JP2007242944A

JP2007242944A - はんだ濡れ性評価装置およびはんだ濡れ性評価方法

Info

Publication number: JP2007242944A
Application number: JP2006064233A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Shimoda; 将義下田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】はんだの濡れ性を簡素な装置構成で且つ短い処理時間で検査することができる装置および方法を提供する。
【解決手段】準備工程としての基準接触角決定工程および検査光傾角設定工程で、基準とする接触角を予め決定し、且つ光源一体型カメラの光源から照射する検査光の照射角を前記接触角に対応する平面に垂直となるように設定し、光源等移動工程で位置合わせして傾角を設定された検査光を検査対象はんだフィレットの表面に照射し、フィレット面撮像工程ではんだフィレットの表面の画像を撮像し、画像処理工程でその画像を二値化等の処理をし、はんだ濡れ性評価工程でその処理結果を用いてはんだ濡れ性の良否を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子部品を実装された回路基板等のはんだ付け部の状態を検査してその信頼性を確認するために、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を評価する技術に関する。

量産時において回路基板等に実装された電子部品の電極のはんだの濡れ性を評価する方法としては、従来は、目視を主体とした綿密な外観検査が実施されてきた。しかし、近年におけるプリント基板の高密度化や電子部品の細密化の進展に伴って、作業能率の向上や作業品質の確保を目的とした、はんだ付け部の外観検査の自動化、機械化が一般化してきている。現状においても、微細な対象部品の実装状態を検査する自動外観検査装置として既に多様な方式のものが開発されている。

その一つとして、特許文献１に開示されているような、照明手段の構成が簡素な単一照明方式のものがある。これは、光源からの光ビームを検査対象部にスポットとして照射し、そこから反射された光のスポットの位置をスクリーン上に投影させ、その投影画像をカメラで撮像し、その画像を演算処理して検査位置の傾きを求めている。対象物全体の形状を検査するためには対象物を所定幅ずつ移動させて傾き測定を繰り返す。

また、代表的なものとしては、特許文献２に開示されているような多段照明による検査方式が広く知られている。この方式は、照明角度や色相が異なる複数の照明器からの照明によって得られる複数の画像情報を基にしたものである
特開平１−105105号公報特開平８−110216号公報

特許文献１に開示されている単一照明方式の場合には、検査対象部からの反射スポットを投影させるためのスクリーンが必要であり、検査対象物全体の形状を把握するためにはスポット照射位置を変えて複数回の操作を繰り返すことが必要である。このため、装置の構成がやや複雑となり、評価に要する時間が長くなるという問題点を有する。

特許文献２に開示されている多段照明方式の場合には、装置の構成が複雑であり、複数の画像情報を処理するために処理時間も長くなるという問題点を有する。

この発明の課題は、上記のような従来技術の問題点を解消して、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を、簡素の装置構成で且つ短い処理時間で検査することができるはんだ濡れ性評価装置およびはんだ濡れ性評価方法を提供することである。

請求項１の発明は、電子部品を実装された回路基板等のはんだ接合部の状態を検査しその信頼性を確認するために、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を評価するはんだ濡れ性評価装置であって、はんだ濡れ性を評価するはんだ接合部のはんだフィレットの表面へ検査光を照射するための、単一光源を光源とし且つ検査光の照射角を調整するための照射角調整手段を有する検査光照射手段と、検査光照射手段の直近の周辺部に配置され、前記はんだフィレットの表面から反射あるいは散乱された検査光を受光してはんだフィレットの表面の状態を撮像する表面状態撮像手段と、所望の検査位置へ検査光を照射させるために検査位置と検査光の照射位置とを位置合せする照射位置合せ手段と、表面状態撮像手段が撮像した画像を所定の処理基準によって処理する画像処理手段と、画像処理の結果から所定の判断基準によってはんだ濡れ性の良否を判定する濡れ性評価手段と、を備えている。

この発明においては、検査光の照射角を調整できる単一光源を検査光照射手段とし、これの直近の周辺部に撮像手段を配置しているので、良好なはんだ接合状態に対応するはんだフィレットの表面の傾きデータを予め取得しておき、そのデータに基づいてはんだフィレットの表面の所定位置の傾きの標準値に対応させて検査光の照射角を設定して検査対照はんだフィレットに検査光を当ててその表面状態を撮像すれば、その撮像画像から前記の傾きの標準値を基準とした検査対照はんだフィレットの表面の傾きに相当する情報が得られ、はんだ接合部のはんだフィレットの所定位置の表面の傾きが所定範囲内にあるか否か判定することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査光照射手段および前記表面状態撮像手段として、光源付きカメラを備えている。

光源付きカメラは検査光照射手段および表面状態撮像手段を一体化したものとして機能するから、光源付きカメラを備えることによって、装置の構成が簡素化する。

請求項３の発明は、請求項１に記載のはんだ濡れ性評価装置によるはんだ濡れ性評価方法であって、良好なはんだ付け状態において検査対象となるはんだ接合部に形成されるはんだフィレットが電子部品の電極の垂直に近い端面において形成する接触角を測定して基準接触角を決定する準備工程としての基準接触角決定工程と、基準接触角に対応する平面に垂直に前記検査光照射手段からの検査光を入射させるように、前記照射角調整手段によって検査光の傾きを設定する準備工程としての検査光傾角設定工程と、所望の検査位置へ検査光が照射されるように、照射位置合せ手段によって検査位置と検査光の照射位置とを位置合せする照射位置合せ工程と、検査光傾角設定工程で傾角を設定された検査光を検査対象のはんだフィレットの表面に照射しはんだフィレットの状態を前記表面状態撮像手段で撮像するはんだフィレット面撮像工程と、表面状態撮像手段で撮像した画像を所定の処理基準によって処理する画像処理工程と、画像処理の結果から所定の判定基準によってはんだ濡れ性の良否を判定するはんだ濡れ性評価工程と、を有する。

この発明においては、検査光の傾角が基準接触角に対応する平面に垂直になるように設定されており且つ検査対象のはんだフィレットの表面からの反射光および散乱光を撮像する表面状態撮像手段は光源の直近に配置されているので、検査対象のはんだフィレットの表面の傾角と基準接触角との差に応じて表面状態撮像手段に入射する光量が決まる。この光量に伴う画像の明度等を処理基準にしたがって処理することによって、はんだ濡れ性の良否を判定することができる。

なお、基準接触角を決定する位置として電子部品の電極の垂直に近い端面に限定しているのは、上方から光が照射でき且つ反射光も上方で検出できる可能性が高いからである。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記の画像の処理基準として、はんだフィレットの表面に検査光が垂直に照射された場合に表面状態撮像手段が受光した光量によって得られる信号レベルに所定割合を乗じた値を閾値とする二値化を用いる。

二値化処理することによって、はんだフィレットの表面の内でその傾角が基準接触角±所定角である部分を容易に把握することができる。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記のはんだ濡れ性の良否の判定基準として、閾値以上の領域の所在位置および閾値以上の領域の面積割合を用いる。

閾値以上の領域の所在位置および閾値以上の領域の面積割合から経験的にはんだ濡れ性の良否を判定することができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記の閾値以上の領域の所在位置として、少なくとも電子部品の電極の垂直に近い端面の直前部を用いる。

はんだ濡れ性の良否を判定する最も重要な要素ははんだの接触角であるので、はんだの接触角に対応している電子部品の電極の垂直に近い端面の直前部のはんだフィレットの表面の傾角が基準接触角±所定角であるか否かは最も重要な判定基準である。

請求項１の発明においては、検査光の照射角を調整できる単一光源を検査光照射手段とし、これの直近の周辺部に撮像手段を配置しているので、良好なはんだ接合状態に対応するはんだフィレットの表面の傾きデータを予め取得しておき、そのデータに基づいてはんだフィレットの表面の所定位置の傾きの標準値に対応させて検査光の照射角を設定して検査対照はんだフィレットに検査光を当ててその表面状態を撮像すれば、その撮像画像から前記の傾きの標準値を基準とした検査対照はんだフィレットの表面の傾きに相当する情報が得られ、その情報から容易にはんだ接合部のはんだフィレットの所定位置の表面の傾きが所定範囲内にあるか否か判定することができる。しかも、この発明は容易に入手できる一般的な手段だけで構成でき、その構成も単純であり、はんだ濡れ性の良否判定に要する時間も短い。

したがって、この発明によれば、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を、簡素な装置構成で且つ短い処理時間で検査することができるはんだ濡れ性評価装置を提供することができる。

請求項２の発明においては、検査光照射手段および表面状態撮像手段として、光源付きカメラを備えているが、光源付きカメラは検査光照射手段および表面状態撮像手段を一体化したものとして機能するから、光源付きカメラを備えることによって、装置の構成をより簡素化することができる。

請求項３の発明は、請求項１に記載のはんだ濡れ性評価装置によるはんだ濡れ性評価方法であるので、その効果は請求項１の発明と同じである。

この発明においては、検査光の傾角が基準接触角に対応する平面に垂直になるように設定されており、この接触角ははんだの濡れ性を表わす最も代表的なパラメータであるので、この発明によれば、はんだ濡れ性の良否を正確に判定することができ、その結果として、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を、簡素な装置構成で且つ短い処理時間で検査することができるはんだ濡れ性評価方法を提供することができる。

請求項４の発明においては、画像の処理基準として、はんだフィレットの表面に検査光が垂直に照射された場合に表面状態撮像手段が受光した光量によって得られる信号レベルに所定割合を乗じた値を閾値とする二値化を用いるが、二値化処理することによって、はんだフィレットの表面の内でその傾角が基準接触角±所定角である部分を容易に把握することができる。したがって、この発明によれば、はんだ濡れ性の良否を容易に短時間で判定できる。

請求項５の発明においては、はんだ濡れ性の良否の判定基準として、閾値以上の領域の所在位置および閾値以上の領域の面積割合を用いるが、閾値以上の領域の所在位置および閾値以上の領域の面積割合から経験的にはんだ濡れ性の良否を判定することができる。したがって、この発明によれば、二値化処理された画像を用いて、はんだ濡れ性の良否を容易に短時間で判定できる。

請求項６の発明においては、閾値以上の領域の所在位置として、少なくとも電子部品の電極の垂直に近い端面の直前部を用いるが、はんだ濡れ性の良否を判定する最も重要な要素ははんだの接触角であるので、はんだの接触角に密接に関係している電子部品の電極の垂直に近い端面の直前部のはんだフィレットの表面の傾角が基準接触角±所定角であるか否かは最も重要な判定基準となる。

はんだの濡れ性を評価する方法として最も一般的な方法は、はんだ接合部の表面におけるはんだの接触角を測定して評価する方法である。この発明によるはんだ濡れ性評価装置およびはんだ濡れ性評価方法も、同様に、はんだの接触角を含むはんだフィレットの表面状態によってはんだ濡れ性を評価するものであり、はんだフィレットの表面状態を検出するための検出光の照射方向を予め決定した基準接触角に対応する角度だけ傾けて照射すること、およびはんだフィレット表面からの信号光を光源の直近の周辺に配置したカメラで受けることを特徴としている。

以下において、この発明によるはんだ濡れ性評価装置およびはんだ濡れ性評価方法を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。

図２は、実施例の要点を説明するためのモデル図であり、光源付きカメラ４と良好なはんだ接合状態にあるはんだフィレット３の表面との相対的な位置関係を示しており、図３は、図2の位置関係にあるときのはんだフィレット周辺の状態を示すモデル図であり、図１は、この発明によるはんだ濡れ性評価方法の実施例を示す工程図である。

回路基板のランド電極１と電子部品のリード２とが良好な接合状態にはんだ接合されてはんだフィレット３を形成した状態においては、はんだフィレット３はリード２の垂直なリード端面21に接触角θ_wで接合されているとしており、はんだ濡れ性を評価するための光源およびカメラとなる光源付きカメラ４は、トップフィレット31の位置ではんだフィレット３の表面に垂直に検出光41を照射するように照射角θ_cを設定されている。この状態は、
θ_w＋θ_c＝90度
に相当する。このような状態においては、はんだフィレット３の中間位置では、検出光41ははんだフィレット３の表面に対して図のように傾いて入射し、右端に近い位置で再度垂直に入射する。したがって、光源付きカメラ４が撮像するはんだフィレット３およびその周辺の画像には、図3に示すように、光源付きカメラ４に向かって強い反射光を反射する領域に相当する２つのハイライト領域32aおよび32bが存在する。これに対して、はんだの濡れ性が悪い場合には、ハイライト領域が別の位置にずれて現れ、その面積は小さくなる。したがって、ハイライト領域が現れる位置およびその面積割合によってはんだの濡れ性を評価することができる。

なお、以下では良好なはんだ接合状態に対応する接触角を「基準接触角」という。

この考え方に基づいて構成されたはんだ濡れ性評価装置が請求項1および請求項２の発明であり、これに基づくはんだ濡れ性評価方法が請求項３から請求項６の発明である。

ここで、はんだ濡れ性評価装置の実施例について更に詳しく説明する。

この実施例は、図1に示した光源付きカメラ４の他に、図示していない照射角調整手段、光源等移動手段、画像処理手段および濡れ性評価手段で構成されている。

光源付きカメラ４は、単一光源の検査光照射手段の機能と、その直近の周辺部に配置されてはんだフィレット表面からの反射あるいは散乱光を受光してその表面状態を撮像する表面状態撮像手段の機能とを兼ね備えている。図2では、光源付きカメラ４ははんだフィレット３に近い位置に図示されているが、実際にははるかに離れた位置に配置される。光源付きカメラ４は、検査光の照射角を調整してθ_cに設定するための照射角調整手段に取り付けられている。

光源等移動手段は、光源付きカメラ４と照射角調整手段を一体として搭載し、これらを所望の検査位置へ移動させるための手段である。

画像処理手段は、光源付きカメラ４で撮像した画像を所定の処理基準によって処理する手段である。処理基準としては、例えば、はんだフィレットの表面に検査光が垂直に照射された場合に光源付きカメラ４が受光した光量によって得られる信号レベルに所定割合、例えば0.5とか0.6、を乗じた値を閾値とする二値化を用いることが多い。所定割合は、実際の接触角が基準接触角からずれても可とする許容範囲を決めるものである。接触角を基準としたはんだフィレット面の傾角と対応する反射光の相対照度との関係を示す実データである図4を用いて説明すると、図4においては、傾角が5度ずれると相対照度が0.4程度まで低下している。したがって、基準接触角±5度以内の領域を把握しようとする場合には、前記の所定割合を0.4にして二値化処理することになる。このように、二値化処理することによって、はんだフィレットの表面の内でその傾角が基準接触角±所定角である部分を容易に且つ明確に把握することができる。

濡れ性評価手段は、画像処理の結果から所定の判断基準によってはんだ濡れ性の良否を判定する手段である。画像処理手段によって得られた基準接触角±所定角である領域を用いて、その領域の位置と面積割合などを判断基準に照らし合わせて、濡れ性の良否を判定する。はんだ濡れ性の良否を判定する最も重要な要素ははんだの接触角であるので、はんだの接触角に密接に関係している電子部品の電極の垂直な端面の直前部のはんだフィレットの表面の傾角が基準接触角±所定角であるか否かは重要なポイントとなる。

図５は、リード端面21直前のはんだフィレット３の表面において測定した、入射光の垂直からの傾きと入射光に対する反射光の強度比との関係を示す線図である。これより、はんだの接触角は垂直から15度程度傾いていることが分り、これが標準状態である場合には、検査光41の照射角θ_cを15度に設定することになる。

次に、はんだ濡れ性評価方法の実施例について図1を用いて説明する。

図１は、この発明によるはんだ濡れ性評価方法の実施例を示す工程図である。

この実施例は、準備工程である基準接触角決定工程および検査光傾角設定工程と、所定検査位置毎に繰り返される光源等移動工程、はんだフィレット面撮像工程、画像二値化処理工程およびはんだ濡れ性評価工程とで構成されている。

基準接触角決定工程は、良好なはんだ付け状態において検査対象となるはんだ接合部に形成されるはんだフィレットが電子部品の電極の垂直な端面において形成する接触角を測定して基準接触角θ_wを決定する工程である。準備工程ではあるが、基準接触角は、当初に得られたデータによるだけではなく、実作業の課程で得られたデータによって修正されることもある。

検査光傾角設定工程は、前工程で決定された基準接触角θ_wに対応する平面に垂直に光源付きカメラ４からの検査光41を入射させるように、照射角調整手段によって検査光41の傾きをθ_cに設定する工程である。

以上の準備工程によって検査光41の傾きをθ_cに設定された光源付きカメラ４を光源等移動手段によって所望の検査位置へ移動させ（光源等移動工程）、検査対象のはんだフィレットの表面へ検査光41を照射させてはんだフィレットの表面からの信号光を光源付きカメラ４で撮像し（はんだフィレット面撮像工程）、撮像した画像を二値化等の所定の処理基準によって処理し（画像処理工程）、この画像処理の結果に所定の判定基準を当てはめてはんだ濡れ性の良否を判定する（はんだ濡れ性評価工程）。

以上のように、この実施例においては、基準接触角θ_wを決定して単一光源の入射角θ_cを設定すれば、後の評価工程は容易に自動化できるものであって処理時間は短い。また、装置の構成も簡素である。

なお、以上の説明では、リード端面21が垂直であるとして説明してきたが、傾いている場合にも、その傾き分を配慮して検出光41の入射角を設定すればよい。要は、トップフィレット31の位置において検出光41をはんだフィレットの表面に垂直に入射させることが肝要である。

以上の説明においては、検査位置と光源付きカメラ４の検査光照射位置との位置合せに光源等移動手段を用いて光源付きカメラ４等を移動させる場合を説明してきたが、光源付きカメラ４等を固定して被検査物である回路基板等を移動させることも可能であって、同様に有効である。

この発明によるはんだ濡れ性評価方法の実施例を示す工程図実施例の要点を説明するためのモデル図はんだフィレット周辺の状態を示すモデル図接触角を基準としたはんだフィレット面の傾角と対応する反射光の相対照度との関係を示す線図リード端面直前のはんだフィレット面において測定した、検出光の垂直からの傾きと入射光に対する反射光の強度比との関係を示す線図

符号の説明

１ランド電極
２リード
21 リード端面
３はんだフィレット
31 トップフィレット 32a、32b ハイライト領域
４光源付きカメラ

Claims

電子部品を実装された回路基板等のはんだ接合部の状態を検査しその信頼性を確認するために、回路基板等のランド電極および電子部品の電極におけるはんだの濡れ性を評価するはんだ濡れ性評価装置であって、
はんだ濡れ性を評価するはんだ接合部のはんだフィレットの表面へ検査光を照射するための、単一光源を光源とし且つ検査光の照射角を調整するための照射角調整手段を有する検査光照射手段と、
検査光照射手段の直近の周辺部に配置され、前記はんだフィレットの表面から反射あるいは散乱された検査光を受光してはんだフィレットの表面の状態を撮像する表面状態撮像手段と、
所望の検査位置へ検査光を照射させるために検査位置と検査光の照射位置とを位置合せする照射位置合せ手段と、
表面状態撮像手段が撮像した画像を所定の処理基準によって処理する画像処理手段と、
画像処理の結果から所定の判定基準によってはんだ濡れ性の良否を判定する濡れ性評価手段と、
を備えている
ことを特徴とするはんだ濡れ性評価装置。
前記検査光照射手段および前記表面状態撮像手段として、光源付きカメラ
を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載のはんだ濡れ性評価装置。
請求項１に記載のはんだ濡れ性評価装置によるはんだ濡れ性評価方法であって、
良好なはんだ接合状態において評価対象となるはんだ接合部に形成されるはんだフィレットが電子部品の電極の垂直に近い端面において形成する接触角を測定して基準接触角を決定する準備工程としての基準接触角決定工程と、
基準接触角に対応する平面に垂直に前記検査光照射手段からの検査光を入射させるように、前記照射角調整手段によって検査光の傾きを設定する準備工程としての検査光傾角設定工程と、
所望の検査位置へ検査光が照射されるように、照射位置合せ手段によって検査位置と検査光の照射位置とを位置合せする照射位置合せ工程と、
検査光傾角設定工程で傾角を設定された検査光を検査対象のはんだフィレットの表面に照射しはんだフィレットの状態を前記表面状態撮像手段で撮像するはんだフィレット面撮像工程と、
表面状態撮像手段で撮像した画像を所定の処理基準によって処理する画像処理工程と、
画像処理の結果から所定の判定基準によってはんだ濡れ性の良否を判定するはんだ濡れ性評価工程と、
を有する
ことを特徴とするはんだ濡れ性評価方法。
前記の画像の処理基準として、はんだフィレットの表面に検査光が垂直に照射された場合に表面状態撮像手段が受光した光量によって得られる信号レベルに所定割合を乗じた値を閾値とする二値化を用いる、
ことを特徴とする請求項３に記載のはんだ濡れ性評価方法。
前記のはんだ濡れ性の良否の判定基準として、閾値以上の領域の所在位置および閾値以上の領域の面積割合を用いる、
ことを特徴とする請求項３に記載のはんだ濡れ性評価方法。
前記の閾値以上の領域の所在位置として、少なくとも電子部品の電極の垂直に近い端面の直前部を用いる、
ことを特徴とする請求項５に記載のはんだ濡れ性評価方法。