JP2007078533A

JP2007078533A - 基板検査方法

Info

Publication number: JP2007078533A
Application number: JP2005267154A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Murakami; 清村上; Masato Ishibane; 正人石羽; Atsushi Kuriyama; 淳栗山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: JP4450223B2

Abstract

【課題】基板検査の精度を高める。
【解決手段】はんだ印刷工程、部品実装工程、リフロー工程に、それぞれ検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃを配備するとともに、はんだ印刷工程の前にベア基板計測装置６を設ける。これらの装置は、３次元計測の機能および他の装置と通信する機能とを具備する。検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、搬入された基板に対する３次元計測処理を実行するとともに、１つ前の工程の装置から、自装置で現在処理している基板の３次元計測結果の送信を受け付ける。そして、これらの３次元計測結果を用いて、自装置の工程で付加された部位または変化が生じた部位における高さの変化量を計測し、その部位またはその部位の変化の要因となった部位の適否を判別する。
【選択図】図１

Description

この発明は、部品実装基板（以下、単に「基板」という場合もある。）の製造のために実行される複数の工程のうちの任意の一工程を終了した基板を検査する方法に関する。特に、この発明は、３次元計測処理を用いた検査を実行する場合の基板検査方法に関する。

部品実装基板の製造工程には、一般に、プリント配線板にクリームはんだを印刷する工程（以下、「はんだ印刷工程」という。）、マウンタにより前記クリームはんだが印刷された基板に部品を搭載する工程（以下、「部品実装工程」という。）、部品登載後の基板をリフロー炉に搬入して加熱することにより前記部品を基板にはんだ付けする工程（以下、「リフロー工程」という。）が含められる。

従来の基板製造ラインでは、これらの工程を実行する毎に、または特定の工程の実行後に、その工程で処理された基板を検査するようにしている。この検査の一手法として、基板の表面に対する３次元計測処理を実行し、所定の部位の高さ情報を用いた判別処理を行う方法がある（特許文献１参照）。

特許第３４９２７０７号公報

上記の文献には明記されていないが、被検査部位の高さ計測では、一般に、所定高さの水平面を基準として、その基準の面と被検査部位との間の高さの差を求める。
たとえば、はんだ印刷工程後にクリームはんだの印刷量の適否を判別する場合には、クリームはんだの印刷領域について、所定の基準面からの高さを計測する。さらに、その計測値の総和をクリームはんだの印刷量として求めるようにしている。

図１０（１）は、基板上のあるはんだ印刷領域およびその周辺領域を上方から見た平面図であり、図１０（２）は、前記平面図の横幅方向に沿う断面図である。図中、８２は、基板の表面を被覆するレジストであり、８１はランド（電極）である。ランド８１の上面は、端縁部を除いて露出しており、この露出面の上にクリームはんだ８３が塗布される。
なお、基板の種類によっては、レジスト８２とランド８１との間に、基板の地の面が露出した領域（ランド８１より低い。）が存在する場合もある。

クリームはんだ８３の量を判別するには、実際にクリームはんだ８３が印刷されるランド８１の面を前記基準面とするのが望ましい。しかし、はんだ印刷工程が実行されると、ランド８１の面の殆どがクリームはんだ８３で隠されてしまうので、ランド８１の高さを計測するのはきわめて困難になる。このため、従来では、レジスト８２上の一点を指定して、この指定された点を基準に前記クリームはんだ８３の印刷量を求めるようにしている。

クリームはんだ８３は、前記図１０の例のように、ランド８１の露出された面に印刷されるのが望ましいが、図１１に示すように、若干位置ずれして、一部がレジスト８２の表面に印刷される場合もある。またレジスト８２とランド８１との間に基板の地の面が露出している場合には、その面にクリームはんだ８３が印刷される場合もある。一方、クリームはんだ８３の上面は、スキージによって平坦にならされるので、はんだの印刷量は、はんだが印刷される面の高さによって変動する。しかし、従来の方法では、単にはんだの見かけ上の基板の高さを計測するだけで、はんだの実際の厚みを考慮して印刷量を計測するような試みはされていない。

また、レジスト８２上の指定された一点の高さにより基準面を設定する場合、レジスト８２の表面の高さは、塗りむらなどによってばらつくため、図１２のａ，ｂに示すように、指定された点によって基準面の高さが変動する可能性がある。このような基準面では、はんだの印刷量の計測精度を確保するのは困難である。

部品実装工程後やリフロー工程後には、部品の浮き上がりの有無を検査する目的で、基板上の各部品の高さを計測し、その計測値が所定のしきい値より高いかどうかを判別することがある。しかし、部品の高さにもばらつきがあるので、高さの計測値がしきい値を超えても、一概に部品の浮き上がりによるものとは断定できない。

この発明は上記の問題点に着目してなされたもので、検査対象となる工程のほか、その前に実行された工程でも３次元計測処理を実行し、これらの工程における計測結果を用いて、精度の高い検査を行うことを目的とする。

この発明にかかる基板検査方法は、部品実装工程の製造のために実行される複数の工程のうちの任意の一工程を終了した基板を検査するためのものである。複数の工程には、たとえば、はんだ印刷工程、部品実装工程、リフロー工程を含めることができる。さらに、はんだ印刷工程の前のプリント配線板の製造工程を含めることもできる。これらの工程の間には、基板を搬送するためのコンベア装置が設けられるのが望ましいが、必ずしもその必要はなく、ある工程と次の工程とが物理的に切り離された状態であってもよい。

この発明は、つぎの第１〜第４の各ステップを実行することを特徴とする。
第１ステップでは、前記検査が実行される工程が導入される前の基板を３次元計測する。第２ステップでは、前記検査が実行される工程で前記第１ステップの計測処理対象となった基板が処理されたとき、その処理後の基板を３次元計測する。第３ステップでは、前記第１および第２ステップが実行された基板について、第１ステップおよび第２ステップでの計測結果を用いて前記第２ステップに対応する工程で付加された部位または変化した部位における高さの変化量を求める。第４ステップでは、前記第３ステップで求められた高さの変化量を用いて前記第２ステップに対応する工程での処理の適否を判別する。

第１ステップおよび第２ステップは、それぞれ３次元計測機能を具備する計測装置により実行されるのが望ましい。この装置として、たとえば複数台のカメラにより生成されたステレオ画像を処理するタイプの画像処理装置や、レーザー光を用いた高さ計測装置などを使用することができる。なお、第１、第２のステップを実行するための装置を必ずしも別個の装置にする必要はなく、各ステップで同じ装置を使用してもよい。

第３ステップおよび第４ステップは、コンピュータを主体とする装置で一連に実行されるのが望ましい。またこれらのステップは、第２ステップを実行する装置と同一の装置で行うのが望ましいが、これに限らず、第２ステップを実行する装置とは別の装置で実行してもよい。たとえば、第１ステップ、第２ステップを実行する装置に接続されたサーバー用コンピュータに、第１、第２の各ステップにおける計測結果を送信して、第３および第４の各ステップを実行するようにしてもよい。また、第３および第４ステップを、第２ステップを実行するのと同じ装置で実行する場合でも、第１ステップにおける計測結果については、送信を受けるのが望ましい。
ただし、計測結果の送信は必須条件とはならない。たとえば、第１、第２の各ステップの計測結果をリムーバブル記憶媒体に保存しておき、第３ステップにおいて、この記憶媒体から各計測結果を読み出して使用するようにしてもよい。

第１、第２の各ステップでは、基板の表面の全体にわたって３次元計測を行うことができるが、これに限らず、第３ステップの処理対象となる領域に限定した計測を行ってもよい。
ここで、基板の表面上の位置がｘ座標およびｙ座標により表され、高さがｚ座標により表されるものとすると、第１、第２の各ステップでは、基板の表面上の各点について、それぞれｘ，ｙ，ｚの各座標を求めることができる。さらに、上記したように、処理領域が限定される場合には、その領域内の各点について得た計測結果を加工する処理（ｚ座標の平均値を求めるなど）を行うこともできる。

第３ステップでは、たとえば、第２ステップに対応する工程で付加された部位または変化した部位に対応する領域について、第１、第２の各ステップでのｘ座標およびｙ座標が同じになる点どおしを対応づけ、これらの対応点毎にｚ座標の差を求めることができる。さらに第３ステップでは、各点のｚ座標の差の総和を求め、これを前記高さの変化量としてもよい。

なお、上記の処理を実行するに先立ち、第１、第２の各ステップにおける計測結果について、ｘ，ｙ座標の整合性をとる必要がある。この処理は、たとえば、基板上の３次元形状が既知の部位（基板の角部に設けられた位置決めマークなど）について、３次元計測で得られた各座標の中からその部位に対応する座標を抽出し、その座標を基準点として各ｘ，ｙ座標を補正する方法により行うことができる。

第４ステップでは、たとえば、前記第３ステップの計測対象の部位、またはこの部位の高さを変化させた要因となる部位について、その良否を判別することができる。
上記の方法によれば、検査対象の工程が実行された基板について、この工程で付加された部位または変化した部位の高さ情報を得るとともに、同じ基板について、前記検査対象の工程より前の工程で実行した３次元計測により、前記部位が付加される前のベース部分の高さ、または前記部位の変化前の高さを得ることができる。よって、第３ステップにおいて、前記付加された部位の高さ、または部位の高さの変化量を正確に求めることが可能になるので、第４ステップでも、精度の良い判別処理を行うことが可能になる。

上記方法の一態様においては、第１ステップがプリント配線板の製造工程後に、第２ステップがクリームはんだの印刷工程後に、それぞれ実行される。また第３ステップでは、基板上のはんだ印刷領域毎に前記高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各はんだ印刷領域におけるはんだの量の適否を判別する。

上記の態様において、第１ステップでは、クリームはんだが印刷される領域（ランドおよびその周囲の領域）の高さを取得することができ、第２ステップでは、クリームはんだの高さを得ることができる。よって第３ステップでは、基板上の各はんだ印刷領域毎に、実際にそのはんだが印刷された面からの高さを正確に求めることが可能になるから、第４ステップでは、各はんだ印刷領域におけるはんだの量が適切であるかどうかを精度良く判別することが可能になる。

なお、第３ステップでの計測精度を確保するには、基板上のはんだ印刷領域を正しく認識する必要があるが、この認識は、ランドの位置情報（ｘ，ｙ座標）を用いて行うことができる。
たとえば、モデルの基板を用いた計測処理や基板の設計データから、あらかじめ各ランドの位置情報を求めて保存しておく。第３ステップでは、たとえば、基板上の複数点について前記ｚ座標の差を求めた後、その差の値が所定のしきい値（クリームはんだの一般的な厚みに対応する値）を超える点のみに絞り込む。さらに、たとえば、ランド毎に、前記保存された位置情報を用いてそのランドの位置から所定距離内にある点を特定し、その特定された点について、前記ｚ座標の差の総和を求めることができる。

この発明にかかる第２の態様においては、第１ステップはクリームはんだの印刷工程後に、第２ステップは部品実装工程後に、それぞれ実行される。また第３ステップでは、基板上の部品毎に、その部品に対応するはんだ印刷領域の高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各部品の実装状態の適否を判別する。

部品実装工程では、部品を搭載する際に、部品を安定させるために、若干の押圧力をかけて部品をはんだに押し込む。その押し込みによってクリームはんだが変形して高さに変動が生じるが、押し込み量が大きすぎると、クリームはんだも高くなりすぎて、つぎのリフロー工程で不備が生じるおそれがある。逆に押し込み量が小さすぎると、部品が安定せず、リフロー時に欠落したり、位置ずれをおこすおそれがある。

上記第２の態様は、この問題を解決するためのものである。この態様では、第１ステップにおいて、部品が実装される前、すなわち高さが変化する前のはんだの高さを取得し、第２ステップにおいて、部品の実装により高さが変化した後のはんだの高さを取得することができる。よって、第３ステップでは、基板上の部品毎に、その部品に対応するはんだ印刷領域（一般に複数の領域となる。）における前記高さの変化量を求めることができる。第４ステップでは、たとえば、この高さの変化量を少なくとも２つのしきい値と比較することにより、部品に対する押し込み量を、適切な範囲にある場合、その範囲より大きい場合、前記範囲より小さい場合の３段階に分けて判別することができる。

この発明にかかる第３の態様においては、前記第１ステップは部品実装工程後に、第２ステップはリフロー工程後に、それぞれ実行される。第３ステップでは、基板上の部品毎に、その部品の高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各部品に浮きが生じていないかどうかを判別する。

上記の態様では、第１、第２のいずれのステップでも、部品の高さ情報（ｚ座標）を取得することができる。第３ステップでは、各ステップで求められた高さの変化量を求めることになるが、この変化量が０または０に近似する値であれば、部品の浮きは生じていないと判別することができる。一方、第１ステップで得られた高さ情報よりも第２ステップで得られた高さ情報の方が大きい場合には、リフロー工程で部品に浮きが生じたものと考えることができる。よって、部品の高さのばらつきによる影響を受けずに、部品に浮きが生じているかどうかを精度良く判別することが可能になる。

なお、上記方法の第１ステップは、上記した各態様に示したように、前記検査が行われる工程の直前に行うのが望ましいが、これに限定されるものではない。たとえば、プリント配線板の製造工程後であって、はんだ印刷工程に入る前に第１ステップを実行し、リフロー工程後に第２ステップを実行し、第３ステップにおいて、リフロー工程で形成されたフィレットにおける高さの変化量を求め、第４ステップにおいて、その変化量を用いて前記フィレットの適否を判別することができる。

この発明は、検査が実行される工程で付加された部位または変化した部位について、その部位の高さのほか、その部位が付加される前のベースの高さまたは変化前の部位の高さを取得することによって、高さの変化量を正確に求めることができるから、この高さの変化量を用いて精度の高い検査を実行することが可能になる。

図１は、この発明にかかる基板検査システムが導入された基板製造ラインの構成例を示す。
この実施例の基板製造ラインは、はんだ印刷工程、部品実装工程、リフロー工程の３つの工程を基板搬送用のコンベア（図示せず。）を介して一連に連結したものである。はんだ印刷工程には、はんだ印刷機２が、部品実装工程にはマウンタ３が、リフロー工程にはリフロー炉４が、それぞれ設けられる。また各工程には、それぞれその工程実行後の基板を検査するための検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃが設けられる（以下、各検査装置に個別に言及する場合には、それぞれ「はんだ印刷後検査装置１Ａ」「部品実装後検査装置１Ｂ」「リフロー後検査装置１Ｃ」という。）。さらに、はんだ印刷工程の前には、はんだ印刷前のプリント配線板（以下、「ベア基板」という。）を計測するための計測装置６（以下、「ベア基板計測装置６」という。）が設けられる。

各工程の検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、およびベア基板計測装置は、ＬＡＮ回線などのネットワーク回線７に接続される。さらに、このネットワーク回線７には、情報処理装置５が接続される。この情報処理装置５は、各検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける検査結果を表示したり、検査に使用された画像等を呼び出して分析処理を行うためのもので、パーソナルコンピュータやディスプレイ装置などにより構成される。

この実施例の検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃおよびベア基板計測装置６は、いずれも３次元計測処理の機能を具備する。
図２は、検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの一例を示す。この例の検査装置は、ステレオ画像を用いた３次元計測を行うもので、撮像部１１，照明部１２，基板ステージ１３，制御処理部１４などにより構成される。

前記基板ステージ１３は、往復動可能なコンベアやその駆動源となるモータ（いずれも図示せず。）などを具備し、搬入された基板をＹ軸方向（図の左右方向）に沿って移動させる。
撮像部１１および照明部１２は、前記基板ステージ１３の上方において、図示しない可動テーブルによりＸ軸方向（図の紙面に直交する方向）に移動可能に支持される。

前記撮像部１１は、２台のＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂ（以下、「カメラ１０ａ，１０ｂ」という。）を具備する。なお、この例の各カメラ１０ａ，１０ｂは、それぞれ光軸を鉛直方向に向けて設置されるが、光軸の向きはこれに限定されるものではない。
前記照明部１２は、環状の白色光源１２１を含むもので、前記撮像部１１の下方に配備される。この光源１２１により、前記撮像部１１の撮像対象領域が全方位から照明される。

制御処理部１４は、コンピュータによる制御部１５を具備する。さらに、この制御処理部１４には、メモリ１６、各カメラに対応する画像入力部１０１ａ，１０１ｂ、撮像制御部１０２、３次元計測部１０３、ＸＹテーブルコントローラ１０４、検査部１０５、ティーチングテーブル１０６、入力部１０７、表示部１０８、プリンタ１０９、送受信部１１０、外部メモリ装置１１１などが含まれる。

各画像入力部１０１ａ，１０１ｂには、対応するカメラ１０ａ，１０ｂからの画像信号を増幅する増幅回路や、Ａ／Ｄ変換回路などが含まれる。メモリ１６には、各画像入力部１０１ａ，１０１ｂで処理されたディジタル画像データを個別に保存するための領域や、後記する３次元計測結果を格納するための領域などが設定される。

撮像制御部１０２は、前記撮像部１１や照明部１２を制御部１５に接続するインターフェースなどを備え、制御部１５からの命令に基づいて各カメラ１０ａ，１０ｂを駆動したり、照明光のレベルを調整する。
ＸＹテーブルコントローラ１０４は、制御部１５からの指令に応じて、前記撮像部１１および照明部１２を支持する可動テーブルや前記基板ステージ１３の移動動作を制御する。

ティーチングテーブル１０６は、基板の検査データを記憶するための記憶部であって、ハードディスク装置などの不揮発性メモリ内に設けられる。この検査データは、部品単位で設定されるもので、部品の種類、大きさ、実装位置のほか、部品に対応するランドの数および位置、判別処理のためのしきい値などが含まれる。この検査データは、検査に先立ち、基板の設計データ（ＣＡＤデータ）やあらかじめ登録された基準の検査データを用いて教示されるもので、基板の種毎にファイル化される。なお、上記した部品の実装位置やランドの位置は、基板の所定の角部に設けられた位置決めマーク（図示せず。）を原点とするｘｙ座標系の座標により表される。

３次元計測部１０３は、各カメラ１０ａ，１０ｂにより生成された画像毎に、エッジ抽出処理などにより特徴点を抽出した後、抽出された特徴点を画像間で対応づけして３次元座標を算出する。ここで算出された各座標も、前記メモリ１６に格納される。
なお、この実施例の３次元計測処理は、ステレオ画像を用いた一般的な３次元計測方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。

前記制御部１５は、送受信部１１０を用いて前工程の装置（検査装置１Ａ，１Ｂまたはベア基板計測装置６）と通信し、現在処理中の基板８を前工程の装置で処理したときの計測結果を取り込む。
検査部１０５は、前記メモリ１６から処理中の基板８の３次元計測結果を読み出すとともに、制御部１５から前工程の３次元計測結果の提供を受け、これらを用いて所定の部位における高さの変化量を求める。さらに、検査部１０５は、前記高さの変化量を所定のしきい値と比較することにより、被検査部位の適否を判別する（詳細については後記する。）。

制御部１５は、被検査部位毎の判別結果を総合して被検査基板１Ｔが良品か否かを判定する。この最終的な判定結果は、表示部１０８やプリンタ１０９、あるいは送受信部１１０により出力される。
また、制御部１５は、前記３次元計測部１０３による計測結果から後工程の検査装置が必要とする情報（後記する高さの平均値など）を生成することもできる。ここで生成された情報はメモリ１６に保存された後、後工程の検査装置からの送信要求に応じて読み出され、送受信部１１０から送信される。

前記入力部１０７は、検査のための各種条件や判定用のしきい値などの設定値を入力するためのもので、キーボードやマウスなどにより構成される。表示部１０８は、ＣＲＴまたは液晶パネルによるもので、３次元計測の結果や検査結果を表示する。またプリンタ１０９は、制御部１５から検査結果などの供給を受け、これを予め定められた形式でプリントアウトする。
送受信部１１０は、前記ネットワーク回線７を介して他の装置と通信を行うためのものである。外部メモリ装置１１１は、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ、光磁気ディスクなどの記憶媒体にデータを読み書きするための装置であって、前記検査結果を保存したり、検査に必要なプログラムや設定データを外部から取り込むために用いられる。

図３は、検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃに適用可能な他の構成例を示す。
この実施例の検査装置は、前記撮像部１１および照明部１２に代えて、レーザー光の投光部１７および受光部１８を配備する。これら投光部１７および受光部１８は、所定の高さ位置に固定設置される。一方、基板８を支持する手段として、前記図２と同様の構成の基板ステージ１３が使用される。

制御処理部１４には、画像入力部１０１ａ，１０１ｂ、および撮像制御部１０２に代えて、レーザー駆動部１１２、受光処理部１１３が設けられる。また、前記ＸＹテーブルコントローラ１０４は、前記基板ステージ１３の移動を制御する軸制御部１１５に置き換えられ、３次元計測部１０３は高さ計測部１１４に置き換えられる。その他の構成は、前記図２と同様であるので、図３中に、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

前記投光部１７は、図４に示すように、レーザーダイオードが内蔵されたレーザー光出射部１７１を複数個一列に配備した構成のもので、各レーザー光出射部１７１の配列方向が前記基板ステージ１３の移動方向（図の左右方向）に直交する方向に沿い、基板８の表面に斜め上方からレーザー光が照射されるように、位置および角度が調整される。
一方、受光部１８は、ＣＣＤなどの受光素子（図示せず。）が一次元配列され、各受光素子からの受光量信号が個別に出力される構成のものである。

前記レーザー駆動部１１２は、所定の時間間隔毎に、各レーザー光出射部１７１を順次発光させる。毎時の発光に伴う反射光は受光部１８の所定位置に入射する。前記受光信号処理部１１３は、受光部１８の各受光素子からの受光信号を個別に取り出し、各素子の受光量に基づき前記レーザー光の反射光が入射した位置を特定する。この入射位置は前記基板８上のレーザー光の照射位置のｘ，ｙ座標に対応づけられてメモリ１６に格納される。
高さ計測部１１４は、前記メモリ１６に格納された受光信号の入射位置を、あらかじめ設定された変換テーブルを用いて高さ情報に変換する。メモリ１６に格納された光の入射位置も、この変換後の高さ情報に書き換えられる。

前記制御部１５は、軸制御部１１５を用いて基板ステージ１３の移動を制御しながら、上記の高さ計測処理を繰り返すことにより、基板上の複数の点の高さを計測する。また、この実施例では、前記レーザー光の照射位置のｘ，ｙ座標を前記各点のｘ，ｙ座標とすることができるので、図２の実施例と同様に、基板上の複数の点について、それぞれｘ，ｙ，ｚの座標を取得することができる。

なお、ベア基板計測装置６は、検査部１０５やティーチングテーブル１０６を具備していない以外は、図２，３の検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃと同様の構成にすることができる。

図２の装置では画像処理によって計測対象の特徴点が選択されるのに対し、図３の装置では、レーザー光が照射された点が計測対象とされるため、両装置における３次元計測結果の内訳（３次元座標の数など）は、おのずと異なるものになる。よって、各検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、およびベア基板計測装置６として、上記図２，３のいずれの構成を使用しても良いが、装置間の３次元計測結果の整合性を確保するために、採用する装置の種類を統一するのが望ましい。

この実施例の検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、前段の製造装置（はんだ印刷機２、マウンタ３、リフロー炉４）で処理された基板を受け付けて３次元計測を行うとともに、１つ前の工程の装置から、自装置で処理中の基板８に対する３次元計測結果の送信を受ける。そして、双方の３次元計測結果を用いて、基板上の所定の領域における高さの変化量を算出する。この高さの変化量の算出対象となるのは、自装置が設置された工程で新たに付加された部位または変化が生じた部位である。検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、算出された変化量を所定のしきい値と比較することにより、自装置が設置された工程で基板８に施された処理の適否を判別する。

図５は、各検査装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃが１枚の基板８に対して実行する処理の流れを示す。まず最初のＳＴ１（ＳＴは「ステップ」の略である。以下も同じ。）では、自装置の前段の装置（はんだ印刷機２、マウンタ３、リフロー炉４）から搬出された基板８を基板ステージ１３に搬入する。ＳＴ２では、ステレオ画像またはレーザー光の受光量データを用いて前記した３次元計測処理を実行する。これにより、基板上の複数の点について、それぞれ３次元座標（ｘ，ｙ，ｚの各座標）が求められ、メモリ１６に保存される。

つぎのＳＴ３では、上記の３次元計測結果の中から、位置決めマークの位置を表す座標を抽出し、そのｘ，ｙ座標が（０，０）となるように、各点のｘ座標およびｙ座標を補正する。
この補正は、各装置における３次元計測結果におけるｘ，ｙ座標のずれを修正するためのものである。位置決めマークは、一般に、十字状、円形状などの特有の平面形状の領域として形成されるが、その面は、ランドと同様に、周囲のレジストより低い面として形成される。したがって、前記ＳＴ２で得た３次元座標の中から、前記位置決めマークおよびその周囲領域の立体形状に対応した分布を示す点の集合を抽出し、その集合の代表点（たとえば中心点）のｘ，ｙ座標を（０，０）とすることができる。
なお、カメラを用いる図２の構成を適用する場合には、いずれか一方のカメラからの画像を用いて、パターンマッチング処理などにより画像上の位置決めマークを抽出し、その抽出位置に対応する３次元座標を位置決めマークの位置として特定してもよい。

上記ＳＴ３の補正処理が終了すると、ＳＴ４では、前工程の計測装置６または検査装置１Ａ，１Ｂとの通信により、現在処理中の基板について、通信先の装置が取得した３次元計測結果の送信を受ける。なお、この実施例では、検査で不良と判断された基板もそのまま次工程に流し、各工程とも、受け付けた基板に順にシリアルな番号を付与し、その受付番号によって計測結果や検査結果を管理している。よって各工程間の基板８に対する受付番号を同一にできるから、ＳＴ４では、前工程の装置に処理中の基板の受付番号を送ることによって、当該基板に対する３次元計測結果の送信を要求することができる。

また、ＳＴ４では、前工程で求められた全ての点の３次元座標を取得しても良いが、後記する部品実装後検査のように、取得対象の点を検査の目的に応じて絞り込んでもよい。また、前記したように、３次元計測結果を二次加工した情報（たとえば高さの平均値）を取得してもよい。

ＳＴ５では、前記ＳＴ３の補正処理を経た３次元座標と、前記ＳＴ４で取得した前工程における計測結果とを用いて、被検査部位に対する検査を実行する。この検査には、高さ（ｚ座標）の変化量を求める処理が含まれるが、前工程の装置でも前記ＳＴ３と同様の補正処理が実行されているので、各工程の３次元計測結果におけるｘｙ平面は位置合わせされている。よって、ｘ，ｙ座標が同一の点毎にｚ座標の差を求めることによって、高さの変化量を抽出することができる。

検査が終了すると、ＳＴ６において、前記検査の結果を、表示部１０８、プリンタ１０９、送受信部１１０などにより出力した後、ＳＴ７において、前記基板８を搬出し、しかる後に処理を終了する。

以下、前記ＳＴ５の検査について、工程毎に詳細に説明する。
まず、はんだ印刷後検査装置１Ａでは、基板上のクリームはんだの印刷量の適否を判別するために、クリームはんだの印刷領域について、前工程のベア基板計測装置６からクリームはんだが印刷される前のベースの高さを取得し、このベースの高さに対する高さの変化量を算出している。

図６は、前記はんだ印刷後検査装置１ＡがＳＴ５で実行する検査の詳細な内容を示す。
この検査の最初のステップであるＳＴ１０１では、前記ＳＴ２およびＳＴ３の処理により３次元座標が求められた点毎に、それぞれベア計測装置６から取得した対応点（ｘ，ｙ座標が同一の点）とのｚ座標の差ｚ_ｄを算出する。これにより、クリームはんだが印刷されている部分のｚ_ｄは、そのはんだの厚みを反映した値になるのに対し、クリームはんだが印刷されていない部分では、前記ｚ_ｄは０に近似する値になると考えられる。

つぎのＳＴ１０２では、前記ティーチングテーブル１０６から所定のランドの位置情報を読み出す。ＳＴ１０３では、この位置情報に基づき、ｘｙ平面において前記ランドから所定距離内にある点を抽出し、さらにこれらの中から前記ｚ_ｄが所定の基準値以上になる点を抽出する。
なお、前記ランドの位置情報は、前記位置決めマークを原点とするｘｙ座標系における２次元座標（ｘ，ｙ）として表されるので、前記３次元計測結果を示す空間座標系のｘｙ平面にも、ランドの位置情報をそのまま適用することが可能になる。

ＳＴ１０４では、前記ＳＴ１０３で抽出された各点におけるｚ_ｄの値の総和Ｓを算出する。前記したように、基準値を超えるｚ_ｄは、所定位置におけるはんだの厚みを表すものとなるから、ｚ_ｄの総和Ｓは、各位置におけるはんだの厚みを積算したもの、すなわち、はんだの印刷量を表すと考えることができる。

なお、前記ＳＴ１０３では、ランドの領域内の点に限らず、このランドより外側の所定範囲に含まれる点も抽出するのが望ましい。クリームはんだの印刷領域がランドからずれて、外側のレジストの部分に印刷されている場合（前出の図１２に示したような場合）にレジスト８２上に印刷されたはんだに対応する点を抽出するためである。

ＳＴ１０５では、前記ＳＴ１０４で求めたｚ_ｄの総和Ｓを所定のしきい値Ｓ_０と比較する。ここでＳ≧Ｓ_０であれば、ＳＴ１０６に進み、はんだの量が適切であると判断する。一方、Ｓ＜Ｓ_０となった場合には、はんだの量は適切でないと判断する。

以下、ティーチングテーブル１０６に登録された位置情報に基づき、各ランドに順に着目して、上記ＳＴ１０２〜１０７の処理を実行することにより、各ランドに対するクリームはんだの印刷量を求め、その適否を判別する。最後のランドに対する処理が終了すると、ＳＴ１０８が「ＹＥＳ」となって、検査にかかる一連の処理を終了する。

従来の２次元画像処理による外観検査の場合、画像上のはんだ印刷領域を２値化などにより抽出した後、その面積や位置の適否をチェックしている。この場合、はんだ印刷領域がランドから位置ずれしていても、その位置ずれ量が許容範囲であり、はんだの面積が基準を満たしているならば、不良と判断せずに対応している。しかし、レジストはランドよりも高い位置に形成される上、はんだの上面がスキージによりならされて、見かけ上の高さが一定になるため、レジスト上にはんだが印刷された場合の印刷量は、ランド上に適切にはんだが印刷された場合に比べ、おのずと少なくなる。はんだの印刷量が少ないと、リフロー工程で適切なフィレットが形成されないなどの不良が発生する可能性がある。

これに対し、上記実施例のはんだ印刷後検査によれば、実際にクリームはんだが塗布されている面を基準にクリームはんだの厚み（ｚ_ｄ）を算出するので、その総和Ｓにより、クリームはんだの印刷量を精度良く求めることができる。よって、クリームはんだの印刷量の適否判断の精度を確保することができる。

つぎに、部品実装後検査装置１Ｂで実行される検査について説明する。
この検査装置１Ｂでは、前記マウンタ３により部品が実装された際に、クリームはんだに図７に示すような変化が現れる点に着目し、このクリームはんだの高さの変化量を用いて部品の実装処理の適否を判別するようにしている。

図７の（１）は、部品が実装される前の基板の状態であって、８１はランドを、８２はレジストを、８３はクリームはんだを、それぞれ示す。図７（２）は、チップ部品８５が実装された状態を示すもので、上記（１）のクリームはんだ８３の上にチップ部品８５の電極８５ａが載せられている。
部品実装工程では、一般に、部品を安定させるために、若干の押圧力をかけて部品８５をクリームはんだ８３に押し込む。この押し込み量が小さいと、部品８５が安定していない状態（いわゆる部品８５が浮き上がった状態）になり、リフロー工程において、部品８５の欠落や位置ずれなどの不備が生じるおそれがある。一方、押し込み量が大きい場合には、クリームはんだ８３がランド８１の外に流れ出し、フィレットの形成に支障が生じるおそれがある。

前記部品８５をクリームはんだ８３に押し込む処理が行われると、図７（２）に示すように、クリームはんだ８３が部品８５の側方で盛り上がり、部品８５が実装される前より高くなる。この高さの変化量は、部品８５の押し込み量が大きいほど大きくなると考えられるから、このはんだ８３の盛り上がった部分における高さの変化量の過不足を検出することによって、部品８５の実装状態の適否を判別することが可能になる。

図８は、部品実装後検査装置１Ｂが前記図５のＳＴ５で実行する検査処理の詳細を示す。なお、この実施例では、前記ＳＴ４において、はんだ印刷後検査装置１Ａから、各クリームはんだの印刷領域に対応する３次元座標（前記図６のＳＴ１０３で抽出された各点の３次元座標である。）の送信を受け付けた上で、基板上の各部品に順に着目して、それぞれの部品の押し込み量の適否を判断する。

ＳＴ２０１では、着目中の部品に対応するはんだ印刷領域を認識する。具体的には、前記ティーチングテーブル１０６から着目中の部品に対応するランドの数および位置情報を読み出した後、前記はんだ印刷後検査装置１Ａからの送信情報に含まれるはんだ印刷領域のｘ，ｙ座標と前記読み出されたランドのｘ，ｙ座標とを照合することによって、ランド毎に、そのランドに最も近いはんだ印刷領域を特定する。

つぎのＳＴ２０２では、自装置の３次元計測結果の中からＳＴ２０１で認識されたはんだ印刷領域に対応する点の座標を読み出し、これらの点毎に、前記はんだ印刷後検査装置１Ａから取得した対応点とのｚ座標の差ｚ_ｄを算出する。つぎのＳＴ２０３では、前記ｚ_ｄが算出された点の中から、０＜ｚ_ｄ＜ｄの条件を満たす点を抽出する。続くＳＴ２０４では、ＳＴ２０３で抽出された点について、前記ｚ_ｄの総和Ｓ´を算出する。
なお、前記ＳＴ２０３でｚ_ｄと比較される数値ｄには、適切に実装された部品の高さとその実装前のはんだの高さとの差に基づく値が設定される。したがって、部品の実装により高さが変化した部分における差ｚ_ｄは前記ｄ以上となり、ＳＴ２０４の算出対象から除外される。よって、部品の押し込みによりクリームはんだが盛り上げられた部分に対応する点を精度良く抽出し、部品の押し込み量を反映した総和Ｓ´を求めることが可能になる。

ＳＴ２０５，２０６では、算出された総和Ｓ´を所定のしきい値Ｓ１，Ｓ２（Ｓ１＞Ｓ２）と照合する。ここでＳ´がＳ１以上であれば、ＳＴ２０５が「ＹＥＳ」となってＳＴ２０７に進み、部品の押し込み量が大きすぎると判断する。一方、Ｓ´がＳ２以下である場合には、ＳＴ２０６が「ＹＥＳ」となってＳＴ２０８に進み、前記部品の押し込み量が小さすぎると判断する。また、Ｓ´がＳ２より大きくＳ１より小さい場合には、ＳＴ２０９に進み、部品の押し込み量は適正であると判断する。

このような処理が部品毎に実行された結果、最後の部品に対する処理が終了すると、ＳＴ２１０が「ＹＥＳ」となり、検査終了となる。

一般に、同種の部品であっても、これらの部品間で高さにばらつきがあるため、部品実装後基板に対する３次元計測結果を用いるだけでは、部品に若干の高低が認められても、それが押し込み量の過不足によるものとは断定できない。これに対し、上記図８の検査では、部品の押し込みに伴うクリームはんだの高さの変化量を精度良く計測することができるので、押し込み量の過不足の判別精度を確保することができる。

なお、前記部品実装後検査装置１Ｂがマウンタ３と通信可能に設定されているならば、検査装置１Ｂで部品の押し込み量を大または小と判断した場合に、その判断結果をマウンタにフィードバックし、以後の基板に対する押し込み量を調整するようにしてもよい。

たとえば、特定の部品について、部品の押し込み量が大きすぎると判断された場合には、マウンタ３側で、前記特定の部品に対する押し込み量が所定量だけ小さくなるように調整する。反対に、前記特定の部品の押し込み量が小さすぎると判断された場合には、マウンタ３側で、前記特定の部品に対する押し込み量が所定量だけ大きくなるように調整する。この調整後の基板に対する検査における部品の押し込み量が適正であると判断されれば、以後も、その調整後の押し込み量を維持するが、なお押し込み量が大きすぎる、または小さすぎると判断された場合には、再度、押し込み量を調整する。
このような調整処理によれば、各部品を安定した状態で実装できるようになる。また、クリームはんだの変形を許容範囲内にとどめて、基板の品質の向上をはかることが可能になる。

つぎに図９を用いて、前記リフロー後検査装置１Ｃで実行される検査の詳細を説明する。
この検査では、リフロー工程でのクリームはんだの溶融によって、部品に浮き不良が生じていないかどうかを判別するために、リフロー工程後の基板と部品実装工程後の基板との間で、部品毎にその高さの変化量を計測するようにしている。

この実施例のリフロー後検査装置１Ｃでは、検査に先立ち、基板の設計データ（ＣＡＤデータ）を用いて、部品毎に、その部品およびランドなどの関連部位を包含する大きさの検査領域を設定し、その検査領域の設定条件（たとえば対角関係にある頂点のｘ，ｙ座標）をティーチングテーブル１０６に登録している。また、これらの検査領域の外側のレジスト部分についても、その部分に対応する各点のｘ，ｙ座標を抽出して、ティーチングテーブル１０６に登録している。なお、ここで登録される座標は、いずれも前記位置決めマークを原点として表されたものである。

この検査でも、基板上の部品に順に着目して処理を行う。まずＳＴ３０１では、前記ティーチングテーブル１０６内の登録情報に基づき、着目中の部品に対する検査領域の設定条件を読み出し、その条件に基づく検査領域を設定する。つぎのＳＴ３０２では、前記検査領域の外側の所定範囲に含まれるレジスト部分について、前記ティーチングテーブル１０６に登録されたｘ，ｙ座標を読み出す。そして前記３次元計測結果からこれらの座標に対応するｚ座標を抽出し、その平均値ｈ０を算出する。

つぎに、ＳＴ３０３では、前記検査領域における３次元計測結果を照合し、ｚ座標の値が所定の基準値Ｈ以上になる点を抽出する。続くＳＴ３０４では、抽出された各点のｚ座標の平均値ｈ１を算出する。なお、前記基準値Ｈは、標準的な部品の高さに合わせて設定されたもので、クリームはんだの高さよりも十分に大きくなるように設定されている。よってＳＴ３０４では、部品を構成する各点の高さを抽出し、それらの平均値を求めることができる。

なお、前工程の部品実装後検査装置１Ｂでは、部品毎にリフロー後検査装置１Ｃが設定するのと同様の検査領域を設定して、前記ＳＴ３０２〜３０４と同様の処理により、レジスト部分の高さの平均値ｈ０´および部品の高さの平均値ｈ１´を算出している。リフロー後検査装置１Ｃは、前記ＳＴ４において、上記の平均値ｈ０´、ｈ１´の送信を受け付ける。

このような状態下において、ＳＴ３０５では、前記ＳＴ３０２〜３０４の処理により求めた高さｈ１，ｈ０について、これらの差（ｈ１−ｈ０）を求め、これを前工程から送信された高さの差（ｈ１´−ｈ０´）と比較する。ここで、自装置で求めた高さの差が前工程から送信されたものより大きい場合には、ＳＴ３０５からＳＴ３０６に進み、部品に浮きが生じていると判断する。他方、自装置で求めた高さの差が前工程から送信されたものと同じ値であれば、ＳＴ３０７に進み、部品の浮きは生じていないと判断する。
なお、ＳＴ３０５では、自装置で求めた差と前工程から送信された差との差異が所定の誤差範囲である場合には、両者の値は同値とみなすことにしている。

以下同様に、すべての部品について、部品の平均高さとこの部品の近傍のレジスト部分の平均高さとの差を求め、この差の値と前工程で求めた差の値との比較により部品の浮きの有無を判断する。最後の部品に対する処理が終了すると、ＳＴ３０８が「ＹＥＳ」となって、検査終了となる。

上記図８の処理によれば、部品実装後の基板とリフロー後の基板との間で、同一部品の高さを近傍のレジストを基準にした高さとして比較しているので、部品の高さのばらつきの影響を受けることなく、部品の浮きの有無を精度良く判別することが可能になる。

この発明が適用された基板製造ラインの構成を示すブロック図である。検査装置の構成例を示すブロック図である。検査装置の他の構成例を示すブロック図である。図３の検査装置での高さ計測処理の原理を示す説明図である。各検査装置に共通する処理の流れを示すフローチャートである。はんだ印刷後検査の処理の流れを示すフローチャートである。部品の実装によりクリームはんだに現れる変化を示す断面図である。部品実装後検査の処理の流れを示すフローチャートである。リフロー後検査の処理の流れを示すフローチャートである。はんだ印刷領域およびその周辺領域の構成を示す平面図および断面図である。はんだ印刷領域が位置ずれした場合の問題点を示す断面図である。レジストの高さにばらつきがある場合の問題点を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ検査装置
６ベア基板計測装置
８基板
１０ａ，１０ｂカメラ
１１撮像部
１４制御処理部
１５制御部
１７投光部
１８受光部
１０３３次元計測部
１１０送受信部
１１４高さ計測部

Claims

部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちの任意の一工程を終了した基板を検査する方法であって、
前記検査が実行される工程に導入される前の基板を３次元計測する第１ステップと、
前記検査が実行される工程で前記第１ステップの計測処理対象となった基板が処理されたとき、その処理後の基板を３次元計測する第２ステップと、
前記第１および第２ステップが実行された基板について、前記第１ステップおよび第２ステップの計測結果を用いて前記第２ステップに対応する工程で付加された部位または変化した部位における高さの変化量を求める第３ステップと、
前記第３ステップで求められた高さの変化量を用いて所定の被検査部位の良否を判別する第４ステップとを、実行することを特徴とする基板検査方法。
請求項１に記載された基板検査方法において、
前記第１ステップはプリント配線板の製造工程後に、前記第２ステップはクリームはんだの印刷工程後に、それぞれ実行され、
前記第３ステップでは、基板上のはんだ印刷領域毎に前記高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各はんだ印刷領域におけるはんだの量の適否を判別する基板検査方法。
請求項１に記載された基板検査方法において、
前記第１ステップはクリームはんだの印刷工程後に、前記第２ステップは部品実装工程後に、それぞれ実行され、
前記第３ステップでは、基板上の部品毎に、その部品に対応するはんだ印刷領域の高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各部品の実装状態の適否を判別する基板検査方法。
請求項１に記載された基板検査方法において、
前記第１ステップは部品実装工程後に、前記第２ステップはリフロー工程後に、それぞれ実行され、
前記第３ステップでは、基板上の部品毎に、その部品の高さの変化量を求め、第４ステップでは、前記高さの変化量に基づき各部品に浮きが生じていないかどうかを判別する基板検査方法。