JP2005101084A - 部品浮き検査方法および部品浮き検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路基板の実装検査における部品浮き不良検出の高精度化を実現する。
【解決手段】 検査対象の基板１０を垂直方向から撮像し、次に、ψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ５を水平方向からθ［ｒａｄ］だけ傾くよう、アクチュエータ６を制御して撮像を行い、さらに、水平方向から反対方向へθ［ｒａｄ］だけ傾くよう、アクチュエータ６を制御して撮像を行う。そして、得られた２枚の画像のうち、部品領域以外の部分を領域抽出手段によって合成する。
このように、検査対象の基板１０に対して垂直な方向から撮像した画像と、部品中心を回転中心として時計・反時計回りに一定角度離れた２箇所から撮像した画像とを用い、選択的に合成処理を行うことにより、基板１０の上面と部品１１の底面との隙間を検出して、部品１１の浮き不良の検出を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板上に実装された部品の実装状態を検査する検査機に適用される部品浮き検査方法および部品浮き検査装置に関するものである。

近年の電気製品の小型軽量高機能化に伴い、電気製品の主たる構成要素である回路基板の製造において、部品を小型化し、より多くの部品を高密度に実装する要求が高まっている。その際、小型化に伴い部品重量が小さくなるため、はんだ流体から受ける外力の影響が大きくなり、部品の実装姿勢が不安定になりやすくなってきている。

特に部品の浮きは、接合部分のはんだの形状あるいは構成が微小変化することによって、電気抵抗，静電容量，インダクタンスなどの変化による電気的特性の悪化、あるいは振動や外力による回路定数の動的変化によって、動作を不安定にさせるなどの要因となる他、部品の接合強度が小さくなり、振動や外力に対して必要な強度を確保できなくなることから、部品の離脱や部品同士の接触が発生してしまうなど、回路基板の製造において安定した回路形成に支障をきたす大きな原因となる。

部品の浮きを検出・判定する方法として、特許文献１，２に記載された方法がある。特許文献１に記載された方法では、部品上面およびその周辺の基板面の相対高さを計測し、得られた値から部品高さの理想値を減算することによって部品の浮き量を算出し、その値が、ある閾値を超えた際に部品の浮きが発生したと判定する。また特許文献２に記載された方法では、部品上面の２点の相対高さを同様の方法によって測定し、その相対高さ同士の差分が、ある閾値を越えた際に浮きが発生したと判定する。
特開平２−１１４１５６号公報 特開平２−２４５６４３号公報

しかしながら、従来の技術では、図６に示すように、基板２１上における部品２２ａ，２２ｂの上面に対する垂直方向から検出を行う方法であるため、部品２２ａ，２２ｂの製造精度などの問題から発生する部品高さにバラツキがあっても、部品上面は同じ高さにあると判定してしまい、部品２２ａ，２２ｂが浮いていたとしても、部品２２ａ，２２ｂの浮き不良を見逃してしまうことになる。

また、フィルム状基板において特に発生しやすい点として、基板２１に反りがある場合の検出があげられる。この場合は、図７に示すように、基板２１の反りにより基準高さ計測点と、検査対象の部品２２ｃ，２２ｄの周辺における基板面との高さが一致せず、部品２２ｃ，２２ｄの上面が同じ高さにあると判定してしまい、浮きを検出することが困難となる。

この問題は、基準高さ計測点が部品近くに取れなかった場合に発生しやすく、部品が密集して配置されるような基板に対しては、基準高さ計測点の設定が困難あるいは不能になるといったことも起こり、検査精度を確保するためには、基準高さ計測点の設定に多くの試行錯誤が必要となる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、回路基板の実装検査における部品浮き不良検出の高精度化を実現することができる部品浮き検査方法および部品浮き検査装置を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の部品浮き検査方法は、回路基板に対し、垂直方向から撮像した画像と、左右に一定角度だけ離れた方向から撮像した画像とを合成処理した結果に基づいて、前記回路基板に実装された部品における前記回路基板の実装面からの浮き量を検出することを特徴とする。

この構成により、部品底面と基板面との隙間を検出することが可能となり、部品の高さバラツキや基板の反りによる浮き不良の見逃しを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の部品浮き検査方法において、画像撮像時に、前記回路基板と撮像用のカメラとの相対位置関係を変化させるようにしたことを特徴とする。

この構成により、部品底面と基板面との隙間を検出するための垂直方向からの画像および斜め方向からの画像を基板位置の変更なしに効率よく撮像することができる。

本発明の請求項３に記載の部品浮き検査装置は、回路基板に対し、垂直方向から撮像した画像と、左右に一定角度だけ離れた方向から撮像した画像とを合成処理した結果を利用して、実装された部品の基板面からの浮き量を検出する手段と、前記回路基板に実装された部品の浮き不良を判定する手段とを備えたことを特徴とする。

この構成により、部品底面と基板面との隙間を検出することが可能となり、部品の高さのバラツキ、あるいは基板の反りによる浮き不良の見逃しを防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の部品浮き検査装置において、画像撮像時、前記回路基板と撮像用のカメラとの相対位置関係を変化させる手段を備えたことを特徴とする。

この構成により、部品底面と基板面との隙間を検出することが可能となり、部品の高さのバラツキ、あるいは基板の反りによる浮き不良の見逃しを防ぐことができる。また、部品上面と基板面との相対高さおよび部品の規格高さを用いて仮想的に計算した浮き量による検出ではなく、部品底面の基板面からの浮きを直接検出することが可能となり、部品浮き不良の検出精度を向上させることができる。

本発明に係る部品浮き検査方法および部品浮き検査装置によれば、例えばカメラおよび平行光を照射可能な面照明から構成される撮像ユニットを用い、基板に垂直な方向から１回および基板垂直方向から一定の角度対称に振った２箇所からそれぞれ１回ずつの計３回の撮像と、得られた画像の合成および差分を用いることにより、検査対象基板の基板面と部品底面との隙間を検出することが可能となる。

これにより、部品の高さバラツキや基板の反りによる浮き不良の見逃しを防止することができる。さらに、部品上面と基板面との相対高さおよび部品の規格高さを用いて仮想的に計算した浮き量による検出ではなく、部品底面の基板面からの浮きを直接検出することが可能となり、部品浮き不良検出精度の向上を図ることができる。

以下、図１〜図５に基づいて、本発明の部品浮き検査方法および部品浮き検査装置の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、既述されている部材と同じ構成部材については、同じ符号を付して説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施形態１である実装部品浮き不良検査装置の構成を示す斜視図であり、実施形態１の実装部品浮き不良検査装置は、検査対象の基板１０を任意の角度から撮像可能にするための可動ステージ１〜５と、検査対象の基板１０に平行光線を照射するための平行光源ユニット７と、撮像を行うための撮像カメラ８と、撮像レンズ９などから構成されている。

平行光源ユニット７は、中央部に撮像レンズ９用の通孔７ａが開けられており、通孔７ａを通して検査対象の基板１０を撮像することができるようになっている。

撮像レンズ９としては、傾いた面のようにレンズ面からの距離が変化しているような対象を撮像しても、像の寸法が変わらないテレセントリックレンズを用いる。さらに、可動ステージ１〜６の移動によってレンズ面からの距離が変化しても、ピントズレが発生しない程度の被写界深度をもつものを用いる。

可動ステージ１〜５は、部品１１が実装された基板１０を固定するψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ５と、ψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ５と連結して、傾斜角を調節するθ軸可動ステージ兼ψ軸可動ベース４と、θ軸可動ステージ兼ψ軸可動ベース４と連結して、回転角を調節するｙ軸可動ステージ兼θ軸可動ベース３と、ｙ軸可動ステージ兼θ軸可動ベース３と連結して、奥行き方向の位置を調節するｘ軸可動ステージ兼ｙ軸可動ベース２と、ｘ軸可動ステージ兼ｙ軸可動ベース２と連結して、左右方向の位置を調節するｘ軸可動ベース１から構成されている。なお、６は各ステージ１〜５の角度および位置を制御するアクチュエータとしての動力機構である。

前記構成によって、基板１０を任意の角度、位置から撮像カメラ８により撮像する。なお、ψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ５の回転中心は、検査対象の基板１０の上面に位置するように調整しておく。

次に、実施形態１における浮き検出の手順を図２，図３を参照して説明する。

ステップＳ１では、検査対象の基板１０を垂直方向から撮像する（図３（ａ）参照）。ステップＳ２では、その画像から画像認識手段（図示せず）を用いて部品中心位置を求める。ステップＳ３では、各可動ステージ１〜５を移動させて部品中心が画像中心となるよう検査対象の基板１０を移動する。

ステップＳ４では、ψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ５を水平方向からθ［ｒａｄ］だけ傾くよう、アクチュエータ６を制御して撮像を行い（図３（ｂ）参照）、ステップＳ５では、水平方向からステップＳ４とは反対方向へθ［ｒａｄ］だけ傾くよう、アクチュエータ６を制御して撮像を行う（図３（ｃ）参照）。

ステップＳ６では、ステップＳ４，Ｓ５で得られた２枚の画像のうち、部品領域以外の部分を領域抽出手段（図示せず）によって合成する。ステップＳ７では、垂直方向画像から得られた部品幅よりも、ステップＳ６で得られた部品領域幅の方がある一定以上小さいならば、部品浮きが発生していると判定する。ここで、ステージの傾きによって、撮像される基板１０あるいは部品１１の幅が縮小されることを考慮し、垂直方向画像から算出する部品幅には、水平方向からのステージ傾斜角をθとして、垂直方向画像にて得られた部品幅にｃｏｓθを掛けた値を用い、傾斜させて撮像した画像から算出した部品領域幅との比較を行う。

このように、実施形態１によれば、検査対象の基板１０に対して垂直な方向から撮像した画像と、部品中心を回転中心として時計・反時計回りに一定角度離れた２箇所から撮像した画像とを用い、選択的に合成処理を行うことにより、基板１０の上面と部品１１の底面との隙間を検出することが可能になり、部品１１の浮き不良の検出を行うことができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施形態２に係る実装部品浮き不良検査装置の構成を示す斜視図であり、実施形態２の実装部品浮き不良検査装置は、検査対象の基板１０に平行光線を照射するための平行光源ユニット７と、撮像を行うための撮像カメラ８と、撮像レンズ９とを１組とした照明・撮像ユニット１３ａ〜１３ｃが、検査対象の基板１０の垂直方向に１組（１３ａ）と、基板１０に対して一定角度傾けて対称に離して設置した２組（１３ｂ，１３ｃ）の計３組配置されている。さらに、照明・撮像ユニット１３ａ〜１３ｃが検査対象の基板１０の垂直方向を軸として回転するように、回転駆動機構１４および回転用モータ１５が設置されている。

なお、照明・撮像ユニット１３ａ〜１３ｃは、傾斜の中心が検査対象の基板１０の上面となるように調整しておく。

各撮像レンズ９としては、実施形態１と同様にテレセントリックレンズを用いる。また、可動ステージの移動によってレンズ面からの距離が変化しても、ピントズレが発生しない程度の被写界深度をもつものを用いる。

次に、実施形態２における浮き検出の手順を図５を参照して説明する。

ステップＳ１１では、検査対象の基板１０を垂直方向に配置された照明・撮像ユニット１３ａによって撮像する。次に、ステップＳ１２では、その画像から画像認識手段を用いて部品中心位置を求める。

ステップＳ１３では、基板固定ステージ１２を移動させて部品１１の中心が画像中心となるよう検査対象の基板１０を移動する。

ステップＳ１４では、照明・撮像ユニット１３ａ〜１３ｃのうち、傾斜して配置された照明・撮像ユニットの一方（例えば１３ｂとする）を用いて撮像を行い、ステップＳ１５では、傾斜して配置された他方の照明・撮像ユニット１３ｃを用いて撮像を行う。

ステップＳ１６では、ステップＳ１４，Ｓ１５で得られた２枚の画像のうち、部品領域以外の部分を領域抽出手段によって合成する。ステップＳ１７では、垂直方向画像から得られた部品幅よりもステップＳ１６で得られた部品領域幅の方が、ある一定以上小さいならば部品浮きが発生していると判定する。

ここで、照明・撮像ユニット１３ａ〜１３ｃの傾斜によって、撮像される基板１０あるいは部品１１の幅が縮小されることを考慮し、垂直方向画像から算出する部品幅に、垂直方向から傾斜している照明・撮像ユニットの傾斜角をθとして、垂直方向画像にて得られた部品幅にｃｏｓθを掛けた値を用い、照明・撮像ユニットにより撮像した画像から算出した部品領域幅との比較を行う。

このように、本実施形態によれば、検査対象の基板に対して垂直な方向から撮像した画像と部品中心を回転中心として時計・反時計回りに一定角度離れた２箇所から撮像した画像を用い、選択的に合成処理を行うことで、基板上面と部品底面との隙間を検出することが可能になり、部品浮き不良の検出が実現される。

より具体的には、撮像カメラと、平行光を照射可能な平行光源ユニットから構成される照明・撮像ユニットと、左右前後方向の駆動および照明・撮像ユニットと基板面のなす角とを任意に設定することが可能な可動ステージとを用いて、基板に垂直な方向から１回と、基板に垂直な方向から一定の角度対称に振った２箇所からそれぞれ１回ずつの計３回の撮像を行い、得られた画像の合成および差分を用いて部品浮きを検出することにより、部品底面と基板面との隙間を検出することが可能となるため、部品の高さバラツキや基板の反りによる浮き不良の見逃しを防止することができ、さらに部品上面と基板面との相対高さ、および部品の規格高さを用いて仮想的に計算した浮き量による検出ではなく、本来重要となる部品底面の基板面からの浮きを直接検出することが可能となるため、部品浮き不良検出精度の向上を図ることができる。

本発明は、回路基板上に実装された部品の実装状態を検査する検査機に用いられ、実装された部品が目標としている状態となっているか否かを判定する際に用いられる照明，撮像装置、および撮像された画像の合成法を用いる部品浮き検査方法および部品浮き検査装置に適用され、特に、接合不良あるいは接合強度上問題となる部品浮きをより高確度に判定する場合に有効である。

本発明の実施形態１である実装部品浮き不良検査装置の構成を示す斜視図 実施形態１の浮き検出工程を説明するためのフローチャート 実施形態１における撮像状態の変化の説明図 本発明の実施形態２である実装部品浮き不良検査装置の構成を示す斜視図 実施形態２の浮き検出工程を説明するためのフローチャート 従来の方法による浮き検出の不具合の説明図 本従来の方法による基板に反りがある場合における浮き検出の不具合の説明図

符号の説明

１ ｘ軸可動ベース
２ ｘ軸可動ステージ兼ｙ軸可動ベース
３ ｙ軸可動ステージ兼θ軸可動ベース
４ θ軸可動ステージ兼ψ軸可動ベース
５ ψ軸可動ステージ兼基板固定ステージ
６ 各軸駆動用のアクチュエータ
７ 平行光源ユニット
８ 撮像カメラ
９ 撮像レンズ
１０ 基板
１１ 部品
１２ 基板固定ステージ
１３ａ〜１３ｂ 照明・撮像ユニット
１４ 回転駆動機構
１５ 回転用モータ

Claims (4)

1. 回路基板に対し、垂直方向から撮像した画像と、左右に一定角度だけ離れた方向から撮像した画像とを合成処理した結果に基づいて、前記回路基板に実装された部品における前記回路基板の実装面からの浮き量を検出することを特徴とする部品浮き検査方法。
2. 画像撮像時に、前記回路基板と撮像用のカメラとの相対位置関係を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品浮き検査方法。
3. 回路基板に対し、垂直方向から撮像した画像と、左右に一定角度だけ離れた方向から撮像した画像とを合成処理した結果を利用して、実装された部品の基板面からの浮き量を検出する手段と、前記回路基板に実装された部品の浮き不良を判定する手段とを備えたことを特徴とする部品浮き検査装置。
4. 画像撮像時、前記回路基板と撮像用のカメラとの相対位置関係を変化させる手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の部品浮き検査装置。

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