JP2016045012A - 品質管理装置および品質管理装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分析対象に関する情報と比較対象に関する情報を画像によってオペレータに提示する品質管理装置において、情報を定量的に伝達する。【解決手段】複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置であって、基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択手段と、前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択手段と、前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得手段と、分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置した画像を生成し表示する画像表示手段と、を有する。【選択図】図１２

Description

本発明は、プリント基板を検査した結果をオペレータに提示する品質管理装置に関する。

プリント基板の表面実装ラインにおいて、リフロ後のはんだ接合の良否を検査する基板検査装置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。

基板検査装置は、計測値に基づいて対象製品の良不良を自動的に判定するほか、検査結果についての情報を装置のオペレータに提示する機能を有している。検査結果をオペレータが目視することによって、より正確な不良分析（例えば、特定の工程やロットで発生した不良の分析）を行うことができる。

検査結果をオペレータに提示する方法の一つに、複数の検査対象から得られた情報を比較可能な形式で提示するという方法がある。
例えば、特許文献１には、表面実装ラインの各工程が完了するごとに画像を撮像し、取得した複数の画像を、同一倍率で画面上に並べて表示する品質管理装置が記載されている。また、特許文献２には、表面実装ラインの各工程が完了するごとに撮像した画像データを、同一視点による斜視図で画面上に並べて表示する方法が記載されている。

特開２００４−３６１１４５号公報 特開２００４−３５５５２１号公報

特許文献１に記載の方法によると、検査結果が二次元画像データとしてオペレータに提示されるため、オペレータは、画像を比較することで、不良がどの工程で発生したのかを分析することができる。しかし、当該画像は二次元画像であり、高さ方向の情報を有していないため、はんだや電極の高さについての判断を行うことができない。一方、特許文献２に記載の方法では、斜視図を用いて高さ情報を提示しているが、斜視図からでは、高さおよび幅の情報を定量的に読み取ることが難しい。

本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、分析対象に関する情報と比較対象に関する情報を画像によってオペレータに提示する品質管理装置において、情報を定量的に伝達する技術を提供することを目的とする。

本発明に係る品質管理装置は、
複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置であって、基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択手段と、前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択手段と、前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得手段と、分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置
した画像を生成し表示する画像表示手段と、を有することを特徴とする。

対象物とは、具体的には、部品、部品が有する電極、リフロ前のはんだ、リフロ後のはんだなどである。
本発明に係る品質管理装置は、各工程において取得された三次元形状データに基づいて生成された、複数の断面形状を取得し、当該断面形状を比較可能な形式で画像出力する。比較可能な形式とは、例えば、断面形状を並べたものであってもよいし、断面形状を重ね合わせたものであってもよい。装置のオペレータが、形状の差異を把握することができれば、どのような形式であってもよい。

比較を行う断面形状は、分析対象と同一の対象物について、異なる工程で取得された三次元形状データに基づいて生成されたものであってもよいし、異なる対象物について、同一の工程で取得された三次元形状データに基づいて生成されたものであってもよい。この他にも、比較を行うことが有益なものであれば、対象物および工程の組み合わせはどのようなものであってもよい。
かかる構成によると、断面形状に基づいて、オペレータが高さ情報を定量的に読み取り、比較することができるため、精度の高い不良分析が可能になる。

また、複数の前記断面形状は、異なる基板上にある同一の対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものであることを特徴としてもよい。

異なる基板とは、同一設計の基板であって、シリアル番号やロット番号のみが異なるものを指す。このように、異なる基板上にある同一の対象物について、同一の工程を終えた後の状態を比較することで、時間の経過とともに、当該工程を完了した後の基板の品質がどのように変化しているかを知ることができる。すなわち、発生した不良が突発的なものであるのか、一定の傾向に沿って現れたものなのかを推測することができる。

また、複数の前記断面形状は、同一基板上にある同一の対象物について、異なる工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものであることを特徴としてもよい。

このように、同一の基板上にある同一の対象物について、異なる工程を終えた後の状態を比較することで、不良の原因がどの工程にあるのかを推測することができる。例えば、印刷されたはんだに問題があるのか、部品のマウントに問題があるのかを推測することができる。

また、複数の前記断面形状は、同一基板上にあり、形状が同一または類似である、異なる対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものであることを特徴としてもよい。

例えば、基板上の別の箇所にある同一品番の部品を比較対象としてもよいし、同一部品が有する別の電極を比較対象としてもよい。
このように、互いに同一または類似する形状を有する対象物について、同一の工程を終えた後の状態を比較することで、発生した不良が、基板上の場所に依存するものであるか、そうでないかを推測することができる。例えば、基板上の場所に関係なく発生している場合、はんだの印刷厚等に問題があることが推定でき、基板上の特定の場所に集中して発生している場合、部品のマウンタ等に問題があることが推定できる。

また、本発明に係る品質管理装置は、各工程において実施される検査の結果を取得する
検査結果取得手段をさらに有し、前記断面形状取得手段は、前記検査において、分析対象に対して不良判定がなされていた場合に、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所を通るように、前記断面形状を取得する際の切断面を設定することを特徴としてもよい。

断面形状を取得するための切断面は、検査において不良を検出した箇所を通るように設定することが好ましい。このようにすることで、不良の分析に有益な情報を提供することができ、分析の精度をより向上させることができる。なお、不良判定の原因となった計測値を取得した箇所とは、領域であってもよいし、点であってもよい。領域である場合、切断面は、当該領域の一部を通ればよい。

また、前記断面形状取得手段が取得する断面形状は、第一の切断面に対応する断面形状と、前記第一の切断面に直交する第二の切断面に対応する断面形状を含むことを特徴としてもよい。

互いに直交する二枚の切断面にそれぞれ対応する断面形状を共に出力することで、オペレータが、断層表示による部分的な情報を補完して分析を行えるようになる。

また、本発明に係る品質管理装置は、前記分析対象および比較対象を撮像した画像である撮像画像を取得する画像取得手段をさらに有し、前記画像表示手段は、前記撮像画像と、前記断面形状に対応する切断面の位置を示すインジケータをさらに含む画像を生成し表示することを特徴としてもよい。

このように、断面形状に対応する切断面がどこにあるかを示すことで、オペレータが、表示された断面形状がどの位置にある切断面に対応するものであるかを読み取ることができるようになる。

また、本発明に係る品質管理装置は、前記分析対象および比較対象に対応する部品または電極の、基板上における位置を取得する位置取得手段をさらに有し、前記画像表示手段は、前記部品または電極の位置を示すインジケータを前記断面形状に合成した画像を生成することを特徴としてもよい。

このように、断面形状に対して、部品または電極の位置を示すインジケータを合成することで、オペレータが、基板の状況をより的確に把握できるようになる。

また、前記複数の工程は、はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程、リフロ炉によって電子部品をはんだ接合するリフロ工程のうちのいずれかを含むことを特徴としてもよい。

本発明に係る品質管理装置は、このような、三つの工程によって電子基板を製造するシステムに好適に適用することができる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む品質管理装置として特定することができる。また、前記品質管理装置の制御方法や、前記品質管理装置を動作させるためのプログラム、当該プログラムが記録された記録媒体として特定することもできる。
上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

本発明によれば、分析対象に関する情報と比較対象に関する情報を画像によってオペレータに提示する品質管理装置において、情報を定量的に伝達することができる。

実施形態に係る生産設備および品質管理システムの構成例である。 検査装置が取得した三次元形状データを説明する図である。 分析対象領域の設定方法を説明する図である。 分析対象領域の設定方法を説明する第二の図である。 切断面の設定方法を説明する図である。 切断面の設定方法を説明する第二の図である。 切断面の設定方法を説明する第三の図である。 断面形状の取得方法を説明する図である。 断面形状の取得を行うための処理フローチャートである。 断面形状の取得方法を説明する第二の図である。 断面形状の取得方法を説明する第三の図である。 オペレータに提示される画面の例である。 オペレータに提示される画面の例である。 オペレータに提示される画面の例である。 オペレータに提示される画面の例である。 検査管理装置が実行する処理のフローチャートである。 オペレータに提示される画面の変形例である。

（システム構成）
図１は、プリント基板の表面実装ラインにおける生産設備及び品質管理システムの構成例を模式的に示した図である。表面実装（Surface Mount Technology：ＳＭＴ）とは、プリント基板の表面に電子部品をはんだ付けする技術であり、表面実装ラインは、主として、はんだ印刷〜部品のマウント〜リフロ（はんだの溶着）の三つの工程から構成される。

図１に示すように、表面実装ラインでは、生産設備として、上流側から順に、はんだ印刷装置１１０、マウンタ１２０、リフロ炉１３０が設けられる。はんだ印刷装置１１０は、スクリーン印刷によってプリント基板上の電極部（ランドと称する）にペースト状のはんだを印刷する装置である。マウンタ１２０は、基板に実装すべき電子部品をピックアップし、該当箇所のはんだペーストの上に部品を載置するための装置であり、チップマウンタとも呼ばれる。リフロ炉１３０は、はんだペーストを加熱溶融した後、冷却を行い、電子部品を基板上にはんだ接合するための加熱装置である。これらの生産設備１１０〜１３０は、ネットワーク（ＬＡＮ）を介して生産設備管理装置１４０に接続されている。生産設備管理装置１４０は、生産設備１１０〜１３０の管理や統括制御を担うシステムであり、各生産設備の動作を定義する実装プログラム（動作手順、製造条件、設定パラメータなどを含む）、各生産設備のログデータなどを記憶、管理、出力する機能などを有している。また、生産設備管理装置１４０は、作業者又は他の装置から実装プログラムの変更指示を受け付けると、該当する生産設備に設定されている実装プログラムの更新処理を行う機能も有する。

また、表面実装ラインには、はんだ印刷〜部品のマウント〜リフロの各工程の出口で基板の状態を検査し、不良あるいは不良のおそれを自動で検出する、品質管理システムが設置されている。品質管理システムは、良品と不良品の自動仕分けの他、検査結果やその分析結果に基づき各生産設備の動作にフィードバックする機能（例えば、実装プログラムの変更など）も有している。
図１に示すように、実施形態に係る品質管理システムは、はんだ印刷検査装置２１０、
部品検査装置２２０、外観検査装置２３０、Ｘ線検査装置２４０の４種類の検査装置と、検査管理装置２５０、分析装置２６０、作業端末２７０などから構成される。

はんだ印刷検査装置２１０は、はんだ印刷装置１１０から搬出された基板に対し、はんだペーストの印刷状態を検査するための装置である。はんだ印刷検査装置２１０では、基板上に印刷されたはんだペーストを三次元計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、例えば、はんだの体積・面積・高さ・位置ずれ・形状などがある。はんだペーストの三次元計測には、レーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などを利用することができる。

部品検査装置２２０は、マウンタ１２０から搬出された基板に対し、電子部品の配置状態を検査するための装置である。部品検査装置２２０では、はんだペーストの上に載置された部品（部品本体、電極（リード）など部品の一部でもよい）を三次元計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、例えば、部品の位置ずれ、角度（回転）ずれ、欠品（部品が配置されていないこと）、部品違い（異なる部品が配置されていること）、極性違い（部品側と基板側の電極の極性が異なること）、表裏反転（部品が裏向きに配置されていること）、部品高さなどがある。はんだ印刷検査と同様、電子部品の三次元計測には、レーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などを利用することができる。

外観検査装置２３０は、リフロ炉１３０から搬出された基板に対し、はんだ付けの状態を検査するための装置である。外観検査装置２３０では、リフロ後の部品とはんだの接合部分を三次元計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値（許容範囲）か否かの判定を行う。検査項目としては、部品検査と同じ項目に加え、はんだフィレット形状の良否なども含まれる。はんだの形状計測には、上述したレーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などの他、いわゆるカラーハイライト方式（Ｒ、Ｇ、Ｂの照明を異なる入射角ではんだ面に当て、各色の反射光を天頂カメラで撮影することで、はんだの三次元形状を二次元の色相情報として検出する方法）を用いることができる。

Ｘ線検査装置２４０は、Ｘ線像を用いて基板のはんだ付けの状態を検査するための装置である。例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などのパッケージ部品や多層基板の場合には、はんだ接合部が部品や基板の下に隠れているため、外観検査装置２３０では（つまり外観画像では）はんだの状態を検査することができない。Ｘ線検査装置２４０は、このような外観検査の弱点を補完するための装置である。Ｘ線検査装置２４０の検査項目としては、例えば、部品の位置ずれ、はんだ高さ、はんだ体積、はんだボール径、バックフィレットの長さ、はんだ接合の良否などがある。なお、Ｘ線像としては、Ｘ線透過画像を用いてもよいし、ＣＴ（Computed Tomography）画像を用いる
ことも好ましい。

これらの検査装置２１０〜２４０は、ネットワーク（ＬＡＮ）を介して検査管理装置２５０に接続されている。検査管理装置２５０は、検査装置２１０〜２４０の管理や統括制御を担うシステムであり、各検査装置２１０〜２４０の動作を定義する検査プログラム（検査手順、検査条件、設定パラメータなど）や、各検査装置２１０〜２４０で得られた検査結果やログデータなどを記憶、管理、出力する機能などを有している。
分析装置２６０は、検査管理装置２５０に集約された各検査装置２１０〜２４０の検査結果（各工程の検査結果）を分析することで、不良の予測、不良の要因推定などを行う機能や、必要に応じて各生産設備１１０〜１３０へのフィードバック（実装プログラムの変更など）を行う機能などを有するシステムである。
作業端末２７０は、生産設備１１０〜１３０の状態、各検査装置２１０〜２４０の検査結果、分析装置２６０の分析結果などの情報を表示する機能、生産設備管理装置１４０や
検査管理装置２５０に対し実装プログラムや検査プログラムの変更（編集）を行う機能、表面実装ライン全体の動作状況を確認する機能などを有するシステムである。
なお、検査結果は、検査管理装置２５０に集約されていてもよいし、分散して保存されていてもよい。後者の場合、分析装置２６０が、必要な検査結果を収集して分析を行う。

生産設備管理装置１４０、検査管理装置２５０、分析装置２６０、作業端末２７０はいずれも、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、主記憶装置（メモリ）、補助記憶装置（ハードディスクなど）、入力装置（キーボード、マウス、コントローラ、タッチパネルなど）、表示装置などを具備する汎用的なコンピュータシステムにより構成可能である。これらの装置１４０、２５０、２６０は別々の装置であってもよいが、一つのコンピュータシステムにこれらの装置１４０、２５０、２６０の全ての機能を実装することも可能であるし、生産設備１１０〜１３０や検査装置２１０〜２４０のいずれかの装置が具備するコンピュータに、これらの装置１４０、２５０、２６０、２７０の機能の全部又は一部を実装することも可能である。また、図１では、生産設備と品質管理システムのネットワークを分けているが、相互にデータ通信が可能であればどのような構成のネットワークを用いてもよい。

（検査結果の収集）
次に、前述した表面実装ラインにおける、品質管理装置の実施形態について説明する。本発明に係る品質管理装置の機能は、前述した検査管理装置２５０、分析装置２６０、作業端末２７０によって実現される。

前述したように、はんだ印刷検査装置２１０は、基板上にはんだが正常に印刷されているかを検査する装置であり、部品検査装置２２０は、基板上に電子部品が正常にマウントされているかを検査する装置である。また、外観検査装置２３０およびＸ線検査装置２４０は、基板上に配置された電子部品の電極が、基板上のランドに正常にはんだ付けされているかを検査する装置である。

各検査装置は、搬入された基板に対して検査対象領域を設定し、当該検査対象領域を撮像したうえで、撮像画像に基づいて物体の三次元形状を計測し、三次元形状データを生成する。ここで、物体の三次元形状を計測する方法について、代表的な手法を挙げながら説明する。

（１）位相シフト法
位相シフト法とは、パターン光を物体表面に投影したときの当該パター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、投影装置を用いて、所定のパターン（例えば、輝度が正弦波状に変化する縞状パターン）を基板に投影し、カメラで撮影を行う。すると、拡散物体である部品や基板の表面には、その凹凸に応じたパターンの歪みが現れる。この処理を、パター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、輝度特徴の異なる複数枚の画像を得る。各画像の同一画素の明るさ（輝度）は縞状パター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。

一方、位相シフト法は、鏡面物体の計測には向いていないため、リフロ後の検査において、はんだの形状を正確に取得することができない場合がある。そこで、本実施形態に係る品質管理システムは、カラーハイライト方式を併用して、はんだの三次元形状を取得する。

（２）カラーハイライト方式
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。なお、カラーハイライト方式による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）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。

位相シフト法は、部品が有する電極のような拡散物体（非鏡面物体）の計測に適しており、カラーハイライト方式は、溶解後のはんだのような鏡面物体の計測に適している。そこで、これらの方法を組み合わせることで、電極とはんだとの接合部の三次元形状を正確に取得することができる。

（３）その他の手法
これ以外の手法として、例えば、パターン光を物体に投影し、当該パター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（例えば、光切断法、縞解析法、空間コード化法など）がある。
また、電磁波やＸ線による透過画像や断層画像を利用して、対象物の三次元形状を生成することもできる。例えば、Ｘ線検査装置２４０は、Ｘ線像を取得することで、外側から観察できない部分の三次元形状を生成することができる。
以上に説明した手法は、互いに組み合わせてもよい。例えば、可視光によって生成された三次元形状データと、Ｘ線によって生成された三次元形状データを合成して一つの三次元形状データとしてもよい。

各検査装置は、表面実装ライン上に設けられており、搬入される基板に対して検査が実行可能な構成となっている。また、各検査装置は、検査が完了すると、結果（後述）を検査管理装置２５０に送信する。ここで、明らかな不良が検出された場合、当該基板は、不良品として仕分けられる。明らかな不良とは、はんだ印刷工程後にはんだが存在しない、マウント工程の完了後に部品が載っていないなど、回復不可能な不良である。もし、検査の結果、不適合が発見されても、回復不可能な不良ではない場合、検査は次工程へと進む。
また、全ての検査を完了した後、回復不可能な不良と判定された基板や、不適合を含む基板（不良とは断定できないが、不良が疑われる基板）は、目視検査などに回される。

検査管理装置２５０は、各検査装置２１０〜２４０によって行われた検査の結果を取得し、他の情報と関連付けて蓄積する。検査管理装置２５０によって管理される情報は以下の通りである。
（１）検査プログラム
検査プログラムは、システム構成で説明したように、各検査装置２１０〜２４０に検査を行わせるためのプログラムであり、検査工程、対象の基板の種別、基板上に載置される部品についての情報（位置情報や高さ情報等）、基板が有するランドや部品が有する電極についての情報（位置情報や高さ情報等）、検査基準やパラメータ等の情報が含まれる。（２）二次元画像
また、検査管理装置２５０は、検査時に撮像した二次元画像（以下、撮像画像）を取得し、記憶する。当該二次元画像は、オペレータに提示するための画像である。検査に用いた画像が可視光画像である場合、それを用いてもよいし、検査に用いた画像が、人が直接観察するのに適さない画像である場合、別に撮像された画像であってもよい。
（３）三次元形状データ
また、検査管理装置２５０は、位相シフト法やカラーハイライト方式等を利用して取得した三次元形状データを取得し、記憶する。図２は、三次元形状データの例である。図２
の例は、基板平面を単位領域に分割し、各単位領域に対応する高さを配列で表したものである。本例は、対象の領域を１０×１０の領域に分割しているが、単位領域は、例えば、画像を撮像した際の画素単位であってもよい。
（４）検査結果情報
また、検査管理装置２５０は、検査結果についての情報（検査結果情報）を取得し、記憶する。検査結果情報は、例えば、不良や不適合が発見された検査工程や、具体的な検査の内容、関連する計測値、基板上の位置等を含む。

本実施形態では、各検査装置によって検査が行われた後で、検査管理装置２５０に蓄積された以上の情報を用いて、オペレータが不良分析を行う。

（分析の実施）
次に、検査管理装置２５０に蓄積された情報に基づいて、オペレータが分析を行う方法について説明する。以下の処理は、分析装置２６０によって実行される。
<分析対象領域の設定>
まず、オペレータが、分析を行う基板と、分析を行う対象（以下、分析対象）を選択し、分析対象を含む領域（以下、分析対象領域）を設定する。なお、本実施形態では、任意の工程が完了した後の任意の基板上にある、部品、部品が有する電極、リフロ前のはんだ、リフロ後のはんだのいずれかを分析対象とし、当該分析対象を含む領域を、分析対象領域として設定するものとするが、分析対象はこれ以外であってもよい。

分析対象領域は、例えば、分析装置２６０が、使用する検査プログラムあるいは検査結果に基づいて、作業端末２７０を通して選択肢をオペレータに提示し、選択させることで設定してもよい。検査プログラムには、対象の基板を識別する情報、基板上に実装されている部品の情報、部品が有する電極の情報、電極が接続されるランドの情報などが含まれているため、これらの情報を用いて、選択肢を生成することができる。また、検査結果情報には、検査時に抽出した電極や部品の領域についての情報が含まれているため、これらの情報を用いて、選択肢を生成することができる。オペレータは、例えば、基板上の部品や、部品が有する電極、ランドなどを選択することで、分析対象領域を指定する。

具体例を挙げる。図３（Ａ）は、リフロ工程の完了後において、基板３０１上に一つの部品３０２が実装されている場合の例である。例えば、オペレータが、部品３０２全体を分析対象として指定した場合、当該部品を内包する領域３０３が分析対象領域として設定される。
また、図３（Ｂ）は、はんだ印刷工程の完了後において、基板上のランドにはんだが印刷された状態の例である。オペレータが、ランド３０４に印刷されたはんだを分析対象として指定した場合、領域３０５が分析対象領域として設定される。なお、図３では、ハッチングで示した領域がはんだを表し、黒塗りで示した領域が電極を表す。

図４は、リフロ工程の完了後において、電極またはランドを分析対象として指定する場合の例である。印刷されたはんだではなく、リフロ後の電極またはランドを対象として分析を行う場合、当該電極やランドに対応する領域を抽出しただけでは、十分な分析ができないケースがある。例えば、はんだが隣のランドと繋がってしまったようなケースに対応できない。そこで、電極またはランドが分析対象として指定された場合、当該電極やランドを内包する矩形領域を設定し、分析対象領域とする。

図４を用いて、当該矩形領域の位置と大きさを決定する方法を説明する。ここでは、電極４０１が分析対象として指定されたものとする。また、電極４０１の幅をＷ、高さをＨ、電極中心点の座標を（ｘ，ｙ）とする。また、電極の大きさに対して、分析対象領域をどの程度大きく設定するかを表す値をｎとする。例えば、ｎを３とすると、電極の幅（高
さ）の３倍の大きさを持つ分析対象領域が生成される。
このような方法で生成した分析対象領域４０２の左上の座標は、（ｘ−（ｎ／２）Ｗ，ｙ−（ｎ／２）Ｈ）となる。また、右下の座標は、（ｘ＋（ｎ／２）Ｗ，ｙ＋（ｎ／２）Ｈ）となる。

なお、生成した分析対象領域が、三次元形状データを取得した領域を逸脱する場合がある。図４の例では、計測対象領域４０３が、各検査装置が三次元形状データを取得した領域であるものとする。本例の場合、矩形領域４０２が、計測対象領域４０３の外側に及んでおり、領域４０４で示した部分がはみ出している。このような場合、逸脱した領域には三次元形状データが無いため、当該領域は削除することが好ましい。なお、本例では、ｎを３とし、それぞれ３倍の幅および高さを持つ領域を生成したが、幅および高さにはそれぞれ異なる値を設定してもよい。

以上に説明した処理により、分析を行う工程および基板と、分析を行う対象の領域が特定される。なお、分析対象領域は、説明した方法以外の方法によって設定されてもよい。分析を所望する対象（部品、電極、はんだ、ランド等）を内包していれば、設定方法は特に限定されない。

<比較対象の取得>
次に、分析対象との比較を行う対象（比較対象）についての情報を取得する方法について説明する。
比較対象は、例えば、分析装置２６０が、使用する検査プログラムに基づいて、作業端末２７０を通して選択肢をオペレータに提示し、選択させることで設定してもよい。比較を行うパターンには、次の四種類がある。

（パターン１）同一基板上にある対象物について、異なる工程で取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状同士を比較する場合
例えば、同一の基板上にある対象物について、リフロ工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状と、マウント工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状を比較するような場合である。この場合、分析装置２６０は、検査プログラムを参照し、基板のＩＤ（シリアル番号）が同一であって、検査工程が異なり、かつ、検査結果が存在する対象の一覧を取得する。そして、比較対象をオペレータに選択させる。

（パターン２）異なる基板上にある対象物について、同一工程で取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状同士を比較する場合
例えば、リフロ工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて、異なる基板上にある対象物にそれぞれ対応する断面形状を比較するような場合である。この場合、分析装置２６０は、対応する工程における検査プログラムを参照し、同一の検査プログラムで検査した基板であり、かつ、検査結果が存在する対象の一覧を取得する。そして、比較対象となる基板をオペレータに選択させる。なお、異なる基板とは、同一設計の基板であって、シリアル番号（あるいはロット番号）のみが異なるものを指す。

（パターン３）同一基板上に実装された同一種類の部品同士を比較する場合
同一基板上に、同じ種類の部品が複数実装されている場合、当該同じ種類の部品を比較対象とすることができる。この場合、分析装置２６０は、対応する検査プログラムを参照し、対象の基板内にて、分析対象と部品の品番が同一であり、かつ、検査結果が存在する部品の一覧を取得する。なお、同一品番の部品が複数ある場合、いずれかの部品を比較対象として選択してもよい。例えば、分析対象に最も近い部品を選択してもよいし、最も基板端にある部品を選択してもよい。また、比較対象となる部品をオペレータに選択させて
もよい。

（パターン４）同一基板上に実装された、同一部品が有する異なる電極同士を比較する場合
形状が類似していれば、同一の部品が有する、異なる電極同士を比較することができる。この場合、対応する検査プログラムを参照し、対象の部品にて、分析対象と形状が類似し、かつ、検査結果が存在する電極の一覧を取得する。なお、形状が類似する電極が複数ある場合、いずれかの電極を比較対象として選択してもよい。例えば、分析対象に最も近い電極を選択してもよいし、部品を介して反対側にある電極を選択してもよい。また、比較対象となる電極をオペレータに選択させてもよい。

<三次元形状データの取得と位置合わせ>
次に、分析対象と比較対象を比較するため、対応する三次元形状データをそれぞれ取得する。分析対象と比較対象に対応する三次元形状データは、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて生成されたものであるため、互いの位置関係の対応がとれておらず、そのままでは比較を行うことができない。そこで、分析装置２６０は、以下に説明する方法によって、上述した（パターン１）〜（パターン４）のそれぞれについて、位置合わせを行う。

・上記（パターン１）および（パターン２）の場合
分析対象と比較対象それぞれについて、撮像画像と、三次元形状データを取得し、基板同士の位置合わせを行う。基板同士の位置合わせは、例えば、基板上に存在する位置合わせ用の認識マーク（フィデューシャルマーク）を用いて行うことができる。例えば、アフィン写像処理を行い、平行移動と回転を行うことで位置合わせを行う。

・上記（パターン３）の場合
同一基板上に実装された、複数の部品同士を比較する場合、基板単位ではなく、部品単位で位置合わせを行う必要がある。具体的には、対応する検査プログラムから、部品の実装座標および実装角度（基板に対する角度）をそれぞれ取得し、平行移動と回転を行うことで位置合わせを行う。

・上記（パターン４）の場合
同一部品が有する、複数の電極同士を比較する場合、電極単位で位置合わせを行う必要がある。しかし、電極は部品と異なり、検査プログラムに基づいてその位置を特定することが難しい。これは、個体によって電極の長さや角度にばらつきがあるためである。そこで、本実施形態では、検査結果情報を取得し、当該検査結果情報から、電極の位置情報（電極が存在する領域についての情報）を抽出したうえで、電極の先端位置と、当該電極の部品に対する角度情報を用いて位置合わせを行う。例えば、比較対象の電極が、分析対象の電極と部品を介して反対側にある場合、回転角は１８０度となる。

上述した処理によって、位置合わせ後の三次元形状データ（分析対象の三次元形状データと比較対象の三次元形状データ）を取得することができる。

<切断面の設定>
次に、位置合わせ後の三次元形状データを用いて、オペレータに提示する画像を生成する処理について説明する。本実施形態では、対象の三次元形状データに対して切断面をそれぞれ設定し、当該切断面に対応する断面形状をそれぞれ取得したうえで、比較可能な形式でオペレータに提示する。

ここで、切断面の設定方法について説明する。切断面の形状は、不良の分析を行ううえ
で重要な情報であるため、切断面は、不良との関連が強い箇所を通るように設定することが好ましい。そこで、本実施形態では、各検査装置が検出した不良についての情報を取得し、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所（以下、不良箇所）を特定したうえで、当該箇所を通るように切断面を設定する。

具体的な例を挙げて説明する。図５は、分析対象領域５０１に、ランドと接合された電極が３つ存在する場合の例である。ここで、表面実装ラインで行われた各検査において、符号５０２の位置で取得した計測値に起因して不良判定（例えば、電極の高さ不良）がなされたという履歴があったものとする。検査の履歴は、検査管理装置２５０によって記憶されたものを利用してもよいし、外部から取得してもよい。

本実施形態では、不良箇所に対応する座標を通り、かつ、対象部品の実装角度に沿った第一のライン５０３Ａを設定し、当該ラインで対象を切断した面を第一の切断面とする。また、不良箇所に対応する座標を通り、かつ、第一のラインに直交する第二のライン５０３Ｂを設定し、当該ラインで対象を切断した面を第二の切断面とする。なお、部品の実装角度とは、基板を基準とした、基板面内における部品の角度である。本例の場合、図中のＸ軸に平行な角度が基板の基準角度である。すなわち、部品の実装角度は０度である。
一方、図６のように、基板に対して角度をつけて部品が配置されている場合、実装角度はθとなる（時計回り方向を正とした場合）。基板に対する部品の実装角度は、検査プログラムから取得することができる。

以上の例は、不良判定に用いた計測値が、点から得られた情報であった場合の例であるが、不良判定に用いた計測値が、領域から得られた情報であった場合、当該領域を代表する点（例えば中心点）を用いて、同様に切断面を設定することができる。

図７は、不良判定に用いた計測値が、複数の領域から得られたものであった場合の例である。ここでは、領域７０１Ａと領域７０１Ｂに対して計測（例えば、部品高さの計測）を行い、当該計測結果に基づいて不良判定がなされたという履歴があったものとする。この場合、複数の領域に外接する矩形領域７０２を求め、当該矩形領域７０２を代表する点（例えば中心座標）を算出したうえで、前述したものと同様の方法によって、第一のライン７０３Ａおよび第二のライン７０３Ｂを設定する。
以下、第一のラインおよび第二のラインを切断ラインと称する。

<断面形状の取得>
次に、設定した切断面で対象を切断した場合における、断面形状を取得する方法について説明する。図２を参照して説明したように、三次元形状データは、分割された単位領域ごとに高さの情報を与えたものである。一方、切断ラインは直線で定義されたものである。すなわち、図８に示したように、切断ライン（符号８０１）は単位領域の一部のみを通るため、適切に情報を補完しなければ、断面形状の輪郭が荒くなってしまう。ここでは、高さ情報を補完しつつ、切断ライン８０１上の点に高さ情報を割り当てる方法について説明する。

高さ情報の割り当ては、図９に示したフローチャートを実行することによって行われる。 まず、対象の切断ラインを、単位長さごとにｎ分割する（ステップＳ１１）。ここで、切断ラインの長さをＬとし、単位長さをｔとすると、ｎ＝Ｌ／ｔとなる。
次に、分割された複数の区間の中から、処理対象の区間を選択する（ステップＳ１２）。例えば、切断ラインの端から順に処理対象の区間を選択する。ここで選択した区間を以下、対象区間と称する。
次に、処理対象の区間が、複数の単位領域にまたがっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。この結果、対象区間が複数の単位領域にまたがっていない場合、処理はステ
ップＳ１４へ遷移する。対象区間が複数の単位領域にまたがっている場合、処理はステップＳ１５へ遷移する。

ステップＳ１４では、対象区間の中間点に対して、対応する単位領域が有する高さ情報を割り当てる。図１０は、対象区間Ａ（Ｌ_(x,0)Ｌ_(x+1,0)）が、「１２３」という高さ情報を持つ単一の単位領域に収まっている場合の例である。この場合、対象区間Ａの中間点１００１に対して、「１２３」という高さ情報を割り当てる。

一方、ステップＳ１５では、複数の単位領域にかかっている部分の長さ比率に基づいて、当該対象区間を代表する高さを算出し、算出した高さを、対象区間の中間点１００２に対して割り当てる。図１１は、対象区間Ｂ（Ｌ_(x,0)Ｌ_(x+1,0)）が複数の単位領域にかかっている場合の例である。ここでは、対象区間Ｂが３つの単位領域にかかっているため、対象区間Ｂをさらに（Ｌ_(x,0)Ｌ_(x,1)），（Ｌ_(x,1)Ｌ_(x,2)），（Ｌ_(x,2)Ｌ_(x+1,0)）の３つの区間に分割する。そして、数式１によってｍ_xを演算する。なお、ｍ_xは、対象区間（Ｌ_(x,0)Ｌ_(x+1,0)）の中間点に対応する高さであり、ｍ_x,iは、区間（Ｌ_(x,i)Ｌ_(x,i+1)）が属する単位領域の高さである。また、ｎは、対象区間の分割数（本例ではｎ＝３）
である。また、二つのＬを用いて表された項は、分割された区間の長さである。

次に、ステップＳ１６で、未処理の区間が残っているかを判定し、残っていた場合、処理をステップＳ１２に遷移させ、処理を続行する。未処理の区間が残っていない場合、処理は終了する。以上の処理が完了すると、切断ラインの全区間に対して、高さ情報が割り当たった状態となる。すなわち、切断ラインに対応する断面形状が取得できた状態となる。
なお、本実施形態では、直交する方向に二本の切断ラインを設定するため、上記の処理が、各切断ラインについてそれぞれ実行される。
また、上記の処理は、分析対象の三次元形状データと、比較対象の三次元形状データについてそれぞれ実行される。すなわち、本実施形態では、合計４つの断面形状が取得される。なお、本例では、比較対象は１個であるが、比較対象がｎ個ある場合、取得される断面形状の数は２（ｎ＋１）個となる。

<断面形状の表示>
次に、取得した断面形状をオペレータに提示する処理について説明する。本実施形態では、分析装置２６０が、分析対象の撮像画像と、比較対象の撮像画像を同一の縮尺で並べた画像を生成し、作業端末２７０を通して表示する。表示される撮像画像は、基板に垂直な方向から対象を撮像した画像である。
ここで、前述した４つのパターンごとに、作業端末２７０を通してオペレータに提示される画面例を挙げる。

図１２は、同一基板上にある対象物について、異なる工程で取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状同士を比較する場合（前述した（パターン１）のケース）の画面例である。右側に配置されている画像１２０１が、分析対象の部品に対応する撮像画像であり、中央に配置されている画像１２０２および左に配置されている画像１２０３が、比較対象の部品に対応する撮像画像である。
また、撮像画像ごとに、二つの切断ラインに各々対応する断面形状を配置する。各撮像画像の下方および右方にそれぞれ配置されている画像が断面形状である。

なお、撮像画像には、切断ラインの位置がオーバーレイ表示される。これにより、オペレータは、表示された断面形状がどの位置にある切断面に対応するものであるかを読み取ることができる。なお、画面にはそれぞれ二つの断面形状が表示されるため、切断ラインの色と、断面形状を表す図形の色を一致させるようにするとよい。
また、本実施形態では、検査結果情報を参照し、当該工程における検査結果がＯＫ（不良または不良の疑いが無いことを意味する）であったか、ＮＧ（不良または不良の疑いを検出したことを意味する）であったかをそれぞれ表示する。これによりオペレータは、不良の原因となった工程を推定することができる。

図１３は、異なる基板上にある対象物について、同一工程で取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状同士を比較する場合（前述した（パターン２）のケース）の画面例である。中央に配置されている画像１３０１が、分析対象の部品に対応する撮像画像であり、左に配置されている画像１３０２および右に配置されている画像１３０３が、比較対象の部品に対応する撮像画像である。本例では、左から右方向にかけて、検査時刻順に結果を並べている。このようにすることで、オペレータは、不良が発生し始めたタイミングを推定することができる。
なお、比較対象のデータは、必ずしも同日に発生したものでなくてもよい。例えば、周期的（例えば、所定の基板数ごと、時間ごと、日ごと、製造ラインが再起動するごと）に取得したデータを用いて、時系列順で並べて表示するようにしてもよい。

図１４は、同一基板上に実装された同一種類の部品同士を比較する場合（前述した（パターン３）のケース）の画面例である。左に配置されている画像１４０１が、分析対象の部品Ａに対応する撮像画像であり、右に配置されている画像１４０２が、比較対象の部品Ｂに対応する撮像画像である。

図１５は、同一基板上に実装された、同一部品が有する異なる電極同士を比較する場合（前述した（パターン４）のケース）の画面例である。左に配置されている画像１５０１が、分析対象の電極Ａに対応する撮像画像であり、右に配置されている画像１５０２が、比較対象の電極Ｂに対応する撮像画像である。

なお、本例では、以上の４つのパターンについて表示例を挙げたが、比較対象はこれ以外であってもよい。この場合、図１２〜図１５の例と同様に、画像中に分析対象および比較対象を含ませ、対応する断面形状を配置するようにすればよい。

（処理フローチャート）
図１６は、以上に説明した処理をフローチャートで表したものである。図１６に示した処理は、対象のプリント基板が、各検査装置によって検査され、データが検査管理装置２５０に蓄積された後であれば、任意のタイミングで実行させることができる。当該処理は、分析装置２６０によって実行される。

まず、ステップＳ２１で、オペレータに、分析を行う基板と、分析対象を選択させ、分析対象領域を設定する。分析対象の基板は、いずれの工程が完了した後の基板であってもよい。
次に、ステップＳ２２で、オペレータに、比較対象を選択させる。
次に、ステップＳ２３で、分析対象および比較対象に関連付いた撮像画像と、三次元形状データを取得する。また、前述したように、撮像画像に基づいて、基板または部品の位置合わせを行い、三次元形状データの位置合わせを行う。位置合わせには、検査プログラムや、検査結果情報を利用することができる。

ステップＳ２４では、分析対象領域に含まれる三次元形状データに対して切断面を設定する。切断面は、前述したように、発生した不良についての情報を取得し、当該不良判断を行った計測値を取得した箇所を特定したうえで、当該箇所を通るように設定される。なお、検出した不良が複数ある場合は、オペレータに選択させてもよいし、より重要度が高い不良を優先させてもよい。また、発生頻度が高い不良がある場合、対応する切断面の場所をあらかじめプリセットしておき、選択させるようにしてもよい。
次に、ステップＳ２５で、切断面に対応する断面形状を取得する。そして、ステップＳ２６で、分析対象と比較対象の画像と、対応する断面形状を並べて画面に出力する。

以上に説明したように、本実施形態に係る品質管理システムでは、複数の工程が完了するごとに実施した検査の結果に基づいて、複数の三次元形状データを取得し、当該三次元形状データから取得した断面形状を、比較対象と比べられるように画面に並べて表示する。このようにすることで、工程ごと、基板ごとといったように、切断面の形状を所望の対象と比較できるため、不良の分析をより正確に行えるようになる。また、これにより、不良の原因特定が容易になるため、生産性を向上させることができる。

（変形例）
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。

例えば、実施形態の説明では、高さを表す情報のみを用いて断面形状をオペレータに提示したが、部品や電極の位置を画面にオーバーレイ表示してもよい。図１７は、断面形状の表示ウインドウに、部品の位置を表す図形（ハッチングで表示）を追加した例である。なお、部品や電極の位置は、検査プログラムを参照し、当該部品や電極の厚みを取得したうえで、断面形状が有する高さ情報から、当該厚みを減算することで取得することができる。もちろん、他の方法によって取得してもよい。

また、実施形態の説明では、切断面の位置は固定としたが、切断面の位置をオペレータが調整できるようにしてもよい。例えば、作業端末２７０が有する入力手段（マウスなど）を用いて、表示された線をドラッグすることで、任意の切断面を指定できるようにしてもよい。この場合、切断面の位置が変更されるごとに、ステップＳ２５およびＳ２６の処理を実行し、断面形状を再取得して表示を更新するようにしてもよい。

また、実施形態の説明では、検査管理装置に記憶された三次元形状データに基づいて断面形状を取得しているが、検査装置から受信したデータに基づいて、他の方法によって断面形状を取得するようにしてもよい。

１１０・・・はんだ印刷装置
１２０・・・マウンタ
１３０・・・リフロ炉
１４０・・・生産設備管理装置
２１０・・・はんだ印刷検査装置
２２０・・・部品検査装置
２３０・・・外観検査装置
２４０・・・Ｘ線検査装置
２５０・・・検査管理装置
２６０・・・分析装置
２７０・・・作業端末

Claims (11)

1. 複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置であって、
   基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択手段と、
   前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択手段と、
   前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得手段と、
   分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置した画像を生成し表示する画像表示手段と、
   を有することを特徴とする、品質管理装置。
2. 複数の前記断面形状は、異なる基板上にある同一の対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
   ことを特徴とする、請求項１に記載の品質管理装置。
3. 複数の前記断面形状は、同一基板上にある同一の対象物について、異なる工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の品質管理装置。
4. 複数の前記断面形状は、同一基板上にあり、形状が同一または類似である、異なる対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の品質管理装置。
5. 各工程において実施される検査の結果を取得する検査結果取得手段をさらに有し、
   前記断面形状取得手段は、前記検査において、分析対象に対して不良判定がなされていた場合に、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所を通るように、前記断面形状を取得する際の切断面を設定する
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の品質管理装置。
6. 前記断面形状取得手段が取得する断面形状は、第一の切断面に対応する断面形状と、前記第一の切断面に直交する第二の切断面に対応する断面形状を含む
   ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の品質管理装置。
7. 前記分析対象および比較対象を撮像した画像である撮像画像を取得する画像取得手段をさらに有し、
   前記画像表示手段は、前記撮像画像と、前記断面形状に対応する切断面の位置を示すインジケータをさらに含む画像を生成し表示する
   ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の品質管理装置。
8. 前記分析対象および比較対象に対応する部品または電極の、基板上における位置を取得する位置取得手段をさらに有し、
   前記画像表示手段は、前記部品または電極の位置を示すインジケータを前記断面形状に合成した画像を生成する
   ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の品質管理装置。
9. 前記複数の工程は、はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程、リフロ炉
   によって電子部品をはんだ接合するリフロ工程のうちのいずれかを含む
   ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の品質管理装置。
10. 複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置の制御方法であって、
    基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択ステップと、
    前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択ステップと、
    前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得ステップと、
    分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置した画像を生成し表示する画像表示ステップと、
    を含むことを特徴とする、品質管理装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の品質管理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プログラム。

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