JP2004226127A - 基板検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる基板検査方法を提供する。
【解決手段】外観検査部2で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、X線検査部3でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成し、外観検査部2で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別し、X線検査部3で良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較し、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する。
【選択図】 図1
【解決手段】外観検査部2で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、X線検査部3でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成し、外観検査部2で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別し、X線検査部3で良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較し、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は基板検査方法および基板検査装置に関し、特に、プリント基板に実装されたSMT部品やBGA(Ball Grid Array)やCSP(Chip Scale Package)の半田接合状態をCCDカメラによる自動外観検査とX線透過画像による自動X線検査を1台の装置内で行う基板検査方法および基板検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
サブミクロンの微細加工技術によりLSIの高集積化が進み、従来複数のパッケージに分かれていた機能を1つのLSIに積め込むことができるようになった。特に、最近では必要なピン数が著しく増えたことにより、従来のQFP(Quad Flat Package)やPGA(Pin Grid Array)では対応できなくなったため、BGAやCSPパッケージが多用されている。
【0003】
LSIのBGAやCSPパッケージは超小型化には大いに貢献する反面、半田部分が目に見えないという特徴がある。BGAやCSPパッケージを実装したプリント基板を検査するとき、通電検査だけでは信頼性が乏しいため、検査部分に光を照射し、その反射光を読み取り画像処理によって外観検査を行ったり、X線を検査部分に透過させてその透過光を画像処理することにより、検査を行うX線透過検査装置が実用化されている。
【0004】
光学系を利用した外観検査装置としては、たとえば特開平8−292018号公報に記載されており、X線透過検査装置としてはたとえば特開平6−237077号公報に記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−292018号公報(段落番号0036〜0067、図1)
【0006】
【特許文献2】
特開平6−237077号公報(段落番号0023〜0025、図2)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板の検査において信頼性を向上させようとすれば、上記2つの検査装置でそれぞれ外観検査とX線透過検査をする必要がある。そのためには2つの検査装置を設置し、一方の検査装置でプリント基板の検査を完了すると、そのプリント基板を他方の検査装置に移して検査する工程が必要になる。このため2つの検査装置の設置場所が必要になるばかりでなく、プリント基板を2つの検査装置に移すための人員も必要となる。さらに、検査工程での時間が長くなってしまうという問題がある。
【0008】
それゆえに、この発明の主たる目的は、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる基板検査方法および検査装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態の外観検査およびX線透過検査を装置内で並行して行う基板検査方法であって、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成する第1のステップと、X線検査部でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第2のステップと、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第3のステップと、X線検査部で第3のステップで良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第4のステップとを備えたことを特徴とする。
【0010】
これにより、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる。
【0011】
また、第2のステップは、基準となるプリント基板の透過像上で検査位置を特定して二値化し、検査除外エリアと裏面実装部品を選択してマスクし、X線基準画像の検査しきい値を設定することを特徴とする。
【0012】
さらに、第2のステップは、X線基準画像として複数のプリント基板の透過画像を平均化して求めることを特徴とする。
【0013】
外観検査部側で検査基板が確定されたときは該外観検査側でユーザ情報を取得し、X線検査部側で検査基板が確定されたときは該X線検査部側でユーザ情報を取得することを特徴とする。
【0014】
他の発明は、プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態を検査する基板検査装置であって、プリント基板の外観検査を行う外観検査部と、プリント基板にX線を照射してX線透過検査を行うX線透過検査部と、外部から搬入したプリント基板を外観検査部からX線検査部に搬送する搬送手段と、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、該プリント基板を基板搬送手段によりX線透過検査部へ搬送し、X線検査部でX線を照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第1のモードと、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別し、判別されたプリント基板を基板搬送手段によりX線透過検査部に搬送し、X線検査部でX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第2のモードを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の一実施形態における基板検査装置の全体の外観図である。図1において、基板検査装置1は外観検査部2とX線検査部3とが一体化されて構成されている。外観検査部2は装置内の第1の領域に設けられ、検査の対象となるプリント基板に光を照射し、その反射光を画像処理してプリント基板に実装された全SMT部品の半田接合状態を検査する。X線検査部3は装置内の第1の領域に隣接する第2の領域に設けられ、BGA,CSPパッケージ・シールドケース中・フイレットレスSMDなどの外観検査で見えない箇所についてX線を照射し、X線透過画像による自動X線検査を行う。
【0016】
なお、この実施形態の基板検査装置1では、ワークであるプリント基板を外観検査部2で外観検査した後、X線検査部3に搬送すると同時に新たなワークを外観検査部2に搬送し、外観検査の終了したワークのX線検査を行うと同時に、新たなワークの外観検査が並行に行われ、検査時間の短縮が図られている。
【0017】
また、この実施形態の基板検査装置1では、ブリッジ,半田過多,半田過小,ズレ,ゴミ,オープン,ボイドの各検査が行われる。ブリッジは半田過多,ズレ,メタルマスクの傷などにより隣接する端子同士がショートする状態であり、半田過多はメタルマスクの傷,基板のそり,高さ調整不良などによって生じる。半田過小はそり,メタルマスク目詰まり,印刷不良などで生じ、ゴミは抵抗,コンデンサなどの小物物品が飛んできたことによって生じる。オープンは加熱不良,印刷不良などによって半田が接続されていない状態であり、ボイドは基板不良,加熱などにより半田ボール内に空洞が生じる状態である。
【0018】
外観検査部2の正面にはキーボード22と、マウス23とが設けられており、上部にはディスプレー24が設けられている。X線検査部3の正面にはキーボード32と、マウス33とが設けられており、上部にはディスプレー34が設けられている。各キーボード22,32およびマウス23,33は各種データを入力するために操作される。ディスプレー24,34は各種データを表示する。
外観検査部2の側面には検査対象となるプリント基板が挿入される開口部21が形成されており、内部には挿入されたプリント基板を搬送するためのインラインの搬送機構40(後述の図3に示す)が設けられている。したがって、基板検査装置1を図示しない部品実装装置に隣接して配置すれば、全基板の全部品を組み立て後直ちに自動検査することが可能となり、プリント基板を移し代えたりする手間を省くことができ、省力化に寄与できる。
【0019】
図2はこの発明の一実施形態における基板検査装置の構成を示すブロック図である。図2において、図1に示したキーボード22と、マウス23と、ディスプレー24は外観検査用の制御部20に接続されており、キーボード32と、マウス33と、ディスプレー34はX線検査用の制御部30に接続されている。制御部20,30はそれぞれ汎用のパーソナルコンピュータで構成されている。
【0020】
一方の制御部20には2軸ドライバ25が接続されており、この2軸ドライバ25は移動手段としてのワークステージ41をXY方向に移動させる。ワークステージ41にはエリアカメラ26が設けられている。エリアカメラ26はたとえばCCDカメラなどによって構成されてワークの上方からワークの画像を撮像し、その画像出力を第1の判別手段としての制御部20に出力する。このようにエリアカメラ26をワークステージ41によってXY方向に自在に移動できるので、プリント基板におけるすべての領域の検査が可能になる。制御部20はその画像出力を処理して外観検査を行う。
【0021】
他方の第2の判別手段としての制御部30には3軸ドライバ35とX線コントローラ36とが接続されている。3軸ドライバ35はワークステージ43をXYZ方向に移動させる。ワークステージ43には外観検査の終了したワークが搬送される。X線コントローラ36はX線源37を制御し、ワークステージ43上のワークにX線を照射させる。X線源37に対向するようにカメラ38が固定的に設けられており、カメラ38の近傍にはアライメントカメラ39が設けられている。
【0022】
外観検査部2ではワークが固定されてワークステージ41がXY方向に移動するように構成されているが、X線検査部3ではX線源37とカメラ38とが対向して固定されており、ワークステージ43がXYZ方向に自在に移動できるようにされている。これはX線源37とカメラ38とを対向させた状態でXYZ方向に移動可能にしようとすると、装置の規模が大きくなってしまうからである。
【0023】
カメラ38はワークステージ43上のワークを透過したX線像を撮影し、その撮影出力を制御部30に与える。アライメントカメラ39は画像上でのワークの位置決めを行うために、ワーク上の所定のマークや記号などを撮像する。このアライメントカメラ39もたとえばCCDカメラなどによって構成されている。
【0024】
制御部20と30とは電気的に接続されており、制御部20による外観検査の結果は制御部30に与えられ、制御部30はカメラ38の撮影出力に基づいてX線画像の良否を判定し、その判定結果を外観検査結果とともに外部に出力する。この外部出力に基づいて、プリンタなどによって検査結果が印字される。
【0025】
なお、この実施形態では、図示しないスイッチを操作することにより、外観検査およびX線透過検査の両方について自動検査モードとパスモードのいずれかを設定できるようにされている。自動検査モードは外観検査およびX線透過検査の個々の自動検査を実行するモードであり、パスモードは制御部20,30に関係なく搬送機構40を動作させてプリント基板の各検査をすることなく通過させるモードである。パスモードはプリント基板に装着される電子部品が比較的大型の部品であり、外観検査だけで済みX線検査が不要である場合や、X線透過検査のみで済み外観検査が不要である場合があるため、検査時間を短縮するために設けられている。
【0026】
これにより、外観検査とX線透過検査の両方を自動検査モードに設定する,いずれか一方を自動検査モードに設定し、他方をパスモードに設定する,両方をパスモードに設定するのいずれかを選択することができる。
【0027】
図3は搬送機構の概略の構成を示す図であり、図4は基板検査装置の内部構造図である。
【0028】
図3および図4において、搬送機構40はワークを搬送するためのレール51〜56を含む。レール51,52は外観検査部2内に設けられており、レール53〜56はX線検査部3内に設けられている。手前側の搬送レール52は外観検査部2の図示しない筐体に固定されており、搬送レール54,56はX線検査部3の図示しない筐体に固定されている。奥側の搬送レール51,53,55は矢印に示す幅方向に移動可能にされていて、ワークの幅に応じて搬送レール51と52,53と54,55と56の間隔が調整される。
【0029】
すなわち、搬送レール51,52に設けられている搬送幅確認センサ61,62の両方がワークを検出できるように搬送レール51,52の間隔が手動で決められ、搬送レール53,54に設けられている搬送幅確認センサ63,64の両方がワークを検出できるように搬送レール53,55と54,56の間隔が決められる。これにより基板搬送エラーが生じたり、基板が落下するのを防止できる。搬送幅確認センサ61〜64はそれぞれ第1および第2の領域にワークが存在するか否かを検出し、それぞれの検出出力を制御部20,30に与える。
【0030】
なお、幅調整は幅調整用ハンドルを設け、このハンドルを操作することで行うようにしてもよい。搬送レール53〜56の右側端部にはセンサ検出用金具65〜68が設けられている。
【0031】
搬送レール51,52上には、図4に示すようにワークを搬送するための搬送コンベア42が設けられており、搬送レール53〜56上にはワークステージ43が設けられている。ワークステージ43の搬送方向前方側には補助コンベア44が設けられており、この補助コンベア44によってワークステージ43上のワークが装置外部へ排出される。搬送レール53〜56上を移動するワークステージ43の動きを検出するために、搬送レール53〜56の右側端部にはセンサ検出用金具65〜68が設けられている。
【0032】
なお、搬送レール51と53,52と54との間および搬送レール55,56の開放端側には図2に示したX線源37から発せられたX線が外観検査部2側および装置外部に漏れて人体に悪影響を及ぼさないように搬入シャッタ57,搬出シャッタ58が配置されている。
【0033】
図5はワークの搬入状態を示す図であり、図6は検査ステージにワークを固定した状態を示す図であり、図7はワークの位置決め状態を示す図であり、図8はX線像の取り込みと2次元自動検査の状態を示す図であり、図9はワークの搬出動作を示す図であり、図10はワークの搬入から排出までの動作を説明するためのフローチャートである。なお、図10(a)は基板搬入動作を示し、図10(b)は基板搬出動作を示している。
【0034】
次に、図1ないし図10を参照して、この発明の基板検査装置における基板搬入搬出の具体的な動作について説明する。図5に示すようにワーク71が搬送レール51,52上に載置され、図示しない基板搬入ボタンが押し下げられると、図10(a)に示すステップ(図示ではSPと略称する)SP1において、ワークステージ43が基板搬入出位置へ移動され、ステップSP2において図示しない基板ストッパがONされる。ステップSP3において、搬送コンベア42が駆動されてワーク71が第1の領域である外観検査部2内に取込まれる。そして、ステップSP4において搬入シャッタ57が開かれてワーク71が搬送コンベア42からワークステージ43側に搬入され、ステップSP5において基板搬入待機となる。
【0035】
また、図6に示すように搬送コンベア42に新たなワーク72が搬入される。ワークステージ43にはワークの搬入されたことを検出するための搬入口センサ(図示せず)が設けられており、搬入口センサがOFF→ON→OFFしたことを確認すると、搬入シャッタ57と排出シャッタ58が閉じられ、補助コンベア44がオープン状態にされてワークステージ71の移動領域が確保される。ステップSP7において、図示しないストッパー位置移動確認センサがONされたことを確認すると、搬送コンベア42が停止される。この一連の動作によりワーク71,72の搬入が完了し、図7に示す状態となる。
【0036】
図7に示すように、外観検査部2ではエリアカメラ26によって新たなワーク72上のマークを認識し、X線検査部3ではワークステージ43をXYZ方向に移動させて位置決めが実行される。このとき、補助コンベア44がオープンにされているので、ワークステージ44をXYZ方向に任意に移動させることができる。また、アライメントカメラ39はワーク71上の所定のマークや記号などを撮像し、制御部30はその撮像出力に基づいて画像上でのワーク71の位置決めを行う。外観検査部2では図8に示すようにエリアカメラ26がワーク72に対して外観の自動検査を開始する。この外観検査は、たとえば前述の特開平8−292018号公報に記載されている光学系を用いた外観検査方法を用いることができる。
【0037】
また、X線検査部3ではワークステージ43が図8の点線から実線で示すようにワーク71をX線画像の取得位置までXYZ方向に移動させる。そして、その位置でX線源37からX線が照射され、ワーク71を透過したX線透過画像がカメラ38により撮影され、制御部30はカメラ38の撮影出力のX線透過画像に基づいてワーク71上の接続部の良否を判定する。その後、X線源37からのX線の照射が停止され、図示しない基板排出ボタンが押し下げられると、図10(b)に示すワーク搬出動作が実行される。
【0038】
ステップSP11において、図9に示すようにX線検査部3のワークステージ43が元の基板搬入出位置に戻され、ステップSP12において補助コンベア44がクローズにされ、ステップSP13において図示しない基板ストッパがOFFにされる。ステップSP14において、搬入シャッタ57と搬出シャッタ58とが開かれる。ステップSP15において図2に示した搬送幅確認センサ63,64がONしていることを確認した後、搬送コンベア42および補助コンベア44が駆動される。これにより、X線検査部3のワークステージ43上のワーク71が補助コンベア44を介して外部に排出される。また、外観検査部2の搬送コンベア42上のワーク72がX線検査部3のワークステージ43に搬送される。
【0039】
ステップSP16において、搬出口センサがOFF→ON→OFFになっていてワークの搬出されていることが確認された後、搬出シャッタ58がクローズされ、ステップSP17において搬送コンベア42および補助コンベア44が停止される。そして、ステップSP18において補助コンベア44がオープンにされる。この一連の動作によりワーク71の搬出動作が完了する。そして、X線検査部3に新たに搬入されたワークのX線透過検査が行われるとともに、外観検査部2では新たに搬入されたワークの外観検査が行われる。
【0040】
ワークの外観検査およびX線透過による検査では予め基準となるテンプレートの画像を登録しておき、そのテンプレートの画像と検査したプリント基板の画像とを比較して、良否が判定される。外観検査でのテンプレート画像の登録は前述の特開平8−292018号公報に記載されている方法を適用できる。この方法について簡単に説明すると、図2に示すエリアカメラ26によりテンプレート基板の画像を撮像して得られた画像信号に基づいて、テンプレート基板上の部品実装部位の検査を行い、その検査データを登録しておく。
【0041】
一方、X線透過検査のために使用されるテンプレート画像の登録は、図11に示すフローチャートに基づいて実行される。以下に、その具体的な動作について説明する。
【0042】
図11のステップSP21において、図1に示すX線検査部3のディスプレー34の画面上で図12に示すように、プログラム名と基板外形サイズ入力画面が表示される。ユーザはこの画面表示を見てプログラム名とプリント基板の横(X)と縦(Y)の寸法をX線検査部3のキーボード32から入力し、「次へ」の表示をクリックすると、ステップSP22において図13に示す基板搬入を指示する画面が表示される。良品であるテンプレート基板を基板挿入口21に挿入し、「次へ」の表示をクリックする。挿入されたテンプレート基板は搬送機構40によってX線検査部3へ搬送される。
【0043】
ステップSP23において基板認識のための位置決めマークを設定する。この位置決めマークは、自動検査時のX,Y軸補正用検査位置に最も近い場所にある位置であって、2箇所に登録される。図14は位置決めするときのディスプレー34に表示される画面の表示例である。この表示は図2に示したX線源37からのX線をテンプレート基板に照射し、その透過画像をカメラ38で撮影した画面であって、位置決めマークとしては(X=12.4,Y=123.6)、(X=110.1,Y=213.6)のように入力される。
【0044】
ただし、Z軸は補正されないのでZ軸補正用の位置マークは設定されない。なお、テスト基板などでは位置決めマークが全くないときもあるので、その場合にはステップSP23がスキップされる。ステップSP23において位置決めマークをスキップした場合にはステップSP24において基板認識マークが設定される。
【0045】
ステップSP25においてテンプレート基板の全体画像取得処理が行われる。その全体イメージは図15に示すように、カメラ38で分割して撮影されたX線像をつなぎ合わせた画像がディスプレー34のサブウィンドウのエリアa1に表示される。メインウインドウのエリアa0には、●で示す半田ボールが拡大して表示されている。エリアa1のサブウインドウに表示されている全体イメージをマウス33でクリックすると、その位置にワークステージ43が移動される。なお、全体イメージは拡大・縮小表示もできるようにされている。また、全体イメージ取得が実行されるまではエリアa1に全体イメージは表示されないが、イメージが表示されない状態でも基板サイズは判っているので、それをもとにワークステージ43の移動は可能にされている。
【0046】
ステップSP26においてユーザの操作により検査画像の角度補正が行われ、ステップSP27においてユーザ操作により検査位置が指定される。すなわち、図16に示すようにユーザはマウス33を操作して検査するエリアa2を囲むと同時に回転させる角度をキーボード32によって入力する。すると入力された角度だけ画像が回転して表示される。また、このエリアa2に表示された画像は全体イメージのエリアa1にも反映されるが、回転補正には影響されず、常に0度表示される。
【0047】
ステップSP28において二値化レベルの設定が行われ、ステップSP29において検査エリア除外の選択が行われる。すなわち、ユーザは図17に示す二値化レベル設定エリアa3に二値化するための数値をキーボード32から入力するとともに、検査エリアa2内で検査除外にするエリアa4をすべて選択する。ステップSP30においてユーザは図18に示すように裏面実装部品のエリアa5を選択し、ステップSP31においてマスク領域を指定する。これらは、プリント基板の両面に部品が実装されていると、X線透過画像の解析が困難になるため、予め検査対象から削除するものである。
【0048】
マスク領域は、テンプレート画像に半田上がり(スルーホール)などがあると、検査ボールとして判断する場合があるのでこれもマスクされる。ただし、検査除外とは異なり実際にはこの基板を検査するとごみ判定される。なお、図19の画面において半田ボールよりも小さい●がスルーホールであり、このスルーホールが多ければ、それぞれのスルーホールを選択するのが面倒であるため半田ボールの指定面積よりも小さいものがスルーホールとして自動的に検出される。
【0049】
ステップSP32において、検査しきい値(マッチング率)が設定される。図20に示すように、テンプレート画像とのマッチング率(%)を「過多」,「過小」・「オープン」・「ボイド」・「ズレ」検査それぞれについて設定が可能とされている。「ブリッジ検査」に関しては検査の有無のみの設定が可能にされており、「ゴミ」検査についてはサイズ(μm)の入力ができるようにされている。
【0050】
ステップSP33において、次の検査位置を登録すべきか否かを判別し、登録を係属するときは前述のステップSP24に戻り、ステップSP24〜SP33の動作を繰り返す。登録を継続しない場合には、登録した位置に関して平均化用画像の取得を行うか否かをステップSP34で判別する。平均化用画像の取得を行う場合には、ステップSP35においてユーザが平均化画像を取得するためのプリント基板を検査装置1に搬入する。
【0051】
ステップSP36においてプリント基板の搬入されたことを確認し、ステップSP37において、登録ショット数分画像を取込む。ステップSP38において平均化用画像取得を継続するか否かを判別する。継続する場合にはステップSP35〜SP38を繰り返す。平均化用画像の収得を継続しない場合にはステップSP39において基準平均化を実行し、ステップSP40でテストランニングを行う。その結果画像が図20に示されている。この画面では過多,過小,オープン,ボイド,ゴミ,ズレについて、設定値に対する計測値が表示される。
【0052】
ステップSP41において検査プログラムを保存し、ステップSP42において基板検査装置1内にプリント基板があれば搬送機構40によって自動的に排出する。これにより良品のテンプレート登録動作を終了する。
【0053】
次に、実際の検査開始から終了までの具体的な動作について説明する。この実施形態では、外観検査部2側とX線検査部3側にキーボード22,32が設けられているので、外観検査部2側で検査基板名を決定する場合と、X線透過検査部3側で検査基板を決定する場合があり、それぞれについて以下に詳細に説明する。
【0054】
図21は、外観検査部2側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。図21のステップSP31においてユーザ操作により検査基板が確定され、ステップSP32において外観検査部2の制御部20はフロントパネルの「STOP」のボタンを点灯表示させるとともに、X線検査部3側の制御部30に「STOP」コマンドBOを送信する。制御部30は「STOP」コマンドBOを受信すると、ステップSP41においてレスポンスboを制御部20に送信する。
【0055】
制御部20はステップSP33において、結果出力ユーザ情報を取得し、結果出力ユーザ情報読込コマンドRIを送信する。制御部30はステップSP42において、ユーザ設定情報読込コマンドRIを受信後、レスポンスriを制御部20に送信する。制御部20はステップSP34において、検査開始待ちコマンドWAを送信した後、レスポンスwaが送られてくるのを待つ。制御部30はステップSP43において、検査開始待ちコマンドWAを受信後、レスポンスwaを送信し、ステップSP44においてフロントパネルの「START」ボタンを点滅表示させる。
【0056】
制御部20および30はパネル上の「検査開始ボタン」が押し下げられるまで待機する。制御部20は、ステップSP35においてプリント基板を搬送コンベア42により外観検査部2内に搬送し、ステップSP36において検査を開始する。この検査ではエリアカメラ26で撮像された画像とテンプレートの画像とを比較し、一致しているか否かが判別される。X線検査部3側では、制御部30がSP45でフロントパネルの「START」ボタンを点灯表示させる。制御部20はステップSP37において検査結果の出力コマンドRTを送信後、レスポンスrtが送られてくるのを待ち、制御部30はステップSP46において、その検査結果出力コマンドRTを受信後、レスポンスrtを送信する。
【0057】
外観検査部2はステップSP38において、X線検査部3が搬入可能状態になりしだいプリント基板をX線検査部3側へ排出する。そして、制御部20は「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP35〜SP39の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば外観検査を終了する。
【0058】
一方、X線検査部3ではステップSP47においてプリント基板を搬入し、ステップSP48において検査を開始する。この検査ではカメラ38で撮影されたX線透過画像とテンプレートの撮影画像とを比較し、一致しているか否かが判別される。ステップSP49において制御部30が検査結果を出力し、ステップSP50で検査の終了したプリント基板を搬出する。ステップSP51において「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP47〜SP51の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば、ステップSP52でフロントパネルの「START」ボタンを消灯させるとともに「STOP」ボタンについては基板が搬入されていないことを確認後即座に消灯し、外観検査を終了する。
【0059】
図22は、X線検査部3側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【0060】
図22のステップSP61においてユーザ操作により検査基板が確定され、ステップSP62においてX線検査部3の制御部30はフロントパネルの「STOP」のボタンを点灯表示させるとともに、ステップSP63において外観検査部2側の制御部20に検査開始待ちコマンドWAを送信する。制御部20はステップSP81で検査開始待ちコマンドWAを受信すると、ステップSP82において検査出力ユーザ設定情報読込コマンドRIを送信後、レスポンスriが送られてくるのを待つ。
【0061】
制御部30はステップSP64において、検査出力ユーザ設定情報読込コマンドRIを受信し、レスポンスriを送信する。制御部20はステップSP83において、レスポンスriを受信すると検査開始待ちレスポンスwaを送信し、制御部30はステップSP65において、検査開始待ちレスポンスwaを受信した後、ステップSP66においてフロントパネルの「START」ボタンを点滅表示させる。
【0062】
制御部20および30はパネル上の「検査開始ボタン」が押し下げられるまで待機する。制御部20は、検査開始ボタンが押し下げられると、ステップSP84においてプリント基板を搬送コンベア42により外観検査部2内に搬送し、ステップSP85において検査を開始する。X線検査部3側では、制御部30がステップSP67でフロントパネルの「START」ボタンを点灯表示させる。制御部20はステップSP86において検査結果の出力コマンドRTを送信後、レスポンスrtが送られてくるのを待ち、制御部30はステップSP68において、その検査結果出力コマンドRTを受信後、レスポンスrtを送信する。
【0063】
外観検査部2はX線検査部3が搬入可能状態になりしだい、ステップSP87でプリント基板をX線検査部3側へ排出する。制御部20はステップSP88で「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP84〜SP88の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば外観検査を終了する。
【0064】
一方、X線検査部3ではステップSP69においてプリント基板を搬入し、ステップSP69において検査を開始する。ステップSP71において制御部30が検査結果を出力し、ステップSP72で検査の終了したプリント基板を搬出する。ステップSP73において「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP68〜SP73の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば、ステップSP74でフロントパネルの「START」ボタンを消灯させるとともに「STOP」ボタン基板搬入を確認後即座に消灯し、X線検査を終了する。
【0065】
なお、検査項目は上述の項目に限定されるものではなく、部品の未実装検査や部品の逆実装検査や一般のSMD半田接合検査やその他幅広い検査項目を追加してもよい。
【0066】
図面を参照してこの発明の一実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、X線検査部でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成し、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別し、X線検査部で良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別するようにしたので、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる。
【0068】
また、外観検査とX線透過検査とを時系列的に実行することができるので、検査時間を短縮することができ、1時間あたりのプリント基板の検査処理数を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態における基板検査装置の外観図である。
【図2】この発明の一実施形態における基板検査装置の構成を示すブロック図である。
【図3】搬送機構の概略の構成を示す図である。
【図4】基板検査装置の内部構造図である。
【図5】ワークの搬入状態を示す図である。
【図6】検査ステージにワークを固定した状態を示す図である。
【図7】ワークの位置決め状態を示す図である。
【図8】X線画像の取り込みと2次元自動検査の状態を示す図である。
【図9】ワークの搬出動作を示す図である。
【図10】この発明の一実施形態における基板検査装置におけるワークの搬入・搬出動作を説明するためのフローチャートである。
【図11】この発明の一実施形態におけるX線透過検査のためのテンプレート登録動作を説明するためのフローチャートである。
【図12】プログラム名と基板外形サイズ入力画面の表示例である。
【図13】基板搬入を指示する画面の表示例を示す図である。
【図14】位置決めするときのディスプレーに表示される画面の表示例である。
【図15】テンプレート画像の表示例を示す図である。
【図16】回転補正および検査領域の指定画面を示す図である。
【図17】二値化レベルおよび検査除外領域の指定画像を示す図である。
【図18】裏面実装部品の指定画面を示す図である。
【図19】半田上がり指定画像を示す図である。
【図20】テストランニングによる結果画像の一例を示す図である。
【図21】外観検査側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【図22】X線透過検査側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 基板検査装置、2 外観検査部、3 X線検査部、20,30 制御部、21 開口部、22,32 キーボード、23,33 マウス、24,34 ディスプレー、25 2軸ドライバ、26 エリアカメラ、35 3軸ドライバ、36 X線コントローラ、37 X線源、38 カメラ、39 アライメントカメラ、40 搬送機構、41,43 ワークステージ、42 搬送コンベア、44 補助コンベア、51〜56 搬送レール、57 搬入シャッタ、58 搬出シャッタ、61〜64 搬送幅確認センサ、65〜68 センサ検出用金具。
【発明の属する技術分野】
この発明は基板検査方法および基板検査装置に関し、特に、プリント基板に実装されたSMT部品やBGA(Ball Grid Array)やCSP(Chip Scale Package)の半田接合状態をCCDカメラによる自動外観検査とX線透過画像による自動X線検査を1台の装置内で行う基板検査方法および基板検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
サブミクロンの微細加工技術によりLSIの高集積化が進み、従来複数のパッケージに分かれていた機能を1つのLSIに積め込むことができるようになった。特に、最近では必要なピン数が著しく増えたことにより、従来のQFP(Quad Flat Package)やPGA(Pin Grid Array)では対応できなくなったため、BGAやCSPパッケージが多用されている。
【0003】
LSIのBGAやCSPパッケージは超小型化には大いに貢献する反面、半田部分が目に見えないという特徴がある。BGAやCSPパッケージを実装したプリント基板を検査するとき、通電検査だけでは信頼性が乏しいため、検査部分に光を照射し、その反射光を読み取り画像処理によって外観検査を行ったり、X線を検査部分に透過させてその透過光を画像処理することにより、検査を行うX線透過検査装置が実用化されている。
【0004】
光学系を利用した外観検査装置としては、たとえば特開平8−292018号公報に記載されており、X線透過検査装置としてはたとえば特開平6−237077号公報に記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−292018号公報(段落番号0036〜0067、図1)
【0006】
【特許文献2】
特開平6−237077号公報(段落番号0023〜0025、図2)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板の検査において信頼性を向上させようとすれば、上記2つの検査装置でそれぞれ外観検査とX線透過検査をする必要がある。そのためには2つの検査装置を設置し、一方の検査装置でプリント基板の検査を完了すると、そのプリント基板を他方の検査装置に移して検査する工程が必要になる。このため2つの検査装置の設置場所が必要になるばかりでなく、プリント基板を2つの検査装置に移すための人員も必要となる。さらに、検査工程での時間が長くなってしまうという問題がある。
【0008】
それゆえに、この発明の主たる目的は、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる基板検査方法および検査装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態の外観検査およびX線透過検査を装置内で並行して行う基板検査方法であって、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成する第1のステップと、X線検査部でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第2のステップと、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第3のステップと、X線検査部で第3のステップで良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第4のステップとを備えたことを特徴とする。
【0010】
これにより、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる。
【0011】
また、第2のステップは、基準となるプリント基板の透過像上で検査位置を特定して二値化し、検査除外エリアと裏面実装部品を選択してマスクし、X線基準画像の検査しきい値を設定することを特徴とする。
【0012】
さらに、第2のステップは、X線基準画像として複数のプリント基板の透過画像を平均化して求めることを特徴とする。
【0013】
外観検査部側で検査基板が確定されたときは該外観検査側でユーザ情報を取得し、X線検査部側で検査基板が確定されたときは該X線検査部側でユーザ情報を取得することを特徴とする。
【0014】
他の発明は、プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態を検査する基板検査装置であって、プリント基板の外観検査を行う外観検査部と、プリント基板にX線を照射してX線透過検査を行うX線透過検査部と、外部から搬入したプリント基板を外観検査部からX線検査部に搬送する搬送手段と、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、該プリント基板を基板搬送手段によりX線透過検査部へ搬送し、X線検査部でX線を照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第1のモードと、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別し、判別されたプリント基板を基板搬送手段によりX線透過検査部に搬送し、X線検査部でX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別する第2のモードを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の一実施形態における基板検査装置の全体の外観図である。図1において、基板検査装置1は外観検査部2とX線検査部3とが一体化されて構成されている。外観検査部2は装置内の第1の領域に設けられ、検査の対象となるプリント基板に光を照射し、その反射光を画像処理してプリント基板に実装された全SMT部品の半田接合状態を検査する。X線検査部3は装置内の第1の領域に隣接する第2の領域に設けられ、BGA,CSPパッケージ・シールドケース中・フイレットレスSMDなどの外観検査で見えない箇所についてX線を照射し、X線透過画像による自動X線検査を行う。
【0016】
なお、この実施形態の基板検査装置1では、ワークであるプリント基板を外観検査部2で外観検査した後、X線検査部3に搬送すると同時に新たなワークを外観検査部2に搬送し、外観検査の終了したワークのX線検査を行うと同時に、新たなワークの外観検査が並行に行われ、検査時間の短縮が図られている。
【0017】
また、この実施形態の基板検査装置1では、ブリッジ,半田過多,半田過小,ズレ,ゴミ,オープン,ボイドの各検査が行われる。ブリッジは半田過多,ズレ,メタルマスクの傷などにより隣接する端子同士がショートする状態であり、半田過多はメタルマスクの傷,基板のそり,高さ調整不良などによって生じる。半田過小はそり,メタルマスク目詰まり,印刷不良などで生じ、ゴミは抵抗,コンデンサなどの小物物品が飛んできたことによって生じる。オープンは加熱不良,印刷不良などによって半田が接続されていない状態であり、ボイドは基板不良,加熱などにより半田ボール内に空洞が生じる状態である。
【0018】
外観検査部2の正面にはキーボード22と、マウス23とが設けられており、上部にはディスプレー24が設けられている。X線検査部3の正面にはキーボード32と、マウス33とが設けられており、上部にはディスプレー34が設けられている。各キーボード22,32およびマウス23,33は各種データを入力するために操作される。ディスプレー24,34は各種データを表示する。
外観検査部2の側面には検査対象となるプリント基板が挿入される開口部21が形成されており、内部には挿入されたプリント基板を搬送するためのインラインの搬送機構40(後述の図3に示す)が設けられている。したがって、基板検査装置1を図示しない部品実装装置に隣接して配置すれば、全基板の全部品を組み立て後直ちに自動検査することが可能となり、プリント基板を移し代えたりする手間を省くことができ、省力化に寄与できる。
【0019】
図2はこの発明の一実施形態における基板検査装置の構成を示すブロック図である。図2において、図1に示したキーボード22と、マウス23と、ディスプレー24は外観検査用の制御部20に接続されており、キーボード32と、マウス33と、ディスプレー34はX線検査用の制御部30に接続されている。制御部20,30はそれぞれ汎用のパーソナルコンピュータで構成されている。
【0020】
一方の制御部20には2軸ドライバ25が接続されており、この2軸ドライバ25は移動手段としてのワークステージ41をXY方向に移動させる。ワークステージ41にはエリアカメラ26が設けられている。エリアカメラ26はたとえばCCDカメラなどによって構成されてワークの上方からワークの画像を撮像し、その画像出力を第1の判別手段としての制御部20に出力する。このようにエリアカメラ26をワークステージ41によってXY方向に自在に移動できるので、プリント基板におけるすべての領域の検査が可能になる。制御部20はその画像出力を処理して外観検査を行う。
【0021】
他方の第2の判別手段としての制御部30には3軸ドライバ35とX線コントローラ36とが接続されている。3軸ドライバ35はワークステージ43をXYZ方向に移動させる。ワークステージ43には外観検査の終了したワークが搬送される。X線コントローラ36はX線源37を制御し、ワークステージ43上のワークにX線を照射させる。X線源37に対向するようにカメラ38が固定的に設けられており、カメラ38の近傍にはアライメントカメラ39が設けられている。
【0022】
外観検査部2ではワークが固定されてワークステージ41がXY方向に移動するように構成されているが、X線検査部3ではX線源37とカメラ38とが対向して固定されており、ワークステージ43がXYZ方向に自在に移動できるようにされている。これはX線源37とカメラ38とを対向させた状態でXYZ方向に移動可能にしようとすると、装置の規模が大きくなってしまうからである。
【0023】
カメラ38はワークステージ43上のワークを透過したX線像を撮影し、その撮影出力を制御部30に与える。アライメントカメラ39は画像上でのワークの位置決めを行うために、ワーク上の所定のマークや記号などを撮像する。このアライメントカメラ39もたとえばCCDカメラなどによって構成されている。
【0024】
制御部20と30とは電気的に接続されており、制御部20による外観検査の結果は制御部30に与えられ、制御部30はカメラ38の撮影出力に基づいてX線画像の良否を判定し、その判定結果を外観検査結果とともに外部に出力する。この外部出力に基づいて、プリンタなどによって検査結果が印字される。
【0025】
なお、この実施形態では、図示しないスイッチを操作することにより、外観検査およびX線透過検査の両方について自動検査モードとパスモードのいずれかを設定できるようにされている。自動検査モードは外観検査およびX線透過検査の個々の自動検査を実行するモードであり、パスモードは制御部20,30に関係なく搬送機構40を動作させてプリント基板の各検査をすることなく通過させるモードである。パスモードはプリント基板に装着される電子部品が比較的大型の部品であり、外観検査だけで済みX線検査が不要である場合や、X線透過検査のみで済み外観検査が不要である場合があるため、検査時間を短縮するために設けられている。
【0026】
これにより、外観検査とX線透過検査の両方を自動検査モードに設定する,いずれか一方を自動検査モードに設定し、他方をパスモードに設定する,両方をパスモードに設定するのいずれかを選択することができる。
【0027】
図3は搬送機構の概略の構成を示す図であり、図4は基板検査装置の内部構造図である。
【0028】
図3および図4において、搬送機構40はワークを搬送するためのレール51〜56を含む。レール51,52は外観検査部2内に設けられており、レール53〜56はX線検査部3内に設けられている。手前側の搬送レール52は外観検査部2の図示しない筐体に固定されており、搬送レール54,56はX線検査部3の図示しない筐体に固定されている。奥側の搬送レール51,53,55は矢印に示す幅方向に移動可能にされていて、ワークの幅に応じて搬送レール51と52,53と54,55と56の間隔が調整される。
【0029】
すなわち、搬送レール51,52に設けられている搬送幅確認センサ61,62の両方がワークを検出できるように搬送レール51,52の間隔が手動で決められ、搬送レール53,54に設けられている搬送幅確認センサ63,64の両方がワークを検出できるように搬送レール53,55と54,56の間隔が決められる。これにより基板搬送エラーが生じたり、基板が落下するのを防止できる。搬送幅確認センサ61〜64はそれぞれ第1および第2の領域にワークが存在するか否かを検出し、それぞれの検出出力を制御部20,30に与える。
【0030】
なお、幅調整は幅調整用ハンドルを設け、このハンドルを操作することで行うようにしてもよい。搬送レール53〜56の右側端部にはセンサ検出用金具65〜68が設けられている。
【0031】
搬送レール51,52上には、図4に示すようにワークを搬送するための搬送コンベア42が設けられており、搬送レール53〜56上にはワークステージ43が設けられている。ワークステージ43の搬送方向前方側には補助コンベア44が設けられており、この補助コンベア44によってワークステージ43上のワークが装置外部へ排出される。搬送レール53〜56上を移動するワークステージ43の動きを検出するために、搬送レール53〜56の右側端部にはセンサ検出用金具65〜68が設けられている。
【0032】
なお、搬送レール51と53,52と54との間および搬送レール55,56の開放端側には図2に示したX線源37から発せられたX線が外観検査部2側および装置外部に漏れて人体に悪影響を及ぼさないように搬入シャッタ57,搬出シャッタ58が配置されている。
【0033】
図5はワークの搬入状態を示す図であり、図6は検査ステージにワークを固定した状態を示す図であり、図7はワークの位置決め状態を示す図であり、図8はX線像の取り込みと2次元自動検査の状態を示す図であり、図9はワークの搬出動作を示す図であり、図10はワークの搬入から排出までの動作を説明するためのフローチャートである。なお、図10(a)は基板搬入動作を示し、図10(b)は基板搬出動作を示している。
【0034】
次に、図1ないし図10を参照して、この発明の基板検査装置における基板搬入搬出の具体的な動作について説明する。図5に示すようにワーク71が搬送レール51,52上に載置され、図示しない基板搬入ボタンが押し下げられると、図10(a)に示すステップ(図示ではSPと略称する)SP1において、ワークステージ43が基板搬入出位置へ移動され、ステップSP2において図示しない基板ストッパがONされる。ステップSP3において、搬送コンベア42が駆動されてワーク71が第1の領域である外観検査部2内に取込まれる。そして、ステップSP4において搬入シャッタ57が開かれてワーク71が搬送コンベア42からワークステージ43側に搬入され、ステップSP5において基板搬入待機となる。
【0035】
また、図6に示すように搬送コンベア42に新たなワーク72が搬入される。ワークステージ43にはワークの搬入されたことを検出するための搬入口センサ(図示せず)が設けられており、搬入口センサがOFF→ON→OFFしたことを確認すると、搬入シャッタ57と排出シャッタ58が閉じられ、補助コンベア44がオープン状態にされてワークステージ71の移動領域が確保される。ステップSP7において、図示しないストッパー位置移動確認センサがONされたことを確認すると、搬送コンベア42が停止される。この一連の動作によりワーク71,72の搬入が完了し、図7に示す状態となる。
【0036】
図7に示すように、外観検査部2ではエリアカメラ26によって新たなワーク72上のマークを認識し、X線検査部3ではワークステージ43をXYZ方向に移動させて位置決めが実行される。このとき、補助コンベア44がオープンにされているので、ワークステージ44をXYZ方向に任意に移動させることができる。また、アライメントカメラ39はワーク71上の所定のマークや記号などを撮像し、制御部30はその撮像出力に基づいて画像上でのワーク71の位置決めを行う。外観検査部2では図8に示すようにエリアカメラ26がワーク72に対して外観の自動検査を開始する。この外観検査は、たとえば前述の特開平8−292018号公報に記載されている光学系を用いた外観検査方法を用いることができる。
【0037】
また、X線検査部3ではワークステージ43が図8の点線から実線で示すようにワーク71をX線画像の取得位置までXYZ方向に移動させる。そして、その位置でX線源37からX線が照射され、ワーク71を透過したX線透過画像がカメラ38により撮影され、制御部30はカメラ38の撮影出力のX線透過画像に基づいてワーク71上の接続部の良否を判定する。その後、X線源37からのX線の照射が停止され、図示しない基板排出ボタンが押し下げられると、図10(b)に示すワーク搬出動作が実行される。
【0038】
ステップSP11において、図9に示すようにX線検査部3のワークステージ43が元の基板搬入出位置に戻され、ステップSP12において補助コンベア44がクローズにされ、ステップSP13において図示しない基板ストッパがOFFにされる。ステップSP14において、搬入シャッタ57と搬出シャッタ58とが開かれる。ステップSP15において図2に示した搬送幅確認センサ63,64がONしていることを確認した後、搬送コンベア42および補助コンベア44が駆動される。これにより、X線検査部3のワークステージ43上のワーク71が補助コンベア44を介して外部に排出される。また、外観検査部2の搬送コンベア42上のワーク72がX線検査部3のワークステージ43に搬送される。
【0039】
ステップSP16において、搬出口センサがOFF→ON→OFFになっていてワークの搬出されていることが確認された後、搬出シャッタ58がクローズされ、ステップSP17において搬送コンベア42および補助コンベア44が停止される。そして、ステップSP18において補助コンベア44がオープンにされる。この一連の動作によりワーク71の搬出動作が完了する。そして、X線検査部3に新たに搬入されたワークのX線透過検査が行われるとともに、外観検査部2では新たに搬入されたワークの外観検査が行われる。
【0040】
ワークの外観検査およびX線透過による検査では予め基準となるテンプレートの画像を登録しておき、そのテンプレートの画像と検査したプリント基板の画像とを比較して、良否が判定される。外観検査でのテンプレート画像の登録は前述の特開平8−292018号公報に記載されている方法を適用できる。この方法について簡単に説明すると、図2に示すエリアカメラ26によりテンプレート基板の画像を撮像して得られた画像信号に基づいて、テンプレート基板上の部品実装部位の検査を行い、その検査データを登録しておく。
【0041】
一方、X線透過検査のために使用されるテンプレート画像の登録は、図11に示すフローチャートに基づいて実行される。以下に、その具体的な動作について説明する。
【0042】
図11のステップSP21において、図1に示すX線検査部3のディスプレー34の画面上で図12に示すように、プログラム名と基板外形サイズ入力画面が表示される。ユーザはこの画面表示を見てプログラム名とプリント基板の横(X)と縦(Y)の寸法をX線検査部3のキーボード32から入力し、「次へ」の表示をクリックすると、ステップSP22において図13に示す基板搬入を指示する画面が表示される。良品であるテンプレート基板を基板挿入口21に挿入し、「次へ」の表示をクリックする。挿入されたテンプレート基板は搬送機構40によってX線検査部3へ搬送される。
【0043】
ステップSP23において基板認識のための位置決めマークを設定する。この位置決めマークは、自動検査時のX,Y軸補正用検査位置に最も近い場所にある位置であって、2箇所に登録される。図14は位置決めするときのディスプレー34に表示される画面の表示例である。この表示は図2に示したX線源37からのX線をテンプレート基板に照射し、その透過画像をカメラ38で撮影した画面であって、位置決めマークとしては(X=12.4,Y=123.6)、(X=110.1,Y=213.6)のように入力される。
【0044】
ただし、Z軸は補正されないのでZ軸補正用の位置マークは設定されない。なお、テスト基板などでは位置決めマークが全くないときもあるので、その場合にはステップSP23がスキップされる。ステップSP23において位置決めマークをスキップした場合にはステップSP24において基板認識マークが設定される。
【0045】
ステップSP25においてテンプレート基板の全体画像取得処理が行われる。その全体イメージは図15に示すように、カメラ38で分割して撮影されたX線像をつなぎ合わせた画像がディスプレー34のサブウィンドウのエリアa1に表示される。メインウインドウのエリアa0には、●で示す半田ボールが拡大して表示されている。エリアa1のサブウインドウに表示されている全体イメージをマウス33でクリックすると、その位置にワークステージ43が移動される。なお、全体イメージは拡大・縮小表示もできるようにされている。また、全体イメージ取得が実行されるまではエリアa1に全体イメージは表示されないが、イメージが表示されない状態でも基板サイズは判っているので、それをもとにワークステージ43の移動は可能にされている。
【0046】
ステップSP26においてユーザの操作により検査画像の角度補正が行われ、ステップSP27においてユーザ操作により検査位置が指定される。すなわち、図16に示すようにユーザはマウス33を操作して検査するエリアa2を囲むと同時に回転させる角度をキーボード32によって入力する。すると入力された角度だけ画像が回転して表示される。また、このエリアa2に表示された画像は全体イメージのエリアa1にも反映されるが、回転補正には影響されず、常に0度表示される。
【0047】
ステップSP28において二値化レベルの設定が行われ、ステップSP29において検査エリア除外の選択が行われる。すなわち、ユーザは図17に示す二値化レベル設定エリアa3に二値化するための数値をキーボード32から入力するとともに、検査エリアa2内で検査除外にするエリアa4をすべて選択する。ステップSP30においてユーザは図18に示すように裏面実装部品のエリアa5を選択し、ステップSP31においてマスク領域を指定する。これらは、プリント基板の両面に部品が実装されていると、X線透過画像の解析が困難になるため、予め検査対象から削除するものである。
【0048】
マスク領域は、テンプレート画像に半田上がり(スルーホール)などがあると、検査ボールとして判断する場合があるのでこれもマスクされる。ただし、検査除外とは異なり実際にはこの基板を検査するとごみ判定される。なお、図19の画面において半田ボールよりも小さい●がスルーホールであり、このスルーホールが多ければ、それぞれのスルーホールを選択するのが面倒であるため半田ボールの指定面積よりも小さいものがスルーホールとして自動的に検出される。
【0049】
ステップSP32において、検査しきい値(マッチング率)が設定される。図20に示すように、テンプレート画像とのマッチング率(%)を「過多」,「過小」・「オープン」・「ボイド」・「ズレ」検査それぞれについて設定が可能とされている。「ブリッジ検査」に関しては検査の有無のみの設定が可能にされており、「ゴミ」検査についてはサイズ(μm)の入力ができるようにされている。
【0050】
ステップSP33において、次の検査位置を登録すべきか否かを判別し、登録を係属するときは前述のステップSP24に戻り、ステップSP24〜SP33の動作を繰り返す。登録を継続しない場合には、登録した位置に関して平均化用画像の取得を行うか否かをステップSP34で判別する。平均化用画像の取得を行う場合には、ステップSP35においてユーザが平均化画像を取得するためのプリント基板を検査装置1に搬入する。
【0051】
ステップSP36においてプリント基板の搬入されたことを確認し、ステップSP37において、登録ショット数分画像を取込む。ステップSP38において平均化用画像取得を継続するか否かを判別する。継続する場合にはステップSP35〜SP38を繰り返す。平均化用画像の収得を継続しない場合にはステップSP39において基準平均化を実行し、ステップSP40でテストランニングを行う。その結果画像が図20に示されている。この画面では過多,過小,オープン,ボイド,ゴミ,ズレについて、設定値に対する計測値が表示される。
【0052】
ステップSP41において検査プログラムを保存し、ステップSP42において基板検査装置1内にプリント基板があれば搬送機構40によって自動的に排出する。これにより良品のテンプレート登録動作を終了する。
【0053】
次に、実際の検査開始から終了までの具体的な動作について説明する。この実施形態では、外観検査部2側とX線検査部3側にキーボード22,32が設けられているので、外観検査部2側で検査基板名を決定する場合と、X線透過検査部3側で検査基板を決定する場合があり、それぞれについて以下に詳細に説明する。
【0054】
図21は、外観検査部2側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。図21のステップSP31においてユーザ操作により検査基板が確定され、ステップSP32において外観検査部2の制御部20はフロントパネルの「STOP」のボタンを点灯表示させるとともに、X線検査部3側の制御部30に「STOP」コマンドBOを送信する。制御部30は「STOP」コマンドBOを受信すると、ステップSP41においてレスポンスboを制御部20に送信する。
【0055】
制御部20はステップSP33において、結果出力ユーザ情報を取得し、結果出力ユーザ情報読込コマンドRIを送信する。制御部30はステップSP42において、ユーザ設定情報読込コマンドRIを受信後、レスポンスriを制御部20に送信する。制御部20はステップSP34において、検査開始待ちコマンドWAを送信した後、レスポンスwaが送られてくるのを待つ。制御部30はステップSP43において、検査開始待ちコマンドWAを受信後、レスポンスwaを送信し、ステップSP44においてフロントパネルの「START」ボタンを点滅表示させる。
【0056】
制御部20および30はパネル上の「検査開始ボタン」が押し下げられるまで待機する。制御部20は、ステップSP35においてプリント基板を搬送コンベア42により外観検査部2内に搬送し、ステップSP36において検査を開始する。この検査ではエリアカメラ26で撮像された画像とテンプレートの画像とを比較し、一致しているか否かが判別される。X線検査部3側では、制御部30がSP45でフロントパネルの「START」ボタンを点灯表示させる。制御部20はステップSP37において検査結果の出力コマンドRTを送信後、レスポンスrtが送られてくるのを待ち、制御部30はステップSP46において、その検査結果出力コマンドRTを受信後、レスポンスrtを送信する。
【0057】
外観検査部2はステップSP38において、X線検査部3が搬入可能状態になりしだいプリント基板をX線検査部3側へ排出する。そして、制御部20は「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP35〜SP39の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば外観検査を終了する。
【0058】
一方、X線検査部3ではステップSP47においてプリント基板を搬入し、ステップSP48において検査を開始する。この検査ではカメラ38で撮影されたX線透過画像とテンプレートの撮影画像とを比較し、一致しているか否かが判別される。ステップSP49において制御部30が検査結果を出力し、ステップSP50で検査の終了したプリント基板を搬出する。ステップSP51において「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP47〜SP51の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば、ステップSP52でフロントパネルの「START」ボタンを消灯させるとともに「STOP」ボタンについては基板が搬入されていないことを確認後即座に消灯し、外観検査を終了する。
【0059】
図22は、X線検査部3側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【0060】
図22のステップSP61においてユーザ操作により検査基板が確定され、ステップSP62においてX線検査部3の制御部30はフロントパネルの「STOP」のボタンを点灯表示させるとともに、ステップSP63において外観検査部2側の制御部20に検査開始待ちコマンドWAを送信する。制御部20はステップSP81で検査開始待ちコマンドWAを受信すると、ステップSP82において検査出力ユーザ設定情報読込コマンドRIを送信後、レスポンスriが送られてくるのを待つ。
【0061】
制御部30はステップSP64において、検査出力ユーザ設定情報読込コマンドRIを受信し、レスポンスriを送信する。制御部20はステップSP83において、レスポンスriを受信すると検査開始待ちレスポンスwaを送信し、制御部30はステップSP65において、検査開始待ちレスポンスwaを受信した後、ステップSP66においてフロントパネルの「START」ボタンを点滅表示させる。
【0062】
制御部20および30はパネル上の「検査開始ボタン」が押し下げられるまで待機する。制御部20は、検査開始ボタンが押し下げられると、ステップSP84においてプリント基板を搬送コンベア42により外観検査部2内に搬送し、ステップSP85において検査を開始する。X線検査部3側では、制御部30がステップSP67でフロントパネルの「START」ボタンを点灯表示させる。制御部20はステップSP86において検査結果の出力コマンドRTを送信後、レスポンスrtが送られてくるのを待ち、制御部30はステップSP68において、その検査結果出力コマンドRTを受信後、レスポンスrtを送信する。
【0063】
外観検査部2はX線検査部3が搬入可能状態になりしだい、ステップSP87でプリント基板をX線検査部3側へ排出する。制御部20はステップSP88で「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP84〜SP88の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば外観検査を終了する。
【0064】
一方、X線検査部3ではステップSP69においてプリント基板を搬入し、ステップSP69において検査を開始する。ステップSP71において制御部30が検査結果を出力し、ステップSP72で検査の終了したプリント基板を搬出する。ステップSP73において「STOP」ボタンが押下げられているか否かを判別し、「STOP」ボタンが押下げられていなければ次のプリント基板を検査するために、ステップSP68〜SP73の動作を繰り返し、「STOP」ボタンが押下げられていれば、ステップSP74でフロントパネルの「START」ボタンを消灯させるとともに「STOP」ボタン基板搬入を確認後即座に消灯し、X線検査を終了する。
【0065】
なお、検査項目は上述の項目に限定されるものではなく、部品の未実装検査や部品の逆実装検査や一般のSMD半田接合検査やその他幅広い検査項目を追加してもよい。
【0066】
図面を参照してこの発明の一実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、X線検査部でX線を基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成し、外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と光学基準画像とを比較することにより、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別し、X線検査部で良否の判別されたプリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像とX線基準画像とを比較して、プリント基板における電子部品の接続部分の良否を判別するようにしたので、1つの装置内で外観検査とX線透過検査を可能にし、設置スペースを狭くするとともに検査時間を短縮できる。
【0068】
また、外観検査とX線透過検査とを時系列的に実行することができるので、検査時間を短縮することができ、1時間あたりのプリント基板の検査処理数を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態における基板検査装置の外観図である。
【図2】この発明の一実施形態における基板検査装置の構成を示すブロック図である。
【図3】搬送機構の概略の構成を示す図である。
【図4】基板検査装置の内部構造図である。
【図5】ワークの搬入状態を示す図である。
【図6】検査ステージにワークを固定した状態を示す図である。
【図7】ワークの位置決め状態を示す図である。
【図8】X線画像の取り込みと2次元自動検査の状態を示す図である。
【図9】ワークの搬出動作を示す図である。
【図10】この発明の一実施形態における基板検査装置におけるワークの搬入・搬出動作を説明するためのフローチャートである。
【図11】この発明の一実施形態におけるX線透過検査のためのテンプレート登録動作を説明するためのフローチャートである。
【図12】プログラム名と基板外形サイズ入力画面の表示例である。
【図13】基板搬入を指示する画面の表示例を示す図である。
【図14】位置決めするときのディスプレーに表示される画面の表示例である。
【図15】テンプレート画像の表示例を示す図である。
【図16】回転補正および検査領域の指定画面を示す図である。
【図17】二値化レベルおよび検査除外領域の指定画像を示す図である。
【図18】裏面実装部品の指定画面を示す図である。
【図19】半田上がり指定画像を示す図である。
【図20】テストランニングによる結果画像の一例を示す図である。
【図21】外観検査側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【図22】X線透過検査側で検査基板が決定された場合の検査開始から終了までの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 基板検査装置、2 外観検査部、3 X線検査部、20,30 制御部、21 開口部、22,32 キーボード、23,33 マウス、24,34 ディスプレー、25 2軸ドライバ、26 エリアカメラ、35 3軸ドライバ、36 X線コントローラ、37 X線源、38 カメラ、39 アライメントカメラ、40 搬送機構、41,43 ワークステージ、42 搬送コンベア、44 補助コンベア、51〜56 搬送レール、57 搬入シャッタ、58 搬出シャッタ、61〜64 搬送幅確認センサ、65〜68 センサ検出用金具。
Claims (5)
- プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態の外観検査を行う外観検査部と、前記プリント基板にX線を照射してX線透過検査を行うX線透過検査部とを備えた装置内で行う基板検査方法であって、
前記外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成する第1のステップと、
前記X線検査部でX線を前記基準となるプリント基板に照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第2のステップと、
前記外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と前記光学基準画像とを比較することにより、前記プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別する第3のステップと、
前記X線検査部で前記第3のステップで良否の判別された前記プリント基板にX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像と前記X線基準画像とを比較して、前記プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別する第4のステップとを備えたことを特徴とする、基板検査方法。 - 前記第2のステップは、前記基準となるプリント基板の透過像上で検査位置を特定して二値化し、検査除外エリアと裏面実装部品を選択してマスクし、前記X線基準画像の検査しきい値を設定することを特徴とする、請求項1に記載の基板検査方法。
- 前記第2のステップは、前記X線基準画像として複数のプリント基板の透過画像を平均化して求めることを特徴とする、請求項2に記載の基板検査方法。
- 前記外観検査部側で検査基板が確定されたときは該外観検査側でユーザ情報を取得し、前記X線検査部側で検査基板が確定されたときは該X線検査部側でユーザ情報を取得することを特徴とする、請求項1に記載の基板検査方法。
- プリント基板に取付けられた電子部品の接続状態を検査する基板検査装置であって、
前記プリント基板の外観検査を行う外観検査部と、
前記プリント基板にX線を照射してX線透過検査を行うX線透過検査部と、
外部から搬入したプリント基板を前記外観検査部から前記X線検査部に搬送する搬送手段と、
前記外観検査部で光を基準となるプリント基板に照射し、その反射光に基づいて光学基準画像を生成し、該プリント基板を前記基板搬送手段により前記X線透過検査部へ搬送し、前記X線検査部でX線を照射し、その透過像をX線基準画像として生成する第1のモードと、前記外観検査部で光を検査対象となるプリント基板に照射し、その反射光に基づく画像と前記光学基準画像とを比較することにより、前記プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別し、判別されたプリント基板を前記基板搬送手段により前記X線透過検査部に搬送し、前記X線検査部でX線を照射して透過したX線像を撮影したX線像と前記X線基準画像とを比較して、前記プリント基板における前記電子部品の接続部分の良否を判別する第2のモードを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする、基板検査装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051011 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080527 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080603 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081104 |