JP2009300351A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路パターンの検査において、ソルダレジストが塗布された部分は画像データの輝度が低くなるため、画像処理を利用した欠陥検査では回路パターンを取得しにくかった。ソルダレジストが塗布された部分の回路パターンを得るためには、照射する光を強くする必要があるが、ソルダレジストを塗布しなかった部分は白飛びになってしまい、ソルダレジストがある部分と無い部分を検査するための検査装置が必要であった。
【解決手段】回路パターンに光を照射する照明手段と、前記回路パターンの画像データを取得する撮像手段と、撮像手段によって得られた画像データ中の反射光強度分布が異なる領域の画素値を各々１箇所以上測定する画素値測定手段と、測定された画素値に基づいて回路パターンに照射する光の照射角度を調整する光照射角度調整手段と、撮像手段によって得られた画像データに基づいて欠点を検出する欠点検出手段を有する回路パターンの検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板回路パターン、ＬＳＩ回路パターンの欠陥を画像処理により自動的に検査する回路パターンの検査装置および検査方法に関する。

回路パターンの欠陥検査方法は、基準となるパターンと検査対象となる被検査物を比較し、その違いを欠陥として検出する方法が従来から提案されている（特許文献１参照）。

ところで、回路パターンの中にはソルダレジストを塗布してパターンを保護している部分がある。ソルダレジストは回路パターン中の銅箔部分の酸化防止や半田付けが予定されている部分以外の半田付けによる短絡防止や配線パターンの機械的な保護の目的で、回路パターン中の半田付け予定部分以外の部分に塗布される。

従ってソルダレジストには、電気絶縁性、耐熱性、耐候性などが要求される。そのため、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン、ポリイミド樹脂といった熱硬化性の樹脂が主として利用される。通常は目視検査時に検査員の視覚疲労を軽減するために緑色の半透明に着色されている。

つまり、回路パターン中には、緑色の半透明になった部分とそうでない部分が混在する場合がある。ソルダレジストを塗布された部分は、画像データとしては、輝度が低い部分となり、塗布されていない部分は輝度は高い部分となる。回路パターンの検査装置は、このように輝度の高い部分と低い部分の欠陥検査に対応する必要がある。

このような要求に対して、特許文献２では、検査装置に、ソルダレジスト塗布部分用とソルダレジストがない部分用の２種類の照明を用意する発明が開示されている。これらの２種類の照明はその設置角度が異なっており、一方の照明はソルダレジストが無い部分の検査用に出射光量が調整され、他方の照明はソルダレジストがある部分の検査用に出射光量が調整されている。ある被検査物に対して、２つの照明を切り替えて照射し、２回検査することで、ソルダレジストが塗布された部分とそうでない部分を検査しようとするものである。
特公昭５９−０２４３６１号公報 特開２００７−１３９６７６号公報

しかしながら、特許文献２の装置では、照明が２種類必要となるので装置コストが高くなる。さらに、１つの被検査パターンに対して２回検査する必要がある。この場合、検査時間が長くなるうえに、撮像手段としてラインセンサカメラを用いた場合、被検査物を往復させる機構が必要となり、被検査物搬送の機構が複雑になると言う問題が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みて想到されたものである。すなわち、短い検査時間でかつ、簡単な搬送機構によって、ソルダレジストが塗布された部分とそうでない部分の欠陥検査を行える装置及び方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、光の反射光強度分布が異なる領域を有する回路パターンの欠陥検査を行う回路パターンの検査装置であって、回路パターンに光を照射する照明手段と、前記回路パターンの画像データを取得する撮像手段と、撮像手段によって得られた画像データ中における、回路パターン表面の反射光強度分布が異なる領域の画素値を各々１箇所以上測定する画素値測定手段と、測定された画素値に基づいて回路パターンに照射する光の照射角度を調整する光照射角度調整手段と、撮像手段によって得られた画像データに基づいて欠点を検出する欠点検出手段を有する回路パターンの検査装置である。

本発明は、照射する光の角度を変化させることによってソルダレジストが塗布された部分、塗布されていない部分におけるリード線のカメラ受光レベルを同一にできるので、１回の検査で、ソルダレジストがある部分と無い部分における回路パターンリード線の欠点を検査できるという効果を有する。

本発明の検査装置についての詳細を説明する。

図１に本発明の検査装置の構成を示す。本発明の検査装置は、撮像手段１、照明手段２、画像処理手段３、光照射角度調整手段６を含む。さらに画像処理手段３は、撮像画像中の所定位置の画素値を測定する画素値測定手段４と撮像画像に基づいて欠点を検出する欠点検出手段５を含む。

撮像手段１は、被検査物１０の一面側に、被検査物１０表面に対して垂直な方向に配置され、被検査物１０の表面を撮像し、画像データを取得する。従って、受光した光を電子データに変換するため光変換素子に被検査物１０の表面の像を取り込むためのレンズ系を含む。光変換素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳが好適に利用することができ、撮像手段１としては、光変換素子が２次元に配列されたエリアセンサカメラや、光変換素子が１次元に配列されたラインセンサカメラを用いることができる。

ラインセンサカメラを用いる場合は、撮像手段１の光変換素子の配列方向と垂直な方向に、被検査物１０と撮像手段１を相対的に移動させるための図示していない搬送手段を用い、被検査物１０と撮像手段１を相対的に移動させながら撮像することが好ましい。

撮像手段１としては、一般的に撮像視野幅方向の画素数を多くできるなどの理由からラインセンサカメラの方が好ましい。また、撮像手段１の光変換素子の数については、被検査物１０の検査領域や検出したい欠点のサイズなどに応じて決定することができる。

撮像手段１の電子データ出力方式はデジタル、アナログどちらでもよい。デジタル方式の場合は、各変換素子の電子データをデジタル値に量子化して出力する。量子化する際は８ビットや１０ビットのデジタル値に変換する。アナログ方式の場合は、各光変換素子の電子データを電圧に変換して出力する。この場合、後述する画像処理手段３に撮像手段１からのアナログデータをデジタルデータに変換する機能を備えていることが好ましい。

照明手段２は被検査物１０に対して撮像手段１と同じ面側に配置され、光照射角度がθとなるように配置されている。ここで照明手段２の光照射角度とは、照射光の光照射強度分布のうち最も強い方向と、被検査物１０の検査面に対し垂直方向との間の角度である。照明手段２の光源としては、点光源でも良いし、撮像手段１の視野幅方向に平行なライン照明を配置しても良い。また、照明は１つでも良いし、複数の照明をそれぞれの照明の光照射角度をθに設定して配置しても良い。複数配置すると、被検査物１０の表面に、複数の方向から光が照射されることになる。複数の方向から光を照射することにより、撮像手段１の撮像範囲を均一に照射することができるので、撮像範囲全体について検査精度を均一にすることができるので、好ましい態様である。

複数の照明を用いる場合、例えば点光源の場合は、前記照明と同様の照明を撮像手段１に対して前記照明と反対側に配置して２方向から光を照射することができる。あるいは、複数の照明を撮像手段１の撮像軸を中心に、多角形あるいは円形に配置してそれぞれの照明の光照射角度をθに設定して配置しても良い。また、ライン照明の場合も、視野幅方向の両端側に設置することにより２方向から照射することができる。ライン照明の場合、一定の範囲を均一に照射することができるので好ましい態様である。

さらに、照明手段２から照射される光は指向性が高いことが好ましい。ここでの指向性とは、照明手段２の光照射端の一点から出射される光の広がりを表しており、指向性が高い光とはある一点から出射された光のほとんどが狭い角度の範囲内へ進む光のことを言う。一方、指向性が低い光とは、ある一点から出射された光が様々な方向へ進む光のことを言う。本発明では、出射される光の６０％以上の光が、最も強い光量の方向に対して±３０°の範囲内に進む程度に指向性が高いことが好ましい。

照明手段２の種類としては、ＬＥＤ、光ファイバをライン型や矩形などに配列したものでもよい。光ファイバの場合、光源としてはハロゲンやメタルハライドなどを用いることができる。どの種類においても、光量調整可能であることが好ましい。ＬＥＤは白色の他、赤や緑、青などを用いることができる。

光照射角度調整手段６は、先に述べた照明手段２から照射される光の強度分布の最も強い照射角度θを変えるように照明手段２の角度を調整するものである。光照射角度調整手段６と照明手段２がステップモータなどで接続されており、光照射角度調整手段６からの信号に応じてモータを回転させることによって前記角度を調整する方法などを用いることができる。角度を変えると、被検査物１０の表面に対する照射位置が変化するので、照明手段２を移動できる機構を備えていても良い。

なお、角度の調整は手動で行うこともできる。例えば、モータを手動で回転できるようにしておき、撮像手段１が撮像して得られた画像データ中の予め決められた位置における画素値を、図示しないモニタに表示し、画素値に基づいてモータを手動で回転する方法などを用いることができる。しかし、モニタに表示される画素値を見ながら手動で光照射角度を調整するより、画素値測定手段４によって画素値を測定して自動で光照射角度を調整する方が、光照射角度を調整するのに要する時間を少なくできるので、自動の方が好ましい態様である。

次に、画像処理手段３について説明する。画像処理手段３は撮像手段１と電気的に接続されており、撮像手段１が撮像した画像データを入力できる。画像データは画像処理手段３中の画素値測定手段４と欠点検出手段５に入力される。画素値測定手段４は光照射角度調整手段６と電気的に接続されており、画像データ中の予め決められた位置における画素値を測定する。このとき、画像データ中の反射光強度分布が異なる領域の画素値を各々１箇所以上測定する。測定データ値に基づいて光照射角度調整量を算出し、光照射角度調整手段６へ出力する。

欠点検出手段５は、欠点検出手段５内に予め記憶しておいた被検査物１０の正常パターンデータと撮像手段１によって得られた被検査物１０の画像データを比較し、比較結果に基づいて被検査物１０の回路パターンの欠点を検出する。

ここで、被検査物１０とは図２に示すような回路パターンであり、ベースフィルム１１上にリード線１２が形成されており、さらにソルダレジスト１３が塗布されている部分と塗布されていない部分が存在する。回路パターンの欠点とは、回路のリード線が断線した「オープン」や、リード線幅が正常より細い「欠け」、正常なパターンでは接続されていないリード線同士が接続されている「ショート」などがある。

また、上記被検査物１０の正常パターンは、欠点の無い回路パターンを撮像して得られたデータや、回路パターンの設計図などを用いることができる。

次に、本発明の検査装置を用いて回路パターンを検査する方法について説明する。

まず、照明手段２の角度を調整する方法について説明する。照明手段２の初期照射角度で被検査物１０に光を照射し、撮像手段１で被検査物１０表面を撮像する。撮像手段１がエリアセンサカメラの場合、被検査物１０と撮像手段１は相対的に静止した状態で撮像することが好ましい。撮像手段１がラインセンサカメラの場合は、被検査物１０と撮像手段１は相対的に静止していても移動していてもよい。

エリアセンサカメラを用いる場合においても、ラインセンサカメラを用いる場合においても、被検査物１０を撮像する領域内に、ソルダレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分が含まれるように画像データを取得する。

撮像手段１で得られた画像データは、画像処理手段３中の画素値測定手段４へ入力される。画素値測定手段４は画像データ中の、ソルダレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分の位置を予め決定しておき、画像データ中のソルダレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分の画素値を測定する。画素値の測定は、ソルダレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分について各々１箇所ずつ測定しても良いし、各々複数箇所を測定してその平均値などを各領域での画素値としても良い。また、リード線部分をソルダレジストの存在する領域から存在しない領域へ連続的に走査しながら画素値を測定していき、領域の界面での画素値の変化量を読みとっても良い。もちろん、走査する方向は逆方向、すなわち、ソルダレジストの存在しない領域から存在する領域へかけてでもよい。

あるいは、得られた画像データを画素値に応じて４つのエリアに分け、最も画素値が大きいエリアと２番目に大きいエリアの差を測定することもできる。これは、得られた画像データには（１）ソルダレジストで覆われていないリード線部分、（２）ソルダレジストで覆われたリード線部分、（３）ソルダレジストで覆われていないベースフィルム部分、（４）ソルダレジストで覆われたベースフィルム部分、の４種類が存在し、（１）の画素値が最も大きく、（１）→（２）→（３）→（４）の順に画素値が小さくなるからである。

これらの画素値の差、または画素値の変化量が所定の値以下であれば、照明手段２の光照射角度は適しており、光照射角度を調整する必要無しと判断する。

ソルダレジストで覆われたリード線部分の画素値がソルダレジストで覆われていないリード線部分の画素値より所定の値以上大きい場合は、画素値測定手段４は、照明手段２の光照射角度θを小さくするように、光照射角度調整手段６へ信号を送る。逆に、ソルダレジストで覆われたリード線部分の画素値がソルダレジストで覆われていないリード線部分の画素値より所定の値以上小さい場合は、照明手段２の光照射角度を大きくするように、光照射角度調整手段６へ信号を送る。

上記のように、ある光照射角度で被検査物１０に光を照射し、被検査物１０表面を撮像手段１で撮像して画像データを取得してソルダレジストが塗布されている部分と塗布されていない部分の画素値を測定し、それぞれの画素値の差に基づいて照明手段２の光照射角度を調整する、というステップを繰り返し、照明手段２の光照射角度を適切な位置へ調整する。

ここで、光照射角度の調整量は、一回の撮像につき１°、２°など所定の値だけ変化させてもよいし、画素値の差が大きい場合は調整量を大きくし、画素値の差が小さい場合は調整量を小さくするという方法を用いても良い。

次に、照明手段２の角度調整について、ソルダレジストで覆われたリード部分の画素値が、覆われていないリード線部分の画素値より大きい場合に角度を小さく、逆にソルダレジストが塗布されている部分の方が画素値が小さい場合に角度を大きくする理由について説明する。

図３に、回路パターンの断面を示す。ベースフィルム１１に回路パターンであるリード線１２が形成されており、一部にソルダレジスト１３が塗布されている。

ここに光照射角度θで入射光２０を照射された場合における、リード線１２の表面、すなわちソルダレジスト１３が塗布されている部分と塗布されていない部分での光の反射の特徴を示す。

リード線１２の表面は、ほとんど鏡面に近いので、反射光強度分布３１は正反射成分が多く、被検査物１０の表面に対して垂直な方向に配置されている撮像手段１の方向へ向かう光は少ない。一方、ソルダレジスト１３が塗布された部分は、照明手段２から照射された光がリード線１２の表面に反射するまでにソルダレジスト１３内部の粒子１４によって散乱するため、リード線１２の表面には照明手段２から照射された光より指向性が低い光が照射される。そして、リード線１２の表面で反射した光は再度ソルダレジスト１３内部の粒子１４によって散乱する。したがって、ソルダレジスト１３を通過した反射光強度分布３０は入射光に比べて指向性が低くなっている。

図４に光照射角度θが大きい場合における、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の反射光強度分布３０（図４（ａ））、ソルダレジスト１３で覆われていないリード線部分の反射光強度分布３１（図４（ｂ））を示す。ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の方が、ソルダレジスト１３で覆われていないリード線部分の反射光における撮像手段１へ向かう方向の光４１に比べて、ソルダレジストで覆われたリード線部分における撮像手段１へ向かう方向の光４０は多くなる。したがって、光照射角度θが大きい場合は、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の方が、塗布されていない部分より画素値が大きくなる。

図５に光照射角度θが小さい場合における、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の反射光強度分布３０（図５（ａ））、ソルダレジスト１３で覆われていないリード線部分の反射光強度分布３１（図５（ｂ））を示す。ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の方が、ソルダレジスト１３で覆われていないリード線部分の反射光における撮像手段１へ向かう方向の光４１に比べて、ソルダレジストで覆われたリード線部分における撮像手段１へ向かう方向の光４０は少なくなる。したがって、光照射角度θが大きい場合は、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の方が、覆われていないリード線部分より画素値が小さくなる。

そこで、図６に示すように、光照射角度θを適切な角度θ’とすることにより、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分の反射光における撮像手段１に向かう方向の光４０（図６（ａ））と覆われていないリード線部分の反射光における撮像手段に向かう方向の光４１（図６（ｂ））が同程度の量となるため、画素値の差を所定の値より小さくすることが可能となる。

θ’は、ソルダレジスト１３の厚さやソルダレジスト１３に含まれる粒子１４の濃度などによって異なる。ソルダレジスト１３が異なる品種を検査するたびに、上記に示す方法によって光照射角度を調整することによってソルダレジスト１３で覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分の画素値を同程度にすることが可能である。このように、本発明によれば、ソルダレジスト１３で覆われたリード線部分においても覆われていないリード線部分においても、１回の検査で同等の精度で回路パターンの欠点を検出することができる。

照明手段２の光照射角度が決定されたら、次は回路パターンの欠点を検出するステップへ進む。上記決定された光照射角度で被検査物１０に光を照射し、撮像手段１で被検査物１０表面の画像を撮像する。撮像によって得られた画像データは画像処理手段３内の欠点検出手段５へ入力される。

欠点検出手段５は、撮像で得られた画像データに対応する正常データと前記画像データを比較し、比較結果に基づいて回路パターンの欠点を検出する。

次に、照明手段２から照射される入射光２０の指向性によってリード線１２表面の凹凸欠点の検出精度が異なる理由について説明する。

図７に、リード線１２の表面に、指向性が高い入射光２１を照射した場合（図７（ａ））と、指向性が低い入射光２２を照射した場合（図７（ｂ））における、リード線１２の表面での反射光２３の特徴を示す。

指向性が高い入射光２１を照射した場合、正常部で反射した反射光２３は光照射角度と同じ角度で反射する光が多く、撮像手段１に向かう光は少ない。一方、凹み欠点５０で反射した光の一部が撮像手段１へ向かうため、凹み欠点５０を明欠点として検出することができる。

一方、指向性が低い入射光２２を照射した場合、正常部においても一部の反射光が撮像手段１へ向かうため、凹み欠点部５０での反射光との差が小さくなるため、凹み欠点５０を精度良く検出することができない。

したがって、指向性の高い照明を用いることによってリード線１２の表面に発生する凹み欠点の検出精度を高くすることができる。なお凹み欠点だけでなく、凸欠点に対しても同様の理由で、指向性の高い入射光の方が精度良く検出することができる。

本発明は、回路パターンの検査装置に好適に利用することができる。

本発明の検査装置の構成を示す図である。 被検査物である回路パターンを示す図である。 被検査物の断面を示す図である。 光照射角度θが大きい場合における、光の反射強度分布を示す図である。 光照射角度θが小さい場合における、光の反射強度分布を示す図である。 光照射角度θが最適な場合における、光の反射強度分布を示す図である。 光の照射角度とリード線凹み欠点の検出精度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 撮像手段
２ 照明手段
３ 画像処理手段
４ 画素値測定手段
５ 欠点検出手段
６ 光照射角度調整手段
１０ 被検査物
１１ ベースフィルム
１２ リード線
１３ ソルダレジスト
１４ 粒子
２０ 入射光
２１ 指向性が高い入射光
２２ 指向性が低い入射光
２３ リード線表面での反射光
３０ ソルダレジストで覆われたリード線部分の反射光強度分布
３１ ソルダレジストで覆われていないリード線部分の反射光強度分布
４０ ３０の反射光強度分布のうち撮像手段１へ向かう方向の光
４１ ３１の反射光強度分布のうち撮像手段１へ向かう方向の光
５０ 凹み欠点

Claims (6)

1. 反射光強度分布が異なる領域を有する回路パターンの欠陥検査を行う回路パターンの検査装置であって、
   回路パターンに光を照射する照明手段と、
   前記回路パターンの画像データを取得する撮像手段と、
   撮像手段によって得られた画像データ中における、回路パターン表面の反射光強度分布が異なる領域の画素値を各々１箇所以上測定する画素値測定手段と、
   測定された画素値に基づいて回路パターンに照射する光の照射角度を調整する光照射角度調整手段と、
   撮像手段によって得られた画像データに基づいて欠点を検出する欠点検出手段
   を有する回路パターンの検査装置。
2. 前記照明手段が照射する光は高指向性であることを特徴とする、請求項１に記載の回路パターンの検査装置。
3. 回路パターンがソルダーレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分を有しており、反射光強度分布が異なる領域が、それぞれソルダーレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分であることを特徴とする請求項１または２記載の回路パターンの検査装置。
4. 反射光強度分布が異なる領域を有する回路パターンの欠陥検査を行う回路パターンの検査方法であって、
   回路パターンに光を照射するステップと、
   前記回路パターンの画像データを取得するステップと、
   前記画像データ中における、被検査物表面の反射光強度分布が異なる領域の画素値を各々１箇所以上測定するステップと、
   測定された画素値に基づいて回路パターンに照射する光の照射角度を調整するステップと、
   光の照射角度の調整後に取得された画像データに基づいて欠点を検出するステップ
   を有する回路パターンの検査方法。
5. 回路パターンに照射する光は高指向性であることを特徴とする、請求項４に記載の回路パターンの検査方法。
6. 回路パターンがソルダーレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分を有しており、反射光強度分布が異なる領域が、それぞれソルダーレジストで覆われたリード線部分と覆われていないリード線部分であることを特徴とする請求項４または５記載の回路パターンの検査方法。