JP2011169791A - Ｘ線検査方法及びｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入端子を有する電子部品が実装されたプリント基板に対して、安価に精度良く良否判定を行う。
【解決手段】プリント基板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プリント基板２０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、スルーホール２１の複数位置で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水平断面画像に基づいて、半田上がり高さを検出する検査ステップと、検査ステップにおいて検出した半田上がり高さに基づいて、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、プリント基板と挿入端子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スルーホールを有するプリント基板と、スルーホールに挿入してランドに半田付けされた挿入端子を有する電子部品との半田付け状態を検査する場合には、プリント基板面の半田形状を目視検査して、半田付け状態の良否判定を行っている。

しかし、半田が電子部品の影になる場合には、目視検査では半田形状を観察することができないという課題があった。また、検査精度が検査員の技量に依存するという課題もある。
さらに、目視検査ではスルーホール内の半田上がり高さを検査することができない等、高精度な半田付け検査を行うことができないという課題もあった。

上記のような課題の解決方法として、電子部品の挿入端子部にチェックピンを具備して、半田付け状態を電気的に検査する検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２７０５５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される電気的な導通状態の測定により半田付け状態の良否判定を行う検査方法では、検査の構成上、検査精度が低く（過検出になりやすく）、また部品コストも高くなるため、量産に対応させることは困難であるという課題がある。

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、挿入端子を有する電子部品が実装されたプリント基板に対して、安価に精度良く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、スルーホールの複数位置で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水平断面画像に基づいて、半田上がり高さを検出する検査ステップと、検査ステップにおいて検出した半田上がり高さに基づいて、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線発生器により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、スルーホールの複数位置で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水平断面画像に基づいて、半田上がり高さを検出する検査部と、検出部により検出された半田上がり高さに基づいて、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、挿入端子を有する電子部品が実装されたプリント基板に対して、安価に精度良く良否判定を行うことができる。

この発明の実施の形態１における電子部品が実装されたプリント基板の構成を示す断面図である。 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Ｘ線検査装置による半田上がり検出を示す断面図及び各検出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）不良品を示す図である。 この発明の実施の形態２にＸ線検査装置による金属間化合物検出を示す断面図及び各検出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）不良品を示す図である。 この発明の実施の形態２にＸ線検査装置による界面クラック検出を示す断面図及び各検出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）不良品を示す図である。

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、挿入端子３１を有する電子部品３０が実装されたプリント基板２０について説明する。
図１に示すように、プリント基板２０には、電子部品３０の挿入端子３１を挿入するためのスルーホール２１が形成されている。このスルーホール２１には、プリント基板２０に配線された不図示のパターン配線と挿入端子３１とを接続する銅箔からなるランド２２が形成されている。

このプリント基板２０に電子部品３０を実装する際には、スルーホール２１に挿入端子３１を挿入して取り付け、ディップ半田によってプリント基板２０に溶融した半田４０に浸す。これによりランド２２と挿入端子３１間に半田４０が付けられる。この際、ランド２２と半田４０との間（基板側半田接合面）、及び挿入端子３１と半田４０との間（部品側半田接合面）に、数μｍ〜数十μｍ厚の金属間化合物４１，４２が形成され、これによりランド２２と挿入端子３１とを接続することができる。

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、表層ランド位置検出部１６、基板厚算出部１７、検査部１８及び判定部１９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２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、スルーホール２１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表層ランド位置検出部１６に送られる。

表層ランド位置検出部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に基づいて、ランド２２の上端及び下端の位置を検出するものである。この表層ランド位置検出部１６により検出されたランド２２の上端及び下端の位置を示す情報は基板厚算出部１７及び検査部１８に送られる。

基板厚算出部１７は、表層ランド位置検出部１６により検出されたランド２２の上端及び下端の位置からランド２２間の距離を測定することによって、プリント基板厚を算出するものである。なお、このプリント基板厚は、基板厚算出手段による演算処理ではなく、Ｘ線検査装置１０に直接入力するように構成してもよい。この基板厚算出部１７により算出されたプリント基板厚を示す情報は検査部１８に送られる。

検査部１８は、表層ランド位置検出部１６及び基板厚算出部１７からの情報に基づいて断面画像生成部１５から複数の水平断面画像を抽出して、この複数の水平断面画像の半田分布に基づいて半田上がり高さを検出するものである。この検査部１８により検出された半田上がり高さを示す情報は判定部１９に送られる。
判定部１９は、検査部１８により検出された半田上がり高さが、ＩＥＣ６１１９１−３（ＪＩＳ Ｃ ６１１９１−３）もしくはＩＰＣ−Ａ−６１０規格の規格値を満足しているか否かよって、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、スルーホール２１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）。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表層ランド位置検出部１６に送られる。

次いで、表層ランド位置検出部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に基づいて、ランド２２の上端及び下端の位置を検出する（ステップＳＴ４、表層ランド位置検出ステップ）。この表層ランド位置検出部１６により検出されたランド２２の上端及び下端の位置を示す情報は基板厚算出部１７及び検査部１８に送られる。

次いで、基板厚算出部１７は、表層ランド位置検出部１６により検出されたランド２２の上端及び下端の位置からランド２２間の距離を測定することによって、プリント基板厚を算出する（ステップＳＴ５、基板厚算出ステップ）。この基板厚算出部１７により算出されたプリント基板厚を示す情報は検査部１８に送られる。

次いで、検査部１８は、表層ランド位置検出部１６及び基板厚算出部１７からの情報に基づいて断面画像生成部１５から複数の水平断面画像を抽出して、この複数の水平断面画像の半田分布に基づいて半田上がり高さを検出する（ステップＳＴ６、検査ステップ）。

ここで、検査部１８は、図４に示すように、断面画像生成部１５から、ランド２２の下端断面（検査断面８）、プリント基板厚の中心位置断面（検査断面９）及びランド２２の上端断面（検査断面１０）での水平断面画像を抽出する。そして、抽出したランド２２の各位置での水平断面画像の半田分布に基づいて、半田上がり高さを検出する。この検査部１８により検出された半田上がり高さを示す情報は判定部１９に送られる。

次いで、判定部１９は、検査部１８により検出された半田上がり高さがＩＥＣ６１１９１−３（ＪＩＳ Ｃ ６１１９１−３）もしくはＩＰＣ−Ａ−６１０規格の規格値を満足しているか否かよって、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行う（ステップＳＴ７、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、検査断面８〜１０のすべての水平断面画像において半田４０が分布していることを確認することができるため、検査部１８は、ランド２２上端まで半田４０が上がっていることを検出することができる。
これにより、判定部１９は、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け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、例えば、検査断面１０で半田付けが正常に行われなかった場合には、検査断面８，９の水平断面画像では半田４０が分布を確認することができるが、検査断面１０の水平断面画像では半田４０の分布を確認することができない。そのため、検査部１８は、ランド２２上端まで半田４０が上がっていないことを検出することができる。
これにより、判定部１９は、この半田上がり高さが規格値を満足していない場合には、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。

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、ランド２２の複数位置での水平断面画像を生成して、この水平断面画像の半田分布から半田上がり高さを検出して、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、安価に精度良く半田付け状態の良否判定を行うことができる。

また、実施の形態１では、ランド２２の複数位置での水平断面画像の半田分布から半田上がり高さを検出するように構成したが、この水平断面画像の半田分布から、半田接合面での界面クラックの検査を行うことも可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、水平断面画像の半田分布から半田上がり高さを検出するように構成したが、正常に半田付けが行われた場合には半田接合面に金属間化合物４１，４２が形成されるため、実施の形態２では、この金属間化合物４１，４２の有無から半田上がり高さを検出する方法について示す。
なお、実施の形態２に係るＸ線検査装置１０は、図１に示す実施の形態１に係るＸ線検査装置１０と同一であり、以下図２を参照しながら説明を行う。

なお、検査部１８は、表層ランド位置検出部１６及び基板厚算出部１７からの情報に基づいて断面画像生成部１５から複数の水平断面画像を抽出して、この水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物４１，４２の有無から半田上がり高さを検出するものである。この検査部１８により検出された半田上がり高さを示す情報は判定部１９に送られる。

次に、Ｘ線検査装置１０の動作について説明する。
なお、実施の形態２に係るＸ線検査装置１０の動作は、図３に示す実施の形態１に係るＸ線検査装置１０の動作と検出ステップ以外は同一であるため、以下、検出ステップについてのみ説明を行う。

検出ステップでは、検査部１８は、表層ランド位置検出部１６及び基板厚算出部１７からの情報に基づいて断面画像生成部１５から複数の水平断面画像に抽出して、この水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物４１，４２の有無から半田上がり高さを検出する。

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、検査断面８〜１０のすべての水平断面画像において半田接合面のコントラストが濃くなっていることを確認することができる。これは、半田接合断面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。

検査部１８では、このコントラスト差から半田接合面に形成された金属間化合物４１，４２の有無を検出することができる。
これにより、判定部１９は、プリント基板２０と電子部品３０との半田付けが良好であると判定することができる。

一方、図５（ｂ）に示すように、例えば、半田付けがランド２２間のすべての位置において正常に行われなかった場合には、検査断面８〜１０のすべての水平断面画像において濃コントラストを確認することができない。そのため検査部１８は、検査断面８〜１０では金属間化合物４１，４２が形成されていないことを検出することができる。
これにより、判定部１９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。

以上のように、この実施の形態２によれば、Ｘ線検査装置１０により、ランド２２の複数位置での水平断面画像を生成して、この水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物４１，４２の有無から半田上がり高さを検出して、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、安価に精度良く半田付け状態の良否判定を行うことができる。

また、実施の形態２では、ランド２２の複数位置での水平断面画像のコントラストに基づく金属間化合物４１，４２の有無から半田上がり高さを検出するように構成したが、図６に示すように、この水平断面画像から金属間化合物４１，４２の分布状態から、半田接合面での界面クラックの有無を検査することも可能である。

１０ Ｘ線検査装置、１１ Ｘ線発生器、１２ Ｘ線検出器、１３ Ｘ線検出部、１４ 制御部、１５ 断面画像生成部、１６ 表層ランド位置検出部、１７ 基板厚算出部、１８ 検査部、１９ 判定部、２０ プリント基板、２１ スルーホール、２２ ランド、３０ 電子部品、３１ 挿入端子、４０ 半田、４１，４２ 金属間化合物。

Claims (12)

1. ランドが形成されたスルーホールを有する基板と、前記スルーホールに挿入して前記ランドに半田付けされた端子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、前記スルーホールの複数位置で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水平断面画像に基づいて、半田上がり高さを検出する検査ステップと、
   前記検査ステップにおいて検出した半田上がり高さに基づいて、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。
2. 前記検査ステップは、前記水平断面画像の半田分布に基づいて半田上がり高さを検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
3. 前記検査ステップは、前記水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物の有無から半田上がり高さを検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
4. 前記判定ステップは、前記半田上がり高さがＩＥＣ６１１９１−３（ＪＩＳ Ｃ ６１１９１−３）もしくはＩＰＣ−Ａ−６１０規格の規格値を満足している場合に、半田付け状態が良好であると判定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のＸ線検査方法。
5. 前記検査ステップは、前記水平断面画像の半田分布に基づいてクラックの有無を検出し、
   前記判定ステップは、前記検出ステップにおいて検出したクラックの有無に基づいて、半田付け状態を判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のＸ線検査方法。
6. 前記検査ステップは、前記水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物の有無からクラックの有無を検出し、
   前記判定ステップは、前記検出ステップにおいて検出したクラックの有無に基づいて、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線検査方法。
7. ランドが形成されたスルーホールを有する基板と、前記スルーホールに挿入して前記ランドに半田付けされた端子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線発生器により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、前記スルーホールの複数位置で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水平断面画像に基づいて、半田上がり高さを検出する検査部と、
   前記検出部により検出された半田上がり高さに基づいて、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。
8. 前記検査部は、前記水平断面画像の半田分布に基づいて半田上がり高さを検出する
   ことを特徴とする請求項７記載のＸ線検査装置。
9. 前記検査部は、前記水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物の有無から半田上がり高さを検出する
   ことを特徴とする請求項７記載のＸ線検査装置。
10. 前記判定部は、前記半田上がり高さがＩＥＣ６１１９１−３（ＪＩＳ Ｃ ６１１９１−３）もしくはＩＰＣ−Ａ−６１０規格の規格値を満足している場合に、半田付け状態が良好であると判定する
    ことを特徴とする請求項７から請求項９のうちのいずれか１項記載のＸ線検査装置。
11. 前記検査部は、前記水平断面画像の半田分布に基づいてクラックの有無を検出し、
    前記判定部は、前記検出部により検出されたクラックの有無に基づいて、半田付け状態を判定する
    ことを特徴とする請求項８記載のＸ線検査装置。
12. 前記検査部は、前記水平断面画像のコントラスト差に基づく金属間化合物の有無からクラックの有無を検出し、
    前記判定部は、前記検出部により検出されたクラックの有無に基づいて、半田付け状態を判定する
    ことを特徴とする請求項９記載のＸ線検査装置。

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