JP2011169788A

JP2011169788A - Ｘ線検査方法及びｘ線検査装置

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Publication number: JP2011169788A
Application number: JP2010034620A
Authority: JP
Inventors: Naoya Okumura; 直也奥村; Akitoshi Inui; 彰利乾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】ランドの仕様および部品電極の仕様によって良品の半田形状にばらつきが生じている場合にも、精度良く半田付け状態の良否判定を行う。
【解決手段】基板２０にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、Ｘ線照射ステップにおいて照射し基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、Ｘ線検出ステップにおいて検出したＸ線に基づいて、ランド２２と半田４０間の水平断面画像、及び半田４０の水平断面画像を生成する断面画像生成ステップと、断面画像生成ステップにおいて生成したランド２０と半田４０間の水平断面画像、及び半田４０の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する判定ステップとを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、プリント基板と電子部品との半田付け状態を検査するＸ線検査方法及びＸ線検査装置に関するものである。

従来、ランドが形成されたプリント基板と、ランドに半田付けされた部品電極を有する電子部品との半田付け状態をＸ線検査する３次元Ｘ線ＣＴ検査装置では、半田付け後のプリント基板の３次元画像データからランドと部品電極とを接続する半田を抽出し、その形状（面積、重心位置等）から半田付け状態の良否判定を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−１１０６７５号公報特開２００６−２８４５０号公報

しかしながら、半田の形状は、ランドの仕様及び部品電極の仕様（パターン配線の引き回し、ランド構造）によって、良品の場合にもばらつきが生じている。そのため、特許文献１，２に開示されるＸ線検査方法のように、半田形状から半田付け状態の良否判定を行った場合には、誤判定が発生しやすく検査精度が低いといった課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ランドの仕様及び部品電極の仕様によって良品の半田形状にばらつきが生じている場合にも、精度良く半田付け状態の良否判定を行うことができるＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提供することを目的としている。

この発明に係るＸ線検査方法は、基板にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、Ｘ線照射ステップにおいて照射し基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、Ｘ線検出ステップにおいて検出したＸ線に基づいて、ランドと半田間の水平断面画像、および半田の水平断面画像を生成する断面画像生成ステップと、断面画像生成ステップにおいて生成したランドと半田間の水平断面画像、および半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する判定ステップとを有するものである。

また、この発明に係るＸ線検査装置は、基板にＸ線を照射するＸ線発生器と、Ｘ線発生器において照射され基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、Ｘ線検出部により検出されたＸ線に基づいて、ランドと半田間の水平断面画像、および半田の水平断面画像を生成する断面画像生成部と、断面画像生成部により生成されたランドと半田間の水平断面画像、および半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する判定部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、ランドの仕様及び部品電極の仕様によって良品の半田形状にばらつきが生じている場合にも、精度良く半田付け状態の良否判定を行うことができる。

この発明の実施の形態１における半田付け前のプリント基板及びＢＧＡパッケージ部品を示す（ａ）半田付け前の断面図であり、（ｂ）半田付け後の断面図である。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置において、ＢＧＡパッケージ部品の半田付け状態の良否判定を説明する断面図及び各位置での水平断面画像を示す図であり、（ａ）良品を示す図であり、（ｂ）プリント基板側及び電子部品側で不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｃ）プリント基板側が不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｄ）電子部品側が不ヌレ不良の場合を示す図である。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置において、ＱＦＮパッケージ部品の半田付け状態の良否判定を説明する断面図及び各位置での水平断面画像を示す図であり、（ａ）良品を示す図であり、（ｂ）プリント基板側及び電子部品側で不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｃ）プリント基板側が不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｄ）電子部品側が不ヌレ不良の場合を示す図である。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置において、チップ部品の半田付け状態の良否判定を説明する断面図及び各位置での水平断面画像を示す図であり、（ａ）良品を示す図であり、（ｂ）プリント基板側及び電子部品側で不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｃ）プリント基板側が不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｄ）電子部品側が不ヌレ不良の場合を示す図である。この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置において、リード端子部品の半田付け状態の良否判定を説明する断面図及び各位置での水平断面画像を示す図であり、（ａ）良品を示す図であり、（ｂ）プリント基板側及び電子部品側で不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｃ）プリント基板側が不ヌレ不良の場合を示す図であり、（ｄ）電子部品側が不ヌレ不良の場合を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、Ｘ線検査装置１０により半田付け状態を検査する、電子部品３０が実装されたプリント基板２０について説明する。ここで、電子部品３０としてＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ部品３０ａを用いた場合について説明する。
プリント基板２０は、図１に示すように、基材２１上に配線された不図示のパターン配線と電子部品３０の部品電極３２とを接続する銅箔からなるランド２２と、ランド２２上に印刷された半田２３と、ランド２２部分が開口した保護膜である基板レジスト２４とから構成される。

また、ＢＧＡパッケージ部品３０ａは、図１に示すように、インターポーザ３１の裏面に形成された部品電極３２と、部品電極３２に付けられた半田ボール３３と、部品電極３２部分が開口した保護膜である部品レジスト３４とから構成される。

上記のように構成されたプリント基板２０にＢＧＡパッケージ部品３０ａを実装する際には、半田２３上に電子部品３０を装着して取り付け、リフロー炉により加熱して半田２３と半田ボール３３とを一体化させる。この際、ランド２２と半田４０との間に、数μｍ〜数十μｍ厚の金属間化合物が形成されることによって、プリント基板２０とＢＧＡパッケージ部品３０ａとを接合することができる。

次に、Ｘ線検査装置１０の構成について説明する。
Ｘ線検査装置１０は、図２に示すように、Ｘ線発生器１１及びＸ線検出器１２から構成される。また、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線検出部１３、制御部１４、断面画像生成部１５及び判定部１６から構成される。

Ｘ線発生器１１は、軸ａを中心に回動しながら不図示の検査台に載置されたプリント基板２０にＸ線を照射するものである。このＸ線発生器１１は、図１の点線で示すような範囲に対してＸ線を照射する。

Ｘ線検出部１３は、Ｘ線発生器１１により照射され、プリント基板２０を透過したＸ線を検出するものであり、プリント基板２０を介してＸ線発生器１１に対向して配置される。このＸ線検出部１３により検出されたＸ線データは断面画像生成部１５に送られる。

制御部１４は、所定のプログラムに従って、Ｘ線検査装置１０の各部の動作制御を行うものである。
断面画像生成部１５は、Ｘ線検出部１３により検出されたＸ線データに対して画像処理を行い、半田４０の複数位置での水平断面画像を生成するものである。この断面画像生成部１５により生成された複数の水平断面画像は判定部１６に送られる。

判定部１６は、断面画像生成部１５により生成された複数の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行うものである。

次に、Ｘ線検査装置１０の動作について説明する。
Ｘ線検査装置１０により電子部品３０が実装されたプリント基板２０の半田付け状態の良否判定を行う際には、図３に示すように、まず、Ｘ線発生器１１は、回動しながら検査台に載置されたプリント基板２０にＸ線を照射する（ステップＳＴ１，Ｘ線照射ステップ）。

次いで、Ｘ線検出部１３は、Ｘ線発生器１１により照射され、プリント基板２０を透過したＸ線を検出する（ステップＳＴ２、Ｘ線検出ステップ）。このＸ線検出部１３により検出されたＸ線データは断面画像生成部１５に送られる。

次いで、断面画像生成部１５は、Ｘ線検出部１３により検出されたＸ線データに対して画像処理を行い、半田４０の複数位置での水平断面画像を生成する（ステップＳＴ３、断面画像生成ステップ）。
なお、図４では、部品側半田接合面（部品電極３２と半田間の位置）Ｃ、半田中心面Ｄ、基板側半田接合面（ランド２２と半田間の位置）Ｅの３層の断面についての水平断面画像を生成している。
この断面画像生成部１５により生成された複数の水平断面画像は判定部１６に送られる。

次いで、判定部１６は、断面画像生成部１５により生成された複数の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行う（ステップＳＴ４、判定ステップ）。
ここで、図４（ａ）に示すように、半田付けが正常に行われた場合には、半田接合面Ｃ，Ｅの水平断面画像は、半田中心面Ｄの水平断面画像よりもコントラストが濃くなる。これは、半田接合面Ｃ，Ｅに形成された金属間化合物４１，４２の原子量が半田４０の原子量よりも大きく、Ｘ線が照射された際のＸ線透過量が異なるためである。

そのため判定部１６は、半田接合面Ｃ，Ｅの水平断面画像と半田中心面Ｄの水平断面画像とのコントラスト差に基づいて、半田接合面Ｃ，Ｅに金属間化合物４１，４２が形成されていることを確認することができる。これにより、判定部１６は、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態が良好であると判定することができる。

一方、図４（ｂ）に示すように、半田付けが正常に行われずプリント基板２０側及び電子部品３０側ともに不ヌレ不良である場合には、半田接合面Ｃ，Ｅには金属間化合物４１，４２が形成されない。
そのため、半田接合面Ｃ，Ｅの水平断面画像は半田中心面Ｄの水平断面画像とコントラスト差を得ることができず、判定部１６は、半田接合面Ｃ，Ｅには金属間化合物４１，４２が形成されていないことを確認することができる。これにより、判定部１６は、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態が不良であると判定することができる。

また、図４（ｃ）に示すように、プリント基板２０側が不ヌレ不良である場合には、基板側半田接合面Ｅと半田中心面Ｄとの水平断面画像でコントラスト差を得ることができず、金属間化合物４２が形成されていないことを確認できる。また、図４（ｄ）に示すように、電子部品４０側が不ヌレ不良である場合には、部品側半田接合面Ｃと半田中心面Ｄとの水平断面画像でコントラスト差を得ることができず、金属間化合物４１が形成されていないことを確認できる。そのため、判定部１６はそれぞれにおいて、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態が不良であると判定することができる。

次に、電子部品３０としてＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）パッケージ部品３０ｂまたはＳＯＮ（Small Outline Non-leaded）パッケージ部品３０ｃを用いた場合について説明する。
なお、プリント基板２０は、図１に示したプリント基板２０の構成と、ランド２２の配置が変更された点以外は同一であるため、同一の符号を付しその説明を省略する。

ＱＦＮパッケージ部品３０ｂは、インターポーザ３１裏面の４方向にランド２２に半田付けされる部品電極３２が形成されたものである。また、ＳＯＮパッケージ部品３０ｃもＱＦＮパッケージ部品３０ｂと同様に、インターポーザ３１裏面の２方向にランド２２に半田付けされる部品電極３２が形成されたものである。

上記のように構成されたプリント基板２０にＱＦＮパッケージ部品３０ｂ（ＳＯＮパッケージ部品３０ｃ）を実装する際には、半田２３上に電子部品３０を装着して取り付け、リフロー炉により半田２３を加熱する。この際、ランド２２と半田４０との間、及び部品電極３２と半田４０との間に、数μｍ〜数十μｍ厚の金属間化合物４１，４２が形成されることによって、プリント基板２０と電子部品３０とを接合することができる。

ここで、図５（ａ）に示すように、半田付けが正常に行われた場合には、半田接合面Ｃ，Ｅの水平断面画像は、金属間化合物４１，４２が形成されているため、半田中心面Ｄの水平断面画像に対してコントラストが濃くなる。
そこため、判定部１６は、このコントラスト差から半田接合面Ｃ，Ｅに金属間化合物４１，４２が形成されていることを確認することができるため、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態が良好であると判定することができる。

一方、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、半田付けが正常に行われなかった場合には、この部品側半田接合面Ｃまたは／及び基板側半田接合面Ｅには金属間化合物４１，４２が形成されない。
そのため、半田接合面Ｃまたは／及び基板側半田接合面Ｅの水平断面画像は半田中心面Ｄの水平断面画像とのコントラスト差を得ることができず、判定部１６は、金属間化合物４１，４２が形成されていないことを確認することができる。これにより、判定部１６は、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態が不良であると判定することができる。

また、図６に示す電子部品３０としてチップ部品３０ｄを用いた場合や、図７に示すリード端子３５を有するリード端子部品３０ｅを用いた場合に対しても、同様に、半田接合面Ｃ，Ｅと半田中心面Ｄとの水平断面画像でのコントラスト差から金属間化合物４１，４２の有無を検出することによって、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否を判定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、Ｘ線検査装置１０により、半田接合面Ｃ，Ｅと半田中心面Ｄとの水平断面画像でのコントラスト差から金属間化合物４１，４２の有無を検出して、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行うように構成したので、ランド２２の仕様及び部品電極３２の仕様による良品のばらつきに影響されることなく、高精度かつ安定した半田付け状態の良否判定を行うことができる。

また、この実施の形態１では、半田接合面Ｃ，Ｅの金属間化合物４１，４２と半田中心面Ｄの半田４０とのＸ線透過量(画像コントラスト)の差に着目して半田付け状態の良否判定を行うことで、ランド２２や部品電極３２、半田４０の材料に依らずに検査を行うことができる。

なお、この実施の形態１では、半田接合面Ｃ，Ｅでの金属間化合物４１，４２の有無から半田付け状態の良否判定を行うようにしたが、金属間化合物４１，４２の形状を抽出することによって、実質的な半田接合面Ｃ，Ｅの接合面積を検査することもできる。このように構成することによって、半田接合面Ｃ，Ｅのクラック不良等、従来の検査方法では検出困難な半田付け不良を高精度に検出することができる。

さらに、この実施の形態１において、部品側半田接合面Ｃの金属間化合物４１と基板側半田接合面Ｅの金属間化合物４２との距離を測定することによって、半田４０の高さや電子部品３０の高さを測定することもできる。このように構成することによって、基準距離値との比較から半田付け状態の良否判定を行うことも可能である。

１０Ｘ線検査装置、１１Ｘ線発生器、１２Ｘ線検出器、１３Ｘ線検出部、１４制御部、１５断面画像生成部、１６判定部、２０プリント基板、２１基材、２２ランド、２３半田、２４基板レジスト、３０電子部品、３１インターポーザ、３２部品電極、３３半田ボール、３４部品レジスト、３５リード端子、４０半田。

Claims

ランドが形成された基板と、前記ランドに半田付けされた電極を有する電子部品との半田付け状態を検査するＸ線検査方法において、
前記基板にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、
前記Ｘ線照射ステップにおいて照射し前記基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、
前記Ｘ線検出ステップにおいて検出したＸ線に基づいて、前記ランドと前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像を生成する断面画像生成ステップと、
前記断面画像生成ステップにおいて生成した前記ランドと前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する判定ステップとを有する
ことを特徴とするＸ線検査方法。
前記断面画像生成ステップは、前記電極と前記半田間の水平断面画像を生成し、
前記判定ステップは、前記断面画像生成ステップにおいて生成した前記電極と前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
ランドが形成された基板と、前記ランドに半田付けされた電極を有する電子部品との半田付け状態を検査するＸ線検査装置において、
前記基板にＸ線を照射するＸ線発生器と、
前記Ｘ線発生器において照射され前記基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記Ｘ線検出部により検出されたＸ線に基づいて、前記ランドと前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像を生成する断面画像生成部と、
前記断面画像生成部により生成された前記ランドと前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する判定部とを備えた
ことを特徴とするＸ線検査装置。
前記断面画像生成部は、前記電極と前記半田間の水平断面画像を生成し、
前記判定部は、前記断面画像生成部により生成された前記電極と前記半田間の水平断面画像、および前記半田の水平断面画像のコントラスト差に基づいて、半田付け状態を判定する
ことを特徴とする請求項３記載のＸ線検査装置。