JP2016011857A - 基板検査装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品電極に対するはんだの接合状態をより精度良く検査するための技術を提供する。
【解決手段】部品のはんだ接合の状態を検査する基板検査装置が、複数の色の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、鏡面物体の表面にその法線方向に応じた色特徴が現れるようにした状態で撮像された、第１の画像を用いて、検査対象となるはんだの三次元形状を復元するはんだ形状計測部と、パタン光を前記基板に投影し、拡散物体の表面にその凹凸に応じたパタンの歪みが現れるようにした状態で撮像された、第２の画像を用いて、検査対象となる部品電極の三次元形状を復元する部品形状計測部と、前記はんだ形状計測部により得られた前記はんだの三次元形状と、前記部品形状計測部により得られた前記部品電極の三次元形状とを用いて、前記はんだと前記部品電極の間の接合境界面における接合状態を検査する検査部と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリント基板に実装された部品のはんだ接合の状態を検査する技術に関する。

プリント基板の表面実装ラインにおいて、リフロー後のはんだ接合の良否を検査する基板検査装置（外観検査装置とも呼ばれる）が広く利用されている。基板検査装置では、基板を撮影した画像からはんだの形状に関わる各種指標を計測し、その計測値からはんだの接合状態を評価する。このとき、二次元情報である画像を用いてはんだの三次元形状を検査しなければならないため、従来より様々な処理手法が提案されている。

例えば特許文献１では、いわゆる位相シフト法を利用して、はんだの接合部の高さを計算する手法が提案されている。具体的には、格子状のパタン光をはんだに投影し撮影する処理をパタン光の位相を変えながらＮ回行い、Ｎ枚のパタン画像を位相分析することによって、はんだ領域の各ピクセルの高さ情報を得る。その後、はんだ領域を部品電極に近い側の近検査領域と遠い側の遠検査領域に分け、近検査領域内の各ピクセルの高さを平均した値を接合部高さとして求めている。

特開２０１３−２３１７１３号公報

しかしながら特許文献１の手法には次のような問題がある。まず、位相シフト法は原理的にはんだのような鏡面物体の計測には適しておらず、はんだの高さを精度よく計測することは難しい。特許文献１では、このような位相シフト法の弱点をカバーするために、部品電極に近い所定の広さの領域内で平均高さを計算しＳＮ比の向上を図っているものと考えられるが、そうであったとしても高い精度は期待できない。しかも、所定の広さの領域内での平均高さしか得られないため、部品電極とはんだの接合状態を正しく評価するのには不十分である。この点について、図１３を用いて説明する。

図１３（ａ）は、チップ部品とはんだを側方から見た図である。接合状態が良好なはんだはフィレットと呼ばれる山の裾野のような形状を呈する。このとき、部品電極に対するはんだフィレットのぬれ上がり高さが、部品電極とはんだの間の接合強度に寄与することが知られている。しかしながら、特許文献１の手法で得られる値は、例えば図１３（ａ）における所定領域内の平均高さにすぎないため、実際のはんだフィレットのぬれ上がり高さ、すなわち、部品電極とはんだの間の接合強度を正確に評価することができない。

また、特許文献１の手法が特に問題となるのが、図１３（ｂ）のように部品電極の下端部でのみはんだが接合しているようなケースである。例えば、図１３（ｂ）のように部品が傾き、一方の電極が通常よりも持ち上がってしまった場合や、はんだペーストの量が少なく、ぬれ上がり高さが通常よりも小さい場合などに生じ得る。このようなケースでも、部品電極の下端部にはんだが接合しているならば良品と判定すべきである。ところが、特許文献１のように所定領域内の平均高さを求めてしまうと、部品電極とはんだの境界面における実際のはんだ高さよりも小さい値が算出される可能性が高い。そうすると、図１３（ｂ）のようなケースでは、はんだが部品電極に接合していない（はんだの高さが十分で
ない）と判定され、良品とすべきものを不良品と誤判定する「見過ぎ」が発生するのである。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、部品電極に対するはんだの接合状態をより精度良く検査するための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本発明では、鏡面物体であるはんだの三次元形状と拡散物体である部品の三次元形状をそれぞれに適した方法で復元し、はんだの三次元形状データと部品電極の三次元形状データをはんだと部品電極の接合状態の検査に用いる、という構成を採用する。

具体的には、本発明に係る基板検査装置は、部品のはんだ接合の状態を検査する基板検査装置であって、複数の色の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、鏡面物体の表面にその法線方向に応じた色特徴が現れるようにした状態で撮像された、第１の画像を用いて、検査対象となるはんだの三次元形状を復元するはんだ形状計測部と、パタン光を前記基板に投影し、拡散物体の表面にその凹凸に応じたパタンの歪みが現れるようにした状態で撮像された、第２の画像を用いて、検査対象となる部品電極の三次元形状を復元する部品形状計測部と、前記はんだ形状計測部により得られた前記はんだの三次元形状のデータと、前記部品形状計測部により得られた前記部品電極の三次元形状のデータを用いて、前記はんだと前記部品電極の間の接合境界面における接合状態を検査する検査部と、を有することを特徴とする基板検査装置である。

この構成によれば、鏡面物体であるはんだの三次元形状と、拡散物体である部品電極とを、それぞれに適した方法で復元するので、はんだと部品電極の両方について精度の高い三次元形状データを得ることができる。そして、このような三次元形状データを用いることで、はんだと部品電極それぞれの形状に関わる指標値、特に、はんだと部品電極の間の接合境界面における各種の指標値を精度良く計算（計測）できるため、はんだと部品電極の接合の有無やその接合強度を高い信頼性をもって検査することが可能となる。

三次元形状データから計算可能な指標には様々なものがあり、いずれの指標を検査に用いてもよい。例えば、前記検査部は、前記はんだの三次元形状のデータに基づき前記接合境界面における前記はんだの高さを表す指標である「フィレット高さ」を計算し、前記フィレット高さを検査に用いるとよい。接合境界面におけるはんだの高さを用いることで、部品電極に対するはんだのぬれ上がりや、部品電極とはんだの接合部の大きさなどを正確に評価できるため、接合の有無や接合強度を精度良く検査可能となる。

さらに、前記検査部は、前記部品電極の三次元形状のデータに基づき前記接合境界面における前記部品電極の高さを表す指標である「電極高さ」を計算し、前記フィレット高さと前記電極高さとを用いて、前記接合境界面における前記はんだと前記部品電極の接合の有無を判定することも好ましい。接合境界面における電極高さとはんだの高さを比べることによって、部品電極に対するはんだの接合の有無や、接合部の長さ（高さ）などを評価できるため、より高精度な検査が可能となる。

他にも、はんだの三次元形状のデータに基づき計算できる指標としては、前記接合境界面における前記はんだの幅を表す指標である「フィレット接続幅」、ランドに対する前記はんだの広がりを表す指標である「フィレット長さ」、前記部品電極に対する前記はんだのぬれを表す指標である「接続ぬれ角度」などが挙げられる。これらの指標を検査に利用することで、部品電極とはんだの間の接合状態をより精度良く検査することができる。

基板検査装置が、前記検査部による検査結果の情報を、前記はんだの三次元形状のデータ及び前記部品電極の三次元形状のデータから生成した前記はんだ及び前記部品電極の三次元形状を表す画像とともに表示装置に表示する結果出力部をさらに有するとよい。検査結果と三次元形状を表す画像を一緒に表示することで、ユーザは、検査結果の妥当性や不良個所の確認を直観的かつ容易に行うことができる。

前記結果出力部は、前記検査部が検査に用いた指標の値、及び、前記指標に対する判定基準をさらに表示するとよい。このとき、前記結果出力部は、前記指標の値、又は、前記判定基準を、前記はんだ及び前記部品電極の三次元形状を表す画像に重ねて表示するとなおよい。このような表示を行うことで、ユーザは、実際のはんだ形状の確認、実際のはんだ形状と判定基準との比較、検査結果の妥当性の確認などを容易に行うことができる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む基板検査装置として捉えることができる。また、本発明は、基板検査装置の制御方法や、その方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムや、当該プログラムを非一時的に記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体として捉えることもできる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない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、部品電極に対するはんだの接合状態をより精度良く検査することができる。

基板検査装置のハードウェア構成を示す模式図。 検査処理に関わる機能のブロック図。 Ｒ，Ｇ，Ｂの光を照射して撮像される第１の画像の例。 パタン光を投影して撮像される第２の画像の例。 検査処理の流れを示すフローチャート。 基板から取得される画像及び三次元形状（高さマップ）の例。 第１実施形態の部品浮き検査で評価する検査項目の例。 第１実施形態の結果出力画面の例。 第２実施形態で評価する検査項目の例。 第２実施形態の結果出力画面の例。 結果出力画面の他の例。 結果出力画面の他の例。 従来技術の問題点を説明する図。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための好ましい形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
（基板検査装置の構成）
図１を参照して、本発明の実施形態に係る基板検査装置の全体構成について説明する。図１は基板検査装置のハードウェア構成を示す模式図である。この基板検査装置１は、表面実装ラインにおける基板外観検査（例えば、リフロー後のはんだ接合状態の検査など）に好ましく利用されるものである。

基板検査装置１は、主な構成として、ステージ１０、計測ユニット１１、制御装置１２、情報処理装置１３、表示装置１４を備える。計測ユニット１１は、カメラ（イメージセンサ）１１０、照明装置１１１、投影装置（プロジェクタ）１１２を有している。

ステージ１０は、基板１５を保持し、検査対象となる部品１５０やはんだ１５１をカメラ１１０の計測位置に位置合わせするための機構である。図１に示すようにステージ１０に平行にＸ軸とＹ軸をとり、ステージ１０と垂直にＺ軸をとった場合、ステージ１０は少なくともＸ方向とＹ方向の２軸の並進が可能である。カメラ１１０は、光軸がＺ軸と平行になるように配置されており、ステージ１０上の基板１５を鉛直上方から撮像する。カメラ１１０で撮像された画像データは情報処理装置１３に取り込まれる。

照明装置１１１（１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ）は、基板１５に対し異なる色（波長）の照明光ＲＬ，ＧＬ，ＢＬを照射する照明手段である。図１は照明装置１１１のＸＺ断面を模式的に示したものであり、実際には、同じ色の光を全方位（Ｚ軸回りの全方向）から照明可能なように照明装置１１１は円環状又はドーム形状を呈している。投影装置１１２は、基板１５に対し所定のパタンをもつパタン光ＰＬを投影するパタン投影手段である。投影装置１１２は、照明装置１１１の中腹に設けられた開口を通してパタン光ＰＬを投射する。投影装置１１２の数は一つでもよいが、パタン光ＰＬの死角をなくすために複数の投影装置１１２を設けるとよい。本実施形態では、異なる方位（対角の位置）に２つの投影装置１１２を配置している。照明装置１１１と投影装置１１２はいずれもカメラ１１０で基板１５を撮影するときに用いられる照明系であるが、照明装置１１１ははんだ１５１などの鏡面物体の表面形状を計測する目的で用いられ、投影装置１１２は部品１５０などの拡散物体の表面形状を計測する目的で用いられる。

制御装置１２は、基板検査装置１の動作を制御する制御手段であり、ステージ１０の移動制御、照明装置１１１の点灯制御、投影装置１１２の点灯制御やパタン変更、カメラ１１０の撮像制御などを担っている。

情報処理装置１３は、カメラ１１０から取り込まれた画像データを用いて、部品１５０やはんだ１５１に関する各種の計測値を取得したり、部品１５０のはんだ接合の状態を検査する機能を有する装置である。表示装置１４は、情報処理装置１３で得られた計測値や検査結果を表示する装置である。情報処理装置１３は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスクドライブなど）、入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）を有する汎用のコンピュータにより構成することができる。なお、図１では、制御装置１２と情報処理装置１３と表示装置１４を別のブロックで示したが、これらは別体の装置で構成してもよいし、単一の装置で構成してもよい。

（機能構成）
図２は、情報処理装置１３が提供する検査処理に関わる機能の構成を示すブロック図である。これらの機能は、情報処理装置１３のＣＰＵが補助記憶装置に格納されたプログラムを読み込み実行することにより実現されるものである。ただし、全部又は一部の機能をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で構成してもよい。

画像取得部２０は、カメラ１１０から画像データを取り込む機能である。はんだ形状計測部２１は、二次元の画像データからはんだなどの鏡面物体部分の三次元形状を復元する機能であり、部品形状計測部２２は、二次元の画像データから部品などの拡散物体部分の三次元形状を復元する機能である。各々の復元処理で用いる画像データ及び復元アルゴリズムについては後述する。

検査部２３は、はんだ形状計測部２１と部品形状計測部２２で得られた三次元形状デー
タを基に、はんだや部品の形状に関わる各種指標を計測（計算）し、これらの計測値を用いてはんだ接合の状態を検査する機能である。検査プログラム記憶部２４は、検査部２３における検査の項目や条件などを定義した検査プログラムを格納する機能である。検査プログラムには、例えば、検査対象のランドの位置及びサイズ、部品のサイズ、計測する指標の種類、指標ごとの判定基準値（良品と不良品を判定するための閾値や値域）などが定義されている。結果出力部２５は、検査部２３で得られた計測値や検査結果を、部品やはんだの三次元形状とともに画面出力する機能である。

以下、はんだ（鏡面物体）の三次元形状の復元方法と、部品（拡散物体）の三次元形状の復元方法をそれぞれ説明した後、情報処理装置１３の検査処理の流れについて説明する。

（はんだの三次元形状計測）
はんだの三次元形状の計測には、いわゆるカラーハイライト方式で得られる画像を利用する。カラーハイライト方式とは、複数の色（波長）の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、はんだ表面にその法線方向に応じた色特徴（カメラから見て正反射方向にある光源の色）が現れるようにした状態で撮像を行うことにより、はんだ表面の三次元形状を二次元の色相情報として捉える方法である。

図１を参照して、カラーハイライト方式に用いる照明装置１１１の構成を説明する。照明装置１１１は、赤色光源１１１Ｒ、緑色光源１１１Ｇ、青色光源１１１Ｂの３つの円環状の光源を、カメラ１１０の光軸を中心として同心円状に配置した構造を有している。各光源１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、赤色光ＲＬ、緑色光ＧＬ、青色光ＢＬの順に基板に対する入射角が大きくなるよう、仰角及び向きが調整されている。このような照明装置１１１は、例えば、ドーム形状の拡散板の外側にＲ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤを円環状に配列することで形成できる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に、照明装置１１１を点灯した状態でカメラ１１０で撮影した場合に得られる画像データ（以下、第１の画像と呼ぶ）の例を示す。なお、図３（ａ）ははんだフィレットが良好な状態、図３（ｂ）ははんだが少ない状態、図３（ｃ）ははんだが過多の状態を示しており、各図の下段は、参考として、はんだを基板に平行な方向から見た図を示している。

これらの図に示すように、第１の画像では、鏡面物体であるはんだ３１の部分に、その法線方向（傾斜角）に応じた色特徴が現れる。例えば、図３（ａ）の場合には、部品電極３０から離れるほどはんだ３１の傾斜が緩やかになっていくため、はんだ３１の領域にＢ→Ｇ→Ｒという色相の変化が現れる。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の領域の形状、幅、現れる順番などは、はんだ３１の表面形状に依存して変化する。また、部品本体や電極３０の表面では拡散反射が支配的となるため、Ｒ，Ｇ，Ｂのような光源色ではなく、白色光で照明したときと同じ物体自体の色が現れる。したがって、第１の画像の中から、Ｒ，Ｇ，Ｂの光源色が現れている領域のみを抽出し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各領域の形状、幅、順番に基づき逆問題を解くことにより、はんだ３１の三次元形状を復元することが可能である。なお、三次元形状の復元には公知の手法（例えば特開２０１０−７１８４４号公報参照）を用いることができるため、ここでは詳しい説明を省略する。

（部品の三次元形状計測）
一方、拡散物体である部品の三次元形状の計測には、位相シフト法を利用する。

位相シフト法とは、パタン光を物体表面に投影したときのパタンの歪みを解析することにより物体表面の三次元形状を復元する手法の一つである。具体的には、投影装置１１２
を用いて、所定のパタン（例えば輝度が正弦波状に変化する縞状パタン）を基板に投影した状態でカメラ１１０で撮影を行う。そうすると、図４に示すように、拡散物体である部品４０や基板４１の表面には、その凹凸に応じたパタンの歪みが現れる（なお、はんだ４２の部分では鏡面反射が支配的となるため、パタンはほとんど観測できない。）。この処理を、パタン光の輝度変化の位相を変化させながら複数回繰り返すことで、図４に示すように輝度特徴の異なる複数枚の画像（以下、第２の画像と呼ぶ）が得られる。各画像の同一画素の明るさ（輝度）は縞状パタンの変化と同一の周期で変化するはずであるから、各画素の明るさの変化に対して正弦波を当てはめることで、各画素の位相が分かる。そして、所定の基準位置（テーブル表面、基板表面など）の位相に対する位相差を求めることで、その基準位置からの距離（高さ）を算出することができる。

なお、本実施形態では、部品の三次元形状計測に位相シフト法を用いたが、拡散物体の高さ情報を得ることができれば他の方法を用いても構わない。縞状や格子状のパタン光を物体に投影しそのパタンの歪みを画像解析することによって高さ情報を得る方法としては、例えば、光切断法、縞解析法、空間コード化法などがある。

（検査処理の流れ）
次に、図５と図６を用いて、基板検査装置１で行われる検査処理の流れを説明する。図５は、検査処理の流れを示すフローチャートであり、図６は、基板から取得される画像及び三次元形状の例である。

まず、制御装置１２が検査プログラムに従ってステージ１０を制御し、検査対象の部品６０及びはんだ６１を計測位置（カメラ１１０の視野）に移動させる（ステップＳ５００）。そして、制御装置１２が照明装置１１１を点灯し（ステップＳ５０１）、赤色光ＲＬ、緑色光ＧＬ、青色光ＢＬを照射した状態でカメラ１１０で撮像を行う（ステップＳ５０２）。得られた画像データ（図６の第１の画像６２）は、画像取得部２０により情報処理装置１３に取り込まれる。照明装置１１１の消灯後、、制御装置１２が投影装置１１２からパタン光を投影し（ステップＳ５０３）、カメラ１１０で撮像を行う（ステップＳ５０４）。位相シフト法を利用する場合、パタン光の位相を変えながらステップＳ５０３及びＳ５０４の処理が複数回実行される。得られた複数枚の画像データ（図６の第２の画像６３）は、画像取得部２０により情報処理装置１３に取り込まれる。なお、本実施形態では、照明装置１１１での撮影を先に実行したが、投影装置１１２での撮影を先に実行しても構わない。また、カメラ１１０の視野外に他の検査対象が存在する場合には、ステップＳ５００〜Ｓ５０４の処理を繰り返し実行してもよい。

以降は、情報処理装置１３で行われる処理となる。はんだ形状計測部２１は、ステップＳ５０２で得られた第１の画像６２から、Ｒ，Ｇ，Ｂの色特徴が現れている領域（すなわち、はんだの領域）を抽出し、抽出した領域の色特徴に基づきはんだ６１の三次元形状を復元する（ステップＳ５０５）。復元された三次元形状のデータは、例えば、はんだ領域内の各画素の高さ（Ｚ位置）を画素値で表現した画像データ（高さマップと呼ぶ）の形式で保存される。図６の第１の高さマップ６４は、はんだ６１の三次元形状（はんだ表面の高さ情報）を表しており、基板からの高さが高い点ほど明るい色（白に近い色）で示されている。一方、部品形状計測部２２は、ステップＳ５０４で得られた第２の画像６３から、位相シフト法により、部品６０（部品本体及び電極）の三次元形状を復元する（ステップＳ５０６）。部品６０の三次元形状データについても高さマップの形式で保存される（図６の第２の高さマップ６５）。図６に示すように、第１の高さマップ６４と第２の高さマップ６５を合成することで、鏡面物体であるはんだ６１と拡散物体である部品６０の両方の高さ情報を表す全体の高さマップ６６を得ることができる。

次に、検査部２３が、第１の高さマップ６４と第２の高さマップ６５を用いて、部品６
０とはんだ６１の接合状態の検査を実施する（ステップＳ５０７）。このとき、高さマップ６４，６５を基に、部品６０とはんだ６１それぞれの形状や部品６０とはんだ６１の接合部の形状などを立体的に且つ正確に捉えることができるため、従来に比べてより高精度な検査が可能となる。

以下では、一例として、部品浮きの検査処理を説明する。部品浮きとは、部品が傾き、電極がランドから浮き上がることで生じる接合不良のことである。電極とはんだが高さ方向にずれるため、従来の検査では、電極とはんだの接合の有無や接合状態の良否を判定することが難しく、見過ぎ（良品を不良品と誤判定すること）や見逃し（不良品を良品と誤判定すること）が発生していた。そこで本実施形態では、部品電極とはんだの両方の正確な三次元形状（高さマップ）が得られるという利点を生かし、部品電極の高さとはんだの高さを比較して接合の有無を判定するというロジックを採用する。

図７に、本実施形態の部品浮き検査で評価する検査項目（指標）を模式的に示す。ここでは、部品電極７０の先端を通り且つＺ軸に平行な面を「接合境界面」と呼び、接合境界面において部品電極７０とはんだ７１とが重なりを有している領域を「接合部」と呼ぶ。なお、接合境界面のＸＹ位置は、例えば、第１の画像６２から部品電極７０とはんだ７１の境界を検出することで求めることができる。

検査部２３は、まず、接合境界面における「フィレット高さ」を計測する。「フィレット高さ」は、接合境界面におけるはんだ７１の高さ、すなわち、部品電極７０の先端面に対するはんだフィレットのぬれ上がり高さを表す指標である。本実施形態では、接合境界面におけるはんだ７１の高さ（Ｚ座標）の最大値、つまり接合境界面におけるはんだフィレットの頂点の高さを「フィレット高さ」とする。フィレット高さの値は、第１の高さマップ６４から計算することができる。なお、本実施形態では接合境界面におけるはんだ７１の高さの最大値（頂点の高さ）をフィレット高さとしたが、他の計算方法を用いてもよい。例えば、接合境界面におけるはんだ７１の高さの代表値（平均値、最頻値、中間値、接合部の横幅が所定値となる高さなど）をフィレット高さとすることもできる。

続いて、検査部２３は、接合境界面における部品電極７０の下端の高さ（Ｚ座標）を表す指標である「電極高さ」を計測する。この値は、第２の高さマップ６５から得られる接合境界面での部品電極７０の上端の高さと、検査プログラムから得られる部品電極７０の厚み（設計値）とから計算することができる。

そして、検査部２３は、「フィレット高さ」から「電極高さ」を引き算し、「フィレット接続高さ」を求める。フィレット接続高さは、部品電極７０とはんだ７１の接合部のＺ方向の長さを表す指標であり、値が０より大きいかどうかで部品電極７０とはんだ７１の接合の有無を評価できる。また、フィレット接続高さの値が適正範囲（例えば、部品電極７０の厚みに対して３０％〜８０％の間など）にあるかどうかで接合状態の良否を評価できる。なお、本実施形態では、フィレット接続高さの値が０より大きいかにより接合の有無を判定したが、フィレット高さの値と電極高さの値を比較し、その大小関係により接合の有無を判定してもよい（例えば、「フィレット高さ＞電極高さ」の場合に接合「有」、それ以外の場合に接合「無」と判定できる）。

最後に、結果出力部２５が、検査部２３で得られた計測値及び検査結果を、部品やはんだの三次元形状を示す画像とともに画面出力する（ステップＳ５０８）。

図８は、結果出力部２５によって出力される画面の一例である。結果出力画面は、検査結果表示ウィンドウ８０と三次元形状データ表示ウィンドウ８１から構成されている。

検査結果表示ウィンドウ８０には、各検査項目について、判定基準、計測値、及び、判定結果が表示されている。なお本例では、「フィレット接続高さ」のみを良否判定に用いたため、「フィレット接続高さ」の項目についてのみ判定基準と判定結果が表示されているが、「フィレット高さ」と「電極高さ」に対しても判定基準（適正な値域）を設定することもできる。

三次元形状データ表示ウィンドウ８１には、検査対象の部品及びはんだの画像８１０と、ＸＺ断面情報８２０と、ＹＺ断面情報８３０とが表示される。画像８１０としては、カラーハイライト方式で撮影した第１の画像６１、又は、白色光で撮影した画像などを用いるとよい。画像８１０には、ランドの外形を示す図形８１１、部品及び電極の外形を示す図形８１２、ＸＺ断面の位置を示すＸライン８１３、ＹＺ断面の位置を示すＹライン８１４などがオーバーレイ表示される。図形８１１、８１２の位置及びサイズについては、検査プログラムに設定されたランドや部品の情報を基に生成することができる。

ＸＺ断面情報８２０は、Ｘライン８１３におけるＸＺ断面の三次元形状の情報を示すものであり、ＹＺ断面情報８３０は、Ｙライン８１４におけるＹＺ断面の三次元形状の情報を示すものである。なお、Ｘライン８１３及びＹライン８１４の位置はマウスなどの操作デバイスを用いて変更可能であり、任意の断面を確認できるようになっている。以下、ＸＺ断面情報８２０を例に挙げて、表示される情報の詳細を説明する。

ＸＺ断面情報８２０では、部品及びはんだの断面の三次元形状を表す画像であるラインプロファイル８２１が、基板表面からの高さ（Ｚ座標）を示す目盛８２２とともに表示される。このようなラインプロファイル８２１を見ることで、ユーザは部品の傾きやはんだフィレットの形状などを直観的かつ正確に理解することができる。なお、ラインプロファイル８２１は、前述した高さマップ６６からＸライン８１３の部分の高さ情報を抽出することで容易に生成可能である。

また、ラインプロファイル８２１には、部品浮きの検査項目である「フィレット高さ」、「電極高さ」、「フィレット接続高さ」の計測値を示すＧＵＩ（８２３〜８２５）がオーバーレイ表示されている。本例では、アイコン８２３がフィレット高さ、アイコン８２４が電極高さを表し、アイコン８２３と８２４を結ぶバー８２５がフィレット接続高さを表している。このようなＧＵＩにより、ユーザは部品電極とはんだの位置関係、はんだ形状の良否、検査結果の妥当性、不良個所などの確認を直観的かつ容易に行うことができる。

（本実施形態の利点）
以上述べた本実施形態の基板検査装置によれば、鏡面物体であるはんだの三次元形状と、拡散物体である部品電極とを、それぞれに適した方法で復元するので、はんだと部品電極の両方について精度の高い三次元形状データを得ることができる。そして、このような三次元形状データを用いることで、はんだと部品電極それぞれの形状に関わる指標値、特に、はんだと部品電極の間の接合境界面における各種の指標値を精度良く計算（計測）できるため、はんだと部品電極の接合の有無やその接合強度を高い信頼性をもって検査することが可能となる。

また本実施形態では、部品電極とはんだの間の接合境界面における「フィレット高さ」と「電極高さ」を検査に用いたので、部品電極とはんだの接合の有無及び接合状態を精度良く検査することが可能である。これにより、例えば部品電極の下端部でのみはんだが接合している状態の良品（図１３（ｂ）参照）であっても、正しい検査結果を得ることが可能となり、いわゆる「見過ぎ」の発生を抑制できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、図９に示す３つの検査項目「フィレット接続幅」、「フィレット長さ」、「接続ぬれ角度」を計測する方法について説明する。なお、装置構成及び検査処理のフローについては第１実施形態のものとほぼ同じであるため、以下では相違する部分についてのみ説明を行う。

「フィレット接続幅」は、接合境界面におけるはんだ９１の幅（もしくは、接合境界面における接合部の幅）を表す指標であり、本実施形態では、接合境界面における高さ（Ｚ座標）が閾値を超えている部分のはんだ９１の幅（Ｚ軸に垂直な方向の長さ）を「フィレット接続幅」とする。この値が適正範囲（例えば、部品電極９０の幅に対して５０％〜１００％の間など）にあるかどうかで接合状態の良否を評価できる。なお、閾値は固定値でもよいし、部品電極９０の電極高さに応じて変更してもよい。フィレット接続幅は、第１実施形態で述べた第１の高さマップ６４と第２の高さマップ６５から計算できる。

「フィレット長さ」は、ランドに対するはんだフィレットの広がり（接合面積）を表す指標であり、本実施形態では、接合境界面からはんだ９１の先端までの長さ（基板に平行な方向の距離）を「フィレット長さ」とする。フィレット長さの値が適正範囲（例えば、ランドの長さに対して３０％〜１００％の間など）にあるかどうかで接合状態の良否を評価できる。フィレット長さは第１の高さマップ６４から計算できる。

「接続ぬれ角度」は、部品電極９０の先端面に対するはんだフィレットのぬれを表す指標であり、本実施形態では、接合境界面における高さ（Ｚ座標）が最大となる部分でのはんだ９１の接合境界面に対する接触角を「接続ぬれ角度」とする。この値が適正範囲（例えば、０度〜４０度など）にあるかどうかで接合状態の良否を評価できる。接続ぬれ角度は、第１の高さマップ６４を基にはんだフィレットの頂点を通る断面でのプロファイル（はんだ表面の輪郭線）データを計算し、この輪郭線がＺ軸となす角から求めることができる。

（検査結果の画面例）
図１０は、結果出力部２５によって出力される画面の一例である。図８の画面例と同じ部分には同一の符号を付してある。

検査結果表示ウィンドウ８０には、各検査項目（本例では、フィレット接続幅、フィレット長さ、接続ぬれ角度の３項目）について、判定基準、計測値、及び、判定結果が表示されている。この例では、フィレット接続幅の値が判定基準を満たしていないため、ＮＧ判定が出力されている。

三次元形状データ表示ウィンドウ８１には、検査対象の部品及びはんだの画像８１０と、ＸＺ断面情報８２０と、ＹＺ断面情報８３０とが表示される。

ＸＺ断面情報８２０では、部品及びはんだの断面形状（表面の輪郭）を示すラインプロファイル８２１が、基板表面からの高さ（Ｚ座標）を示す目盛８２２とともに表示されるる。また、フィレット長さの判定基準８２６と接続ぬれ角度の判定基準８２７を示すＧＵＩがラインプロファイル８２１にオーバーレイ表示される。同様に、フィレット接続幅の判定基準８３２を示すＧＵＩがラインプロファイル８３１にオーバーレイ表示される。本例では、フィレット長さの判定基準８２６とフィレット接続幅の判定基準８３２は、下限と上限の値域を示すスライドバーで表示し、接続ぬれ角度の判定基準８２７は、角度範囲を示す扇形のアイコンで表示している。このとき、フィレット長さの判定基準８２６はランドの位置に合わせて配置し、接続ぬれ角度の判定基準８２７ははんだフィレットの頂点（はんだと部品電極の接続点）に扇形の中心を合わせて配置する、というように、各検査
項目の値を計算するときの基準点に合わせて各判定基準のアイコンを表示するとよい。さらに、ＮＧ判定となった検査項目に関連するＧＵＩやはんだ形状をエラー表示し（例えば、色を変えたり点滅させるなど）、不良個所が一目で分かるようにしてもよい。このような表示により、ラインプロファイル８２１で示される実際のはんだ形状と判定基準との比較や検査結果の妥当性の確認を容易に行うことができる。

また、ユーザは、検査結果表示ウィンドウ８０及び／又は三次元形状データ表示ウィンドウ８１において各検査項目の判定基準を変更することができる。検査結果表示ウィンドウ８０で変更する場合は、キーボードなどの操作デバイスを用いて、判定基準のテキストボックスに所望の数値を入力する。一方、三次元形状データ表示ウィンドウ８１で変更する場合は、マウスなどの操作デバイスを用いてラインプロファイル上の判定基準ＧＵＩを変形（スライドバーの伸縮、扇形アイコンの角度変更など）又は移動する。なお、検査結果表示ウィンドウ８０の表示と三次元形状データ表示ウィンドウ８１の表示は連動しており、一方で判定基準を修正すると、他方の表示が自動で更新されるようになっている。

以上述べた本実施形態の構成によれば、検査項目として、フィレット接続幅、フィレット長さ、接続ぬれ角度などを計測するので、部品電極に対するはんだの接合有無及び接合強度をより精度良く検査することができる。また、図１０に示すＧＵＩを利用することにより、検査結果に対する納得性が得られるとともに、実際のはんだ形状に合わせて判定基準の修正や追い込みを簡単に行うことができる。

＜他の実施形態＞
上記の実施形態の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

図１１及び図１２は三次元形状データの他の表示例を示している。図１１の表示例では、実測した部品及びはんだのラインプロファイル８２１、８３１に重ねて、理想の形状の部品及びはんだのラインプロファイル８２８、８３３が表示されている。このような表示を見ることで、ユーザは検査対象のはんだ形状が理想の形状からどれほど乖離しているかや、検査対象のはんだの不良原因などを直観的に把握することができる。一方、図１２の表示例では、二次元画像とラインプロファイルではなく、高さマップに対し基板の画像をテクスチャマッピングすることで生成した三次元画像を表示する。そして、この三次元画像に対し、検査項目の計測値（図１２の例ではフィレット接続幅）を表示する。このような表示によっても前述した各実施形態の表示例と同様、検査対象のはんだ形状や検査結果の妥当性を直観的に把握することが可能である。

１：基板検査装置
１０：ステージ、１１：計測ユニット、１２：制御装置、１３：情報処理装置、１４：表示装置
２０：画像取得部、２１：形状計測部、２２：部品形状計測部、２３：検査部、２４：検査プログラム記憶部、２５：結果出力部
１１０：カメラ、１１１：照明装置、１１１Ｂ：青色光源、１１１Ｇ：緑色光源、１１１Ｒ：赤色光源、１１２：投影装置
ＲＬ：赤色光、ＢＬ：青色光、ＧＬ：緑色光、ＰＬ：パタン光

Claims (13)

1. 部品のはんだ接合の状態を検査する基板検査装置であって、
   複数の色の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、鏡面物体の表面にその法線方向に応じた色特徴が現れるようにした状態で撮像された、第１の画像を用いて、検査対象となるはんだの三次元形状を復元するはんだ形状計測部と、
   パタン光を前記基板に投影し、拡散物体の表面にその凹凸に応じたパタンの歪みが現れるようにした状態で撮像された、第２の画像を用いて、検査対象となる部品電極の三次元形状を復元する部品形状計測部と、
   前記はんだ形状計測部により得られた前記はんだの三次元形状のデータと、前記部品形状計測部により得られた前記部品電極の三次元形状のデータを用いて、前記はんだと前記部品電極の間の接合境界面における接合状態を検査する検査部と、
   を有することを特徴とする基板検査装置。
2. 前記検査部は、前記はんだの三次元形状のデータに基づき前記接合境界面における前記はんだの高さを表す指標であるフィレット高さを計算し、前記フィレット高さを検査に用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記検査部は、前記接合境界面における前記はんだの頂点の高さを前記フィレット高さとする
   ことを特徴とする請求項２に記載の基板検査装置。
4. 前記検査部は、前記部品電極の三次元形状のデータに基づき前記接合境界面における前記部品電極の高さを表す指標である電極高さを計算し、前記フィレット高さと前記電極高さとを用いて、前記接合境界面における前記はんだと前記部品電極の接合の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の基板検査装置。
5. 前記検査部は、前記フィレット高さから前記電極高さを引いた値であるフィレット接続高さを計算し、前記フィレット接続高さの値により前記接合境界面における前記はんだと前記部品電極の接合の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
6. 前記検査部は、前記はんだの三次元形状のデータに基づき前記接合境界面における前記はんだの幅を表す指標であるフィレット接続幅を計算し、前記フィレット接続幅を検査に用いる
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の基板検査装置。
7. 前記検査部は、前記はんだの三次元形状のデータに基づきランドに対する前記はんだの広がりを表す指標であるフィレット長さを計算し、前記フィレット長さを検査に用いる
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の基板検査装置。
8. 前記検査部は、前記はんだの三次元形状のデータに基づき前記部品電極に対する前記はんだのぬれを表す指標である接続ぬれ角度を計算し、前記接続ぬれ角度を検査に用いる
   ことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の基板検査装置。
9. 前記検査部による検査結果の情報を、前記はんだの三次元形状のデータ及び前記部品電極の三次元形状のデータから生成した前記はんだ及び前記部品電極の三次元形状を表す画像とともに表示装置に表示する結果出力部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の基板検査装置。
10. 前記結果出力部は、前記検査部が検査に用いた指標の値、及び、前記指標に対する判定基準をさらに表示する
    ことを特徴とする請求項９に記載の基板検査装置。
11. 前記結果出力部は、前記指標の値、又は、前記判定基準を、前記はんだ及び前記部品電極の三次元形状を表す画像に重ねて表示する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の基板検査装置。
12. 部品のはんだ接合の状態を検査する基板検査装置の制御方法であって、
    複数の色の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、鏡面物体の表面にその法線方向に応じた色特徴が現れるようにした状態で撮像された、第１の画像を用いて、検査対象となるはんだの三次元形状を復元するステップと、
    パタン光を前記基板に投影し、拡散物体の表面にその凹凸に応じたパタンの歪みが現れるようにした状態で撮像された、第２の画像を用いて、検査対象となる部品電極の三次元形状を復元するステップと、
    前記はんだの三次元形状のデータと前記部品電極の三次元形状のデータを用いて、前記はんだと前記部品電極の間の接合境界面における接合状態を検査するステップと、
    を有することを特徴とする基板検査装置の制御方法。
13. 請求項１２に記載の基板検査装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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