JP2013207292A - 電子部品実装回路基板のショート検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモグラフィーで抽出された発熱箇所と、実際の電子部品実装回路基板上でのショート箇所とが異なることがあっても、ショート箇所を特定でき、修復作業での効率化を図ること。
【解決手段】電子部品実装回路基板の温度分布を撮像してサーモグラフィーにより電子部品実装回路基板上の発熱箇所を抽出し、該発熱箇所を前もって設定された電子部品実装回路基板上の位置を示すエリア情報に対応させて、電子部品実装回路基板のＩＤ情報と発熱箇所のエリア情報をキーとして、電子部品実装回路基板を特定するためのＩＤ情報とＩＤ情報毎に電子部品実装回路基板上の発熱箇所に対応した単数又は複数のエリア情報に基づいた過去のショート箇所を記憶したデータベースにアクセスして、データベースから推定される電子部品実装回路基板のショート箇所を検索する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品実装回路基板のショート検査方法に関し、特に、電子部品実装回路基板からの発熱情報を基にショート箇所を検査する電子部品実装回路基板のショート検査方法に関する。

回路基板は、部品実装前に配線パターン等に異常がないかをチェックして、ショート等の不具合がない回路基板に対して電子部品が実装される。表面実装用電子部品の実装は、実装する回路基板のパターンにクリーム半田等を塗布して、塗布した半田上に電子部品を搭載し、回路基板及び搭載部品に熱風を吹いて、半田を溶かして接合する。また、回路基板の組み立て後に、電子部品と回路基板の接合状態の確認、半田ミス等によるショートの検査が行われる。

特許文献１には、半導体チップの複数の電極と、プリント配線板のそれぞれ対応する複数の電極との接続状態を検査する検査装置が開示されている。特許文献１によれば、レーザー光を照射することにより、電子部品を外側から加熱する加熱手段により電子部品を所定状態に加熱し、次いでこの加熱した電子部品の温度分布を、測定手段を介して測定し、得られる測定結果に基づいて検査手段によって、電子部品の各電極とプリント配線板の対応する電極との接続状態を検査するようにしたものである。

特開平１１−２０１９２６号公報

近年、回路基板の高密度実装に伴ってパターンのピッチが狭くなっているため、回路基板への電子部品実装時に半田ミスによりショートし易い状態となっている。このため、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）が搭載されて組み立てられた直後の基板は、基板表面等でショート状態となっているものが混入しており、その主な原因は、部品実装時の半田ブリッジ等に起因するショートによるものである。また、半田ミスによるショート以外に、導電性の異物によるショートが発生していることもある。

回路基板への電子部品の実装後に、電子部品実装回路基板に通電してボードテスタ等により電子部品実装回路基板の各部の信号レベル等を測定して、ショート等の異常が無いかをチェックしている。

しかしながら、電子部品実装回路基板に通電する前に、電源パターンがショートしていないかを確認する必要がある。電源パターンがショートしている場合には、目視でショート箇所を見つけるには、基板全体をチェックする必要があるため時間と労力を要する。更に、ショートしている箇所に電子部品が実装されている場合には、目視で確認することは困難である。

このため、回路図を見ながらテスタ等によりパターンの抵抗値を測定して、抵抗値の変化によりショート箇所を推定しながら、ショート箇所を見つけて、修復を行っていた。このため、ショート箇所を特定するために、時間を要し、作業効率が悪かった。従って、基板ショートの修復作業での効率化が求められている。

また、ショート箇所検出のために、赤外線放射温度計を用いて部品が実装された回路基板を撮像してサーモグラフィーにより発熱箇所を特定することができる。しかしながら、サーモグラフィーで抽出された発熱箇所と、実際の電子部品実装回路基板上でのショート箇所とが異なることがある。これは、例えば、ショート箇所で発生した熱が、ショート箇所に隣接する大きな面積を有するＧＮＤパターンが放熱板となって、ショート箇所が放熱されてしまう。これにより、ショート箇所から離れた細いパターンに電流が流れて、その部分が発熱するためである。そのため、発熱箇所から一義的にショート箇所を特定できないため、時間を要することがあった。

そこで本発明は、回路基板に実装されている電子部品に負担とならない程度の電流を電源パターンに印加して基板を発熱させて、サーモグラフィーで発熱箇所を検出し、発熱箇所に基づいてデータベースからショート箇所を推定するようにして、基板ショートの検査、修復作業が短時間で行える電子部品実装回路基板のショート検査方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、回路基板の電子部品実装後におけるショート箇所を検査する電子部品実装回路基板のショート検査方法であって、前記電子部品実装回路基板の電源パターンに通常使用時より少ない電流を供給し、電流を供給して前記電子部品実装回路基板の温度分布を撮像してサーモグラフィーにより前記電子部品実装回路基板上の発熱箇所を抽出し、当該発熱箇所を予め設定された前記電子部品実装回路基板上の位置を示すエリア情報に対応させて、前記電子部品実装回路基板のＩＤ情報と当該発熱箇所のエリア情報をキーとして、前記電子部品実装回路基板を特定するためのＩＤ情報と前記ＩＤ情報毎に前記電子部品実装回路基板上の発熱箇所に対応した単数又は複数のエリア情報に基づいた過去のショート箇所を記憶したデータベースにアクセスして、前記データベースから推定される前記電子部品実装回路基板のショート箇所を検索するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の電子部品実装回路基板のショート検査方法は、前記データベースから推定される前記電子部品実装回路基板のショート箇所において、ショート箇所が確認できない場合は、作業者が任意の発熱箇所を選択してマスクし、前記データベースは、再度のアクセス時にマスクされた前記発熱箇所を除外して、推定されるショート箇所を検索するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の電子部品実装回路基板のショート検査方法は、マスクする前の条件に一致する推定ショート箇所が、推定ショート箇所の対象外となるようにして、マスクする前の条件に重複する推定ショート箇所は検索されないようしたことを特徴とする。

また、本発明の電子部品実装回路基板のショート検査方法は、前記電子部品実装回路基板の電源パターンに電流を供給する前に、前記電子部品実装回路基板を冷却する工程を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、回路基板に実装されている電子部品に負担とならない程度の電流を印加して、サーモグラフィーで電子部品実装回路基板上の発熱箇所を抽出して、発熱箇所の位置をキーとして電子部品実装回路基板上の過去に発生したショート箇所を蓄積したデータベースからショート箇所を得るようにしたことにより、短時間でショート箇所が判明し、修復作業の効率化が図られる。

また、電子部品実装回路基板の電源パターンに電流を供給する前に、電子部品実装回路基板を冷却することにより、サーモグラフィーによる発熱箇所の抽出をより確実に行うことができる。

また、回路基板のショート箇所等の報告を製造工程にフィードバックすることにより、類似の事故を減らすことができる。

（ａ）は、回路基板に電子部品を実装した電子部品実装回路基板のショート検査をするためのショート検査装置の構成を示す図、（ｂ）は、保護抵抗を介して電子部品実装回路基板に電源装置を接続した図である。 電子部品実装回路基板のショート検査の流れを示すフローチャートである。 電子部品実装回路基板を縦横に分割して、分割した分割エリアをモニタ画面上にグリットで表示した例を示す図である。 モニタに表示された電子部品実装回路基板の発熱箇所を示す図である。 電子部品実装回路基板の推定されたショート箇所の位置をモニタに表示した一例を示す図である。 モニタ上の分割エリアの一部をマスクした例を示す図である。

以下図面を参照して、発明による電子部品実装回路基板のショート検査方法を実施するための形態について説明する。尚、本発明は、電子部品実装回路基板に実装されている電子部品に負担とならない程度の電流を電源パターンに印加して電子部品実装回路基板を発熱させて、サーモグラフィーで発熱箇所を抽出し、発熱箇所に基づいてデータベースからショート箇所を推定するようにして、電源関連における基板ショートの検査、修復作業が短時間で行えるようにしたものである。
［ショート検査装置の構成］

図１（ａ）は、回路基板に電子部品を実装した電子部品実装回路基板のショートを検査するためのショート検査装置の構成を示す図、図１（ｂ）は、保護抵抗を介して電子部品実装回路基板に電源装置を接続した図である。尚、以下の説明で、電子部品実装前の基板を回路基板と称し、回路基板に電子部品を実装したものを電子部品実装回路基板と称する。

図１に示すように、ショート検査装置１は、電子部品実装回路基板３を撮像して発熱箇所を検出するための赤外線放射温度計５と、赤外線放射温度計５の撮像信号からサーモグラフィーにより温度分布をカラー画像化し、温度の画像データを処理して発熱箇所を抽出する画像処理装置６と、画像データ及び画像処理装置６の処理結果を表示するモニタ７と、画像処理装置６からのキー情報に基づいてショート箇所を推定して出力するデータベース１０とを有している。また、コネクター１５を介して被検査基板である電子部品実装回路基板に電源を供給する電源装置１７を備えている。

電子部品実装回路基板３は、回路基板にＳＭＤ（表面実装部品）等が半田付けにより実装されているものであり、部品実装直後の電源のショート検査で、電源関連にショートが発見されたものである。電子部品実装回路基板３は、検査時に受台２０の支柱を介して水平になるように設置される。

赤外線放射温度計５は、電子部品実装回路基板３からから放射された赤外線をレンズで結像させ、赤外線検出素子で赤外線を検出して、検出した信号から温度を測定するものである。

画像処理装置６は、赤外線放射温度計５からのアナログ信号をデジタルデータに変換して、変換したデジタルデータを温度の高低に対応したカラーに変換して、モニタ７に二次元的に表示する信号を出力するサーモグラフィーを有する。また、画像処理装置６は、赤外線放射温度計５のアナログ信号からデジタルデータに変換された温度データをメモリに記憶し、メモリに記憶したデータを処理して発熱温度及びその箇所（位置）を抽出するものである。

データベース１０は、データベースを管理するソフトウェアが組み込んだＰＣ等であり、電子部品実装回路基板毎に過去に発生した故障箇所情報を蓄積して、キー情報により電子部品実装回路基板上のショート箇所を検索できるようにしたものである。データベース１０が記憶している故障箇所情報は、サーモグラフィーで抽出された発熱位置から検出されたショート箇所の位置を発熱位置に対応させたものである。尚、サーモグラフィー上における位置は、電子部品実装回路基板の表面を縦横に等分して設定したエリア情報により決定される。

このように、データベース１０は、電子部品実装回路基板を特定するためのＩＤ情報毎に、電子部品実装回路基板上の発熱箇所を示すエリア情報に対応して、ショート箇所を記憶したものである。サーモグラフィーで抽出された発熱箇所と、実際の電子部品実装回路基板上でのショート箇所とが異なることがあるが、これらの情報はデータベース１０に記憶されているため、データベース１０を検索することにより発熱箇所からショート箇所を特定することができる。

これにより、電子部品実装回路基板３を特定するためのＩＤ及び発熱箇所をキーとして、過去に発生した類似のショート箇所をデータベース１０から検索できるようになっている。尚、データベースの構成、検索方法等は、多数開示されており、これらの公知のデータベースを使用することが可能である。

電源装置１７は、電子部品実装回路基板３の電子部品に負担とならない程度の電流を、電源パターンを介して印加するものであり、徐々に流す電流の大きさを可変することができるようになっている。図１（ｂ）に示すように、電源装置１７は、保護抵抗１９を介して電流を電子部品実装回路基板３に供給される。また、電源装置１７は、所定の電流値以上を流さないように電流リミット機能を有している。

以上述べたように、ショート検査装置１のデータベース１０には、電子部品実装回路基板３のＩＤ毎に、発熱した箇所に対応したショート箇所のデータが蓄積されている。データベース１０に蓄積されたデータは、その電子部品実装回路基板特有のパターンレイアウトに起因するもの、実装部品に起因するものも含まれているため、同種の電子部品実装回路基板で、同じようなショートが発生する頻度が高くなる。このため、過去のショートに関するデータを蓄積し、蓄積したデータを活用することにより、ショート箇所を高い確率で検索することができる。

［ショート検査の手順］
次に、電子部品実装回路基板のショート検査の手順について図２乃至図６を用いて説明する。図２は、電子部品実装回路基板のショート検査の流れを示すフローチャートであり、図３は、電子部品実装回路基板を縦横に分割して、その分割エリアをモニタ画面上にグリットで表示した例を示す図、図４は、モニタに表示された電子部品実装回路基板の発熱箇所を示す図、図５は、電子部品実装回路基板の推定されたショート箇所の位置をモニタに表示した一例を示す図、図６は、モニタ上の分割エリアの一部をマスクした例を示す図である。

最初に、テスタ等により、電子部品が実装された電子部品実装回路基板３の電源ラインがショートしていないかを確認する（ステップＳ１）。電子部品実装回路基板３の電源ラインがショートしていない場合（ステップＳ２でＹｅｓのとき）には、検査は必要ないので、電子部品実装回路基板３を良品として検査を終了する。

電子部品実装回路基板３の電源ラインがショートしている場合（ステップＳ２でＮｏのとき）には、最初に、電子部品実装回路基板３表面の検査を行う（ステップＳ３）。検査を行う前に、赤外線放射温度計５のレンズの光軸が、水平に設置した電子部品実装回路基板３に対して垂直となるように、電子部品実装回路基板３を受台２０の支柱を介して水平に設置する。このとき、電子部品実装回路基板３にコネクター１５を介して電源装置１７を接続する（ステップＳ４）。また、赤外線放射温度計５は、画像処理装置６に接続するようにする。

次に、検査する電子部品実装回路基板３を赤外線放射温度計５で撮像して、電子部品実装回路基板３がモニタ７上に所定の向き、位置及び大きさに映し出されるように調整する（ステップＳ５）。この基板の位置決め調整は、前もって電子部品実装回路基板３毎に決められており、電子部品実装回路基板３毎に同一の調整が行われ、これにより同一条件で赤外線放射温度計５により撮像される。

また、画像処理装置６に検査対象の電子部品実装回路基板３のＩＤを入力する。画像処理装置６に電子部品実装回路基板３のＩＤを入力後、画像処理装置６は、電子部品実装回路基板３のサイズ及び形状から電子部品実装回路基板３を縦横に分割して、図３に示す分割した分割エリアがグリットでモニタ７画面上に表示される。

図３に示すように、モニタ７画面上の電子部品実装回路基板３は、横方向にＡからＥまでの５分割され、縦方向は１から５までの５分割されている。これにより、モニタ７画面上の電子部品実装回路基板３は、分割エリアＡ１からＥ５までの２５のエリアに分割されている。以後の処理では、電子部品実装回路基板３の各位置は、分割エリアに付されたエリア番号により管理される。尚、上述した分割エリアは、説明用のものであり、縦横の分割数は、これに限定するものではない。

次に、電子部品実装回路基板３の電源端子にコネクター１５を介して、電源装置１７の電流調整器で電流を供給する（ステップＳ６）。電源装置１７は、電子部品実装回路基板３の電子回路部品に負担とならない程度の電流を印加するものであり、電子部品実装回路基板３に流す電流の大きさを可変することができるようになっている。また、電源装置１７の電流調整器は所定の電流以上を流さないように電流リミット機能を有している。電流の大きさを０（ゼロ）から徐々に増加させて０．２Ａから０．３Ａ程度の電流を印加する。

電子部品実装回路基板３に電流を印加して、そのとき撮像した画像は、サーモグラフィーで温度に応じて色分けされてモニタ７に表示される。これにより、サーモグラフィーで温度分布画像が得られる。また、温度分布画像は、画像処理装置６のメモリに記憶される（ステップＳ７）。温度分布画像のデータを記憶しているメモリのアドレスとモニタ７上の位置とは、一対一に対応している。また、メモリのデータは、温度を示す数値が記憶されている

次に、画像処理装置６は、メモリに記憶した温度分布画像のデータを処理して発熱温度及びその箇所（位置）を抽出する（ステップＳ８）。
図４に、モニタ７に表示された電子部品実装回路基板の発熱している箇所を示す。図４に示す発熱箇所は、円で示すエリア番号Ａ２、Ｂ３と、四角で示すエリア番号Ｃ１、Ｃ４、Ｄ２である。

発熱位置の抽出は、温度分布画像の温度データを記憶しているメモリから、最も温度の高い順に発熱位置を抽出する。抽出した発熱位置は、電子部品実装回路基板３上のエリア番号に変換される。また、他の発熱位置の抽出法として、前もって閾値を設定しておき、閾値以上の発熱の温度が抽出された位置を発熱位置とするようにしてもよい。

ショート検査装置１の画像処理装置６は、電子部品実装回路基板３のＩＤ及び抽出された発熱位置のデータをデータベース１０の検索条件とするべく、データベース１０に出力する（ステップＳ９）。電子部品実装回路基板３のＩＤ及び発熱箇所のエリア番号をキーとしてデータベース１０から推定されるショート箇所を検索して、検索結果をモニタ７上に表示する（ステップＳ１０）。図５にデータベース１０で検索して、推定されるショート箇所の位置をモニタに表示した一例を示す。図５に示すように、エリア番号Ｄ１にショートの位置を示す×印が表示される。

モニタ７上に表示された推定されるショート箇所を確認する（ステップＳ１１）。ショートが見られたとき（ステップＳ１２でＹｅｓのとき）には、ショート箇所の修復を行う（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ１５に移行する。

また、推定されるショート箇所が確認できなかったとき（ステップＳ１２でＮｏのとき）には、例えば、作業者が、モニタ７上で目視で確認したショートに起因しない発熱箇所と推定される分割エリアのエリア番号をマスクして、発熱箇所の情報から除くようにする（ステップＳ１４）。図６は、モニタ上の分割エリアの一部をマスクした例を示す。図６に示すように、斜線で示すエリア番号Ｃ１をマスクして、発熱箇所から除外するようにする。

マスクした発熱箇所を外して、ステップＳ９に移行して、再度データベース１０を参照してショート箇所を推定する。この時、発熱箇所のエリア情報が少なくなるため、推定されるショート箇所は、マスクする前と比較して、より多くのショート箇所が推定されるが、図６に示すように、マスクする前の条件にてショート箇所と推定されたエリア番号Ｄ１においてはショート箇所を示す×印は表示されず、新たに推定されるショート箇所のみが、エリア番号Ｄ４及びＥ４に示す×印で表示される。

尚、推定されるショート箇所が確認できなかったときには、作業者が再度選択した発熱箇所をマスクするようにして、データベース１０にアクセス時にマスクした発熱箇所を除外して、ステップＳ９からの工程を繰り返すようにする。

ステップＳ１５では、電子部品実装回路基板３の両面の検査が必要なときには、電子部品実装回路基板３の裏面を検査するための準備を行って（ステップＳ１６）、ステップＳ４に移行して電子部品実装回路基板３の他の面を検査するようにする。また、ステップＳ１５で電子部品実装回路基板３検査が片面のみの場合（ステップＳ１５でＮｏのとき）には、検査を終了する。

以上述べたように、回路基板に実装されている電子部品に負担とならない程度の電流を印加して、サーモグラフィーで発熱の位置を抽出して、発熱の位置をキーとして過去のショート箇所を蓄積したデータベースからショート箇所を得るようにしたことにより、短時間でショート箇所が判明し、修復作業の効率化が図られる。

［ショート検査の他の実施形態］
上記したショート検査は、電子部品実装回路基板３の発熱箇所の抽出を室温で行っているが、サーモグラフィーの感度が低い場合や電子部品実装回路基板３のからの発熱温度が低い場合には、電源パターンに電流を供給する前に、電子部品実装回路基板を冷却する工程を加えることにしてもよい。電子部品実装回路基板３を冷却することにより、発熱箇所を際立たせることができ、ショート箇所発見の精度も向上する。

電子部品実装回路基板３の冷却は、電子部品実装回路基板３を収納したケースを冷やしたり、図１（ｂ）の示す受台２０に冷却機構を設けて、受台２０から冷気を電子部品実装回路基板３に吹き付けるようにしてもよい。更に、室内の照明灯の影響をなくするために、消灯したり、暗室で検査するようにしてもよい。

このように、電子部品実装回路基板３の電源パターンに電流を供給する前に、電子部品実装回路基板３を冷却する工程を設けたり、周囲を暗くすることにより、電子部品実装回路基板３における発熱箇所の抽出が容易に行えるため、ショート箇所発見の精度を向上させることができる。

以上述べたように、本発明によれば、回路基板に実装されている電子部品に負担とならない程度の電流を印加して、サーモグラフィーで電子部品実装回路基板３上の発熱箇所を抽出して、発熱箇所の位置情報をキーとして電子部品実装回路基板３上の過去に発生したショート箇所を蓄積したデータベースからショート箇所を得るようにしたことにより、短時間でショート箇所が判明し、修復作業の効率化が図られる。

また、電子部品実装回路基板の電源パターンに電流を供給する前に、電子部品実装回路基板３を冷却することにより、サーモグラフィーによる発熱箇所の抽出をより確実に行うことができる。

また、回路基板のショート箇所等の報告を製造工程にフードバックすることにより、類似の事故を減らすことができる。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

１ ショート検査装置
３ 電子部品実装電子部品
５ 赤外線放射温度計
６ 画像処理装置
７ モニタ
１０ データベース（コンピュータ）
１５ コネクター
１７ 電源装置
１９ 保護抵抗
２０ 受台

Claims (4)

1. 回路基板の電子部品実装後におけるショート箇所を検査する電子部品実装回路基板のショート検査方法であって、
   前記電子部品実装回路基板の電源パターンに通常使用時より少ない電流を供給し、
   電流を供給して前記電子部品実装回路基板の温度分布を撮像してサーモグラフィーにより前記電子部品実装回路基板上の発熱箇所を抽出し、
   当該発熱箇所を予め設定された前記電子部品実装回路基板上の位置を示すエリア情報に対応させて、前記電子部品実装回路基板のＩＤ情報と当該発熱箇所のエリア情報をキーとして、前記電子部品実装回路基板を特定するためのＩＤ情報と前記ＩＤ情報毎に前記電子部品実装回路基板上の発熱箇所に対応した単数又は複数のエリア情報に基づいた過去のショート箇所を記憶したデータベースにアクセスして、
   前記データベースから推定される前記電子部品実装回路基板のショート箇所を検索するようにしたことを特徴とする電子部品実装回路基板のショート検査方法。
2. 前記データベースから推定される前記電子部品実装回路基板のショート箇所において、ショート箇所が確認できない場合は、
   作業者が任意の発熱箇所を選択してマスクし、
   前記データベースは、再度のアクセス時にマスクされた前記発熱箇所を除外して、推定されるショート箇所を検索するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装回路基板のショート検査方法。
3. マスクする前の条件に一致する推定ショート箇所は、推定ショート箇所の対象外となるようにして、マスクする前の条件に重複する推定ショート箇所は検索されないようしたことを特徴とする請求項２に記載の電子部品実装回路基板のショート検査方法。
4. 前記電子部品実装回路基板の電源パターンに電流を供給する前に、前記電子部品実装回路基板を冷却する工程を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に記載の電子部品実装回路基板のショート検査方法。

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