JP2004117276A - はんだ付け良否判定方法、はんだ付け良否判定装置、はんだ付け良否判定システム、プリント基板製造システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】プリント基板に対して傾いた状態で半田付けされた実装部品を正確に検出するために半田フィレットの良否判定の精度を向上させることである。
【解決手段】XYテーブルを駆動制御して、高速カメラの撮像領域内にPCB上のコンデンサを移動させ、各光源からそれぞれRGBの光をPCBに対して照射する。その反射光を高速カメラによって撮像すると、反射面の傾斜角度に応じて色分けされた画像を得ることができる。このとき、コンデンサの2つの電極の外側に正常に半田フィレットが形成されていれば、その半田フィレット部分は青色で示されることになる。ここで、本方法では、電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出した後、その和が8画素よりも大きい場合には、そのコンデンサの半田フィレットは良品であると判定する。これにより、コンデンサごとに半田フィレットの良否を高い精度で判定することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】XYテーブルを駆動制御して、高速カメラの撮像領域内にPCB上のコンデンサを移動させ、各光源からそれぞれRGBの光をPCBに対して照射する。その反射光を高速カメラによって撮像すると、反射面の傾斜角度に応じて色分けされた画像を得ることができる。このとき、コンデンサの2つの電極の外側に正常に半田フィレットが形成されていれば、その半田フィレット部分は青色で示されることになる。ここで、本方法では、電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出した後、その和が8画素よりも大きい場合には、そのコンデンサの半田フィレットは良品であると判定する。これにより、コンデンサごとに半田フィレットの良否を高い精度で判定することができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上にはんだ付けされたコンデンサチップ、ICなどの実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定方法、はんだ付け良否判定装置、はんだ付け良否判定システム、プリント基板製造システム及びプログラムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、実装部品がはんだ付けされたプリント基板(以下、「PCB」という。)に対して光を照射し、そのはんだ付け部であるはんだフィレットの外形を撮像手段で撮像するものが知られている。例えば、特許文献1や特許文献2には、実装部品であるチップを装着した後のPCB上のはんだ付けを検査する装置が開示されている。これらの装置は、PCB上のはんだフィレットに対して斜め上方から光を照射し、真上に反射してきた反射光を撮像手段であるカメラで撮像する。そして、特許文献1に開示の装置では、はんだフィレットの外形の違いによって生じる反射光の光量変動を利用して良否を判定する。一方、特許文献2に開示の装置では、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の光源から照射した光の反射光をカメラで撮像することで得られる3色の色分布によりはんだフィレットの外形を観察し、良否を判定する。
【0003】
図9(a)及び図9(b)は、特許文献2の装置を用いてはんだ付けの良否判定を行う実装部品であるコンデンサの拡大図である。なお、図9(a)は、正常にはんだ付けされた状態のコンデンサ105を示し、図9(b)は、一方の電極105aがはんだ付けされていない状態のコンデンサ105を示すものである。本構成では、図示しない光源からR、G、Bの3色の光がPCB104上にそれぞれ照射され、その反射光が真上に設置された図示しないCCDカメラによって撮像される。各色の光はそれぞれ鉛直方向に対する照射角度が異なっており、はんだが付着した面の傾斜角度によってCCDカメラに受光される光量が色ごとに違ってくる。なお、はんだは、はんだフィレット106だけでなく、コンデンサ105の電極105a上にメッキされたはんだ105bの表面にも存在する。また、はんだが付着していない面(コンデンサ105の上面やPCB104の表面)は、光源から照射される光の色にほとんど依存することなく、その面の色の反射光がCCDカメラに受光される。
【0004】
図10(a)及び図10(b)は、上記CCDカメラによって撮像された画像の説明図である。なお、図10(a)は、図9(a)に対応する画像の説明図であり、図10(b)は、図9(b)に対応する画像の説明図である。
正常にはんだ付けされたコンデンサ105の画像は、図10(a)のように、はんだフィレット106の部分が、その表面の傾斜角度に応じて3色に色分けされた状態になる。図9(a)に示す正常な場合、図10(a)のように、PCB104上において傾斜角度の大きい面すなわちはんだフィレット106の表面が青色で示される。これに対し、図9(b)のようにコンデンサ105が傾いた状態であると、図10(b)のように、コンデンサ105の側面に付着したはんだ105cやパッド104a上に付着したはんだの一部が、正常なはんだフィレットと同じ青色で示される。しかし、このときの青色領域の図中横方向の長さは、図10(a)に示す正常なはんだフィレット106を示す青色領域よりもずっと短い。よって、従来では、このような色分布の結果を利用し、各はんだフィレットごとに、青色領域の長さが所定長さを越えるものを良品と判定し、所定長さ以下のものを不良品と判定していた。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−67949号公報
【特許文献2】
特開2000−81319号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、PCB上に高密度でチップ等の実装部品を搭載する要求が高まっており、この要求に応えるためにPCB上のパッド104aを小型化する傾向にある。そのため、はんだフィレット106の長さが短くなる傾向にある。この結果、上述した従来の良否判定方法では、良品と不良品の区別が困難となるという問題が生じた。以下、この問題について説明する。
【0007】
図11(a)及び図11(b)は、パッド104aが小型化された図9(a)及び図9(b)にそれぞれ相当する図である。また、図12(a)は、図11(a)に対応する画像の説明図であり、図12(b)は、図11(b)に対応する画像の説明図である。
図11(a)のように正常な場合、パッド104aが小型化された結果、図12(a)に示すように、はんだフィレット106を示す青色領域の図中横方向の長さが、図10(b)に示したものよりも短くなる。その結果、図12(a)に示す正常なはんだフィレット206を示す青色領域の長さが、図12(b)に示す正常でない場合のコンデンサ105の側面に付着したはんだ105cを示す青色領域の長さと同程度になる。このため、上述した従来の方法では、良品と不良品の区別が困難となる。
【0008】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、プリント基板に対して傾いた状態ではんだ付けされた実装部品を正確に検出するためにはんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能なはんだ付け良否判定方法、はんだ付け良否判定装置、はんだ付け良否判定システム、プリント基板製造システム及びプログラムを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定方法において、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定工程を有することを特徴とするものである。
この良否判定方法においては、単一の実装部品をPCB上にはんだ付けする複数のはんだフィレットごとに、そのはんだフィレットの外形から良否を判断する。はんだフィレットの外形から良否を判断する方法としては、上記特許文献1や特許文献2等のように、実装部品がはんだ付けされたPCBに対して光を照射し、そのはんだフィレットの外形を撮像手段で撮像するものが挙げられる。
PCB上のパッドから一端が浮いた状態ではんだ付けされた実装部品は、不良品として排除しなければならず、そのために、その実装部品のはんだ付けについて良否が判断される。従来では、単一の実装部品であってもその個々のはんだフィレットごとに良否を判断していたため、上述したように良品と不良品の区別が困難な場合があった。これは、はんだフィレットの外形から良否判断を行う場合、はんだフィレットの長さが短くなると、良品と不良品の判断基準となる正常なはんだフィレットの外形を示す色あるいは光量について良品と不良品の間での差が小さくなるためである。
ここで、本発明者らは、実装部品の一端が浮いた状態にある場合、その反対に位置する他端のはんだフィレットも、正常なはんだフィレットの外形とは異なる点に着目した。すなわち、単一の実装部品である限り、一端が浮いた状態になって傾けば、その実装部品のすべてのはんだフィレットの外形に影響が出る。したがって、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能である。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
【0010】
また、請求項2の発明は、請求項1のはんだ付け良否判定方法において、上記プリント基板に、鉛直方向に対して互いに異なる照射角度で互いに異なる色の光を上記はんだフィレットの正面方向から照射し、その各反射光を鉛直方向上方で受光して該プリント基板を撮像手段によって撮像する撮像工程を有し、上記判定工程は、該撮像工程で撮像した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの撮像データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするものである。
この良否判定方法においては、鉛直方向に対して互いに異なる照射角度で互いに異なる色の光をはんだフィレットの正面方向から照射し、その各反射光を鉛直方向上方で受光して、プリント基板を撮像する。これにより、はんだフィレットの外形を色の違いで得ることができる。そして、撮像した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの撮像データが所定の不良条件を満たすとき、その単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定する。この撮像データとしては、上記所定の不良条件に応じて適宜設定されるものである。例えば、はんだフィレットが存在し得る領域内における正常なはんだフィレットの外形を示す色の画素数を、単一の実装部品について累積加算し、その累積加算した値が所定値を越えることを上記所定の不良条件とする。この場合、各画素の色データを撮像データとして用いることができる。このような判定方法は、上記特許文献2に開示された装置などの既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となる。
【0011】
また、請求項3の発明は、請求項2のはんだ付け良否判定方法において、上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの撮像データから、該各はんだフィレットについての正常なはんだフィレットの外形を示す色の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするものである。
単一の実装部品が傾いた状態にある場合、その一端がはんだ付けされていても他端側はPCB上のパッドから浮いた状態になることがある。この場合、例えば、図12(a)及び図12(b)に示したように、図中左端のはんだフィレットについては、正常でない場合におけるコンデンサの側面に付着したはんだを示す青色領域の長さが、正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さよりは短いもののほぼ同程度となる。そのため、この左端のはんだ付けについては、良品と不良品の区別が困難となる。一方で、図中右端のはんだフィレットについては、正常でない場合には青色領域の長さも、はんだフィレットの外形を示す青色領域の長さよりは短いものの同程度であり、やはり良品と不良品の区別が困難である。
そこで、本良否判定方法においては、単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの撮像データから、各はんだフィレットについての正常なはんだフィレットの外形を示す色の長さの和、差、積又は商を算出する。これにより、個々のはんだフィレットについては、正常でない場合の青色領域の長さと正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さとの差が小さくても、この差を累積して拡大することが可能となる。なお、演算方法は、その差を累積拡大できる最適な演算方法を和、差、積又は商のうちから1又は2以上選択される。
【0012】
また、請求項4の発明は、請求項1のはんだ付け良否判定方法において、上記プリント基板に対して照射されるレーザ光の反射光を位置検出素子で受光して、上記はんだフィレットの外形を計測する外形計測工程を有し、上記判定工程は、該外形計測工程で計測した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの計測データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定方法においては、プリント基板に対して照射されるレーザ光の反射光を位置検出素子で受光して、はんだフィレットの外形を計測する。これにより、はんだフィレットの水平方向から見たときの外形形状を知ることができる。このような計測は、一般的なレーザ変位計等を用いて行うことができる。そして、計測した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの計測データが所定の不良条件を満たすとき、その単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定する。例えば、計測データに基づいて鉛直方向から見たときの実装部品から延出した部分のはんだフィレットの長さが得られるので、この長さを単一の実装部品について累積加算する。そして、この累積加算した値が所定値を越えることを上記所定の不良条件とする。
【0013】
また、請求項5の発明は、請求項4のはんだ付け良否判定方法において、上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの計測データから、該各はんだフィレットの外形部分の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定方法においては、請求項3のはんだ付け良否判定方法と同様に、単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの計測データから、各はんだフィレットの外形部分の長さの和、差、積又は商を算出する。これにより、個々のはんだフィレットについては、その外形部分の長さが良品と不良品との間で小さくても、この差を累積して拡大することが可能となる。なお、演算方法は、その差を累積拡大できる最適な演算方法を和、差、積又は商のうちから1又は2以上選択される。
【0014】
また、請求項6の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置において、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段を有することを特徴とするものである。
この良否判定装置においては、上記請求項1の良否判定方法と同様に、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能となる。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
【0015】
また、請求項7の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置を備えたはんだ付け良否判定システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用い、該はんだ付け良否判定装置の上記判定手段から出力される判定結果データを書き込み及び該書き込まれたデータを読み出すデータ入出力手段と、該データ入出力手段に書き込まれた該判定結果データを読み出して表示する表示手段と、該表示手段に表示された該判定結果データの修正入力を行うデータ修正入力手段と、該データ修正入力手段の修正入力に基づいて該判定結果データの修正処理を行うデータ修正処理手段とを備えた情報処理手段とを有する判定支援装置を備えており、該表示手段に表示された該判定結果データに基づいて、オペレータが上記プリント基板を目視で再検査し、該判定結果データに誤りがあったときには該オペレータが該データ修正入力手段を用いて該判定結果データを修正し、該修正された判定結果データを該データ入出力手段に書き込むことを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定システムにおいては、請求項6のはんだ付け良否判定装置と、その判定結果についてオペレータによる修正を加えるための判定支援装置とを備えている。請求項6のはんだ付け良否判定装置によれば、はんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能であるが、この装置だけで100%正確な判定を行うことは困難である。そこで、本システムでは、そのはんだ付け良否判定装置を上記判定支援装置と連携させている。これにより、より正確に良品と不良品とを区別することが可能となる。
【0016】
また、請求項8の発明は、プリント基板上の所定位置に、はんだを印刷するはんだ印刷装置と、該はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板上に実装部品をマウントする部品マウント装置と、該部品マウント装置によって部品がマウントされたプリント基板上のはんだをリフローしてはんだを定着させるリフロー装置と、該リフロー装置によってはんだが定着したプリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置とを備えたプリント基板製造システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用いたことを特徴とするものである。
このプリント基板製造システムにおいては、プリント基板の製造から、そのプリント基板上における実装部品のはんだ付けの検査までの工程を一連の処理として行うことができる。
【0017】
また、請求項9の発明は、請求項8のプリント基板製造システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置によって良品であると判定されたプリント基板に対して処理を行う処理装置を設けたことを特徴とするものである。
このプリント基板製造システムにおいては、プリント基板の製造からそのプリント基板上における実装部品のはんだ付けの検査までの工程に加えて、その検査後に上記処理装置によって行われる後段の工程についても、一連の処理として行うことができる。なお、この処理装置としては、例えば、良品として判定されたプリント基板上に更に部品をマウントしたり、良品として判定されたプリント基板を包装したりするものが挙げられる。
【0018】
また、請求項10の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置に設けられるコンピュータにを機能させるためのプログラムにおいて、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段として、上記コンピュータを機能させることを特徴とするものである。
このプログラムが上記コンピュータに実行されることで、上記請求項6のはんだ付け良否判定装置を構築できるので、上記請求項1の良否判定方法と同様に、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能となる。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
尚、このプログラムは、CD−ROM等の記録媒体に記録された状態で配布したり、入手したりすることができる。また、このプログラムを乗せ、所定の送信装置により送信された信号を、公衆電話回線や専用線、その他の通信網等の伝送媒体を介して配信したり、受信したりすることでも、配布、入手が可能である。この配信の際、伝送媒体中には、コンピュータプログラムの少なくとも一部が伝送されていればよい。すなわち、コンピュータプログラムを構成するすべてのデータが、一時に伝送媒体上に存在している必要はない。このプログラムを乗せた信号とは、コンピュータプログラムを含む所定の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号である。また、所定の送信装置からコンピュータプログラムを送信する送信方法には、プログラムを構成するデータを連続的に送信する場合も、断続的に送信する場合も含まれる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、PCB上に装着されたコンデンサチップ、ICなどのSMD(Surface Mount Device)のはんだ付けの良否を光学的に判定する良否判定装置である外観検査装置に適用した実施形態について説明する。
【0020】
図2は、本実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。この外観検査装置は、SMDを装着したPCB4に光を照射する3つの光源1R,1G,1Bからなる2組の光源セットを備えている。よって、本外観検査装置では、合計6つの光源を備えている。また、本外観検査装置は、これらの光源から照射された光を受光して撮像する撮像手段としての高速カメラ2を備えている。この高速カメラ2は、10万分の1秒程度の高速シャッタで撮像可能なものであり、例えばCCDなどの撮像素子で構成されたものを用いることができる。本実施形態では、高速カメラ2として、分解能が13μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、50μm、70μmの間で変更可能なCCDカメラを使用し、これを図示のように検査領域の真上に配置される。
【0021】
このほか、本外観検査装置には、その高速カメラ2に対して相対移動するように載置台に載置したPCB4を水平方向に2次元的に移動させる駆動手段としてのXYステージ3、制御手段としての制御部10なども備えている。XYステージ3は、PCB4を水平に支持している。制御部10は、図示しないCPU、記憶部、インターフェース部などを備え、高速カメラ2のシャッタを制御したり、ステージ駆動部3aを介してXYステージ3を駆動制御したり、後述する良否判断処理を行ったりする。
【0022】
図3は、コンデンサ7の電極7aをPCB4上のパッド4aに接続するはんだフィレット6の拡大図である。上記光源1R、1G、1Bは、鉛直方向に対して一番小さな照射角度で光を照射する赤色光源1Rと、一番大きな照射角度で光を照射する青色光源1Bと、これらの中間の照射角度で光を照射する緑色光源1Bとから構成されている。これらの光源1R、1G、1Bからの赤色光R、緑色光G、青色光BをPCB4上に照射すると、高速カメラ2によってR、G、Bの3色に色分けされた画像が撮像される。この3色の色分布により、はんだ付け状態すなわちはんだフィレット8の外形を観察することができる。なお、各光源1R、1G、1Bには、カラーフィルタを張り付けたインバータ制御のリング状の蛍光灯や、各色の光を発する発光ダイオード(LED)などを利用することができる。
【0023】
上記高速カメラ2の撮像領域(検査領域)は、PCB4に比べて狭いため、高速カメラ2によって撮像する際には、XYステージ3上のPCB4を水平方向に滑らかに連続して移動させながら撮像する。具体的には、撮像領域内に収まる1又は2以上のSMDごとに、順次、PCB4を撮像し、各SMDのはんだフィレット6の外形を把握する。
【0024】
次に、上記外観検査装置を用いて、PCB4上に装着されたコンデンサ5のはんだ付けを良否判断する方法について説明する。
図1は、本実施形態における良否判断方法の流れを示すフローチャートである。
まず、XYテーブル3を駆動制御して、高速カメラ2の撮像領域内にPCB4上のコンデンサ5を移動させる(S1)。そして、光源1R、1G、1BからPCB4に対して照射される各色の光の反射光を高速カメラ2によって撮像する(S2)。これにより、その撮像データに基づいて、図12(a)や図12(b)に示したような画像を得ることができる。このとき、コンデンサ5における2つの電極5aに対して正常にはんだフィレット6が形成されていれば、図12(a)に示したように、そのはんだフィレット部分は青色で示されることになる。これに対し、単一の実装部品が傾いてその一端がPCB4上のパッド4aから浮いた状態であると、コンデンサ5の電極側面に付着したはんだも青色で示されることになる。
【0025】
図4(a)及び図4(b)は、本実施形態のPCB4上におけるコンデンサ5のはんだ付けを、個々のはんだフィレットごとに外観検査装置で良否を判断した結果を示すグラフである。本実施形態では、正常に装着されたコンデンサ5の周囲をPCB4の上方から見たとき、そのコンデンサの電極5aの側面からPCB4上のパッド4aの端部までの長さは、およそ0.05[mm]と短いものである。そして、この長さを撮像データに置き換えると、およそ5画素分に相当する。そして、本発明者らの実験では、PCB4上に正常に装着されたコンデンサ5のはんだフィレットについては、これを示す青色領域の長さが、図4(a)に示すように、5画素を中心に3〜6画素範囲内で分布する。これに対し、PCB4上のパッド4aから浮いた状態のはんだフィレットについては、そのコンデンサの電極側面が青色領域で示され、その長さは、図4(b)に示すように、3〜4画素を中心に0〜6画素の範囲内で分布する。このように、青色領域の長さによって個々のはんだフィレットごとに良否判断を行うと、良品と不良品との間で重複する部分があり、これらを明確に区別することはできない。
【0026】
図5(a)及び図5(b)は、図4(a)及び図4(b)の実験結果について、それぞれ、単一のコンデンサ5の両端付近に存在する青色領域の画素数の和を算出した結果を示すグラフである。図示のように、単一のコンデンサ5についての青色領域の画素数の和をとると、良品と不良品との間で重複する部分がなく、これらを明確に区別することはできる。
【0027】
そこで、本実施形態では、高速カメラ2によって撮像した撮像データから、単一のコンデンサ5の電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出する(S3)。そして、その算出した画素数の和Slが8画素よりも大きいか否かを判断する(S4)。この判断の結果、和Slが8画素よりも大きい場合には、そのコンデンサ5は良品であると判定し(S5)、和Slが8画素以下である場合には、そのコンデンサ5は不良品であると判定する(S6)。これにより、コンデンサ5ごとにはんだ付けの良否を高い精度で判定することができる。
【0028】
なお、本実施形態では、単一のコンデンサ5の電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出したが、本発明者らの実験によれば、これらの画素数の差、積又は商を算出しても、良否判定の精度を高めることは可能であることが判明している。本実施形態のような形状のコンデンサ5についてはんだ付けの良否を判断する場合には、和を算出するのがもっとも簡単でかつ精度が高かった。しかし、単一の実装部品の両側に存在する青色領域の画素数について、どのような算出方法を採用するかは、その実装部品の外形やはんだフィレットの外形などを考慮し、良否判定の精度を高める観点から適宜選択する。
【0029】
次に、上記外観検査装置を利用したプリント基板製造システムの構成及び動作について説明する。
図6は、本実施形態におけるプリント基板製造システムの主要な装置を示す概略構成図である。本プリント基板製造システムは、主に、はんだ印刷機20、チップマウンタ30、QFP(quad fiat package)マウンタ40、リフロー炉50及び外観検査装置60から構成されている。このシステムでは、部品が実装されていない状態の基板をはんだ印刷機20内に搬送し、その基板上の所定位置にはんだ印刷機20ではんだを印刷する。このようにしてはんだが印刷された基板は、チップマウンタ30及びQFPマウンタ40に順次搬送され、コンデンサやIC等の実装部品が基板上に載置される。その後、その基板はリフロー炉50内に搬送されて加熱処理される。これにより、はんだ印刷機20によって印刷されたはんだが溶解し、冷却されることで、実装部品が基板上に実装される。
【0030】
このようにして実装部品が実装されたプリント基板は、その後、ベルトコンベア等の搬送手段によって、又はオペレータによる手作業によって、外観検査装置60内に搬入される。この外観検査装置60では、上述した方法によってはんだ付けの良否が光学的に判定される。そして、良品と判定されたプリント基板は、図示しない後段の処理工程に移送される。この後段の処理工程を実施する装置としては、例えば、プリント基板上に更に部品をマウントする部品マウンタや、プリント基板を包装する包装装置などが挙げられる。また、この装置は、例えば、外観検査装置60による良否判定の結果に応じて、良品と不良品を分別する分別装置であってもよい。なお、本システムでは、外観検査装置60による良否判定後に処理工程を実施する装置が設置されているが、この装置は必ずしも必要であるわけではない。
【0031】
また、本実施形態では、外観検査装置60に、データ修正処理手段としての修正端末61が接続されている。この修正端末61は、その内部に、外観検査装置60から出力される判定結果データを書き込み及びその書き込まれたデータを読み出すデータ入出力手段を備えている。この修正端末61は、外観検査装置60による良否判定結果が正しいか否かをオペレータが目視で再検査し、検査結果に誤りがあったときに検査結果データを修正するためのものである。本実施形態では、プリント基板上の個別のバーコードが形成されており、そのバーコード情報をバーコード自動読取装置61で読み取る。このバーコード自動読取装置61で読み取ったバーコード情報及び外観検査装置60の判定結果データは、シリアル通信ケーブルを通して修正端末61に送信され、保存される。この保存された判定結果データは、修正端末61の表示手段であるディスプレイ61aに映し出される。そして、オペレータは、不良と判定された判定結果がディスプレイ61aに映し出されたら、実際のプリント基板を目視で確認し、本当に不良品であるかを確認する。その結果、不良品でないと判断したら、オペレータは、修正端末61の図示しないキーボード等のデータ修正入力手段によって修正入力を行う。
【0032】
なお、本実施形態の修正端末61は、外観検査装置60に接続されたスタンドアローン型のコンピュータで構成されているが、外観検査装置60に対してLAN等のネットワークで接続したものであってもよい。
【0033】
〔変形例〕
次に、上記実施形態に係る外観検査装置の変形例について説明する。
本変形例では、上記実施形態の光源1R,1G,1B及び高速カメラ2の代わりに、プリント基板に対してレーザ光を照射するレーザ照射手段としてのレーザ発光素子と、その反射光を受光する位置検出素子とを備えたレーザ変位計を用いる。このレーザ変位計は、位置検出素子の出力信号から、プリント基板から突出した部分(実装部品、はんだフィレット等)の高さを知ることができる。このようなレーザ変位計としては、市販されている公知のものを利用でき、その構成は、例えば特開平5−2074号公報や特開平5−52552号公報に記載されている。このようなレーザ変位計を用いれば、はんだフィレットの水平方向から見たときの外形形状を知ることができる。そして、はんだフィレット部分の高さ範囲を適宜設定することで、はんだフィレットの長さを計測することができる。
【0034】
図7(a)乃至図7(c)は、プリント基板上に実装されたコンデンサ部分の拡大図である。なお、図7(a)は、正常にはんだ付けされた状態のコンデンサ105を示すものである。また、図7(b)は、正常にはんだ付けされてはいるが実装位置が水平方向にズレた状態のコンデンサ105を示すものである。図7(c)は、一方の電極105aがはんだ付けされていない状態のコンデンサ105を示すものである。
図8(a)乃至図8(c)は、図7(a)乃至図7(c)に示した状態のコンデンサ105周辺について、上記レーザ変位計で計測した結果をそれぞれ示すグラフである。本変形例でも、図1に示したフローチャートと同様の流れで、はんだフィレットの良否判断を行う。ただし、本変形例では、上記S2においてレーザ変位計による計測を行う。また、本変形例では、上記S3において、図8(a)乃至図8(c)の各図中左側のはんだフィレットの長さl1,l3,l5と図中右側のはんだフィレットの長さl2,l4,l6との和L1,L2,L3を算出する。これらの和L1,L2,L3の関係は、本発明者らによる実験の結果、おおよそ下記の数1に示すようになった。
【数1】
L1 = L2 > L3
【0035】
したがって、本変形例では、上記S4において、各コンデンサ105について算出した両側のはんだフィレットの和がL1に対して所定の誤差範囲内に入るか否かを判断する。この判断の結果、その和が所定の誤差範囲内に入る場合には、そのコンデンサ105は良品であると判定し(S5)、その和が所定の誤差範囲内に入らない場合には、そのコンデンサ105は不良品であると判定する(S6)。これにより、上記実施形態と同様に、コンデンサ105ごとにはんだ付けの良否を高い精度で判定することができる。
【0036】
【発明の効果】
請求項1乃至10の発明によれば、プリント基板に対して傾いた状態ではんだ付けされた不良品と正常にはんだ付けされた良品との間における僅かな差を累積することでこれらの区別を明確に行うことが可能となるので、はんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能となるという優れた効果がある。
特に、請求項2の発明によれば、既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項3の発明によれば、個々のはんだフィレットについては正常でない場合の青色領域の長さと正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さとの差が小さくても、この差を簡単な演算方法によって累積して拡大することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項4の発明によれば、既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項5の発明によれば、個々のはんだフィレットについては、その外形部分の長さが良品と不良品との間で小さくても、この差を累積して拡大することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項7の発明によれば、より正確に良品と不良品とを区別することが可能となるので、はんだ付けの良否判定の精度を更に向上させることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項8及び9の発明によれば、プリント基板の製造工程に含まれるはんだ付けの良否判定に関する検査の精度を向上させることが可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る外観検査装置の良否判断方法の流れを示すフローチャート。
【図2】同外観検査装置の概略構成図。
【図3】コンデンサの電極をPCB上のパッドに接続するはんだフィレットの拡大図。
【図4】(a)は、個々のはんだフィレットごとに外観検査装置で良否を判断した結果、良品と判断されたときの青色領域の画素数とその度数との関係を示すグラフ。
(b)は、同判断の結果、不良品と判断されたときの青色領域の画素数とその度数との関係を示すグラフ。
【図5】(a)及び(b)は、図4(a)及び図4(b)の結果について、それぞれ、単一のコンデンサに関する青色領域の画素数の和を算出した結果を示すグラフ。
【図6】同外観検査装置を利用したプリント基板製造システムの主要な装置を示す概略構成図。
【図7】(a)乃至(c)は、変形例におけるプリント基板上に実装されたコンデンサ部分の拡大図。
【図8】(a)乃至(c)は、図7(a)乃至図7(c)に示した状態のコンデンサ周辺について、変形例におけるレーザ変位計で計測した結果をそれぞれ示すグラフ。
【図9】(a)は、特許文献2の装置を用いてはんだ付けの良否判定を行うコンデンサが正常に装着された状態のの拡大図。
(b)は、同良否判定を行うコンデンサの一端が浮いた状態のの拡大図。
【図10】(a)及び(b)は、図9(a)及び図9(b)をそれぞれCCDカメラで撮像した画像の説明図。
【図11】(a)及び(b)は、パッドが小型化された図9(a)及び図9(b)にそれぞれ相当する図。
【図12】(a)及び(b)は、図11(a)及び図11(b)をそれぞれCCDカメラで撮像した画像の説明図。
【符号の説明】
1R 赤色光源
1G 緑色光源
1B 青色光源
2 高速カメラ
3 XYステージ
4,104,204 PCB
5,105 コンデンサ
5a,105a 電極
6,106,206 はんだフィレット
10 制御部
11 ステージ駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上にはんだ付けされたコンデンサチップ、ICなどの実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定方法、はんだ付け良否判定装置、はんだ付け良否判定システム、プリント基板製造システム及びプログラムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、実装部品がはんだ付けされたプリント基板(以下、「PCB」という。)に対して光を照射し、そのはんだ付け部であるはんだフィレットの外形を撮像手段で撮像するものが知られている。例えば、特許文献1や特許文献2には、実装部品であるチップを装着した後のPCB上のはんだ付けを検査する装置が開示されている。これらの装置は、PCB上のはんだフィレットに対して斜め上方から光を照射し、真上に反射してきた反射光を撮像手段であるカメラで撮像する。そして、特許文献1に開示の装置では、はんだフィレットの外形の違いによって生じる反射光の光量変動を利用して良否を判定する。一方、特許文献2に開示の装置では、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の光源から照射した光の反射光をカメラで撮像することで得られる3色の色分布によりはんだフィレットの外形を観察し、良否を判定する。
【0003】
図9(a)及び図9(b)は、特許文献2の装置を用いてはんだ付けの良否判定を行う実装部品であるコンデンサの拡大図である。なお、図9(a)は、正常にはんだ付けされた状態のコンデンサ105を示し、図9(b)は、一方の電極105aがはんだ付けされていない状態のコンデンサ105を示すものである。本構成では、図示しない光源からR、G、Bの3色の光がPCB104上にそれぞれ照射され、その反射光が真上に設置された図示しないCCDカメラによって撮像される。各色の光はそれぞれ鉛直方向に対する照射角度が異なっており、はんだが付着した面の傾斜角度によってCCDカメラに受光される光量が色ごとに違ってくる。なお、はんだは、はんだフィレット106だけでなく、コンデンサ105の電極105a上にメッキされたはんだ105bの表面にも存在する。また、はんだが付着していない面(コンデンサ105の上面やPCB104の表面)は、光源から照射される光の色にほとんど依存することなく、その面の色の反射光がCCDカメラに受光される。
【0004】
図10(a)及び図10(b)は、上記CCDカメラによって撮像された画像の説明図である。なお、図10(a)は、図9(a)に対応する画像の説明図であり、図10(b)は、図9(b)に対応する画像の説明図である。
正常にはんだ付けされたコンデンサ105の画像は、図10(a)のように、はんだフィレット106の部分が、その表面の傾斜角度に応じて3色に色分けされた状態になる。図9(a)に示す正常な場合、図10(a)のように、PCB104上において傾斜角度の大きい面すなわちはんだフィレット106の表面が青色で示される。これに対し、図9(b)のようにコンデンサ105が傾いた状態であると、図10(b)のように、コンデンサ105の側面に付着したはんだ105cやパッド104a上に付着したはんだの一部が、正常なはんだフィレットと同じ青色で示される。しかし、このときの青色領域の図中横方向の長さは、図10(a)に示す正常なはんだフィレット106を示す青色領域よりもずっと短い。よって、従来では、このような色分布の結果を利用し、各はんだフィレットごとに、青色領域の長さが所定長さを越えるものを良品と判定し、所定長さ以下のものを不良品と判定していた。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−67949号公報
【特許文献2】
特開2000−81319号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、PCB上に高密度でチップ等の実装部品を搭載する要求が高まっており、この要求に応えるためにPCB上のパッド104aを小型化する傾向にある。そのため、はんだフィレット106の長さが短くなる傾向にある。この結果、上述した従来の良否判定方法では、良品と不良品の区別が困難となるという問題が生じた。以下、この問題について説明する。
【0007】
図11(a)及び図11(b)は、パッド104aが小型化された図9(a)及び図9(b)にそれぞれ相当する図である。また、図12(a)は、図11(a)に対応する画像の説明図であり、図12(b)は、図11(b)に対応する画像の説明図である。
図11(a)のように正常な場合、パッド104aが小型化された結果、図12(a)に示すように、はんだフィレット106を示す青色領域の図中横方向の長さが、図10(b)に示したものよりも短くなる。その結果、図12(a)に示す正常なはんだフィレット206を示す青色領域の長さが、図12(b)に示す正常でない場合のコンデンサ105の側面に付着したはんだ105cを示す青色領域の長さと同程度になる。このため、上述した従来の方法では、良品と不良品の区別が困難となる。
【0008】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、プリント基板に対して傾いた状態ではんだ付けされた実装部品を正確に検出するためにはんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能なはんだ付け良否判定方法、はんだ付け良否判定装置、はんだ付け良否判定システム、プリント基板製造システム及びプログラムを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定方法において、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定工程を有することを特徴とするものである。
この良否判定方法においては、単一の実装部品をPCB上にはんだ付けする複数のはんだフィレットごとに、そのはんだフィレットの外形から良否を判断する。はんだフィレットの外形から良否を判断する方法としては、上記特許文献1や特許文献2等のように、実装部品がはんだ付けされたPCBに対して光を照射し、そのはんだフィレットの外形を撮像手段で撮像するものが挙げられる。
PCB上のパッドから一端が浮いた状態ではんだ付けされた実装部品は、不良品として排除しなければならず、そのために、その実装部品のはんだ付けについて良否が判断される。従来では、単一の実装部品であってもその個々のはんだフィレットごとに良否を判断していたため、上述したように良品と不良品の区別が困難な場合があった。これは、はんだフィレットの外形から良否判断を行う場合、はんだフィレットの長さが短くなると、良品と不良品の判断基準となる正常なはんだフィレットの外形を示す色あるいは光量について良品と不良品の間での差が小さくなるためである。
ここで、本発明者らは、実装部品の一端が浮いた状態にある場合、その反対に位置する他端のはんだフィレットも、正常なはんだフィレットの外形とは異なる点に着目した。すなわち、単一の実装部品である限り、一端が浮いた状態になって傾けば、その実装部品のすべてのはんだフィレットの外形に影響が出る。したがって、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能である。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
【0010】
また、請求項2の発明は、請求項1のはんだ付け良否判定方法において、上記プリント基板に、鉛直方向に対して互いに異なる照射角度で互いに異なる色の光を上記はんだフィレットの正面方向から照射し、その各反射光を鉛直方向上方で受光して該プリント基板を撮像手段によって撮像する撮像工程を有し、上記判定工程は、該撮像工程で撮像した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの撮像データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするものである。
この良否判定方法においては、鉛直方向に対して互いに異なる照射角度で互いに異なる色の光をはんだフィレットの正面方向から照射し、その各反射光を鉛直方向上方で受光して、プリント基板を撮像する。これにより、はんだフィレットの外形を色の違いで得ることができる。そして、撮像した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの撮像データが所定の不良条件を満たすとき、その単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定する。この撮像データとしては、上記所定の不良条件に応じて適宜設定されるものである。例えば、はんだフィレットが存在し得る領域内における正常なはんだフィレットの外形を示す色の画素数を、単一の実装部品について累積加算し、その累積加算した値が所定値を越えることを上記所定の不良条件とする。この場合、各画素の色データを撮像データとして用いることができる。このような判定方法は、上記特許文献2に開示された装置などの既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となる。
【0011】
また、請求項3の発明は、請求項2のはんだ付け良否判定方法において、上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの撮像データから、該各はんだフィレットについての正常なはんだフィレットの外形を示す色の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするものである。
単一の実装部品が傾いた状態にある場合、その一端がはんだ付けされていても他端側はPCB上のパッドから浮いた状態になることがある。この場合、例えば、図12(a)及び図12(b)に示したように、図中左端のはんだフィレットについては、正常でない場合におけるコンデンサの側面に付着したはんだを示す青色領域の長さが、正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さよりは短いもののほぼ同程度となる。そのため、この左端のはんだ付けについては、良品と不良品の区別が困難となる。一方で、図中右端のはんだフィレットについては、正常でない場合には青色領域の長さも、はんだフィレットの外形を示す青色領域の長さよりは短いものの同程度であり、やはり良品と不良品の区別が困難である。
そこで、本良否判定方法においては、単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの撮像データから、各はんだフィレットについての正常なはんだフィレットの外形を示す色の長さの和、差、積又は商を算出する。これにより、個々のはんだフィレットについては、正常でない場合の青色領域の長さと正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さとの差が小さくても、この差を累積して拡大することが可能となる。なお、演算方法は、その差を累積拡大できる最適な演算方法を和、差、積又は商のうちから1又は2以上選択される。
【0012】
また、請求項4の発明は、請求項1のはんだ付け良否判定方法において、上記プリント基板に対して照射されるレーザ光の反射光を位置検出素子で受光して、上記はんだフィレットの外形を計測する外形計測工程を有し、上記判定工程は、該外形計測工程で計測した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの計測データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定方法においては、プリント基板に対して照射されるレーザ光の反射光を位置検出素子で受光して、はんだフィレットの外形を計測する。これにより、はんだフィレットの水平方向から見たときの外形形状を知ることができる。このような計測は、一般的なレーザ変位計等を用いて行うことができる。そして、計測した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの計測データが所定の不良条件を満たすとき、その単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定する。例えば、計測データに基づいて鉛直方向から見たときの実装部品から延出した部分のはんだフィレットの長さが得られるので、この長さを単一の実装部品について累積加算する。そして、この累積加算した値が所定値を越えることを上記所定の不良条件とする。
【0013】
また、請求項5の発明は、請求項4のはんだ付け良否判定方法において、上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの計測データから、該各はんだフィレットの外形部分の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定方法においては、請求項3のはんだ付け良否判定方法と同様に、単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの計測データから、各はんだフィレットの外形部分の長さの和、差、積又は商を算出する。これにより、個々のはんだフィレットについては、その外形部分の長さが良品と不良品との間で小さくても、この差を累積して拡大することが可能となる。なお、演算方法は、その差を累積拡大できる最適な演算方法を和、差、積又は商のうちから1又は2以上選択される。
【0014】
また、請求項6の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置において、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段を有することを特徴とするものである。
この良否判定装置においては、上記請求項1の良否判定方法と同様に、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能となる。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
【0015】
また、請求項7の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置を備えたはんだ付け良否判定システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用い、該はんだ付け良否判定装置の上記判定手段から出力される判定結果データを書き込み及び該書き込まれたデータを読み出すデータ入出力手段と、該データ入出力手段に書き込まれた該判定結果データを読み出して表示する表示手段と、該表示手段に表示された該判定結果データの修正入力を行うデータ修正入力手段と、該データ修正入力手段の修正入力に基づいて該判定結果データの修正処理を行うデータ修正処理手段とを備えた情報処理手段とを有する判定支援装置を備えており、該表示手段に表示された該判定結果データに基づいて、オペレータが上記プリント基板を目視で再検査し、該判定結果データに誤りがあったときには該オペレータが該データ修正入力手段を用いて該判定結果データを修正し、該修正された判定結果データを該データ入出力手段に書き込むことを特徴とするものである。
このはんだ付け良否判定システムにおいては、請求項6のはんだ付け良否判定装置と、その判定結果についてオペレータによる修正を加えるための判定支援装置とを備えている。請求項6のはんだ付け良否判定装置によれば、はんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能であるが、この装置だけで100%正確な判定を行うことは困難である。そこで、本システムでは、そのはんだ付け良否判定装置を上記判定支援装置と連携させている。これにより、より正確に良品と不良品とを区別することが可能となる。
【0016】
また、請求項8の発明は、プリント基板上の所定位置に、はんだを印刷するはんだ印刷装置と、該はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板上に実装部品をマウントする部品マウント装置と、該部品マウント装置によって部品がマウントされたプリント基板上のはんだをリフローしてはんだを定着させるリフロー装置と、該リフロー装置によってはんだが定着したプリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置とを備えたプリント基板製造システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用いたことを特徴とするものである。
このプリント基板製造システムにおいては、プリント基板の製造から、そのプリント基板上における実装部品のはんだ付けの検査までの工程を一連の処理として行うことができる。
【0017】
また、請求項9の発明は、請求項8のプリント基板製造システムにおいて、上記はんだ付け良否判定装置によって良品であると判定されたプリント基板に対して処理を行う処理装置を設けたことを特徴とするものである。
このプリント基板製造システムにおいては、プリント基板の製造からそのプリント基板上における実装部品のはんだ付けの検査までの工程に加えて、その検査後に上記処理装置によって行われる後段の工程についても、一連の処理として行うことができる。なお、この処理装置としては、例えば、良品として判定されたプリント基板上に更に部品をマウントしたり、良品として判定されたプリント基板を包装したりするものが挙げられる。
【0018】
また、請求項10の発明は、プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置に設けられるコンピュータにを機能させるためのプログラムにおいて、単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段として、上記コンピュータを機能させることを特徴とするものである。
このプログラムが上記コンピュータに実行されることで、上記請求項6のはんだ付け良否判定装置を構築できるので、上記請求項1の良否判定方法と同様に、単一の実装部品についての各はんだフィレットにおける良品と不良品の間での差を累積することが可能となる。そして、このように良品と不良品の間での差を累積することで、個々のはんだフィレットごとに良否判断すると良品と不良品との間での差が小さくて互いを区別するのが困難な場合でも、明確に区別することが可能となる。
尚、このプログラムは、CD−ROM等の記録媒体に記録された状態で配布したり、入手したりすることができる。また、このプログラムを乗せ、所定の送信装置により送信された信号を、公衆電話回線や専用線、その他の通信網等の伝送媒体を介して配信したり、受信したりすることでも、配布、入手が可能である。この配信の際、伝送媒体中には、コンピュータプログラムの少なくとも一部が伝送されていればよい。すなわち、コンピュータプログラムを構成するすべてのデータが、一時に伝送媒体上に存在している必要はない。このプログラムを乗せた信号とは、コンピュータプログラムを含む所定の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号である。また、所定の送信装置からコンピュータプログラムを送信する送信方法には、プログラムを構成するデータを連続的に送信する場合も、断続的に送信する場合も含まれる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、PCB上に装着されたコンデンサチップ、ICなどのSMD(Surface Mount Device)のはんだ付けの良否を光学的に判定する良否判定装置である外観検査装置に適用した実施形態について説明する。
【0020】
図2は、本実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。この外観検査装置は、SMDを装着したPCB4に光を照射する3つの光源1R,1G,1Bからなる2組の光源セットを備えている。よって、本外観検査装置では、合計6つの光源を備えている。また、本外観検査装置は、これらの光源から照射された光を受光して撮像する撮像手段としての高速カメラ2を備えている。この高速カメラ2は、10万分の1秒程度の高速シャッタで撮像可能なものであり、例えばCCDなどの撮像素子で構成されたものを用いることができる。本実施形態では、高速カメラ2として、分解能が13μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、50μm、70μmの間で変更可能なCCDカメラを使用し、これを図示のように検査領域の真上に配置される。
【0021】
このほか、本外観検査装置には、その高速カメラ2に対して相対移動するように載置台に載置したPCB4を水平方向に2次元的に移動させる駆動手段としてのXYステージ3、制御手段としての制御部10なども備えている。XYステージ3は、PCB4を水平に支持している。制御部10は、図示しないCPU、記憶部、インターフェース部などを備え、高速カメラ2のシャッタを制御したり、ステージ駆動部3aを介してXYステージ3を駆動制御したり、後述する良否判断処理を行ったりする。
【0022】
図3は、コンデンサ7の電極7aをPCB4上のパッド4aに接続するはんだフィレット6の拡大図である。上記光源1R、1G、1Bは、鉛直方向に対して一番小さな照射角度で光を照射する赤色光源1Rと、一番大きな照射角度で光を照射する青色光源1Bと、これらの中間の照射角度で光を照射する緑色光源1Bとから構成されている。これらの光源1R、1G、1Bからの赤色光R、緑色光G、青色光BをPCB4上に照射すると、高速カメラ2によってR、G、Bの3色に色分けされた画像が撮像される。この3色の色分布により、はんだ付け状態すなわちはんだフィレット8の外形を観察することができる。なお、各光源1R、1G、1Bには、カラーフィルタを張り付けたインバータ制御のリング状の蛍光灯や、各色の光を発する発光ダイオード(LED)などを利用することができる。
【0023】
上記高速カメラ2の撮像領域(検査領域)は、PCB4に比べて狭いため、高速カメラ2によって撮像する際には、XYステージ3上のPCB4を水平方向に滑らかに連続して移動させながら撮像する。具体的には、撮像領域内に収まる1又は2以上のSMDごとに、順次、PCB4を撮像し、各SMDのはんだフィレット6の外形を把握する。
【0024】
次に、上記外観検査装置を用いて、PCB4上に装着されたコンデンサ5のはんだ付けを良否判断する方法について説明する。
図1は、本実施形態における良否判断方法の流れを示すフローチャートである。
まず、XYテーブル3を駆動制御して、高速カメラ2の撮像領域内にPCB4上のコンデンサ5を移動させる(S1)。そして、光源1R、1G、1BからPCB4に対して照射される各色の光の反射光を高速カメラ2によって撮像する(S2)。これにより、その撮像データに基づいて、図12(a)や図12(b)に示したような画像を得ることができる。このとき、コンデンサ5における2つの電極5aに対して正常にはんだフィレット6が形成されていれば、図12(a)に示したように、そのはんだフィレット部分は青色で示されることになる。これに対し、単一の実装部品が傾いてその一端がPCB4上のパッド4aから浮いた状態であると、コンデンサ5の電極側面に付着したはんだも青色で示されることになる。
【0025】
図4(a)及び図4(b)は、本実施形態のPCB4上におけるコンデンサ5のはんだ付けを、個々のはんだフィレットごとに外観検査装置で良否を判断した結果を示すグラフである。本実施形態では、正常に装着されたコンデンサ5の周囲をPCB4の上方から見たとき、そのコンデンサの電極5aの側面からPCB4上のパッド4aの端部までの長さは、およそ0.05[mm]と短いものである。そして、この長さを撮像データに置き換えると、およそ5画素分に相当する。そして、本発明者らの実験では、PCB4上に正常に装着されたコンデンサ5のはんだフィレットについては、これを示す青色領域の長さが、図4(a)に示すように、5画素を中心に3〜6画素範囲内で分布する。これに対し、PCB4上のパッド4aから浮いた状態のはんだフィレットについては、そのコンデンサの電極側面が青色領域で示され、その長さは、図4(b)に示すように、3〜4画素を中心に0〜6画素の範囲内で分布する。このように、青色領域の長さによって個々のはんだフィレットごとに良否判断を行うと、良品と不良品との間で重複する部分があり、これらを明確に区別することはできない。
【0026】
図5(a)及び図5(b)は、図4(a)及び図4(b)の実験結果について、それぞれ、単一のコンデンサ5の両端付近に存在する青色領域の画素数の和を算出した結果を示すグラフである。図示のように、単一のコンデンサ5についての青色領域の画素数の和をとると、良品と不良品との間で重複する部分がなく、これらを明確に区別することはできる。
【0027】
そこで、本実施形態では、高速カメラ2によって撮像した撮像データから、単一のコンデンサ5の電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出する(S3)。そして、その算出した画素数の和Slが8画素よりも大きいか否かを判断する(S4)。この判断の結果、和Slが8画素よりも大きい場合には、そのコンデンサ5は良品であると判定し(S5)、和Slが8画素以下である場合には、そのコンデンサ5は不良品であると判定する(S6)。これにより、コンデンサ5ごとにはんだ付けの良否を高い精度で判定することができる。
【0028】
なお、本実施形態では、単一のコンデンサ5の電極両側に存在する青色領域の画素数の和Slを算出したが、本発明者らの実験によれば、これらの画素数の差、積又は商を算出しても、良否判定の精度を高めることは可能であることが判明している。本実施形態のような形状のコンデンサ5についてはんだ付けの良否を判断する場合には、和を算出するのがもっとも簡単でかつ精度が高かった。しかし、単一の実装部品の両側に存在する青色領域の画素数について、どのような算出方法を採用するかは、その実装部品の外形やはんだフィレットの外形などを考慮し、良否判定の精度を高める観点から適宜選択する。
【0029】
次に、上記外観検査装置を利用したプリント基板製造システムの構成及び動作について説明する。
図6は、本実施形態におけるプリント基板製造システムの主要な装置を示す概略構成図である。本プリント基板製造システムは、主に、はんだ印刷機20、チップマウンタ30、QFP(quad fiat package)マウンタ40、リフロー炉50及び外観検査装置60から構成されている。このシステムでは、部品が実装されていない状態の基板をはんだ印刷機20内に搬送し、その基板上の所定位置にはんだ印刷機20ではんだを印刷する。このようにしてはんだが印刷された基板は、チップマウンタ30及びQFPマウンタ40に順次搬送され、コンデンサやIC等の実装部品が基板上に載置される。その後、その基板はリフロー炉50内に搬送されて加熱処理される。これにより、はんだ印刷機20によって印刷されたはんだが溶解し、冷却されることで、実装部品が基板上に実装される。
【0030】
このようにして実装部品が実装されたプリント基板は、その後、ベルトコンベア等の搬送手段によって、又はオペレータによる手作業によって、外観検査装置60内に搬入される。この外観検査装置60では、上述した方法によってはんだ付けの良否が光学的に判定される。そして、良品と判定されたプリント基板は、図示しない後段の処理工程に移送される。この後段の処理工程を実施する装置としては、例えば、プリント基板上に更に部品をマウントする部品マウンタや、プリント基板を包装する包装装置などが挙げられる。また、この装置は、例えば、外観検査装置60による良否判定の結果に応じて、良品と不良品を分別する分別装置であってもよい。なお、本システムでは、外観検査装置60による良否判定後に処理工程を実施する装置が設置されているが、この装置は必ずしも必要であるわけではない。
【0031】
また、本実施形態では、外観検査装置60に、データ修正処理手段としての修正端末61が接続されている。この修正端末61は、その内部に、外観検査装置60から出力される判定結果データを書き込み及びその書き込まれたデータを読み出すデータ入出力手段を備えている。この修正端末61は、外観検査装置60による良否判定結果が正しいか否かをオペレータが目視で再検査し、検査結果に誤りがあったときに検査結果データを修正するためのものである。本実施形態では、プリント基板上の個別のバーコードが形成されており、そのバーコード情報をバーコード自動読取装置61で読み取る。このバーコード自動読取装置61で読み取ったバーコード情報及び外観検査装置60の判定結果データは、シリアル通信ケーブルを通して修正端末61に送信され、保存される。この保存された判定結果データは、修正端末61の表示手段であるディスプレイ61aに映し出される。そして、オペレータは、不良と判定された判定結果がディスプレイ61aに映し出されたら、実際のプリント基板を目視で確認し、本当に不良品であるかを確認する。その結果、不良品でないと判断したら、オペレータは、修正端末61の図示しないキーボード等のデータ修正入力手段によって修正入力を行う。
【0032】
なお、本実施形態の修正端末61は、外観検査装置60に接続されたスタンドアローン型のコンピュータで構成されているが、外観検査装置60に対してLAN等のネットワークで接続したものであってもよい。
【0033】
〔変形例〕
次に、上記実施形態に係る外観検査装置の変形例について説明する。
本変形例では、上記実施形態の光源1R,1G,1B及び高速カメラ2の代わりに、プリント基板に対してレーザ光を照射するレーザ照射手段としてのレーザ発光素子と、その反射光を受光する位置検出素子とを備えたレーザ変位計を用いる。このレーザ変位計は、位置検出素子の出力信号から、プリント基板から突出した部分(実装部品、はんだフィレット等)の高さを知ることができる。このようなレーザ変位計としては、市販されている公知のものを利用でき、その構成は、例えば特開平5−2074号公報や特開平5−52552号公報に記載されている。このようなレーザ変位計を用いれば、はんだフィレットの水平方向から見たときの外形形状を知ることができる。そして、はんだフィレット部分の高さ範囲を適宜設定することで、はんだフィレットの長さを計測することができる。
【0034】
図7(a)乃至図7(c)は、プリント基板上に実装されたコンデンサ部分の拡大図である。なお、図7(a)は、正常にはんだ付けされた状態のコンデンサ105を示すものである。また、図7(b)は、正常にはんだ付けされてはいるが実装位置が水平方向にズレた状態のコンデンサ105を示すものである。図7(c)は、一方の電極105aがはんだ付けされていない状態のコンデンサ105を示すものである。
図8(a)乃至図8(c)は、図7(a)乃至図7(c)に示した状態のコンデンサ105周辺について、上記レーザ変位計で計測した結果をそれぞれ示すグラフである。本変形例でも、図1に示したフローチャートと同様の流れで、はんだフィレットの良否判断を行う。ただし、本変形例では、上記S2においてレーザ変位計による計測を行う。また、本変形例では、上記S3において、図8(a)乃至図8(c)の各図中左側のはんだフィレットの長さl1,l3,l5と図中右側のはんだフィレットの長さl2,l4,l6との和L1,L2,L3を算出する。これらの和L1,L2,L3の関係は、本発明者らによる実験の結果、おおよそ下記の数1に示すようになった。
【数1】
L1 = L2 > L3
【0035】
したがって、本変形例では、上記S4において、各コンデンサ105について算出した両側のはんだフィレットの和がL1に対して所定の誤差範囲内に入るか否かを判断する。この判断の結果、その和が所定の誤差範囲内に入る場合には、そのコンデンサ105は良品であると判定し(S5)、その和が所定の誤差範囲内に入らない場合には、そのコンデンサ105は不良品であると判定する(S6)。これにより、上記実施形態と同様に、コンデンサ105ごとにはんだ付けの良否を高い精度で判定することができる。
【0036】
【発明の効果】
請求項1乃至10の発明によれば、プリント基板に対して傾いた状態ではんだ付けされた不良品と正常にはんだ付けされた良品との間における僅かな差を累積することでこれらの区別を明確に行うことが可能となるので、はんだ付けの良否判定の精度を向上させることが可能となるという優れた効果がある。
特に、請求項2の発明によれば、既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項3の発明によれば、個々のはんだフィレットについては正常でない場合の青色領域の長さと正常なはんだフィレットの外形を示す青色領域の長さとの差が小さくても、この差を簡単な演算方法によって累積して拡大することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項4の発明によれば、既存の装置のハードウェア構成をそのまま利用することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項5の発明によれば、個々のはんだフィレットについては、その外形部分の長さが良品と不良品との間で小さくても、この差を累積して拡大することが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項7の発明によれば、より正確に良品と不良品とを区別することが可能となるので、はんだ付けの良否判定の精度を更に向上させることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項8及び9の発明によれば、プリント基板の製造工程に含まれるはんだ付けの良否判定に関する検査の精度を向上させることが可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る外観検査装置の良否判断方法の流れを示すフローチャート。
【図2】同外観検査装置の概略構成図。
【図3】コンデンサの電極をPCB上のパッドに接続するはんだフィレットの拡大図。
【図4】(a)は、個々のはんだフィレットごとに外観検査装置で良否を判断した結果、良品と判断されたときの青色領域の画素数とその度数との関係を示すグラフ。
(b)は、同判断の結果、不良品と判断されたときの青色領域の画素数とその度数との関係を示すグラフ。
【図5】(a)及び(b)は、図4(a)及び図4(b)の結果について、それぞれ、単一のコンデンサに関する青色領域の画素数の和を算出した結果を示すグラフ。
【図6】同外観検査装置を利用したプリント基板製造システムの主要な装置を示す概略構成図。
【図7】(a)乃至(c)は、変形例におけるプリント基板上に実装されたコンデンサ部分の拡大図。
【図8】(a)乃至(c)は、図7(a)乃至図7(c)に示した状態のコンデンサ周辺について、変形例におけるレーザ変位計で計測した結果をそれぞれ示すグラフ。
【図9】(a)は、特許文献2の装置を用いてはんだ付けの良否判定を行うコンデンサが正常に装着された状態のの拡大図。
(b)は、同良否判定を行うコンデンサの一端が浮いた状態のの拡大図。
【図10】(a)及び(b)は、図9(a)及び図9(b)をそれぞれCCDカメラで撮像した画像の説明図。
【図11】(a)及び(b)は、パッドが小型化された図9(a)及び図9(b)にそれぞれ相当する図。
【図12】(a)及び(b)は、図11(a)及び図11(b)をそれぞれCCDカメラで撮像した画像の説明図。
【符号の説明】
1R 赤色光源
1G 緑色光源
1B 青色光源
2 高速カメラ
3 XYステージ
4,104,204 PCB
5,105 コンデンサ
5a,105a 電極
6,106,206 はんだフィレット
10 制御部
11 ステージ駆動部
Claims (10)
- プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定方法において、
単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定工程を有することを特徴とするはんだ付け良否判定方法。 - 請求項1のはんだ付け良否判定方法において、
上記プリント基板に、鉛直方向に対して互いに異なる照射角度で互いに異なる色の光を上記はんだフィレットの正面方向から照射し、その各反射光を鉛直方向上方で受光して該プリント基板を撮像手段によって撮像する撮像工程を有し、
上記判定工程は、該撮像工程で撮像した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの撮像データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするはんだ付け良否判定方法。 - 請求項2のはんだ付け良否判定方法において、
上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの撮像データから、該各はんだフィレットについての正常なはんだフィレットの外形を示す色の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、
上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするはんだ付け良否判定方法。 - 請求項1のはんだ付け良否判定方法において、
上記プリント基板に対して照射されるレーザ光の反射光を位置検出素子で受光して、上記はんだフィレットの外形を計測する外形計測工程を有し、
上記判定工程は、該外形計測工程で計測した単一の実装部品についての複数のはんだフィレットの計測データが所定の不良条件を満たすとき、該単一の実装部品のはんだ付けは不良であると判定することを特徴とするはんだ付け良否判定方法。 - 請求項4のはんだ付け良否判定方法において、上記判定工程では、上記単一の実装部品の両側をはんだ付けする各はんだフィレットの計測データから、該各はんだフィレットの外形部分の長さの和、差、積又は商を算出する算出工程を有し、
上記不良条件は、該算出工程で算出した値が基準値と比較して不良であると判定される条件であることであることを特徴とするはんだ付け良否判定方法。 - プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置において、
単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段を有することを特徴とするはんだ付け良否判定装置。 - プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置を備えたはんだ付け良否判定システムにおいて、
上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用い、
該はんだ付け良否判定装置の上記判定手段から出力される判定結果データを書き込み及び該書き込まれたデータを読み出すデータ入出力手段と、該データ入出力手段に書き込まれた該判定結果データを読み出して表示する表示手段と、該表示手段に表示された該判定結果データの修正入力を行うデータ修正入力手段と、該データ修正入力手段の修正入力に基づいて該判定結果データの修正処理を行うデータ修正処理手段とを備えた情報処理手段とを有する判定支援装置を備えており、
該表示手段に表示された該判定結果データに基づいて、オペレータが上記プリント基板を目視で再検査し、該判定結果データに誤りがあったときには該オペレータが該データ修正入力手段を用いて該判定結果データを修正し、該修正された判定結果データを該データ入出力手段に書き込むことを特徴とするはんだ付け良否判定システム。 - プリント基板上の所定位置に、はんだを印刷するはんだ印刷装置と、
該はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板上に実装部品をマウントする部品マウント装置と、
該部品マウント装置によって部品がマウントされたプリント基板上のはんだをリフローしてはんだを定着させるリフロー装置と、
該リフロー装置によってはんだが定着したプリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置とを備えたプリント基板製造システムにおいて、
上記はんだ付け良否判定装置として、請求項6のはんだ付け良否判定装置を用いたことを特徴とするプリント基板製造システム。 - 請求項8のプリント基板製造システムにおいて、
上記はんだ付け良否判定装置によって良品であると判定されたプリント基板に対して処理を行う処理装置を設けたことを特徴とするプリント基板製造システム。 - プリント基板上における実装部品のはんだ付けの良否を判定するはんだ付け良否判定装置に設けられるコンピュータにを機能させるためのプログラムにおいて、
単一の実装部品をプリント基板上にはんだ付けする複数のはんだフィレットの外形を総合して、該単一の実装部品のはんだ付けの良否を判定する判定手段として、上記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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