JP2010271165A - プリント基板の検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プリント基板の印刷回路に印刷または塗布されたクリームはんだ状態を判定するクリームはんだ判定部13、プリント基板1の印刷回路と実装部品との間をはんだ付けするはんだ付け状態を外観観察してはんだ付け状態を判定するはんだ付け外観判定部17と、はんだ付けを完了したプリント基板に対してX線を照射して走査し、その内部画像を構成するコンピュータ断層撮影で観察し、はんだ付け状態を判定する断層判定部18とを具備し、それらの判断結果によって実装部品を搭載したプリント基板の機械的接続不良を検出し、また、その機械的接続不良の要因を解析自在としたものである。
【選択図】図1
Description
しかし、プリント基板を拡大して異常を確認しても、その都度、基準となる検査図面上を参照し、その結果検査を検査図面に記録する必要があり、また、それらの記録を取得しても、歩留まりのよいプリント基板の部品実装製造ラインの工程にそれを利用することができなかった。
はんだ付け部が露出していないフィレットレスタイプの実装部品を検査するため、仮に、はんだ付け工程後にX線検査装置を導入し、それにより画像処理を行ったとしても、検査で異常が検出された部位に対しては製造過程の履歴が検討できないので、その解析結果を爾後の部品実装基板の製造ラインのはんだ付け不良等の機械的接続不良を少なくするという生産性の向上に役立たせることができなかった。
また、部品実装基板の製造ライン外に設置された解析用X線検査装置を用いて異常個所を調査、解析するとなると、当該実装部品に対するX線被曝量の増加、解析工数が増加し、被爆実装部品の品質が低下すると共に、調査解析を効率的に処理することができない。
ここで、上記クリームはんだ判定部は、絶縁基板及び印刷回路を具備するプリント基板に対するクリームはんだの印刷状態または塗布状態を判定するもので、特定箇所の印刷回路とクリームはんだの印刷面積の重りを割合で表したもの、及び/または良好(OK)、不良(NG)の適否で表したもの、撮影した検証用画像によって判定できる。このクリームはんだとは、ソルダーペーストとも呼ばれ、はんだ粉末にフラックスを加え混練し、適当な粘度にし、前記プリント基板の印刷回路上に印刷または塗布するものである。
また、上記外観判定部は、前記プリント基板の印刷回路と電子部品等の実装部品との間のはんだ付け状態を外観からの観察によって判定するもので、はんだ付け状態の外観の形状によって不良の発生を予測し、はんだの乗りが悪い特定箇所のはんだ接合面積に対する割合、特定箇所数の全体のはんだ接合面積に対する割合、或いは少なくとも、電気・電子部品である抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極(ピン)の1箇所以上の不具合の存在の有無による適否、その塗布割合で表したもの、及び外観を撮影した検証用画像等で判定する。
そして、上記断層判定部は、はんだ付けを完了したプリント基板の外部からX線を照射して走査し、はんだ付け内部の画像を作成するコンピュータ断層撮影により、はんだ付け状態を判定するもので、断層撮影の結果から実装部品を搭載したプリント基板のはんだ付け等の機械的接続不良を検出し、はんだ付け部分のクラックの存在、クラックが存在する場合にはその寸法、或いは、抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極のはんだ付け状態の断面形状及び面積によるはんだ付けの適否で表したもの、及び断層撮影で得た検証用画像で判定する。
更に、過去の前記クリームはんだ判定部及び前記外観判定部の結果と、前記断層判定部の結果を照合することにより、そのはんだ付けの製造ラインで如何なる要因によって不良が出たかを確認でき、それを前記クリームはんだ判定部、前記外観判定部、前記断層判定部の結果を合わせることにより、前記クリームはんだ判定部及び前記外観判定部、前記断層判定部等の各判定基準を調整するものである。
ここで、上記フラックス判定部は、前記絶縁基板及び印刷回路を具備するプリント基板のフラックスの印刷状態または塗布状態を判定するもので、印刷回路に対するフラックスの重りを面積割合で表したもの、及び/または良好(OK)、不良(NG)の適否、検証用画像によって判定する。
また、上記外観判定部は、前記プリント基板の印刷回路と電子部品等の実装部品との間のはんだ付け状態を外観からの観察によって判定するもので、はんだ付け状態の外観の形状によって不良の発生を予測し、はんだの乗りが悪い特定の箇所のはんだ接合面積に対する割合、特定箇所数の全体のはんだ接合面積に対する割合、或いは少なくとも、電気・電子部品である抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極の1箇所以上の不具合の存在の有無による適否、その塗布割合で表したもの、外観を撮影した検証用画像で判定する。
そして、上記断層判定部は、はんだ付けを完了したプリント基板の外部からX線を照射して走査し、前記はんだ付け内部の画像を作成するコンピュータ断層撮影により、はんだ付け状態を判定するもので、断層撮影の結果から実装部品を搭載したプリント基板のはんだ付け等の機械的接続不良を検出し、前記はんだ付け部分のクラックの存在、クラックが存在する場合にはその寸法、或いは、抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極のはんだ付け状態の断面形状及び面積によるはんだ付けの適否で表したもの、及び断層撮影で得た検証用画像等で判定する。
更に、過去の前記フラックス判定部及び前記はんだ付け外観判定部の結果と、前記断層判定部の結果を照合することにより、そのはんだ付けの製造ラインで如何なる要因によって不良が出たかを確認でき、それを前記フラックス判定部、前記外観判定部、前記断層判定部の結果を合わせることにより、前記フラックス判定部及び前記外観判定部、前記断層判定部等の各判定基準を調整するものである。
なお、上記外観判定部、上記断層判定部については、請求項1の構成と同様に対応でき、また、上記フラックス判定部は、請求項1の構成のクリームはんだ判定部の基本的機能と相違するものではない。
ここで、上記導電性接着剤判定部は、前記絶縁基板及び前記印刷回路を具備するプリント基板に対する導電性接着剤の印刷状態を判定するもので、印刷回路の印刷面積への重りを面積割合で表したもの、及び/または良好(OK)、不良(NG)の適否、検証用画像等で判定する。
また、上記外観判定部は、前記プリント基板の印刷回路と電子部品等の実装部品との間の接合状態を外観からの観察によって判定するもので、接合状態の外観の形状によって不良の発生を予測し、導電性接着剤の乗りが悪い特定の箇所の導電性接着剤の接合面積に対する割合、特定の箇所数全体の導電性接着剤の接合面積に対する割合、或いは少なくとも、電気・電子部品である抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極の1箇所以上の不具合の存在の有無による適否、その印刷または塗布割合で表したもの、外観を撮影した検証用画像等で判定する。
そして、上記断層判定部は、接合を完了したプリント基板の外部からX線を照射して走査し、接合部内部の画像を作成するコンピュータ断層撮影により、接合状態を判定するもので、断層撮影の結果から実装部品を実装したプリント基板の接合部等の機械的接続不良を検出し、接合部分のクラックの存在、クラックが存在する場合にはその寸法、或いは、抵抗やコンデンサのリード、IC、LSI等の電極の接合状態の断面形状及び面積による接合部の適否で表したもの、及び断層撮影で得た検証用画像等で判定する。
更に、過去の前記導電性接着剤判定部及び前記外観判定部の結果と照合することにより、その導電性接着剤による部品実装ラインで如何なる要因によって不良が出たかを確認でき、それを前記導電性接着剤判定部、外観判定部、断層判定部の結果を合わせることにより、前記導電性接着剤判定部及び前記外観判定部、前記断層判定部等の各判定基準を調整することができる。
なお、上記外観判定部、上記断層判定部については、請求項1の構成と同様に対応でき、また、上記導電性接着剤判定部は、請求項1の構成のクリームはんだ判定部または請求項2の構成のフラックス判定部の基本的機能と相違するものではない。
ここで、上記印刷状態検査部は、プリント基板の絶縁基板に形成した印刷回路をパターン認識または導通確認によって検査するものであり、前記絶縁基板に形成した印刷回路が通常の状態よりも狭くなっている箇所または導通のない箇所の存在によって、適否を決定するものである。
ここで、上記部品実装状態検査部は、プリント基板上の所定位置に電気・電子部品等の実装部品を搭載した実装部品位置の適否を判断するもので、パターン認識によって検査するものであり、搭載状態が通常の状態よりも変移している箇所の存在によって、適否を決定するものである。
ここで、接合部が露出する実装部品を搭載する工程と、接合部が露出しない実装部品を搭載する工程は、何れを先に処理してもよいが、接合部が露出する実装部品と接合部が露出しない実装部品の搭載を分けることにより、はんだ付けや導電性接着剤による接合の前処理の自由度を高めるものである。
ここで、接合部が露出する実装部品及び接合部が露出しない実装部品を同時に実装するとは、はんだ付けまたは導電性接着剤による接合を行うリフローまでに両者を搭載することを意味し、単一のリフローによって、はんだ付けまたは導電性接着されるものである。
ここで、先に接合部が露出する実装部品の搭載を行い、その後に外観判定部によって前記プリント基板の印刷回路と実装部品との間の接合状態の外観を観察することは、異常をできるだけ全実装部品の接合が完了する前に発見しようとするものであり、両者が対となって観察できるものであればよい。
ここで、上記コンピュータ断層撮影の結果を図形またはグラフ化した表示とは、異常個所のみ拡大表示または複数のマップに表示し、機械的接続状態が不完全な箇所の面積を特定の色、例えば、赤色等の注意を喚起しやすい色で点滅表示させてもよい。何れにせよ、可視的にコンピュータ断層撮影の結果を表示するものである。
また、前記クリームはんだ判定部及び前記外観判定部及び前記断層判定部の判断結果によって、実装部品を搭載するプリント基板の実装部品の搭載からはんだ付けの経過の情報が得られ、機械的接続不良の要因が特定でき、それらの判断基準の修正、加工条件の修正により、機械的接続不良の要因を是正して歩留まりのよいはんだ付け製造ラインが構築できる。そして、それらの検証用画像等の情報を残すことによって、過去の工程の適否を検証できる。
殊に、仮に、外観上のはんだ付けが良好であっても、はんだ付け部分にクラックが入っている場合には、機械的振動、熱的変化の繰り返しによって、はんだ付け部分の機械的接続不良が生ずる可能性がある。しかし、クリームはんだ判定部の結果及び外観判定部の結果を参照する断層判定部の結果によって、当該プリント基板の再利用または実装部品を分離して廃棄処理することができ、かつ、出荷する実装部品を搭載しているプリント基板の信頼性を高くすることができる。加えて、三次元X線検査を行う際に、前工程の二次元検査データを利用できるから検査効率を向上することができる。
したがって、本発明のプリント基板の検査装置によれば、部品実装基板の製造ラインで機械的接続不良を前工程の検査結果を利用して効率よく検出でき、かつ、その要因を解析できる。
また、前記フラックス判定部及び前記外観判定部及び前記断層判定部の判断結果によって、実装部品を搭載するプリント基板の部品搭載からはんだ付けの経過の情報が得られるから、機械的接続不良の要因が特定でき、それらの判断基準の修正、加工条件の修正により、機械的接続不良の要因を是正して歩留まりのよいはんだ付け製造ラインが構築できる。そして、それらの検証用画像等の情報を残すことによって、過去の工程の適否を検証する。
殊に、仮に、外観上のはんだ付けが良好であっても、はんだ付け部分にクラックが入る場合には、機械的振動、熱的変化の繰り返しによって、はんだ付け部分の機械的接続不良が生ずる可能性がある。しかし、前記フラックス判定部の結果及び前記外観判定部の結果を参照する前記断層判定部の結果によって、当該プリント基板の再利用または実装部品を分離して廃棄処理することができ、かつ、出荷する実装部品を搭載しているプリント基板の信頼性を高くすることができる。加えて、三次元X線検査を行う際に、前工程の二次元検査データを利用できるから検査効率を向上することができる。
したがって、本発明のプリント基板の検査装置によれば、部品実装基板の製造ラインで機械的接続不良を前工程の検査結果を利用して効率よく検出でき、かつ、その要因を解析できる。
また、前記導電性接着剤判定部及び前記外観判定部及び前記断層判定部の判断結果によって、実装部品を搭載するプリント基板の実装部品搭載から導電性接着剤による接合経過の情報が得られ、機械的接続不良の要因が特定でき、それらの判断基準の修正、加工条件の修正により、機械的接続不良の要因を是正して歩留まりのよいはんだ付け製造ラインが構築できる。そして、それらの検証用画像等の情報を残すことによって、過去の工程の適否を検証する。
殊に、仮に、外観上の接合が良好であっても、接合部分にクラックが入っている場合には、機械的振動、熱的変化の繰り返しによって、接合部分の機械的接続不良が生ずる可能性がある。しかし、前記導電性接着剤判定部の結果及び前記外観判定部の結果を参照する断層判定部の結果によって、当該プリント基板の再利用または実装部品を分離して廃棄処理することができ、かつ、出荷する実装部品を搭載しているプリント基板の信頼性を高くすることができる。加えて、三次元X線検査を行う際に、前工程の二次元検査データを利用できるから検査効率を向上することができる。
したがって、本発明のプリント基板の検査装置によれば、部品実装基板の製造ラインで機械的接続不良を前工程の検査結果を利用して効率よく検出でき、かつ、その要因を解析できる。
まず、本発明の実施の形態1について、実装部品をはんだ付けするプリント基板製造ラインに用いた事例を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の全体構成図で、また、図2はそのクリームはんだ印刷の断面から見た説明図、図3はそのクリームはんだ印刷の平面から見た説明図、図4はそのクリームはんだ判定部の説明図、図5はその検査装置のクリームはんだに対する実装部品搭載の断面から見た説明図、図6はその実装部品をはんだ付けにより搭載した断面から見た説明図、図7はその外観判定部の説明図である。そして、図8は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の断層判定部のX線スキャン方式の説明図、図9はその断層判定部の他のX線スキャン方式を用いた説明図、図10は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の断層判定部における不良判別の仕方を説明する説明図で、(a)は3次元画像、(b)は2次元画像、(c)は断層画像とした場合の良否判別の事例画像を示す拡大要部断面図、図11は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の断層判定部における不良判別の仕方を説明する説明図で、クラックの入った事例の拡大要部断面図である。
この印刷状態検査部は、他のプリント基板1の製造ラインに設置しておれば、ここで使用する必要性はない。
本実施の形態のはんだ付け部が露出する実装部品5を搭載するには、まず、クリームはんだ印刷部12で図2に示すように、プリント基板1のはんだ付け部が露出する実装部品5の印刷回路1a,1bの表面にマスク(メタルマスク)を介してクリームはんだ60を印刷する。マスクは、薄さが約100〜300μm程度の金属板にプリント基板の印刷回路1a,1bに合わせて穴を開けたもので、印刷機を使って印刷を行う。また、クリームはんだ60は、ロボット等によってプリント基板1の印刷回路1a,1bの必要な箇所のみを塗布することもできる。
図2乃至図6の印刷回路1a,1bは、電極(印刷回路1a,1bの一部)であり図示の左右の電極に、抵抗、コンデンサ等の電子部品のはんだ付け部が露出する実装部品5を搭載するものである。クリームはんだ60ははんだ付け箇所の印刷回路1a,1bの電極に、印刷または塗布している。しかし、印刷回路1a,1bの1個の電極面とそこに塗布されたクリームはんだ60の面は、仮に1個の電極面の95%以上が有効にはんだ付けできるものであれば、その閾値が95%となり、95%以上がはんだ付け良好(OK)となる。即ち、クリームはんだ判定部13では個々の電極面の閾値95%以上が良好(OK)と判定され、閾値95%未満で不良(NG)と判定される。また、クリームはんだ判定部13では、特定の電極のみにクリームはんだ60が印刷または塗布されていない場合には、当該電極にははんだ付け不良が発生する可能性が高いから、この場合には不良(NG)と判断される。
なお、設計的には、図3に示すように、プリント基板1のはんだ付け部が露出する実装部品5の印刷回路1a,1bの表面にマスク(メタルマスク)を置く精度によってクリームはんだ60の印刷が若干ずれるので、印刷回路1a,1bの電極面よりも塗布されたクリームはんだ60の面が100%以上となるように設定されているから、普通、閾値は90%以上となる。また、この閾値は回路網、印刷回路1a,1bの材質等によって変化する値であるから、本実施の形態の説明で説明する数値は概念的数値である。
プリント基板1の印刷回路1a,1bには、クリームはんだ60が塗布されている。プリント基板1の印刷回路1a,1b及びクリームはんだ60は、所定の色彩をクリームはんだ60に付与できるように、特定の色彩の照明光を照射する光源131を有している。因みに、印刷回路1a,1bは銅、黄銅光沢があるので、クリームはんだ60として緑色不透明のものを使用し、光沢が減少することにより塗布状態が確認できるようにしている。撮像機132は、CCDカメラであり、プリント基板1の印刷回路1a,1b及びクリームはんだ60を撮影している。この撮像機132で撮像した検証用画像は、この判断結果を出すだけではなく、検査結果の情報と共に異常解析判別制御部31及びその検査結果の情報を格納するプリント基板成績記録部32に格納される。
なお、このインライン目視検査部14は、プリント基板製造ラインの初期に使用し、はんだ付けの効率化のために不良(NG)原因を探るものであるが、通常運転では、殆ど使用されなくても運転可能となる。
部品搭載部15では、抵抗、コンデンサ等のフィレットタイプのはんだ付け部が露出する実装部品5について説明したが、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size PackageまたはChip Scale Package)、QFN(Quad Flat Non-leaded package)等のフィレットレスタイプの実装部品7とプリント基板1の印刷回路1a,1bをはんだバンプ4ではんだ付けする場合についても同様である。
リフロー部16のリフロー炉内のはんだ付けする窒素雰囲気中で図6に示すようにはんだ付けされると、プリント基板1の印刷回路1a,1bに対するはんだ付け部が露出する実装部品5のはんだ付けを完了する。はんだ付けを完了したプリント基板1は、外観判定部17に搬送される。
外観判定部17の構成は、図7に示すような構造になっている。撮像機201はCCDカメラであり、プリント基板1の印刷回路1a,1b上に実装したはんだ付け部が露出する実装部品5及びはんだ付け部6を撮影している。撮像機201を中心とする周囲には、赤色光源202(R)、青色光源203(G)、緑色光源204(B)の順に光源が配設されている。赤色光源202(R)、緑色光源203(G)、青色光源204(B)の配置は、それらの光源の反射がはんだ付け部6の表面の傾度によって、赤色光源202(R)の反射光を赤色反射域,緑色光源203(G)の反射光を緑色反射域、青色光源204(B)の反射光を青色反射域となるように設定している。
この外観判定部17で撮像された検証用画像は、検査結果の情報と共に異常解析判別制御部31及びプリント基板成績記録部32に格納される。
断層判定部18では、図8に示すようにプリント基板1の回りを回転してスキャンし、そのプリント基板1の断層画像を作成する。このスキャンには、プリント基板1を中心としてその回りを垂直方向にX線発生器211を回転させ、垂直に走査する方法と、プリント基板1の中心に対して、斜め方向からX線を照射するようにX線発生器211を回転させる方法のいずれであってもよい。
通常では、図10(a)に示すはんだバンプ4のように、3次元画像として用いるのではなく、図10(b)に示すようにプリント基板1の平面に対して平行にX軸方向走査またはY軸方向走査し、図10(c)に示すはんだバンプ4の垂直断面の状態の検証用2次元画像を得る。
なお、ここで図10(c)の図B及び図Cの太線の破線は、異常が存在する場合に、その異常個所を示すマーカPである。本実施の形態では赤色に色彩が近づくほど異状の程度が高くなっている。
この断層判定部18で撮像され、作成された検証用画像は、異常個所を示すマーカPを含む検査結果の情報と共に異常解析判別制御部31及びプリント基板成績記録部32に格納される。
この電気的判定部19は機械的接続不良を検出できなくても、所定の電気的特性が得られないときに排出部21に排出し、実装部品の再利用側に搬送または廃棄側に搬送するものである。
なお、基板分割部23よりも前の工程で、2枚取りのプリント基板1の1枚が不良(NG)と判断されたときには、それを記憶していて、基板分割部23で切断後、その不良(NG)のプリント基板1を排出部21に搬送させる。
なお、このプリント基板製造ライン制御部30は、各工程を連続制御するものであるが、各工程を独立したプログラムで制御することもできる。
また、異常解析判別制御部31は、クリームはんだ判定部13、外観判定部17、断層判定部18からの判定結果を受けて、プリント基板1のはんだ付けの問題になる致命的な事項については、無駄な工程を経ることなく、再利用側または廃棄側に搬送すべく、プリント基板1の搬送方向を変更している。
図12及び図13は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置のプリント基板製造ラインを制御するメインプログラムのフローチャートである。このプリント基板製造ラインを制御するフローチャートは、説明の理解し易さから、全体のプリント基板製造ラインの全工程をワークが連続的に移動する前提で説明するが、本発明を実施する場合には、同時に複数のワークが投入されることを前提に、各工程が並列して独立制御されるように設定される。
なお、ステップS1でプリント基板1の搬入が検出されない限り、このルーチンの処理が開始されない。
ステップS8で部品搭載部15における実装部品5,7とプリント基板1の印刷回路1a,1bをクリームはんだ60ではんだ付けする工程の終了が判断されるまでステップS8に留まり、ステップS8でクリームはんだ60の上にはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7の搭載が完了したと判断されたとき、ステップS9で搭載した実装部品5,7のはんだ付け処理に入る。
この様にして、本実施の形態のプリント基板製造ライン制御部30によるプログラム制御により、各部が動作する。
図14は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置のクリームはんだ判定部を制御する「クリームはんだ判定ルーチン」のフローチャートである。
まず、ステップS21で製造番号の読み取りを行う。ステップS22で当該はんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7が実装される箇所の印刷回路1a,1bの表面のクリームはんだ60の印刷パターンの読み取りを行い、それをステップS23で製造番号に対応付けたプリント基板1のクリームはんだ60の印刷または塗布状態の検証用2次元画像として格納する。この検証用画像は、ステップS24でプリント基板成績記録部32に格納される。因みに、このクリームはんだ判定部13の判定結果は、製造番号を基に設計図面と対応させたプリント基板1の印刷回路1a,1bの個々の抵抗、コンデンサ等の特定の電気部品、電子部品等の実装部品名及びそのリード線の番号、個々のICやLSIの名称、その電極番号に対して判定結果の数値情報と共に、その結果情報の良好(OK)、不良(NG)の結論も収集する。また、好ましくは、プリント基板1の全体に対するクリームはんだ60の印刷または塗布の評価も格納する。
ステップS25でクリームはんだ印刷または塗布に異常がないときには、ステップS27で所定の閾値以上であるか判定し、閾値に達していないとき、ステップS28でインライン検査ラインに入る。
図15は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の部品搭載部を制御する「部品搭載ルーチン」のフローチャートである。
なお、この「部品搭載ルーチン」は、ステップS43で搭載するはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7の印刷回路1a,1b上の位置を撮像し、実装部品搭載位置を認識するものであるから、搭載するはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7の搭載位置がこのルーチンの制御量として既知の量であるから、その結果を測定して実装部品搭載位置を確認する検査機能を省略することができる。
図16は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の外観判定部を制御する「外観判定ルーチン」のフローチャートである。
ステップS56で各光源の検証用平面画像の特定部分が全体的にはんだ付け面積を確認できないとき、反射域が確認できたとしても、当該反射域の面積が所定の閾値よりも狭いとき、反射域の割合を数値その特定場所の名称と共にはんだ付けが不完全であることの記録を行う。即ち、外観判定部17の具体的判定結果は、製造番号をアドレスとして、印刷回路1a,1bの個々の抵抗、コンデンサ等の特定の電気部品、電子部品等の部品名及びそのリード線の番号、個々のICやLSIの名称、その電極番号に対して不良(NG)の場合の判定結果の数値情報を、複数段階の色彩情報として、例えば、赤色、橙色、黄色のように異常度の高いものに赤色を使用し、その該当部品名または電極番号の該当箇所を○(丸)で囲って表示する。または、異常度の高いもの順に5角形、4角形、3角形との順で図形表示してもよい。または、同一丸印を使用しても、その丸印を利用して異常度をグラフ表示してもよい。
図17は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置を制御する断層判定部を制御する「断層判定ルーチン」のフローチャートである。
ステップS76ではんだ付け部の検証用3次元画像を図10(b)に示すように、水平方向のX軸方向またはY軸方向に走査して、はんだ付け部の検証用垂直断面画像を作成する。また、ステップS77で図10(c)及び図11に示すように、はんだ付け部の検証用垂直断面画像を得て、それを格納する。
なお、本実施例では、ステップS75で製造番号に対応させてはんだ付け部の検証用3次元画像を格納し、ステップS77ではんだ付け部の検証用垂直断面画像を格納しているが、本発明を実施する場合には、メモリ容量との関係で、最終に残す情報として製造番号に対応させてはんだ付け部の検証用3次元画像またははんだ付け部の検証用垂直断面画像の何れかであればよい。
具体的判定結果は、製造番号を基に印刷回路1a,1bの個々の抵抗、コンデンサ等の特定の電気部品、電子部品等の実装部品名及びそのリード線の番号、個々のICやLSIの名称、その電極番号に対してそのはんだ付け部の状態が、各検証用断層画像と共に不良(NG)の場合の判定結果の数値情報を、複数段階の色彩情報として、例えば、赤色、橙色、黄色のように異常度の高いものに赤色をマーカPを使用し、その該当実装部品名または電極番号の該当箇所を○(丸)で囲って表示する。または、異常度の高いもの順に5角形、4角形、3角形との順で図形表示してもよい。または、同一丸印を使用しても、その丸印を利用して異常度をグラフ表示してもよい。
ステップS80ではんだ付け部の2次元画像である垂直断面形状の異常の判断により、断面形状の異常が確認されたとき、また、ステップS81で各検証用断層画像の断面形状にクラックが存在する場合には許容値内の小寸法のクラックであるかを確認判断する。
図18は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の異常解析判別制御部31を制御する「情報収集及び処理結果確認ルーチン」のフローチャートである。
この異常解析判別制御部31を制御する「情報収集及び処理結果確認ルーチン」は、クリームはんだ判定部13、外観判定部17、断層判定部18の情報収集を行うために常に動作している。
ステップS97でプリント基板1の全検査で異常なしの場合、即ち、両者が良好(OK)のとき、ステップS98でそのまま次の工程にプリント基板1を搬送する許可を出す。ステップS97でプリント基板1の全検査で異常なしとならず、良好(OK)とも不良(NG)とも決定されないものは、ステップS99で排出部21に搬送されるのを許可する。そして、それらの検査結果情報は、ステップS100で異常解析判別制御部31の記録回路(メモリ)に格納され、このルーチンの処理を終える。
この異常解析判別制御部31を制御するルーチンでは、クリームはんだ判定部13の判定結果の情報PF、外観判定部17の判定結果の情報SD、断層判定部18の判定結果の情報XDをマップに格納し、その得られた総合的情報により、プリント基板の2枚取りの許可、排出部21に搬送された不良品の最終処理を決定している。
図19は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の異常解析制御をする「異常解析ルーチン」のフローチャートである。
まず、ステップS114でクリームはんだ60の印刷または塗布の異常であるか判断し、クリームはんだ60の印刷または塗布等の処理の異常であると判断したときには、ステップS115でクリームはんだ60の印刷または塗布の条件を変更する。このクリームはんだ60の印刷または塗布条件の変更は、塗布面積の拡大または縮小の調整、塗布面積の塗布膜厚の調整、クリームはんだ60の粘土の調整等をその異常現象の内容に対応してマップ制御により変化させる。その変更状態で、ステップS116で試験的に20枚以上のプリント基板1を製造する。そして、ステップS117でクリームはんだ60の印刷または塗布の異常が解消したかを判断し、ステップS117でクリームはんだ60の印刷または塗布異常が解消したと判断したとき、ステップS118の処理に入る。しかし、フクリームはんだ60の印刷または塗布異常が解消していないとき、ステップS115からステップS117のルーチンを繰り返し実行する。
図20は本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置の過去の製造番号の検査内容の確認及びマニュアルで異常の要因を修正する制御の「マニュアル修正ルーチン」のフローチャートである。
ここでは、実装部品5,7をはんだ付けする前処理としてクリームはんだ印刷部12を有している。しかし、本発明を実施する場合には、フラックス印刷部23に置き換えることもできる。
即ち、図21は本発明の実施の形態2のプリント基板の検査装置の全体構成図である。また、図22は本発明の実施の形態2のプリント基板の検査装置の実装部品搭載の説明図、図23は本発明の実施の形態2のプリント基板の検査装置のはんだ付け後の説明図である。
本実施の形態2では、特に、図1の本発明の実施の形態1のプリント基板の検査装置との相違点のみ説明する。
図22の印刷回路1a,1bは、電極(印刷回路1a,1bの一部)であり図示の上下の電極にIC、LSI等のはんだ付け部が露出しない実装部品7としての電子部品を搭載するものである。フラックス3ははんだ付け箇所の印刷回路1a,1bの電極に塗布することになる。しかし、印刷回路1a,1bの1個の電極面とそこに塗布されたフラックス3の面は、仮に1個の電極面の95%以上が有効にはんだ付けできるものであれば、その閾値が95%となり、95%以上がはんだ付け良好(OK)となる。即ち、フラックス判定部13では個々の電極面の閾値95%以上が良好(OK)と判定され、閾値95%未満で不良(NG)と判定される。また、フラックス判定部23では、特定の電極のみにフラックス3が塗布されていない場合には、当該電極にはんだ付け不良が発生する確率が高いから、この場合には不良(NG)と判断される。
なお、通常、印刷回路1a,1bの全面よりも塗布されたフラックス3の面が広くなるように設定されているから、普通、閾値は90%以上となる。また、この閾値は回路網、印刷回路1a,1bの材質によって変化する値であるから、本実施の形態の説明で説明する数値は概念的数値である。
プリント基板1の印刷回路1a,1bには、はんだ付けの濡れ性を向上させるフラックス3が塗布されている。プリント基板1の印刷回路1a,1b及びフラックス3は、所定の色彩をフラックス3に付与できるように、特定の色彩の照明光を照射する光源131を有している。因みに、印刷回路1a,1bは銅、黄銅光沢があるので、フラックス3として緑色不透明のものを使用し、光沢が減少することにより塗布状態が確認できるようにしている。撮像機132は、CCDカメラであり、プリント基板1の印刷回路1a,1b及びフラックス3を撮影している。この撮像機132で撮像した検証用画像は、この判断結果を出すだけではなく、検査結果の情報と共に異常解析判別制御部31及びプリント基板成績記録部32に格納される。
なお、このインライン目視検査部14は、プリント基板製造ラインの初期に使用し、はんだ付けの効率化のために不良(NG)原因を探るものであるが、通常運転では、殆ど使用されなくなる。
したがって、絶縁基板1c及び絶縁基板1cに形成した印刷回路1bを有するプリント基板1にフラックス3を印刷または塗布し、フラックス3が印刷または塗布された印刷回路1bに対するフラックス状態を判定する実施の形態1の「クリームはんだ判定ルーチン」と同様の処理(ステップS27がフラックスの面積閾値以上の判断)を行うルーチンからなるフラックス判定部23と、プリント基板1の印刷回路1bとはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7との間のはんだ付け状態の外観を観察し、はんだ付け状態を判定する「外観判定ルーチン」からなる外観判定部17と、はんだ付けを完了したプリント基板1の外部から放射線を照射して走査し、前記はんだ付けの内部画像を作成するコンピュータ断層撮影をし、前記はんだ付け状態を判定する「断層判定ルーチン」からなる断層判定部18とを具備し、フラックス判定部23及び外観判定部17及び断層判定部18の判定結果によってはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7を実装したプリント基板1の機械的接続不良を実施の形態1の「クリームはんだ判定ルーチン」と同様な処理を行う「フラックス判定ルーチン」、「外観判定ルーチン」、「断層判定ルーチン」等で検出すると共に、その要因を「異常解析ルーチン」で解析自在と構成したものである。
仮に、外観上のはんだ付けが良好であっても、はんだ付け部分にクラック6e,6fが入っている場合もある。このような場合には、機械的振動、熱的変化の繰り返しによって、はんだ付け部分の機械的接続不良が生ずる可能性がある。しかし、クリームはんだ判定部13またはフラックス判定部23の結果及び外観判定部17の結果を参照する断層判定部18の結果によって、当該プリント基板1の再利用または実装部品5,7を分離して廃棄処理することができ、かつ、出荷する実装部品5,7を実装しているプリント基板1の信頼性を高くすることができる。
即ち、図24は本発明の実施の形態4のプリント基板の検査装置の全体構成図である。本実施の形態3では、特に、図1の本発明の実施の形態1及び実施の形態2のプリント基板の検査装置との相違点のみ説明する。
本実施の形態では、本発明の実施の形態1のクリームはんだ60を用いた工程の後に、実施の形態2のフラックス3を用いた工程を一工程中に入れたものである。
なお、インライン目視検査部24は、インライン目視検査部14と実質的に同一機能である。
勿論、プリント基板1の両面にはんだ付け部が露出する実装部品5及び/またははんだ付け部の露出しない実装部品7を搭載する場合でも、表裏の2工程を同一クリームはんだを用いたはんだ付け、またはフラックス3を用いたはんだ付けとすることもできる。この場合には、クリームはんだ印刷部12及びクリームはんだ判定部13、またはフラックス印刷部22及びフラックス判定部23が2回繰り返して行われることになる。
本発明を実施する場合には、実施の形態1の構成または実施の形態2の構成を採ってもよいし、それらを繰り返して行ってもよい。また、実施の形態3の構成のように、実施の形態1の構成及び実施の形態2の構成を直列に行ってもよい。
何れにせよ、本発明を実施する場合には、クリームはんだ印刷部12及びクリームはんだ判定部13、及び/または、フラックス印刷部22及びフラックス判定部23と、外観判定部17及び断層判定部18の組み合わせであれば、その間、その前後の過程を特定するものではない。
また、本実施の形態のプリント基板の検査装置は、絶縁基板1c及び絶縁基板1cに形成した印刷回路1a,1bを有するプリント基板1に公知のエポキシ、シリコーン、ポリイミド、ポリウレタン系樹脂をバインダとし、銀、ニッケル、カーボンなどの導電性フィラーをそこに混入されてなる導電性接着剤を印刷または塗布し、導電性接着剤の印刷または塗布された印刷回路1a,1bに対する接合状態を判定する印刷または塗布状態の判定部13と、プリント基板1の印刷回路1a,1bと実装部品5,7との間のはんだ付け状態の外観を観察し、はんだ付け状態を判定する外観判定部17と、はんだ付けを完了したプリント基板1の外部からX線を照射して走査し、はんだ付けの内部の断層画像を作成するコンピュータ断層撮影をし、はんだ付け状態を判定する断層判定部18を具備し、異常解析判別制御部31によって、プリント基板成績記録部32に格納されたクリームはんだ判定部13、フラックス判定部23と同機能の導電性接着剤の判定部及び外観判定部17及び断層判定部18の判定結果によって実装部品5,7を実装したプリント基板1の機械的接続不良を検出すると共に、その要因を解析自在とした構成とすることができる。
仮に、外観上の接合が良好であっても、接合部分にクラック6e,6fが入っている場合もある。このような場合には、機械的振動、熱的変化の繰り返しによって、接合部分の機械的接続不良が生ずる可能性がある。しかし、フラックス判定部13と同機能の導電性接着剤判定部の結果及び外観判定部17の結果を参照する断層判定部18の結果によって、当該プリント基板1の再利用または実装部品5,7を分離して廃棄処理することができ、かつ、出荷する実装部品5,7を実装しているプリント基板1の信頼性を高くすることができる。
例えば、製造番号を基に印刷回路1a,1bの個々の抵抗、コンデンサ等の特定の電気部品、電子部品等の実装部品名及びそのリード線の番号、個々のICやLSIの名称、その電極番号に対して不良(NG)の場合の判定結果の数値情報を、複数段階の色彩情報として、例えば、赤色、橙色、黄色のように異常度の高い数値に赤色系を使用し、その該当実装部品名または電極番号の該当箇所を○(丸)で囲って表示するマーカPとすることができる。または、異常度の高いもの順に5角形、4角形、3角形との順、他の形状で図形表示のマーカPとしてもよい。または、同一丸印のマーカPを使用し、その丸印の内角を利用して異常度をグラフ表示してもよい。
勿論、プリント基板1の片側に実装部品を搭載するもの、両側に搭載するもの、リジット基板、フレキシブル基板、リジットフレキシブル基板において、区別なく使用可能である。
しかし、本発明を実施する場合には、上記実施の形態で説明した予め定められたルールに従って検査装置が自動的に特定された流れに従って不良の検出、その要因の解析を行うものとして実施されるプリント基板の検査装置に限られるものではない。例えば、フラックス判定部23及び外観判定部17及び断層判定部18の結果にウェイト付けを行うこともできる。
また、当業者の経験則から、特定の箇所を重点的に検査対象としたり、逆に、検査対象から除外したり、その解析対象も任意に選択することができ、それら選択した箇所の結果を部分的に、総合的に判断することもできる。
特に、所定の条件を満たす場合(例えば、重要部品であると予め分かっている部品の場合、温度に弱いことが明確な部品の場合)には、表示する情報としてフラックス判定部23、外観判定部17、断層判定部18等の各判定部の検査画像(検査部位を含む画像)を該当する検査画像に特定することもできる。
また、面積値や長さ等の検査数値、即ち、検査の結果を出す閾値も変更できる。勿論、所定の閾値との比較結果がOKかNGかの情報である検査結果等も、その結果を得る過程で任意に設定できる。
そして、検査対象の表示態様としては、視野範囲、アングル、解像度、サイズ、位置、色等を調整し、生産ラインの電子部品等を装填したプリント基板1の特性、フラックス3、はんだバンプ4等のはんだ付け特性に合った確認方法が選択できる。
更に、フラックス判定部23、外観判定部17、断層判定部18等の各判定部の検査対象をプリント基板1の部分的とすることもできる。
1a,1b 印刷回路
1c 絶縁基板
3 フラックス
4 はんだバンプ
11 プリント基板供給部
12 クリームはんだ印刷部
13 クリームはんだ判定部
14,24 インライン目視検査部
15 部品搭載部(第一部品搭載部)
16 リフロー部(第一リフロー部)
17 外観判定部
18 断層判定部
19 電気的判定部
22 フラックス印刷部
23 フラックス判定部
25 第二部品搭載部
26 第二リフロー部
30 プリント基板製造ライン制御部
31 異常解析判別制御部
32 プリント基板成績記録部
Claims (11)
- 絶縁基板及び前記絶縁基板に形成した印刷回路を有するプリント基板にクリームはんだを印刷または塗布し、前記クリームはんだが印刷または塗布された印刷回路に対するクリームはんだの状態を判定するクリームはんだ判定部と、
前記プリント基板の印刷回路と実装部品との間のはんだ付け状態の外観を観察し、前記はんだ付け状態を判定する外観判定部と、
前記はんだ付けを完了した前記プリント基板の外部からX線を照射し、走査することにより、コンピュータ断層撮影をして、前記はんだ付けの内部画像を作成し、前記はんだ付け状態を判定する断層判定部とを具備し、
前記クリームはんだ判定部及び外観判定部及び断層判定部の判定結果によって、前記プリント基板にはんだ付けした前記実装部品との機械的接続不良を検出すると共に、その要因を解析自在としたことを特徴とするプリント基板の検査装置。 - 絶縁基板及び前記絶縁基板に形成した印刷回路を有するプリント基板にフラックスを印刷または塗布し、前記フラックスが印刷または塗布された印刷回路に対するフラックスの状態を判定するフラックス判定部と、
前記プリント基板の印刷回路と実装部品との間のはんだ付け状態の外観を観察し、前記はんだ付け状態を判定する外観判定部と、
前記はんだ付けを完了した前記プリント基板の外部からX線を照射し、走査することにより、コンピュータ断層撮影をして、前記はんだ付けの内部画像を作成し、前記はんだ付け状態を判定する断層判定部とを具備し、
前記フラックス判定部及び外観判定部及び断層判定部の判定結果によって、前記プリント基板にはんだ付けした前記実装部品との機械的接続不良を検出すると共に、その要因を解析自在としたことを特徴とするプリント基板の検査装置。 - 絶縁基板及び前記絶縁基板に形成した印刷回路を有するプリント基板に導電性接着剤を印刷または塗布し、前記導電性接着剤が印刷または塗布された印刷回路に対する導電性接着剤の状態を判定する導電性接着剤判定部と、
前記プリント基板の印刷回路と実装部品との間のはんだ付け状態の外観を観察し、前記接合状態を判定する外観判定部と、
前記導電性接着剤による接合を完了した前記プリント基板の外部からX線を照射し、走査することにより、コンピュータ断層撮影をして、前記導電性接着剤による接合状態の内部画像を作成し、前記接合状態を判定する断層判定部とを具備し、
前記導電性接着剤判定部及び外観判定部及び断層判定部の判定結果によって、前記プリント基板に接合した前記実装部品との機械的接続不良を検出すると共に、その要因を解析自在としたことを特徴とするプリント基板の検査装置。 - 前記フラックス判定部または前記クリームはんだ判定部または前記導電性接着剤判定部の前に、前記プリント基板の印刷回路の印刷状態を検査する印刷状態検査部を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記フラックス判定部または前記クリームはんだ判定部または前記導電性接着剤判定部の後に、前記プリント基板に対する実装部品の実装状態を検査する部品実装状態検査部を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記プリント基板の印刷回路に実装部品を搭載する部品搭載部は、接合部分が露出する実装部品と、接合部分が露出しない実装部品とを2工程で搭載することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記プリント基板の印刷回路に実装部品を搭載する部品搭載部は、接合部分が露出する実装部品及び接合部分が露出しない実装部品を同時に搭載することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記プリント基板の印刷回路に実装部品を搭載する部品搭載部は、先に接合部分が露出する実装部品の搭載を行い、その後、前記外観判定部によって前記プリント基板の印刷回路と実装部品との間の接合状態の外観を観察して接合状態を判定し、次いで、接合部分が露出しない実装部品を搭載することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記断層判定部の前または後に、前記プリント基板の実装状態及び電気的接続状態を検査する電気的判定部を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記断層判定部によって得た結果は、図形またはグラフ化して表示することにより、可視的にコンピュータ断層撮影の結果を表示することを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
- 前記断層判定部によって得た結果は、図形またはグラフ化して表示し、その表示色または図形によって異常の程度を表現することを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1つに記載のプリント基板の検査装置。
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