JP2001330567A - X線検査装置 - Google Patents

X線検査装置

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JP2001330567A
JP2001330567A JP2000147627A JP2000147627A JP2001330567A JP 2001330567 A JP2001330567 A JP 2001330567A JP 2000147627 A JP2000147627 A JP 2000147627A JP 2000147627 A JP2000147627 A JP 2000147627A JP 2001330567 A JP2001330567 A JP 2001330567A
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tilting
fluoroscopic
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JP2000147627A
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Kenji Shibata
健治 芝田
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半田などの実装検査におけるX線検査におい
て、検査者による作業負担を軽減し、或いは自動検査を
実現する。 【解決手段】傾動/回動機構を備えたX線検査装置にお
いて、各回動角度からの画像を列挙表示することによ
り、検査者による目視観察を容易かつ良好なものとす
る。また、画像処理により各回動画像におけるボール/
ボイド面積比を算出し、これを利用した任意の条件によ
り実装不具合を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、X線透過像によ
り、試料の観察や電子部品の内部欠陥の非破壊検査等を
行うX線検査装置に関し、更に詳しくはX線透視画像の
斜視機構を有するX線検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線の優れた物体透過性を利用して物体
の内部観察を行うことが、従来より各産業分野において
行われている。その基本原理は、被検査物にX線源より
発生されるX線を投射し、被検査物を透過したX線から
イメージ管などのX線画像撮像手段により透視像を得
て、物体内部の状態を透視画像として観察するものであ
る。このようなX線検査装置は被検査物内の異物検査を
はじめ、アルミダイキャスト等の鋳物やゴム・プラスチ
ック等の成形品の内部の巣や亀裂などの欠陥、ICパッケ
ージ内のワイヤボンディング不良やワイヤ形状不良、表
面実装基板の部品の位置ずれ、多層基板の内層パターン
の位置ずれ、或いはBGA(Ball Grid Array:微小半田ボ
ールによる接合方法)やCSP等の実装基板などの半田接
続の欠陥検査などに有用に利用されている。
【0003】特に、両面実装基板やBGAパッケージ実装
基板などの場合、被検査物の構造が何層にも重なってい
るため、従来の直視型(被検査物の真上からX線を照射
するタイプ)の産業用X線透視検査装置では対応でき
ず、近年になって、X線ビーム系を傾動可能とした斜視
型のX線透視検査装置が開発されている。これによれ
ば、被検査物の鉛直方向に対し例えば60度程度傾斜した
斜め位置からの透視観察が6軸制御により可能となって
おり、且つ数千倍もの高拡大透視画像を得るに至ってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の透視映像を元にした「検査」自体は依然として人間に
よる「目視」により行われており、検査者が透視映像を
観ながら、例えば半田ボールのマイクロクラック(亀
裂)や内部のボイド(空洞)等の欠陥を発見しなければ
ならない。こうした作業は非常に労力を要する上、人手
である以上、見逃し、ミス、勘違い、不具合基準のあい
まいさ等を含んでおり、信頼性に乏しく、また処理速度
や処理量にも限界があった。
【0005】本発明は上記のような問題を解決し、X線
検査における欠陥判断をより容易なものとし、さらには
人手を要さずに迅速で正確な自動検査を実現することが
できるX線検査装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明に係るX線検査装置は、X線発生手段と、被
検査物の直視方向に対して傾動/回動機構とを備えたX
線カメラとからなるX線透視撮像手段と、前記傾動/回
動機構により得られる複数方向からの透視像を同時観察
可能に表示する表示手段を備えていることを特徴として
いる。
【0007】また、該表示装置に表示される複数方向か
らの透視像に対する画像処理により、被検査物の構造異
常を自動判定する自動検査手段を備えてなる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。
【0009】ここではBGA(Ball Grid Array:微小半田
ボールによる接合方法)実装基板における半田接続の欠
陥検査を例示し、本発明に係るX線検査装置の一実施例
について説明する。
【0010】図1は検査対象物の構成を示しており、BGA
パッケージ1を半田ボール2により基板3上に実装した状
態を示している。図1(a)に示すように各々の半田ボール
を便宜上、縦方向にA,B,C,…、横方向に1,2,3…、と符
号を付す。即ち、左上の斜線で示した半田ボールを(A,
1)と称することとする。以下、半田ボール(A,1)に注目
し、半田ボール(A,1)内部のボイド(空洞)検査を例示
して説明する。
【0011】図2はBGAパッケージ1における半田ボール
(A,1)のX線透視機構の一般的な構成を模式的に示して
いる。図2(a)は直視方向からの撮像状態であり、X線管
球等により構成されるX線発生手段4から照射されるX
線は、載置台5上に載置された被検査物であるBGAパッケ
ージ1の半田ボール(A,1)を透過してX線カメラ6にて受
像される。載置台5としてはXYステージやXYZステージ等
の公知の手段が利用でき、X線カメラ6としてはイメー
ジ・インテンシファイアやCCDカメラ等の公知の手段が
利用できる。X線発生手段4、載置台5、及びX線カメラ
6の位置駆動制御及び撮像動作制御は、操作盤8からの実
行命令の入力を得て、制御手段7により制御される各々
の位置や動作の制御手段71、72、73により実現される。
X線カメラ6により得られた透視像は必要により画像処
理手段9を介してモニタ画面等の表示手段10に表示さ
れ、検査者により観察されて、欠陥の有無や異物の混入
等について判断される。
【0012】図2の(b)〜(d)は、上記X線透視機構にお
いて斜視方向からの観察を行った状態を示している。制
御手段他の構成については図2(a)と同様であり割愛して
いる。
【0013】図2(b)はX線撮像機構としては直視方向の
ままで、載置台を傾動制御することにより斜視を実現し
たものである。この場合、X線発生手段4及びX線カメ
ラ6の駆動が不要となり構成上有利である一方、図2(a)
で示す直視方向での拡大率が1000倍程度である場合に対
し、(b)では10倍程度に拡大率が劣化してしまうという
欠点がある。
【0014】図2(c)は破線で示す鉛直(直視)方向から
傾動角θだけX線カメラ6を傾動させて斜透視を実現し
たものである。傾動角θは通常0〜60度程度の範囲で利
用されることが多い。X線発生手段4自体は鉛直方向に
向けてX線を射出しているが、X線は通常、ある程度の
広がりを持っており、X線カメラ6をのみを傾動角θだ
け傾けた位置に配置しても透視像を得ることができる。
この構成の場合、被検査物の斜視を実現すると同時に拡
大率も直視方向の7割程度を維持することができる。但
し、通常は、傾動角θが大きくなるにつれてX線強度は
弱くなるが、傾動角度に応じてX線透視像の明るさを維
持する機構を備えた傾動機構付きX線透視検査装置も提
案されており、これを具備することが好ましい。
【0015】図2(d)は、被検査物を挟んで対向位置に配
置されたX線発生手段4とX線カメラ6とを一体的に傾動
させる構成を示している。以上のように斜透視のための
様々な傾動機構が既に提案されているが、ここでは、図
2(d)の構成を用いて本発明で利用する回動機構について
説明する。但し、以降の構成例は図2(d)の一体的傾動機
構に限定されるものではなく、図2(b)〜(d)の何れの機
構にも適応可能である。
【0016】図3(a)はBGAパッケージを実装する半田ボ
ールの直視方向からの透視撮像機構を模式的に示してい
る。X線発生手段4から照射されるX線は、図外の載置
台上に載置されたBGAパッケージの半田ボールを透過し
てX線カメラ6にて受像される。その際の透視像を表示
装置にて表示したものが図3(b)である。ここでも便宜
上、A,B,C…、1,2,3…の符号を付しており、斜影で示し
た半田ボールは(A,1)と表される。図3(c)は半田ボール
(A,1)の透視像の拡大図であり、半田ボール(A,1)中に存
在する4個のボイドが視認できる。
【0017】図4(a)はX線透視機構を破線で示す直視方
向から傾動角θだけ傾動させた斜透視の状態である。図
4(b)に示すように、半田ボール(A,1)が表示装置の視野
のほぼ中心にくるように位置決めされる。次に、図8に
示すように、直視方向軸に対して傾動方向を回動させつ
つ、複数の斜視像を得る。斜視像を撮影する回動角度及
び撮像枚数には特に限定はないが、本実施例では、仮に
90度単位に4枚撮像するものとする。いま、図4に示す斜
視位置の回動角度を0度と規定する。この斜視位置にお
ける半田ボール(A,1)の観察画像を示したものが図4(c)
である。半田ボールの中央線より左側がBGAパッケージ
側、右側が基板側であり、ここではパッケージ側に3
個、基板側に1個のボイドが点在していることが判別で
きる。
【0018】図5(a)は回動角90度の位置における斜透視
画像である。半田ボール(A,1)の拡大画像である図5(b)
によれば、パッケージ側に重なった複数個のボイドが、
基板側に1個の独立したボイドが確認できる。
【0019】同様に、図6(a)は回動角180度の位置にお
ける斜透視画像であり、半田ボール(A,1)の拡大画像で
ある図6(b)によれば、パッケージ側に3個、基板側に1個
のボイドが確認できる。
【0020】同様に、図7(a)は回動角270度の位置にお
ける斜透視画像であり、半田ボール(A,1)の拡大画像で
ある図7(b)によれば、パッケージ側に重なった複数個、
基板側に独立した1個のボイドが確認できる。
【0021】このようにして、X線撮像手段を傾動/回
動させることにより、異なった方向より被検査物を透視
観察することを可能とし、検査者はより多くの情報を得
ることができ、異常の発見を確実且つ容易なものとする
ことができるが、本発明に係るX線検査装置では、その
表示装置において図9(a)に示すように各回動方向からの
透視画像を一瞥に比較観察が可能なように同時表示させ
ることを特徴とするものである。これにより、特定の一
方向に傾動させた斜視像からは判別できなかった不具合
を発見することができ、また、ボイドの分布状態等も一
目瞭然であり、例えば、1個所に固まらずに分散した細
かいボイドは不具合としないなど、用途に応じた不具合
の判断基準を設けることも可能である。
【0022】また、本発明に係るX線検査装置では、上
述したように各回動方向からの斜視画像を列挙表示する
だけでなく、さらに個々の表示画像に対して後述するよ
うな所望の画像処理を施し、図9(b)のようなボイドの分
布状態を面積比として自動算出させることにより、用途
に応じた不具合基準との比較により被検査物の自動検査
をも可能とすることができる。例えば、いずれかの回動
角においてボイド/ボール面積比が所定のしきい値を越
える場合に許容範囲を越えるボイドの存在が有るとして
「不適合」の判断を下したり、或いは加えて各回動角の
ボイド/ボール面積比に所定のしきい値を越えるムラが
ある場合には特定箇所の半田強度が低くなることから
「半田不良」として不適合の判定を下すこともできる。
不適合の判断方法は上述したものに限定されるものでは
決してなく、検査対象に応じて適宜決められるものであ
るが、何れの場合も、図9に示す複数の回動画像からの
画像処理によって導き出すことができるものである。
【0023】ここで、各回動位置における斜視画像に対
する画像処理の手法について説明する。各回動位置にお
ける斜視画像とは、本実施例においては図4(b)、図5
(a)、図6(a)、図7(a)である。
【0024】先ず、各画像における半田ボール領域を抽
出を行う。これは、予め設定されるしきい値により画像
の2値化を行う。しきい値とはX線吸収の大きな鉛を含
む半田ボールに対するしきい値である。次にラベリング
処理により、ボールの面積、フェレ径(ボールに外接す
る四角形の左上座標と右下座標との対角距離)、重心を
求める。そして、フェレ径を各ボールの領域として、4
つの各回動角度における斜視画像の全てに含まれる半田
ボール(A,1)、(A,2)、(B,1)、(B,2)の画像がフェレ径に
基づいて切り出され、1つの半田ボール、例えば(A,1)に
対する4個の画像が表示される(図9(a))。このような
列挙表示によれば、パッケージ側接合面、及び基板側接
合面におけるボイドの分布や亀裂の状態を容易かつ正確
に把握することができる。
【0025】さらに、検査者のための好ましい表示のみ
でなく、検査自体をも自動化させる場合には、例えば図
9(a)に示す半田ボール(A,1)の各画像について、パッケ
ージ側と基板側とに分けて、ボール面積に対するボイド
面積比を算出し、図9(b)に示すような面積比・角度特性
を表示させる。ボイドと半田ボールを抽出する方法は、
ボイドの大きさが大きく、X線吸収が大きな時には2値
化及びラベリングの手法が用いられ、ボイド大きさが小
さく、X線吸収が小さな時には最大値/最小値フィルタ
ー処理(参照:「食品用X線異物検査装置の画像処理技
術」、(社)日本非破壊検査協会、非破壊検査画像処理
特別研究委員会資料No.005-205)、2値化、ラベリング
が用いられる。パッケージ側と基板側の境界線はラベリ
ングで算出された重心位置またはフェレ径の中心位置を
通る垂直線とする。このようにして境界線の左右それぞ
れについて、パッケージ側と基板側のボイド/ボール面
積比が求められる。そして予め決められた良/不良の判
定面積比を用いて検査の判定が行われる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るX線
検査装置によれば、実装検査等において大変有用なX線
斜透視画像について各回動角度からの画像を列挙表示す
るように構成しているので、特定の角度からの画像では
判断できない、或いは判断しにくかった不具合について
も検査者による目視観察を容易かつ良好なものとするこ
とができる。
【0027】また、画像処理によって欠陥検査をも自動
化することができるので、検査者の作業負担を軽減ある
いは不要化させることができるだけでなく、人間による
検査に必ず発生の可能性を含む、見逃し、ミス、勘違
い、不具合基準のあいまいさ等を解消することができ、
信頼性が高く、また処理速度や処理量をも向上させるこ
とができるという、迅速で正確な自動検査を実現するこ
とができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るX線検査装置の検査対象物である
BGAパッケージを半田ボールにより基板上に実装した状
態を示す模式図である。
【図2】X線透視機構の一般的な構成を示す模式的であ
る。
【図3】X線透視機構(直視観察)の一般的な構成を示
す模式的である。
【図4】X線透視機構(傾動/回動観察)の構成を示す
模式的である。
【図5】X線透視機構(傾動/回動観察)の構成を示す
模式的である。
【図6】X線透視機構(傾動/回動観察)の構成を示す
模式的である。
【図7】X線透視機構(傾動/回動観察)の構成を示す
模式的である。
【図8】X線透視機構の回動位置を示す模式的である。
【図9】本発明に係るX線検査装置の表示手段における
表示状態を示す図である。
【符号の説明】
1:BGAパッケージ 2:半田ボール 3:基板 4:X線発生手段 5:載置台 6:X線カメラ 7、71、72、73:制御手段 8:操作盤

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】X線発生手段と、被検査物の直視方向に対
    して傾動/回動機構とを備えたX線カメラとからなるX
    線透視撮像手段と、前記傾動/回動機構により得られる
    複数方向からの透視像を同時観察可能に表示する表示手
    段を備えてなるX線検査装置。
  2. 【請求項2】X線発生手段と、被検査物の直視方向に対
    して傾動/回動機構を備えたX線カメラとからなるX線
    透視撮像手段と、前記傾動/回動機構により得られる複
    数方向からの透視像の画像処理による比較判定により被
    検査物の構造異常を自動判定する自動検査手段とを備え
    てなるX線検査装置。
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