JP2006184267A - Ｘ線検査装置、ｘ線検査方法およびｘ線検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の検査対象品を高速に検査することが困難であった。
【解決手段】 Ｘ線によって検査対象を検査するにあたり、固定的に配置されたＸ線源から所定の立体角の範囲にＸ線を出力し、上記Ｘ線の出力範囲内で平面的に検査対象品を移動させ、上記立体角に含まれる位置であるとともに上記検査対象品の移動平面に対して垂直な軸を中心にした複数の回転位置において、上記軸に対して傾斜した検出面でＸ線を検出し、同検出されたＸ線に基づいて上記検査対象品の検査を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査プログラムに関する。

従来より、検査対象品にＸ線を照射し、得られる透過像を分析することで当該検査対象品の良否判定等が行われていた（例えば、特許文献１参照。）。この文献においては、Ｘ−Ｙステージ上にθテーブルを配設し、Ｘ−Ｙステージに直交する面内でＸ線源およびカメラを回転させる技術（特許文献１，図１）や、Ｘ−Ｙステージに直交する軸を中心にしてＸ線源およびカメラを回転させる技術（特許文献１，図２）が開示されている。
特開２０００−３５６６０６号公報

上述した従来のＸ線検査装置においては、多数の検査対象品を高速に検査することが困難であった。すなわち、Ｘ線源は通常、高電圧を利用してＸ線を発生させるため、装置が大きく、また重くなる。上記従来のＸ線検査装置のように、大きく重いＸ線源を移動させるためには、大がかりな装置が必要であるとともに移動を完了するまでに多くの時間を要してしまう。特に、ＩＣチップのＢＧＡ（Ball Grid Array）における半田バンプなど、小さな部品を検査対象品とする場合、検査対象品を高精度に検査位置に配置する必要があるが、大きく重い装置を移動させて高精度に位置制御を行うことは非常に困難であり、また、時間がかかってしまう。

また、Ｘ−Ｙステージ上にθテーブルを配設する構成においては、Ｘ−Ｙステージのみを移動させるための構成と比較して機構が大がかりになる。従って、この構成においてもやはり移動を完了するまでに多くの時間を要してしまう。また、移動の自由度が大きいため、高精度の制御が困難であり、小さな部品の検査を高速に実施することは困難であった。

高精度の制御を伴う検査を高速に実施することは、部品の全数検査を実施するような場合に極めて重要である。すなわち、自動車の搭載部品など、一部の部品について抜き取り調査をするのでは不十分であって全数検査を必要とする製品では、高速に検査対象品を検査しなければ、生産効率が低下してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、多数の検査対象品を高速に検査することが可能なＸ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査プログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明では、所定の立体角の範囲にＸ線を出力するＸ線源を固定的に配置し、検査対象品をこの立体角の範囲内で平面的に移動させてＸ線画像を撮影する。すなわち、本発明ではＸ線源を固定的に配置し、移動させることはないが、そのＸ線の出力方向は所定の立体角の範囲を含むので、Ｘ線検出手段はこの立体角に含まれる複数の位置でＸ線を検出することができる。従って、大きく、重いＸ線源を移動させることなく複数のＸ線画像を取得することができ、検査対象品の検査を高速に実施することができる。

また、検査対象品について多くの情報を取得するため、例えば、検査対象品の３次元構造を取得するためには、異なる方向から検査対象品にＸ線を照射してＸ線画像を取得する必要があるが、本発明においては、検査対象品を回転させることはない。すなわち、Ｘ線検出手段において複数の回転位置でＸ線画像を取得するので、検査対象品自体を何らかの軸に対して回転させる必要はない。このため、簡易な構成によって検査対象を移動させるのみで検査対象品の検査を行うことが可能になり、多数の検査対象品を検査する場合であっても高速にその処理を実施することができる。

ここで、Ｘ線出力手段はＸ線源が固定的に配置され、かつ所定の立体角の範囲にＸ線を出力することができればよい。Ｘ線源は、検査対象品の検査に際して移動しない状態で構成さればよく、Ｘ線検査装置を工場等に据え付ける際に床や検査ラインに対して相対的に移動しないように設定されればよい。また、Ｘ線の出力範囲は、上記Ｘ線検出手段における複数の回転位置に配置される検出面が含まれるような範囲であればよい。すなわち、従来用いられてきた照射範囲に制約のあるＸ線管を使用するのではなく、広い範囲にＸ線が照射されるＸ線管を使用することによって、複数の回転位置でのＸ線画像の撮影に際してＸ線源の角度変更や移動を伴わないようにすることができればよい。

尚、このようなＸ線源としては、例えば、透過型開放管を採用すればよい。すなわち、透過型開放管においては、薄いターゲットに衝突した電子によってＸ線が発生し、Ｘ線が当該ターゲットを透過して外部に出力される際にほぼ全方位（立体角２π）が出力範囲になる。むろん、ほとんどの場合、被検査対象について撮像するための照射範囲として立体角２πは必要なく、少なくとも上記複数の回転位置を含む立体角でＸ線を照射するＸ線源を採用すればよいが、立体角が大きいほど本発明を適用できる検査対象品が多くなり、汎用性が高くなる。

平面移動手段は、検査対象品を２次元的に移動させることができれば良く、いわゆるＸ−Ｙステージ等によって構成することができる。尚、本発明においては、検査対象品を回転移動させる必要がないので、Ｘ線源と検査対象品とを近接させることが可能である。従って、Ｘ線検出手段の検出面において容易に大きな拡大率のＸ線画像を取得することができ、高精度の検査を実施することが可能である。

Ｘ線検出手段においては、Ｘ線出力手段から出力されたＸ線および検査対象品を透過したＸ線を複数の回転位置において検出面にて取得することができれば良い。例えば、２次元的に配置したＣＣＤによってＸ線の強度を計測するセンサを採用可能である。このように、Ｘ線検出手段においては、所定の面積を有する検出面でＸ線を検出するため、検査対象品を回転させる場合と比較して回転位置の位置精度に高い精度が要求されることはない。

すなわち、検出面は所定の面積を有しているので、透過Ｘ線画像における検出対象品の像が検出面の全範囲を占めるように構成せず、検出面の上下左右にある程度の余裕を持たせておけば、検出面の位置が多少回転方向にずれたとしてもＸ線画像を取得することは可能である。一方、検査対象品は、通常、Ｘ線画像の拡大率を確保するため、Ｘ線源に近い位置に配置される。従って、検査対象品を回転させることを想定した場合、その位置がわずかにずれたとしても拡大後のＸ線画像には大きな影響がある。

このため、検査対象品を回転させる場合と比較して本発明のＸ線検出手段における回転位置として要求される位置精度は低く、高速に駆動可能な装置を容易に設計することができる。この構成は、後述のように検出面を回転させる回転機構を構成する場合に特に有意である。すなわち、検出面を回転させて回転位置に位置決めするに際して、非常に高い精度が要求されるわけではないので、高速に回転動作を終えることができ、高速に検査を実施することが可能になる。

尚、複数の回転位置は、検査対象品の移動平面に対して垂直な軸を中心に検出面を回転させたことを想定した場合の位置であればよい。例えば、Ｘ線源の焦点とＸ線照射範囲の中心とを結ぶ直線を軸とし、この軸を中心にした所定の半径の円周上に回転位置を想定すればよい。むろん、検出面はこの軸に傾斜し、Ｘ線を検出するので、検出面がＸ線源の焦点に対向するように傾斜角が決められる。

Ｘ線検出手段において、複数の回転位置でＸ線を検出するためには種々の構成を採用することができ、例えば、請求項２のように上記傾斜した検出面を持つ複数の検出器を用いても良いし、請求項４のように上記検出面を持つ検出器を上記軸に対して回転させる回転機構を用いても良い。複数の検出器を利用する場合、複数の回転位置の総てに検出器を予め配設しておけば、検出器の移動を全く伴わずに検査対象品の検査を行うことができ、非常に高速に検査を実施することができる。

一方、複数の検出器あるいは一つの検出器を回転させて複数の回転位置におけるＸ線を検出しても良い。この回転は、上述のようにＸ−Ｙステージとθテーブルとを組み合わせて位置制御を行う場合と比較して制御が単純である。また、平面移動手段における平面移動と、Ｘ線検出手段における回転移動とを別個に制御することができ、平面移動と回転移動とを同時に行うことができるので、高速に移動動作を完了することができる。尚、複数の検出器を回転させる場合には、一つの検出器を回転させる場合より回転動作を行う回数が少ないので、回転移動の精度および速度の点でより有利である。

また、本発明におけるＸ線出力手段は、上記複数の回転位置を含む所定の立体角の範囲にＸ線を出力するＸ線源を採用しているので、Ｘ線源から出力されるＸ線は、上記検出器の検出面以外の方向に向けて出力されるＸ線を含んでいる。この状況においてＸ線に対してなんら遮蔽を施さなければ、基板上の実装部品を検査する場合など、多数の部品が平面移動手段にセットされた状態では、Ｘ線画像を撮影する対象となっている部品以外の部品が長い時間Ｘ線に曝されることになる。

そこで、Ｘ線画像の撮影対象以外についてはＸ線を照射しないようにするためにＸ線出力手段と平面移動手段との間に遮蔽部材を配設することが好ましい。このとき、請求項３のように複数の検出器における検出面のそれぞれにて検出されるＸ線以外のＸ線を、遮蔽部材によって遮蔽するように構成すれば、Ｘ線画像の撮影対象以外の部品について長時間Ｘ線に曝されないようにすることができる。むろん、ここで上記複数の検出器を固定的に配置するのであれば遮蔽部材も固定的に配置すればよいし、複数の検出器を回転させるのであれば遮蔽部材も検出器に同期させて回転させればよい。

さらに、遮蔽部材を回転させる構成例として、請求項５のように、遮蔽部材においてＸ線を通過させて検出面に到達させるための通過穴を形成し、遮蔽部材と検出器とを同期回転させることによってＸ線画像の撮影に利用するＸ線のみが常に遮蔽部材を通過するように構成してもよい。この構成によれば、検出器を回転させる場合にもＸ線画像の撮影対象以外の部品について長時間Ｘ線に曝されないようにすることができる。

上記対象品検査手段は、検出されたＸ線に基づいて上記検査対象品の検査を行うことができれば良い。例えば、請求項６の構成を採用し、透過像に基づいて検査対象品の断面積や体積、形状、半田付けにおけるブリッジの有無等を検査したり、複数の透過像に基づく再構成演算を行って断層像を算出し、半田付け等の良否判定を行ってもよい。

本発明においては、上述のように高速に検査を実施可能な構成を採用しているため、工場等の検査ラインにおいてインラインで検査を実施できるように構成することが好ましい。そこで、請求項７のように、上記平面移動手段において複数の検査対象品をＸ線の出力範囲に逐次搬送する搬送機構を構成すれば、多数の検査対象品をインラインで検査することが可能になる。この結果、全数検査を要する検査対象品に適用して好適なＸ線検査装置を提供することができる。

本発明においては、上記平面移動手段を利用して検査対象品を平面上の所望位置に移動可能に構成することで、撮像時の所定位置（例えば、Ｘ線出力手段における焦点と上記検出面の所定位置とを結ぶ直線上）に検査対象品を配設する。このとき、請求項８のように、より正確な位置に検査対象品を配置する構成を採用しても良い。すなわち、位置センサによって上記Ｘ線出力手段における焦点と上記検査対象品との相対的な位置関係を検出すれば、焦点と上記検出面の所定位置とを結ぶ直線上に上記検査対象品を移動させるに必要な移動量や当該所定位置の座標を正確に算出することができる。

従って、平面移動手段によって正確な移動を行うことが可能になる。ここで、位置センサは、上記Ｘ線出力手段における焦点と上記検査対象品との相対的な位置関係を検出することができれば良く、例えば、当該焦点から鉛直上方に向けた軸に平行な距離（高さ）等によって相対位置関係を検出しても良い。むろん、ここでは、検査対象品と焦点との相対的な位置関係を直接的に検出する構成の他、検査対象品が載置されている基板等と焦点との相対的な位置関係を検出し、基板等の厚さを見込んで相対的な位置関係を取得しても良いし、基板等の厚さが無視できると考えても良い。

以上は、本発明が装置として実現される場合について説明したが、かかる装置を実現する方法においても本発明を適用可能である。その一例として、請求項９にかかる発明は、請求項１に対応した方法を実現する構成としてある。むろん、その実質的な動作については上述した装置の場合と同様である。また、請求項２〜請求項８に対応した方法も構成可能である。このようなＸ線検査装置は単独で実現される場合もあるし、ある方法に適用され、あるいは同方法が他の機器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各種の態様を含むものである。従って、ソフトウェアであったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。

発明の思想の具現化例として上記方法を制御するためのソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェアあるいはソフトウェアを記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用される。その一例として、請求項１０にかかる発明は、請求項１に対応した機能をソフトウェアで実現する構成としてある。むろん、請求項２〜請求項８に対応したソフトウェアも構成可能である。

また、ソフトウェアの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。一次複製品、二次複製品などの複製段階については全く問う余地無く同等である。その他、供給装置として通信回線を利用して行なう場合でも本発明が利用されていることにはかわりない。さらに、一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実現されている場合においても発明の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるような形態のものとしてあってもよい。

本発明によれば、大きく、重いＸ線源を移動させることなく複数のＸ線画像を取得することができ、検査対象品の検査を高速に実施することができる。また、簡易な構成によって検査対象を移動させるのみで検査対象品の検査を行うことが可能になり、多数の検査対象品を検査する場合であっても高速にその処理を実施することができる。
また、検出器の移動を全く伴わないＸ線検査装置を提供し、非常に高速な検査を可能にしたり、単純な制御によって高速に移動動作を完了することが可能なＸ線検査装置を提供することができる。

さらに、Ｘ線通過穴を有するＸ線遮蔽部材よって撮影対象以外の部品をＸ線から遮蔽する構成になっているため、部品が長時間Ｘ線に曝されることによる性能劣化やそれにより生じる誤動作を防止することができる。また、散乱Ｘ線の影響による撮影画像の画質低下を防止することができる。
さらに、撮影するＸ線検出器に対応した形状のＸ線通過穴をＸ線遮蔽部材に設けることによって、効果的にＸ線被曝による影響を軽減させることができる。

また、Ｘ線遮蔽部材を回転させる構造にあっては、遮蔽に必要十分な大きさの遮蔽部材をＸ線検出器の回転に同期して同方向に回転する構成であるため、高速かつ高精度の回転がなされるように制御することができる。
さらに、高速に検査を実施可能な構成を採用しているため、工場等の検査ラインにおいてインラインで検査を実施可能である。
さらに、正確な位置に検査対象品を配置することによって正確な検査を実施可能である。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）本発明の構成：
（２）Ｘ線検査処理：
（３）他の実施形態：

（１）本発明の構成：
図１は本発明にかかるＸ線検査装置１０の概略ブロック図である。同図において、このＸ線検査装置１０は、Ｘ線発生器１１とＸ−Ｙステージ１２とＸ線検出器１３ａ〜１３ｄと搬送装置１４とを備えており、各部をＣＰＵ２５によって制御する。すなわち、Ｘ線検査装置１０はＣＰＵ２５を含む制御系としてＸ線制御機構２１とステージ制御機構２２と画像取得機構２３と搬送機構２４とＣＰＵ２５と入力部２６と出力部２７とメモリ２８と高さセンサ制御機構２９とを備えている。この構成において、ＣＰＵ２５は、メモリ２８に記録された図示しないプログラムを実行し、各部を制御し、また所定の演算処理を実施することができる。

メモリ２８はデータを蓄積可能な記憶媒体であり、予め検査位置データ２８ａと撮像条件データ２８ｂとが記録されている。検査位置データ２８ａは、検査対象品の位置を示すデータであり、本実施形態においては、基板上に配設されたバンプの位置を示すデータである。撮像条件データ２８ｂは、Ｘ線発生器１１にてＸ線を発生させる際の条件を示すデータであり、Ｘ線管に対する印加電圧，撮像時間等を含む。尚、メモリ２８はデータを蓄積可能であればよく、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ，ＨＤＤ等種々の記憶媒体を採用可能である。

Ｘ線制御機構２１は、上記撮像条件データ２８ｂを参照し、Ｘ線発生器１１を制御して所定のＸ線を発生させることができる。Ｘ線発生器１１は、いわゆる透過型開放管であり、Ｘ線の出力位置である焦点Ｆからほぼ全方位、すなわち、立体角２πの範囲にＸ線を出力する。また、Ｘ線発生器１１は、Ｘ線検査装置１０に対して固定的に配置されている。すなわち、Ｘ線発生器１１の位置や角度は変更されず、装置に対して固定されたまま移動されることはない。

ステージ制御機構２２はＸ−Ｙステージ１２と接続されており、上記検査位置データ２８ａに基づいて同Ｘ−Ｙステージ１２を制御する。また、搬送機構２４は、搬送装置１４を制御して基板１２ａをＸ−Ｙステージ１２に搬送する。すなわち、搬送装置１４によって一方向に基板１２ａを搬送し、Ｘ−Ｙステージ１２において基板１２ａ上のバンプを検査し、搬送装置１４にて検査後の基板１２ａを搬送する処理を連続的に実施できるように構成されている。

尚、上述のように検査位置データ２８ａは基板上のバンプの位置を特定しており、ステージ制御機構２２は、バンプの検査に際して当該バンプが各Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄの視野中心に位置するように制御する。すなわち、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆと各Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄにおける検出面の中心とを結ぶ直線上にバンプが配置されるように、一つのバンプについて複数回位置を移動させ、各位置でＸ線画像を撮像する。

画像取得機構２３はＸ線検出器１３ａ〜１３ｄに接続されており、同Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄが出力する検出値によって検査対象品の投影画像を取得する。本実施形態におけるＸ線検出器１３ａ〜１３ｄは、２次元的に分布したセンサを備えており、検出したＸ線からＸ線の２次元分布を示すＸ線画像データを生成することができる。

高さセンサ制御機構２９は、高さセンサ１５に接続されており、上記検査位置データ２８ａに基づいて検査対象となるバンプの高さ、すなわち、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆとバンプとの鉛直方向への距離を取得する。高さセンサ１５は、この距離を計測するセンサであれば良く、種々のセンサを採用可能である。

出力部２７はＣＰＵ２５での上記Ｘ線画像等を表示するディスプレイであり、入力部２６は利用者の入力を受け付ける操作入力機器である。すなわち、利用者は入力部２６を介して種々の入力を実行可能であるし、ＣＰＵ２５の処理によって得られる種々の演算結果やＸ線画像データ、検査対象品の良否判定結果等を出力部２７に表示することができる。

ＣＰＵ２５は、メモリ２８に蓄積された各種制御プログラムに従って所定の演算処理を実行可能であり、検査対象品の検査を行うために、図１に示す搬送制御部２５ａとＸ線制御部２５ｂとステージ制御部２５ｃと画像取得部２５ｄと良否判定部２５ｅと高さセンサ制御部２５ｆとにおける演算を実行する。搬送制御部２５ａは、搬送装置１４の駆動を制御して、適切なタイミングで基板１２ａをＸ−Ｙステージ１２に供給し、また、適切なタイミングで検査済みの基板１２ａをＸ−Ｙステージ１２から取り除く。

Ｘ線制御部２５ｂは、上記撮像条件データ２８ｂを取得し、上記Ｘ線制御機構２１を制御して所定のＸ線をＸ線発生器１１から出力させる。高さセンサ制御部２５ｆは、上記検査位置データ２８ａを取得し、検査対象のバンプを特定して上記高さセンサ制御機構２９に当該バンプの位置を指示する。この結果、高さセンサ制御機構２９は、高さセンサ１５を制御し、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆとバンプとの鉛直方向への距離を取得する。

ステージ制御部２５ｃは、上記検査位置データ２８ａを取得し、検査対象のバンプを上記複数の視野中心へ移動させるための座標値を算出し、ステージ制御機構２２に供給する。この結果ステージ制御機構２２は、この座標値がＸ線発生器１１における焦点Ｆの鉛直上方に移動するようにＸ−Ｙステージ１２を移動させ、検査対象品のバンプを適切な位置に配置する。この処理の詳細は後述する。画像取得部２５ｄは、画像取得機構２３が取得するＸ線画像データをメモリ２８に記録する。良否判定部２５ｅは、当該記録されたＸ線画像データに基づいて所定の演算処理を行い、検査対象品が良品であるか、不良品であるかを判定する。

（２）Ｘ線検査処理：
本実施形態においては、上述の構成において図２に示すフローチャートに従って検査対象品の良否判定を行う。本実施形態においては、多数の基板１２ａを搬送装置１４によって搬送し、逐次Ｘ−Ｙステージ１２上で基板１２ａのバンプを検査する。このため、検査に際しては、まずステップＳ１００にて搬送制御部２５ａが搬送機構２４に指示を出し、搬送装置１４によって検査対象の基板１２ａをＸ−Ｙステージ１２上に搬送する。

次に、ステージ制御部２５ｃは、検査対象となるバンプを適切な位置に移動させるため、変数ｉおよびｎを"1"に初期化する（ステップＳ１０５，Ｓ１１０）。尚、本実施形態においてはＮ_p個のバンプを検査対象としており、変数ｉは基板上のバンプに対して予め割り振られた番号１〜Ｎ_pに対応している。また、変数ｎはＸ線画像を撮像する位置の数を示しており、撮像位置の数Ｎ_Dが最大値である。尚、本実施形態においてＸ線検出器１３ａ〜１３ｄは計４個であり、４カ所でＸ線画像を撮像することから、変数ｎは"1"〜"4"である。

続いて、高さセンサ制御部２５ｆは、ステップＳ１１５にて、上記検査位置データ２８ａを取得し、ｉ番目のバンプの座標（ｘ_i，ｙ_i）を上記高さセンサ制御機構２９に指示する。この結果、高さセンサ１５から当該座標（ｘ_i，ｙ_i）のバンプとＸ線発生器１１の焦点Ｆとの鉛直方向に沿った距離が出力され、高さセンサ制御部２５ｆはこの高さをＦＯＤとしてメモリ２８に記録する。

図３においては、本実施形態における高さセンサ１５を示している。高さセンサ１５は基板１２ａの下方に配置され、レーザー出力器１５ａとラインセンサ１５ｂとを備えている。レーザー出力器１５ａは基板１２ａに向けてレーザー光を出力可能であり、ラインセンサ１５ｂは基板１２ａにて反射したレーザー光を検出するセンサである。ラインセンサ１５ｂは、ある方向に沿って並べられた複数のセンサを備えており、レーザー光の出力方向の水平成分と当該ラインセンサが並べられる方向は一致している。

従って、基板１２ａが垂直方向へ変動することに伴って反射レーザー光が変動すると、反射レーザー光がラインセンサ１５ｂに到達する位置も変動する（例えば、基板１２ａが下方に変動すると、レーザー光の軌跡は実線から破線のように変動する）。そこで、上記高さセンサ制御部２５ｆは、ラインセンサ１５ｂにて検出する反射レーザー光の輝度が最大となる位置が反射レーザー光の到達位置であるとし、この到達位置に基づいてバンプの高さを検出する。尚、レーザー光の経路を幾何学的に分析することによって基板１２ａの下面と焦点Ｆとの鉛直方向に沿った距離を算出し、基板１２ａの厚さとバンプの中心までの高さを見込めば、焦点Ｆからバンプの中心までの高さを算出することができるので、この高さをＦＯＤとすればよい。

むろん、基板１２ａの上面からバンプの中心までの高さと基板１２ａの厚さとが微小であれば、これらを無視してＦＯＤとすることもできる。これらを無視しても、基板１２ａの上下方向への変動程度が基板１２ａの厚さや基板１２ａの上面からバンプの中心までの高さと比較して大きい場合には、バンプの位置精度を確保するために充分なＦＯＤを取得することができる。

さらに、ステージ制御部２５ｃは、ステップＳ１２０にて上記検査位置データ２８ａを取得し、ｉ番目のバンプの座標（ｘ_i，ｙ_i）を上記変数ｎに対応したＸ線検出器１３ａ〜１３ｄの視野中心に配設するための座標値をステージ制御機構２２に指示し、Ｘ−Ｙステージ１２を移動させる。尚、本実施形態では、上記変数ｎの"1"〜"4"がそれぞれＸ線検出器１３ａ〜１３ｄに対応している。また、本実施形態において、ステージ制御機構２２は、与えられた座標値がＸ線発生器１１における焦点Ｆの鉛直上方に移動するようにＸ−Ｙステージ１２を移動させる。この座標値は、Ｘ−Ｙステージ１２の移動にかかわらず予め設定された固定座標系で定義され、Ｘ−Ｙステージ１２が初期位置（移動していない状態）にある場合に、Ｘ線発生器１１における焦点Ｆを投影した位置を座標（０，０）としてある。

図３，図４では、この座標系を示している。これらの図においては、Ｘ−Ｙステージ１２による移動平面をｘ−ｙ平面とし、この平面に垂直な方向をｚ方向としている。図３は、ｚ−ｘ平面を眺めた図であり、図４はｘ−ｙ平面を眺めた図である。上記予め設定された固定座標系は図４に示すｘ−ｙ平面上の座標に相当する。本実施形態においては、図３に示すように、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆと固定座標系における座標（０，０）を結ぶ軸Ａを中心とする半径Ｒの円周上に検出面の中心が位置するようにＸ線検出器１３ａ〜１３ｄを配設している。

また、各Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄの検出面は、各検出面の中心と焦点Ｆとを結ぶ直線ｌに対して垂直になるように配向されている。すなわち、軸Ａに対して傾斜され、ｘ−ｙ平面と検出面とに対して所定の角度（傾斜角）αが与えられている。さらに、Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄは、隣接する検出器との距離が総て同じ距離になるように配設されており、上記軸Ａと検出面の中心とを結ぶ半径Ｒを回転させることを想定した場合、ある検出面の中心から半径Ｒを９０度回転させると隣の検出面の中心に一致する。

このように配設された検出面において、視野中心は上記直線ｌであり、検査対象品のＸ線画像を撮像する際には、当該直線ｌとｘ−ｙ平面とが交わる点に検査対象品を配設することになる。図４においては、上述の固定座標系における視野中心の位置を座標（ｘ_i1，ｙ_i1）〜（ｘ_i4，ｙ_i4）で示している。上述のようにＸ線検出器１３ａ〜１３ｄにおける検出面の中心から半径Ｒを９０度ずつ回転させた位置に隣の検出面の中心が存在することから、上記直線ｌとｘ−ｙ平面とが交わる位置も所定の円周上に存在し、隣り合う位置と原点（０，０）とを結ぶ半径ΔＬの角度θは互いに９０度ずつ離れている。

ステージ制御部２５ｃは、ｉ番目のバンプの座標（ｘ_i，ｙ_i）が座標（ｘ_i1，ｙ_i1）〜（ｘ_i4，ｙ_i4）に位置するように上述の座標値を決定すればよく、以下の式（１）〜（４）によって座標値を決定する。
ｘ_oin＝ｘ_i＋ΔL・sinθ …（１）
ｙ_oin＝ｙ_i＋ΔL・cosθ …（２）
ΔＬ＝ＦＯＤ_α・sinα …（３）
ＦＯＤ_α＝ＦＯＤ／cosα …（４）
ここで、座標（ｘ_oin，ｙ_oin）は、ｉ番目のバンプを変数ｎに対応するＸ線検出器１３ａ〜１３ｄの視野中心に移動させるための座標である。また、θは図４に示すように原点（０，０）と座標（ｘ_i1，ｙ_i1）とを結ぶ直線に対して時計回りに設定される角度であり、本実施形態では、座標（ｘ_i1，ｙ_i1）〜（ｘ_i4，ｙ_i4）のそれぞれに対して、０度、９０度、１８０度、２７０度となる。

ＦＯＤは、上記高さセンサ１５によって計測された高さであり、ｉ番目のバンプと焦点Ｆとにおけるｚ軸方向の距離である。αは上記傾斜角であり、この値に基づいて式（３），（４）からＦＯＤ_αおよびΔＬが算出され、この結果および角度θを式（１），（２）に代入することで上記座標値が算出される。尚、本実施形態においては、高さセンサ１５によって計測された高さを利用してＸ−Ｙステージ１２の移動を制御しているので、バンプを正確に視野中心に配設することができる。

上記座標（ｘ_oin，ｙ_oin）は、ｉ番目のバンプの座標（ｘ_i，ｙ_i）の各要素に対して原点から座標（ｘ_in，ｙ_in）までの差分を示す量（ΔL・sinθあるいはΔL・cosθ）を要素毎に加えていることになる。従って、固定座標系における座標（ｘ_oin，ｙ_oin）の部位が軸Ａと重なるようにＸ−Ｙステージ１２を制御することにより、ｉ番目のバンプを変数ｎに対応したＸ線検出器１３ａ〜１３ｄの視野中心に配設することができる。むろん、一旦Ｘ−Ｙステージ１２を移動した後には、Ｘ−Ｙステージ１２が初期位置から変動しているが、ここで利用している座標は上記固定座標系における座標であることから、変数ｎがどのような値であったとしても式（１），（２）に基づいてＸ−Ｙステージ１２を移動させるべき量を特定することができる。

以上のステップＳ１２０によりｉ番目のバンプを変数ｎに対応した視野中心に移動させた後には、ステップＳ１２５において、Ｘ線制御部２５ｂおよび画像取得部２５ｄの制御により、投影画像Ｐ_θnを撮影する。すなわち、Ｘ線制御部２５ｂは、上記撮像条件データ２８ｂを取得し、当該撮像条件データ２８ｂに示される条件でＸ線を出力するようにＸ線制御機構２１に対して指示を行う。この結果、Ｘ線発生器１１が立体角２πの範囲でＸ線を出力するので、画像取得部２５ｄは変数ｎに対応するＸ線検出器１３ａ〜１３ｄが検出したＸ線画像を取得する。

ステップＳ１３０では、変数ｎが撮影位置の最大値Ｎ_Dに達しているか否か判別し、最大値Ｎ_Dに達していると判別されなければステップＳ１３５にて変数ｎをインクリメントしてステップＳ１１５以降の処理を繰り返す。ステップＳ１３０にて変数ｎが最大値Ｎ_Dに達していると判別されたときには、良否判定部２５ｅが良否判定を行う。本実施形態においては、複数の位置における投影画像に基づいてバンプの３次元画像を構成し、この３次元画像に基づいて良否判定を行うようになっている。

このために、まず、良否判定部２５ｅは、ステップＳ１４０にて３次元画像の再構成処理を行う。すなわち、本実施形態においては、複数のＸ線画像に基づいて検査対象品の３次元情報を再構成する。当該再構成処理は、検査対象品の再構成をすることができれば良く、種々の処理を採用可能である。例えば、フィルタ補正逆投影法を採用可能である。この処理においては、まず、ｎ枚のＸ線画像のいずれかに対してフーリエ変換実施し、フーリエ変換で得られた結果に対して周波数空間でフィルタ補正関数を乗じる。さらに、この結果に対して逆フーリエ変換を実施することで、フィルタ補正を行った画像を取得する。尚、このフィルタ補正関数は、画像のエッジを強調するための関数等を採用可能である。

続いて、フィルタ補正後の画像を、それが投影された軌跡に沿って３次元空間へ逆投影する。すなわち、Ｘ線検出器１３ａ〜１３ｄの検出面におけるある位置の像に対応する軌跡は、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆとこの位置との直線であるので、この直線上に上記画像を逆投影する。以上の逆投影をｎ枚のＸ線画像の総てについて行うと、３次元空間上で検査対象品が存在する部分のＸ線吸収係数分布が強調され、検査対象品の３次元形状が得られる。むろん、この処理は一例であり、ｎ枚のＸ線画像から補間によって擬似的にＸ線画像の数を増やす処理を加えるなど、種々の処理を採用可能である。

ステップＳ１４０にて３次元画像の再構成処理を行った後、良否判定部２５ｅはステップＳ１４５にて良否判定処理を行う。すなわち、検査対象品の３次元画像が得られているので、この画像に基づいて検査対象品の断面積や体積、形状、半田付けにおけるブリッジの有無等を検査する。ここでは予め断面積や形状等に基準の閾値や基準の形状等を設定しておくことによって、検査を自動化することができる。このとき、良否判定部２５ｅは、出力部２７に良否判定の結果を出力する。むろん、３次元画像を目視することによって検査を行っても良い。また、３次元画像を再構成することは必須ではなく、２次元画像を再構成しても良いし、再構成処理を行うことなくｎ枚のＸ線画像に基づいて外観検査を行っても良い。

ステップＳ１４５にて良否判定を行った後、ステップＳ１５０にて変数ｉが最大値Ｎ_pに達しているか否かを判別し、最大値Ｎ_pに達していると判別されなければステップＳ１５５にて変数ｉをインクリメントしてステップＳ１１０以降の処理を繰り返す。ステップＳ１５０にて変数ｉが最大値Ｎ_pに達していると判別されたときには、ある基板上の検査対象品について、一通り検査が終了したことになるので、ステップＳ１００以降の処理を繰り返し、検査対象品のインライン検査を繰り返す。

尚、上述の実施形態においては、検査対象品である個々のバンプに対して各検出器の視野中心となる位置にＸ−Ｙステージ１２を移動して投影画像を撮影し良否判定を行う方法を提案したが、先に複数のバンプに対する検出器ｎ毎の投影画像をＸ−Ｙステージ１２を微小移動させて撮影・記憶し、最後に記憶した画像から個々のバンプの３次元画像を構成して良否判定を行うようにしてもよい。この場合においては、Ｘ−Ｙステージ１２の移動距離を短くすることができる。

以上のように、本実施形態においては、Ｘ線発生器１１を固定的に配置し、位置や角度を変更することはない。すなわち、略全方位（立体角２π）にＸ線を出力するＸ線発生器１１を採用し、複数のＸ線検出器１３ａ〜１３ｄとＸ−Ｙステージ１２とを組み合わせることによって複数の角度におけるＸ線画像の取得を可能にしている。従って、大きく、重いＸ線発生器１１を移動させる必要はないし、複数のＸ線画像を取得するための駆動部位はＸ−Ｙステージ１２のみである。この結果、ある検査対象品を非常に高速に検査することが可能であるし、連続的に検査対象品を搬送する機構と組み合わせることにより、多数の検査対象品を高速に検査することが可能である。

（３）他の実施形態：
本発明においては、固定的に配置したＸ線源からのＸ線に基づいて複数の回転位置におけるＸ線画像を取得することができれば良く、上記実施形態の他、種々の構成を採用可能である。例えば、複数の回転位置におけるＸ線画像を取得するため、Ｘ線検出器を回転させる回転機構を設ける構成を採用しても良い。図５は、このような回転機構を備えるＸ線検査装置１００の概略構成図である。

同図に示すように、Ｘ線検査装置１００の構成は多くの点でＸ線検査装置１０の構成と共通であり、共通の構成については図１と同じ符号で示してある。図５に示すＸ線検査装置１００は、Ｘ線検出器１３０が一つであり、Ｘ線検出器１３０は回転機構１３１に接続されている。回転機構１３１は、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆから鉛直上方に延ばした軸Ａを中心にＸ線検出器１３０を回転させることができ、画像取得機構２３０のθ制御部２３０ａによって、その回転を制御する。

図５に示す構成においても、Ｘ線検出器１３０は軸Ａに対して傾斜角αで傾斜されており、Ｘ線検出器１３０の中心は、軸Ａを中心とした半径Ｒの円周上を周回可能である。また、Ｘ線検出器１３０の検出面は、Ｘ線発生器１１によるＸ線の出力範囲内に含まれる。従って、Ｘ線検出器１３０の検出面は、回転機構１３１の回転により、上述の実施形態におけるＸ線検出器１３ａ〜１３ｄと同じ回転位置に配設することが可能である。

以上の構成において、画像取得部２５ｄは、ステージ制御部２５ｃによるＸ−Ｙステージ１２の制御指示と同期してθ制御部２３０ａに指示を行い、検査対象品がＸ線検出器１３０の視野中心に位置するように回転させる。例えば、検査対象品が上記図４に示す座標（ｘ_i1，ｙ_i1）に配置され、この位置とＸ線発生器１１の焦点Ｆとを結ぶ直線の延長上にＸ線検出器１３０の検出面中心が位置するように回転駆動する。

尚、このような回転機構１３１を伴う構成であっても、Ｘ−Ｙステージ１２上にθテーブルを配設する構成と比較してＸ−Ｙステージ１２だけの場合には軽量であり、Ｘ−Ｙステージ１２を高速に駆動することができる。また、回転機構１３１における制御も単純であり、Ｘ線検出器１３０は軽量のフラットパネル等で構成することができるため、Ｘ−Ｙステージ１２による検査対象品の移動と同等あるいはそれ以下の速度で回転を完了することができる。従って、図５に示す構成においても検査対象品を非常に高速に検査することが可能であるし、連続的に検査対象品を搬送する機構と組み合わせることにより、多数の検査対象品を高速に検査することが可能である。

さらに、Ｘ線検出手段による複数のＸ線画像を３次元画像の再構成に使用せず、異なる方向から撮影した個別の透過Ｘ線画像として良否判定に利用しても良い。例えば、図２におけるステップＳ１４０，Ｓ１４５の替わりに、θ毎のＸ線画像Ｐ_θnに基づく良否判定処理を挿入すればよい。尚、個別の透過Ｘ線画像を良否判定に利用する際には、透過Ｘ線画像に基づく外観検査を行うことができるので、複数のバンプが視野に含まれるように各Ｘ線画像Ｐ_θnの視野を調整し、一度に複数のバンプについて検査を実施できるように構成しても良い。この構成によれば、少ない撮影枚数で多数のバンプを検査することができるので、非常に高速に検査を進めることが可能である。

さらに、Ｘ線画像の撮影に関与していない部分に対してＸ線が照射されることを防止するための構成を採用してもよい。図６は、Ｘ線を遮蔽する遮蔽部材を備えるＸ線検査装置１０１の概略構成図である。同図に示すようにＸ線検査装置１０１とＸ線検査装置１００とはＸ線を遮蔽するための構造のみが異なっており、両者で共通の構成については図５と同じ符号で示してある。

図６に示すＸ線検査装置１０１は、Ｘ線発生器１１の上部を覆うＸ線遮蔽部材１３３およびＸ線遮蔽部材１３３を回転させるモータ１３２を備えており、これらの制御を行うためにモータ制御機構２３１を備えている。Ｘ線遮蔽部材１３３の上部は平面であるとともにＸ線発生器１１の上面と略平行である。また、Ｘ線遮蔽部材１３３は、Ｘ線発生器１１の焦点Ｆから鉛直上方に延ばした軸Ａを中心にして回転可能に支持されている。

モータ１３２は、当該Ｘ線遮蔽部材１３３にトルクを伝達し、Ｘ線遮蔽部材１３３を上記軸Ａを中心にして回転させる。モータ制御機構２３１は、上記モータ１３２を制御して所望のタイミングおよび回転角でＸ線遮蔽部材１３３を回転させる。本実施形態においては、上記θ制御部２３０ａによるＸ線検出器１３０の回転に同期してＸ線遮蔽部材１３３を制御するようになっている。

すなわち、Ｘ線遮蔽部材１３３の上面には、図７（Ａ）にて実線で示すようにＸ線通過穴１３３ａが形成されており、Ｘ線通過穴１３３ａの内側においてはＸ線遮蔽部材１３３の下部から出力されるＸ線をその上部に通過させ、Ｘ線通過穴１３３ａ以外の部分ではＸ線を遮蔽する。従って、Ｘ線検出器１３０の焦点ＦとＸ線検出器１３０の検出面とを結ぶ直線がＸ線通過穴１３３ａの中央に位置するときにＸ線画像を撮影するために必要なＸ線を通過させることになる。

そこで、モータ制御機構２３１は、上記画像取得部２５ｄがθ制御部２３０ａに対して行う指示を取得し、当該θ制御部２３０ａにおけるＸ線検出器１３０の回転制御と同期するようにＸ線遮蔽部材１３３を回転制御する。すなわち、図７（Ｂ）（上記図４と同じ座標系でバンプの位置、Ｘ線通過穴１３３ａの位置、検出面を模式的に示した図）に示すように、バンプの移動に伴って回転されるＸ線検出器１３０の検出面と同期してＸ線通過穴１３３ａが回転される。

このとき、上記Ｘ線検出器１３０の焦点ＦとＸ線検出器１３０の検出面とを結ぶ直線がＸ線通過穴１３３ａの中央に位置するように制御されるので、Ｘ線画像の撮影対象以外の部品をＸ線に曝すことなく、撮影対象のみに対してＸ線を照射することができる。尚、本実施形態においては、Ｘ線通過穴１３３ａは台形であり、長方形のＸ線検出器１３０に到達するＸ線のみを通過させるようになっている。

また、上記モータ１３２は超音波モータなど磁気を用いることなくトルクを発生するモータであることが好ましい。すなわち、Ｘ線発生器１１はターゲットに対して加速した電子を衝突させることによってＸ線を発生させているため、磁気によってトルクを発生させるモータを利用すると、その磁気が電子線の軌跡に影響を及ぼす。しかし、超音波モータであれば磁気を利用しないので、Ｘ線発生器１１に対する影響を考慮する必要がなく、簡易な構成によってモータ１３２のトルクをＸ線遮蔽部材１３３に伝達する構成を採用可能になる。むろん、磁気を利用するモータに磁気シールドを施したり、モータとＸ線発生器１１とを離して配置することによって磁気による影響を排除する構成を採用してもよい。

さらに、上記Ｘ線遮蔽部材に対して複数個のＸ線通過穴を形成してもよい。図８（Ａ），（Ｂ）は、複数個のＸ線通過穴１３３ｂ〜１３３ｅを形成したＸ線遮蔽部材１３３０の説明図である。同図に示すＸ線遮蔽部材１３３０は、Ｘ線検出器１３０にてＸ線を撮影する際の各回転位置に対応した位置にＸ線通過穴１３３ｂが形成されている。従って、この構成によれば、Ｘ線遮蔽部材１３３０を回転させるための機構を形成することなく、複数の位置におけるＸ線画像を撮影可能である。むろん、図８に示すように複数のＸ線通過穴を備えるＸ線遮蔽部材を上記図１に示すように固定的なＸ線検出器を備える装置に適用してもよい。

尚、本明細書における図面は本発明の機能を説明するための模式図であり、各部品間の相対的な大きさが図面通りであるとは限らない。すなわち、図３に示すバンプの大きさや図７に示すＸ線通過穴１３３ａの大きさ等が、図面に示した通りの大きさであることが必須というわけではない。また、各部品の形状も図面に示した形状に限定されず、例えば、図７に示すＸ線通過穴１３３ａは、Ｘ線検出器１３０における検出面の形状に対応した最小の形状である台形としたが、撮影する検出器に応じた如何様な形状のＸ線通過穴を採用してもよいし、より簡易に長方形等の形状を採用してもよい。

本発明にかかるＸ線検査装置の概略ブロック図である。 Ｘ線検査処理のフローチャートである。 Ｘ線検査装置の構成を座標系とともに説明する説明図である。 Ｘ線検査装置の構成を座標系とともに説明する説明図である。 本発明にかかるＸ線検査装置の第２実施形態を示す概略ブロック図である。 Ｘ線を遮蔽する遮蔽部材を備えるＸ線検査装置の概略構成図である。 Ｘ線遮蔽部材の説明図である。 変形例にかかるＸ線遮蔽部材の説明図である。

符号の説明

１０…Ｘ線検査装置
１１…Ｘ線発生器
１２…Ｘ−Ｙステージ
１２ａ…基板
１３ａ〜１３ｄ…Ｘ線検出器
１４…搬送装置
１５…高さセンサ
２１…Ｘ線制御機構
２２…ステージ制御機構
２３…画像取得機構
２４…搬送機構
２５…ＣＰＵ
２５ａ…搬送制御部
２５ｂ…Ｘ線制御部
２５ｃ…ステージ制御部
２５ｄ…画像取得部
２５ｅ…良否判定部
２５ｆ…高さセンサ制御部
２６…入力部
２７…出力部
２８…メモリ
２８ａ…検査位置データ
２８ｂ…撮像条件データ
２９…高さセンサ制御機構

Claims (10)

1. 固定的に配置されたＸ線源から所定の立体角の範囲にＸ線を出力するＸ線出力手段と、
   上記Ｘ線の出力範囲内で平面的に検査対象品を移動させる平面移動手段と、
   上記立体角に含まれる位置であるとともに上記検査対象品の移動平面に対して垂直な軸を中心にした複数の回転位置において、上記軸に対して傾斜した検出面でＸ線を検出するＸ線検出手段と、
   同検出されたＸ線に基づいて上記検査対象品の検査を行う対象品検査手段とを備えることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 上記Ｘ線検出手段は、上記検出面を持つ複数の検出器を備えていることを特徴とする上記請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 上記Ｘ線出力手段と平面移動手段との間に配設されるとともに、上記複数の検出器の各検出面に入射する方向と異なる方向に出力されているＸ線を遮蔽する遮蔽部材を備えることを特徴とする上記請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 上記Ｘ線検出手段は、上記検出面を持つ検出器を上記軸に対して回転させる回転機構を備えることを特徴とする上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
5. 上記Ｘ線出力手段と平面移動手段との間に配設されるとともに、上記Ｘ線出力手段から出力されたＸ線の一部を通過させて上記検出器の検出面に到達させるための通過穴を備える遮蔽部材と、
   上記回転機構による検出器の回転と同期させながら上記遮蔽部材を回転させて、上記通過穴を通過するＸ線を上記検出面に到達させる遮蔽部材回転機構とを備えることを特徴とする上記請求項４に記載のＸ線検査装置。
6. 上記対象品検査手段は、上記検査対象品の透過像と断層像とのいずれかまたは双方に基づいて検査対象品の検査を行うことを特徴とする上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＸ線検査装置。
7. 上記平面移動手段は、複数の検査対象品をＸ線の出力範囲に逐次搬送する搬送機構を備えることを特徴とする上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のＸ線検査装置。
8. 上記Ｘ線出力手段における焦点と上記検査対象品との相対的な位置関係を検出する位置センサを備え、上記平面移動手段は当該位置センサの検出結果を参照し、上記焦点と上記検出面の所定位置とを結ぶ直線上に上記検査対象品を移動させることを特徴とする上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載のＸ線検査装置。
9. Ｘ線によって検査対象を検査するＸ線検査方法であって、
   固定的に配置されたＸ線源から所定の立体角の範囲にＸ線を出力するＸ線出力工程と、
   上記Ｘ線の出力範囲内で平面的に検査対象品を移動させる平面移動工程と、
   上記立体角に含まれる位置であるとともに上記検査対象品の移動平面に対して垂直な軸を中心にした複数の回転位置において、上記軸に対して傾斜した検出面でＸ線を検出するＸ線検出工程と、
   同検出されたＸ線に基づいて上記検査対象品の検査を行う対象品検査工程とを備えることを特徴とするＸ線検査方法。
10. Ｘ線によって検査対象を検査するＸ線検査プログラムであって、
    固定的に配置されたＸ線源を制御して所定の立体角の範囲にＸ線を出力させるＸ線出力機能と、
    上記Ｘ線の出力範囲内で平面的に検査対象品を移動させる平面移動機構を制御する平面移動制御機能と、
    上記立体角に含まれる位置であるとともに上記検査対象品の移動平面に対して垂直な軸を中心にした複数の回転位置において、上記軸に対して傾斜した検出面を備える検出器によってＸ線を検出するＸ線検出機能と、
    同検出されたＸ線に基づいて上記検査対象品の検査を行う対象品検査機能とをコンピュータに実現させることを特徴とするＸ線検査プログラム。
    
    

Images