JP2011080944A

JP2011080944A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2011080944A
Application number: JP2009235121A
Authority: JP
Inventors: Taketo Kishi; 武人岸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】ＢＧＡやＣＳＰなど、半田ボール等の複数の特定部位が対象物の表面ないしは内部に平面に沿って存在している回路基板等の対象物の検査において、半田ボール等が並ぶ平面による切断のための設定作業を不要としたＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】ＣＴ撮影により得られた投影データを逆投影処理して求めた対象物Ｗの３次元画像情報から、対象物の表面または内部に平面に沿って存在するあらかじめ設定された複数の特異部位の像を捜し出し、その各特異部位の像の中心が通る平面Ｐを求める特異部位像配列平面算出手段と、その平面Ｐでスライスした断層像を３次元画像情報に基づいて作成して自動的に表示器に表示する表示手段を備えることで、半田ボール等が並ぶ平面でスライスした断層像を、オペレータによるスライス位置の設定作業を必要とすることなく直ちに表示することを可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は産業用のＸ線ＣＴ装置に関し、特に回路基板等の検査に有効なＸ線ＣＴ装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、Ｘ線源とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対的に回転させ、所定の微小角度ごとに対象物のＸ線投影データを取り込む撮影動作の後、そのＸ線投影データに逆投影処理等の再構成演算を施すことによって、対象物の断層像情報を得る。

Ｘ線源からコーンビーム状のＸ線を発生するとともに、これを２次元のＸ線検出器で検出するいわゆるコーンビームＣＴ装置においては、一度の撮影により収集したＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の３次元画像情報が求められる。

対象物の３次元画像情報の表示の仕方としては、サーフェイスレンダリング法やボリュームレンダリング法が知られているが、ＭＰＲ（ＭｕｌｔｉＰｌａｎａｒＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）表示機能、換言すれば任意断面再構成機能、あるいは多断面変換表示機能等と称される機能が用いられることが多い（例えば特許文献１参照）。

ＭＰＲ表示機能は、複数の平面で切断した複数の断層像を表示する機能で、前記した相対回転の中心軸に直交するスライス面に沿った断層像（水平断層像）のみならず、任意のスライス面に沿った断層像を表示する機能であり、例えば既に表示されている対象物の水平断層像上でオペレータがライン状のカーソル等を用いて指定した面に沿った断層像を表示することができる。

特開２００８−３０４４２２号公報

ところで、以上のようなＭＰＲ表示機能を有するＸ線ＣＴ装置は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）を搭載した回路基板の検査に多用されている。ＢＧＡやＣＳＰでは、基板の表面に多数個の半田ボールが設けられており、これらの半田ボールの検査にあっては、各半田ボールの中心を通る平面、つまり基板と平行な平面で各半田ボールを切断した断層像を表示させることが通常に行われている。そのために、オペレータは手動によるカーソル操作によって、各半田ボールのほぼ中心を通る平面を切断面として設定している。

ここで、回路基板のＣＴ撮影は、通常、回路基板を試料ステージ上に適当な治具や粘度等を用いて立てた状態で行われる関係上、回転軸に確実に沿った状態とはならず、従って上記した切断面の設定動作は、個々の回路基板ごとに行う必要があり、その作業が面倒であるという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、ＢＧＡやＣＳＰなど、半田ボール等の複数の特定部位が対象物の表面ないしは内部に平面に沿って存在している回路基板等の対象物の検査において、上記のような切断面の設定作業を不要としたＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、対象物を配置するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線源からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しつつ、上記Ｘ線源とＸ線検出の対と試料ステージとを相対回転させて取り込んだ複数の投影角度でのＸ線投影データを再構成することにより、対象物の３次元画像情報を構築するＸ線ＣＴ装置において、上記３次元画像情報から、対象物の表面もしくは内部に平面に沿って存在するあらかじめ設定された複数の特異部位の像を捜し出し、当該各特異部位の像の中心が通る平面を求める特異部位像配列平面算出手段と、その求められた平面でスライスした断層像を上記３次元画像情報に基づいて作成して自動的に表示器に表示する表示手段を備えていることによって特徴付けられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記特異部位像配列平面算出手段の具体的構成例として、上記３次元画像情報を２値化し、その２値化像からあらかじめ設定されている複数の特異部位に対応する特定形状の像を抽出する特異部位像抽出手段と、その抽出された各特異部位像の重心をそれぞれ求める重心算出手段と、その算出された各重心位置を通る最適平面を算出する平面算出手段とからなるものとする構成（請求項２）を採用することができる。

また、本発明のＸ線ＣＴ装置は、上記３次元画像情報から、複数の平面で切断した断層像を表示するとともに、そのいずれかの断層像上で指定された平面で切断した断層像を表示するＭＰＲ表示機能を有するものとし、上記特異部位配列平面算出手段で求められた平面で切断した断層像が、上記ＭＰＲ表示機能の初期表示断層像の一つとされる構成（請求項３）を好適に採用することができる。

本発明は、半田ボール等の特異部位が並ぶ平面を装置が自動的に算出して当該平面で切断した断層像を表示することで、課題を解決するものである。

すなわち、例えば半田ボールなど、他の部位と識別可能な特異部位が平面に沿って存在する、例えばＢＧＡやＣＳＰなどを備えた回路基板等を対象物としたとき、ＣＴ撮影と再構成演算により求めた対象物の３次元画像情報から、その半田ボール等の特異部位が並ぶ平面を自動的に求め、その平面で切断した断層像を表示器に表示する。これにより、ＣＴ撮影と再構成演算が終了した後、オペレータは切断すべき面を設定することなく、所要の平面で切断した断層像が表示される。

特異部位が並ぶ平面の算出の仕方は、請求項２に係る発明のように、再構成演算で得た対象物の３次元画像情報を２値化し、その２値化像からあらかじめ設定されている複数の特異部位に対応する特定形状の像を抽出し、その抽出した各特異部位像の重心を求め、各重心を通る最適平面を算出する手法、例えば各重心からと平面との距離の総和が最も小さくなるような平面を算出する手法などを採用することができる。

そして、ＭＰＲ表示機能を有する装置にあっては、上記のようにして求めた平面で切断した断層像を、初期表示画像のうちの一つとすることで、ＢＧＡなどの半田ボールの検査を直ちに行うことが可能となる。

本発明によれば、ＢＧＡやＣＳＰを備えた回路基板など、半田ボール等の他の部位と識別可能な複数の特異部位が平面状に存在する対象物の検査に際して、ＣＴ撮影の後、その特異部位が並ぶ平面に沿った断層像が自動的に表示されるので、このような対象物の検査における操作の簡略化を図ることが可能となる。また、所要断層像の決定にオペレータの関与が不要となることから、インライン装置等への展開も可能となる。

また、ＭＰＲ表示機能を有する装置にあっては、請求項３に係る発明のように、上記のようにして求めた平面で切断した断層像を、初期表示画像のうちの一つとすることで、複数の半田ボール等の特異部位の断面を含む断層像をもとに、異常嫌疑のある特異部位を更に任意の平面で切断した断層像を表示させる等、速やかな検査を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態の動作手順の例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態においてＣＴ撮影の後に最初に表示される断層像の例を示す図である。

１Ｘ線発生装置
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
４コンピュータ
５操作部
６表示器
７Ｘ線コントローラ
８軸制御部
Ｒ回転軸
Ｗ対象物

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図を示すものであり、Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向を向くように配置され、そのＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が設けられている。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲等を設定することができる。また、Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元Ｘ線検出器である。

ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力をコンピュータ４に収集することによって行われる。コンピュータ４は、後述するように収集したＸ線検出器２の出力、つまりＸ線投影データに、前処理を施した後、逆投影処理によって対象物Ｗの３次元画像情報を演算し、メモリないしはハードディスクに記憶する。

コンピュータ４には、キーボード、マウス、ジョイスティック等からなる操作部５が接続されており、この操作部５を操作することにより、記憶している対象物Ｗの３次元画像情報を基に、任意の平面に沿った断層像を表示器６にＭＰＲ表示する。そして、この実施の形態においては、コンピュータ４は、特異部位が平面状に並んでいる対象物、例えばＢＧＡやＣＳＰなど、複数の半田ボールが平面状に配列されている対象物の検査に際し、操作部５の操作により当該特異部位の形状、例えば半田ボールの場合には球形、を設定しておくことにより、その半田ボールが配列されている平面を自動的に算出し、その平面でスライスした断層像をＭＰＲ表示の初期画像の一つとして表示する。

コンピュータ４は、また、Ｘ線発生装置１に対して供給すべき管電流や管電圧を制御するＸ線コントローラ７を制御下に置いているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部８を介して制御する。このような制御に関する指令や設定等についても、前記した操作部５の操作で行うことができる。

次に、図２のフローチャートを参照しつつ、本発明の実施の形態の動作について説明する。
対象物Ｗを試料ステージ３上に搭載した状態でＣＴ撮影を開始する。ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力がコンピュータ４に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとしてメモリもしくはハードディスクに記憶されていく。

ＣＴ撮影が終了すると、メモリないしはハードディスクに記憶した各Ｘ線投影データが読み出され、前処理を施された後、逆投影処理に供される。なお、前処理は、感度補正、歪み補正処理並びにフィルタ処理等によって構成される。

逆投影処理により求められた対象物Ｗの３次元画像情報はコンピュータ４のメモリないしはハードディスクに記憶される。そして、その３次元画像情報は、あらかじめ設定されているしきい値を用いて２値化され、３次元の２値化像が求められる。

次に、その２値化像から、あらかじめ設定されている特定形状を有する特異部位の像が抽出される。例えばＢＧＡやＣＳＰなどを含む回路基板の半田ボールの検査にあっては、特異部位として半田ボールを設定し、その特定形状として球形を設定しておく。この設定により、２値化像から球形またはほぼ球形の像、従って回路基板中の半田ボールの像が抽出される。

次に、抽出された半田ボールの各像の重心の３次元座標がそれぞれに算出される。そして、算出された各重心を通る平面Ｐを算出する。この平面Ｐの算出は、例えば、各重心からの距離の総和が最小となるような平面を求める等の、公知の手法によって求めることができる。ここで、例えばＢＧＡやＣＳＰ等では半田ボールが基板表面に配置されているため、上記のようにして算出された平面Ｐは、基板表面と平行で、かつ、各半田ボールのほぼ中心を通る面となる。

このようにして算出した各半田ボールの重心を通る平面Ｐに沿ってスライスした断層像を、ＭＰＲ表示の初期画像のうちの一つ、つまりＣＴ撮影後に最初に表示される複数の断層像のうちの一つとして表示器６に表示する。すなわち、算出した平面Ｐの式から、ＭＰＲ表示用のパラメータを計算し、その計算したパラメータをＭＰＲ表示のための表示ソフトウウェアに設定し、平面Ｐでスライスした断層像を表示する。

この実施の形態における初期画像の例を図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図３（Ａ）はあらかじめ設定されている上下方向位置で切断した水平断層像ＣＨであり、（Ｂ）は同じくあらかじめ設定されている水平方向位置で切断した鉛直断層像ＣＶであって、（Ｃ）は上記した平面Ｐで切断した断層像ＣＰであり、これらの断層像が表示器６の同一画面上に同時に表示される。

各断層像の画面には、それぞれ他の断層像のスライス面に相当するカーソルＣｈ，ＣｖおよびＣｐが表示される。すなわち、水平断層像ＣＨ上には、鉛直断層像ＣＶのスライス位置を表すカーソルＣｖと平面Ｐでスライスした断層像ＣＰのスライス位置を表すカーソルＣｐが表示され、鉛直断層像ＣＶ上には、水平断層像ＣＨのスライス位置を表すカーソルＣｈと、断層像ＣＰのスライス位置を表すカーソルＣｐが表示されるとともに、断層像ＣＰ上には、水平断層像ＣＨのスライス位置を表すカーソルＣｈと、鉛直断層像ＣＶのスライス位置を表すカーソルＣｖが表示される。

このようなＭＰＲ表示が、ＣＴ撮影後に最初に表示されることにより、オペレータは断層像ＣＰを見ながら直ちに半田ボールの欠陥の有無を判断することができる。また、断層像ＣＰ上で必要に応じてカーソルＣｈ，Ｃｖを移動させることにより、注目する半田ボールの他の面による断層像を表示させることで、正確な検査を行うことができる。

以上のように、オペレータは従来のように半田ボールの配列に沿った平面、換言すれば基板と平行な面で、かつ、各半田ボールのほぼ中心を通る平面を手動で設定する必要がなくなり、操作の簡略化を図ることができる。

なお、以上の実施の形態においては、試料ステージ３を、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２に対して回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を試料ステージの回りに回転させる構造であってもよい。

Claims

互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、対象物を配置するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線源からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しつつ、上記Ｘ線源とＸ線検出の対と試料ステージとを相対回転させて取り込んだ複数の投影角度でのＸ線投影データを再構成することにより、対象物の３次元画像情報を構築するＸ線ＣＴ装置において、
上記３次元画像情報から、対象物の表面もしくは内部に平面に沿って存在するあらかじめ設定された複数の特異部位の像を捜し出し、当該各特異部位の像を通る平面を求める特異部位像配列平面算出手段と、その求められた平面でスライスした断層像を上記３次元画像情報に基づいて作成して自動的に表示器に表示する表示手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
上記特異部位像配列平面算出手段が、上記３次元画像情報を２値化し、その２値化像からあらかじめ設定されている複数の特異部位に対応する特定形状の像を抽出する特異部位像抽出手段と、その抽出された各特異部位像の重心をそれぞれ求める重心算出手段と、その算出された各重心位置を通る最適平面を算出する平面算出手段によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置が、上記３次元画像情報から、複数の平面で切断した断層像を表示するとともに、そのいずれかの断層像上で指定された平面で切断した断層像を表示するＭＰＲ表示機能を有し、上記特異部位配列平面算出手段で求められた平面で切断した断層像が、上記ＭＰＲ表示機能の初期表示断層像の一つとされることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。