JP2014098622A - Ｘ線検査装置およびｘ線検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と基板の接合部の良否判定を精度よく行う。
【解決手段】電子部品と基板との接合部を検査するＸ線検査装置であって、Ｘ線を用いて前記接合部内部の３次元データを取得するＸ線撮影手段と、前記接合部の３次元データから、１つまたは複数の断面画像を取得する断面画像取得手段と、前記断面画像におけるボイドの面積を計測するボイド計測手段と、前記断面画像におけるボイドの面積に基づいて、前記接合部の良否を判定する判定手段と、を備える。良否判定では、断面画像におけるボイドの総面積や最大ボイドの面積が所定の閾値を超える場合には、不良であると判定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線検査装置およびＸ線検査方法に関する。

基板と電子部品とをはんだ等により接合する接合部の良否を判定する技術として、Ｘ線撮影を用いる方法が知られている（特許文献１等）。特許文献１による手法では、接合部のＸ線透過画像を撮影し、透過画像におけるボイド（気泡）の面積を算出する。この際、単純に面積（総面積）により良否判定をすると誤判定を招くことを課題として、接合部における位置ごとに影響度（温度上昇に対する影響度）をあらかじめ算出しておき、ボイドの面積と影響度を組み合わせて良否判定を行っている。

特許第３９２２１７２号公報

接合部における全てのボイドが必ずしも不良を引き起こすわけではない。ボイドの発生位置や、複数のボイドの位置関係などにより、不良を引き起こしたり引き起こさなかったりする。例えば、放熱用のはんだにおいては、全体に散らばったボイドは問題ないが、特定の層に密集しているボイドは放熱を阻害する。また、基板や部品との接合部近辺にボイドが集中していると、接合強度が低下する。また、はんだの外周にボイドが集中していると、クラックが発生しやすい。このように、良否判定においてボイドの位置が重要になるため、はんだ全体におけるボイドの総体積や総面積を計測する検査方法では、誤判定を招いてしまう。

特許文献１による方法は、ボイドの位置を考慮して判定を行っているが、透過画像を用いているため、奥行き方向の位置を考慮することができない。これは、接合部の厚さが厚い場合に特に問題となる。

また、特許文献１による方法では、ボイド発生位置ごとの影響度をあらかじめ算出しているが、これを３次元の場合に拡張することは容易ではない。そもそも、任意の位置におけるボイドの影響度を測定すること自体が容易ではない。また、影響度の測定は全ての部品について個別に行う必要があるので、実施するのは困難である。したがって、特許文献１による手法で、接合部の３次元検査を行うことは困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、電子部品と基板の接合部の良否判定を精度よく行える技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、Ｘ線撮影により接合部の３次元データを取得し、適切な断面画像におけるボイドの面積に基づいて、接合部の良否判定を行う。

より具体的には、本発明は、電子部品と基板との接合部を検査するＸ線検査装置であって、Ｘ線撮影手段と、断面画像取得手段と、ボイド計測手段と、判定手段と、を備える。

Ｘ線撮影手段は、Ｘ線を用いて前記接合部内部の３次元データを取得するように構成さ
れる。接合部内部の３次元データの取得は、既存の任意の手法によって行うことができる。

断面画像取得手段は、接合部の３次元データから、１つまたは複数の断面画像を取得するように構成される。ここで、断面画像を取得する位置や枚数は、検査対象の部品に応じて適宜変更することが好ましい。したがって、本発明において、断面画像を取得する際のスライス方向およびスライス間隔を決定して、断面画像を取得する位置を決定する断面画像取得位置決定手段を備えることも好ましい。例えば、スライス方向を基板に対して垂直な方向とすることができる。これは、一層にボイドが集中していると不良が起きる部品に対する検査方法として好適である。また、例えば、スライス方向を基板に対して平行な方向とすることができる。これは、例えば、外縁部など特定の場所にボイドが集中していると不良が起きる部品に対する検査方法として好適である。また、スライス間隔も、検査対象の部品に応じて適宜決定することが好ましい。

ボイド計測手段は、断面画像におけるボイド画像を計測する。断面画像におけるボイドの検出は、画素の二値化など既存の任意の手法によって行うことができる。

判定手段は、断面画像におけるボイドの面積に基づいて、接合部の良否を判定するように構成される。例えば、それぞれの断面画像におけるボイドの総面積を算出し、少なくともいずれかの断面における総面積が所定の閾値を超える場合に、接合部が不良であると判定することができる。また、断面画像における最も大きいボイドの面積が所定の閾値を超える場合に、接合部が不良であると判定することができる。

本発明では、ボイドを計測する断面位置を決定可能であり、このようにして決定された断面位置でのボイドの面積に基づいて良否判定を行っている。単純に接合部全体のボイドの面積に基づく判定では、良品を不良品と判定したり、不良品を良品と判定したりする誤判定が生じる可能性が高いが、本発明によれば、このような誤判定を抑制し、精度のよい良否判定が行える。

本発明において、ボイド計測手段は、ボイドの面積ではなく体積を算出（推定）してもよい。複数の断面画像のそれぞれにおけるボイドの面積と、断面画像間の距離に基づいて、ボイドの体積を算出することができる。判定手段は、ボイドの体積に基づいて、良否判定をする。この際、最も大きいボイドの体積に基づいて良否判定をしたり、ボイドの総体積に基づいて良否判定をしたりできる。また、ボイドの中心位置を算出して、中心位置も考慮して良否判定を行うこともできる。

断面画像を取得する際のスライス方向が基板に対して垂直な場合は、基板の傾きを検出する基板傾き取得手段を有し、基板の傾きに基づいてスライス方向を決定することが好ましい。基板には反りなどが生じることが避けがたいので、基板の傾きを取得することで、基板の垂直方向をより精度よく決定することができる。基板傾きの検出は、例えば、変位計により検出することもできるし、３次元データを解析することによっても検出できる。

断面画像を取得する際のスライス方向が基板に対して平行な場合は、基板上における接合部の向きに基づいてスライス方向を決定することも好ましい。例えば、接合部の端部にボイドが集中すると不良が発生する場合がある。このような部品には、接合部端部の断面画像を取得することが望まれ、接合部の向きを基準としてスライス方向を決定することが好ましい。したがって、基板上での接合部（あるいは電子部品）の向きを検出し、この向きに基づいてスライス方向を決定することで、良否判定の検出精度が向上する。

また、本発明において、接合部の形状および面積を含む設計情報を取得する設計情報取
得手段をさらに有し、設計情報に基づいて、断面画像を取得する位置や、良否判定の判定条件を決定することが好ましい。上述したように、不良を招くようなボイドの発生は、部品ごとに異なる。したがって、どのような断面においてボイドを検出するかや、良否判定の条件は部品ごとに設定することが望ましい。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有するＸ線検査装置として捉えることができる。また、上記処理の少なくとも一部を含むＸ線検査装置の制御方法若しくはかかる方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、電子部品と基板の接合部の良否判定を精度よく行える。

第１〜第５の実施形態にかかるＸ線検査装置の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかるＸ線検査装置における良否判定処理に関わる機能ブロックを示す図である。 接合部から断面画像を取得する際のスライス方向と、取得される断面画像を説明する図である。 接合部から断面画像を取得する際のスライス方向の別の例を示す図である。 第１〜第５の実施形態に係る接合部の良否判定処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態にかかるＸ線検査装置における良否判定処理に関わる機能ブロックを示す図である。 基板の傾きと、Ｚ方向にスライスする際のスライス方向の調整を説明する図である。 部品の取り付け向きと、Ｘ，Ｙ方向にスライスする際のスライス方向の調整を説明する図である。 断面画像からボイドの体積を算出する方法を説明する図である。 第４の実施形態にかかるＸ線検査装置における良否判定処理に関わる機能ブロックを示す図である。 部品種類の判定条件と各部品種類についての検査方法とを格納した検査方法決定条件記憶部の例を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。本発明の第１の実施形態に係るＸ線検査装置は、プリント基板にはんだ付けされた電子部品のはんだ付け状態やボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のバンプ等の良否判定をする装置である。本実施形態にかかるＸ線検査装置は、Ｘ線源と検査対象物とを相対的に移動させて複数回のＸ線撮影を行いはんだ接合部内部の状態を取得し、適切な位置での断面画像を生成して、その断面画像に基づいて電子部品とプリント基板のはんだ接合部の良否を検査する。

＜装置構成＞
図１は、本実施形態にかかるＸ線検査装置１の概略ブロック図である。Ｘ線検査装置１は、概略、Ｘ線源１０、線源用Ｚステージ１１、搬送装置２１、基板用ＸＹステージ２２、Ｘ線検出器３０、カメラ用ＸＹＺステージ３１、変位計３２を有しており、各部を演算部１１１からの制御信号に基づいて制御する。Ｘ線検査装置１は、制御系として、カメラ用ＸＹＺステージ制御部１０１、Ｘ線画像撮影部１０２、高さ計測部１０３、検査対象位置制御部１０４、Ｘ線源制御部１０５、撮像高さ制御部１０６を備える。さらに、Ｘ線検
査装置１は、演算部１１１、主記憶部１１２、補助記憶部１１３、入力部１１４、出力部１１５を備える。

Ｘ線源１０は、Ｘ線源制御部１０５を介した演算部１１１からの命令に従って、検査対象物２０に対してＸ線を照射する。Ｘ線源１０は、線源用Ｚステージ１１により垂直方向位置を調整可能である。これにより、Ｘ線源１０と検査対象物２０およびＸ線検出器３０との相対距離を制御可能である。線源用Ｚステージ１１は撮像高さ制御部１０６によって制御される。検査対象物２０は、搬送装置２１によって搬送されて、検査位置であるＸ線源１０とＸ線検出器３０との間に配置される。検査対象物２０は、基板用ＸＹステージ２２によって水平方向位置を変更可能であり、異なる方向からのＸ線撮影ができるようになっている。検査対象物２０は、搬送装置２１によって検査対象位置に搬送され、さらに基板用ＸＹステージ２２によって検査位置が調整される。搬送装置２１および基板用ＸＹステージ２２は、検査対象位置制御部１０４によって制御される。

Ｘ線検出器３０は、Ｘ線源１０から出力され、検査対象物２０を透過したＸ線を検出する２次元Ｘ線検出器である。Ｘ線検出器３０は、Ｘ線画像撮影部１０２によって制御される。また、Ｘ線検出器３０としては、Ｉ．Ｉ．（Image Intensifier）管や、ＦＰＤ（フ
ラットパネルディテクタ）を用いることができる。ここでは１つのみのＸ線検出器が採用されているが、複数個のＸ線検出器を用いても構わない。Ｘ線検出器３０は、カメラ用ＸＹＺステージ３１によって水平方向位置および垂直方向位置を変更可能である。カメラ用ＸＹＺステージ３１は、カメラ用ＸＹＺステージ制御部１０１によって制御される。

変位計３２は、基板までの距離を、基板の複数の位置について計測する。したがって、変位計３２によって検査対象物である基板の反りや傾きを計測することが可能である。基板の製造過程において基板に反りや傾きが生じることがあり、その量は個体によって異なる。そこで、それぞれの基板の反りや傾きを計測して、Ｘ線源１０やＸ線検出器３０の高さ位置を調整して適切なＸ線撮影が行えるようにする。

以上の構成により、Ｘ線検査装置は、様々な方向から基板を撮像できるように、基板とＸ線検出器３０とを稼働できる。本実施形態では、このように様々な方向からの撮像結果を基に、ＣＴ（Computed Tomography）と呼ばれる３次元データ生成手法を用いて、検査
対象物２０の３次元データを生成する。

また、Ｘ線検査装置１は、線源−基板間距離および線源−Ｘ線検出器間の距離比（拡大率）を変更できる。すなわち、Ｘ線検査装置１は、Ｘ線検出器３０で撮像される検査対象物２０の大きさ、あるいは分解能を変更可能である。

なお、図示はしていないが、Ｘ線検査装置１は、可視画像を撮影するカメラも備える。可視画像によって、基板の外観を視認可能となる。また、可視画像から、基板表面に記載されるバーコードや２次元コードなどの識別子を取得して、検査対象物２０の種類を把握するためにも用いられる。

演算部１１１としては、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と呼ばれる一般的な汎用演算装置を用いることができる。主記憶部１１２としてはＲＡＭなどのメモリを用いることができる。補助記憶部１１３は、ＲＯＭやＨＤＤなどを用いることができる。入力部１１４は、キーボード、ボタン、スイッチ、マウスなど、ユーザが演算部１１１に対して指示を入力可能な任意の装置である。出力部１１５は、ディスプレイ、スピーカなど、映像や音声等によって演算部１１１からの出力をユーザに提示可能な任意の装置である。すなわち、一般的なコンピュータシステムを用いて、これらの機能部を実現することができる。

補助記憶部１１３に格納されたプログラムを演算部１１１が読み込んで実行することにより、図２に示すような、３次元データ作成部２０１、分割位置決定部２０２、断面画像取得部２０３、ボイド計測部２０４、良否判定部２０５、分割条件記憶部２０６、ボイド抽出条件記憶部２０７、良否判定条件記憶部２０８などの各種の機能部が実現される。

３次元データ作成部２０１は、様々な方向からＸ線撮影された撮影結果に基づいて、接合部の３次元データを生成する。３次元データの生成は、既存の３次元ＣＴ技術によって行えるので、ここでは詳細な説明は省略する。

分割位置決定部２０２は、接合部の３次元データから断面画像を取得する際の、断面の位置を決定する。本明細書においては、検査対象物の断面画像を取得することを、検査対象物を分割するとも表記する。また、断面画像の取得位置を決定することを、分割位置を決定すると表記する。

本実施形態においては、スライス方向やスライス間隔などは、あらかじめ定められた条件あるいはユーザによって指定された条件が、分割条件記憶部２０６に記憶される。分割位置決定部２０２は、分割条件記憶部２０６に記憶された方法に従って、接合部の分割位置を決定する。スライス方向は、例えばＺ方向とすることができる。本明細書において、図１に示すように、鉛直方向をＺ方向、搬送装置の搬送方向をＹ方向、搬送方向と直交する方向をＸ方向とする。

スライス方向をＺ方向とした場合には、図３（ａ）に点線で示すような位置で接合部の断面画像が取得される。なお、断面画像の取得枚数や断面画像間の距離は適宜決定することができる。例えば、断面画像間の距離をあらかじめ定めておいて接合部の厚さに応じて断面画像の取得枚数を変化させてもよいし、断面画像の枚数をあらかじめ定めておいて断面画像間の距離を変化させてもよい。また、断面画像の取得位置を決定する際に、必ずしも、断面画像間の距離を等間隔とする必要は無く、不等間隔としても構わない。

スライス方向は図４（ａ）に示すようにＹ方向にしたり、図４（ｂ）に示すようにＸ方向にしたりしてもよい。これらの場合においても、断面画像間の距離は上記と同様に適宜定めることができる。また、スライス方向は必ずしもＸＹＺ方向のいずれかとする必要は無く、任意の方向としてもよい。また、複数の方向について断面画像を取得すると決定してもよい。例えば、Ｘ方向についての断面画像と、Ｙ方向についての断面画像を取得するようにしてもよい。

断面画像取得部２０３は、３次元データを用いて、断面画像取得位置における断面画像を生成する。この処理は、既存の技術によって実現可能であるため詳細な説明は省略する。

ボイド計測部２０４は、断面画像におけるボイド（気泡）の面積を計測する。断面画像は図３（ｂ）に示すように、はんだ領域３０１と、ボイド領域３０２ａ〜ｃとで、画素値が異なる。したがって、はんだ領域とボイド領域とに区別できるように断面画像を２値化することによりボイド領域の面積を算出することができる。２値化の際の閾値は、固定値を用いてもよいし、断面画像における各画素値から求めるようにしてもよい。ただし、２値化以外の既存の任意の方法によりボイド領域を抽出するようにしてもよい。

このようなボイドを抽出するための条件は、ボイド抽出条件記憶部２０７に記憶されており、ボイド計測部２０４は記憶された条件に従ってボイド領域を抽出してその面積を求める。なお、１つの断面画像に複数のボイドが含まれる場合があり、その場合には、それぞれのボイドについて個別に面積を求めることが好ましい。ただし、ボイドの総面積にの
み基づいて良否判定を行う場合には、個別の面積を求めることなく総面積のみを求めるようにしてもよい。

ボイド計測部２０４がボイドの面積を計測する際は、面積の絶対値（単位は任意でよい）を求めてもよいし、相対値（すなわち、接合部の断面積に対する割合）を求めても構わない。

良否判定部２０５は、ボイド計測部２０４が計測したボイドの面積に基づいて、検査対象物の接合部の良否判定を行う。良否判定の条件として、例えば、それぞれの断面画像におけるボイドの総面積が、ボイド総面積の閾値を超える場合に不良と判定することができる。また、各断面画像における最も大きいボイドの面積が、最大ボイド面積の閾値を超える場合に不良と判定することができる。これら２つの条件のいずれか一方でも満たされる場合に不良と判定してもよいし、これら２つの条件の両方が満たされる場合のみ不良と判定してもよい。なお、ボイド総面積の閾値や最大ボイド面積の閾値は、断面位置ごとに異なる値であっても構わないし、全ての断面位置において共通であっても構わない。

良否判定のための判定条件は、良否判定条件記憶部２０８に記憶されている。具体的には、良否判定の条件や、ボイド総面積の閾値や最大ボイド面積の閾値などが良否判定条件記憶部２０８に記憶される。良否判定部２０５は、この内容を読み出して良否判定を行う。

良否判定部２０５による判定結果は、出力部１１５などに出力される。この際、単に判定結果（良否）のみを出力してもよいが、次のような情報を出力することも好ましい。すなわち、ボイド総面積の最大値や、ボイド総面積が最大である断面の位置、最大ボイド面積の最大値、最大ボイド面積が最大である断面の位置などである。さらに、各断面について、断面位置、ボイド総面積、最大ボイド面積などを出力することも好ましい。

＜動作例＞
図５のフローチャートを参照して、本実施形態にかかるＸ線検査方法の動作例について説明する。

まず、基板２０を搬送装置２１により検査位置に搬送し、Ｘ線源１０、基板２０、Ｘ線検出器３０の相対位置を変えながら複数回のＸ線撮影を実施する（Ｓ５０１）。Ｘ線撮影の結果はＸ線画像撮影部１０２に取り込まれる。次に、３次元データ作成部２０１が、Ｘ線撮影の結果から３次元ＣＴ技術を用いて、検査対象のはんだ接合部の内部状態に関する３次元データを作成する（Ｓ５０２）。

次に、分割位置決定部２０２が、断面画像を取得する位置を決定する（Ｓ５０３）。より具体的には、断面画像を取得する際の、スライス方向とスライス間隔を決定する。例えば、検査対象のはんだ接合部が放熱用はんだのように平板状であり、同じ層（高さ）にボイドが集中すると不良が発生する場合には、Ｚ方向（鉛直方向）をスライス方向として決定する。スライス間隔は固定値であってもよいし、スライス枚数と接合部の厚さからスライス間隔を決定してもよい。なお、取得する断面画像の枚数は、１枚であってもよいし、複数枚であってもよい。

決定された分割位置でのそれぞれ断面画像について、以下のステップＳ５０４〜Ｓ５０７の処理を実行する。まず、断面画像取得部２０３が、３次元データから分割位置におけるデータを選択して、断面画像を生成する（Ｓ５０４）。そして、ボイド計測部２０４が、得られた断面画像を２値化して、ボイド領域を抽出する（Ｓ５０５）。１つの断面画像には、１つのボイドのみが含まれる場合もあるが、複数のボイドが含まれる場合もある。
ボイド計測部２０４は、断面画像に含まれるボイドの総面積を計測する（Ｓ５０６）とともに、断面画像に含まれるボイドのうち最も面積の大きいボイドの面積（最大ボイド面積）を計測する（Ｓ５０７）。

上記のボイド計測処理を全ての断面画像について完了したら、良否判定部２０５が、計測されたボイド面積に基づいて接合部の良否判定を行う（Ｓ５０８）。具体的な判定条件として、例えば次のような基準を採用する。すなわち、ボイド総面積の最大値および最大ボイド面積の最大値の両方が、所定の閾値以下である場合に良品であると判定し、それ以外の場合に不良品と判定する。すなわち、いずれかの断面において、ボイド総面積あるいは最大ボイド面積が閾値を超える場合に不良品であると判定する。ここで、総面積と最大面積に適用する閾値はそれぞれ異なる値である。また、全ての断面において閾値を一定とする必要は無く、断面位置に応じて異なる閾値を用いてもよい。

良否判定部２０５は、判定結果を出力部１１５に出力して判定結果を提示する（Ｓ５０９）。この際、良否判定の結果を出力するだけでなく、ボイド総面積の最大値、ボイド総面積が最大である断面位置、最大ボイド面積の最大値、最大ボイド面積が最大値である断面位置も合わせて表示する。さらに、各断面における断面位置、ボイド総面積、最大ボイド面積を表示してもよい。

＜実施形態の作用／効果＞
本実施形態によれば、検査対象の接合部に応じて断面取得位置を決定し、各断面におけるボイド総面積や最大ボイド面積などにより良否判定を行っている。これにより、簡易な方法によりボイドの発生位置を考慮に入れた検査が可能となる。具体的には、接合部全体に分散したボイドと、ある層に集中したボイドとを、容易に判別できる。また、ボイドの総面積が小さい場合でも、突発的故障の原因となる大きなボイドを検出することができる。したがって、本発明によると、接合部全体のボイド総体積や総面積を検査する方法と比較して、良品を不良品と判定したり不良品を良品と判定したりする誤判定を抑制できる。

透過画像を用いた判定手法と比較すると、本実施形態による判定はボイドの発生位置を考慮することができるので、判定精度が向上するという利点がある。また、３次元データを直接解析する判定手法と比較すると、本実施形態による判定は簡易な計算でより迅速に判定ができるという利点がある。

（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、接合部のスライス方向を決定する際に、搬送ステージやＸ線検出器などＸ線検出装置を基準とした方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）を用いていた。しかしながら、検査対象の接合部の向きなどによっては、このような向きにスライスすることが適当でない場合がある。そこで、本実施形態においては、検査対象の接合部の向きを考慮して、断面画像を取得する際のスライス方向を適切に決定する。

図６は、本実施形態におけるＸ線検査装置１の演算部によって実行される機能を示すブロック図である。第１の実施形態（図２）との相違点は、基板傾き取得部６０１および部品向き取得部６０２が設けられている点である。そして、分割位置決定部２０２が分割位置を決定する際（図５のフローチャートのステップＳ５０３）において、基板の傾きなどを考慮して分割位置を決定する。

基板傾き取得部６０１は、図７（ａ）に示すように、変位計３２によって計測された基板の複数の位置までの距離に基づいて、基板の傾きを取得する。基板の製造過程において基板に反りが生じることがあり、その反り量は個体によって異なる。スライス方向をＺ方向（鉛直方向）とする場合は、本来は基板と垂直な方向をスライス方向とすることが望ま
れるが、基板が水平でない場合には、検査の精度が低下してしまう。そこで、本実施形態における分割位置決定部２０２は、スライス方向をＺ方向とする場合に、図７（ｂ）に点線で示すように、基板の傾きを考慮してスライス方向の補正を行い、基板と垂直な方向をスライス方向として決定する。具体的な断面位置を決定する際には、例えば、Ｚ方向に垂直な断面と比較して、接合部中心の位置を固定して、断面平面を基板傾きに応じて傾けるようにすればよい。

なお、基板傾き取得部６０１は、変位計による計測値ではなくＸ線撮影の結果得られる３次元データを解析することによって基板の傾きを計算してもよい。３次元データを解析する場合には、基板の傾きではなくはんだ接合層の傾きを検出して、この向きに基づいてスライス方向を決定するようにしてもよい。

部品向き取得部６０２は、基板上における電子部品の取り付け向きを、カメラから取得される画像（可視画像）に基づいて判定する。電子部品は、基板の縦横方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿うように設置されることが多いが、図８（ａ）に示すように電子部品８０１が基板上で斜めに配置される場合もある。このような場合に、スライス方向をＸ方向やＹ方向としてはんだ接合部８０２，８０３を検査すると、検査精度が低下する場合がある。スライス方向をＸ方向やＹ方向とする場合は、例えば、接合部外周付近にボイドが集中しているか否かを検査することを目的としているが、接合部が斜めになっている場合はこの判定を正しく行えないためである。

電子部品の取り付け向きは、可視画像からではなく、電子部品の設計情報から取得するようにしてもよい。すなわち、検査対象部品ごとに基板上での電子部品の取り付け向きを含む設計情報をあらかじめ記憶しておき、バーコードなどによって識別された検査対象部品に対応する設計情報を取得するようにしてもよい。

本実施形態における分割位置決定部２０２は、スライス方向をＸ方向やＹ方向とする場合に、図８（ｂ）に点線で示すように、基板における電子部品の取り付け向きを考慮してスライス方向の補正を行い、部品の向きを基準とした方向をスライス方向として決定する。

断面画像の取得や良否判定などその他の処理については第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、はんだ接合部の傾きや向きを考慮に入れて断面画像の取得位置を決定しているため、はんだ接合部が傾いていたり、基板に対して斜めに取り付けられていたりする場合であっても、不良を引き起こすようなボイドを適切に検出することができる。

なお、本実施形態の説明では、Ｚ方向およびＸ，Ｙ方向の両方についてスライス方向を調整するものとして説明したが、必ずしも全てのスライス方向について部品の傾きや向きに基づいた調整を行う必要は無い。少なくともいずれかのスライス方向のみについて、部品の傾きや向きに基づいて調整を行うようにしても構わない。

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、ボイドの面積を計測して、ボイドの面積に基づいて良否判定を行っている。本実施形態では、ボイドの体積も計測して、ボイドの体積も考慮して良否判定を行う。

本実施形態における良否判定処理のための機能ブロック図は第１の実施形態（図２）と
同様である。主に、ボイド計測部２０４によって実行される処理が異なる。本実施形態のおけるボイド計測部２０４は、各断面画像におけるボイドの面積を求めるほかに、複数の断面画像におけるボイドの面積を元にボイドの体積も求める。

図９に示すように、接合部９０１をＺ方向に間隔Ｌでスライスして、断面９０２，９０３，９０４の断面画像を取得する場合を考える。断面９０２，９０３，９０４においてボイドの面積がそれぞれ、１０、３０、２０であったとすると、ボイドの体積は、（１０＋３０＋２０）×Ｌとして求めることができる。すなわち、面積をＺ方向に積分することによって体積を求めることができる。体積は、絶対値（単位は任意）で求めてもよいし、相対値（接合部体積に対する割合）で求めてもよい。

なお、接合部９０１内に複数のボイドが存在する場合に個々のボイド体積を求めるには、断面画像間で対応するボイドを求める必要があるが、これは断面画像におけるボイドの中心位置に基づいて求めることが可能である。また、ここでは断面画像間の間隔が距離Ｌで一定であるものとしているが、間隔が一定でない場合であっても、同様の原理によりボイド体積を算出することが可能である。また、ボイド計測部２０４は、ボイドの体積の他に、ボイドの中心位置（３次元）を求めることも可能であり、中心位置を考慮して良否判定をするようにしてもよい。

良否判定部２０５は、ボイドの体積も考慮して良否判定を行う。例えば、ボイドの総体積が閾値を超えたり、最も体積の大きいボイドの体積が閾値を超えたりする場合に、接合部が不良であると判定することができる。さらに、ボイドの中心位置を考慮して、所定の範囲にボイドが集中している場合に不良であると判定してもよい。

本実施形態によれば、Ｘ線撮影の結果得られる３次元データ全体を対象としてボイドの体積を求めるよりも、処理時間を大幅に短縮することができる。

（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、断面画像を取得する際のスライス方向や、良否判定条件などは、あらかじめ定まっているかユーザが指定することを想定している。本実施形態においては、Ｘ線検査装置が自動的に断面画像の取得位置や良否判定条件などを決定する。

図１０は、本実施形態におけるＸ線検査装置１の演算部によって実行される機能を示すブロック図である。本実施形態では、第２の実施形態をベースとして、さらに検査方法決定部１００１、検査方法決定条件記憶部１００２、設計情報記憶部１００３が設けられている。

設計情報記憶部１００３には、部品ごとの設計情報が記憶されている。設計情報は、例えば、はんだの厚さ、ランドサイズ、ランド形状、部品種などが含まれる。

検査方法決定条件記憶部１００２には、どのような部品（接合部）に対して、どのような検査方法を実行するのが好ましいかを判定するための条件が格納される。具体的には、検査方法決定条件記憶部１００２には、検査対象の部品を判定するための条件と、各部品に対する検査方法が格納される。図１１に検査方法決定条件の例を示す。ここでは、ヒートシンク、ＢＧＡ、角チップの３つの部品を対象として検査方法を決定する例を示している。

部品とヒートシンクを接合する放熱用のはんだ接合層は、平板で厚さが薄い。そして、放熱用のはんだ接合層では、ある特定の層（高さ）にボイドが集中すると、放熱が阻害されることが知られている。そのために、放熱用のはんだ接合層に対しては、水平断面にお
けるボイド総面積に着目して検査することが求められる。

図１１の例では、検査対象の接合部が放熱用のはんだ接合層であることを識別するための判定条件として、はんだの厚さが所定の閾値Ａ以下であり、かつ、ランド面積が所定の閾値Ｂ以上であることを採用している。検査方法としては、Ｚ方向に２分割（すなわち断面画像の取得枚数１枚）して断面画像を取得し、この際、基板の傾きを考慮してスライス方向の補正を行うが、部品の取り付け向きを考慮したスライス方向の補正は不要である旨が指定されている。また、良否判定の条件として、断面におけるボイド総面積に着目して、ボイド総面積が所定の閾値を超える場合に不良品で判断する旨が指定されている。なお、ここで示した条件等はあくまでも一例であり、任意のものを採用可能である。例えば、分割数を３分割以上として、断面画像を２枚以上取得するようにしてもよい。

ＢＧＡや角チップを対象とした検査についても、上記と同様の判定条件や検査方法が、検査方法決定条件に格納される。

ＢＧＡでは、バンプ内に大きなボイドが存在すると熱で移動して突発的故障を起こしやすいことが知られている。したがって、最大ボイドの面積が所定の閾値よりも大きい場合に不良と判定することが好ましい。また、断面内におけるボイド総面積が大きい場合も不良を引き起こす可能性が高いので、ボイド総面積も考慮して良否判定を行うことが好ましい。

ＢＧＡを判定するための判定条件として、例えば、はんだの形状が円形であるか、はんだの厚さからランド幅を引いた値が所定の閾値Ｃ以下であるという条件を採用可能である。検査方法としては、Ｚ方向に３分割して断面画像を取得し、各断面における最大ボイド面積とボイド総面積に基づいて良否判定を行う旨が格納される。

角チップでは、部品と基板の接合部近辺にボイドが集中していると接合強度が低下し、また、接合部外周にボイドが集中しているとクラックが生じやすい。したがって、スライス方向を基板と平行な方向（ＸＹ方向）として、断面内でのボイド総面積に基づいて良否判定を行うことが好ましい。

角チップを判定するための条件として、ここでは、放熱用はんだおよびＢＧＡの条件に該当しないことを条件としているが、その他の判定基準を設けても構わない。上述したように、スライス方向はＸ方向およびＹ方向として、４分割の断面画像を取得する。良否判定条件としては、断面内におけるボイド総面積を用いることが格納されている。

検査方法決定部１００１は、検査対象の部品の設計情報を設計情報記憶部１００３から取得し、検査対象に応じた適切な検査方法を検査方法決定条件記億部１００２から取得する。検査方法決定部１００１による検査方法の決定は、分割位置を決定する処理（図５のフローチャートのステップＳ５０３）より前であれば、任意のタイミングで実施すればよい。そして、決定された検査方法を用いて、図５のフローチャートに示す処理と同様の方法によりＸ線検査装置１による検査を実行する。

検査対象の部品の設計情報を取得する際には、例えば、基板に設けられたバーコードをカメラにより読み取り、検査対象の識別子を取得し、識別された検査対象に対応する設計情報を設計情報記憶部１００３から取得することが考えられる。その他にも、検査対象の種類（識別子）をオペレータがＸ線検査装置に入力するようにしてもよい。

なお、検査対象のはんだ厚さやランド形状などの設計情報は、必ずしも設計情報記憶部に記憶しておかなくても構わない。可視画像やＸ線画像などに基づいてこれらの設計情報
を算出するようにすることもできる。

また、ここでは部品種類を設計情報から判定して、部品種類に応じた検査方法を適用しているが、その他の方法を採用することができる。例えば、部品ごとにあらかじめ定められた検査方法を記憶しておき、基板の設けられたバーコードやオペレータからの入力により検査対象の識別子を取得して、対応する検査方法を取得するようにしても構わない。

このように、いずれの方法によって、検査対象部品に応じて適切な検査方法を選択することが可能となり、適切な検査が実現できる。

１：Ｘ線検査装置、１０：Ｘ線源、２０：検査対象物、３０：Ｘ線検出器、１１１：演算部、２０１：３次元データ作成部、２０２：分割位置取得部、２０３：断面画像取得部、２０４：ボイド計測部、２０５：良否判定部

Claims (18)

1. 電子部品と基板との接合部を検査するＸ線検査装置であって、
   Ｘ線を用いて前記接合部内部の３次元データを取得するＸ線撮影手段と、
   前記接合部の３次元データから、１つまたは複数の断面画像を取得する断面画像取得手段と、
   前記断面画像におけるボイドの面積を計測するボイド計測手段と、
   前記断面画像におけるボイドの面積に基づいて、前記接合部の良否を判定する判定手段と、
   を備えるＸ線検査装置。
2. 前記判定手段は、それぞれの断面画像におけるボイドの総面積の少なくともいずれかが所定の閾値を超える場合に、前記接合部が不良であると判定する、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記判定手段は、断面画像における最も大きいボイドの面積が所定の閾値を超える場合に、前記接合部が不良であると判定する、
   請求項１または２に記載のＸ線検査装置。
4. 前記ボイド計測手段は、複数の断面画像におけるボイドの面積と、前記複数の断面画像間の距離に基づいて、ボイドの体積を算出し、
   前記判定手段は、算出されたボイドの体積に基づいて、前記接合部の良否を判定する、
   請求項１〜３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
5. 前記断面画像を取得する際のスライス方向およびスライス間隔を決定して、断面画像を取得する位置を決定する断面画像取得位置決定手段を、さらに備える、
   請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線検査装置。
6. 前記スライス方向は前記基板に対して垂直な方向であり、
   前記基板の傾きを検出する基板傾き取得手段をさらに有し、
   前記断面画像取得位置決定手段は、前記基板の傾きに基づいてスライス方向を決定する、
   請求項５に記載のＸ線検査装置。
7. 前記スライス方向は前記基板に対して平行な方向であり、
   前記断面画像取得位置決定手段は、前記基板上における前記接合部の向きに基づいてスライス方向を決定する、
   請求項５に記載のＸ線検査装置。
8. 前記接合部の形状および面積を含む設計情報を取得する設計情報取得手段をさらに有し、
   前記断面画像取得位置決定手段は、前記設計情報に基づいて、断面画像を取得する位置を決定する、
   請求項５〜７のいずれかに記載のＸ線検査装置。
9. 前記接合部の形状および面積を含む設計情報を取得する設計情報取得手段をさらに有し、
   前記判定手段は、前記設計情報に基づいて、良否判定の判定条件を決定する、
   請求項５〜８のいずれかに記載のＸ線検査装置。
10. 電子部品と基板との接合部を検査するＸ線検査方法であって、
    Ｘ線を用いて前記接合部内部の３次元データを取得するＸ線撮影ステップと、
    前記接合部の３次元データから、１つまたは複数の断面画像を取得する断面画像取得ステップと、
    前記断面画像におけるボイドの面積を計測するボイド計測ステップと、
    前記断面画像におけるボイドの面積に基づいて、前記接合部の良否を判定する判定ステップと、
    を含むＸ線検査方法。
11. 前記判定ステップでは、それぞれの断面画像におけるボイドの総面積の少なくともいずれかが、所定の閾値を超える場合に、前記接合部が不良であると判定する、
    請求項１０に記載のＸ線検査方法。
12. 前記判定ステップでは、断面画像における最も大きいボイドの面積が、所定の閾値を超える場合に、前記接合部が不良であると判定する、
    請求項１０または１１に記載のＸ線検査方法。
13. 前記ボイド計測ステップでは、複数の断面画像におけるボイドの面積と、前記複数の断面画像間の距離に基づいて、ボイドの体積を算出し、
    前記判定ステップでは、算出されたボイドの体積に基づいて、前記接合部の良否を判定する、
    請求項１０〜１２のいずれかに記載のＸ線検査方法。
14. 前記断面画像を取得する際のスライス方向およびスライス間隔を決定して、断面画像を取得する位置を決定する断面画像取得位置決定ステップを、さらに含む、
    請求項１０〜１３のいずれかに記載のＸ線検査方法。
15. 前記スライス方向は前記基板に対して垂直な方向であり、
    前記基板の傾きを検出する基板傾き取得ステップをさらに含み、
    前記断面画像取得位置決定ステップでは、前記基板の傾きに基づいてスライス方向を決定する、
    請求項１４に記載のＸ線検査方法。
16. 前記スライス方向は前記基板に対して平行な方向であり、
    前記断面画像取得位置決定ステップでは、前記基板上における前記接合部の向きに基づいてスライス方向を決定する、
    請求項１４に記載のＸ線検査方法。
17. 前記接合部の形状および面積を含む設計情報を取得する設計情報取得ステップをさらに含み、
    前記断面画像取得位置決定ステップでは、前記設計情報に基づいて、断面画像を取得する位置を決定する、
    請求項１４〜１６のいずれかに記載のＸ線検査方法。
18. 前記接合部の形状および面積を含む設計情報を取得する設計情報取得ステップをさらに含み、
    前記判定ステップでは、前記設計情報に基づいて、良否判定の判定条件を決定する、
    請求項１４〜１７のいずれかに記載のＸ線検査方法。

Images