JP2008175555A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱炉（ハウジング）を大きくする必要もなく、被写体を切断することもなく、大きな被写体中の関心領域を加熱する様子をリアルタイムで分析することができるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線測定光学系と、被写体Ｗの関心領域がＸ線透過範囲に含まれるように被写体を保持させる保持部１４と、赤外線ランプ４０により加熱される加熱空間が形成されるとともに、加熱空間の天井側にＸ線を透過し、かつ、加熱空間を熱的に遮蔽する上部窓３３が形成され、さらに上部窓３３の鉛直下方を含む加熱空間の底側に底部開口が形成されたハウジング３０とを備え、ハウジング３０の底部開口に被写体Ｗの関心領域が入るようにして底部開口を被写体Ｗで覆うとともに、上部窓３３で測定Ｘ線が透過するようにハウジング３０を被写体Ｗ上に被せておき、関心領域をランプ加熱しながらＸ線測定を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、物品を加熱しながらＸ線を照射することにより、高温下で物品の内部構造や内部状態を検査するＸ線検査装置に関する。本発明は、例えば、プリント基板にＩＣ等を実装する際に用いるハンダの高温状態でのＸ線分析に適用することができる。

Ｘ線検査装置は、例えば、表示装置に画像表示されるＸ線画像によって、外観検査から判断できないハンダ内部の不良等を観察することができるため、プリント基板やプリント基板上に搭載される実装部品を検査することに利用される。特に、近年採用されているＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージでは、図５に示すように、プリント基板５１上のＢＧＡパッケージ５２の底面全体に多数のハンダボール（以下、「ピン」ともいう）Ｐが配列しており、その中央部分のハンダボールＰの接合状態については目視による検査が困難であるため、Ｘ線検査装置で透視Ｘ線像を撮影することにより検査する方法が有効である。

また、ＢＧＡパッケージ５２をプリント基板５１に実装するハンダ付工程を分析することが行われている。例えば、ハンダ中のボイド、ハンダボールＰの発生、ハンダの濡れ及び拡がりに係る現象をリアルタイムに観察している。このとき、ハンダを溶融可能な２５０℃前後の高温に加熱するが、Ｘ線源及びＸ線検出器は高温環境に耐えられないため、ハンダを溶融する熱がＸ線源及びＸ線検出器に伝達しないようにする必要がある。そこで、２５０℃前後の高温環境での検査が行える耐熱対策を施したＸ線検査装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このようなＸ線検査装置６０は、図６に示すように、Ｘ線源６１を加熱炉６２の下方に配置するとともに、Ｘ線源６１により測定Ｘ線が照射された被写体Ｗの透視Ｘ線像を撮影するＸ線検出器６３を、加熱炉６２の上方に配置している。

加熱炉６２においては、透視用Ｘ線は透過するが耐熱防御を可能にする耐熱隔壁７１、７２、７３（例えばチタンの薄板）が、加熱炉６２の底蓋位置に２枚、上蓋位置に１枚配設されている。これにより、加熱炉６２内の熱がＸ線源６１及びＸ線検出器６３に伝達しないようにするとともに、Ｘ線源６２からＸ線検出器６３に測定Ｘ線が到達することを可能としている。つまり、加熱炉６２を縦方向（鉛直方向）に貫通するＸ線光軸Ｘ１で示すように、Ｘ線源６１から加熱炉６２の内部へ向けて照射された測定Ｘ線は、加熱炉６２の底蓋位置にある２枚の耐熱隔壁７１、７２を貫通し、プリント基板５１及びその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所を透視した後、加熱炉６２の上蓋位置にある耐熱隔壁７３を貫通して、Ｘ線検出器６３まで到達する。

このように、熱が外部に伝達しないように加熱炉６２を密閉空間にし、加熱炉６２内に被写体Ｗ（プリント基板５１及びＢＧＡパッケージ５２）を入れて、加熱炉６２内に配設された発熱体６４から発生した熱によって被写体Ｗを加熱することにより、ＢＧＡパッケージ５２をプリント基板５１に実装するハンダ付工程を分析している。
特開２００５−３５３７１２号公報

ところで、上述したような従来のＸ線検査装置６０においては、加熱炉６２が密封空間を形成しているため、加熱炉６２に入れる被写体Ｗの大きさは、加熱炉６２より小さいものとしなければならなかった。つまり、大きな被写体Ｗを加熱する場合には、加熱炉６２を大きくしなければならず、加熱炉６２が小さいものであるときには、被写体Ｗの関心領域のみとなるように小さく切断する必要があった。
そこで、本発明は、加熱炉（ハウジング）を大きくする必要もなく、被写体を切断することもなく、大きな被写体中の関心領域を加熱する様子をリアルタイムで分析することができるＸ線検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のＸ線検査装置は、被写体を挟んで上方側にＸ線検出器、下方側にＸ線源が配置され、Ｘ線源からＸ線検出器に向かう測定Ｘ線が被写体を透過するＸ線透過範囲についての透過Ｘ線像を検出するＸ線測定光学系と、被写体の関心領域がＸ線透過範囲に含まれるように被写体を保持させる保持部と、赤外線ランプにより加熱される加熱空間が形成されるとともに、加熱空間の天井側にＸ線を透過し、かつ、加熱空間を熱的に遮蔽する上部窓が形成され、さらに上部窓の鉛直下方を含む加熱空間の底側に底部開口が形成されたハウジングとを備え、ハウジングの底部開口に被写体の関心領域が入るようにして底部開口を被写体で覆うとともに、上部窓で測定Ｘ線が透過するようにハウジングを被写体上に被せておき、関心領域をランプ加熱しながらＸ線測定を行うようにしている。

ここで、保持部は、被写体を直接保持するようにしてもよいし、Ｘ線測定を行う上で支障のない材料、形状の支持部材の上に被写体を載せ、支持部材を介して被写体を保持するようにしてもよい。
また、上部窓は、測定Ｘ線を透過し、かつ、加熱空間を熱的に遮蔽することができる材料であれば特に限定されないが、特にアルミの薄板（厚さ0.1ｍｍ〜0.5ｍｍ）を使用するのが好ましい。
加熱空間は赤外線ランプにより加熱されるが、赤外線ランプは加熱空間の中に取り付けてもよいし、加熱空間の外に取り付けてもよい。

本発明によれば、被写体の関心領域はハウジングで覆われ、ハウジングと被写体自身とにより、ほぼ密閉される。この状態で、赤外線ランプによって加熱空間が加熱されると、関心領域も加熱され高温状態になる。一方、加熱空間はハウジングと被写体自身とにより密閉されているため、加熱空間の外側には熱が放出されることがほとんどなく、低温に維持される。したがって、Ｘ線源やＸ線検出器には熱による影響はない。そして、Ｘ線源からＸ線を照射させると、Ｘ線検出器に向かう測定Ｘ線は、関心領域を含んだ被写体のＸ線透過範囲を透過し、さらに上部窓を透過し、Ｘ線検出器に至り、関心領域を含んだ透過Ｘ線像が検出される。

本発明のＸ線検査装置によれば、被写体上の関心領域に対するＸ線検査を行う際に、大きなハウジング（すなわち大きな加熱空間）を用意する必要もなく、また、被写体を切断することもなく、被写体中の一部分である関心領域を、高温に加熱しながらリアルタイムで分析することができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、ハウジングの加熱空間内に赤外線ランプが取り付けられ、加熱空間内面には赤外線ランプから照射される赤外線を反射する反射面が形成され、この反射面はハウジングを被写体上に被せた状態で、反射面で反射した赤外線を関心領域に導くように形成されるようにしてもよい。
本発明によれば、ハウジングの加熱空間内に赤外線ランプが取り付けられ、赤外線ランプから照射される赤外線のうち、反射面で反射された赤外線は関心領域に導かれる。これにより、関心領域は集中的に加熱され、局所的に強く加熱することができるようになる。

ここで、反射面は、赤外線ランプが取り付けられる第一焦点と、第一焦点から照射され反射面で反射した赤外線が集束する第二焦点とが規定される楕円面が形成されるようにしてもよい。
これにより、反射面で反射した赤外線は第二焦点に集中するので、この点を関心領域に一致させることで、関心領域を高温に維持しつつＸ線測定を行うことが容易になしえる。

また、上記発明において、被写体は、電子部品実装基板であってもよい。
これにより、電子部品実装基板上のハンダ部分等を、高温状態でＸ線測定することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示す縦断面図であり、図２は、図１に示すＸ線検査装置のＡ−Ａ線の横断面図である。Ｘ線検査装置１は、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを有するＸ線測定光学系と、被写体Ｗを載置する保持部１４と、赤外線を照射する加熱部４０と、左ボディ３１と右ボディ３２と上部耐熱隔壁３３（上部窓）とを有するハウジング３０と、保持部駆動機構（図示せず）と、Ｘ線検査装置１全体の制御を行う制御系（コンピュータ）（図示せず）とにより構成される。ここでは、被写体ＷとしてＢＧＡパッケージ５２をプリント基板５１に実装するハンダ付工程を分析する場合を例にして説明する。

Ｘ線測定光学系は、Ｘ線検出器１２とＸ線源１１とを有する。Ｘ線検出器１２とＸ線源１１とは、Ｘ線光軸Ｘ１（図１参照）が縦方向（鉛直方向）となるように配置される。Ｘ線検出器１２は、イメージインテンシファイア（以下ＩＩと略す）と、このＩＩの裏面に一体的に取り付けられたＣＣＤカメラとを有する。一方、Ｘ線源１１は、Ｘ線を円錐状に照射する。照射されたＸ線のうち、ＩＩに向かうＸ線（以下、測定Ｘ線と呼ぶ）は、被写体の一部を透過することになる。この測定Ｘ線が透過される被写体の一部分を、ここではＸ線透過範囲と呼ぶ。ＩＩが測定Ｘ線を検出することにより、Ｘ線透過範囲の蛍光像を形成することになる。さらに、この蛍光像をＣＣＤカメラで撮影することによって、測定Ｘ線の映像信号がコンピュータに出力される。

例えば、平板形状の被写体Ｗ（ＢＧＡパッケージ５２及びプリント基板５１）におけるＢＧＡパッケージ５２の部分を測定するときには、Ｘ線源１１から照射された測定Ｘ線は、プリント基板５１及びその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２を透過した後、上部耐熱隔壁３３を透過し、Ｘ線検出器１２まで到達するように設定されることになる。

保持部１４は、左側レール部材１４ａと、右側レール部材１４ｂとを横平面内で平行にして結合する結合部１４ｃを有する。保持部１４は、保持部駆動機構により、Ｘ線光軸Ｘ１と同一方向であるｘ方向（縦方向）と、ｘ方向に直交するｙ方向と、ｘ方向及びｙ方向に直交するｚ方向とに移動可能に設けられている。そして、左側レール部材１４ａ及び右側レール部材１４ｂの上面に、被写体Ｗは載置されることになる。これにより、例えば、プリント基板５１及びその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所を、測定Ｘ線及び赤外線が照射される位置に調整することができる。
保持部駆動機構は、駆動用モータを有する。なお、保持部駆動機構の制御は、コンピュータから出力された駆動信号が与えられることによって実行される。

加熱部４０は、２個の赤外線ランプ４０ａ、４０ｂを有する。各赤外線ランプ４０ａ、４０ｂは、棒状の管球体４１及び電極４２からなる。赤外線ランプ４０ａ、４０ｂの管球体４１内部には一対の電極４２が直線状に配設され、各電極４２の一端側が管球体４１の中央で対向するようにしてある。よって、各赤外線ランプ４０ａ、４０ｂは、管球体４１の中央から全方向に赤外線を出射することになる。また、各電極４２のそれぞれの他端側が管球体４１の両端面から外部に延出されて外部電源（図示せず）に接続されるようにしてある。赤外線ランプ４０ａ、４０ｂは、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ等である。

ハウジング３０は、それぞれアルミニウム合金で作られた左ボディ３１と右ボディ３２と上部耐熱隔壁３３とを用いて組み立てることで、下部側に開口を有する下部開放型箱形状をなすように作られ、その内部には、２個の赤外線ランプ４０ａ、４０ｂを収納するための空間（加熱空間と呼ぶ）が形成されており、また、左ボディ３１と右ボディ３２との内壁面が凹面反射鏡３１ａ、３２ａとなるように鏡面仕上げしてあるものである。

上部耐熱隔壁３３は、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの板形状であり、上部耐熱隔壁３３の材料としては、測定Ｘ線は透過するとともに耐熱防御を可能にするものであり、例えば、アルミニウム合金が用いられる。また、上部耐熱隔壁３３の板形状の外側周辺を左ボディ３１と右ボディ３２との上面に締結することにより、気密に封止されるようにしてある。これにより、上部耐熱隔壁３３は、測定Ｘ線を上方に透過させるとともに、ハウジング３０内の熱が上方のＸ線検出器１２に伝達することを防止することができる。

左ボディ３１と右ボディ３２との凹面反射鏡３１ａ、３２ａは、側面から見ると、楕円形状の一部を有するものである。また、左ボディ３１の内部に配置される１個の赤外線ランプ４０ａは、管球体４１の中央である発光中心が、凹面反射鏡３１ａの第一焦点の近傍となるように配置される。同様に、右ボディ３２の内部に配置される他の１個の赤外線ランプ４０ｂは、管球体４１の中央である発光中心が、凹面反射鏡３２ａの第一焦点の近傍となるように配置される。さらに、凹面反射鏡３１ａ、３２ａの第二焦点は同一の位置となるようにされており、かつ、赤外線ランプ４０ａと赤外線ランプ４０ｂとは、同一の縦断面に配置される。これにより、赤外線ランプ４０ａ、４０ｂから出射された赤外線のうち凹面反射鏡３１ａ、３２ａで反射された赤外線は、凹面反射鏡３１ａ、３２ａの第二焦点に集束することになる。よって、上述したように、保持部１４でプリント基板５１とその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所が第二焦点にくるように保持されていると、ハンダ付箇所が赤外線で加熱されることになる。
このとき、赤外線ランプ４０ａ、４０ｂは、測定Ｘ線が通過しない位置（すなわち図１に示すような斜め上方位置）に配置されるとともに、第二焦点は、測定Ｘ線が透過する位置（Ｘ線透過範囲）に配置されることになる。これにより、プリント基板５１とその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所を透視用Ｘ線で透視することができる。

なお、左ボディ３１及び右ボディ３２の側壁によって、赤外線ランプ４０ａ、４０ｂの管球体４１の両端部分は支持される。また、左ボディ３１と右ボディ３２の材料としては、耐熱防御を可能にし、かつ、内面に反射効率のよい鏡面を加工することが容易な金属、例えばアルミニウム合金がよい。

さらに、左ボディ３１及び右ボディ３２の下部の外側全周辺には、柔軟性を有するスカート部３１ｂ、３２ｂが設けられ、保持部１４でハウジング３０の下方に被写体Ｗ（ＢＧＡパッケージ５２及びプリント基板５１）が保持されると、被写体Ｗの上面と接触することになる。スカート部３１ｂ、３２ｂは、耐熱防御をより確実にするものであり、例えば、アルミニウム合金や樹脂が用いられる。これにより、ハウジング３０内の熱が下方のＸ線源１２に伝達することを確実に防止することができる。

また、左ボディ３１とＸ線検査装置１内の固定箇所とを連結するように、左ボディ３１には、図１に示す紙面に垂直な方向を軸とするヒンジ部３１ｃが設けられるとともに、右ボディ３２の下面を支えるようにハウジング支持部３２ｃがＸ線検査装置１内の固定箇所に設けられている。これにより、ハウジング３０を、ヒンジ部３１ｃを軸として回動可能となり、被写体Ｗの観察状態と被写体Ｗの非観察状態とに変化させることができる。

以上のように、Ｘ線検査装置１によれば、ハウジング３０を縦方向に貫通するＸ線光軸Ｘ１で示すように、Ｘ線源１１からハウジング３０の内部へ向けて照射された測定Ｘ線は、ハウジング３０の下方にあるプリント基板５１及びその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所を透視した後、ハウジング３０の上蓋位置にある上部耐熱隔壁３３を貫通して、Ｘ線検出器１２まで到達する。
同時に、赤外線ランプ４０ａ、４０ｂから照射された赤外線のうち、凹面反射鏡３１ａ、３２ａで反射された赤外線はハンダ付箇所に集束することになる。つまり、ハンダ付箇所が反射赤外線で集中加熱されることになる。このとき、ハウジング３０の下方は開放されているが、ハウジング３０の下方に配置された被写体Ｗが観察対象であるとともに、被写体Ｗが耐熱隔壁の役割を果たすため、下方のＸ線源１１に熱が伝達することを防止することができる。
よって、Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２を破損することなく、しかも保持部１４で大きな被写体Ｗでも保持することができる。したがって、大きな被写体Ｗ中の関心領域を加熱する様子をリアルタイムで分析することができる。
また、Ｘ線源１１のすぐ上方に被写体Ｗが配置されるので、Ｘ線源１１から照射された測定Ｘ線は、Ｘ線量を減衰させる部材を通過することもなく、被写体Ｗの関心領域に到達することができる。

（第二の実施形態）
図３は、本発明の一実施形態である他のＸ線検査装置の構成を示す縦断面図であり、図４は、図３に示すＸ線検査装置のＢ−Ｂ線の横断面図である。Ｘ線検査装置１０１は、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを有するＸ線測定光学系と、被写体Ｗを載置する保持部１１４と、赤外線を照射する加熱部１４０と、ボディ１３１と上部耐熱隔壁１３３とを有するハウジング１３０と、Ｘ線検査装置１０１全体の制御を行う制御系（コンピュータ）とにより構成される。なお、Ｘ線検査装置１と同様のものについては、同じ符号を付すとともに、その説明を省略する。

保持部１１４は、中央部の厚さが薄くなっている板形状のテーブルであり、保持部１１４の材料としては、測定Ｘ線は透過するとともに耐熱防御を可能にするものであり、例えば、アルミニウム合金が用いられる。そして、保持部１１４の上面に、被写体Ｗは載置されることになる。
加熱部１４０は、１個の円環状の赤外線ランプである。加熱部（赤外線ランプ）１４０は、円形状の各点から全方向に赤外線を出射するものである。

ハウジング１３０は、アルミニウム合金で作られたボディ１３１と上部耐熱隔壁１３３とを用いて組み立てることで、下部に開口を有する下部開放型箱形状をなすように作られ、その内部には、１個の赤外線ランプ１４０を収納するための空間（加熱空間）が形成されており、また、ボディ１３１の内壁面が凹面反射鏡１３１ａとなるように鏡面仕上げしてあるものである。
上部耐熱隔壁１３３は、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの円板形状である。また、上部耐熱隔壁１３３の円板形状の外側周辺をボディ１３１の上面に締結することにより、気密に封止されるようにしてある。
ボディ１３１の凹面反射鏡１３１ａは、縦断面が楕円形状の一部となるようにくり抜いた形状にしてある。また、ボディ１３１の内部に配置される１個の赤外線ランプ１４０は、円環状の発光部が、凹面反射鏡１３１ａの第一焦点の近傍となるように配置される。このとき、凹面反射鏡１３１ａの第二焦点は一点となる。これにより、ランプ１４０から出射された赤外線のうち、凹面反射鏡１３１ａで反射した赤外線は、凹面反射鏡１３１ａの第二焦点に集束することになり、この点を集中加熱する。

以上のように、Ｘ線検査装置１０１によれば、ハウジング１３０を縦方向に貫通するＸ線光軸Ｘ１で示すように、Ｘ線源１１からハウジング１３０の内部へ向けて照射された測定Ｘ線は、保持部１１４の中央部を貫通し、ハウジング１３０の下方にあるプリント基板５１及びその上に載置されたＢＧＡパッケージ５２との間に位置するハンダ付箇所を透視した後、ハウジング１３０の上蓋位置にある上部耐熱隔壁１３３を貫通して、Ｘ線検出器１２まで到達する。
一方、ランプ１４０から照射された赤外線は、凹面反射鏡１３１ａで反射することによりハンダ付箇所の一点に集束することになる。つまり、ハンダ付箇所が赤外線で加熱されることになる。このとき、ハウジング１３０の下方は開放されているが、ハウジング１３０の下方に配置された被写体Ｗが観察対象であるとともに、被写体Ｗが耐熱隔壁の役割を果たすため、下方のＸ線源１１に熱が伝達することを防止することができる。
よってＸ線源１１及びＸ線検出器１２を破損することなく、しかも保持部１１４で大きな被写体Ｗでも保持することができる。したがって、大きな被写体Ｗ中の関心領域を加熱する様子をリアルタイムで分析することができる。

本発明は、例えば、ＢＧＡパッケージをプリント基板に実装するハンダ付工程を分析するためのＸ線検査装置に利用することができる。

本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示す縦断面図である。 図１に示すＸ線装置のＡ−Ａ線の横断面図である。 本発明の一実施形態である他のＸ線検査装置の構成を示す縦断面図である。 図３に示すＸ線装置のＢ−Ｂ線の横断面図である。 プリント基板に搭載されたＢＧＡパッケージの一例を示す斜視図である。 従来のＸ線検査装置の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１０１： Ｘ線検査装置
１１： Ｘ線源
１２： Ｘ線検出器
１４、１１４： 保持部
３０、１３０： ハウジング
３１ａ、３２ａ： 凹面反射鏡
３３、１３３： 耐熱隔壁（上部窓）
４０、１４０： 赤外線ランプ
Ｗ： 被写体

Claims (4)

1. 被写体を挟んで上方側にＸ線検出器、下方側にＸ線源が配置され、Ｘ線源からＸ線検出器に向かう測定Ｘ線が被写体を透過するＸ線透過範囲についての透過Ｘ線像を検出するＸ線測定光学系と、
   被写体の関心領域がＸ線透過範囲に含まれるように被写体を保持させる保持部と、
   赤外線ランプにより加熱される加熱空間が形成されるとともに、加熱空間の天井側にＸ線を透過し、かつ、加熱空間を熱的に遮蔽する上部窓が形成され、さらに上部窓の鉛直下方を含む加熱空間の底側に底部開口が形成されたハウジングとを備え、
   ハウジングの底部開口に被写体の関心領域が入るようにして底部開口を被写体で覆うとともに、上部窓で測定Ｘ線が透過するようにハウジングを被写体上に被せておき、関心領域をランプ加熱しながらＸ線測定を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
2. ハウジングの加熱空間内に赤外線ランプが取り付けられ、加熱空間内面には赤外線ランプから照射される赤外線を反射する反射面が形成され、この反射面はハウジングを被写体上に被せた状態で、反射面で反射した赤外線を関心領域に導くように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記反射面は、赤外線ランプが取り付けられる第一焦点と、第一焦点から照射され反射面で反射した赤外線が集束する第二焦点とが規定される楕円面が形成されてなることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 前記被写体は、電子部品実装基板であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。

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