JP2010117142A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】光の反射率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、
前記取得後の画像データを画素値が異なる領域ごとに分割する画像領域分割手段と、
前記分割された領域のうち、検査対象とする領域の階調数を変換する階調数変換手段と、
前記変換前または変換後の画像データに基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段
を備えた回路パターンの欠陥検査装置。
【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いう問題が生じる。

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、光の反射率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、
前記取得後の画像データを画素値が異なる領域ごとに分割する画像領域分割手段と、
前記分割された領域のうち、検査対象とする領域の階調数を変換する階調数変換手段と、
前記変換前または変換後の画像データに基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段
を備えた回路パターンの欠陥検査装置である。

本発明は、１回の検査において、ソルダレジストが塗布された部分のリード線部、または塗布されていない部分のリード線部をそれぞれ抽出し、リード線部の画素値を所定の値に変換してデータ処理することによって、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同じ精度で検査できるという効果を有する。

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から構成される。画像処理手段３はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ Ｕｎｉｔ）と処理プログラムで実現することができる。また、ＭＰＵとプログラムではなく、ハードウェアで実現してもよい。

さらに画像処理手段３は、撮像手段１によって得られた画像に対し、画像データ値を複数の所定の画素値範囲の領域に分割する画像領域分割手段４と、画像領域分割手段４によって分割された領域のうち、検査対象とする領域の階調数を変換する階調数変換手段５と、前記変換前または変換後の画像データから欠点を検出する欠点検出手段６を含む。なお、図１では画像領域分割手段４、階調数変換手段５および欠点検出手段６は、すべて同一の画像処理手段３に含まれるように表されているが、もちろん、別々のハードウェアで実現されていてもよい。また、同一の画像処理手段３に含まれる場合においても、それぞれ独立したＭＰＵとプログラムで実現されていてもよい。ただし、１つのＭＰＵとプログラムでこれらすべてを動作させる方が、装置構成及び処理速度の点において好ましいため、以下では図１の構成に基づいて説明する。

本発明において、階調数とは、画像データの有する画素値の幅をいう。画素値は回路パターンの反射率の異なる領域ごとに異なる。また、同じ反射率の領域であっても、一定の幅にばらつく。全階調数とは、撮像に用いたカメラ自身が有する階調数に対応し、例えば８ビット（２５６階調）のカメラを用いた場合の全階調数は２５６である。また、本発明において、有効階調数とは、画像領域分割手段４によって分割された各領域における平均画素値の上下の一定の幅をいう。有効階調数は、欠陥検査が精度よく行える程度の幅が設定されていればよく、各領域における画素値の最大値から最小値までの幅とすることもできるし、この幅よりやや広く、あるいはやや狭くすることもできる。

撮像手段１は、被検査物１０の一面側に配置され、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、撮像手段１は、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。

撮像手段１としてエリアセンサカメラを用いる場合は、撮像手段１を被検査物１０の表面に対して垂直に配置することが好ましい。垂直に配置することで、撮像領域全体にフォーカスが合った画像データを得ることができる。

撮像手段１として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被検査物１０の表面が平行となるように撮像手段１を配置すればよい。

また、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る方向に、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。ビット数、すなわち画像データ値の画素値の階調数が大きいほどコントラストが低い欠点を高精度に検出することができるので好ましい。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、所定の照射角度で照射するように配置されている。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所定の光照射角度で照射するように配置しても良い。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所定の角度となるように配置しても良い。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。

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中の画像領域分割手段４に入力され、画像領域分割手段４で処理された画像データは階調数変換手段５へ入力される。さらに階調数変換手段５で処理された画像データは欠点検出手段６へ入力される。

画像処理手段３に含まれる各機能については、後記の本発明の検査装置を用いた回路パターンの検査方法の説明の中で、具体的に説明する。

欠点検出手段６は、欠点検出手段６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。照明手段２から被検査物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。

被検査物１０の表面はベースフィルム１１、リード線１２、ソルダレジスト１３の有無によって反射率が異なるので、反射率に応じて画素値が異なる画像データが得られる。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）での反射率が最も高く、（１）→（２）→（３）→（４）の順に反射率が低くなる。したがって、得られた画像データは４つの画素値近傍を持つ領域に分別できる。なお、これらの領域は、通常、有効階調数もそれぞれ異なる。

画像領域分割手段４はこれらの領域を分割する。まず、上記（１）〜（４）の領域を含む画像を一度撮像し（これを「予備画像」という）、上記（１）〜（４）の領域の平均画素値と各領域の有効階調数を予め決定しておく。リード線の表面は微小な表面粗さがあるので、リード線表面で反射した光は撮像手段１には均一な光量は入射しない。したがって、撮像画像中のリード線部表面の画素値は所定の範囲の値となる。有効階調数は、この幅を考慮して決定しておく。

この状態で、検査対象の画像を得る。得られた画像データから（１）の領域を分割するには、得られた画像データに対し、予め決定した（１）の領域の平均画素値を中心とした有効階調数の範囲の画素値を持つ画素のみを残し、範囲に含まれない画素値を持つ画素の画素値を０に変換する。こうして得られた画像データを画像データ（１）とする。領域（２）〜（４）に対しても同様の処理を行うことによって画像データ（２）〜（４）を得ることができる。

画素値が最も高い領域と次に画素値が高い２つの領域がそれぞれ、ソルダレジストに覆われていない部分のリード線部とソルダレジストに覆われていないリード線部となる。画像領域分割手段４は、画像データ（１）〜（４）の中から、２つのリード線の領域、すなわち画像データ（１）と（２）を抽出する。

画像領域分割手段４によって抽出された上記２つの領域に対し、画素値変換手段５によって少なくとも１つの領域内の画素値の階調を変換する。この変換により、２つの領域の有する有効階調数を近い値とすれば、両方の領域を同程度の精度で検査できるようになる。特に、有効階調数が最終的に略同一になれば、これらの領域はほぼ同じ精度で検査できるため好ましい。階調変換は一方の領域だけ行ってもよいし、両方の領域について行ってもよい。また、変換後の有効階調数は、当初の画像データの全階調数以下の所定の画素値範囲であればいくらでもよいが、大きすぎるとデータ容量が大きくなって検査に時間がかかり、小さすぎると検査精度が悪くなるため、２５６〜１０２４階調程度が好ましい。

以下、例として、撮像手段１として、画素値階調数が８ビット（２５６階調）のカメラを用いた場合の撮像画像について説明する。

図２に示す被検査物１０を２５６階調のカメラで撮像し画像データを得る。図２に示すように、被検査物１０のリード線表面に凹凸欠点５０、５１があると、凹凸欠点５０、５１を通る画素データ値のプロファイル（図２のＡ−Ｂのプロファイル）は図３のようになる。図３では、ソルダレジストに覆われていないリード線部の平均画素値が例えば２００である。また、前述のように、リード線の表面粗さにより、リード線部の画素値はある範囲の階調数（画素値の幅）があり、平均画素値に対して±３０程度であるとする。一方、ソルダレジストに覆われているリード線部の平均画素値は１００で、リード線表面粗さによる画素値の階調数は平均値±１０程度であるとする。

ここで、凹凸欠点部で反射した光の一部は撮像手段１に入射しないので、凹凸欠点部の画素値は正常部に比べて小さくなる。ソルダレジストに覆われていないリード線部では凹凸欠点部５０の画素値５２は正常部に比べて５０程度小さくなり、ソルダレジストに覆われているリード線部では凹凸欠点部５１の画素値５３は正常部に比べて１５程度小さい値となる。

ソルダレジストに覆われていないリード線部では、表面粗さによる画素値の最低値（平均画素値−３０）と凹凸欠点部の画素値（平均画素値−５０）の差が大きいので（約２０程度）、凹凸欠点の検出が容易である。一方、ソルダレジストに覆われているリード線部では、表面粗さによる画素値の最低値（平均画素値−１０）と凹凸欠点部の画素値（平均画素値−１５）の差が小さいので（約５程度）、凹凸欠点の検出精度が低くなる。また、ソルダレジストに覆われているリード線部と覆われていないリード線部の凹凸欠点の検出精度が異なってしまう。

この画像データを、縦方向に引き伸ばす、すなわち、すべての画素値を例えば１６倍すれば、見かけ上、表面粗さによる画素値の最低値と凹凸欠点部の画素値の差は大きくなるため、検出精度が上がるようにも思われる。しかし、欠点かそうでないかを判断するための閾値についても同様に１６倍の幅が生じるため、実際の精度は上がっていない。また、ソルダレジストで覆われたリード部とソルダレジストで覆われていないリード部で検出精度が異なっているという状況にも変わりはない。

そこで、撮像手段１として、画素値階調数が１２ビット（４０９６階調）のカメラを用いた場合について考える。

図２に示す被検査物１０を４０９６階調のカメラで撮像し画像データを得ると、凹凸欠点５０、５１を通る画素データ値のプロファイル（図２のＡ−Ｂのプロファイル）は図４のようになる。

ソルダレジスト１３に覆われていないリード線１２の平均画素値は３２００で、表面粗さによる階調数は平均画素値に対して±４８０程度であるとする。また、ソルダレジスト１３に覆われていないリード線表面の凹凸欠点部５０の画素値５２は平均値−８００程度であるとする。

一方、ソルダレジスト１３に覆われているリード線１２の平均画素値は１６００で、表面粗さによる階調数は平均画素値に対して±１６０程度であるとする。また、ソルダレジスト１３に覆われているリード線表面の凹凸欠点部５１の画素値５３は平均値−２３０程度であるとする。

ここで、画像領域分割手段４は、撮像画像データ中から、２４００〜３７００の画素値を持つ領域を有効階調数として抽出し、この領域をソルダレジストに覆われていないリード線領域とする。さらに、１３５０〜１７５０の画素値を持つ領域を有効階調数として抽出し、この領域をソルダレジストに覆われているリード線領域とする。なお、これらの値は予備画像から予め決定できる。

このまま凹凸欠点の検査を行おうとすると、画像データの容量が非常に大きいため、検査に時間がかかる。また、ソルダレジストで覆われたリード部とソルダレジストで覆われていないリード部で検出精度が異なっているという状況にも変わりはない。

そこで、次に、階調変換手段５は、ソルダレジストに覆われていないリード線領域の画像データに対して、有効階調数を２５６階調に変換する。領域内のある画素の、変換前の画素値をＸ１、変換後の画素値をＸ２とすると、変換式は以下のようになる。

Ｘ２＝（（Ｘ１−２４００）／（３７００−２４００））×２５６
そうすると、変換後は、リード線の平均画素値は１５７程度で、表面粗さによる階調数は平均画素値に対して±９５程度である。また、凹凸欠点の画素値は画素値の平均値−１５７程度程度（ほぼ０）になる。

次に、画素値階調変換手段５は、ソルダレジストに覆われているリード線領域の画像データに対して、有効階調数を２５６階調に変換する。領域内のある画素の、変換前の画素値をＸ３、変換後の画素値をＸ４とすると、変換式は以下のようになる。

Ｘ４＝（Ｘ３−１３５０）／（１７５０−１３５０）×２５６
そうすると、変換後は、リード線の平均画素値は１６０程度で、表面粗さによる階調数は平均画素値に対して±９５程度である。また、凹凸欠点の画素値は画素値の平均値−１６０程度（ほぼ０）になる。

このように、画素階調数が大きい撮像手段を用い、ソルダレジストに覆われていないリード線領域、ソルダレジストに覆われているリード線領域を抽出し、それぞれの階調数を合わせた画像データに変換することによって、ソルダレジストに覆われていない部分、ソルダレジストに覆われている部分の、リード線の欠点を同程度の精度で検出することができる。また、画像データを小さく変換しているため、検査時間も短縮できる。

なお、今回撮像手段１として画素値階調数が１２ビット（４０９６階調）のカメラを用いた例を示したが、９ビット（５１２階調）や１０ビット（１０２４階調）、１１ビット（２０４８階調）のカメラを用いても良い。階調数が大きいほど、欠点と正常部の画素値の差を大きくすることができるので好ましい。

また、階調数変換手段５で２５６階調に変換したが、これは、一般的に画像処理は２５６階調の画像データを用いており、市販の画像処理ツールが使えるためであり、原理的には必ずしも２５６階調に変換する必要はない。ただし、検査速度を速めるため、変換後の階調数は元の画像データの全階調数以下であることが好ましい。

また、ソルダレジストに覆われていない部分、ソルダレジストに覆われている部分それぞれの領域の画素値の階調数を２５６階調に変換したが、必ずしも同じ階調数に変換する必要はなく、ソルダレジストに覆われていない部分は２００階調、ソルダレジストに覆われている部分は２５６階調に変換する、という方法も用いることができる。

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。 ８ビットカメラで回路パターンを撮像して得られる画素データ値のプロファイルを示す図である。 １０ビットカメラで回路パターンを撮像して得られる画素データ値のプロファイルを示す図である。 ソルダレジストに覆われていないリード線部の画素値を変換した場合の画素値プロファイルを示す図である。 ソルダレジストに覆われているリード線部の画素値を変換した場合の画素値プロファイルを示す図である。

符号の説明

１ 撮像手段
２ 照明手段
３ 画像処理手段
４ 画像領域分割手段
５ 画素値階調数変換手段
６ 欠点検出手段
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
５０ ソルダレジストに覆われていないリード線表面の凹凸欠点部
５１ ソルダレジストに覆われているリード線表面の凹凸欠点部
５２ ソルダレジストに覆われていないリード線表面の凹凸欠点部の画素値
５３ ソルダレジストに覆われているリード線表面の凹凸欠点部の画素値

Claims (10)

1. 光の反射率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、
   前記取得後の画像データを画素値が異なる領域ごとに分割する画像領域分割手段と、
   前記分割された領域のうち、検査対象とする領域の階調数を変換する階調数変換手段と、
   前記変換前または変換後の画像データに基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段
   を備えた回路パターンの欠陥検査装置。
2. 階調数変換手段が、すべての検査対象領域の有効階調数が略同一となるように変換するものである請求項１に記載の回路パターンの欠陥検査装置。
3. 前記取得後の画像データの全階調数が１０２４以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の回路パターンの欠陥検査装置。
4. 階調数変換後の全階調数が２５６であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回路パターンの欠陥検査装置。
5. 回路パターンがベースフィルム上に形成されたリード線で、回路パターン上にソルダレジストが塗布されており、前記所定の領域がソルダレジスト有りのリード線部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパターンの欠陥検査装置。
6. 光の反射率が異なる領域を有する回路パターンの欠陥検査を行う方法であって、
   回路パターンに光を照射する工程と、
   前記回路パターンの画像データを取得する工程と、
   前記取得後の画像データを画素値が異なる領域ごとに分割する工程と、
   前記分割された領域のうち、検査対象とする領域の階調数を変換する工程と、
   前記変換前または変換後の画像データに基づいて欠陥を検出する工程
   を備えた回路パターンの欠陥検査方法。
7. 階調数を変換する工程が、すべての検査対象領域の有効階調数が略同一となるように変換するものである請求項６に記載の回路パターンの欠陥検査方法。
8. 前記取得後の画像データの全階調数が１０２４以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の回路パターンの欠陥検査方法。
9. 階調数変換後の全階調数が２５６であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の回路パターンの欠陥検査方法。
10. 回路パターンがベースフィルム上に形成されたリード線で、回路パターン上にソルダレジストが塗布されており、前記所定の領域がソルダレジスト有りのリード線部であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のパターンの欠陥検査方法。

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