JP2007500841A - 監査検査のための検査パターンの生成 - Google Patents

Abstract

本発明は、所定のパターンが設けられた基板（１）、特に半田ペーストが設けられた回路基板の検査方法及び装置に関する。本発明によれば、印刷又は構築的方法（３、４）によって基板に形成された実際のパターン（１ａ）が光学的に検出され、光学的に検出された実際のパターンは目標とするパターンと比較され、比較と許容誤差を考慮して実際のパターンが設けられ観察された基板が次の過程へ進むかどうかが決定され、この場合、実際のパターンの光学的検出がデジタルデータの形式で実際のデータセットの生成が行われ、目標とするデータセットが基板へパターンを形成するための制御データから作成され、データ処理が目標とするデータセットと実際のデータセットとが許容誤差を考慮してデータ的に相互に比較されて実行される。

Description

本発明は、所定のパターンが設けられた基板、特に半田ペーストが設けられた回路基板の検査方法及び装置に関するものである。

回路基板上の複雑な回路の製造は、電気回路の密度の増加に伴って、端子パッドや導体経路のようなより微細な構造になってきており、正確且つ効果的な検査方法が求められている。

低い組立コストで高い部品密度を達成するための適切な技術は、表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）であり、部品は直接回路基板の表面に取り付けられ、半田付けされ、これによって表面実装部品ＳＭＤ（Surface Mounted Device）の端子の密度は従来の部品のそれよりも高くなる。

ＳＭＤの実装のため通常は半田ペーストが回路基板上にプロッター（特許文献１）又はスクリーン印刷法によって設けられる。その後、端子を有する部品が設けられた半田ペーストの上に載置され、リフロー炉を通される。リフロー炉内で半田ペーストは溶かされ、これによって半田は部品と結合する。冷却後、部品は回路基板に固く装着される。

スクリーン印刷の場合、通常金属製のテンプレート（template）又は刷り込み型（stencil）が用いられ、これらは印刷後半田ペーストが回路基板上存在すべきそれらの位置に開口部を有する。開口部はいろいろな方法で形成することができる。例えば、エッチングで金属製のテンプレートに開口部を開ける方法、レーザーによって開口部の切り抜き方法、穴あき薄板（mask）のガルバニック作用による製法、又はスクリーンの感光層の露光及び未硬化の部分の洗浄による方法がある。

全ての方法において、回路基板のレイアウトはテンプレートの開口部と一致しなければならない。回路基板への部品の確実な半田付けは十分な半田ペーストが存在する箇所にのみ保証されるので、一般的に、半田の塗布後、設けられた半田ペーストは存在、片寄り、架橋のために確認される。通常、スクリーン印刷装置においては、回路基板のレイアウトはＣＣＤカメラを用いて検出され、テンプレートに従って配置される。この場合、ソフトウエア及びカメラシステムは大部分が同一のカメラでいわゆる印刷後監査検査（post-printing check inspection）が行えるように構成されている。

印刷後監査検査においては、画像処理が良好及び不良印刷を認識できるように、検査されるべきパターン、例えば目標とするパターンをどうしても始めにコンピュータに記憶させねばならない。この目的のため、検査されるべき構造を教え込むことが、一以上の印刷された及び／又は印刷されていない回路基板が光学的に検出されることで可能となる。特許文献２は、回路基板ではなく回路基板の印刷用テンプレートが、光学的に目標とするパターンにおける教え込み（teaching）のために、検出される方法を開示する。これらの検査方法は、しかしながら、時間及びコストがかかる。
ＵＳ４５７２１０３ ＤＥ１９７２８１４４Ａ１

本発明が基づく目的は、迅速なかつそれにもかかわらず正確な検査が可能である、所定のパターンが設けられた基板の検査のための方法及び装置を示すことである。

この目的は独立クレームの特徴に従って達成される。このように、印刷又は構築的方法によって基板へ設けられた実際のパターンは光学的に検出され、光学的に検出された実際のパターンは目標とするパターンと比較され、その比較に基づいて、かつ許容誤差を考慮して、実際のパターンを有する観察された基板を更なる処理に送り出すかどうかが決定され、この場合、実際のパターンの光学的検出は、実際のデータセットの形態を有するデジタルデータの態様で達成され、目標とするデータセットは基板へパターンを設けるための制御データから作成され、そして目標とするデータセットと実際のデータセットが、許容誤差を考慮して、相互のデータ方式で比較される結果までデータ処理が行われる。工程では教え込みは不要である。これは検査の精度を向上させる。なぜなら、目標とするパターンの製造は、教え込みによって製造するのと異なり、異なる環境照明及び／又は表面の変化、汚染及び作業者のセッティングエラーのような因子による悪影響が及ぼす可能性がない。目標とするパターンは回路基板全部に対して短時間で製造可能であり、この場合、検査と関連する回路基板上の領域を作業者が単独で決定する。

基板上へのパターンの形成が対応するように構成されたテンプレートを使用する方法によって達成される場合、その方法は特に有利である。なぜなら、この場合、目標とするデータセットは既にテンプレートの製造に用いられた制御データから非常に簡単に生成することができるからである。更に、データ処理を適切に構成することにより、目標とするパターンのある選択された区域のみを検査させること、及び／又は目標とするパターンの異なる区域と異なる許容差データの部分集合を関連付けさせることが可能である。このことから、検査のために必要なデータセットの容量を減らすことが可能であり、検査が促進される。

比較されるべき区域及び／又は関連した許容差に関する各々のデータセットの編集はデータ処理の適切な構成によって可能である。更に、ファイル保管が可能であり必要なデータセットへの迅速なアクセスが可能である。

実際のパターンの光学的検出はデジタルマトリクスカメラ、例えばＣＣＤカメラの使用によって画素的方式で行うことができ、これによって高精度のために、その長さが検査されるべき基板上の実際のパターンの領域の線型の寸法に対応する、一画素幅の線型カメラが有利に用いられる。二次元の画像を形成するために、デジタルカメラと実際のパターンが搭載されている基板との間の相対的な動きが一画素の幅のステップで、線型の次元と直行する方向に行われる。マトリクスカメラは二次元における部分的に移動するべきであるのに対し、線型カメラは一次元のみでステップ式に動くもので、これにより、機械的な動きで不可避的に生じる欠点が最小化され、これは非常に微細な構造の場合に重要である。

検査されるべき実際のパターンが設けられている基板自身が既に少なくとも一つの他のパターンを搭載している場合、光学的検出が、検査されるべき実際のパターンを他のパターン及び基板に関して例えば選別によって区別するように構成するか又は達成できるようにすることが有利である。これにより、データセットを減らすことが可能であり、既に行われた実際のパターンの検出に基づいて、検出されたパターンの分解能の向上が可能である。

本発明は更に従属クレームの特徴によって明らかになる。

更なる利点の中で、目標とするデータセットの使用によって、テンプレートが使用中に関連する程度まで悪影響を受けたか又は他に変化を受けたかどうか、及び適切な場合洗浄処理を開始し、修正処理又は交換処理をするかどうかを便宜上定期的に検査することが可能である。テンプレートは同じ方法で光学的に走査されるだけで良く、同じ比較のデータ処理が行われる。

図１に示す実施例において、実際のパターン１ａ、例えば回路基板１のような基板に設けられた所定の半田ペーストパターンが本発明に従って検査される。まず始めに、制御データによって実際のパターン１ａが回路基板１の上に生成されるが、その制御データがフォーマット手段２に送付される。この制御データは回路基板１への実際のパターンの生成の方法に依存して、実際のパターン１ａを直接設けるプロッター３から直接、又は例えば実際のパターン１ａがそれを用いて設けられる対応する印刷用テンプレート（ここでは図示しない）等の製造のためのデータを有するデータバンク４から得られる。フォーマット手段は送られた制御データの種類を認識し、制御ユニット５の要求に応じて受け取った制御データを所望のデータセットに変換する。それ自体通常であるが、複数の回路基板１が同一の実際のパターン１ａを有するように製造され検査される場合、作成された目標とするデータセットは保存され、その結果、制御データにおける読み込み過程及び目標とするデータセットの変換過程は複数の回路基板１の検査において一度だけ行われるだけでよい。

目標とするパターンの生成の方法の従来技術と比較すると、従来技術では、教え込みの目的のための原型又は製造に用いられるテンプレートがカメラ６によって走査され、相対的な動きのために誤差が生じやすく、原型ではそれ自体又は検出の際に相対的な動きのために誤差を受けやすい、印刷用スクリーンではそれ自身誤差が生じる可能性がある（たとえ原型の場合よりも少ない量であっても）という、検出の際に必然的に生じる欠点は、本発明では避けられ、パターンを形成するプロッター３の制御のためのデータ又は印刷用のスクリーンのようなテンプレートの製造のためのデータは、目標とするパターンと一致し、これ以外も開発者によって生み出されて入手可能である。

実際のパターン１ａが設けられた回路基板１の少なくとも実際のパターン１ａはカメラ６によって走査され、そのカメラ６はプロッター３又はスクリーン印刷を用いて回路基板１に設けられた実際のパターンを特に画素の形式で光学的に検出し、これはデジタルデータの形式でコンバーター７へ移送される。コンバーター７は制御ユニット５の要求に従ってカメラ６によって検出された実際のパターンを実際のデータセットへ変換する。実際のデータセット及び目標とするデータセット、及び制御ユニット５によって使えるようにされた許容差データセット、その許容差データセットは、目標とするデータセットに関し許容誤差を記述しており、これによって、そのような許容差は実際に目標とするパターンに亘って異なって分布されており、これらのデータセットが移送され比較装置８に導入され、ここで許容差データセットにおいて示される許容誤差を考慮してデータ的に実際のデータセットと目標とするデータセットとが比較又は対応される。比較の結果はディスプレー９に表示することができる。特に目標とするパターンからの実際のパターンの許容できないずれがある場合には、実際のパターンの対応する区域がディスプレー９に強調して表示可能になっており、ユーザーが適当な行動を起こすことができるようになっている。

連続的な自動検査方法の場合、欠陥のある回路基板１を抜き出すこと及び比較の連結した結果の保存又は目標とするパターンからの実際のパターンの偏差の種類と程度を保存することの両方が役に立つであろう。更に、比較に基づいて各々の回路基板１の品質の分類、とりわけ、回路基板１を欠陥で修正可能な回路基板１と修正不可能な回路基板１に分類を行うことも可能である。そのような分類は、例えば異なる許容差を記述している異なる許容差データセットによって達成できる。

検査の精度を向上させるために、本発明に従って回路基板１上の実際のパターン１ａの性質が発明に従って検査する際に考慮される。例えば、全体のパターンの中でより高い端子密度を有する領域又は区域、例えばＩＣ部品が回路基板に設けられている場所では、より低い端子密度を有する領域、例えば回路基板１に抵抗やコンデンサーが配置されている場所より低い許容差が実際の／目標とするずれ（offset）に関して与えられる。その領域の選定や各々の許容差の関連は自動的又は作業者によって行われる。

図２を参照して、領域の自動選定及び許容差の自動割り当てについて説明する。図２はフォーマット手段２によって処理された所定の目標とするパターンを有する回路基板１の区分を示す。図から認識されるように、ここでのパターンは異なる構造、例えば半田ペーストの異なる配置密度を有する領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４を有する。検出された、例えば作製される個々の半田ペーストの設置の座標、大きさ及び形状を含む目標とするデータセットに基づいて、制御ユニット５が設けられた半田ペーストを有する個々のポイントの間の間隔を検出し、ポイントを相互に概略同じ間隔となるように境界を示して領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４に集合させるようにして、制御ユニット５は、領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４を決定又は識別する。対応する領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４の中でポイントの間隔の大きさに基づいて、個別の許容誤差を領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４に関連づける。このように、データの部分集合は異なる領域に対応して生成され、実際のパターンの対応するデータの部分集合と比較される。

検査されるべきそれぞれのパターンのためのこのように生成された目標とするデータセットは比較されるべき区域に関して編集され、許容差と結びつけられ、保存される。検査の際、比較装置８は個々の領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４に許容されるように決定された許容差を考慮して、データ的に実際のデータセットを目標とするデータセットと比較する。

迅速で有効な検査のため、重要であると判定されて選択された目標とするパターンの区域のみを検査することは利点があろう。そのような選択は、個々の領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４のための許容差の上述した関連付け／決定に基づいて自動的に実施され得る。更に、始めの“粗い”処理工程で決定された許容誤差がある値より低いと判定された区域／領域１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４のみが更なる処理工程での精密な検査を受けることができる。制御ユニット５はコンバーター７によって生成された実際値のデータセットにおける比較されるべき区域を弁別し、選択された区域におけるコンバーター７又はフォーマット手段２からの実際値のデータセットと目標値のデータセットを比較装置８へ受け渡しを行う。

更に、検査されるべきパターン（例えば半田ペースト）が設けられている回路基板１自身が既に他のパターン（例えばプリント回路）を有している場合、検査される実際のパターン１ａを回路基板１上のこの他のパターンから区別する必要がある。本発明に従って、この目的のために、検査される実際のパターン１ａが回路基板１に生成される手段として制御データから単純な方法で情報が得られる一方、他方ではカメラ６は、回路基板１に関してのみならずこの他のパターンに関しても実際のパターンの光学的弁別を行う。

データセットを減らすため、更に、制御ユニット５はカメラ６又はコンバーター７を回路基板１上の実際のパターン１ａの選択された区域のみが検出されるように制御することが可能である。

パターンが回路基板１のような基板に印刷又はテンプレートを用いる構築的方法によって形成される場合、テンプレートの使用中にこれが変化し、特に劣化してもはや許容できない生産物がそれを用いて製造されることが頻繁に生じることが起こりうる。使用中にそのような欠陥が生じるため、遅くとも許容できない生産物が頻繁に生じたときに、都合が良ければできればより早い時期に及び定期的にテンプレートを調査することがそれ故好都合である。うまいことにこれは本発明が基づく考えの使用でできる。即ち、目標とするデータセットはテンプレートを製造するために用いられる制御データをフォーマットして得られるので、テンプレートの変化を検出し、またそれらを評価し、適当な時間に適切に洗浄、修正及び／又は交換を可能にするため、回路基板１又は基板の光学的走査に対応するテンプレートの光学的走査、得られたテンプレートの実際のデータセットを目標とするデータセットとの比較をすれば十分である。テンプレートの検査の頻度は基板又は回路基板１の製造における許容偏差に依存する。許容差のデータセットにおいて決定された許容差が目標とするデータセットで決定された目標とする印刷パターンからごくわずかの偏差しか許容されていない場合、テンプレートの検査は対応してより頻繁に行われ、最悪の場合、回路基板１のような基板の印刷又は構築のためのテンプレートの使用毎に行われる。これはユーザーによって決定されることが可能であり、変えることも可能である。

実際のパターン１ａの光学的検出はデジタルマトリクスカメラ、基板上の検査される実際のパターンの領域の線型寸法に対応する長さを有する一画素幅のＣＣＤ線型カメラ即ちラインカメラを用い、又は互い違いの方法で配列された半線型カメラ（linear sub-camera）を用いて画素方式で行うことが可能である。

マトリクスカメラに対するラインカメラの利点は、照明時間や相互の走査線の間隔のような照射条件が各々の照射に応じて任意に選択できることにある。二次元の画像の生成のために、本発明に従って、デジタルカメラと実際のパターン１ａが設けられている基板（回路基板１）との間で一線型の次元と直交する一画素のステップ幅で相対運動が行われる。照射では、ＣＣＤラインの全ての画像ポイントが同時に照明され、照明時間の完了後、全ての画像ポイントは中間段階として移送レジスターに同時に保存される。この手順は非常に速く行われ、一つの照明サイクルの終了後直ちに次が始まる。移送レジスターから、画像ポイントのための情報が順次読み出され、コンバーター７へ移送される。基本的に、ライン方向におけるラインの解像力は存在するカメラ６の画像ポイントの数に直接依存する。解像力は、しかしながら、複数のカメラを一方の後に他方を配置することによって向上させることが可能である。機構的に基礎をおく相対的な運動は一方の次元のみに行われるが、一方マトリクスカメラを用いて２次元のおける相対的な運動が起こり、いかなる機構的な相対的な運動は基本的に誤差を生じるので、それは微細構造の場合には検査の精度に本質的に影響を与える。

本発明は回路基板の検査のための記述した明細書に限定されるものではなく、所定のパターンを有する部材のパターニング／構造の構築／パターニングが検査されるようないかなるものにも有利に適用することができる。説明した例では、目標とするデータセットと実際のデータセットとの比較のための許容差データセットは比較装置８に移送された。しかしながら目標とするデータセットのフォーマットの際及び／又は実際のデータセットの生成の際に許容誤差を考慮することも可能である。

本発明は添付した図面を参照してより詳細に説明される。
本発明に従って、半田ペーストを有する導電板に設けられたパターンの検査のために第１の典型的な実施形態の基本構成を示す。 本発明の第２の典型的な実施形態に従って回路基板に設けられたパターンの副分割による副パターンを示す。

符号の説明

１： 回路基板
１ａ：実際のパターン
２： フォーマット手段
３： プロッター
４： データバンク
５： 制御ユニット
６： カメラ
７： コンバーター
８： 比較装置
９： ディスプレー

Claims (21)

1. 所定のパターンを備える基板（１）の検査方法であって、
   印刷又は構築的方法（３、４）によって基板（１）に施された実際のパターン（１ａ）が光学的に検出され（６）、
   光学的に検出された実際のパターン（１ａ）が目標とするパターンと比較され（８）、
   比較（８）及び許容誤差の考慮に基づいて、実際のパターン（１ａ）が施され、実測された基板（１）を次の処理に移送するかどうかどうかを決定することにおいて、
   実際のパターン（１ａ）の光学的検出（６）が実際のデータセット（７）の生成によってデジタルデータの形式で行われ、
   目標とするデータセットが基板上のパターンの形成のための制御データからフォーマットされ（２）、
   データ処理が、目標とするデータセットと実際のデータセットが許容誤差を互いに考慮するデータ形式で比較されて（８）結果を得るように行われることを特徴とする基板の検査方法。
2. 請求の範囲第１項の方法において、
   対応して構成されたテンプレートを用いる方法によって基板（１）の上のパターンの形成が行われ、
   目標とするデータセットが、そのテンプレートを生成するために用いられる制御データ（４）からフォーマットされる（２）ことを特徴とする基板の検査方法。
3. 請求の範囲第１項又は第２項の方法において、
   目標とするパターンの中の選択された区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）が検査（８）を受けることを特徴とする基板の検査方法。
4. 請求の範囲第１項〜第３項いずれかの方法において、
   異なる許容差データの部分集合が目標とするパターンの種々の区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）と関連することを特徴とする基板の検査方法。
5. 請求の範囲第１項〜第４項いずれかの方法において、
   データ処理（５）が、比較されるべき区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）に関して各々のデータセット及び／又は関連する許容差の編集が行われるように行われることが可能であることを特徴とする基板の検査方法。
6. 請求の範囲第１項〜第５項いずれかの方法において、
   光学的検出（６）がデジタルカメラの使用によって画素方式で行われることを特徴とする基板の検査方法。
7. 請求の範囲第６項の方法において、
   光学的検出（６）のために、デジタルカメラと実際のパターンが搭載されている基板との相対的な動きが行われることを特徴とする基板の検査方法。
8. 請求の範囲第７項の方法において、
   デジタルカメラが線型一画素幅のカメラであり、その長さは検査されるべき基板上の実際のパターンの領域の一線型寸法に対応し、かつ相対的な動きは、一線型寸法と直行する一画素のステップの大きさで行われることを特徴とする基板の検査方法。
9. 請求の範囲第８項の方法において、
   線型カメラが互い違いの方法で配列された線型副カメラによって形成されていることを特徴とする基板の検査方法。
10. 請求の範囲第１項〜第９項いずれかの方法において、
    検査されるべき実際のパターン（１ａ）が形成されている基板（１）自身が既に少なくとも一つの他のパターンを搭載し、かつ光学的検出が、その他のパターンと基板に関して検査されるべき実際のパターンを弁別するように構成されているか、又は行うようになっていることを特徴とする基板の検査方法。
11. 印刷又は構築的方法（３、４）を用いることによって基板（１）に形成された実際のパターン（１ａ）の検出のための光−電気的装置（６）と、
    光学的に検出された実際のパターン（１ａ）を目標とするパターンと比較し、比較に基づいて及び許容誤差を考慮して実際のパターン（１ａ）が設けられた観察された基板（１）を次の工程へすすめるかどうかを決定する比較装置（８）と、
    を有する所定のパターンが設けられた基板（１）の検査のための装置であって、
    光−電気的装置（６）によって検出されたパターンをデジタルデータの形態の実際のデータセットに変換するコンバーター（７）と、
    基板の上にパターンを形成する（３、４）ための制御データを目標とするデータセットに変換するフォーマット手段（２）と、
    前記比較装置（８）が、目標とするデータセットと実際のデータセットとが許容誤差を考慮して互いにデータ的に比較されるようにデータ処理を行う
    ことを特徴とする基板の検査装置。
12. 請求の範囲第１１項の装置において、
    基板（１）上へのパターンの形成が、対応するように構成されたテンプレート（４）を用いる方法によって達成され、
    前記フォーマット手段（２）が、テンプレートの製造のために用いられる制御データを目標とするデータセットにフォーマットする
    ことを特徴とする基板の検査装置。
13. 請求の範囲第１１項又は第１２項の装置において、
    目標とするパターンの選択された区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）が検査（８）を受けることを特徴とする基板の検査装置。
14. 請求の範囲第１１項〜第１３項のいずれかの装置において、
    異なる許容差データの部分集合が目標とするパターンの種々の区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）と関連づけされていることを特徴とする基板の検査装置。
15. 請求の範囲第１１項〜第１４項のいずれかの装置において、
    データ処理（５）が、比較されるべき区域（１ａ_１、１ａ_２、１ａ_３、１ａ_４）及び／又は関連付けされた許容差に関して各々のデータセットの編集が達成されるように行われることを特徴とする基板の検査装置。
16. 請求の範囲第１１項〜第１５項のいずれかの装置において、
    前記光学的検出器（６）がデジタルカメラを用いて画素方式で行われることを特徴とする基板の検査装置。
17. 請求の範囲第１６項の装置において、
    光学的検出のために、デジタルカメラ（６）と実際のパターンが搭載されている基板との相対的な動きが行われることを特徴とする基板の検査装置。
18. 請求の範囲第１７項の装置において、
    前記デジタルカメラ（６）が線型のカメラで一画素幅、その長さが検査されるべき基板上の実際のパターンの領域の一線型の寸法に対応し、相対的な動作が前記一線型の寸法に対して直行する方向の一画素のステップの大きさによって達成されることを特徴とする基板の検査装置。
19. 請求の範囲第１８項の装置において、
    前記線型カメラが、交互に配列された線型副カメラによって形成されていることを特徴とする基板の検査装置。
20. 請求の範囲第１１項〜第１９項のいずれかの装置において、
    検査されるべき実際のパターン（１ａ）が形成されている基板（１）が、既に少なくとも一つの他のパターンを搭載し、光学的検出が前記他のパターン及び基板に関して検査されるべき実際のパターン（１ａ）を弁別するように構成されているか又は行われることを特徴とする基板の検査装置。
21. 使用中に生じてくる欠陥のためにテンプレートの検査のための第２項〜１０項のいずれかの方法の適用、又は第１２項〜第２０項のいずれかの装置の使用。
    

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