JP2007258293A

JP2007258293A - はんだ濡れ性評価装置およびはんだ濡れ性評価方法

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Publication number: JP2007258293A
Application number: JP2006078071A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Shimoda; 将義下田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【目的】はんだの濡れ性を比較的簡素な装置構成で短い処理時間の内に正確に検査することができる装置および方法を提供する。
【構成】準備工程としての基準接触角決定工程、検査光傾角設定工程、最適波長決定工程および検査光波長設定工程で、基準とする接触角を決定して検査光の照射角を基準接触角に対応する平面に垂直となるように設定し、且つ検査光の最適波長を決定してその最適波長に検査光の波長を調整し、検査光を照射しながらネガ像撮像手段で得られたネガ像によって検査位置と検査光の照射位置を正確に位置合せし、はんだ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に二値化等の処理を施し、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。この方式は、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はんだ面の傾きを求めている。対象物全体の形状を検査する場合には、対象物を所定幅ずつ移動させて傾き測定を繰り返している。

現状での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。

更に、短時間で正確にはんだ濡れ性を評価するためには、検査光の照射位置を正確に且つ容易に把握できることが必要であり、且つ、はんだフィレット面以外からの光、すなわちノイズ光を低減または除去することも必要である。図８は、ノイズ光を説明するためのはんだフィレット周辺の状態を示すモデル図であり、電子部品等のリード２の折り曲げ部22が検査光を反射してノイズ光となる状態を示している。折り曲げ部22には、はんだフィレット３のトップフィレット31と同じ傾きとなる部分が存在するので、この部分とトップフィレット31とを区別させてトップフィレット31からの反射光のみを信号として検出することが必要である。

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、比較的簡素な装置構成で且つ短い処理時間で確実に且つ正確に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とその周辺部へ検査光を照射するための、光源とその波長を変換して検査光とするための波長変換手段とこの検査光を検査対象物に照射するための光学系とを有する検査光発生・照射手段と、検査光の照射によってはんだ接合部の周辺の回路基板等から発生する蛍光を選択的に受光してランド電極のネガ像を撮像するネガ像撮像手段と、はんだ接合部およびその周辺部から反射あるいは散乱された検査光を選択的に受光してはんだフィレット等の表面の状態を撮像する表面状態撮像手段と、検査光発生・照射手段とネガ像撮像手段と表面状態撮像手段とを一体として回動させて検査光の照射角を調整する照射角調整手段と、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。

この発明においては、検査光発生・照射手段とネガ像撮像手段と表面状態撮像手段とが一体として回動できて検査光の照射角が設定可能であるので、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。また、検査光の波長より長波長の蛍光のみを撮像するネガ像撮像手段を備えることにより、検査光を受けて蛍光を発するプリント基板の基材やレジスト膜を明示させることができるので、回路基板等のランド電極および電子部品の電極をネガ像として明確に把握することができる。更に、検査光発生・照射手段には波長変換手段を有しているので、前記蛍光を十分に発生させる波長の光であって、はんだフィレットとその他の金属部とをその反射率の違いで確実に判別できる波長の光を検査光として選ぶことができる。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、はんだ濡れ性の良否判定に要する時間も短い。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光源としてYAGレーザーを用い、前記波長変換手段としてBBO結晶による波長変換素子を用いる。

YAGレーザーは、高輝度光源であって、性能的にもコスト的にも最適の光源であり、BBO結晶による波長変換素子は、YAGレーザーから照射される光を上記で説明した波長であるより短波長の検査光に変換するのに適している。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ネガ像撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長より長波長の蛍光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器とを備えている。

ネガ像撮像手段はプリント基板の基材およびレジスト膜から発せられる蛍光のみを撮像する手段であって、これを前記のフィルタと結像レンズと画像検出器とで構成するのが最も一般的であり且つ低コストである。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記表面状態撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長と同じ波長の光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器とを備えている。

表面状態撮像手段は検査光を強く反射する金属面からの反射光を主として撮像する手段であって、これを前記のフィルタと結像レンズと画像検出器とで構成するのが最も一般的であり且つ低コストである。

請求項５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発生・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、はんだフィレットの反射率とその他の部分の反射率との差異が両者の判別可能な大きさになり且つ回路基板等から十分な蛍光が発生するように検査光発生・照射手段からの検査光の波長を決定する準備工程としての最適波長決定工程と、前記波長変換手段によって、最適波長決定工程で決定された波長に検査光の波長を設定する準備工程としての検査光波長設定工程と、検査光を検査対象物に照射し、前記ネガ像撮像手段で得られるネガ像によって位置確認しながら前記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、前記表面状態撮像手段ではんだフィレット等の状態を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、画像処理の結果を所定の基準で処理して、はんだフィレットとその他の部分とを判別し、且つはんだフィレットの状態から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、その状態で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。しかも、回路基板等から発生する蛍光によるネガ像によってはんだフィレットの位置を確認して検査光の照射位置を位置合せするので、位置合せが容易に且つ確実に実行できる。また、検査光の波長の最適化によって位置合せのための蛍光を十分に発生させることができ且つはんだフィレットからの反射光とその他の部分からの反射光（ノイズ光）とを確実に分別することができる。

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上限割合および所定下限割合を乗じた値を上下の閾値とする二値化を用いる。

上下に閾値を設けて二値化処理することによって、ノイズ成分を容易に除去することが可能となり、且つ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７の発明は、請求項６の発明において、前記のはんだフィレットとその他の部分との判別基準として、上下の閾値内の領域の形状を用いる。

電極材料となる銅等の金属は、その反射率がはんだフィレットの反射率に比べてはるかに大きいので、「発明を実施するための最良の形態」の項で説明するように、電極材料となる銅等の金属の部分から得られる上下の閾値内の領域の形状とはんだフィレットから得られる上下の閾値内の領域の形状とは明確に判別できる。

請求項８の発明は、請求項６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、上下の閾値内の領域の所在位置および上下の閾値内の領域の面積割合を用いる。

上下の閾値内の領域の所在位置および上下の閾値内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９の発明は、請求項８の発明において、前記の上下の閾値内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、検査光発生・照射手段とネガ像撮像手段と表面状態撮像手段とが一体として回動できて検査光の照射角が設定可能であるので、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。また、検査光の波長より長波長の蛍光のみを撮像するネガ像撮像手段を備えることにより、検査光を受けて蛍光を発するプリント基板の基材やレジスト膜を明示させることができるので、回路基板等のランド電極および電子部品の電極をネガ像として明確に把握することができる。更に、検査光発生・照射手段には波長変換手段を有しているので、前記蛍光を十分に発生させる波長の光であって、はんだフィレットとその他の金属部とをその反射率の違いで確実に判別できる波長の光を検査光として選ぶことができる。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、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、比較的簡素な装置構成で且つ短い処理時間で確実に且つ正確に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、光源としてYAGレーザーを用い、波長変換手段としてBBO結晶による波長変換素子を用いるが、YAGレーザーは、高輝度光源であって、性能的にもコスト的にも最適の光源であり、BBO結晶による波長変換素子は、YAGレーザーから照射される光を上記で説明した波長であるより短波長の検査光に変換するのに適しており、両者ともにこの発明としては最適の部品である。

請求項３の発明においては、ネガ像撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長より長波長の蛍光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器とを備えているが、ネガ像撮像手段はプリント基板の基材およびレジスト膜から発せられる蛍光のみを撮像する手段であって、この構成が最も一般的であり且つ低コストであって、この発明としては最適である。

請求項４の発明においては、表面状態撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長と同じ波長の光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器とを備えているが、表面状態撮像手段は検査光を強く反射する金属面からの反射光を主として撮像する手段であって、この構成が最も一般的であり且つ低コストであって、この発明としては最適である。

請求項５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、比較的簡素な装置構成で且つ短い処理時間で確実に且つ正確に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６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上限割合および所定下限割合を乗じた値を上下の閾値とする二値化を用いるが、上下に閾値を設けて二値化処理することによって、ノイズ成分を容易に除去することが可能となり、且つ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７の発明においては、はんだフィレットとその他の部分との判別基準として、上下の閾値内の領域の形状を用いるが、電極材料となる銅等の金属は、その反射率がはんだフィレットの反射率に比べてはるかに大きいので、「発明を実施するための最良の形態」の項で説明するように、電極材料となる銅等の金属の部分から得られる上下の閾値内の領域の形状とはんだフィレットから得られる上下の閾値内の領域の形状とは明確に判別することができる。したがって、この発明によれば、はんだフィレットからの反射光とこれ以外からの反射光とを容易に判別して除去することができ、はんだ濡れ性をより確実に評価することができる。

請求項８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、上下の閾値内の領域の所在位置および上下の閾値内の領域の面積割合を用いるが、上下の閾値内の領域の所在位置および上下の閾値内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９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、プリント基板の基材やレジスト膜から発生する蛍光を選択的に検出することによって回路基板等のランド電極および電子部品の電極をネガ像として表示させて検査光の照射位置合せに利用すること、およびはんだフィレット表面等からの光から検査光の波長成分だけを選択的に取り出して、その波長成分によるはんだフィレット等の画像を撮像してはんだ濡れ性を評価すること、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、この発明によるはんだ濡れ性評価装置の実施例の光学系の部品配置図であり、図３および図4は、この発明によるはんだ濡れ性評価方法を説明するため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。

図2に示した光学系は、光源部４と参照部５と検出部6とで構成されており、これらは、一体となって回動できるように、不図示の照射角調整手段に取り付けられている。

光源部４は、高輝度光源41と、これからの光を平行光線とするためのコンデンサレンズ42と、高輝度光源41からの光を例えば300nmから460nmの波長の検査光に波長変換する波長変換素子43と、ハーフミラー45と、で構成されている。波長変換素子43で波長変換された平行な検査光40がハーフミラー45で光路を直角に曲げられて検査対象物であるプリント板１に照射される。必要に応じて、ハーフミラー45のプリント板１側に集光レンズが配置されて検査光40を所定の大きさの光スポットに集光されることもある。実施例においては、高輝度光源41としてYAGレーザーが用いられ、波長変換素子43としてBBO結晶によるものが用いられている。検査光の波長を例えば300nmから460nmとしているのは、一つには、プリント基板１の基材やレジスト膜から十分な蛍光を発生させるためであり、二つには、はんだフィレット３からの反射光とその他の部分、例えばリードの折り曲げ部、からの反射光とをその反射率の違いによって分別するためである。

参照部５は、プリント基板1からの光（反射光、散乱光および蛍光）を分割するハーフミラー56と、プリント基板１の基材やレジスト膜から発生する蛍光の内の検査光40より波長の長い成分だけを透過させるフィルタ51と、これを透過した光を結像させる結像レンズ52と、結像された画像を撮像する画像検出器（図2では単に検出器と記載）53とで構成されている。画像検出器53で撮像される画像はフィルタ51を透過した光による画像であるから、この画像には、プリント基板１の基材やレジスト膜が明るく表示され、回路基板等のランド電極および電子部品の電極は黒いネガ像として表示される。このネガ像によって検査対象位置が容易に且つ正確に把握され、検査光40の照射位置を容易に且つ正確に位置合せすることができる。

検出部6は、プリント基板1からの光を分割するハーフミラー56と、プリント基板1から反射あるいは散乱された検査光40のみを透過させるフィルタ61と、これを透過した光を結像させる結像レンズ62と、結像された画像を撮像する画像検出器（図2では単に検出器と記載）63とで構成されている。画像検出器63で撮像される画像はフィルタ61を透過した光による画像であるから、プリント基板1で反射された検査光を受光している部分が明るいハイライト領域として表示され、その他の部分はその状態に応じて暗く表示される。はんだの濡れ性はこの画像によって評価される。はんだフィレット３のハイライト領域の例としては、図4における、リード端面21の直前領域のハイライト領域32aや先端近傍のハイライト領域32bを挙げることができる。

ここで、図3および図4を用いてこの発明における濡れ性評価の考え方を説明する。

回路基板であるプリント基板1のランド電極12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学系は、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40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40ははんだフィレット３の表面に対して図３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、画像検出器63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４に示すように、画像検出器63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から請求項４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５から請求項９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２に示した光学系に加えて、図示していない照射角調整手段、照射位置合せ手段、画像処理手段および濡れ性評価手段で構成されている。

なお、図2では、光学系はプリント基板１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。

照射角調整手段は、前述したように、図２に示した光学系を一体として回動させて、検査光の照射角を基準接触角θ_wに対応するθ_cに調整する手段である。

照射位置合せ手段は、検査位置と検査光の照射位置とを位置合せするための手段であって、光学系および照射角調整手段を一体として移動させる手段とする場合と、検査対象物であるプリント基板1等を移動させる手段とする場合とがあり、評価の条件によって使い分けられる。例えば、実装作業の途中で評価する場合に前者が用いられ、実装作業を終えたものでは後者も用いられる。この位置合せの際には、前述したように、画像検出器53の画像が利用される。

画像処理手段は、画像検出器63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３の表面に検査光１が垂直に照射された場合に画像検出器63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。所定割合には、上限割合および下限割合を設け、上下限内を「１」とし、上限を超える領域および下限に達しない領域を「０」とする。上限割合は、はんだフィレット以外の部分、例えばリードの折り曲げ部、からの反射によるハイライト領域を判別するものである。図7は各種金属の反射率の波長依存性を示す線図であるが、これから明らかなように、はんだの主成分である錫（Sn）の反射率に比べてリードの材料であるは銅（Cu）等の反射率ははるかに大きいので、これらによるハイライト領域ははんだフィレットのハイライト領域よりはるかに明るく、超ハイライト領域ということができる。したがって、超ハイライト領域は、その中央が「０」の領域となり、その周辺部に「１」の領域があり、更に外側に「０」の領域がある、というリング状のパターンを示すので、このリング状のパターンによって超ハイライト領域を識別することができる。下限割合は、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５を用いて説明すると、図５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、前記の下限割合を0.4にして二値化処理することになる。このような二値化処理によって、はんだフィレットと他の金属との識別ができ、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り、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６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、検査光40の垂直からの傾きと検査光の入射光量に対する反射光量の比との関係を示すグラフである。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40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、検査光傾角設定工程、最適波長決定工程および検査光波長設定工程と、所定検査位置毎に繰り返される照射位置合せ工程、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検査光40を入射させるように、照射角調整手段によって検査光40の傾きをθ_cに設定する工程である。

最適波長決定工程は、使用されるはんだの組成とノイズ光を反射するはんだ以外の金属の材料とに合わせて、はんだの反射率とはんだ以外の金属の反射率とに十分な差異があり、且つプリント基板１の基材等から蛍光が十分に発生するように、検査光の波長を決定する工程である。評価対象となる回路基板が決まれば、それを用いて、画像検出器53の画像および画像検出器63の画像の状態を見ながら検査光40の波長をスキャンし、最適波長を決定する。はんだの組成や金属の表面状態によって、それらの反射率は変化するので、検査光40の波長を固定しないで最適化することが有効なのである。

なお、データの蓄積によって、基準接触角決定工程および最適波長決定工程を省略することができる場合もある。

検査光波長設定工程は、前工程で決定された最適波長に検査光の波長を設定する工程であり、予め決定された波長に設定する場合もあれば、使用前に最適波長決定工程で最適波長を決定してその状態で使う場合もある。

以上の準備工程によって検査光40の傾きをθ_cに設定され、且つ検査光40の波長を最適波長に設定された状態で、光学系の検査光40の照射位置と所望の検査位置とを、画像検出器53の画像で検査位置を確認しながら、照射位置合せ手段によって位置合せし（照射位置合せ工程）、検査対象のはんだフィレット等へ検査光40を照射させてはんだフィレット等からの光を画像検出器63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（画像二値化処理工程）、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、この実施例によれば、基準接触角θ_wを決定して検査光40の入射角θ_cを設定し、且つ最適波長を決定してその波長に検査光の波長を設定すれば、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、装置の構成もそれほど複雑でもない。

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40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40をはんだフィレット３の表面に垂直に入射させることが肝要である。

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この発明によるはんだ濡れ性評価装置の実施例の光学系の部品配置図この発明によるはんだ濡れ性評価方法を説明するためのはんだフィレット周辺の状態を示す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グラフ各種金属の反射率の波長依存性を示す線図従来技術の問題点を説明するためのはんだフィレット周辺の状態を示すモデル図

符号の説明

１プリント基板
11 基材 12 ランド電極
13 レジスト膜
２リード
21 リード端面 22 折り曲げ部
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光源部
40 検査光 41 高輝度光源
42 コンデンサレンズ 43 波長変換素子
45 ハーフミラー
５参照部
50 蛍光 51 フィルタ
52 結像レンズ 53 検出器
56 ハーフミラー
６検出部
60 反射光 61 フィルタ
62 結像レンズ 63 検出器

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とその周辺部へ検査光を照射するための、光源とその波長を変換して検査光とするための波長変換手段とこの検査光を検査対象物に照射するための光学系とを有する検査光発生・照射手段と、
検査光の照射によってはんだ接合部の周辺の回路基板等から発生する蛍光を選択的に受光してランド電極のネガ像を撮像するネガ像撮像手段と、
はんだ接合部およびその周辺部から反射あるいは散乱された検査光を選択的に受光してはんだフィレット等の表面の状態を撮像する表面状態撮像手段と、
検査光発生・照射手段とネガ像撮像手段と表面状態撮像手段とを一体として回動させて検査光の照射角を調整する照射角調整手段と、
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。
前記光源としてYAGレーザーを用い、前記波長変換手段としてBBO結晶による波長変換素子を用いている
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。
前記ネガ像撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長より長い波長の蛍光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器と、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。
前記表面状態撮像手段として、検査光を照射された検査位置からの光の一部を受けて検査光の波長と同じ波長の光のみを透過させるフィルタと検査位置の画像を結像させる結像レンズと結像された画像を撮像する画像検出器と、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とする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発生・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、
はんだフィレットの反射率とその他の部分の反射率との差異が両者の判別可能な大きさになり且つ回路基板等から十分な蛍光が発生するように検査光発生・照射手段からの検査光の波長を決定する準備工程としての最適波長決定工程と、
前記波長変換手段によって、最適波長決定工程で決定された波長に検査光の波長を設定する準備工程としての検査光波長設定工程と、
検査光を検査対象物に照射し、前記ネガ像撮像手段で得られるネガ像によって位置確認しながら前記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、
前記表面状態撮像手段ではんだフィレット等の状態を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、
画像処理の結果を所定の基準で処理して、はんだフィレットとその他の部分とを判別し、且つはんだフィレットの状態から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上限割合および所定下限割合を乗じた値を上下の閾値とする二値化を用いる、
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。
前記のはんだフィレットとその他の部分との判別基準として、上下の閾値内の領域の形状を用いる、
ことを特徴とする請求項６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、上下の閾値内の領域の所在位置および上下の閾値内の領域の面積割合を用いる、
ことを特徴とする請求項６に記載のはんだ濡れ性評価方法。
前記の上下の閾値内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８に記載のはんだ濡れ性評価方法。