflektiertem Beleuchtungslicht erzeugt werden kann. Dann werden Grenzpositionen zwischen Regionen entlang einer Richtung, in der diese Bereiche aufgereiht sind, extrahiert, und diesen Grenzpositionen werden Grenzwinkel von Neigungswinkelbereichen zugeordnet, die die Bereiche repräsentieren, die den verschiedenen Beleuchtungslichten entsprechen, und somit wird eine Näherungskurve identifiziert, die einen Neigungszustand der Hohlkehle repräsentiert. Des Weiteren wird durch Integration dieser Näherungskurve eine Höhe der Benetzung mit Lot bestimmt, und die Angemessenheit dieser Höhe wird beurteilt.
Auch bei der Inspektion nach dem Lotdruckprozess wird in ähnlicher Weise, ein Inspektionsgerät verwendet, welches durch eine Bildaufnahme der Leiterplatte von im Wesentlichen direkt von oben und eine zwei-dimensionale Bildverarbeitung, die Fläche oder Druckposition der Lotpaste an den verschiedenen Kontaktflächen auf der Leiterplatte misst. Es gibt auch Inspektionsgeräte, die die drei-dimensionale Form oder das Volumen von zu inspizierenden Stellen mit Hilfe eines auf Phasenverschiebung beruhenden Verfahrens ermitteln (siehe z.B. JP 2010 - 91 569 A ).
Die JP 2002 - 107 311 A offenbart ein Projektionsmittel zum Projizieren von Licht auf eine auf einem Substrat montierte Komponente, ein Messungsmittel zum Erfassen des durch das Projektionsmittel projizierten Lichts, und zwar von senkrecht über der montierten Komponente, wobei das Messungsmittel auch zum Messen der Höhe des erfassten Bereichs dient. Offenbart wird weiter ein Bestimmungsmittel zum Bestimmen des Zustands der Montage der montierten Komponente durch Extrahieren eines Merkmals auf Basis der durch das Messungsmittel gemessenen Höhe des erfassten Bereichs, wobei das Bestimmungsmittelauf der Sicherheit der durch das Messungsmittel gemessenen Höhendaten des erfassten Bereichs basiert. Eine Montageboard-Inspektionsvorrichtung weist ein Blinder-Fleck-Erfassungsmittel zum Erfassen eines blinden Flecks durch ein Messungsmittel auf.
Die EP 1 619 494 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen von Einstellungszuständen für ein Fenster zur Inspektion eines Substrats, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt, wobei ein erstes Bild eines Substrats aufgenommen und dabei gewonnen wird, nachdem das Substrat einen spezifizierten Produktionsprozess einer Vielzahl sequentiell durchgeführter Produktionsprozesse zum Produzieren eines montierten Substrats durchlaufen hat; einen zweiten Schritt, wobei ein zweites Bild des Substrats aufgenommen und dadurch gewonnen wird, nachdem ein nächster Produktionsprozess dieser Produktionsprozesse auf diesem Substrat durchgeführt worden ist; und einen dritten Schritt, wobei Unterschiede zwischen diesem ersten Bild und diesem zweiten Bild extrahiert werden, und wobei Einstellungszustände für ein Fenster zum Inspizieren eines spezifizierten Zielbereichs auf diesem Substrat unter Verwenden der extrahierten Unterschiede bestimmt werden.
Die EP 1 578 186 A2 offenbart ein Inspektionsverfahren für Substrate, welche darauf angebrachte Komponenten aufweisen, und welche durch eine Vielzahl sequentiell durchgeführter Produktionsschritte produziert werden, wobei dieses Inspektionsverfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Vielzahl von Inspektionsapparaten, welche jeweils mit einem unterschiedlichen Produktionsschritt dieser Produktionsschritte einschließlich des letzten dieser Produktionsschritte assoziiert sind; und Ausführten eines Inspektionsprozesses auf einem Substrat durch jeden dieser Inspektionsapparate durch Verwenden eines Bilds dieses Substrats, welches nach dem mit diesem jeweiligen Inspektionsapparat assoziierten Produktionsschritt aufgenommen ist; wobei jeder Inspektionsapparat dieser Inspektionsapparate, welcher mit einem Produktionsschritt dieser Produktionsschritte assoziiert ist, welcher nach einem anderen Produktionsschritt dieser Produktionsschritte ausgeführt ist, und zwar aufweisend einen anderen damit assoziierten Inspektionsapparat dieser Inspektionsapparate, Daten eingibt, welche erzeugt sind, während dieses Substrat durch diesen anderen Inspektionsapparat inspiziert worden ist, und die eingegebenen Daten zum Inspizieren dieses Substrat verwendet.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Herkömmliche Inspektionen nach dem Reflow werden unter der Voraussetzung durchgeführt, dass in allen Prozessen vor dem Reflow-Prozess eine angemessene Verarbeitung stattfand. Allerdings kommt es in der Praxis vor, dass im Lotdruckprozess Streuungen oder zeitabhängige Veränderungen in der Druckmenge oder Druckposition der Lotpaste oder der Bestückungsposition der Komponente auftreten, und aufgrund dieser Streuungen oder Änderungen auch der Zustand der Neigung der Hohlkehlen des Lots variiert.
Im Folgenden wird dieses Problem anhand der 10 bis 13 beschrieben. Diese Figuren sind schematische Diagramme, die zeigen, wie die Form der Hohlkehle des Lots nach dem Reflow-Prozess an einer Elektrode auf einer Seite einer Chip-Komponente 301 abhängig vom Zustand vor dem Reflow-Prozess variiert. In den Figuren ist 300 eine Kontaktfläche, 301 ist ein Hauptkörper einer Komponente, und 302 ist eine Komponentenelektrode, die der Kontaktfläche 300 entspricht (die Komponentenelektroden auf der Seite, die nicht der Kontaktfläche 300 entspricht sind nicht dargestellt). Ferner ist 303 eine Lotpaste vor dem Reflow, und 304 ist Lot, welches nach dem Aufschmelzen im Reflow-Prozess wieder verfestigt ist (im Folgenden als „Lot nach dem Reflow“ bezeichnet).
10 stellt verschiedene Mengen an Lotpaste 304, die im Lotdruckprozess auf die Kontaktfläche 300 aufgedruckt wurde und entsprechende Hohlkehlen des Lots nach dem Reflow einander gegenüber. Wie in 10 gezeigt, ist die Neigung der Hohlkehle des Lots 304 nach dem Reflow in der Regel steiler, je größer die Menge der Lotpaste 303 ist, und die Neigung der Hohlkehle des Lots 304 nach dem Reflow ist flacher, je geringer die Menge der Lotpaste 303 ist.
Als nächstes wird in 11 der Einfluss der Bestückungsposition der Komponente 301 auf die Form des Lots 304 nach dem Reflow gezeigt. In den drei Beispielen in dieser Figur ist die Druckmenge der Lotpaste 303 jeweils gleich, aber die Position der Komponente 301 relativ zur Kontaktfläche 300 ist unterschiedlich, so dass die Breite des Teils der Kontaktfläche 300, der von der Elektrode 302 der Komponenten 301 bis zum äußeren Rand der Kontaktfläche 300 reicht (im Folgenden wird dieser Teil als „Überstand der Kontaktfläche“ bezeichnet) variiert. Wie in diesen Beispielen gezeigt, ist die Neigung der Hohlkehle des Lots 304 nach dem Reflow in der Regel steiler, je schmaler der Überstand der Kontaktfläche ist, und die Neigung der Hohlkehle des Lots 304 nach dem Reflow in der Regel flacher, je breiter der Überstand der Kontaktfläche ist.
Als nächstes wird in den 12 und 13 der Einfluss von Unterschieden im Druckbereich der Lotpaste 303 auf der Kontaktfläche 300 auf die Form der Hohlkehlen gezeigt. In den in 12 gezeigten Beispielen ist das Volumen der Lotpaste 303 jeweils identisch, aber im oberen Beispiel wird die Lotpaste 303 im Wesentlichen über die gesamte Kontaktfläche 300 verteilt gedruckt, und die Menge an Lotpaste 303, die dem Überstand entspricht, ist relativ gering, so dass eine relativ sanft ansteigende Hohlkehle gebildet wird. Dagegen ist die Lotpaste 303 im unteren Beispiel mehr zum Ort des Überstands der Kontaktfläche hin gedruckt, so dass die Neigung der gebildeten Hohlkehle steiler ist als im oberen Beispiel.
Auch in dem Beispiel in 13 ist das Volumen an Lotpaste 303 jeweils identisch, aber im oberen Beispiel wird die Lotpaste 303 im Wesentlichen über die gesamte Kontaktfläche 300 verteilt gedruckt, so dass wie auch im oberen Beispiel von 12 eine relativ sanft ansteigende Hohlkehle gebildet wird. Dagegen ist die Lotpaste 303 im unteren Beispiel mehr zur Mitte der Kontaktfläche 300 hin gedruckt, und die Menge an Lot im Überstand der Kontaktfläche ist im Wesentlichen dieselbe wie die Menge an Lot unter der Komponentenelektrode 302, so dass die Komponente 301 an einer etwas höheren Position angeordnet ist als im oberen Beispiel. Als Ergebnis tritt im Reflow-Prozess das Phänomen auf, dass das Lot in die Lücke zwischen der Komponente 301 und der Kontaktfläche 300 fließt, und ein Teil des geschmolzenen Lots am Überstand der Kontaktfläche unter die Komponentenelektrode 302 gezogen wird. Ferner wird auch das am Überstand der Kontaktfläche verbleibende Lot zur Komponente 301 hin gezogen, und eine kurze, steile Hohlkehle wird gebildet.
Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich ist, variiert die Form der Hohlkehle des Lots 304 nach dem Reflow drastisch in Abhängigkeit vom Druckzustand der Lotpaste 303 und vom Zustand der Komponente 301. Allerdings wird bei einer regulären optischen Inspektion des äußeren Erscheinungsbilds ein Inspektionsbild erzeugt durch ein Verfahren, bei dem eine Bildaufnahme gemacht wird mit von einer Lötstelle reflektiertem Licht, das auf eine Kamera trifft, die so angeordnet ist, dass sie frontal zur Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist, während die Lötstelle aus einer schrägen Richtung beleuchtet wird, so dass es schwierig ist, eine Abbildung von reflektiertem Licht von Lot mit steiler Neigung, das in der Nähe von Komponenten vorgesehen ist, zu erhalten. Daher besteht die Gefahr, dass die Form der Hohlkehle der Lötstelle nicht präzise überprüft werden kann.
Auch in Fällen, in denen die Verbindung zwischen der Komponentenelektrode 302 und der Kontaktfläche 300 über das Lot 304 nach dem Reflow kein besondere Problem darstellt, wie im unteren Beispiel von 11 und im unteren Beispiel von 13, besteht die Möglichkeit, dass diese mit herkömmlichen Kriterien als fehlerhaft beurteilt werden, da fast die gesamte Hohlkehle als dunkler Bereich ohne Abbildung von reflektiertem Licht im Bild erscheint, falls die Hohlkehle schmal und steil ist.
In Anbetracht der oben angeführten Probleme ist es somit eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, die Präzision der Inspektion des Lötstellenzustands zu erhöhen, indem ein Merkmal an einem Ort, an dem die Beurteilung des Zustands mit einem Bild der Leiterplatte nach dem Reflow-Prozess schwierig ist, mit hoher Präzision geschätzt wird, und der Zustand der Lötstelle unter Berücksichtigung des Schätzergebnisses beurteilt wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Die Erfindung kann angewendet werden auf ein Verfahren zum Inspizieren des Zustands einer Lötstelle an einer Komponente auf einer Leiterplatte, die mehrere Prozesse zur Herstellung einer mit Komponenten bestückten Leiterplatte einschließlich eines Reflow-Prozesses durchlaufen hat, wobei zur Inspektion eine Kamera auf eine Oberfläche der Leiterplatte gerichtet wird, und ein mit der Kamera erzeugtes Bild der Leiterplatte verwendet wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Inspektionsverfahren wird, unter der Voraussetzung, dass in mindestens einem der vor dem Reflow-Prozess ausgeführten Prozesse, eine der Leiterplatte hinzugefügte Struktur vor dem Beginn des nächsten Prozesses gemessen wird, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera schwierig ist, im Voraus ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert, der in einem vor dem Reflow-Prozess durchgeführten Messverfahren an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird, und Kausalzusammenhangsinformationen werden gespeichert, die diesen Zusammenhang anzeigen. Dann werden die folgenden ersten bis vierten Schritte an der nach dem Reflow-Prozess zu inspizierenden Lötstelle durchgeführt.
Im ersten Schritt, werden durch Bildverarbeitung einer Bildregion, welche die zu inspizierende Lötstelle enthält, Merkmalsdaten erhalten, die die Form des Lots an dieser Lötstelle repräsentieren.
Im zweiten Schritt wird ein Messwert aus einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten.
Im dritten Schritt wird, unter Verwendung der für diese Lötstelle gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des im zweiten Schritt erhaltenen Messwertes, das Merkmal an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, abgeschätzt.
Im vierten Schritt werden die im ersten Schritt erhaltenen Merkmalsdaten durch das Ergebnis der Schätzung aus dem dritten Schritt ergänzt, und es erfolgt eine Beurteilung der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle.
Mit diesem Verfahren werden Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert zu Orten einer zu inspizierenden Lötstelle, die im Bild dunkel sind, da keine Abbildung des reflektierten Beleuchtungslichts möglich ist, oder Orten, die von der Komponente verdeckt sind und nicht überprüft werden können, und durch Anwendung des dritten Schritts auf diese Orte ist eine Abschätzung des Merkmals möglich. Somit ist es möglich, durch Ergänzung des Ergebnisses dieses Schätzverfahrens in den durch Bildverarbeitung erhaltenen Merkmalsdaten im vierten Schritt, die Präzision, mit welcher die Form der Lötstelle geprüft wird, zu erhöhen, so dass die Präzision der Inspektion gesteigert wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Kausalzusammenhangsinformationen erstellt werden können, indem mit einem statistischen Prozess unter Verwendung einer angemessenen Anzahl von Samples bzw. Stichproben ein Zusammenhang zwischen dem Zustand der einem Messprozess vor dem Lötprozess unterworfenen Stellen und dem Zustand der zu inspizierenden Lötstellen identifiziert wird. Je größer die Anzahl der Samples ist, desto zuverlässiger sind die Kausalzusammenhangsinformationen, und desto präziser wird die Schätzung im dritten Schritt. Die Kausalzusammenhangsinformationen können zum Beispiel als Tabelle gespeichert werden, die die im Messverfahren vor dem Reflow-Prozess gewonnenen Messwerte und Daten, die die Merkmale der im dritten Schritt der Schätzung unterworfenen Stellen anzeigen, miteinander in Beziehung setzt, oder auch als Funktion, die die Beziehung der beiden repräsentiert. Falls die Messwerte von mehreren Parametern verwendet werden, dann ist es auch möglich, als Kausalzusammenhangsinformationen ein Programm zu speichern, dass eine Regel definiert, mit der die Merkmalsdaten aus einer Kombination dieser Messwerte abgeleitet werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Inspektionsverfahrens wird als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess, eine Messung an der Lotpaste durchgeführt, die in einem Lotdruckprozess auf Kontaktflächen der Leiterplatte aufgedruckt wurde. Gemäß dieser Ausführungsform kann, auch in dem Fall, dass je nach Druckmenge oder Druckposition der Lotpaste Unterschiede in der Form des Lots nach dem Reflow auftreten, ein Merkmal an einem Ort, dessen Zustand im Bild nur schwer beurteilt werden kann, mit hoher Verlässlichkeit geschätzt werden, und beurteilt werden, ob die Lötstelle fehlerhaft ist oder nicht.
Bei dem Inspektionsverfahren werden, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Messverfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente, mit der die Leiterplatte in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera schwierig ist, anzeigen.
Bei dem Inspektionsverfahren ist es möglich, Merkmale an Orten, deren Zustand im Bild nur schwer zu beurteilen ist, nicht nur anhand des Druckzustands der Lotpaste sondern auch anhand des Bestückungszustands der Komponenten präzise zu schätzen. Zum Beispiel können somit unterschiedliche Schätzergebnisse ermöglicht werden, für den Fall dass die Position, Größe oder Höhe der Komponente sich unterscheidet, obwohl die Messwerte des Volumens der Lotpaste gleich sind.
Als Messverfahren an der auf die Kontaktflächen der Leiterplatte aufgedruckten Lotpaste kann wenigstens ein Parameter aus Volumen, Fläche, Höhe, Druckposition und Druckbereich der Lotpaste gemessen werden. Des Weiteren kann als Messverfahren an der Komponente, mit der die Leiterplatte bestückt ist, wenigstens ein Parameter aus Position, Größe, Position relativ zu den Kontaktflächen und Höhe der Komponente gemessen werden. (Die Größe der Komponente kann gemessen werden, da die Größe auch bei Komponenten gleicher Funktionalität je nach Hersteller variieren kann.)
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Inspektionsverfahrens wird im ersten Schritt, an einer Position der Lötstelle im Bild, die nahe der Komponente ist, ein Bereich extrahiert, an welchem Merkmalsdaten erhalten werden sollen, jedoch nicht erhalten werden können, und im dritten Schritt wird ein Merkmal dieses Bereichs abgeschätzt.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, die Form der Hohlkehle des Lots mit hoher Präzision zu überprüfen, indem Merkmale an Orten nahe einer Komponente, an denen ein für die Inspektion notwendiges Merkmal nicht im Bild erscheint, da die Neigung zu steil ist, geschätzt werden und mit diesem Schätzergebnis eine Ergänzung vorgenommen wird.
Ein erfindungsgemäßes Lötstelleninspektionsgerät ist zum Inspizieren des Zustands einer Lötstelle an einer Komponente auf einer Leiterplatte, die mehrere Prozesse zur Herstellung einer mit Komponenten bestückten Leiterplatte einschließlich eines Reflow-Prozesses durchlaufen hat, wobei mit einer auf eine Oberfläche der Leiterplatte gerichtete Kamera eine Bildaufnahme der Leiterplatte durchgeführt wird, und der Zustand der Lötstelle an der Komponente im erzeugten Bild inspiziert wird, wobei das Lötstelleninspektionsgerät ein Speichermittel, ein Bildverarbeitungsmittel, ein Messwerteingabemittel, ein Schätzmittel und ein Beurteilungsmittel wie im Folgenden beschrieben aufweist.
Im Speichermittel sind Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert, welche festgelegt sind anhand des Ergebnisses eines Verfahrens, in welchem, unter der Voraussetzung, dass in mindestens einem der vor dem Reflow-Prozess ausgeführten Prozesse, eine der Leiterplatte hinzugefügte Struktur vor dem Beginn des nächsten Prozesses gemessen wird, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem vor dem Reflow-Prozess durchgeführten Messverfahren an einem Ort der dieser Lötstelle entspricht erhalten wird.
Das Bildverarbeitungsmittel verarbeitet eine Bildregion, welche die zu inspizierende Lötstelle enthält, und erhält Merkmalsdaten, die die Form des Lots repräsentieren. Das Messwerteingabemittel ist zur Eingabe eines Messwerts aus einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht;
Das Schätzmittel schätzt das Merkmal an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes.
Das Beurteilungsmittel beurteilt die Fehlerhaftigkeit der Lötstelle, unter Ergänzung der mit dem Bildverarbeitungsmittel erhaltenen Merkmalsdaten durch das Ergebnis der Schätzung mit dem Schätzmittel.
Das Lötstelleninspektionsgerät ist dazu konfiguriert, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Mess-verfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente, mit der die Leiterplatte in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera schwierig ist, anzeigen.
Mit diesem Aufbau wird eine Inspektion mit hoher Präzision möglich, indem das oben beschriebene Inspektionsverfahren durchgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass die Messwerte gemäß dem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess zum Beispiel von dem Inspektionsgerät, das an dem Prozess vor dem Reflow-Prozess angeordnet ist, oder auch durch Kommunikation mit einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, die Inspektionsergebnisinformationen hält, die von diesem Inspektionsgerät ausgegeben wurden, erhalten werden können. Außerdem ist es möglich, Merkmale an Orten, deren Zustand im Bild nur schwer zu beurteilen ist, nicht nur anhand des Druckzustands der Lotpaste sondern auch anhand des Bestückungszustands der Komponenten präzise zu schätzen.
Gemäß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels umfasst dieses Lötstelleninspektionsgerät ferner eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der zu inspizierenden Leiterplatte mit Licht aus mehreren Richtungen, deren Einfallswinkel sich unterscheiden, und ein Bildaufnahmesteuerungsmittel zum Erzeugen eines Bildes für die Inspektion durch Betreiben der Kamera bei Beleuchtung mit der Beleuchtungsvorrichtung;
In diesem Ausführungsbeispiel sind ferner im Speichermittel Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert, die einen Kausalzusammenhang anzeigen zwischen einem Neigungswinkel an einem Ort an der zu inspizierenden Lötstelle, der in der Nähe der Komponente ist und der im Bild einen dunklen Bereich bildet, da keine Abbildung des reflektierten Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung erhalten wird, sowie einem Messwert, der in einem Messverfahren an der in einem Lotdruckprozess auf eine Kontaktfläche aufgedruckte Lotpaste erhalten wird. Das Bildverarbeitungsmittel extrahiert aus einer Bildregion, die die zu inspizierende Lötstelle enthält, für einzelne Richtungen des Beleuchtungslichts jeweils eine Region, in der eine Abbildung des reflektierten Lichts, das dem Beleuchtungslicht entspricht, erscheint, und extrahiert ferner einen dunklen Bereich, der in der Nähe der Komponente im Bild erzeugt wird. Das Schätzmittel schätzt einen Neigungswinkel an einem diesem dunklen Bereich entsprechenden Ort unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes. Das Beurteilungsmittel ergänzt im dunklen Bereich den mit dem Schätzmittel geschätzten Neigungswinkel, ordnet den Abbildungen des reflektierten Lichts, die dem jeweiligen Beleuchtungslicht aus den verschiedenen Richtungen entsprechen, Lotneigungswinkel zu, die aus den entsprechenden Einfallswinkeln des Beleuchtungslichts hergeleitet wurden, und beurteilt die Angemessenheit der Benetzung einer Hohlkehle an der Lötstelle unter Verwendung dieser Neigungswinkel.
Es sollte beachtet werden, dass die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise so aufgebaut ist, dass sie Licht verschiedener Farben gleichzeitig aus Richtungen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln abstrahlt. Ferner kann sie auch so aufgebaut sein, dass sie das Licht aus den einzelnen Richtungen der Reihe nach einschaltet.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, eine Bildaufnahme bei Beleuchtung mit Licht von mehreren Richtungen mit jeweils unterschiedlichen Neigungswinkel zu tätigen, den Abbildungen des an den Lötstellen im erzeugten Bild reflektierten Licht jeweils die Neigungswinkel, die aus den Einfallswinkeln des jeweils entsprechenden Beleuchtungslichts hergeleitet wurden, zuzuordnen, und beim Überprüfen der Form der Hohlkehle des Lots, kann auch der Neigungswinkel an einem Ort einer Komponente im Bild, der dunkel ist, präzise geschätzt werden. Somit kann durch Ergänzen der geschätzten Neigungswinkel die Form fast der gesamten Hohlkehle der Lötstelle überprüft werden, und die Höhe der Benetzung kann mit hoher Präzision beurteilt werden.
Ein Lötstelleninspektionsgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines streifenförmigen Musterbildes auf die zu inspizierende Leiterplatte, und ein Bildaufnahmesteuerungsmittel, welches die Projektionsvorrichtung veranlasst, das Musterbild zu projizieren während das Muster entlang der Aufreihung der Muster periodisch bewegt wird, und jeweils in zeitlicher Abstimmung mit den einzelnen Projektionen die Kamera auslöst.
In dieser Ausführungsform sind im Speichermittel Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert, die einen Kausalzusammenhang anzeigen zwischen einer Höhe an einem Ort an der zu inspizierenden Lötstelle, der in der Nähe der Komponente ist und an dem keine Abbildung des reflektierten Lichts des Musterbildes erhalten wird, sowie einem Messwert, der in einem Messverfahren an der in einem Lotdruckprozess auf eine Kontaktfläche aufgedruckte Lotpaste erhalten wird. Das Bildverarbeitungsmittel misst, unter Verwendung mehrerer Bilder, die mit Bildaufnahmen während der Projektion einer Periode von Musterbildern erzeugt wurden, für jedes Pixel in einer Bildregion, die die zu inspizierende Lötstelle enthält, anhand einer Phase einer Helligkeitsänderung des Pixels zwischen den Projektionen dieser einen Periode eine Höhe, die diesem Pixel entspricht. Ferner extrahiert das Bildverarbeitungsmittel anhand des Ergebnisses dieser Messung eine Pixelgruppe, die eine Höhe einer Hohlkehle des Lots repräsentiert, und extrahiert eine Pixelgruppe, die in der Nähe einer Komponente positioniert ist und an welcher keine Höhe gemessen werden konnte, da keine Helligkeitsänderung erfasst wurde. Das Schätzmittel schätzt die Höhe der Pixelgruppe, deren Höhe nicht gemessen werden konnte, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes.
Das Beurteilungsmittel ergänzt für die Pixelgruppe, deren Höhe nicht gemessen werden konnte, die mit dem Schätzmittel geschätzte Höhe, und beurteilt unter Verwendung der Werte der Höhen dieser Pixelgruppe sowie der Pixelgruppe, die die Höhe der Hohlkehle des Lots repräsentiert, die Angemessenheit der Benetzung der Hohlkehle an der Lötstelle.
In einer auf dem Phasenverschiebungsverfahren basierenden Prozedur projiziert das Lötstelleninspektionsgerät dieser Ausführungsform ein streifenförmiges Musterbild auf die Oberfläche der Lötstelle, wobei das Muster jedes Mal bewegt wird, macht eine Bildaufnahme bei jeder Projektion, und bestimmt die Höhendaten für jeden Punkt der Hohlkehle aus der Phase der Veränderung der Helligkeit auf Pixelebene. An Orten der Hohlkehle, die in der Nähe einer Komponente sind und deren Neigung steil ist, ist es schwierig, eine Abbildung des reflektierten Lichts des auf diesen Ort projizierten Musterbildes zu erzeugen, so dass die Gefahr besteht, dass die Höhe dort nicht gemessen werden kann. Allerdings kann mit dieser Ausführungsform die Höhe von Orten, deren Höhe nicht gemessen werden konnte, unter Verwendung von Messwerten, die in einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess erhalten wurden, geschätzt werden. Somit werden durch Ergänzung mit dem Schätzergebnis Höhendaten für die gesamte Hohlkehle der Lötstelle erhalten, und es wird möglich, den Zustand der Benetzung der Hohlkehle mit hoher Präzision zu beurteilen.
Ein erfindungsgemäßes System umfasst ein Inspektionsgerät, das am Reflow-Prozess angeordnet ist, der einer von mehreren Prozessen zur Herstellung einer mit Komponenten bestückten Leiterplatte ist, wobei das Inspektionsgerät zur Inspektion einer Leiterplatte nach einem Reflow-Prozess eingerichtet ist; ein Inspektionsgerät, das an mindestens einem Prozess vor dem Reflow-Prozess angeordnet ist, wobei das Inspektionsgerät zur Inspektion der Leiterplatte nach diesem Prozess eingerichtet ist; und eine Informationsverwaltungsvorrichtung, die über Kommunikation mit den Inspektionsgeräten Inspektionsergebnisinformationen lädt, und die Inspektionsergebnisinformationen jedes einzelnen Inspektionsgeräts für einzelne Leiterplatten separat und für einzelne zu inspizierende Stellen separat auslesbar verwaltet.
Das Inspektionsgerät für den Reflow-Prozess umfasst eine Kamera, die auf eine Oberfläche der zu inspizierenden Leiterplatte ausrichtbar ist, und ein Bildverarbeitungsmittel zum Verarbeiten einer Bildregion in einem von der Kamera erzeugten Bild, welche eine zu inspizierende Lötstelle enthält, und Erhalten von Merkmalsdaten, die die Form des Lots repräsentieren.
Die Informationsverwaltungsvorrichtung umfasst ein Speichermittel zum Speichern von Kausalzusammenhangsinformationen, welche festgelegt sind anhand des Ergebnisses eines Verfahrens, in welchem, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer mit dem Inspektionsgerät für den Reflow-Prozess zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem Messverfahren mit einem der Inspektionsgeräte vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird; ein Messwerteingabemittel zur Eingabe eines Messwerts aus einem Messverfahren mit dem Inspektionsgerät vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht; ein Schätzmittel zum Abschätzen des Merkmals an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes; und ein Sendemittel zum Senden des Ergebnisses der Schätzung mit dem Schätzmittel an das Inspektionsgerät für den Reflow-Prozess.
Das Inspektionsgerät für den Reflow-Prozess umfasst ferner ein Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle, unter Ergänzung der mit dem Bildverarbeitungsmittel erhaltenen Merkmalsdaten durch das von der Informationsverwaltungsvorrichtung gesendeten Ergebnis der Schätzung.
Das Lötstelleninspektionsgerät ist dazu konfiguriert, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Mess-verfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente, mit der die Leiterplatte in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera schwierig ist, anzeigen.
Mit dem so aufgebauten System kann eine sehr präzise Inspektion bei Verringerung der Prozessorlast des Lötstelleninspektionsgeräts durchgeführt werden, da das Verfahren zur Schätzung von Merkmalen an Orten der zu inspizierenden Lötstellen, deren Zustand nur schwer zu beurteilen ist, anhand von Messergebnissen an zu inspizierenden Lötstellen mit einem Inspektionsgerät vor dem Reflow-Prozess, von der Informationsverwaltungsvorrichtung übernommen wird. Des Weiteren kann das Schätzverfahren mit der Informationsverwaltungsvorrichtung noch vor dem Beginn der Inspektion mit dem Lötstelleninspektionsgerät durchgeführt werden, so dass die Zeit für die Lötstelleninspektion verkürzt werden kann.
Außerdem ist es möglich, Merkmale an Orten, deren Zustand im Bild nur schwer zu beurteilen ist, nicht nur anhand des Druckzustands der Lotpaste sondern auch anhand des Bestückungszustands der Komponenten präzise zu schätzen.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Präzision einer Inspektion an Lötstellen zu erhöhen, da Merkmale an Orten von zu inspizierenden Lötstellen, deren Zustand im Bild nur schwer zu beurteilen ist, anhand des Zustands der Lotpaste und des Zustands von Komponenten vor dem Reflow-Prozess geschätzt werden, und die durch Bildverarbeitung erhaltenen Merkmalsdaten mit durch das Schätzverfahren geschätzte Merkmalsdaten ergänzt werden, um die Fehlerhaftigkeit der Lötstelle zu beurteilen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches die Zuordnung des Aufbaus eines Leiterplatteninspektionssystems zu dem Gesamtaufbau einer Produktionslinie für mit Komponenten bzw. Bauteilen bestückte Leiterplatten zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Lötstelleninspektionsgeräts zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Lotdruckinspektionsgeräts zeigt;
4 ist ein Diagramm, welches den Informationsfluss zwischen den Vorrichtungen, die in die Lötstelleninspektion involviert sind, zeigt;
5 zeigt ein schematisches Diagramm des Aufbaus einer beispielhaften Schätztabelle sowie das Verhältnis der einzelnen Gruppen in dieser Tabelle;
6 ist ein Diagramm zu Erläuterung eines Verfahrens zur Messung der Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow;
7 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozedur zur Inspektion mit einem Lötstelleninspektionsgerät zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozedur zur Inspektion für den Fall, dass die drei-dimensionale Form der Lötstelle anhand eines Phasenverschiebungsverfahrens rekonstruiert wird, zeigt;
9 ist ein Diagramm, welches den Informationsfluss zwischen den Vorrichtungen für den Fall zeigt, dass das Schätzverfahren in der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung durchgeführt wird;
10 ist ein Diagramm, welches den Einfluss von Unterschieden in der Menge an Lotpaste auf die Form der Hohlkehle zeigt;
11 ist ein Diagramm, welches den Einfluss von Unterschieden in der Breite des Überstands der Kontaktfläche aufgrund der Bestückungsposition der Komponente auf die Form der Hohlkehle zeigt;
12 ist ein Diagramm, welches den Einfluss einer Unausgeglichenheit im Druck der Lotpaste auf die Form der Hohlkehle zeigt;
13 ist ein Diagramm, welches den Einfluss einer Unausgeglichenheit im Druck der Lotpaste auf die Form der Hohlkehle zeigt;

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Zuordnung des Aufbaus einer Ausführungsform eines Leiterplatteninspektionssystems zu dem Gesamtaufbau einer Produktionslinie für mit Komponenten bzw. Bauteilen bestückte Leiterplatten.
Die dargestellte Produktionslinie umfasst einen Lotdruckprozess, einen Komponentenbestückungsprozess, und einen Reflow-Prozess. Für den Lotdruckprozess sind eine Lotdruckvorrichtung 11 zum Auftragen von Lotpaste auf Kontaktflächen (Kontaktierungsinseln) auf einer Leiterplatte und ein Lotdruckinspektionsgerät 10 zum Inspizieren des Ergebnisses der Verarbeitung mit der Lotdruckvorrichtung 11 vorgesehen. Für den Komponentenbestückungsprozess sind ein Bestücker 21 zum Bestücken der Komponenten auf die mit Lot bedruckte Leiterplatte und ein Komponenteninspektionsgerät 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 Lötstelleninspektionsgerät 30 zum Inspizieren der Leiterplatte nach dem Reflow vorgesehen. Die Leiterplatte durchläuft die einzelnen Vorrichtungen der Reihe nach wie durch den dicken Pfeil in der Figur angedeutet und wird den jeweiligen Prozessen unterzogen, und somit wird eine mit Komponenten bestückte Leiterplatte gemäß vorbestimmter Spezifikationen fertiggestellt.
Die Inspektionsgeräte 10, 20, 30 der einzelnen Prozesse sind jeweils über eine LAN-Verbindung 100 miteinander verbunden. Diese LAN-Verbindung 100 ist ferner mit einer Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 und einer Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 verbunden. In der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 ist für jedes der Inspektionsgeräte 10, 20, 30 eine Datenbank angelegt, in der Inspektionsprogramme zum Durchführen von Inspektionen auf Basis von vorbestimmten Inspektionskriterien als Bibliotheksdaten für die einzelnen Typen von Komponenten zusammengefasst sind.
In der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 werden die von den jeweiligen Inspektionsgeräten 10, 20, 30 gesendeten Inspektionsergebnisse abgespeichert. Diese Inspektionsergebnisinformationen umfassen die Ergebnisse der Beurteilung der Qualität bzw. Fehlerhaftigkeit der inspizierten Stellen sowie die Ergebnisse der Messungen, die für diese Beurteilung durchgeführt wurden. Die Inspektionsergebnisinformationen sind so aufgebaut, dass sie für jedes der Inspektionsgeräte 10, 20, 30, wie auch für jede Leiterplatte oder jede einzelne der Komponenten auf der Leiterplatte separat ausgelesen werden können. Zum Beispiel ist es möglich, dass als hierarchische Informationen an oberster Stelle ein Identifikations-Code des Inspektionsgeräts, dann ein Identifikations-Code der Leiterplatte, ein Identifikations-Code der bestückten Komponente, ein Identifikations-Code des Inspektionsbereichs miteinander kombiniert werden.
Die Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 und die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 müssen nicht notwendigerweise als separate Geräte vorgesehen werden, und es ist auch möglich einen Computer mit den Funktionen der beiden Verwaltungsvorrichtungen 101 und 102 zu versehen. Andererseits ist es auch möglich, die Verwaltungsvorrichtungen 101 und 102 mit mehreren Computern aufzubauen.
Vor der Inspektion werden in die Inspektionsgeräte 10, 20, 30 Daten (z.B. CAD-Daten), die den Aufbau der zu inspizierenden Leiterplatte anzeigen, eingegeben, Bibliotheksdaten, die Komponententyp-Informationen zu den durch diese Eingabedaten angezeigten Komponenten entsprechen, werden von der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 geladen, und eine Prozedur zum Verknüpfen der Positionsinformationen der einzelnen Komponenten mit den Bibliotheksdaten wird durchgeführt. Somit wird die notwendige Umgebung für die Inspektion der zu inspizierenden Leiterplatten auf den Inspektionsgeräten 10, 20, 30 eingerichtet. Es sollte beachtet werden, dass der Inhalt der auf den Bibliotheksdaten basierenden Programme falls nötig durch eine entsprechende Benutzereingabe geändert werden kann.
2 zeigt den Aufbau des Lötstelleninspektionsgeräts 30.
Das Lötstelleninspektionsgerät 30 dieses Ausführungsbeispiels umfasst einen Steuer- und Verarbeitungsabschnitt 1, eine Kamera 2, eine Beleuchtungsvorrichtung 3, und einen Leiterplattentisch 4. Der Leiterplattentisch 4 kann die zu inspizierende Leiterplatte S in Richtungen entlang ihrer Kanten verschieben, während er die Leiterplatte S in waagerechter Lage hält. Die Kamera 2 erzeugt ein Farbbild und ist über dem Leiterplattentisch 4 angeordnet, und zwar in einem Zustand, in dem ihre optische Achse im Wesentlichen lotrecht (also auf die Vorderseite der Leiterplatte S auf dem Tisch 4 gerichtet) angeordnet ist. Das Beleuchtungsgerät 3 ist zwischen der Kamera 2 und dem Leiterplattentisch 4 angeordnet.
Die Beleuchtungsvorrichtung 3 umfasst ringförmige Lichtquellen 3R, 3G, 3B, die respektive rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht abstrahlen. Die Lichtquellen 3R, 3G, 3B sind derart angeordnet, dass ihre Mitte jeweils auf der optischen Achse der Kamera 2 positioniert ist. Die Lichtquellen 3R, 3G, 3B haben jeweils unterschiedlich große Durchmesser, wobei die rote Lichtquelle 3R mit dem kleinsten Durchmesser zuoberst angeordnet ist, die blaue Lichtquelle 3B mit dem größten Durchmesser zuunterst angeordnet ist, und die grüne Lichtquelle 3G dazwischen angeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, dadurch, dass sich der Einfallswinkelbereich auf der Leiterplatte S je nach Farbe unterscheidet, mit der Kamera 2 ein Bild zu erzeugen, in dem die Neigung der geneigten Flächen des Lots nach dem Reflow durch die Verteilungsmuster der drei Farben, die dem Licht der drei Farben entsprechen, repräsentiert werden. Genauer gesagt, zeigen rote Bereiche, die durch rotes Licht mit den kleinsten Einfallswinkeln unter den drei Farben erzeugt werden, eine sanfte Neigung an, wohingegen blaue Bereiche, die durch blaues Licht mit den größten Einfallswinkeln unter den drei Farben erzeugt werden, eine steile Neigung anzeigen. Weiterhin zeigen grüne Bereiche, die durch Beleuchtung mit grünem Licht im Bereich zwischen dem roten und dem blauen Licht erzeugt werden, einen Winkelbereich an, der zwischen den von den roten Bereichen und den blauen Bereichen angezeigten Winkelbereichen liegt.
Der Steuer- und Verarbeitungsabschnitt 1 umfasst einen Steuerabschnitt 110, einen Bildeingabeabschnitt 111, einen Bildaufnahmesteuerabschnitt 112, einen Beleuchtungssteuerabschnitt 113, einen Tischsteuerabschnitt 114, einen Speicher 115, eine Festplattenvorrichtung 116, eine Kommunikationsschnittstelle 117, einen Eingabeabschnitt 118, und einen Anzeigeabschnitt 119, die als Computer realisiert sein können. Der Steuerabschnitt 110 steuert über den Bildaufnahmesteuerabschnitt 112, den Beleuchtungssteuerabschnitt 113 und den Tischsteuerabschnitt 114 respektive den Betrieb der Kamera 2, der Beleuchtungsvorrichtung 3 und des Leiterplattentisches 4. Nachdem das von der Kamera 2 erzeugte Bild mit dem Bildeingabeabschnitt 111 digitalisiert worden ist, wird es in den Steuerabschnitt 110 eingegeben.
Im Speicher 115 sind die Programme für die oben genannte Steuerung gespeichert, und es werden auch temporär die verarbeiteten Bilddaten und Berechnungsergebnisse und dergleichen dort gespeichert. In der Festplattenvorrichtung 116 wird eine Gruppe von Inspektionsprogrammen basierend auf den von der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 bereitgestellten Bibliotheksdaten, sowie Messdaten und Inspektionsergebnisse, die durch die Inspektion erhalten wurden, und die für die Inspektion verwendeten Bilder und dergleichen gespeichert.
Die Kommunikationsschnittstelle 117 ist für die Kommunikation mit anderen Geräten und Vorrichtungen über die LAN-Verbindung 100 eingerichtet. Der Eingabeabschnitt 118 wird zur Eingabe von Bedienbefehlen für den Start und die Beendigung der Inspektion, sowie zur Eingabe verschiedener Einstelldaten verwendet. Der Anzeigeabschnitt 119 zeigt die Inspektionsergebnisse und die für die Inspektion verwendeten Bilder an.
Als nächstes wird anhand von 3 der Aufbau des Lotdruckinspektionsgeräts 10 erläutert. In 3 werden für Elemente, die solchen in 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen wie in 2 jedoch mit dem Zusatz „A“ verwendet.
Das Lotdruckinspektionsgerät 10 misst mit Hilfe des Prinzips der Phasenverschiebung die Höhe der Lotpaste, die auf die Kontaktflächen der Leiterplatte S aufgedruckt wurde, und umfasst neben einem Steuer- und Verarbeitungsabschnitt 1A, einer Kamera 2A, einer Beleuchtungsvorrichtung 3A und einem Leiterplattentisch 4A auch einen Projektor 5 zum Projizieren eines streifenförmigen Musterbildes auf die Leiterplatte. Die Beleuchtungsvorrichtung 3A dieses Inspektionsgeräts 10 ist mit einer ringförmigen Lichtquelle 3M aufgebaut, die weißes Licht abstrahlt. Der Steuer- und Verarbeitungsabschnitt 1A hat denselben Aufbau wie der Steuer- und Verarbeitungsabschnitt 1 des Lötstelleninspektionsgeräts 30, ist jedoch zusätzlich noch mit einem Projektorsteuerabschnitt 120A versehen.
Das Komponenteninspektionsgerät 20 hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie das Lötstelleninspektionsgerät 30, so dass von seiner Darstellung abgesehen wird. Allerdings kann im Komponenteninspektionsgerät 10 auch eine weiße Lichtquelle als Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung 3 vorgesehen werden.
Das Komponenteninspektionsgerät 20 erfasst im Bild der zu inspizierenden Leiterplatte S die Komponenten auf der Leiterplatte, misst z.B. die Position und Neigung der Komponenten, und beurteilt die Qualität der Bestückung der Komponenten anhand des Messergebnisses.
Als Komponenteninspektionsgerät 20 kann auch eine Vorrichtung mit demselben Aufbau wie das Lotdruckinspektionsgerät 10 in 3 verwendet werden. In diesem Fall kann zusätzlich zur Inspektion der Bestückungsposition und Orientierung der Komponenten auch die Höhe von Komponenten und Komponentenelektroden oder auch die Neigung von Komponenten gegenüber der Vertikalen inspiziert werden.
Von den drei Inspektionsgeräten 10, 20, 30 führen das Lotdruckinspektionsgerät 10 und das Komponenteninspektionsgerät 20 die Inspektionen für nicht abschließende Prozesse durch. Allerdings gibt es Fälle, in denen selbst wenn diese einen Fehler bzw. Mangel erkannt haben, die Qualität durch die Verarbeitung in einem nachfolgenden Prozess verbessert werden kann. Folglich ist in der Praxis häufig vorgesehen, dass Leiterplatten, die vom Lotdruckinspektionsgerät 10 oder dem Komponenteninspektionsgerät 20 als fehlerhaft bzw. defekt beurteilt wurden, nicht von der Produktionslinie entfernt werden sondern den nachfolgenden Prozessen zugeführt werden.
Andererseits ist es beim Lötstelleninspektionsgerät 30, welches im abschließenden Reflow-Prozess angeordnet ist, notwendig, eine Beurteilung durchzuführen, die so streng ist, dass keine Fehler bzw. Defekte übersehen werden. Mit der Anordnung des optischen Systems des Lötstelleninspektionsgeräts 30 in 2 werden geneigte Flächen, die steiler sind als der Neigungswinkelbereich, der durch das blaue Licht mit dem größten Einfallwinkel repräsentiert wird, als dunkle Bereiche dargestellt, da bei ihnen keine Abbildung von Reflektionslicht, welches den Neigungswinkel anzeigt, erreicht werden kann, und es ist schwierig, die gesamte Form der Hohlkehle des Lots nach dem Reflow zu überprüfen. Insbesondere bei Komponenten, bei denen große dunkle Bereiche in der Nähe der Komponente vorhanden sind oder auch bei Komponenten, bei denen fast keine Farbverteilung an der Lötstelle auftritt, da die Hohlkehle kurz ist und ihre Neigung steil, können Komponenten, deren Lotzustand tatsächlich gut ist, in einer Beurteilung, die nur auf dem Ergebnis der Bildverarbeitung beruht, nur als fehlerhaft beurteilt werden.
Um dem zu begegnen wird in diesem Ausführungsbeispiel bei der Inspektion mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 das Ergebnis der Messverfahren, die mit den anderen Inspektionsgeräten 10, 20 an den zu inspizierenden Lötstellen entsprechenden Orten durchgeführt wurden, eingegeben, und der Neigungswinkel der dunklen Bereiche der Lötstellen wird auf Basis dieser Messwerte abgeschätzt. Für dieses Abschätzungsverfahren ist im Speicher 115 des Lotdruckinspektionsgeräts 30 oder in der Festplattenvorrichtung 116 im Vorhinein eine Schätztabelle gespeichert, die unter der Verwendung mehrerer Samples bzw. Stichproben im Voraus für jeden Komponententyp hergeleitet wurde. Diese Schätztabelle ist in den oben erwähnten Bibliotheksdaten für jeden Komponententyp enthalten, und wird von der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 bereitgestellt.
4 zeigt das Verhältnis und den Informationsfluss zwischen den Vorrichtungen, die in die Lötstelleninspektion involviert sind, am Beispiel des Falles, dass das Schätzverfahren unter Verwendung der Messergebnisse des Lotdruckinspektionsgeräts durchgeführt wird. In diesem Beispiel sind außer dem Lötstelleninspektionsgerät 30 und dem Lotdruckinspektionsgerät 10 auch noch die Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 und die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 an der Lötstelleninspektion beteiligt.
Die Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 stellt den Inspektionsgeräten 10 und 30 die Inspektionsprogramme für ihre Gerätetypen bereit. Diese Inspektionsprogramme sind für jeden Komponententyp auf Basis von Inspektionskriterien der zu diesem Komponententyp gehörigen Komponenten erstellt, und sind als Bibliotheksdaten in der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 gespeichert. Genauer gesagt wird in diesem Beispiel dem Lotdruckinspektionsgerät 10 ein Inspektionsprogramm für die Inspektion der auf den Kontaktflächen aufgedruckten Lotpaste bereitgestellt (4 - (a)), und dem Lötstelleninspektionsgerät 30 wird ein Inspektionsprogramm für die Inspektion der Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow an den Lötstellen bereitgestellt (4 - (b)). Ferner wird dem Lötstelleninspektionsgerät 30 eine Schätztabelle bereitgestellt, die für das Schätzverfahren bei der Messung der Benetzungshöhe verwendet wird (4 - (c)).
Auf Basis des bereitgestellten Inspektionsprogramms misst das Lotdruckinspektionsgerät 10 das Volumen der auf die einzelnen Kontaktflächen der zu inspizierenden Leiterplatte S aufgedruckten Lotpaste, und beurteilt, ob der Messwert einen Fehler bzw. Mangel anzeigt oder nicht. Danach werden Inspektionsergebnisinformationen, die die Messwerte für die einzelnen Kontaktflächen enthalten, an die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 gesendet (4 - (d)). Die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 sammelt diese Inspektionsergebnisinformationen in einer Form, dass sie für die Leiterplatten separat und die Komponenten separat ausgelesen werden können.
Auch das Lötstelleninspektionsgerät 30 misst auf Basis des bereitgestellten Inspektionsprogramms an jeder Kontaktfläche der zu inspizierenden Leiterplatte S die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow, beurteilt, ob die Messwerte einen Fehler anzeigen oder nicht, und sendet Inspektionsergebnisinformationen, die die Messwerte enthalten, an die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 (4 - (e)). Allerdings werden bei dem Messverfahren mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 aus den verarbeiteten Bildern nicht nur die roten, grünen und blauen Bereiche und die Komponenten erfasst, sondern es werden auch dunkle Bereiche in der Nähe der Komponenten erfasst, und der Neigungswinkel an den Orten, die diesen dunklen Bereichen entsprechen wird abgeschätzt. Dann wird das Schätzergebnis für die dunklen Bereiche ergänzt, die aus den Einfallswinkeln des farbigen Lichts hergeleiteten Neigungswinkel werden jeweils den einzelnen farbigen Bereichen zugeordnet, und aus dem Verhältnis zwischen der Verteilung der einzelnen Bereiche, einschließlich der dunklen Bereiche, und den diesen Bereichen entsprechenden Neigungswinkeln, wird die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow gemessen.
Für das Schätzverfahren am dunklen Bereich wird auf die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 zugegriffen, und das Volumen der Lotpaste, die bestimmt wurde, als das Lotdruckinspektionsgerät 10 die Kontaktflächen inspiziert hat, die den verarbeiteten Lötstellen der inspizierten Leiterplatte S entsprechen, wird eingelesen (4 - (D). Ferner wird nach der Bestimmung der Breite des Überstands der Kontaktfläche (Entfernung vom Rand der Komponente bis zum äußeren Rand der Kontaktfläche; wird im Folgenden als „Breite des Überstands der Kontaktfläche“ bezeichnet) anhand des Ergebnisses der Erfassung der Komponente und Kontaktfläche mit derselben Vorrichtung der Neigungswinkel an dem Ort, der diesem dunklen Bereich entspricht, abgeschätzt, indem die Breite des Überstands der Kontaktfläche sowie das mit der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 erhaltene Volumen der Lotpaste in der Schätztabelle nachgeschlagen bzw. referenziert wird.
5(1) ist ein schematisches Diagramm, welches einen Aufbau der im Lötstelleninspektionsgerät 30 gespeicherten Schätztabelle zeigt. Diese Schätztabelle ist für jeden Komponententyp durch ein statistisches Verfahren unter Verwendung einer angemessenen Anzahl von Samples bzw. Stichproben erstellt, und zusammen mit dem Inspektionsprogramm in den Bibliotheksdaten abgespeichert. In der Schätztabelle im Beispiel von 5(1) sind die Hohlkehlen, bei denen die geneigte Fläche in der Nähe der Komponente steiler ist als die dem blauen Bereich entsprechende Winkelspanne, mit ihren jeweiligen Neigungswinkeln nahe der Komponente in die fünf Gruppen g1 bis g5 eingeteilt, und für jede dieser Gruppen g1 bis g5 ist die Verteilung der Kombination von Volumen der Lotpaste und Breite des Überstands der Kontaktfläche bei den Samples, die zu dieser Gruppe gehören, dargestellt. Mit anderen Worten, durch Nachschlagen dieser Schätztabelle mit der Kombination der Werte des Volumens der Lotpaste und der Breite des Überstands der Kontaktfläche kann erkannt werden, zu welcher der Gruppen g1 bis g5 der Neigungswinkel der mit dieser Kombination erzeugten Hohlkehle in der Nähe der Komponente gehört.
Wie in 5(2) dargestellt, gehören zu diesen Gruppen g1 bis g5 jeweils Winkelbereiche vorbestimmter Breite, wobei die Winkel, die zur Gruppe g1 gehören am größten sind, und die Winkel der Gruppen g2, g3, g4 und g5 darunter der Reihe nach kleiner werden.
Die Samples, die für das Erstellen der Schätztabelle verwendet werden basieren auf Daten von tatsächlichen Leiterplatten, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel ist auch möglich, die Formen von Hohlkehlen, die mit verschiedenen Lotpastenvolumen erhalten werden, mit Hilfe von Fluss-Simulationen zu bestimmen, und durch Messung der Neigungswinkel der Hohlkehlen in dem Bereich des Bildes, der dunkel werden kann, eine große Anzahl von Samples zu erzeugen.
Als nächstes werden die von den Inspektionsgeräten 10 und 30 mit den in 4 dargestellten Inspektionsprogrammen durchgeführten Inspektionen im Detail erläutert.
Zunächst wird bei der Inspektion mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 das Volumen der Lotpaste berechnet, indem das Lotdruckinspektionsgerät 10 ein Verfahren anhand einer 3D-Messung basierend auf dem Prinzip der Phasenverschiebung durchführt. In der 3D-Messung wird ein streifenförmiges Musterbild vom Projektor 5 auf die Leiterplatte S projiziert, wobei die Steifen sukzessive jeweils um einen bestimmten Betrag verschoben werden und eine Mehrzahl von Projektionen einen Zyklus bildet, und es werden mit der Kamera 2A Bildaufnahmen der einzelnen Projektionen in zeitlicher Abstimmung mit den Projektionen gemacht. Wenn die Projektionen und Bildaufnahmen für einen Zyklus abgeschlossen sind, dann wird für jedes einzelne Pixel im Inspektionsbereich (wird für jede Kontaktfläche einzeln eingestellt) in den mit den einzelnen Bildaufnahmen erhaltenen Bildern die Veränderung der Helligkeit in den einzelnen Bildaufnahmen erfasst, und unter der Annahme, dass diese Veränderung die Sinuskurve einer Periode bildet, wird die Phase dieser Sinuskurve bestimmt. Ferner wird eine Dreieckmessung basierend auf dem Verhältnis zwischen der für das jeweils verarbeitete Pixel berechneten Phase und einer vorbestimmten Referenzebene (z.B. einer Ebene deren Höhe der Leiterplatte entspricht) oder der Kamera und der Projektionsebene des Musterbildes vorgenommen, und die Entfernung von der Referenzebene bis zu einem Punkt, der dem verarbeiteten Pixel entspricht, wird berechnet. Diese Entfernung zeigt die Höhe des Punkts, der dem verarbeiteten Pixel entspricht, an.
Zusätzlich zu dieser Verarbeitung erfolgt mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 eine Bildaufnahme unter weißer Beleuchtung mit dem Beleuchtungsabschnitt 3, und die Farbe der Lotpaste wird aus dem Inspektionsbereich im erzeugten Bild erfasst. Dann wird durch Integration der berechneten Höhendaten für die Pixel, bei denen die Farbe des Lots erfasst wurde, das Volumen der Lotpaste bestimmt.
Wenn das Volumen der Lotpaste durch dieses Verfahren berechnet ist, dann erfolgt mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 durch Vergleich dieses Volumens mit einem für jeden Inspektionsbereich gespeicherten Referenzwert eine Einteilung in die drei Klassen „normal“, „zu viel Lot“ und „zu wenig Lot.“ Allerdings werden auch Leiterplatten mit Lotpaste, die als „zu viel Lot“ oder „zu wenig Lot“ beurteilt wurde, einem nachfolgenden Prozess zugeführt.
Als nächstes wird ein Messverfahren zur Inspektion mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 erläutert.
Mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 dieses Ausführungsbeispiels wird rotes, grünes und blaues Licht aus Richtungen mit verschiedenen Einfallswinkeln auf die Leiterplatte S gerichtet, so dass mit dem Anteil des regulär (also durch Spiegelreflexion) reflektierten und auf die geneigten Flächen des Lots nach dem Reflow gerichteten Lichts verschiedener Farben, der in die Kamera 2 fällt, ein Bild erzeugt werden kann, welches den Zustand der Neigung des Lots nach dem Reflow anhand eines Verteilungsmusters der Farben rot, grün und blau repräsentiert. Die verschiedenen Farbbereiche im Bild repräsentieren dabei Neigungswinkel, die im Wesentlichen gleich den Einfallwinkeln des entsprechenden Beleuchtungslichts sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow mit dem in 6 gezeigten Verfahren gemessen, und zwar unter Verwendung des Verhältnisses zwischen den verschiedenen farbigen Bereichen und ihren Neigungswinkelspannen sowie dem Neigungswinkel, der für die dunklen Bereiche geschätzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Spanne der Neigungswinkel, die durch rote Bereiche angezeigt wird, als 8 - 15 Grad angenommen, die Spanne der Neigungswinkel, die durch grüne Bereiche angezeigt wird, wird als 15 - 25 Grad angenommen, und die Spanne der Neigungswinkel, die durch blaue Bereiche angezeigt wird, wird als 25 - 38 Grad angenommen,
6 zeigt am Beispiel einer Chipkomponente 200 in der oberen Hälfte ein schematisches Diagramm einer Hohlkehle 202 von Lot nach dem Reflow, das eine Elektrode 201 der Chipkomponente 200 mit einer Kontaktfläche 203 verbindet, und in der unteren Hälfte ein schematisches Diagramm des Bildes, das durch Bildaufnahme bzw. Ablichtung dieser Hohlkehle 202 erhalten wird. Im schematischen Diagramm dieses Bildes werden die verschiedenen farbigen Bereiche jeweils mit verschiedenen Schattierungen dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Bildbereich mit der gesamten Komponente 200 als Inspektionsbereich (nicht näher dargestellt) für die Komponente festgelegt, um die Komponente 200 zu erfassen, und es wird für jede Kontaktfläche 203 ein Inspektionsbereich F eingestellt, und dann werden der rote Bereich grüne Bereich und blaue Bereich in dem Inspektionsbereich F erfasst. Im Bild einer Hohlkehle mit der in 6 gezeigten Form sind die Farben in der Regel in der Reihenfolge rot - grün - blau von einem Ort nahe dem äußeren Rand der Kontaktfläche 202 im Bild bis zur Komponentenelektrode 201 verteilt. An Stellen nahe der Komponente 200 treten zuweilen auch dunkle Bereiche auf, die steil geneigte Flächen repräsentieren, die jenseits des Bereichs liegen, der von dem blauen Bereich angezeigt werden kann.
Unter Verwendung der Merkmale dieses Bildes wird in diesem Ausführungsbeispiel die Richtung, in der die vier Farbbereiche einschließlich des dunklen Bereichs im Inspektionsbereich F verteilt sind, ermittelt, und eine Messlinie L wird entlang dieser Richtung gesetzt. Auf dieser Messlinie L werden dann die Punkte A2, A3, A4 an den Grenzen zwischen den einzelnen Farbbereichen sowie der Kreuzungspunkt A1 mit der äußeren Kante des roten Bereichs extrahiert bzw. ermittelt. Anhand des für die Komponente erfassten Ergebnisses wird ferner der Kreuzungspunkt A5 (Randpunkt des dunklen Bereichs) zwischen der Messlinie L und dem Rand der Komponentenelektrode 201 extrahiert.
Allen extrahierten Punkten außer dem Punkt A5 wird der dem jeweiligen Punkt entsprechende Neigungswinkel zugeordnet. Zwar unterliegen die von den einzelnen Farbbereichen angezeigten Neigungswinkel jeweils einer gewissen Ungenauigkeit, allerdings kann angenommen werden, dass die Grenzpositionen zwischen benachbarten Farbbereichen jeweils einen Winkel anzeigen, der in der Nähe des Grenzwertes des von dem jeweiligen Farbbereich angezeigten Neigungswinkelbereichs liegt. Anhand der zuvor beispielhaft angegebenen Neigungswinkelbereiche werden daher in diesem Ausführungsbeispiel dem Punkt A1 ein Winkel von 8 Grad, dem Punkt A2 ein Winkel von 15 Grad, dem Punkt A3 ein Winkel von 25 Grad, und dem Punkt A4 ein Winkel von 38 Grad zugeordnet.
Des Weiteren wird in diesem Ausführungsbeispiel die Entfernung von Punkt A5 bis zum äußeren Rand der Kontaktfläche als Breite des Überstands der Kontaktfläche bestimmt. Danach wird die Kombination aus dem Messwert der Breite des Überstands der Kontaktfläche und dem zuvor aus der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 eingelesenen Volumen der Lotpaste (der Wert, der mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 an der Kontaktfläche gemessen wurde, die der gegenwärtig verarbeiteten Lötstelle entspricht) in der in 5(1) gezeigten Schätztabelle nachgeschlagen, und der Winkel θx, der dieser Kombination entspricht, wird bestimmt (zum Beispiel wird der mittlere Wert des Winkelbereichs in der Gruppe, die der Kombination aus Lotpastenvolumen und Breite des Überstands der Kontaktfläche entspricht, oder auch der untere Grenzwert des Winkelbereichs als Winkel θx angenommen). Danach wird dem Punkt A5 dieser Winkel θx zugeordnet.
Danach wird, wie im Graphen auf der rechten Seite in 6 gezeigt, aus dem Verhältnis der Koordinaten der Punkte A1 bis A5 und der den Punkten A1 bis A5 zugeordneten Winkel eine Näherungskurve M hergeleitet, die die Änderung des Neigungswinkels entlang der Messlinie L anzeigt. Ferner kann durch Integration über alle Punkte im Bereich von Punkt A1 bis Punkt A5 dieser Näherungskurve M die Höhe des Lots am Punkt A5 berechnet werden, und als Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow angenommen werden.
Die von den einzelnen Farbbereichen angezeigten Neigungswinkel haben jeweils eine vorbestimmte Spanne, allerdings können an den Grenzpositionen zwischen den Farbbereichen Neigungswinkel mit hoher Verlässlichkeit erhalten werden, so dass angenommen werden kann, dass die aus dem Verhältnis zwischen den Koordinaten der Punkte A1 bis A4 und den Neigungswinkeln bestimmte Näherungskurve die Änderung der Neigung entlang der Messlinie in angemessener Weise ausdrückt. Ferner können für den dunklen Bereich, dessen Neigung nicht gemessen werden kann, der ungefähre Neigungswinkel geschätzt werden, indem in einer mit Sampledaten erstellte Schätztabelle tatsächlich gemessene Daten des Volumens der Lotpaste und der Breite des Überstands der Kontaktflächen nachgeschlagen werden, so dass durch Ergänzung dieses Schätzergebnisses die Höhe der Benetzung der gesamten Hohlkehle bestimmt werden kann.
Auch falls Schwankungen in der Form der Hohlkehle an derselben Stelle von Leiterplatten desselben Typs auftreten, die darin begründet sind, dass das Volumen der Lotpaste vor dem Reflow-Prozess und die Breite des Überstands der Kontaktfläche Schwankungen unterliegt, dann ist es somit möglich, die Messunterschiede bzw. Messfehler an den jeweiligen Hohlkehlen im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zu verringern.
Es gibt auch Fälle, in denen je nach Komponente die Hohlkehlen nach dem Reflow kurz und steil sind, und im Bild fast keine roten oder grünen Bereiche auftreten. Auch in solchen Fällen kann dieselbe Messprozedur wie oben beschrieben durchgeführt werden, unter Verwendung der Neigungswinkelspanne für die blauen Bereiche und den für die dunklen Bereiche geschätzten Neigungswinkel.
Ferner ist der anhand der Schätztabelle geschätzte Neigungswinkel nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern es ist auch möglich, mehrere Winkel herzuleiten und das oben beschriebene Messverfahren für jeden dieser Winkel durchzuführen. Zum Beispiel ist es möglich, dass die oben beschrieben Messung durchgeführt wird unter Verwendung der Winkel an der oberen Grenze und der Winkel an der unteren Grenze des Winkelbereichs, der von der Gruppe angezeigt wird, die der Kombination aus Lotpastenvolumen und Breite des Überstands der Kontaktfläche entspricht, und somit ein numerischer Bereich von Werten bestimmt wird, die die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow annehmen kann.
Ferner wird mit dem oben beschriebenen Lötstelleninspektionsgerät 30 eine Bildaufnahme gemacht bei gleichzeitiger Beleuchtung mit rotem, grünen und blauen Licht aus unterschiedlichen Einfallswinkeln, die farbigen Bereiche werden aus dem erzeugten Bild extrahiert, und die in 6 dargestellte Berechnung wird durchgeführt, es besteht jedoch keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, ein Inspektionsgerät zu verwenden, bei dem die Lichtquellen der jeweiligen Richtungen der Reihe nach eingeschaltet werden, und bei jedem Einschalten eine Bildaufnahme gemacht wird. In diesem Fall werden Bereiche mit hoher Helligkeit aus den Lötstellen in den durch die einzelnen Bildaufnahmen erzeugten Bildern extrahiert, und dasselbe Verfahren wie in 6 wird auf Basis des Verhältnisses dieser Bereiche durchgeführt.
Ferner wurde oben ein Beispiel beschrieben, in welchem das mit dem Lotdruckinspektionsgerät 10 bestimmte Volumen der Lotpaste für das Schätzverfahren verwendet wird, allerdings ist der Messparameter des vorherigen Prozesses, der für die Schätzung verwendet wird, nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, dass ein Schätzverfahren durchgeführt wird, bei welchem die Phasenposition oder der Druckbereich der Lotpaste an der Kontaktfläche, oder der Durchschnittswert der Höhe der Lotpaste verwendet wird.
Ferner wurde in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Breite des Überstands der Kontaktflächen mit dem Lotdruckgerät 30 gemessen, es ist jedoch auch möglich, die Breite des Überstands der Kontaktflächen unter Verwendung des Ergebnisses des Messverfahrens mit dem Komponenteninspektionsgerät 20 zu bestimmen. Zum Beispiel ist es möglich, bei Komponenten, bei denen die Möglichkeit besteht, dass die Benetzung mit Lot bis zum oberen Teil der Komponentenelektrode reicht, die Breite des Überstands der Kontaktfläche anhand des Zustands der Komponente vor dem Reflow-Prozess zu bestimmen.
Falls als Komponenteninspektionsgerät 20 ein Inspektionsgerät verwendet wird, welches die Funktionalität einer 3D-Messung aufweist, dann ist es ferner möglich, ein Schätzverfahren unter Verwendung der Höhe der Komponente oder Komponentenelektrode durchzuführen. Zum Beispiel ist es möglich, anhand des Lotpastenvolumens oder der Höhe der Komponentenelektrode, die Menge an Lotpaste zu schätzen, die im Reflow-Prozess zwischen die Komponentenelektrode und die Kontaktfläche geflossen ist, und anhand des Schätzergebnisses den Messwert der Benetzungshöhe zu korrigieren.
7 zeigt schematisch die oben beschriebene Prozedur zur Lötstelleninspektion. Es sollte beachtet werden, dass um die Erläuterungen einfach zu halten, nur das Verfahren für bzw. mit einer Leiterplatte erläutert wird, und angenommen wird, dass diese Leiterplatte genau einer Bildaufnahme unterzogen wird und genau eine Lötstelle an jeder Komponente abgearbeitet wird. Des Weiteren wird bei der Lötstelleninspektion die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow mit dem in 6 dargestellten Verfahren gemessen, wobei die Messparameter der anderen Prozesse, die für die Schätzung des Winkels θx für den dunklen Bereich verwendet werden, nicht auf das Volumen der Lotpaste beschränkt sind, sondern Messparameter beliebiger Art verwendet werden können.
Zunächst wird die zu inspizierende Leiterplatte einer Bildaufnahme unterzogen (Schritt S1), und die unten erläuterte Schleife LP1 wird für jede Komponente durchgeführt. Als nächstes wird die Verarbeitung mit dieser Schleife LP1 erläutert.
In Schritt S2 wird, basierend auf den gespeicherten Einstelldaten, in einer Region im Bild, die die zu inspizierende Komponente und die entsprechende Kontaktfläche umfasst, ein Bereich für die Erfassung festgelegt, und die Kontaktfläche und Komponente in diesem Bereich werden erfasst. Die Erfassung der Kontaktfläche wird mit einem Verfahren durchgeführt, bei dem eine Pixelgruppe großer Helligkeit extrahiert wird, und die Erfassung der Komponente wird mit einem Verfahren durchgeführt, bei dem die für die Komponente gespeicherte Farbe extrahiert wird.
Als nächstes wird in Schritt S3 anhand des Erfassungsergebnisses von Schritt S2, in einer Region, die die Kontaktfläche und eine Komponentenelektrode umfasst, ein Inspektionsbereich F wie in 6 gezeigt festgelegt, und die Breite des Überstands der Kontaktfläche wird gemessen. In Schritt S4 werden die farbigen Bereiche und der dunkle Bereich im Inspektionsbereich F erfasst.
In Schritt S5 wird anhand des Ergebnisses der Erfassung der einzelnen Bereiche eine Messlinie L festgelegt, und die Koordinaten der Randpunkte (die Punkte A2, A3, A4) zwischen den einzelnen Bereichen auf dieser Linie sowie der Randpunkte (die Punkte A1, A5) der Bereiche auf beiden Seiten werden gemessen. Falls die erfassten farbigen Bereiche klein sind, dann können die zu messenden Punkte auch entsprechend angepasst werden.
In Schritt S6 wird auf die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 zugegriffen, und die mit den anderen Inspektionsgeräten 10, 20 bestimmten Messdaten für den der abgearbeiteten Komponente entsprechenden Ort (also die Messwerte der für das Schätzverfahren verwendeten Parameter) werden eingelesen. In Schritt S7 wird der Neigungswinkel θx für den dunklen Bereich unter Verwendung der in Schritt S6 eingelesenen Messdaten abgeschätzt.
In Schritt S8 wird die in 6 gezeigte Kurve M bestimmt, wobei den in Schritt S5 gemessenen Koordinaten entsprechende Neigungswinkel zugeordnet werden, und ferner wird die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow durch Integration dieser Kurve berechnet. In Schritt S9 wird durch Vergleich dieser Höhe mit einem Beurteilungsreferenzwert beurteilt, ob die Lötstelle fehlerfrei oder fehlerhaft ist.
Die oben beschriebene Schleife LP1 wird für jede zu inspizierende Komponente durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass in der Praxis fast alle Komponenten mehrere Lötstellen aufweisen, so dass die Schleife LP1 jeweils für die Anzahl der Lötstellen ausgeführt wird.
Wenn das Verfahren für alle Komponenten abgeschlossen ist, dann werden die Beurteilungsergebnisses aggregiert, es wird beurteilt, ob die gesamte Leiterplatte fehlerhaft oder fehlerfrei ist, und Informationen zum Inspektionsergebnis werden an die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 ausgegeben. Diese Informationen zum Inspektionsergebnis können neben dem insgesamten Beurteilungsergebnis auch das Beurteilungsergebnis oder Messergebnis jedes Durchlaufs der Schleife LP1 umfassen.
Bei der Inspektion des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels wurde die Höhe der Benetzung bestimmt, um den Zustand der Benetzung mit Lot nach dem Reflow zu beurteilen. Es besteht jedoch keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, die in 6 gezeigte Kurve M anhand eines vorbestimmten Beurteilungskriteriums zu analysieren, um zu bestimmen, ob der Verlauf der Neigung der Hohlkehle angemessen ist oder nicht.
Der Aufbau des Lötstelleninspektionsgeräts 30 ist nicht auf die gezeigte beschränkt, und es ist auch möglich, ein Inspektionsgerät mit demselben Aufbau wie das in 3 gezeigte Lotdruckinspektionsgerät 10 zu verwenden. In diesem Fall werden bei der Lötstelleninspektion nach dem Prinzip der Phasenverschiebung die Daten zur Höhe der einzelnen Punkte des Lots nach dem Reflow bestimmt, und danach durch Korrelation der Koordinaten der einzelnen Pixel mit den Höhendaten die drei-dimensionale Form des Lots nach dem Reflow rekonstruiert, woraufhin die Fehlerhaftigkeit bzw. Qualität beurteilt werden kann. Allerdings besteht auch bei einem Inspektionsgerät diesen Aufbaus das Problem, dass das Streifenmuster aus einer schrägen Richtung auf die Leiterplatte projiziert wird, so dass an Stellen, an denen die Hohlkehlen des Lots nach dem Reflow steil geneigt sind, das Reflektionslicht dieses Projektionsmusters die Kamera 2A nicht erreichen kann, so dass die Höhendaten nicht berechnet werden können.
In Anbetracht dieses Aspekts wird in dem Ausführungsbeispiel in 8, für den Fall, dass bei der Lötstelleninspektion ein auf Phasenverschiebung beruhendes Inspektionsgerät verwendet wird, an Orten in der Nähe der Komponente, an denen eine Höhenmessung nicht möglich ist, da keine Abbildung des Reflektionslichts des Projektionsmusters erhalten werden kann, die Höhe anhand von Messdaten, die mit dem Inspektionsgerät eines anderen Prozesses erhalten wurden, geschätzt.
Im Folgenden wird anhand von 8 die Prozedur zur Inspektion gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert. Es sollte beachtet werden, dass auch in diesem Beispiel, wie auch im Beispiel von 7, die Prozedur nur für eine Leiterplatte dargestellt ist, und auch die Zahl der Lötstellen in den Komponenten auf eine Lötstelle beschränkt ist.
In Schritt S21 werden Bilder für die drei-dimensionale Messung erzeugt, indem mehrere Male ein streifenförmiges Muster projiziert und aufgenommen wird. Im darauffolgenden Schritt S22 wird ein Bild für die optische Messung der äußeren Erscheinung erzeugt, indem eine Bildaufnahme durchgeführt wird unter Beleuchtung mit weißem Licht durch die Beleuchtungsvorrichtung 2A.
Danach wird die Schleife LP2 für jede der zu inspizierenden Komponenten ausgeführt.
Im ersten Schritt S23 der Schleife LP2 werden zunächst unter Verwendung des im Schritt S2 erhaltenen Bilds für die optische Messung der äußeren Erscheinung die Kontaktflächen und Komponenten erfasst. Das Verfahren für die Erfassung ist im Wesentlichen dasselbe wie in Schritt S2 in 7, so dass auf die Erläuterung weiterer Details verzichtet wird.
Als nächstes wird in Schritt S24 der Inspektionsbereich auf eine Region festgelegt, die einen Teil der in Schritt S23 erfassten Kontaktflächen und Komponenten umfasst. Die Kamera 2A ist dieselbe, so dass dieser Inspektionsbereich auch auf die Bilder für die drei-dimensionalen Messung angewendet werden kann.
Somit wird im darauffolgenden Schritt S25 dieser Inspektionsbereich auf die Bilder für die drei-dimensionalen Messung angewendet, und für jedes Pixel in diesem Bereich wird eine drei-dimensionale Messung mit dem Phasenverschiebungsverfahren durchgeführt und die Höhendaten werden berechnet. Dieses Verfahren ist dasselbe wie für das Bestimmen der Höhe der Lotpaste mit dem Lotpasteninspektionsgerät 10, so dass auf die Erläuterung weiterer Details verzichtet wird.
Im folgenden Schritt S26 wird die Region der in Schritt S23 erfassten Kontaktflächen und Komponenten mit dem Ergebnis der drei-dimensionalen Messung verglichen, und somit eine Pixelgruppe mit Höhendaten, die der Komponente entsprechen, und eine Pixelgruppe mit Höhendaten, die dem Lot nach dem Reflow entsprechen, identifiziert.
In Schritt 27 wird eine Pixelgruppe extrahiert, die in der Nähe der Komponente ist und deren Höhendaten nicht berechnet werden konnten, da die Phasenänderung ihrer Helligkeit nicht erfasst werden konnte, und eine Region, die diese Pixelgruppe enthält wird als „noch nicht gemessener Bereich“ identifiziert. Danach werden aus der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 Messdaten ausgelesen, die an der inspizierten Komponente in einem Messverfahren mit einem anderen Inspektionsgerät erhalten wurden (Schritt S28), und die Höhendaten für den noch nicht gemessenen Bereich werden geschätzt, indem die eingelesenen Messdaten in der Schätztabelle nachgeschlagen bzw. referenziert werden (Schritt S29). Somit können die Höhendaten von steilen geneigten Flächen in der Nähe von Komponenten erhalten werden. Es sollte beachtet werden, dass bei diesem Schätzverfahren auch das Messergebnis des aktuellen Inspektionsgeräts bei den Messdaten der Inspektionsgerät der anderen Prozesse berücksichtigt werden kann. Zum Beispiel kann die in Schritt S26 identifizierte Pixelgruppe mit den Höhendaten, die dem Lot nach dem Reflow entsprechen, verwendet werden, um das Volumen des dieser Pixelgruppe entsprechenden Lots oder eine an die Neigung der Hohlkehle angenäherte Kurve zu bestimmen, und das Ergebnis kann zusammen mit den Messdaten eines Inspektionsgeräts eines anderen Prozesses für das Schätzverfahren verwendet werden.
In Schritt S30 werden die Höhendaten der Pixelgruppe mit den Höhendaten, die dem Lot nach dem Reflow entsprechen, und der Pixelgruppe, des noch nicht gemessenen Bereichs verwendet, um die drei-dimensionale Form der Hohlkehle des Lots nach dem Reflow zu rekonstruieren. In Schritt S31 werden an der rekonstruierten drei-dimensionalen Form verschiedene Messungen durchgeführt. Zum Beispiel kann das Volumen, der Winkelverlauf der geneigten Fläche der Hohlkehle, die Breite oder Länge der Hohlkehle, die Umfangslänge des Lots nach dem Reflow oder dergleichen berechnet werden.
In Schritt S32 wird, unter Verwendung der gemessenen Werte, beurteilt, ob die Lötstelle fehlerhaft oder fehlerfrei ist.
Danach wird in ähnlicher Weise das Verfahren der Schleife LP2 der Reihe nach für die zu inspizierenden Komponenten durchgeführt. Im letzten Schritt S33 wird beurteilt, ob die gesamte Leiterplatte fehlerhaft oder fehlerfrei ist, und das Ergebnis der Beurteilung wird ausgegeben.
Mit diesem Verfahren können die Höhendaten an Orten erhalten werden, die so steil sind, dass sie nur mit einer regulären drei-dimensionalen Messung nicht erhalten werden können, und die drei-dimensionale Form der gesamten Hohlkehle kann mit hoher Präzision rekonstruiert werden, so dass die Präzision der Inspektion drastisch verbessert werden kann.
In den Beispielen von 7 und 8 werden die Messdaten mit den Inspektionsgeräten 10, 20 der anderen Prozesse aus der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 eingelesen, es besteht jedoch keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, dass die Messdaten direkt von den Inspektionsgeräten 10, 20, die die Messungen durchgeführt haben, bereitgestellt werden.
Ferner sind in diesen Ausführungsbeispielen als Informationen, die den kausalen Zusammenhang anzeigen zwischen einem Merkmal am Ort, der durch Bildverarbeitung nicht direkt gemessen werden kann, und Messdaten aus anderen Prozessen, Informationen in Tabellenform gespeichert, aber es besteht keine Beschränkung hierauf, und es ist auch möglich, eine Funktion herzuleiten, die den kausalen Zusammenhang zwischen den beiden anzeigt, und diese Funktion zu speichern. Auch beim Speichern der Schätztabelle besteht keine Beschränkung auf eine Tabelle, mit der Merkmale von Orten in der Nähe von Komponenten, an denen die Messung schwierig ist, direkt herleitbar sind, und es ist auch möglich, eine Schätztabelle zu speichern, die so aufgebaut ist, dass ein Merkmal der gesamten Hohlkehle herleitbar ist. In diesem Fall können im Schätzverfahren, auf Basis des Ergebnisses des Messverfahrens in einem anderen Prozess an einem Ort der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht, aus der Schätztabelle mehrere Kandidaten für Formdaten der gesamten Hohlkehle extrahiert werden, und aus diesen Kandidaten kann derjenige ausgewählt werden, der der Form am nächsten ist, die von den mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 tatsächlich gemessenen Daten angezeigt wird.
Ferner ist die Vorrichtung, mit der die Schätzung durchgeführt wird, nicht auf das Lötstelleninspektionsgerät 30 beschränkt, und es ist z.B. auch möglich, dass eine Schätzung unter Verwendung der von den Inspektionsgeräten 10, 20 empfangenen Messdaten mit der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 durchgeführt wird, und das Ergebnis dieser Schätzung dem Lötstelleninspektionsgerät 30 bereitgestellt wird. Somit kann die Prozessorlast am Lötstelleninspektionsgerät 30 verringert werden. Falls die Schätzung bereits vor der Lötstelleninspektion durchgeführt wird, dann kann des Weiteren die Inspektion effizienter gemacht werden, und die Taktzeit kann reduziert werden.
9 zeigt den Informationsfluss zwischen den Vorrichtungen in einem Beispiel für den Fall, dass das Schätzverfahren mit der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 durchgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass in diesem Beispiel für das Lötstelleninspektionsgerät 10 der Aufbau in 2 oder in 3 angewendet werden kann, aber in den folgenden Erläuterungen die Details der Lötstelleninspektion und die für die Schätzung verwendeten Messdaten nicht näher spezifiziert werden.
Die Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 stellt den Inspektionsgeräten 10, 20, 30 jeweils ein dem Gerätetyp entsprechendes Inspektionsprogramm bereit (9 - (a), (b), (c)). Diese Inspektionsprogramme sind für jeden Komponententyp auf Basis von Inspektionskriterien der zu diesem Komponententyp gehörigen Komponenten erstellt, und sind als Bibliotheksdaten in der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 gespeichert. Auf Basis der Designdaten der zu inspizierenden Leiterplatte, lesen die Inspektionsgeräte 10, 20, 30 aus der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 die Bibliotheksdaten für den jeweiligen Komponententyp ein, und editieren sie so, dass sie mit den Positionsinformationen der Komponenten verknüpft sind.
Das Lotdruckinspektionsgerät 10 und das Komponenteninspektionsgerät 20 legen auf Basis der ihnen jeweils bereitgestellten Programme für jede zu inspizierende Stelle einen Inspektionsbereich fest, führen dort Messungen von bestimmten Parametern durch, und beurteilen, ob die Messwerte auf einen Fehler hinweisen oder nicht. Dann senden sie Inspektionsergebnisinformationen, die die Messdaten für jeden Inspektionsbereich enthalten, an die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 (9 - (d)).
Die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 sammelt die an sie geschickten Informationen in einer solchen Form, dass sie für jedes Inspektionsgerät, jede Leiterplatte und jede Komponente separat ausgelesen werden können. Ferner werden der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 von der Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 im Vorhinein für jeden Komponententyp eine Schätztabelle und ein Programm für die Schätzung bereitgestellt (9 - (e)). Anhand dieser Tabelle, dem Programm, sowie der Inspektionsergebnisinformationen von dem Lotdruckinspektionsgerät 10 und dem Komponenteninspektionsgerät 20 schätzt die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 für jede Komponente auf der Leiterplatte, für die die Inspektionen mit den Inspektionsgeräten 10, 20 bereits abgeschlossen sind, die Merkmalsdaten, die notwendig sind für das Messverfahren zur Lötstelleninspektion (wie z.B. den Neigungswinkel nahe der Komponente, die Höhendaten oder dergleichen).
Andererseits verarbeitet das Lötstelleninspektionsgerät 30 das Bild der zu inspizierenden Lötstelle auf Basis des vom Inspektionsprogramm-Verwaltungsvorrichtung 101 bereitgestellten Programms, erlangt die für die Inspektion notwendigen Merkmalsdaten, und greift auf die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 zu, um für die derzeit verarbeitete Lötstelle die von der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 geschätzten Merkmalsdaten zu erhalten (9 - (f)). Danach wird eine endgültige Messung durchgeführt auf Basis dieser Merkmalsdaten sowie der mit derselben Vorrichtung erlangten Merkmalsdaten, und durch einen Vergleich des Messwerts mit einem Beurteilungsreferenzwert wird beurteilt, ob die Lötstelle fehlerhaft ist oder nicht. Dann werden Inspektionsergebnisinformationen, in die das Beurteilungsergebnis und die für die Beurteilung verwendeten Messdaten zusammengefasst sind, an die Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung 102 geschickt (9 - (g)).
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde das Schätzverfahren durchgeführt an Orten, die an Lötstellen in der Nähe von Komponenten liegen und an denen Merkmale nicht sichtbar sind, die für eine Messung notwendig sind. Allerdings besteht keine Beschränkung hierauf, und es ist zum Beispiel auch möglich eine Schätzung auch an Orten durchzuführen, an denen diese Merkmale sichtbar sind, aber unklar bzw. undeutlich sind. Ferner ist es auch möglich, eine Schätzung an Orten durchzuführen, für die überhaupt keine Möglichkeit besteht, dass sie im Bild der Leiterplatte nach dem Reflow-Prozess erscheinen, wie zum Beispiel zwischen Komponente und Kontaktfläche. Als ein Beispiel hierfür ist denkbar, dass die Menge des Lots unter einer Komponente nach dem Reflow geschätzt wird anhand der Beziehung zwischen dem mit dem Lötstelleninspektionsgerät 10 gemessenen Volumen der Lotpaste und dem mit dem Lötstelleninspektionsgerät 30 gemessenen Volumen des Lots nach dem Reflow.
Bezugszeichenliste

S: Leiterplatte;
1: Steuer- und Verarbeitungsabschnitt;
2: Kamera;
3: Beleuchtungsabschnitt;
4: Leiterplattentisch;
10: Lotdruckinspektionsgerät;
11: Lotdruckvorrichtung;
20: Komponenteninspektionsgerät;
21: Bestücker;
30: Lötstelleninspektionsgerät;
31: Reflow-Ofen;
102: Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung;

Claims

Lötstelleninspektionsverfahren zum Inspizieren des Zustands einer Lötstelle an einer Komponente (200) auf einer Leiterplatte (S, 203), die mehrere Prozesse zur Herstellung einer mit Komponenten (200) bestückten Leiterplatte (S, 203) einschließlich eines Reflow-Prozesses durchlaufen hat, wobei zur Inspektion eine Kamera (2) auf eine Oberfläche der Leiterplatte (S, 203) gerichtet wird, und ein mit der Kamera (2) erzeugtes Bild der Leiterplatte (S, 203) verwendet wird, wobei, unter der Voraussetzung, dass in mindestens einem der vor dem Reflow-Prozess ausgeführten Prozesse, eine der Leiterplatte (S, 203) hinzugefügte Struktur vor dem Beginn des nächsten Prozesses gemessen wird, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem vor dem Reflow-Prozess durchgeführten Messverfahren an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird, und Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die diesen Zusammenhang anzeigen; und wobei an der nach dem Reflow-Prozess zu inspizierenden Lötstelle folgende Schritte ausgeführt werden: ein erster Schritt, in welchem durch Bildverarbeitung eine Bildregion, welche die zu inspizierende Lötstelle enthält, Merkmalsdaten erhalten werden, die die Form des Lots an dieser Lötstelle repräsentieren; ein zweiter Schritt, in welchem ein Messwert aus einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird; ein dritter Schritt, in welchem unter Verwendung der für diese Lötstelle gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des im zweiten Schritt erhaltenen Messwertes das Merkmal an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, abgeschätzt wird; und ein vierter Schritt, in welchem die im ersten Schritt erhaltenen Merkmalsdaten durch das Ergebnis der Schätzung aus dem dritten Schritt ergänzt werden, und eine Beurteilung der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Messverfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente (200), mit der die Leiterplatte (S) in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert werden, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, anzeigen.
Lötstelleninspektionsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess, eine Messung an der Lotpaste, die in einem Lotdruckprozess auf Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckt wurde, durchgeführt wird.
Lötstelleninspektionsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei im Messverfahren an der auf die Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckten Lotpaste wenigstens ein Parameter aus Volumen, Fläche, Höhe, Druckposition und Druckbereich der Lotpaste gemessen wird.
Lötstelleninspektionsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei im Messverfahren an der Komponente (200), mit der die Leiterplatte (S, 203) bestückt ist, wenigstens ein Parameter aus Position, Größe, Position relativ zu den Kontaktflächen und Höhe der Komponente (200) gemessen wird.
Lötstelleninspektionsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei im ersten Schritt an einer Position der Lötstelle im Bild, die nahe der Komponente (200) ist, ein Bereich extrahiert wird, an welchem Merkmalsdaten erhalten werden sollen, jedoch nicht erhalten werden können, und im dritten Schritt ein Merkmal dieses Bereichs abgeschätzt wird.
Lötstelleninspektionsgerät (30) zum Inspizieren des Zustands einer Lötstelle an einer Komponente (200) auf einer Leiterplatte (S, 203), die mehrere Prozesse zur Herstellung einer mit Komponenten (200) bestückten Leiterplatte (S, 203) einschließlich eines Reflow-Prozesses durchlaufen hat, wobei mit einer auf eine Oberfläche der Leiterplatte (S, 203) gerichtete Kamera (2) eine Bildaufnahme der Leiterplatte (S, 203) durchgeführt wird, und der Zustand der Lötstelle an der Komponente (200) im erzeugten Bild inspiziert wird, wobei das Lötstelleninspektionsgerät (30) Folgendes aufweist: ein Speichermittel (115, 116) zum Speichern von Kausalzusammenhangsinformationen, welche festgelegt sind anhand des Ergebnisses eines Verfahrens, in welchem, unter der Voraussetzung, dass in mindestens einem der vor dem Reflow-Prozess ausgeführten Prozesse, eine der Leiterplatte (S, 203) hinzugefügte Struktur vor dem Beginn des nächsten Prozesses gemessen wird, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem vor dem Reflow-Prozess durchgeführten Messverfahren an einem Ort der dieser Lötstelle entspricht erhalten wird; ein Bildverarbeitungsmittel zum Verarbeiten einer Bildregion, welche die zu inspizierende Lötstelle enthält, und Erhalten von Merkmalsdaten, die die Form des Lots repräsentieren; ein Messwerteingabemittel zur Eingabe eines Messwerts aus einem Messverfahren vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht; ein Schätzmittel zum Abschätzen des Merkmals an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel (115, 116) gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes; und ein Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle, unter Ergänzung der mit dem Bildverarbeitungsmittel erhaltenen Merkmalsdaten durch das Ergebnis der Schätzung mit dem Schätzmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötstelleninspektionsgerät (30) dazu konfiguriert ist, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Messverfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente (200), mit der die Leiterplatte (S) in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen zu speichern, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, anzeigen.
Lötstelleninspektionsgerät gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend: eine Beleuchtungsvorrichtung (3) zum Beleuchten der zu inspizierenden Leiterplatte (S, 203) mit Licht aus mehreren Richtungen, deren Einfallswinkel sich unterscheiden; und ein Bildaufnahmesteuerungsmittel zum Erzeugen eines Bildes für die Inspektion durch Betreiben der Kamera (2) bei Beleuchtung mit der Beleuchtungsvorrichtung (3); wobei im Speichermittel (115, 116) Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert sind, die einen Kausalzusammenhang zwischen einem Neigungswinkel an einem Ort an der zu inspizierenden Lötstelle, der in der Nähe der Komponente (200) ist und der im Bild einen dunklen Bereich bildet, da keine Abbildung des reflektierten Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung (3) erhalten wird, sowie einem Messwert anzeigen, der in einem Messverfahren an der in einem Lotdruckprozess auf eine Kontaktfläche aufgedruckte Lotpaste erhalten wird, und das Bildverarbeitungsmittel aus einer Bildregion, die die zu inspizierende Lötstelle enthält, für einzelne Richtungen des Beleuchtungslichts jeweils eine Region extrahiert, in der eine Abbildung des reflektierten Lichts, das dem Beleuchtungslicht entspricht, erscheint, und ferner einen dunklen Bereich extrahiert, der in der Nähe der Komponente (200) im Bild erzeugt wird; das Schätzmittel einen Neigungswinkel an einem diesem dunklen Bereich entsprechenden Ort unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel (115, 116) gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes abschätzt; und das Beurteilungsmittel im dunklen Bereich den mit dem Schätzmittel geschätzten Neigungswinkel ergänzt, den Abbildungen des reflektierten Lichts, die dem jeweiligen Beleuchtungslicht aus den verschiedenen Richtungen entsprechen, Lotneigungswinkel zuordnet, die aus den entsprechenden Einfallswinkeln des Beleuchtungslichts hergeleitet wurden, und unter Verwendung dieser Neigungswinkel die Angemessenheit der Benetzung einer Hohlkehle an der Lötstelle beurteilt.
Lötstelleninspektionsgerät gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend: eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines streifenförmigen Musterbildes auf die zu inspizierende Leiterplatte (S); ein Bildaufnahmesteuerungsmittel, welches die Projektionsvorrichtung veranlasst, das Musterbild zu projizieren während das Muster entlang der Aufreihung der Muster periodisch bewegt wird, und jeweils in zeitlicher Abstimmung mit den einzelnen Projektionen die Kamera (2) auslöst; wobei im Speichermittel (115, 116) Kausalzusammenhangsinformationen gespeichert sind, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Höhe an einem Ort an der zu inspizierenden Lötstelle, der in der Nähe der Komponente (200) ist und an dem keine Abbildung des reflektierten Lichts des Musterbildes erhalten wird, sowie einem Messwert anzeigen, der in einem Messverfahren an der in einem Lotdruckprozess auf eine Kontaktfläche aufgedruckte Lotpaste erhalten wird; wobei das Bildverarbeitungsmittel unter Verwendung mehrerer Bilder, die mit Bildaufnahmen während der Projektion einer Periode von Musterbildern erzeugt wurden, für jedes Pixel in einer Bildregion, die die zu inspizierende Lötstelle enthält, anhand einer Phase einer Helligkeitsänderung des Pixels zwischen den Projektionen dieser einen Periode eine Höhe misst, die diesem Pixel entspricht, anhand des Ergebnisses dieser Messung eine Pixelgruppe extrahiert, die eine Höhe einer Hohlkehle des Lots repräsentiert, und eine Pixelgruppe extrahiert, die in der Nähe einer Komponente (200) positioniert ist und an welcher keine Höhe gemessen werden konnte, da keine Helligkeitsänderung erfasst wurde; das Schätzmittel die Höhe der Pixelgruppe, deren Höhe nicht gemessen werden konnte, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel (115, 116) gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes abschätzt; und das Beurteilungsmittel für die Pixelgruppe, deren Höhe nicht gemessen werden konnte, die mit dem Schätzmittel geschätzte Höhe ergänzt, und unter Verwendung der Werte der Höhen dieser Pixelgruppe sowie der Pixelgruppe, die die Höhe der Hohlkehle des Lots repräsentiert, die Angemessenheit der Benetzung einer Hohlkehle an der Lötstelle beurteilt.
Leiterplatteninspektionssystem, aufweisend: ein Inspektionsgerät (30), das am Reflow-Prozess angeordnet ist, der einer von mehreren Prozessen zur Herstellung einer mit Komponenten (200) bestückten Leiterplatte (S) ist, wobei das Inspektionsgerät (30) zur Inspektion einer Leiterplatte (S) nach einem Reflow-Prozess eingerichtet ist; ein Inspektionsgerät (10, 20), das an mindestens einem Prozess vor dem Reflow-Prozess angeordnet ist, wobei das Inspektionsgerät (10, 20) zur Inspektion der Leiterplatte (S) nach diesem Prozess eingerichtet ist; und eine Informationsverwaltungsvorrichtung (101, 102), die über Kommunikation mit den Inspektionsgeräten (10, 20, 30) Inspektionsergebnisinformationen lädt, und die Inspektionsergebnisinformationen jedes einzelnen Inspektionsgeräts (10, 20, 30) für einzelne Leiterplatten (S) separat und für einzelne zu inspizierende Stellen separat auslesbar verwaltet; wobei das Inspektionsgerät (30) für den Reflow-Prozess Folgendes aufweist: eine Kamera (2), die auf eine Oberfläche der zu inspizierenden Leiterplatte (S) ausrichtbar ist; und ein Bildverarbeitungsmittel zum Verarbeiten einer Bildregion in einem von der Kamera (2) erzeugten Bild, welche eine zu inspizierende Lötstelle enthält, und Erhalten von Merkmalsdaten, die die Form des Lots repräsentieren; wobei die Informationsverwaltungsvorrichtung (101, 102) Folgendes aufweist: ein Speichermittel (115, 116) zum Speichern von Kausalzusammenhangsinformationen, welche anhand des Ergebnisses eines Verfahrens festgelegt sind, in welchem, in Bezug auf ein Merkmal an einem Ort einer mit dem Inspektionsgerät (30) für den Reflow-Prozess zu inspizierenden Lötstelle, an dem eine Beurteilung des Zustands mit einem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, ein kausaler Zusammenhang mit einem Messwert identifiziert wird, der in einem Messverfahren mit einem der Inspektionsgeräte (10, 20) vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der dieser Lötstelle entspricht, erhalten wird; ein Messwerteingabemittel zur Eingabe eines Messwerts aus einem Messverfahren mit dem Inspektionsgerät (10, 20) vor dem Reflow-Prozess an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht; ein Schätzmittel zum Abschätzen des Merkmals an dem Ort der Lötstelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild schwierig ist, unter Verwendung der für die zu inspizierende Lötstelle im Speichermittel (115, 116) gespeicherten Kausalzusammenhangsinformationen sowie des mit dem Messwerteingabemittel eingegebenen Messwertes; und ein Sendemittel zum Senden des Ergebnisses der Schätzung mit dem Schätzmittel an das Inspektionsgerät (30) für den Reflow-Prozess, wobei das Inspektionsgerät (30) für den Reflow-Prozess ferner ein Beurteilungsmittel zum Beurteilen der Fehlerhaftigkeit der Lötstelle, unter Ergänzung der mit dem Bildverarbeitungsmittel erhaltenen Merkmalsdaten durch das von der Informationsverwaltungsvorrichtung gesendeten Ergebnis der Schätzung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Inspektionsgerät (30) dazu konfiguriert ist, unter der Voraussetzung, dass als Messverfahren in dem Prozess vor dem Reflow-Prozess ein Messverfahren an der in einem Lotdruckverfahren auf Kontaktflächen der Leiterplatte (S, 203) aufgedruckten Lotpaste, und ein Messverfahren an einer Komponente (200), mit der die Leiterplatte (S) in einem Komponentenbestückungsprozess bestückt wurde, durchgeführt werden, Kausalzusammenhangsinformationen zu speichern, die einen Kausalzusammenhang zwischen einer Kombination der Messwerte aus diesen Messverfahren und dem Merkmal an dem Ort der zu inspizierenden Löt-stelle, an dem die Beurteilung des Zustands mit dem Bild von der Kamera (2) schwierig ist, anzeigen.