JP2003240736A - Ｘ線断層面検査方法、及びｘ線断層面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージを搭載した実装基
板のＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部や、両面実装基板上の
はんだ接合部などの光外観検査装置で見ることができな
い検査部位の断層面を容易に得ること。 【解決手段】 Ｘ線断層面検査装置１は、被検査物の立
体形状データを計測し、立体形状データに基づいて検査
部位の位置及び高さを取得する立体形状計測手段１４
と、被検査物に対してＸ線を照射するＸ線源２と、被検
査物に対して複数の回転角度で透過した透過Ｘ線像を画
像取得する画像取得手段５〜８と、立体形状計測手段１
４が取得する検査部位の高さに基づいて断層面の高さを
定め、この断層面高さに基づいて画像取得手段で取得し
た各回転角度の複数画像を合成し被検査物の断層画像を
生成する画像処理合成手段９とを備え、被検査物の立体
形状データに基づいて検査部位の高さを求め、この高さ
を用いることによって断層面の高さを設定し、所望部位
の断層面を自動作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査物を透過す
る透過Ｘ線を用いて被検査物のＸ線断層面の検査を行う
Ｘ線断層面検査方法及びＸ線断層面検査装置に関し、実
装基板のはんだ接続検査に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】実装基板のはんだ接続検査等、被検査物
の内部検査を行う装置として、Ｘ線ラミノグラフィやＸ
線トモシンセシス等の透過Ｘ線を用いるＸ線断層面検査
装置が知られている。

【０００３】Ｘ線ラミノグラフィは、一連のＸ線照射に
よって一枚の断層面を作成する方法であり、Ｘ線源，被
検査物，及びＸ線検出器の３つの要素の内、２つの要素
を移動させることによって断層面の画像を検出すること
ができる。例えば、走査Ｘ線源から発したＸ線ビームを
周回させながら被検査物を透過させ、被検査物を透過し
た周回する透過Ｘ線をシンチレータ回転機構等の回転運
動によってＣＣＤカメラで検出し、得られた透過Ｘ線画
像によって被検査物の断層面の検査を行う。このとき、
断層面の高さは被検査物をＸＹＺテーブルで移動させる
ことによって変更することができる。

【０００４】また、Ｘ線トモシンセシスは一連のＸ線照
射で取得した画像を画像処理することで断層面を作成す
る方法であり、１回の撮像によって得られる複数個の画
像データを合成することによって断層面の画像を検出す
る。例えば、Ｘ線源によって回転するＸ線ビームを形成
し、Ｘ線ビームが１回転する間に得られる透過Ｘ線ビー
ムを複数個のＸ線輝度倍増管や複数個のＣＣＤカメラで
検出し、得られた複数の画像データを用いて画像の回転
／移動／合成等のデータ処理を行って断層面画像を得
る。このとき、断層面の高さは、データ処理における移
動操作で行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＸ線断層面検査
装置において、被検査物の所望の高さの断層面の画像を
取得するには、ＸＹＺテーブルによって所望の高さの断
層面が得られるように被検査物を移動させたり、あるい
は被検査物上の基準点等を高さの目安として取得画像を
画像処理することで行っているが、この断層面の高さは
経験的に得られた標準的な高さに基づいて定めている。

【０００６】したがって、所望とする断層面の高さが標
準的な高さからずれている場合や、基板等の被検査物に
反りがある場合には、Ｘ線撮像をやり直したり、あるい
は、標準点を変更して画像処理を再度行うなど、所望の
高さの断層面が得られるまで操作や処理を繰り返す必要
があるという問題がある。

【０００７】特に、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ，
Chip Size Package）やＢＧＡ（ボール・グリッド・
アレイ，Ball Grid Array）のパッケージを実装した
基板のはんだ接合部や、両面実装基板上のはんだ接合部
を検査する場合には、検査対象が微小であって、光外観
検査装置によって観察することができないため、検査部
位の断層面の高さを特定することが困難である。そこ
で、本発明は従来の問題点を解決して、断層面の高さの
設定を容易とすることを目的とし、また、所望部位の断
層面を自動作成することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検査物の立
体形状データに基づいて検査部位の高さを求め、この高
さを用いることによって断層面の高さを設定し、所望部
位の断層面を自動作成する。本発明によるＸ線断層面検
査方法は、被検査物の立体形状データを計測し、当該立
体形状データに基づいて検査部位の位置及び当該検査部
位の高さを取得し、前記検査部位の高さに基づいて断層
面の高さを定め、この断層面高さに基づいて、被検査物
を透過した複数の透過Ｘ線像から得られる画像を合成し
て被検査物の断層画像を生成する。

【０００９】また、本発明によるＸ線断層面検査装置
は、被検査物の立体形状データを計測し、当該立体形状
データに基づいて検査部位の位置及び高さを取得する立
体形状計測手段と、被検査物に対してＸ線を照射するＸ
線源と、被検査物に対して複数の回転角度で透過した透
過Ｘ線像を画像取得する画像取得手段と、立体形状計測
手段が取得する検査部位の高さに基づいて断層面の高さ
を定め、この断層面高さに基づいて画像取得手段で取得
した各回転角度の複数画像を合成し被検査物の断層画像
を生成する画像処理合成手段とを備えた構成とする。

【００１０】被検査物の立体形状データは、例えば、レ
ーザービームの照射により被検査物上に形成される輝線
を撮像手段で撮像し、この画像データに基づいて計測す
ることができる。また、検査部位の高さは、形状計測に
より得た立体形状データ及び光学像取得手段の位置座標
等に基づいて演算することができ、断層面の高さは、検
査部位の高さと被検査物の既知の厚み等の形状データと
を用いて加減処理等の演算により求めることができる。

【００１１】したがって、被検査物の断層面の高さは、
経験に基づくこと無く、計測した被検査物の立体形状デ
ータ及び既知の形状データに基づいて求めることができ
るため、所望部位の断層面を自動作成することができ
る。本発明によれば、ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージを搭載
した実装基板のＢＧＡ／ＣＳＰのはんだ接合部や、両面
実装基板上のはんだ接合部などの光外観検査装置で見る
ことができない検査部位の断層面を容易に得ることがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明のＸ線断
層面検査装置の構成例の概略を説明するための概略図で
ある。なお、図１に示すＸ線断層面検査装置は、Ｘ線ト
モシンセシスによる装置例について示している。

【００１３】Ｘ線断層面検査装置１は、Ｘ線源２と、被
検査物ＳをＸ，Ｙ方向に移動可能に支持するＸＹステー
ジ３と、ＸＹステージ３と共に被検査物Ｓを第１の回転
軸Ｃ１の回りで回転移動させる回転ステージ４と、被検
査物Ｓを透過して得られる透過Ｘ線像を光学像として出
力するＸ線Ｉ．Ｉ（輝度倍増管）５と、Ｘ線Ｉ．Ｉ５の
光学像を撮像するための撮像手段８（撮像レンズ８ａ及
び光学撮像カメラ８ｂ）と、撮像手段８をＸ線Ｉ．Ｉ５
に対して第２の回転軸Ｃ２の回りで回転移動させる回転
機構６及びアダプタ７と、撮像手段８で得た画像データ
を画像処理して断層面の画像を生成する画像処理合成手
段９及びモニター１１と、回転ステージ４と回転機構６
とを同期させて回転させるための制御部１０とを備え
る。

【００１４】上記構成において、回転ステージ４は、Ｘ
線源２に対して被検査物Ｓを回転させる構成であって、
被検査物Ｓに対するＸ線の照射位置を変更する機構を構
成する。また、回転機構６は、撮像手段８を回転させる
機構であって、光学像を回転しながら撮像する機構を構
成する。

【００１５】画像処理合成手段９は、撮像手段８で得た
画像信号をデジタル信号に変換して画像処理を行うデジ
タル画像処理部９ａ、回転機構６の回転毎に得られる画
像データを格納する画像格納部９ｂ、画像格納部９ｂに
格納された複数の画像に対して、平行移動や加算等の演
算を施し、立体形状計測手段１４で得た高さデータに基
づいて所望の断層面における合成画像を形成する画像合
成部９ｃを備える。

【００１６】制御部１０は、回転ステージ４及び回転機
構６を同期して回転させる制御部分であり、あらかじめ
定められた回転角度に従って、回転ステージ４と回転機
構６を同期させて回転させる。なお、回転角度は等角と
することも任意の角度とすることもできる。また、同期
回転の態様は、例えば、同一角度の回動動作と停止動作
を同期して繰り返すステップ状動作や、異なるタイミン
グの回転動作等、種々の態様とすることができるが、少
なくとも、撮像手段の撮像時において、回転ステージ４
と回転機構６が同一の回転位置であれば、任意の同期回
転の態様とすることができる。

【００１７】さらに、本発明のＸ線断層面検査装置１
は、被検査物の断層面の高さを求める機構として、被検
査物Ｓ上に輝線を形成するレーザ照射器１２、被検査物
Ｓ及びレーザ照射により形成された輝線の画像を撮像す
るビデオカメラ等の光学像取得手段１３、光学像取得手
段１３で取得した光学画像に基づいて被検査物の立体形
状データを計測し、この立体形状データに基づいて検査
部位の位置座標及び高さを取得する立体形状計測手段１
４を備える。立体形状計測手段１４で取得した検査部位
の高さデータは、画像データ画像合成部９ｃにおける画
像信号の画像合成において、所望の高さの断層面の形成
に用いられる。

【００１８】立体形状計測手段１４は、光学像取得手段
１３で取得した光学画像に基づいて被検査物の立体形状
データを計測する機能、及びこの立体形状データに基づ
いて検査部位の位置座標、高さを取得する機能を備え
る。

【００１９】以下、立体形状計測手段１４の一構成例に
基づいて上記各機能について、図２，３を用いて説明す
る。立体形状計測手段１４は、被検査物の立体形状を計
測する一構成例として、レーザ照射器１２を制御する形
状計測制御部１４ａと、光学像取得手段１３で取得した
光学画像を記憶する画像メモリ１４ｂを備える。なお、
光学像取得手段１３が画像メモリを備える場合には、こ
の画像メモリ１４ｂを省略することができる。形状計測
制御部１４ａは、レーザ照射器１２から照射するレーザ
ビーム光の走査制御を行うと共に、各走査位置における
輝線を光学像取得手段１３で取得し、その光学画像を走
査位置と共に画像メモリ１４ｂに記憶させる。

【００２０】図２は、レーザビーム光による形成計測を
説明するための概略図であり、被検査物として実装基板
１５を用いた例を示している。図２において、実装基板
１５はＸＹステージ３上に配置される。レーザ照射器１
２は、ＸＹステージ３、このＸＹステージ３上に配置し
た実装基板１５及び実装部品１６上に扇状レーザビーム
１２ａを照射する。照射された扇状レーザビーム１２ａ
は輝線１２ｂとして観察される。レーザ照射器１２は、
扇状レーザビーム１２ａを輝線１２ｂの長さ方向と垂直
な方向に走査する。図２では、ビーム走査による輝線と
してＰ１−Ｐ２の輝線とＰ３−Ｐ４の輝線のみを一例と
して示しているが、ビーム走査は形状計測の対象部分全
体について行う。

【００２１】光学像取得手段１３は、ビーム走査される
輝線１２ｂを撮像し、撮像で得た輝線データを画像メモ
リ１４ｂに格納する。形状計測制御部１４ａは、レーザ
照射器１２のビーム走査を制御して、輝線データによる
被検査物の形状計測を行って立体形状データを取得す
る。

【００２２】また、立体形状計測手段１４は、立体形状
データに基づいて検査部位の位置座標、高さを取得する
一構成例として、被検査物の形状や部品配置等に係わる
ＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ記憶部１４ｄと、
画像メモリ１４ｂに記憶する立体形状データやＣＡＤデ
ータ記憶部１４ｄに格納しているＣＡＤデータを用い
て、被検査物の画像処理、形状や位置の把握等を行う形
状画像処理／認識部１４ｃと、形状画像処理／認識部１
４ｃで得た位置座標や高さのデータを記憶するデータ記
憶部１４ｅを備える。

【００２３】形状画像処理／認識部１４ｃは、画像メモ
リ１４ｂに記憶する立体形状データから三角測量の原理
を用いることによって、被検査物（実装基板１５）の高
さデータを算出する。図３は、レーザビームの走査で得
られる輝線Ｐ１−Ｐ２、輝線Ｐ３−Ｐ４の例であり、こ
の輝線データと走査位置データから基準高さＡに対する
高さデータｈ１，ｈ２，ｈ３を算出する。なお、光学像
取得手段１３のＸＹステージ３に対する位置座標は既知
であるとしている。

【００２４】また、形状画像処理／認識部１４ｃは、輝
線データと走査位置データから、被検査物の形状を画像
処理で検出し、被検査物の三次元位置を認識する。例え
ば、実装基板１５の基板端部、実装基板１５上に実装さ
れるＩＣパッケージやその他の部品等の実装部品の端部
や輪郭形状を画像処理で抽出する。この画像処理におい
て、予めＣＡＤデータ記憶部１４ｄに格納しておいた実
装部品や実装基板のＣＡＤデータを参照することによっ
て、ＸＹステージ３における実装部品や実装基板の位置
座標や向き、実装基板１５上で部品が実装されていない
部分等を検出することができる。なお、実装基板１５上
で部品が実装されていない部分の高さを基準高さとし、
断層面の高さを設定する基準とすることができる。形状
画像処理／認識部１４ｃで取得した位置座標や高さのデ
ータは、データ記憶部１４ｅに記憶される。

【００２５】画像処理合成手段９中の画像合成部９ｃ
は、画像格納部９ｂに格納されている複数の画像に対し
て、平行移動や加算等の演算を施して、所定スライス面
の画像を合成して断層面を形成する。このとき、断層面
の高さは、立体形状計測手段１４で得た高さデータに基
づいて定めることができる。

【００２６】例えば、実装基板のＢＧＡ／ＣＳＰパッケ
ージのはんだ接合部の接合状態を検査する場合には、デ
ータ記憶部１４ｅから読み出した実装基板の高さから既
知のパッケージ厚みを差し引いた値をＢＧＡ／ＣＳＰの
はんだボールとパッケージとの接合面であるとして、こ
の高さに基づいて断層面を生成する。

【００２７】また、両面実装基板の裏面に実装されたＢ
ＧＡ／ＣＳＰの表面でのリード接合部の接合状態を検査
する場合には、前記実装基板１５上の部品が実装されて
いない部分の高さデータを基準高さとし、この高さをリ
ードと実装基板との接合面であるとして断層面を生成す
る。また、両面実装基板の裏面に実装されたＢＧＡ／Ｃ
ＳＰのはんだ接合部の接合状態を検査する場合には、基
準高さから実装基板の厚みを差し引いた値を裏面側のＢ
ＧＡ／ＣＳＰのはんだボールと実装基板裏面との接合面
であるとして、この高さに基づいて断層面を生成する。

【００２８】なお、画像合成部９ｃによる断層面の生成
は、データ記憶部１４ｅに記憶する高さデータに基づい
て、予め撮像手段８によって予め撮像して画像格納部９
ｂに格納しておいた画像データを画像合成する画像処理
により行う他に、Ｘ線ラミノグラフィの場合には、デー
タ記憶部１４ｅに記憶する高さデータに基づいて、制御
部１０によってＸＹステージや回転ステージ等のステー
ジ高さを調整して撮像を行い、得られた画像を合成する
ことにより行うことができる。

【００２９】図４は、断層面を生成する際のスライス面
の高さを説明するための概略図である。図４（ａ）は実
装基板１５ａ上に実装されるＢＧＡ／ＣＳＰパッケージ
１６ａのＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部１７の接合状態を
検査する場合を示している。この場合には、立体形状計
測手段１４で求めたパッケージ１６ａの高さデータｈか
らパッケージ１６ａの既知の厚みＨ１を差し引くことに
より、ＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部１７のパッケージ側
の接合面１７ｂの高さを求めることができ、この接合面
１７ｂにおける断層面を生成することができる。

【００３０】また、立体形状計測手段１４で求めた実装
基板１５ａの基準高さＡをＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部
１７の実装基板側の接合面１７ａの高さとすることによ
り、この接合面１７ａにおける断層面を生成することが
できる。さらに、前記の接合面１７ａと接合面１７ｂの
間の高さに設定することで、ＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合
部１７の任意のスライス面の断層面を生成することがで
きる。

【００３１】また、図４（ｂ）は両面実装基板１５ｂの
裏面に実装されるＢＧＡ／ＣＳＰパッケージ１６ｂにつ
いて、両面実装基板１５ｂの表面側で接合されるリード
１８、及び裏面側のＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部１９の
接合状態を検査する場合を示している。表面側のリード
１８の接合部の接合状態を検査する場合には、立体形状
計測手段１４で求めた実装基板１５ｂの基準高さＢを表
面側のリード１８の接合部の高さとすることにより、リ
ード接合部における断層面を生成することができる。

【００３２】また、裏面側のＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合
部１９の接合状態を検査する場合には、立体形状計測手
段１４で求めた両面実装基板１５ｂの基準高さＢから両
面実装基板１５ｂの既知の厚みＨ２を差し引くことによ
り、ＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部１９の基板側の接合面
１９ａの高さを求めることができ、この接合面１９ａに
おける断層面を生成することができる。さらに、前記の
接合面１９ａ高さから所定の厚み分だけ下げることで、
ＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部１９の任意のスライス面の
断層面を生成することができる。本発明の実施態様によ
れば、光学画像に基づいて被検査物の高さデータを得る
ことによって、はんだ接合部分など外観からの観察が困
難な部位の断層面を生成することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＸ線断層
面検査装置によれば、ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージを搭載
した実装基板のＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部や、両面実
装基板上のはんだ接合部などの光外観検査装置で見るこ
とができない検査部位の断層面を容易に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線断層面検査装置の構成例の概略を
説明するための概略図である。

【図２】レーザビーム光による形成計測を説明するため
の概略図である。

【図３】レーザビームの走査で得られる輝線を説明する
ための概略図である。

【図４】断層面を生成する際のスライス面の高さを説明
するための概略図である。

【符号の説明】

１…Ｘ線断層面検査装置、２…Ｘ線源、３…ＸＹステー
ジ、４…回転ステージ、５…Ｘ線Ｉ．Ｉ（輝度倍増
管），５ａ…Ｘ線Ｉ．Ｉ入力面、５Ａ…Ｘ線像、５Ｂ…
光学像、６…回転機構、７…アダプタ、８…撮像手段、
８ａ…撮像レンズ、８ｂ…光学撮像カメラ、９…画像処
理合成手段、９ａ…デジタル画像処理部、９ｂ…画像格
納部、９ｃ…画像合成部、１０…制御部、１１…モニタ
ー、１２…レーザ照射器、１２ａ…扇状レーザビーム、
１２ｂ…輝線、１３…光学像取得手段、１４…立体形状
計測手段、１４ａ…形状計測制御部、１４ｂ…画像メモ
リ、１４ｃ…形状画像処理／認識部、１４ｄ…ＣＡＤデ
ータ記憶部、１４ｅ…データ記憶部、１５，１５ａ…実
装基板、１５ｂ…両面実装基板、１６…実装部品、１６
ａ，１６ｂ…ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージ、１７…ＢＧＡ
／ＣＳＰはんだ接合部、１７ａ，１７ｂ…接合面、１８
…リード、１９…ＢＧＡ／ＣＳＰはんだ接合部、１９ａ
…接合面、Ａ，Ｂ…基準高さ、Ｓ…被検査物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物を透過した複数の透過Ｘ線像を
   用いて被検査物の断層画像を生成するＸ線断層面検査方
   法において、被検査物の立体形状データを計測し、当該
   立体形状データに基づいて検査部位の位置及び当該検査
   部位の高さを取得し、前記検査部位の高さに基づいて断
   層面の高さを定め、当該断層面高さに基づいて複数の透
   過Ｘ線像から得られる画像を合成して被検査物の断層画
   像を生成することを特徴とするＸ線断層面検査方法。
2. 【請求項２】 被検査物の立体形状データを計測し、当
   該立体形状データに基づいて検査部位の位置及び高さを
   取得する立体形状計測手段と、被検査物に対してＸ線を
   照射するＸ線源と、被検査物に対して複数の回転角度で
   透過した透過Ｘ線像を画像取得する画像取得手段と、前
   記立体形状計測手段が取得する検査部位の高さに基づい
   て断層面の高さを定め、当該断層面高さに基づいて前記
   画像取得手段で取得した各回転角度の複数画像を合成し
   被検査物の断層画像を生成する画像処理合成手段とを備
   えることを特徴とするＸ線断層面検査装置。