JP2014134496A - 印刷検査装置による不良原因の推定（分類）方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷処理における異常の原因を的確に把握する印刷検査方法を提供する。
【解決手段】はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板を検査する印刷検査方法であって、プリント基板の検査対象のはんだを３次元の形状を特定可能な方法で撮像し、前記撮像された情報に基づき、各検査対象のはんだの体積、面積、高さの少なくともいずれかの項目の数値をそれぞれ算出し、面積別データを前記項目ごとに生成し、エリア別データを前記項目ごとに生成し、検査対象のプリント基板の基準位置に対する変形量を示す基板変形量データを生成することを特徴とするプリント基板の印刷検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板のはんだ印刷を検査する検査技術に関する。

従来、プリント基板に電子部品を実装する表面実装システムが用いられる。表面実装システムは、はんだ印刷装置と、電子部品マウント装置と、リフロー炉などを有する。はんだ印刷装置は、粉末状のはんだを含むペースト状のクリームはんだをプリント基板における電子部品を実装する所定の位置に印刷する。電子部品マウント装置は、はんだの印刷工程を経たプリント基板のはんだ印刷部分それぞれに所定の電子部品をマウントする。リフロー炉は電子部品がマウントされたプリント基板を加熱してはんだを溶融させ、はんだ付を行う。

このような表面実装システムでは、プリント基板の所定の位置にはんだが正確に印刷されたか否かを検査する印刷検査装置が用いられる（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、各装置における処理後に基板をそれぞれ撮像し、検査対象の領域の画像の大きさや向きなどを調整して、各画像を並べて表示して検査を行う方法が開示されている。このような方法により、製品の品質検証や品質管理を容易にすることができるとしている。

特開２００４−３６１１４５号公報

上述のような検査方法によって不良発生の有無を判断することはできるが、どのような原因によって不良が発生しているのかを正確に特定することは困難であった。

そこで本願発明は、クリームはんだが印刷された基板を検査するはんだ印刷検査装置において、印刷処理における異常の原因を的確に把握するための印刷検査方法および印刷検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプリント基板の印刷検査方法は、（１）はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板を検査する印刷検査方法であって、プリント基板の検査対象のはんだを３次元の形状を特定可能な方法で撮像し、前記撮像された情報に基づき、各検査対象のはんだの体積、面積、高さの少なくともいずれかの項目の数値をそれぞれ算出し、算出された各はんだの前記少なくともいずれかの項目の数値を、各数値に対応するはんだの面積の設計値の大きさ順に並べた、面積別データを前記項目ごとに生成し、プリント基板を複数のエリアに分割し、各エリアに含まれるはんだの前記少なくともいずれかの項目の数値と、対応するエリアと、を対応付けたエリア別データを前記項目ごとに生成し、前記撮像された情報に基づき、前記複数のエリアごとに、検査対象のプリント基板の基準位置に対する変形量を示す基板変形量データを生成することを特徴とする。

（２）前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、に基づいて、検査対象のプリント基板の不良の原因について判定することを特徴とする（１）に記載のプリント基板の印刷検査方法。（２）によれば、プリント基板の不良の原因を簡便に特定することができる。

（３）前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、について、それぞれ所定の条件を満たすか否かを判定し、各判定結果に応じて、プリント基板に不良がある場合における不良の原因を特定することを特徴とする（２）に記載のプリント基板の印刷検査方法。（３）によれば、印刷されたプリント基板に不良があった場合に、はんだの印刷に起因するのか、プリント基板の変形に起因するのかを特定することができ、不良の原因をより正確に特定することができる。

（４）生成された前記面積別データに基づいて、前記いずれかの項目の数値と、該数値に対応するはんだの面積の設計値と、の関係を示すグラフを生成し、前記グラフを画面に表示させることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。（４）によれば、はんだの面積の設計値（エリアサイズ）に応じた印刷の傾向を把握することができ、不良が発生した場合の原因をより正確に特定できる。

（５）生成された前記エリア別データの各エリアの数値の、前記項目ごとに設定される各エリアの数値の理想値からのずれに応じて、各エリアを色分けして示すエリア別画像を生成し、前記エリア別画像を画面に表示させることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。（５）によれば、エリアごとに異常の有無を把握でき、不良が発生した場合の原因をより正確に特定できる。

（６）各エリアの前記基準位置からの基板変形量に応じて、各エリアを色分けして示すエリア別基板変形量画像を生成し、前記エリア別基板変形量画像を画面に表示させることを特徴とする（１）から（５）のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。（６）によれば、エリアごとにプリント基板の変形量（反り量）を把握できるので、不良が発生した場合に基板の変形が原因であるか否かをより正確に特定することができる。

（７）本願発明に係る印刷検査装置は、はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板を検査する印刷検査装置であって、プリント基板の検査対象のはんだを３次元の形状を特定可能な方法で撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された情報に基づき、各検査対象のはんだの体積、面積、高さの少なくともいずれかの項目の数値をそれぞれ算出する演算部と、前記演算部によって算出された各はんだの前記少なくともいずれかの項目の数値を、各数値に対応するはんだの面積の設計値の大きさ順に並べた、面積別データを前記項目ごとに生成する面積別データ生成部と、プリント基板を複数のエリアに分割し、各エリアに含まれるはんだの前記少なくともいずれかの項目の数値と、対応するエリアと、を対応付けたエリア別データを前記項目ごとに生成するエリア別データ生成部と、前記撮像部によって撮像された情報に基づき、前記複数のエリアごとに、検査対象のプリント基板の基準位置に対する変形量を示す基板変形量データを生成する基板変形量データ生成部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、クリームはんだが印刷された基板を検査するはんだ印刷検査装置において、印刷処理における異常の原因を的確に把握することができる。

印刷検査装置を含む表面実装システムの構成を示すシステム構成図である。 印刷検査装置の構成を示す構成図である。 印刷検査装置の機能を示す機能ブロック図である。 体積（グラフ（Ａ））、面積（グラフ（Ｂ））、高さ（グラフ（Ｃ））の各項目についてのエリアサイズ別データを表わしたグラフの一例と、クリームはんだが印刷されたプリント基板の模式図を示す。 各ブロックの検査結果を視覚的に表示したエリア別検査結果画面例である。 各ブロックの反り量の検査結果を視覚的に表示した基板反り量のエリア別検査結果画面例である。 印刷検査処理の流れを示すフローチャートである。 印刷検査処理の流れを示すフローチャートである。 エリアサイズ別の体積のデータのグラフを視覚的に表示した画面である。 エリア別の体積のデータを視覚的に表示した画面である。 体積についてのエリア別データを視覚的に表示した画面例（Ａ）と、基板反り量のエリア別データを視覚的に表示した画面例（Ｂ）である。 体積についての生成されたエリアサイズ別データのグラフの一例である。 体積についての生成されたエリアサイズ別データのグラフの一例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態の印刷検査装置１を含む表面実装システム１５の構成例を示す図である。表面実装システム１５は、はんだ印刷装置２と、印刷検査装置１と、電子部品マウント装置４と、実装後検査装置６と、リフロー炉８と、外観検査装置１０と、を備える。表面実装システム１５は、プリント基板表面の所定の位置に所定の電子部品をはんだ付けして実装するシステムである。表面実装システム１５の構成は図１に示すものに限られず、電子部品マウント装置４を複数台有するなど他の装置構成であってもよい。

はんだ印刷装置２は、はんだ粉末を含むペースト状のクリームはんだをプリント基板の所定の位置に印刷する。印刷は通常はマスクを用いたスクリーン印刷方法で印刷を行う。印刷検査装置１ははんだ印刷装置２によってクリームはんだが印刷されたプリント基板について、適切に印刷されているか否かを検査する。印刷検査装置１について詳しくは後述する。電子部品マウント装置４は、クリームはんだが印刷されたプリント基板に電子部品を実装する装置であり、チップマウンターあるいは表面実装装置とも呼ばれる。電子部品マウント装置４は、クリームはんだが印刷された所定の位置に、高精度に位置決めして電子部品を配置することができる。実装後検査装置６は、電子部品マウント装置４によって電子部品が配置されたプリント基板について、各電子部品が所定の位置に正確に配置されているか否かを検査する。リフロー炉８は、電子部品が実装されたプリント基板を加熱してはんだを溶融させて電子部品をはんだで固定する。外観検査装置１０は、電子部品が固定されたプリント基板について最終的に適切に電子部品が実装されたか否かを検査する。

以上の表面実装システム１５の各装置は互いにコンベア等で連結され、はんだ印刷装置２から外観検査装置１０まで順次プリント基板が搬送されて電子部品が実装される。

次に、本実施形態にかかる印刷検査装置１について詳述する。図２は印刷検査装置１の構成を示す構成図である。本実施形態の印刷検査装置１は、制御部２０と、補助記憶装置２６と、基板搬送部２８と、検査部３０と、表示部４０等を備える。これらのコンポーネントはバス５０を介して接続されればよい。

制御部２０は印刷検査装置４が行う様々な処理を制御する。制御部２０は、プロセッサ２２と、メモリ２４とを備える。

プロセッサ２２は、メモリ２４や補助記憶装置２６などに記憶される制御プログラムやＯＳ（Operation System）などのプログラムを実行して様々な処理を制御する。プロセッサ２２は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）である。

メモリ２４はプログラムを格納したり、プロセッサ２２に一時的な作業領域を提供したりする。メモリ２４は、たとえば半導体メモリであり、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などを有する。本実施形態のメモリ２４は、制御プログラムとして、検査処理制御プログラム２４ａと、モータドライバ２４ｂとを備える。検査処理制御プログラム２４ａは、検査部３０を制御してプリント基板の検査処理を行わせるためのプログラムである。モータドライバ２４ｂは、基板搬送部２８にプリント基板を搬送させるためのプログラムである。各プログラムを実行して実現される各機能は後述する。

なお、制御部２０は、印刷検査装置１が備える機能の一部又は全部を実現するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を含んでもよい。たとえば制御部２０が検査部３０を制御して行うプリント基板の検査処理を行う機能の一部又は全部がＡＳＩＣで実現されてもよい。

補助記憶装置２６は、様々な情報やプログラム等を記憶する装置である。本実施形態では補助記憶装置２６はさらに、検査対象情報ＤＢ（データベース）２６ａと、しきい値ＤＢ２６ｂと、検査結果ＤＢ２６ｃを備える。検査対象情報ＤＢ２６ａは、検査対象のはんだの位置や形状などの検査対象データを格納する。後述するプリント基板の検査処理を行う際に、検査対象情報ＤＢ２６ａに格納される検査対象データに基づき検査を行う。しきい値ＤＢ２６ｂは、後述する検査処理において判定処理に用いる様々な基準値（本実施形態では、理想値や、許容範囲など）を格納する。検査結果ＤＢ２６ｃは、印刷検査装置１によって行われた検査結果情報を格納する。なお、これらの情報やデータベースは、メモリ２４に格納されてもよいし、印刷検査装置１に通信可能に接続される他のコンピュータなどにおいて記憶され管理されていてもよい。この場合には、補助記憶装置２６を必ずしも備えなくてもよい。

補助記憶装置２６はハードディスクドライブやその他の磁気記憶装置、光学式記憶装置、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置またはこれらの任意の組み合わせでよい。

基板搬送部２８は、印刷検査装置１において検査を行うプリント基板を搬送する。基板搬送部２８は、はんだ印刷装置２からはんだが印刷されたプリント基板を受け取り、プリント基板を検査位置に搬送し、検査後のプリント基板を電子部品マウント装置４に送り出す。基板搬送部２８は、モータ２８ａと、コンベア２８ｂなどで構成される。制御部２０によってモータ２８ａの駆動が制御され、モータ２８ａによってコンベア２８ｂが動作して、プリント基板を順次搬送する。上述のように、プロセッサ２２がメモリ２４に記憶されるモータドライバ２４ｂを実行することにより、プロセッサ２２が基板搬送部２８（モータ２８ａ）を制御して、プリント基板を搬送させる。

検査部３０は、印刷検査装置１の主な機能であるクリームはんだが印刷されたプリント基板の検査を行う。具体的には検査部３０はプリント基板を撮像し、プリント基板に異常が無いか判断するために必要な画像データを生成する。検査部３０は、Ｘ軸ロボット３２と、Ｙ軸ロボット３４と、Ｚ軸ロボット３６と、撮像部である撮像ユニット３８と、を備える。

Ｘ軸ロボット３２、Ｙ軸ロボット３４、Ｚ軸ロボット３６は、撮像ユニット３８のカメラ３８ａと照明装置３８ｂとを、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる機構である。たとえば、搬送されるプリント基板と平行な面をＸＹ平面とした場合において、プリント基板が搬送される基板搬送方向をＸ軸とし、ＸＹ平面においてＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。この場合、Ｘ軸ロボット３２はＸ軸方向にカメラ３８ａと照明装置３８ｂを移動させ、Ｙ軸ロボット３４はＹ軸方向にカメラ３８ａ等を移動させ、Ｚ軸ロボット３６はＸＹ平面に直交するＺ軸方向にカメラ３８ａ等を移動させる。各Ｘ軸ロボット３２〜Ｚ軸ロボット３６は、印刷検査装置１においてプリント基板を撮像する位置において、プリント基板の撮像に必要な範囲で移動できるように移動範囲が設定されていればよい。

撮像ユニット３８は、カメラ３８ａと、照明装置３８ｂと、を備える。撮像ユニット３８は、三角測量法を利用したいわゆる光切断法により、プリント基板上のはんだの３次元的な形状を特定するための画像を撮像する。具体的には、照明装置３８ｂからスリット光などと呼ばれるライン状の光を照射し、その反射光をカメラ３８ｂによって撮像する。撮像する際には、たとえばＹ軸方向に平行のライン状の光をＸ軸方向にスライドさせて撮像を行い、プリント基板全体が撮像されるようにＸ軸ロボット３２やＹ軸ロボット３４を動作させる。このようにして得られた撮像データに基づいて、演算部１０６がプリント基板上のはんだの高さデータ等を算出し、最終的にプリント基板上の撮像対象領域（検査エリア）における印刷されたはんだの面積や体積や高さが特定される。

表示部４０は、様々な画面を表示する。本実施形態では特に表示部４０は後述する印刷検査処理の結果を視覚的に表示したり、印刷検査処理の設定画面等を表示する。表示部４０はたとえば液晶ディスプレイでよい。

以上が本実施形態の印刷検査装置１の構成である。

次に、本実施形態の印刷検査装置１が行う印刷検査処理を説明する。まず、印刷検査装置１の機能を説明する。図３は本実施形態の印刷検査装置１の機能を示す機能ブロック図である。

印刷検査装置１は、ロボット制御部１００と、基板搬送制御部１０２と、撮像処理制御部１０４と、演算部１０６と、面積別データ生成部であるエリアサイズ別データ生成部１０８と、エリア別データ生成部１１０と、基板反り量演算部１１２と、基板反り量エリア別データ生成部１１４と、判定部１１６と、表示制御部１１８と、記憶制御部１２０と、を備える。なお、基板反り量演算部１１２と、基板反り量エリア別データ生成部１１４とにより基板変形量データ生成部が構成される。各機能ブロックは、プロセッサ２２がメモリ２４や補助記憶装置２６などに記憶される検査処理制御プログラム２４ａ等を実行することにより実現される。一部または全部の機能がＡＳＩＣにより実現されてもよい。

ロボット制御部１００は、Ｘ軸ロボット３２とＹ軸ロボット３４とＺ軸ロボット３６とを制御する。ロボット制御部１００は、検査対象情報ＤＢ２６ａに格納されるはんだの位置情報などの検査対象データに基づき、撮像ユニット３８のカメラ３８ａや照明装置３８ｂを移動させる。

基板搬送制御部１０２は、モータ２８ａを制御して、コンベア２８ｂを駆動させる。

撮像処理制御部１０４は、撮像ユニット３８を制御してプリント基板を撮像させる。撮像処理制御部１０４は、検査対象情報ＤＢ２６ａに格納される検査対象データに基づき、撮像すべき検査エリアをカメラ３８ａで撮像させる。撮像処理制御部１０４は、撮像ユニット３８によって検査エリアを撮像させることで、プリント基板の立体的な形状を特定可能な画像情報を得ることができる。また、撮像処理制御部１０４はプリント基板を撮像してプリント基板を特定する識別情報を取得することもできる。たとえば、プリント基板に識別情報を記録した２次元コードなどのコードを印字しておけば、そのコードを読み取ることで識別情報を取得できる。識別情報に基づいて、検査対象情報ＤＢ２６ａから対応するプリント基板の撮像するはんだ（検査エリア）の位置などの情報を取得することができる。

演算部１０６は、撮像処理制御部１０４が制御して撮像ユニット３８が撮像した画像データに基づいて、検査対象のはんだの体積や、面積や、印刷されたはんだの高さなどの情報を算出する。本実施形態では演算部１０６は、上述のように撮像ユニット３８が光切断法で撮像したデータに基づいて対象のはんだの高さや、体積や、面積を算出することができる。なお、本実施形態では光切断法により検査対象のはんだの３次元的な形状を特定するとしたが、これに限られず、３次元的な形状を特定できる方法であればどのような方法、手段であってもよい。たとえば、光切断法以外の三角測量法を利用したスポット光による方法や空間コード化法でもよいし、干渉法や光レーダ法などでもよい。

エリアサイズ別データ生成部１０８は、演算部１０６が算出したはんだの体積や面積や高さの各項目のデータから、エリアサイズ別の各項目のデータ（面積別データ）を生成する。具体的には、検査対象のエリアの各項目の検査データを、はんだの印刷面積が小さいものから大きいものに順に並び替えたデータである。面積別に並べるためのはんだの印刷面積は、各検査エリアに印刷されるべきはんだの面積の設計値である（従って、撮像ユニット３８による撮像データから算出される実際に印刷されたはんだの面積は、設計値の面積の数値に対してずれが生じる場合がある）。たとえば、検査エリアａのはんだの印刷面積の設計値が１ｍｍ^２で、検査エリアｂのはんだの印刷面積の設計値が７ｍｍ^２で、検査エリアｃの印刷面積の設計値が３ｍｍ^２である場合には、面積が小さい方から、検査エリアａの検査データ、検査エリアｃの検査データ、検査エリアｂの検査データという順に並び替える。検査項目がはんだの体積、面積、高さである場合には、それぞれの項目の検査データを、検査エリアの面積で並び替えて項目別にデータを生成する。

図４には、エリアサイズ別データ生成部１０８が生成した、体積（グラフ（Ａ））、面積（グラフ（Ｂ））、高さ（グラフ（Ｃ））の各項目についてのエリアサイズ別データを表わしたグラフの一例を示す。図４のグラフの下には、クリームはんだが印刷されたプリント基板（Ｄ）を示す。プリント基板（Ｄ）は複数のクリームはんだの印刷エリアのうち、模式的にａ〜ｃのみを示している。図４の（Ａ）〜（Ｃ）のグラフは、たとえばプリント基板（Ｄ）を撮像して生成されたデータであるとした場合、ａ〜ｃの検査エリアの面積は、小さい方から順にａ、ｃ、ｂである。検査エリアａ〜ｃの各項目のデータは、たとえば図４の矢印で示す位置のデータにそれぞれ対応する。

そして、体積、面積、高さの各項目については、目標とする理想値と、良品として扱う許容範囲がそれぞれ設定されており、それらの値や範囲に対してどの程度ずれがあるかを判断し、検査結果として検査結果情報ＤＢ２６ｃに記憶されたり、表示部４０等に視覚的に表示されたりすることができる。図４においては、理想値を破線で示し、許容範囲をドットパターンで塗りつぶして示している。理想値や許容範囲はエリアサイズ別データ生成部１０８が対応する値や範囲を補助記憶装置２６のしきい値ＤＢ２６ｂから取得する。図４に示した例では、たとえば体積については、エリアサイズ（クリームはんだの面積）が小さい検査エリア（クリームはんだ）について許容範囲を満たしていないものが存在することが分かる。また、高さについてはエリアサイズが中程度の検査エリアが許容範囲を超えているものが存在し、エリアサイズが小さい検査エリアについて許容範囲を下回っているものが存在することが分かる。図４の各データがプリント基板（Ｄ）の検査結果データであるとすれば、検査エリアｃのクリームはんだの高さが許容範囲を超えているということになる。なお、面積の設計値が同じはんだ（検査エリア）が複数存在する場合には、その複数のエリアの値の平均値を、当該面積（エリアサイズ）における数値として採用する。

エリア別データ生成部１１０は、プリント基板を仮想的にｍ行×ｎ列のエリアに分割し（以下、分割された各エリアを「ブロック」とも呼ぶ）、１ブロック内の検査エリアの検査結果の平均値をそのブロックの検査結果値として算出する。ｍ行とｎ列の数は、検査対象の基板の大きさや種類によって異なり、１以上の任意の数で設定することができる。また、たとえば、１ブロック内に１つの検査エリアが含まれていたら、そのエリアのはんだの体積や面積や高さをそのブロックの検査値とする。１ブロック内に複数のエリアが含まれていたら、１ブロックに含まれるそれぞれのエリアの検査値を求め、それらの平均値をそのブロックの検査値とする。また本実施形態では、１つの検査エリア（１つのはんだの領域）が複数のブロックにまたがって存在する場合には、またがっている各ブロックそれぞれにおいて値を採用し重複してカウントする。つまり、たとえば２行２列で隣接するＡ〜Ｄの４つのブロックに、ある１つのはんだ（検査エリア）がまたがって存在する場合には、当該はんだの体積や高さ等のデータを、Ａ〜Ｄの４つのブロック全てにおいてそれぞれそのブロックにおける数値としてカウントする。

各ブロックの検査値はそれぞれ理想値からのずれが判定され、表示部４０に視覚的に表示されたり、検査結果として検査結果情報ＤＢ２６ｃに記憶されたりすることができる。ここで図５にはエリア別データ生成部１１０によって生成された各ブロックの検査結果を視覚的に表示したエリア別検査結果画面（エリア別画像）の一例を示す。たとえば、Ａ列からＪ列の方向をＸ軸方向（コンベア２８ｂの搬送方向）とし、１行から１０行の方向をＹ軸方向とする。図５に示す実際の画面では、理想値に対するずれの量（或いは割合）に応じてブロックの色を変化させて表示させる。図５では、塗りつぶしのパターンを変えて示している。たとえば、理想値から所定範囲内の値のブロックを緑、理想値から所定値以上少ない過少のブロックを青、理想値から所定値以上大きいブロックを黄色や赤（理想値により近い値を黄色、より遠い値を赤とする）で表示することができる。図５では、青を斜線のパターンで示し、緑を粗いドットパターンで示し、黄をより細かいドットパターンで示している。なお、ブロック内にはんだ（検査エリア）が存在しないブロックについては、検査エリアが存在しないエリアとしての色やパターンで当該ブロックを表示すればよい。たとえば、黒の塗りつぶしを検査エリアが存在しないブロックのパターンとすることができる。

図５をクリームはんだの高さについてのエリア別検査結果画面とした場合、Ｅ列とＦ列のエリアが理想値より過大、つまり理想値よりもはんだの高さが高い傾向にあることが分かる。また、Ａ列、Ｂ列、Ｉ列、Ｊ列のエリアが理想値よりも過少、つまり理想値よりもはんだの高さが低い傾向にあることが分かる。

なお本実施形態では、エリア別データ生成部１１０が生成したエリア別データを視覚的に表示する場合に、理想値を緑として、理想値からのずれに応じて、青、黄色、赤色などの色で表示するとして説明したが、これに限られない。たとえば、理想値からのずれ量と色とをより細かく対応付けて表示させてもよい。より細かく色を設定した場合において、たとえば理想値を緑として、理想値から過少方向に徐々にずれが生じている場合には、緑、水色、青、濃い青というようにグラデーションで変化して表示することができる。また、過大方向に徐々にずれている場合には、緑、黄緑、黄色、橙、赤というようにグラデーションで変化して表示される。このように理想値からのずれに応じてより細かく色を変化させて表示すれば、エリア別の変化を正確に把握することができる。

基板反り量演算部１１２は、撮像ユニット３８による撮像処理結果に基づいて、プリント基板の反り量（変形量）を演算する。基板の反り量は、コンベア上のプリント基板が基準面（Ｚ軸方向の基準位置）から上方あるいは下方にどの程度歪んでいるか（あるいは変位しているか）を示す値である。基板の反り量を求める方法は基板の反り量を求めることができれば特に限定されない。たとえば撮像ユニット３８でプリント基板を撮像する際には、プリント基板表面と撮像ユニット３８（カメラ３８ａ及び照明装置３８ｂ）との距離が一定となるように、Ｚ軸ロボットが撮像ユニット３８を上下に移動させながら撮像する。そのＺ軸ロボットの移動量からプリント基板が基準位置からどのくらい変形しているかを示す基板反り量を求めることができる。

基板反り量エリア別データ生成部（以下、「反り量データ生成部」とも呼ぶ。）１１４は、エリア別データ生成部１１０と同様にプリント基板をｍ行×ｎ列に分割して、各エリアの基板反り量が理想値に対してどの程度ずれているかを示すデータ（基板変形量データ）を生成する。そして、生成されたデータは図５と同様に視覚的に表示されることができる。図６には反り量データ生成部１１４が生成した各ブロックの反り量の検査結果を視覚的に表示した基板反り量のエリア別検査結果画面（エリア別基板変形量画像）の一例を示す。図５と同様に、３行目の斜線部分が理想値に対して過少である部分を示し（実際の画面ではたとえば青色で表示）、最も粗いドットで示す１、２、４、５行目の斜線部分が理想値に最も近い部分を示し（実際の画面ではたとえば緑色で表示）、６行目〜１０行目が理想値から過大の部分を示す。６行目（実際の画面ではたとえば明るい黄色）より７、８、１０行目（実際の画面ではたとえば黄色）がより過大であり、９行目（実際の画面ではたとえば赤色）が最も過大であるとして表示されている。図５と同様に、ＡからＪ列方向をＸ軸方向、１から１０行方向をＹ軸方向とした場合、図５の検査結果が示されたプリント基板は、Ｙ軸方向に波打つように反り（基準からの変位）がある基板であることが分かる。

判定部１１６は、エリアサイズ別データ生成部１０８とエリア別データ生成部１１０と基板反り量エリア別データ生成部１１４とがそれぞれ生成したデータに基づき、検査対象のクリームはんだが印刷されたプリント基板に、異常があるか否か、異常がある場合にはどのような異常があるかを判定する。判定処理の詳細については、後述の図７のフローチャートにより説明する。

表示制御部１１８は、上述のエリアサイズ別データやエリア別データや基板反り量のエリア別データに基づき、図４〜図６に図示したような画面を表示部４０に表示させる。

記憶制御部１２０は、検査結果のデータを検査結果情報ＤＢ２６Ｃ等に記憶させる。

以上が本実施形態の印刷検査装置１の機能ブロックである。

次に本実施形態の印刷検査処理の流れを説明する。図７および図８は印刷検査処理の流れを示すフローチャートである。

まず、基板搬送制御部１０２がコンベア２８ｂを動かし、ロボット制御部１００が撮像ユニット３８のカメラ３８ａ等を所定の撮像位置に移動させ、撮像処理制御部１０４が撮像ユニット３８に検査対象のプリント基板を撮像させる（ステップ１０１）。

次に、演算部１０６が撮像された画像データから、各検査エリアのはんだの体積、面積、高さ等のデータを算出するとともに、基板反り量演算部１１２がプリント基板の反り量を算出する（ステップ１０２）。

次に、エリアサイズ別データ生成部１０８、エリア別データ生成部１１０、基板反り量エリア別データ生成部１１４が、それぞれ対応するデータを生成する（ステップ１０３）。

次に、判定部１１６が、エリアサイズ別データ生成部１０８が生成したエリアサイズ別データに基づき、異常の有無を判断する（ステップ１０４）。具体的には、判定部１１６は体積や高さなどの各項目のエリアサイズ別データについて、予め設定される許容範囲から外れているか否かを判断する。

異常がないと判定された場合には（ステップ１０４のＹｅｓ）、判定部１１６はエリア別データ生成部１１０が生成したエリア別データに基づき、異常の有無を判断する（ステップ１０５）。具体的には判定部１１６は、各ブロックのエリア別データが、エリア別データの判定のために予め設定される許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲外であれば異常ありと判断する。

異常が無いと判定された場合には（ステップ１０５のＹｅｓ）、判定部１１６は検査対象のプリント基板について、異常なしと判断して（ステップ１０６）処理を終了する。

一方、エリア別データに基づき異常有りと判定された場合には（ステップ１０５のＮｏ）、判定部１１６はエリア別データに基づき、ステップ１０５で認定されたエリア別データの異常が局所的か否かを判定する（ステップ１０７）。具体的には判定部１１６は、エリア別データに基づき、許容範囲外の過大あるいは過少のブロックがある場合に、そのブロックが基板全体の一部分にだけ存在するのか、全体的に過大あるいは過少となっているのかを判断する。過大あるいは過少のブロックが一部分に存在する場合には、異常が局所的であると判定する。

エリア別データに基づき判定部１１６が異常は局所的ではない（つまり異常が全体的であり広範囲に及んでいる）と判定した場合には（ステップ１０７のＮｏ）、判定部１１６は基板反り量エリア別データ生成部１１４が生成した基板反り量エリア別データに基づき、異常の有無を判断する（ステップ１０８）。具体的には判定部１１６は反り量として予め設定される許容範囲を超える場合には異常ありと判断する。

基板反り量について異常が無いと判定された場合には（ステップ１０８のＹｅｓ）、判定部１１６は、エリアサイズ別データについて異常無し、エリア別データについて異常があるが、全体的な異常であり、基板反り量について異常無しとの判定結果に基づき不良の原因を特定する。具体的には判定部１１６は、プリント基板自体には問題が無いので、印刷条件もしくは装置異常による不良であると判定し、より具体的には印圧や印刷のスピードを原因とする不良であると判定する（ステップ１０９）。これは、まず基板反り量については異常が無いため基板自体ではなく印刷条件に問題があると想定され、エリア別データから異常が全体的であることがわかるので、基板全体ではんだが過不足になったことが想定される。このような場合には、印圧あるいは印刷スピードが適正でないことによって全体的にクリームはんだが過大あるいは過少となったと推測されるためである。

基板反り量エリア別データに基づき異常があると判定された場合には（ステップ１０８のＮｏ）、エリアサイズ別データにおいて異常がないが、エリア別データで全体的な異常があると判断され、基板反り量のエリア別データでも異常があるので、印刷条件または基板自体の原因による不良であると認定する（ステップ１１０）。より具体的には、判定部１１６は基板の局所的な変形や、基板の欠損、クリアランス異常などを原因とする不良であると認定する。これは、基板反り量のエリア別データで異常があり、エリアサイズ別データにおいて異常は認められないものの、エリア別データで全体的な異常が認められた場合には、変形あるいはひびなどの欠損が存在して正常に印刷されなかったことが想定されるためである。クリアランスとはクリームはんだの印刷時のスクリーン印刷のマスクと基板との間隔のことである。基板に局所的な変形や欠損があると、クリアランスが基板全体で一定にならず、プリント基板におけるはんだ印刷の異常が全体的に発生する原因となる。

また、判定部１１６がステップ１０７において異常が局所的であると判定した場合には（ステップ１０７のＹｅｓ）、判定部１１６は基板反り量エリア別データに基づき、ステップ１０８と同様に基板反り量についての異常の有無を判定する（ステップ１１１）。基板反り量エリア別データについて異常が無いと判定された場合には（ステップ１１１のＹｅｓ）、判定部１１６はエリアサイズ別データについて異常無し、エリア別データについて局所的な異常があり、基板反り量について異常無しという判定結果に基づき、不良の原因を特定する。具体的には判定部１１６は印刷条件又は装置異常による不良であると判定する（ステップ１１２）。より具体的には判定部１１６は、プリント基板には問題が無く、異常が局所的であることから、クリームはんだを印刷するメタルマスクの局所的な詰まりや基板の支持が部分的に不十分であったことなどが原因であると判断することができる。

また、判定部１１６が基板反り量エリア別データに基づいて異常ありと判定した場合には（ステップ１１１のＮｏ）、判定部１１６はエリアサイズ別データについて異常無し、エリア別データについて局所的な異常があり、基板反り量について異常ありという判定結果に基づき、印刷されたはんだには異常はなく、プリント基板の変形等、プリント基板自体が原因の不良であると判定する（ステップ１１３）。これは、基板反り量に局所的に異常が存在することになるため、たとえば基板が上方に反っている部分（印刷時においてスクリーンマスク側に反っている部分）は印圧が全体的に高くなり、下方に反っている部分は印圧が低くなり、それぞれプリント基板の変形に起因する局所的な印刷異常が発生するためである。

一方、ステップ１０４において、判定部１１６がエリアサイズ別データについて異常ありと判定した場合には（ステップ１０４のＮｏ、図８の１に続く）、判定部１１６はステップ１０５と同様にエリア別データ生成部１１０が生成したエリア別データに基づき、異常の有無を判断する（ステップ１１４）。

エリア別データについて異常無しと判定された場合には（ステップ１１５のＹｅｓ）、判定部１１６は、エリアサイズ別データについて異常あり、エリア別データについて異常無しとの判定結果に基づき、プリント基板上に埃やゴミなどの異物が混入した場合など、その他の要因による不良であると判定する（ステップ１１５）。

エリア別データについて異常ありと判定された場合には（ステップ１１４のＮｏ）、判定部１１６はエリア別データに基づき、ステップ１０７と同様にエリア別データの異常が局所的か否かを判定する（ステップ１１６）。

エリア別データに基づき判定部１１６が異常は局所的ではない（つまり異常が全体的であり広範囲に及んでいる）と判定した場合には（ステップ１１６のＮｏ）、判定部１１６はステップ１０８と同様に基板反り量エリア別データに基づき異常の有無を判定する（ステップ１１７）。異常が無いと判定された場合には（ステップ１１７のＹｅｓ）、印刷条件もしくは装置異常による不良であると判定し、より具体的には印圧や印刷のスピードを原因とする不良であると判定する（ステップ１１８）。これは、異常が全体的であり、かつ基板反り量に問題が無いため、全体的に影響が出やすい印刷条件や装置異常が原因であると考えられるためである。

一方、ステップ１１７において異常ありと判定された場合には（ステップ１１７のＮｏ）、エリアサイズ別データにおいて異常があり、エリア別データについて全体的な異常があり、基板反り量のエリア別データでも異常があるので、印刷条件または基板自体の原因による不良であると認定する（ステップ１１９）。より具体的には、判定部１１６は基板の局所的な変形や、基板の欠損、クリアランス異常などを原因とする不良であると認定する。これは、基板反り量のエリア別データで異常があるので、たとえばその異常に対応するエリアサイズ（面積）におけるエリアサイズ別データの値についても異常である場合には、その異常箇所に変形あるいはひびなどの欠損が存在して正常に印刷されなかったことが想定されるためである。基板に局所的な変形や欠損があると、クリアランスが基板全体で一定にならず、はんだの印刷に異常が発生する原因となる。

また、判定部１１６がステップ１１６において異常が局所的であると判定した場合には（ステップ１１６のＹｅｓ）、判定部１１６は基板反り量エリア別データに基づき、異常の有無を判定する（ステップ１２０）。基板反り量エリア別データについて異常が無いと判定された場合には（ステップ１２０のＹｅｓ）、判定部１１６はエリアサイズ別データについて異常あり、エリア別データについて異常が局所的であり、基板反り量について異常無しという判定結果に基づき、不良の原因を特定する。具体的には判定部１１６は印刷条件又は装置異常による不良であると判定する（ステップ１２１）。より具体的には判定部１１６は、プリント基板には問題が無く、異常が局所的であることから、クリームはんだを印刷するメタルマスクの局所的な詰まりや基板の支持が部分的に不十分であったことなどが原因であると判断する。

ここで、図９、図１０には、ステップ１２１の判定がされるようなケースでのエリアサイズ別の体積のデータのグラフとエリア別の体積のデータを視覚的に表示した画面の一例を示す。図９に示すように、矢印Ａで示す部分が局所的に減少しており、図１０に示すようにＣ−４のブロックを中心に過少方向に異常があることが分かる（図１０において過少と判定された部分の面積が、図９において矢印Ａで示した面積の値に相当する関係にある）。このように局所的なはんだの過少あるいは過大は、メタルマスクの目詰まりなどの原因が多い。本実施形態のようにエリアサイズ別およびエリア別のデータをそれぞれ生成し、判定することで、局所的な異常が存在し、その原因としてメタルマスクの目詰まりの可能性が高いことまでを特定することができる。

ステップ１２０において判定部１１６が異常ありと判定した場合には（ステップ１２０のＮｏ）、判定部１１６はエリアサイズ別データについて異常があり、エリア別データについて異常が局所的であり、基板反り量についても異常があるという判定結果に基づき、プリント基板に起因する不良であると判定する（ステップ１２２）。具体的にはステップ１１３と同様に、基板反り量に局所的に異常が存在することになるため、たとえば基板が上方に反っている部分（印刷時においてスクリーンマスク側に反っている部分）は印圧が全体的に高くなり、下方に反っている部分は印圧が低くなり、それぞれプリント基板の変形に起因する局所的な印刷異常が発生するためである。

以上が本実施形態の印刷検査処理の流れである。なお、最終的な判定結果については、記憶制御部１２０が検査結果情報ＤＢ２６ｃに記憶させたり、表示制御部１１８が表示部４０に異常が発生したことを異常の原因とともに表示させることができる。

次に、印刷検査処理での検査結果データに基づいて不良の原因を特定する方法の一例を説明する。図１１（Ａ）は体積についてのエリア別データを視覚的に表示した画像であり、図１１（Ｂ）は基板反り量のエリア別データを視覚的に表示した画像である。はんだの体積については、図１１（Ａ）に示すように３のラインが過少となっており、９のライン付近が過大となっている。一方基板反り量については、図１１（Ｂ）に示すように、その逆に３のライン付近が過大となっており、６〜１０のラインが過少となっている。以上のデータから、６〜１０のラインの部分がプリント基板が基準位置よりマイナス方向に反っており、その分過剰にクリームはんだが供給されてしまったことを推測することができる。また、基板が盛り上がるようにプラス方向に反っている部分についてはその分供給されたはんだ量が減ってしまい、はんだの体積が過少になってしまったと推測できる。従って、このようなデータが得られた場合には、基板の反り量に異常があり、それによってはんだの供給量にばらつきが生じたという状態を推定することができる。

次に、以上に説明した印刷検査装置１による印刷検査処理を利用した、はんだ印刷装置２の印刷条件の調整およびはんだ印刷装置２の性能の評価を行う方法を説明する。まず、サイズが小さいものから大きいものまで徐々に異なる検査エリアがバラつきなく分布した、評価用のプリント基板をはんだ印刷装置２に印刷させる。この評価用のプリント基板を印刷検査装置１によって検査させ、エリアサイズ別データを生成させる。図１２には、体積についての生成されたエリアサイズ別データのグラフを示す。図１２に示すデータでは、エリアサイズが０．１５付近より小さいサイズで体積の許容範囲を下回っている。たとえば、はんだ印刷装置２が０．１００のサイズ以上のはんだ印刷が可能な性能を有している設計である場合、本来は０．１以上のサイズの検査値は全て許容範囲に入っている必要がある。従って、評価用のプリント基板の検査結果としてこのような結果が得られた場合には、はんだ印刷装置２の印刷条件等を調整して０．１以上のサイズで許容範囲に入るようにする必要がある。

印刷条件等の調整後に再度評価用のプリント基板を印刷させて、印刷検査装置１で検査を行った結果、０．１以上の範囲で検査値が許容範囲に入った結果が得られれば、印刷条件が最適な条件に設定されたことが分かる。一方、たとえば調整の結果、図１３に示すエリアサイズ別データのように、エリアサイズが０．１付近の検査値は許容範囲に収まったが、０．５より大きいエリアサイズで許容範囲を下回ったという結果になってしまうなど、調整を繰り返しても許容範囲に入るべきエリアサイズの検査値が許容範囲に入らないという場合には、印刷条件ではなく、はんだ印刷装置２自体の劣化や故障であることが分かる。

従って、評価用のプリント基板をはんだ印刷装置２に印刷させて、本実施形態の印刷検査装置１によって印刷検査処理を行えば、はんだ印刷装置２の最適な印刷条件を導き出すことができる。また、検査値が許容範囲に入るように調整できるか否かによって、はんだ印刷装置２の劣化など、性能の評価も行うことができる。

以上の本実施形態の印刷検査装置１によれば、はんだ印刷装置２によって印刷されたプリント基板を検査して、不良が発生した場合にその原因を正確に特定することができる。従って、不良の発生を効果的に抑制することができ、はんだ印刷処理を効率よく行うことができる。

なお、本実施形態では各構成を１つの印刷検査装置１が備えるものとして説明したがこれに限られず、各構成や各機能ブロックを複数の機器に分散して保持し、全体で本実施形態の印刷検査方法を実施して検査を行う印刷検査システムであってもよい。たとえば、プリント基板の撮像処理を印刷検査装置が行い、はんだの３次元形状を特定するための演算処理や、印刷不良の有無やその原因を特定するための判定処理等を外部のコンピュータで行う印刷検査システムであってもよい。

また、本実施形態では上述した図７のフローのステップ１０４における異常の有無の判定において、エリアサイズ別データがエリアサイズに関わらず一定の許容範囲から外れているか否かを判定するとして説明したが、これに限られない。たとえば、エリアサイズ別データの理想曲線を予め設定しておき、その理想曲線から所定の範囲を許容範囲としてもよい。このように理想曲線に沿った許容範囲が設定されることで、より正確にエリアサイズ別データにおける異常の有無を判定することができる。特に、図９に示したように全体としては許容範囲に入っているが局所的に過少あるいは過大となった場合に、全て同じ許容範囲で設定されている場合にはエリアサイズ別の判定では異常無しと判定されるが、理想曲線に沿った許容範囲の場合には異常有りと判定される可能性が高まり、より正確な判定が可能となる。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

１ 印刷検査装置
２ はんだ印刷装置
４ 電子部品マウント装置
６ 実装後検査装置
８ リフロー炉
１０ 外観検査装置
１５ 表面実装システム
２０ 制御部
２６ 補助記憶装置
２８ 基板搬送部
３０ 検査部
４０ 表示部

Claims (12)

1. はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板を検査する印刷検査方法であって、
   プリント基板の検査対象のはんだを３次元の形状を特定可能な方法で撮像し、
   前記撮像された情報に基づき、各検査対象のはんだの体積、面積、高さの少なくともいずれかの項目の数値をそれぞれ算出し、
   算出された各はんだの前記少なくともいずれかの項目の数値を、各数値に対応するはんだの面積の設計値の大きさ順に並べた、面積別データを前記項目ごとに生成し、
   プリント基板を複数のエリアに分割し、各エリアに含まれるはんだの前記少なくともいずれかの項目の数値と、対応するエリアと、を対応付けたエリア別データを前記項目ごとに生成し、
   前記撮像された情報に基づき、前記複数のエリアごとに、検査対象のプリント基板の基準位置に対する変形量を示す基板変形量データを生成することを特徴とするプリント基板の印刷検査方法。
2. 前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、に基づいて、検査対象のプリント基板の不良の原因について判定することを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の印刷検査方法。
3. 前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、について、それぞれ所定の条件を満たすか否かを判定し、各判定結果に応じて、プリント基板に不良がある場合における不良の原因を特定することを特徴とする請求項２に記載のプリント基板の印刷検査方法。
4. 生成された前記面積別データに基づいて、前記いずれかの項目の数値と、該数値に対応するはんだの面積の設計値と、の関係を示すグラフを生成し、
   前記グラフを画面に表示させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。
5. 生成された前記エリア別データの各エリアの数値の、前記項目ごとに設定される各エリアの数値の理想値からのずれに応じて、各エリアを色分けして示すエリア別画像を生成し、
   前記エリア別画像を画面に表示させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。
6. 各エリアの前記基準位置からの基板変形量に応じて、各エリアを色分けして示すエリア別基板変形量画像を生成し、
   前記エリア別基板変形量画像を画面に表示させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のプリント基板の印刷検査方法。
7. はんだ印刷装置によってはんだが印刷されたプリント基板を検査する印刷検査装置であって、
   プリント基板の検査対象のはんだを３次元の形状を特定可能な方法で撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された情報に基づき、各検査対象のはんだの体積、面積、高さの少なくともいずれかの項目の数値をそれぞれ算出する演算部と、
   前記演算部によって算出された各はんだの前記少なくともいずれかの項目の数値を、各数値に対応するはんだの面積の設計値の大きさ順に並べた、面積別データを前記項目ごとに生成する面積別データ生成部と、
   プリント基板を複数のエリアに分割し、各エリアに含まれるはんだの前記少なくともいずれかの項目の数値と、対応するエリアと、を対応付けたエリア別データを前記項目ごとに生成するエリア別データ生成部と、
   前記撮像部によって撮像された情報に基づき、前記複数のエリアごとに、検査対象のプリント基板の基準位置に対する変形量を示す基板変形量データを生成する基板変形量データ生成部と、を備えることを特徴とする印刷検査装置。
8. 前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、に基づいて、検査対象のプリント基板の不良の原因について判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の印刷検査装置。
9. 前記判定部は、前記面積別データと、前記エリア別データと、前記基板変形量データと、について、それぞれ所定の条件を満たすか否かを判定し、各判定結果に応じて、プリント基板に不良がある場合における不良の原因を特定することを特徴とする請求項８に記載の印刷検査装置。
10. 検査結果を画面に表示させる表示制御部を備え、
    前記面積別データ生成部が、生成した面積別データに基づいて、前記いずれかの項目の数値と、該数値に対応するはんだの面積の設計値と、の関係を示すグラフを生成し、
    前記表示制御部が、前記グラフを画面に表示させることを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の印刷検査装置。
11. 検査結果を画面に表示させる表示制御部を備え、
    前記エリア別データ生成部が、生成した前記エリア別データの各エリアの数値の、前記項目ごとに設定される各エリアの数値の理想値からのずれに応じて、各エリアを色分けして示すエリア別画像を生成し、
    前記表示制御部が、前記エリア別画像を画面に表示させることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の印刷検査装置。
12. 検査結果を画面に表示させる表示制御部を備え、
    前記基板変形量データ生成部が、各エリアの前記基準位置からの基板変形量に応じて、各エリアを色分けして示すエリア別基板変形量画像を生成し、
    前記表示制御部が、前記エリア別基板変形量画像を画面に表示させることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１つに記載の印刷検査装置。