JP2011171555A - 半田付け検査方法及び半田付け検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】良品と不良品の形状差異が小さい不ヌレ不良が発生した場合にも、高精度に半田付け状態の良否判定を行う。
【解決手段】基板側半田量を測定する基板側半田量測定ステップと、部品側半田量を測定する部品側半田量測定ステップと、基板側半田量と部品側半田量とに基づいて、半田付け後の良品の半田径を算出する基準半田径算出ステップと、基板にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、検出したＸ線に基づいて、半田付け後の半田の水平断面画像もしくは透過画像を生成する画像生成ステップと、生成した水平断面画像もしくは透過画像から半田径を測定する半田径測定ステップと、基準半田径算出ステップにおいて算出した半田径と、半田径測定ステップにおいて測定した半田径とを比較して、半田付け状態を判定する比較判定ステップとを有する。
【選択図】図１

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半田付け検査方法及び半田付け検査システム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電極を有する電子部品との半田付け状態を透過型Ｘ線検査装置により自動検査する場合には、半田付け後のプリント基板を上面一方向から透視して、抽出した半田の特徴量（形状、面積、長さ）から半田付状態の良否判定を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−７４７４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示される従来の透過型Ｘ線検査装置による自動検査では、良品の半田形状と大きく半田形状が異なるブリッジ不良等の検出は可能であるが、良否判定閾値の設定基準があいまいであるため、良品と不良品の半田形状の差異が小さい不ヌレ不良が発生した場合には、不良検出が困難になるという課題があった。

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、良品と不良品の形状差異が小さい不ヌレ不良が発生した場合にも、高精度に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。

この発明に係る半田付け検査方法は、基板に印刷された半田量を測定する基板側半田量測定ステップと、電子部品に付けられた半田量を測定する部品側半田量測定ステップと、基板側半田量測定ステップにおいて測定した半田量と、部品側半田量測定ステップにおいて測定した半田量とに基づいて、半田付け後の良品の場合の所定位置での半田径を算出する基準半田径算出ステップと、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、半田付け後の半田の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成する画像生成ステップと、画像生成ステップにおいて生成した水平断面画像もしくは透過画像から半田径を測定する半田径測定ステップと、基準半田径算出ステップにおいて算出した半田径と、半田径測定ステップにおいて測定した半田径とを比較して、半田付け状態を判定する比較判定ステップとを有するものである。

また、この発明に係る半田付け検査システムは、基板に印刷された半田量を測定する基板側半田量測定手段と、電子部品に付けられた半田量を測定する部品側半田量測定手段と、基板側半田量測定手段により測定された半田量と、部品側半田量測定手段により測定された半田量とに基づいて、半田付け後の良品の場合の所定位置での半田径を算出する基準半田径算出手段と、基板にＸ線を照射するＸ線照射手段と、Ｘ線照射手段により照射され基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、Ｘ線検出手段により検出されたＸ線に基づいて、半田付け後の半田の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段により生成された水平断面画像もしくは透過画像から半田径を測定する半田径測定手段と、基準半田径算出手段により算出された半田径と、半田径測定手段により測定された半田径とを比較して、半田付け状態を判定する比較判定手段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、良品と不良品の形状差異が小さい不ヌレ不良が発生した場合にも、高精度に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に係る半田付け検査システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるプリント基板及び電子部品の構成を示す（ａ）半田付け前を示す断面図であり、（ｂ）半田付け後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線検査装置の別の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る半田付け検査システムの動作を示すフローチャートである。

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．
半田付け検査システムは、図１に示すように、半田印刷装置１、半田印刷検査装置（基板側半田量測定手段）２、部品実装装置（部品側半田量測定手段）３、リフロー炉４、外観検査装置５、演算装置（基準半田径算出手段）６及びＸ線検査装置７から構成される。ここで、半田印刷検査装置２、部品実装装置３、演算装置６及びＸ線検査装置７は通信ネットワークにより接続されている。

なお、プリント基板１０は、図２（ａ）に示すように、基材１１上に配線された不図示のパターン配線と電子部品２０の部品電極２２とを接続する銅箔からなるランド１２と、ランド１２部分が開口した保護膜である基板レジスト１３とから構成される。このプリント基板１０は、まず、半田印刷装置１に送られる。

半田印刷装置１は、プリント基板１０のランド１２上に半田１４を印刷するものである。この半田印刷装置１により半田１４が印刷されたプリント基板１０は半田印刷検査装置２に送られる。

半田印刷検査装置２は、プリント基板１０の外観を３Ｄ検査することによって、プリント基板１０に印刷された半田１４の体積を測定するものである。この半田印刷検査装置２により測定された半田１４の体積を示す基板側半田量データは演算装置６に送られる。また、プリント基板１０は部品実装装置３に送られる。

部品実装装置３は、プリント基板１０に電子部品２０を実装するものである。なお、以下では、電子部品２０としてＢＧＡパッケージ部品を用いた場合について示す。
この電子部品２０は、図２（ａ）に示すように、インターポーザ２１の裏面に形成された部品電極２２と、部品電極２２に付けられた半田ボール２３と、部品電極２２部分が開口した保護膜である部品レジスト２４とから構成される。

部品実装装置３は、半田１４と半田ボール２３とを圧着させることによりプリント基板１０に電子部品２０を実装する。この部品実装装置３により電子部品２０が実装されたプリント基板１０はリフロー炉４に送られる。また、部品実装装置３は、半田ボール２３の径または面積または体積を測定する。この部品実装装置３により測定された半田ボール２３の径または面積または体積を示す部品側半田量データは演算装置６に送られる。

リフロー炉４は、電子部品２０が実装されたプリント基板１０を加熱して半田１４と半田ボール２３とを一体化させて、図２（ｂ）に示すように、プリント基板１０と電子部品２０とを接合させるものである。このリフロー炉４により半田付けが行われたプリント基板１０は外観検査装置５に送られる。

外観検査装置５は、プリント基板の外観を３Ｄ検査することによって、プリント基板１０上の所定の位置に電子部品２０が実装されているかを検査するものである。この外観検査装置５により検査されたプリント基板１０はＸ線検査装置７に送られる。

演算装置６は、半田印刷検査装置２からの基板側半田量データ及び部品実装装置３からの部品側半田量データに基づいて、半田３０の総体積を算出して、半田付け後の良品半田の所定位置での径（基準半田ボール径ｄ１）を算出するものである。この演算装置６により算出された基準半田ボール径ｄ１を示す算出データはＸ線検査装置７に送られる。

Ｘ線検査装置７は、電子部品２０が実装されたプリント基板１０の半田付け状態の良否判定を行うものであり、図３に示すように、Ｘ線発生器（Ｘ線照射手段）７１及びＸ線検出器７２から構成される。また、Ｘ線検出器７２は、Ｘ線検出部（Ｘ線検出手段）７３、制御部７４、断面・透過画像生成部（画像生成手段）７５、測定部（半田径測定手段）７６及び比較判定部（比較判定手段）７７から構成される。

Ｘ線発生器７１は、断面・透過画像生成部７５が水平断面画像を生成する場合には、図３に示すように、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１０にＸ線を照射するものである。このＸ線発生器７１は、図３の点線で示すような範囲に対してＸ線を照射する。

また、Ｘ線発生器７１は、断面・透過画像生成部７５が透過画像を生成する場合には、図４に示すように、回動せずに不図示の検査台に載置されたプリント基板１０にＸ線を照射するものである。このＸ線発生器７１は、図４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７３は、Ｘ線発生器７１により照射され、プリント基板１０を透過したＸ線を検出するものであり、プリント基板１０を介してＸ線発生器７１に対向して配置される。このＸ線検出部７３により検出されたＸ線データは断面・透過画像生成部７５に送られる。

制御部７４は、所定のプログラムに従って、Ｘ線検査装置７の各部の動作制御を行うものである。
断面・透過画像生成部７５は、Ｘ線検出部７３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３０の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成するものである。この断面・透過画像生成部７５により生成された水平断面画像もしくは透過画像は測定部７６に送られる。

測定部７６は、断面・透過画像生成部７５により生成された所定位置での水平断面画像もしくは透過画像から半田３０の径を測定するものである。この測定部７６により測定された半田３０の径を示すデータは比較判定部７７に送られる。

比較判定部７７は、測定部７６により水平断面画像もしくは透過画像から測定された半田３０の径と、演算装置６により算出された基準半田ボール径ｄ１とを比較することによって、電子部品２０が実装されたプリント基板１０の半田付け状態の良否判定を行うものである。

次に、半田検査システムの動作について説明する。
半田検査システムによるプリント基板１０と電子部品２０との半田付け状態の良否判定動作は、図５に示すように、まず、半田印刷検査装置２は、半田印刷装置１により半田１４が印刷されたプリント基板１０の外観を３Ｄ検査することによって、この半田１４の体積を測定する（ステップＳＴ１、基板側半田量測定ステップ）。この半田印刷検査装置２により測定された半田１４の体積を示す基板側半田量データは演算装置６に送られる。また、プリント基板１０は部品実装装置３に送られる。

次いで、部品実装装置３は、プリント基板１０に電子部品２０を実装し、この際、この電子部品２０の半田ボール２３の径または面積または体積を測定する（ステップＳＴ２、部品側半田量測定ステップ）。この部品実装装置３により測定された半田ボール２３の径または面積または体積を示す部品側半田量データは演算装置６に送られる。また、プリント基板１０は、リフロー炉４に送られて半田付けが行われ、外観検査装置５による外観検査が行われた後、Ｘ線検査装置７に送られる。

次いで、演算装置６は、半田印刷検査装置２からの基板側半田量データ及び部品実装装置３からの部品側半田量データに基づいて、半田３０の総体積を算出する（ステップＳＴ３）。次いで、演算装置６は、算出した半田３０の総体積に基づいて、基準半田ボール径ｄ１を算出する（ステップＳＴ４、基準半田径算出ステップ）。この演算装置６により算出された基準半田ボール径ｄ１を示す算出データはＸ線検査装置７に送られる。

次いで、Ｘ線検査装置７のＸ線発生器７１は、断面・透過画像生成部７５が水平断面画像を生成する場合には回動しながら、もしくは断面・透過画像生成部７５が透過画像を生成する場合には回動せずに、不図示の検査台に載置されたプリント基板１０にＸ線を照射する（ステップＳＴ５、Ｘ線照射ステップ）。
次いで、Ｘ線検出部７３は、Ｘ線発生器７１により照射され、プリント基板１０を透過したＸ線を検出する（ステップＳＴ６、Ｘ線検出ステップ）。このＸ線検出部７３により検出されたＸ線データは断面・透過画像生成部７５に送られる。

次いで、断面・透過画像生成部７５は、Ｘ線検出部７３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３０の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成する（ステップＳＴ７、画像生成ステップ）。この断面・透過画像生成部７５により生成された水平断面画像もしくは透過画像は測定部７６に送られる。

次いで、測定部７６は、断面・透過画像生成部７５により生成された所定位置での水平断面画像もしくは透過画像から半田３０の径を測定する（ステップＳＴ８、半田径測定ステップ）。この測定部７６により測定された半田３０の径を示すデータは比較判定部７７に送られる。

次いで、比較判定部７７は、測定部７６により水平断面画像もしくは透過画像から測定された半田３０の径と、演算装置６により算出された基準半田ボール径ｄ１とを比較することによって、電子部品２０が実装されたプリント基板１０の半田付け状態の良否判定を行う（ステップＳＴ９、比較判定ステップ）。
ここで、良品の場合には、半田１４と半田ボール２３とが溶融して一体化するため、半田３０の総体積は、半田１４の体積と半田ボール２３の体積との和になる。一方、不ヌレ不良が発生した場合には、半田１４と半田ボール２３とが一体化しないため、リフロー後の半田３０の総体積は、良品の場合と比較して少量となる。したがって、良品と不良品とで半田３０の径にも差異が生じることになる。
そのため、比較判定部７７は、算出された基準半田ボール径と、測定された半田３０の径とを比較することによって、不ヌレ不良の検出を行うことができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、Ｘ線検査装置７により、良品の場合の半田付け後の半田径を算出して、水平断面画像もしくは透過画像から得られた実際の半田径と比較することで、良品と不良品の形状差異が小さい不ヌレ不良が発生した場合にも、高精度に半田付け状態の良否判定を行うことができる。

なお、実施の形態１では、半田３０の径から半田付け検査を行ったが、半田１４の体積と半田ボール２３の体積とから良品の場合の半田３０の面積を算出することも可能であり、この半田３０の面積から良否判定を行うことも可能である。

また、実施の形態１では、演算装置６により算出された基準半田ボール径ｄ１を示す算出データをＸ線検査装置７に送り、Ｘ線検査装置７にて半田付け状態の良否判定処理を行うように構成したが、Ｘ線検査装置７で取得した水平断面画像もしくは透過画像データを演算装置６に送り、演算装置６内で半田付け状態の良否判定処理を行うように構成してもよく、高精度な半田付け検査を実現することが可能である。

さらに、実施の形態１における演算装置６の演算処理をＸ線検査装置７内で行うように構成してもよく、このように構成することで、演算装置６が不要となり、コストダウンさせることも可能である。

１ 半田印刷装置、２ 半田印刷検査装置、３ 部品実装装置、４ リフロー炉、５ 外観検査装置、６ 演算装置、７ Ｘ線検査装置、１０ プリント基板、１１ 基材、１２ ランド、１３ 基板レジスト、１４ 半田、２０ 電子部品、２１ インターポーザ、２２ 部品電極、２３ 半田ボール、２４ 部品レジスト、３０ 半田、７１ Ｘ線発生器、７２ Ｘ線検出器、７３ Ｘ線検出部、７４ 制御部、７５ 断面・透過画像生成部、７６ 測定部、７７ 比較判定部。

Claims (2)

1. 半田が印刷されたランドを有する基板と、半田が付けられ、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Ｘ線を用いて検査する半田付け検査方法において、
   前記基板に印刷された半田量を測定する基板側半田量測定ステップと、
   前記電子部品に付けられた半田量を測定する部品側半田量測定ステップと、
   前記基板側半田量測定ステップにおいて測定した半田量と、前記部品側半田量測定ステップにおいて測定した半田量とに基づいて、半田付け後の良品の場合の所定位置での半田径を算出する基準半田径算出ステップと、
   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、半田付け後の半田の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成する画像生成ステップと、
   前記画像生成ステップにおいて生成した水平断面画像もしくは透過画像から半田径を測定する半田径測定ステップと、
   前記基準半田径算出ステップにおいて算出した半田径と、前記半田径測定ステップにおいて測定した半田径とを比較して、半田付け状態を判定する比較判定ステップとを有する
   ことを特徴とする半田付け検査方法。
2. 半田が印刷されたランドを有する基板と、半田が付けられ、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Ｘ線を用いて検査する半田付け検査システムにおいて、
   前記基板に印刷された半田量を測定する基板側半田量測定手段と、
   前記電子部品に付けられた半田量を測定する部品側半田量測定手段と、
   前記基板側半田量測定手段により測定された半田量と、前記部品側半田量測定手段により測定された半田量とに基づいて、半田付け後の良品の場合の所定位置での半田径を算出する基準半田径算出手段と、
   前記基板にＸ線を照射するＸ線照射手段と、
   前記Ｘ線照射手段により照射され前記基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、
   前記Ｘ線検出手段により検出されたＸ線に基づいて、半田付け後の半田の所定位置での水平断面画像もしくは透過画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段により生成された水平断面画像もしくは透過画像から半田径を測定する半田径測定手段と、
   前記基準半田径算出手段により算出された半田径と、前記半田径測定手段により測定された半田径とを比較して、半田付け状態を判定する比較判定手段とを備えた
   ことを特徴とする半田付け検査装置。

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