JP2019149587A - クリームはんだ印刷工程検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】スキージの状態を簡単に判定する技術の提供。【解決手段】クリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、前記プリント基板に印刷された「はんだ」の印刷状態の変化又は印刷不良を解析する統計解析システムプログラムを格納した演算部を備え、前記演算部は、前記プリント基板の１枚毎の工程能力指数の推移を取得し、当該工程能力指数の変化に基づいて、スキージの違いによる印刷状況の傾向の有無を確認する、印刷方向による傾向確認機能部を有する。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、プリント基板に電子部品を実装する表面実装技術（ＳＭＴ）に関し、特に、プリント基板の表面に印刷したクリームはんだ（はんだペースト）の検査技術に関する。

表面実装技術(ＳＭＴ)工程の実装基板品質は、ユーザー独自の改善活動や装置基本性能の向上により近年、飛躍的に向上している。しかしながら、製品ライフサイクルの短縮化や小型化、技術/市場の変化により潰し込めない不良を抱え生産している現実もある。

例えば、スマートホンなどは高機能を実現する為に複雑な回路基板や部品を限られたスペースに組み込む必要があり電子部品実装基板（プリント基板）のチップ部品微小化や狭隣接化等新しい技術が次々と盛り込まれ日々進化している。また、これらに使われているプリント基板は、不良が発生した際の修理の難易度が非常に高く、二次弊害（熱のかけ過ぎによる部品自体の損傷や周辺部品・基板への悪影響）の恐れや修理不可（ＢＧＡ等の部品形状の理由や、はんだゴテ等が入る修理スペースが無い等様々）と判断された場合、対象基板は破棄されることとなりロス費用が増大してしまう。

このような背景もあり、生産設備に対しての要求精度（装置の実力）や不良が発生する前に分かる仕組み、更にはそれをフィードバックし、安定して生産できる機能や機構が求められている。しかしながら、品質を不安定にしている変化のスピードは速く、潰し込めない、即ち、隠れている不具合となっている。そうしたギャップは、時に重大な不良を引き起こす要因となりうるが、隠れている不具合だけに気づかずに生産を続けてしまう。

この問題を解決するには、様々な要因/要素を正確に分類する必要があり、クリームはんだ印刷工程においても、単に印刷されたはんだの面積/体積といった結果だけを見るのではなく、使用する材料や治具（道具）による印刷性の違いや変化を的確に捉えることで不具合が発生する可能性が潜んでいないかを把握することが重要である。

表面実装技術（SMT）工程において、この変化は最大の弱点でありこれを常に監視しないことには不良を発生させる不安定要素を抱え続けることになる。生産中に装置の微妙な変動（経時変化）を見極めることは、製造現場を支える熟練者でも、ほぼ不可能であり、ましてや使用されている材料や治具（道具）による影響も含んでおり、生産設備本体の異常によるものなのかを切り分けることは困難である。

特開2006-216589号公報（特許3980365号）

従来、プリント基板の表面にクリームはんだを印刷する工程において、不良を発見したとき、基板情報を元に、はんだ印刷後検査結果・実装後検査結果・外観検査結果を照合し、どの工程で異常があったのかを確認し、該当する工程の生産条件や基板設計にフィードバックすることにより解決していた。

しかしながら、不良が発生しなければ、要因が特定できない。結果の画像だけでは装置がどのような状態であったか分からない。つまり、装置が劣化し本来の性能を発揮してない状態では、正確に製造現場で対応可能な不良要因なのか否か切り分けることはできない。もちろん、その状態では製造条件が最適であるかも疑わしく、装置が悪い状態での最適生産条件がフィードバックされることになり、他製造ラインでは異なる不具合を生じかねない。また、基板設計までも影響を及ぼした場合は、新たな問題を引き起こす要因となる可能性がある。

シングルppmの不良率（品質）を求められている製造現場においては、発生する不良も横並びであり、事象別に発生傾向を把握し原因を推定することは困難である。候補事象から導き出した調整すべき製造条件を調整する行為は一概に良いとは言えない。何故ならば、今まで不良が発生しなかった製造条件において、不良発生度合いが増加した原因は何処かに変化点（変動）があると言うことである。それを安易に製造条件のみで回避する行為は不良発生要因を隠してしまうことになる。

表面実装技術（SMT）工程で使用されている生産装置は、生産アイテムにより様々な材料や治具（道具）を組み合わせ１つの製品（基板）を生産しているが、使われている材料や治具（道具）も少なからず変化がある。また、納入仕様と異なる物が納品され気づかずに使用してしまう可能性もある。これらのことから、使われる材料や治具（道具）にまでも目を向け、生産時にどのような組み合わせでどのような物が使われたのかも細かく分類しなければ正確に原因を特定することは難しい。

例えば、クリームはんだ印刷工程にて、はんだの面積、体積、高さを例にとると面積が変化すると当然体積も変化し、高さが変化しても体積は変化する。また、その逆も同様である。それぞれの項目は密接に関係性があるにも関わらず、表示される結果は個別であり、ユーザーが状況を把握するためには個別に表示された情報を統合して判断しなくてはならなかった。そのため、不良原因の把握までに時間がかかるケースが間々あり、その原因修正ともなると生産ラインの停止やコスト増加といった事態が発生していた。

従って、検査結果のみでは推測の範囲を超えられなかった原因も分析可能となる統計解析システムを構築する必要性が高くなっている。

本発明の目的は、クリームはんだ印刷工程において、様々な角度から解析することが可能であり解析スピードが飛躍的に向上し、安定した品質を保てる製造ラインを構築できる統計解析システムを備えた検査技術を提供することにある。

本発明によると、クリームはんだ印刷工程検査方法は、
クリームはんだ印刷工程で使用されるクリームはんだ情報、メタルマスク情報、バックアップ治具情報、スキージ情報及びプリント基板情報を含む部材情報を部材情報データベースに登録する部材情報登録ステップと、
プリント基板に印刷された「はんだ」の検査結果を検査結果データベースに格納する検査結果格納ステップと、
クリームはんだ印刷工程にて、はんだの印刷状態の変化又は印刷不良が発生したと判定されたとき、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、スキージの違いによる印刷状況の傾向の有無を確認する第１の確認ステップと、
前記第１の確認ステップにて、スキージの違いによる印刷状況の傾向が無いと判定されたとき、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、使用はんだによる印刷状況の傾向の有無を確認する第２の確認ステップと、
前記第２の確認ステップにて、使用はんだによる印刷状況の傾向が無いと判定されたとき、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、プリント基板による印刷状況の傾向の有無を確認する第３の確認ステップと、
前記第３の確認ステップにて、プリント基板による印刷状況の傾向が無いと判定されたとき、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、メタルマスクによる印刷状況の傾向の有無を確認する第４の確認ステップと、
前記第４の確認ステップにて、メタルマスクによる印刷状況の傾向が無いと判定されたとき、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、バックアップ治具による印刷状況の傾向の有無を確認する第５の確認ステップと、
を有する。

本発明によると、クリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
プリント基板の画像データとプリント基板に印刷された「はんだ」の画像データを取得し、該画像データから、前記プリント基板に関するデータと前記「はんだ」に関するデータを検査結果として取得する検査機と、
前記画像データを格納する画像情報データベースと、
前記検査結果を格納する検査結果データベースと、
クリームはんだ印刷工程にて用いる部材に関する部材情報を格納する部材情報データベースと、
前記画像データと前記検査結果と前記部材情報を用いて、プリント基板に印刷された「はんだ」の印刷状態の変化又は印刷不良を解析する統計解析システムプログラムを格納した演算部と、を有する。

本発明によると、クリームはんだ印刷工程において、様々な角度から解析することが可能であり解析スピードが飛躍的に向上し、安定した品質を保てる製造ラインを構築できる統計解析システムを備えた検査技術を提供することができる。

図１は、本発明に係わるクリームはんだ印刷機の主要部の構成の例を説明する分解斜視図である。 図２Ａは、本発明に係わるクリームはんだ印刷機においてプリント基板にクリームはんだを印刷する工程を説明する説明図である。 図２Ｂは、本発明に係わるクリームはんだ印刷機においてプリント基板にクリームはんだを印刷する工程を説明する説明図である。 図３Ａは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの機能を説明する説明図である。 図３Ｂは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの演算部の機能を説明する説明図である。 図４Ａは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムを用いた解析工程を説明する図である。 図４Ｂは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムを用いた解析工程を説明する図である。 図５Ａは、図４Ａの解析工程のステップ２００以降のステップを説明する図である。 図５Ｂは、図４Ａの解析工程のステップ３００以降のステップを説明する図である。 図５Ｃは、図４Ａの解析工程のステップ４００以降のステップを説明する図である。 図５Ｄは、図４Ｂの解析工程のステップ５００以降のステップを説明する図である。 図５Ｅは、図４Ｂの解析工程のステップ６００以降のステップを説明する図である。 図６は、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムにおける検査結果の視覚的傾向確認機能部の機能の概略を説明する図である。 図７Ａは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの表示部に表示された解析画面（トレーサビリティー）の例を説明する図である。 図７Ｂは、本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの表示部に表示された解析画面（トレーサビリティー）の例を説明する図である。 図８は本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムにおけるエリアサイズ別傾向確認機能部の機能の概略を説明する図である。 図９は本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの表示部に表示された「はんだ」の検査項目のアイコンの例を示す図である。 図１０Ａは本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムを用いて解析工程を実行した結果を説明する図である。 図１０Ｂは本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムにおける統計解析システムプログラムを用いて解析工程を実行した結果を説明する図である。

図１を参照して本発明に係わるクリームはんだ印刷機の主要部の構成と機能の概略を説明する。クリームはんだ印刷機は、プリント基板１００を支持するバックアップ治具３０１と、バックアップ治具３０１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル３１０と、多数の孔を備えたスクリーンマスク又はメタルマスク２００と、フロントスキージ２１０及びリアスキージ２１１とを有する。ＸＹテーブル３１０は、バックアップ治具３０１を収納する凹部３１１を有する。ここで、水平方向にＸ軸及びＹ軸を設定し、垂直方向にＺ軸を設定する。図示のようにプリント基板１００の搬入方向をＸ軸とし、搬入方向に直交する方向をＹ軸とし、上方をＺ軸とする。

ＸＹテーブル３１０の凹部３１１にバックアップ治具３０１が収納され、バックアップ治具３０１の上にプリント基板１００が配置される。更に、その上にメタルマスク２００が配置される。メタルマスク２００の上にクリームはんだ１０２が供給される。フロントスキージ２１０とリアスキージ２１１はＹ軸方向に沿って交互に互いに反対方向に移動する。例えば、フロントスキージ２１０が下降し、Ｙ軸の正の方向に移動する。それによって、プリント基板１００上にクリームはんだが印刷される。フロントスキージ２１０が上昇し、プリント基板を交換する。次に、リアスキージ２１１が下降し、Ｙ軸の負の方向に移動する。それによって、プリント基板１００上にクリームはんだが印刷される。メタルマスク２００の上のクリームはんだ１０２は、フロントスキージ２１０又はリアスキージ２１１によって、交互に互いに反対方向に掻き取られる。これを繰り返し、クリームはんだ印刷機に搬入されたプリント基板の表面に順次クリームはんだを印刷する。

図２Ａ及び図２Ｂを参照して、プリント基板上にクリームはんだを印刷する工程を詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、クリームはんだ印刷機に搬入されたプリント基板をＹＺ面に沿って切断した断面構成を示す。プリント基板１００は、バックアップ治具３０１の上に配置されている。プリント基板１００の上にはメタルマスク２００が配置されている。メタルマスク２００は多数の孔２０１を有する。メタルマスク２００の上にクリームはんだ１０２が供給されている。フロントスキージ２１０が下降し、リアスキージ２１１は待機位置に配置されている。フロントスキージ２１０がＹ軸方向に沿って移動すると、クリームはんだ１０２がメタルマスク２００の孔２０１に充填される。

図２Ｂに示すように、フロントスキージ２１０がプリント基板１００の上を走査すると、プリント基板１００の上にはんだ１０３が印刷されている。はんだ１０３は、メタルマスク２００の孔２０１に対応した位置に塗布される。プリント基板１００を次のプリント基板と交換する。次にリアスキージ２１１によってはんだ１０３を印刷する。リアスキージ２１１の移動方向は、フロントスキージ２１０の移動方向と反対方向である。

１個のメタルマスク２００は、通常、数百〜数千個の孔２０１を有し、１個のプリント基板には同数の「はんだ」が印刷される。メタルマスク２００の孔２０１の面積及び形状はそれぞれ異なり、プリント基板に印刷される「はんだ」の面積及び形状は異なる。メタルマスク２００の孔２０１の開口部を、印刷エリア、又は、単に「エリア」と称する。孔２０１の開口部の寸法を、「エリアサイズ」と称する。プリント基板上の「はんだ」が「エリア」と同一であれば印刷良好と判定されるが、「エリア」と著しく異なる場合には、印刷不良と判定される。クリームはんだ印刷では、エリアサイズが小さくなるほど、印刷の難易度が高くなり、理想の転写率を得ることが困難となる。

本願明細書にて、プリント基板上に印刷された「はんだ」は、メタルマスク２００の孔２０１の各々に対応して形成された微小な「はんだ」の各々を意味するものとする。一方、クリームはんだ印刷工程にて用いる部材としてのはんだを「クリームはんだ」と称する。

図３Ａは本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの機能を説明する説明図である。本実施形態によると、検査システムは、製造ライン毎に設けられた検査機１０と記憶制御部２０を有する。検査システムは、更に、表示制御部３０及び表示部３１を有する。表示制御部３０及び表示部３１は、全ての製造ラインの検査機１０及び記憶制御部２０に接続されている。検査機１０は、出力部１１を有する。記憶制御部２０は、記憶部２１と演算部２２を有する。記憶部２１は検査結果データベース２１Ａ、画像情報データベース２１Ｂ、部材情報データベース２１Ｃを有する。演算部２２には、クリームはんだ印刷工程におけるデータを解析する統計解析システムプログラムが格納されているが、詳細は、図３Ｂを参照して説明する。

検査機１０は、プリント基板の画像とプリント基板に印刷された「はんだ」の画像を取得し、これらの画像データから、プリント基板に関するデータと「はんだ」に関するデータを検査結果として取得する。出力部１１は、検査結果１１Ａ及び画像１１Ｂを出力し、それぞれ、検査結果データベース２１Ａ、及び、画像情報データベース２１Ｂに格納する。

検査結果データベース２１Ａは、検査機１０によって得られた検査結果を格納する。検査機１０は、例えば、プリント基板の「はんだ」の画像から、「はんだ」の寸法等の検査項目を求め、それを検査結果として出力する。検査機１０による検査項目として、「面積」、「面積ズレ」、「サイズズレ」、「距離ズレ」「重心ズレ」「体積」「平均高さ」「断面積」「突起」「ピーク高さ」等がある。「面積」は、各「はんだ」の２次元面積である。「面積ズレ」は、各「面積」の基準値からの偏差である。「サイズズレ」、「距離ズレ」、及び、「重心ズレ」は、各「はんだ」の寸法、位置、及び、重心の基準値からの偏差である。「体積」「平均高さ」及び「断面積」は、各「はんだ」の体積、平均高さ、及び、断面積である。「突起」は各「はんだ」が突起を有することである。「ピーク高さ」は各「はんだ」のピークの高さである。図９は本発明の本発明に係わるクリームはんだ印刷工程検査システムの表示部３１に表示された「はんだ」の検査項目のアイコンの例を示す。

画像情報データベース２１Ｂは、検査機１０によって得られたプリント基板の画像と「はんだ」の画像を格納する。部材情報データベース２１Ｃは、クリームはんだ印刷工程で用いられる部材の情報を格納する。部材４０は、プリント基板１００、クリームはんだ１０２、メタルマスク２００、フロントスキージ２１０及びリアスキージ２１１、バックアップ治具３０１等を含む。これらの部材４０には識別子が付されている。識別子は、例えば、１次元バーコード、２次元コード、電磁的コード等であってよい。識別子は、読み取り部４１によって読み取られる。読み取り部４１は、識別子を光学的に又は電磁的に読み取る機能を有するものであればどのような装置であってもよく、例えば、バーコード読み取り装置、電磁的コード読み取り装置等であってよい。読み取り部４１によって読み取られた識別子の情報は、部材情報データベース２１Ｃに格納される。

部材情報データベース２１Ｃに格納された部品情報は、互いに関連付けられている。更に、検査結果データベース２１Ａに格納された検査結果、画像情報データベース２１Ｂに格納された画像情報、及び、部材情報データベース２１Ｃに格納された部品情報は、互いに関連付けられている。従って、これらのデータベースに格納された任意の情報を検索キーとして検索すると、検索キーに関連付けられた全ての情報を表示部３１に表示することができる。

図３Ｂは、演算部２２の機能を説明する説明図である。演算部２２は、部材情報登録機能部２２０００、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１、印刷方向による傾向確認機能部２２１０２、使用はんだ情報からの検査結果抽出機能部２２１０５、プリント基板情報からの検査結果抽出機能部２２１０８Ａ、基板反り量確認機能部２２１０８Ｂ、メタルマスク情報からの検査結果抽出機能部２２１１１、バックアップ治具情報からの検査結果抽出機能部２２１１５、印刷機の印刷性能確認機能部２２１１９Ａ、及び、エリアサイズ別傾向確認機能部２２１１９Ｂを有する。演算部２２の各機能部は、本願の発明者が作成した統計解析システムプログラム（ソフトウエア）を用いて実行される。

先ず、部材情報登録機能部２２０００の機能の概略を説明する。部材情報登録機能部２２０００は、クリームはんだ印刷工程で使用される部材情報を、使用開始時に、記憶制御部２０の記憶部２１の部材情報データベース２１Ｃに格納する。部材情報は、クリームはんだ情報／メタルマスク情報／バックアップ治具情報／（フロント・リア）スキージ情報／プリント基板情報等であってよい。

クリームはんだ情報は、はんだ型番、はんだロット、使用ライン、ショット数（使用頻度）、使用開始日時等を含む。メタルマスク情報は、マスク型番、使用ライン、ショット数、使用開始日時等を含む。バックアップ治具情報は、治具型番、使用ライン、ショット数、使用開始日時等を含む。スキージ情報は、スキージ型番、フロント側かリア側か、使用ライン、ショット数、使用開始日時等を含む。プリント基板情報は、基板型番、基板ロット、使用ライン、ショット数、使用開始日時等を含む。

部材情報データベース２１Ｃに格納された各部材４０の情報は、ユーザーが保管している、納入履歴や取り扱い履歴とリンクしていることが望ましい。更に、各部材４０の情報は、演算部２２の統計解析システムプログラムにより管理され、生産アイテム毎に部材の組み合わせやショット数（使用頻度）を自動的に更新し、検査結果と紐付けられる。これにより、不具合要因が部材によるものなのか、印刷機自体（機構部等ハードの異常）に問題が発生しているのか、又は単に設定が悪いのかを正確に切り分けることが可能となる。

図６を参照して、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１の機能の概略を説明する。この機能部は、図６に示すように、検査対象のプリント基板をｘ方向にｎ個、ｙ方向にｍ個のブロックに分割し、各ブロックを着色表示する。１ブロック内にあるエリアの検査結果の平均値をそのブロックの値とする。例えば、検査結果が「はんだ」面積の場合を想定する。ブロック内のエリアに対応する「はんだ」面積の測定値が、理想の値に近い場合には、そのブロックは緑色で表示され、過少方向に向かうにつれて青色、過大方向に向かうにつれて赤色として表示される。従って、この機能を用いると、検査対象のプリント基板の「はんだ」の面積の誤差の分布を視覚的に確認することができる。

使用はんだ情報からの検査結果抽出機能部２２１０５の機能の概略を説明する。この機能部は、使用したクリームはんだ毎に、検査結果の抽出を実行する。同一名称（型番）のはんだを使用した生産モデルの抽出ばかりでなく、クリームはんだメーカの生産ロット（生産シリアル、出荷拠点情報等）単位での抽出も可能である。抽出条件をキーに集計された検査結果は、トレーサビリティー画面等の解析画面に適用され、使用はんだによる印刷状況の変化や違いを解析することが可能である。この機能を実行する場合、クリームはんだ毎に付加されたID（名称/ロット等）を端末装置で読み取り、該当する部材を使用した生産モデルの検査結果をサーバに問い合わせ、集計結果を端末装置で表示する。

プリント基板情報からの検査結果抽出機能部２２１０８Ａの機能の概略を説明する。この機能部は、同一名称（同一種類）のプリント基板のロット毎に検査結果の抽出を実行する。同一名称（プリント基板名）のプリント基板を使用した生産モデル抽出ばかりでなく、プリント基板メーカの生産ロット（生産シリアル、出荷拠点情報等）単位での抽出も可能である。抽出条件をキーに集計された検査結果は、トレーサビリティー画面等の解析画面に適用され、使用されたプリント基板による印刷状況の変化や違いを解析することが可能である。この機能を実行する場合、プリント基板毎に付加されたID（名称/ロット等）を端末装置で読み取り、該当する部材を使用した生産モデルの検査結果をサーバに問い合わせ、集計結果を端末装置で表示する。

メタルマスク情報からの検査結果抽出機能部２２１１１の機能の概略を説明する。この機能部は、使用されたメタルマスク毎に検査結果の抽出を実行する。抽出条件をキーに集計された検査結果は、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１、及び、基板反り量確認機能部２２１０８Ｂの機能を使い解析することでメタルマスクによる印刷状況の変化や違いを解析することが可能である。この機能を実行する場合、メタルマスク毎に付加されたID（マスク名称等）を端末装置で読み取り、該当する部材を使用した生産モデルの検査結果をサーバに問い合わせ、集計結果を端末装置で表示する。

バックアップ治具情報からの検査結果抽出機能部２２１１５の機能の概略を説明する。この機能部は、使用されたバックアップ治具毎に検査結果の抽出を実行する。抽出条件をキーに集計された検査結果は、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１、及び、基板反り量確認機能部２２１０８Ｂの機能を使い解析することでバックアップ治具による印刷状況の変化や違いを解析することが可能である。この機能を実行する場合、バックアップ治具毎に付加されたID（バックアップ治具名称等）を端末装置で読み取り、該当する部材を使用した生産モデルの検査結果をサーバに問い合わせ、集計結果を端末装置で表示する。

図８を参照して、エリアサイズ別傾向確認機能部２２１１９Ｂの機能の概略を説明する。この機能部は、先ず、検査結果のデータをエリア形状毎にエリアサイズ別にソートする。エリアサイズは、例えば、エリア面積又は短辺を基準とする。次に、あるエリアサイズのグループを１メモリとしてグラフを描画する。図８のグラフの横軸はエリアサイズであり、縦軸は検査結果である。ここでは、検査結果は、「はんだ」の体積である。グラフの左側に近づくほどエリアサイズが小さく、右に近づくほどエリアサイズが大きくなる。このグラフには、「はんだ」の体積の理想値を表す横軸に平行な基準線が描かれている。基準線の上下の両側に広がる帯状の領域は、「はんだ」の体積が良好であることを示す。エリアサイズが小さいと、「はんだ」の体積が理想値（設計値）より小さくなる傾向があり、エリアサイズが大きいと、「はんだ」の体積が理想値より大きくなる傾向がある。図８（Ａ）の上側グラフでは、エリアサイズが小さいと、「はんだ」の体積が理想値（設計値）より小さくなる。図８（Ｃ）の下側グラフでは、エリアサイズが大きいと、「はんだ」の体積が理想値（設計値）より大きくなる。図８（Ｂ）の真ん中のグラフでは、エリアサイズの全ての寸法において、「はんだ」の体積が良好である。このようなグラフは、メタルマスクの全てのエリアについて作成してもよく、又は、特定のエリア群について作成してもよい。

基板反り量確認機能部２２１０８Ｂの機能の概略を説明する。この機能部は、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１の機能と同様に、検査対象となるプリント基板を複数のブロックに分割し、各ブロックを着色表示する。各ブロックに表示する検査項目は、基板の反り量とする。例えば、反り量が０mmを緑として、マイナス方向への反り量が大きいほど青色となり、プラス方向への反りが大きいほどは赤色として表示される。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して本発明のクリームはんだ印刷工程検査システムを用いた解析工程を説明する。解析工程は、演算部２２に格納された統計解析システムプログラムによる「解析フロー」（図の左側）と、クリームはんだ印刷機及び製造ラインにおいて人間による「判断・処理」（図の右側）を含む。解析フローのステップ１０１〜１１８は、設定・部材に起因する問題を排除する工程であり、ステップ１１９〜１２１は、クリームはんだ印刷機に起因する問題を排除する工程である。本発明の検査システムは、ユーザでの管理基準や管理方法により、更に詳細な解析フローが可能である。また、印刷条件の変更や初めての生産では、解析フローにより異常が無いことが確認されたら、印刷条件の変更や条件出しすることを推奨する。先ず、ステップ１０１にて、印刷状態の傾向を監視し、印刷状況の変化が観測された場合や印刷不良が発生した場合には、ステップ１０２に進む。

ステップ１０２にて、印刷方向による傾向確認機能部２２１０２の機能を実行する。ステップ１０３にて、印刷方向による傾向確認機能部２２１０２の機能を用いて「スキージの違いによる傾向」の有無を確認する。

一般的に、クリームはんだ印刷機では、メタルマスク上のはんだを、装置内の「手前から奥」と「奥から手前」の２方向で印刷する。印刷方向が「手前から奥」の場合にはフロントスキージがクリームはんだを掻き取り、印刷方向が「奥から手前」の場合にはリアスキージがクリームはんだを掻き取る。この印刷方向の違いによる印刷状態を観察することで「スキージの違いによる傾向」が確認できる。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して、検査システムの表示部３１（図３Ａ）に表示された解析画面（トレーサビリティー）の例を説明する。解析画面にて、連続生産の印刷状態の推移をヒストグラムと工程能力指数（Cpk）の折れ線グラフとして表示する。ヒストグラムは、縦軸を、例えば、「はんだ面積」について標準値からの偏差、横軸を頻度とする棒グラフである。各棒状のグラフは縦軸から横軸に沿って延びている。棒グラフは、図示のように、プリント基板毎に描かれる。従って、印刷状態の推移を観察するために、プリント基板毎のヒストグラムを１列に並べる。ヒストグラムの下に、工程能力指数（Cpk）推移グラフが描かれている。これは、横軸をプリント基板の印刷枚数、縦軸を工程能力指数（Cpk）とする折れ線グラフである。解析画面（トレーサビリティー）に表示された基板マップの表示やヒストグラム及び工程能力指数（Cpk）の推移等で、印刷方向での違いが無いか確認する。

図７Ａに示すヒストグラム列及び折れ線グラフは、プリント基板の印刷枚数に係わらず略一定である。この場合には、印刷方向での違い、即ち、「スキージの違いによる傾向」が無いと判定する。しかしながら、図７Ｂに示すヒストグラム列及び折れ線グラフでは、プリント基板毎に交互にヒストグラム列及び折れ線グラフが変化している。スキージの問題又は印刷位置の補正に問題がある場合は、図７Ｂのように、ヒストグラムの形状や工程能力指数（Cpk）が、プリント基板の1枚毎に変化を繰り返す傾向にある。上述のように、クリームはんだ印刷機では、１枚目のプリント基板ではフロントスキージ、２枚目のプリント基板ではリアスキージ、３枚目のプリント基板ではフロントスキージを用いる。即ち、フロントスキージとリアスキージを交互に交代する機構となっている。従って、図７Ｂの場合には、「スキージの違いによる傾向」が有ると判定する。「スキージの違いによる傾向」の有無の判定は、図６を参照して説明したように、検査結果の視覚的傾向確認機能部２２００１の機能を用いてもできる。

次に、ステップ１０４に進む。「スキージの違いによる傾向」が無い場合にはステップ１０５に進み、「スキージの違いによる傾向」が有る場合にはステップ２００に進む。ステップ２００にて、「印刷条件不適切又はスキージの劣化」と判定する。ステップ２００以降のステップは後に説明する。ステップ１０５にて、使用はんだ情報からの検査結果抽出機能部２２１０５の機能を実行する。ステップ１０６にて、検査結果抽出機能部２２１０５の機能を用いて、使用はんだによる傾向の有無を確認する。

表面実装技術（SMT）工程では同種類の基板を生産する際、生産日が異なっても同製品（同一型番）のはんだを使用することが基本である。しかしながら、生産で使用されるはんだは、同製品（同一型番）であっても納入日やロットが違うものである。また、納入日やロットが異なれば、生産ラインに投入されるまでの運搬タイミングや保存環境は異なり、はんだメーカの製造拠点も異なることがある。このように同じはんだ（同一型番）を使用していても、はんだその物が作られるまでの過程や保存環境は異なり、時に印刷機での印刷性やはんだ溶融時のはんだ付け性に影響を及ぼすことがある。使用はんだによる傾向の有無の確認は、このような問題を見つけ出し、原因を切り分ける為にも必要である。

使用はんだ情報からの検査結果抽出機能部２２１０５は、部材情報データベース２１Ｃに登録されたはんだ情報から、はんだロット単位での抽出を行うことで「使用はんだによる傾向」の有無を確認する。図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したステップ１０３の「スキージの違いによる傾向」を確認した手順同様に、解析画面にて、連続生産の印刷結果をヒストグラムの推移として表示する。はんだロット単位での同一製品（同一種類の基板）の連続印刷性を比較する。

次に、ステップ１０７に進む。「使用はんだによる傾向」が無い場合にはステップ１０８に進み、「使用はんだによる傾向」が有る場合にはステップ３００に進む。ステップ３００にて、はんだの異常と判定する。ステップ３００以降のステップについては後に説明する。ステップ１０８にて、プリント基板情報からの検査結果抽出機能部２２１０８Ａの機能を実行する。ステップ１０９にて、プリント基板情報からの検査結果抽出機能部２２１０８Ａの機能を用いて、プリント基板による傾向の有無を確認する。尚、ステップ１０８にて、基板反り量確認機能２２１０８Ｂを実行し、ステップ１０９にて、基板反り量確認機能２２１０８Ｂの機能を用いて、プリント基板の反り量を確認してもよい。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したステップ１０３の「スキージの違いによる傾向」を確認した手順同様に、解析画面（トレーサビリティー）で、連続生産の印刷結果をヒストグラムの推移として表示する。基板ロット単位での同一製品（同一種類の基板）の連続印刷性を比較する。

次に、ステップ１１０に進む。「プリント基板による傾向」が無い場合にはステップ１１１に進み、「プリント基板による傾向」が有る場合にはステップ４００に進む。ステップ４００にて、プリント基板の異常と判定する。ステップ４００以降のステップについては後に説明する。ステップ１１１にて、メタルマスク情報からの検査結果抽出機能部２２１１１の機能と視覚的傾向確認機能部２２００１を実行する。ステップ１１２にて、メタルマスク情報からの検査結果抽出機能部２２１１１の機能を用いて、メタルマスクによる傾向を確認する。ステップ１１３にて、視覚的傾向確認機能部２２００１の機能を用いて、メタルマスクによる傾向を確認する。

限られた生産ラインを使い、数十から数百種類の基板を生産する表面実装技術（SMT）工程では生産計画の負荷により、同種類の基板を複数ライン同時に生産することや、破損等の万が一に備えて生産に使われる治具も同一の物を複数所有している。しかしながら、形は同一の物であっても使用頻度や加工メーカの違いにより、はんだ印刷性は異なることがある為、使用したメタルマスクによる印刷性の傾向を確認する必要がある。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したステップ１０３の「スキージの違いによる傾向」を確認した手順同様に、解析画面（トレーサビリティー）で、連続生産の印刷結果をヒストグラムの推移として表示する。メタルマスク単位での同一製品（同一種類のメタルマスク）の連続印刷性を比較する。

次に、ステップ１１４に進む。「メタルマスクによる傾向」が無い場合にはステップ１１５に進み、「メタルマスクによる傾向」が有る場合にはステップ５００に進む。ステップ５００にて、メタルマスクの異常と判定する。ステップ５００以降のステップについては後に説明する。ステップ１１５にて、バックアップ治具情報からの検査結果抽出機能部２２１１５の機能と視覚的傾向確認機能部２２００１を実行する。ステップ１１６にて、バックアップ治具情報からの検査結果抽出機能部２２１１５の機能を用いて、バックアップ治具による傾向の確認を行う。ステップ１１７にて、視覚的傾向確認機能部２２００１の機能を用いて、バックアップ治具による傾向を確認する。

バックアップ治具もメタルマスクと同様の理由で複数所有しており、これについてもそれぞれで使用頻度は異なり、加工メーカも違うことがある。これらの理由から使用したバックアップ治具による印刷性の傾向も確認する必要がある。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したステップ１０３の「スキージの違いによる傾向」を確認した手順同様に、解析画面（トレーサビリティー）で、連続生産の印刷結果をヒストグラムの推移として表示する。バックアップ治具単位での同一製品（同一種類のバックアップ治具）の連続印刷性を比較する。

次に、ステップ１１８に進む。「バックアップ治具による傾向」が無い場合にはステップ１１９に進み、「バックアップ治具による傾向」が有る場合にはステップ６００に進む。ステップ６００にて、バックアップ治具の異常と判定する。ステップ６００以降のステップについては後に説明する。ステップ１１９にて、印刷機の印刷性能確認機能部２２１１９Ａの機能とエリアサイズ別傾向確認機能部２２１１９Ｂを実行する。ステップ１２０にて、エリアサイズ毎のはんだ量が印刷機の性能を満たしているか確認する。

エリアサイズ別傾向確認機能部２２１１９Ｂの機能は、図８を参照して説明した。図８の例では、縦軸は「はんだ」体積であるが、「はんだ」面積であってもよい。

次に、ステップ１２１に進む。「印刷機の印刷性能の異常」が無い場合にはステップ８００に進み、「印刷機の印刷性能の異常」が有る場合にはステップ７００に進む。ステップ７００にて、印刷機(ハード的な要因)の精度の異常と判定する。ステップ７０１にて、印刷機の機構部を診断し、各機能部の校正を行う。ステップ８００にて、印刷機のデータ修正による印刷状態の追い込みを行う。

図５Ａを参照して、ステップ２００以降のステップを説明する。上述のようにステップ２００にて、「印刷条件不適切又はスキージの劣化」と判定すると、先ず、ステップ２０１にて、「メタルマスク上面のはんだ掻き取り状態」を確認する。それによって、スキージに問題があるのか印刷機の印刷条件（生産プログラム）に問題があるのかを切り分ける。次に、ステップ２０２にて、はんだの掻き取り残しを判定する。メタルマスク上面に筋状の掻き残しがある場合には、ステップ２０３に進む。ステップ２０３にて、スキージを交換する。掻き残しにムラが見られたり、はんだが掻き取り過ぎている場合には、ステップ２０４に進む。ステップ２０４にて、印刷条件の調整を行う。これらの処理の後に図４Ａのステップ１０１に戻る。

図５Ｂを参照して、ステップ３００以降のステップを説明する。上述のようにステップ３００にて、「はんだの異常」と判定すると、先ず、ステップ３０１にて、「はんだの取り扱い状況」を確認する。生産前履歴から、適切な温度で冷蔵保管されたか否かを確認し、適切な時間常温放置後に撹拌されて生産ラインへ搬入されたはんだであるか否かを確認する。次に、ステップ３０２にて、取り扱いと攪拌時間が適切であるかを判定する。適切であると判定した場合には、ステップ３０４に進み、不適切であると判定した場合には、ステップ３０３に進む。ステップ３０４にて、はんだの使用期限が切れてないか確認する。使用期間内の場合には、ステップ３０５に進み、はんだメーカに解析を依頼する。即ち、はんだメーカ側で納品までの取り扱いや取り交わされたはんだの納入仕様と異なる組成のはんだが納品されてないか解析依頼する。使用期間外の場合には、ステップ３０３に進む。ステップ３０３にて、使用期限切れのはんだを使わないよう「取り扱い方法見直し」を実施し、又は、作業者への「再教育」を実施する。これらの処理の後に図４Ａのステップ１０５に戻る。

図５Ｃを参照して、ステップ４００以降のステップを説明する。上述のようにステップ４００にて、「プリント基板の異常」と判定すると、先ず、ステップ４０１にて、「プリント基板の取り扱い/保管状況」を確認する。プリント基板へストレスを掛ける作業や保管状態が、プリント基板を生産ラインへ配膳する作業工程で行われていると、基板の反りや傷により印刷面を正常な状態に保つことができず、はんだ印刷性に影響を及ぼす。次に、ステップ４０２にて、プリント基板の取り扱い/保管状況が適切であるか否かを判定する。不適切であると判定した場合にはステップ４０３に進む。ステップ４０３にて、「取り扱い/保管方法見直し」を実施し、作業者へ「再教育」する。

適切であると判定した場合にはステップ４０４に進む。ステップ４０４にて、「対象基板の納入日やメーカロットを特定」する。ステップ４０５にて、基板メーカへ解析を依頼する。これらの処理の後に図４Ａのステップ１０８に戻る。

図５Ｄを参照して、ステップ５００以降のステップを説明する。上述のようにステップ５００にて、「メタルマスクの異常」と判定すると、先ず、ステップ５０１にて、「メタルマスク外観確認」を行う。メタルマスクはプリント基板の印刷面と密着した状態ではんだを転写する。そのため、プリント基板と密着する面に傷・汚れがあると適切にはんだを転写できない。

次に、ステップ５０２にて、メタルマスクに破損等があるか否かを判定する。破損等が有る場合には、ステップ５０３に進む。ステップ５０３にて、「取り扱い/保管方法」が適切であるか不適切であるか確認する。適切であれば、ステップ５０４に進む。生産後のメタルマスクが適切な方法で洗浄されており、洗浄後に印刷面の汚れが除去できているか確認する方法も確立され且つ、洗浄後のメタルマスクを埃等のゴミから守り、傷や歪みを防ぐ保管方法が実施されているのであれば、繰り返し使用されたことによるメタルマスク自体の寿命が考えられる。従って、ステップ５０４にて、メタルマスクの「修復又は再作成」を実施する。

ステップ５０３にて、「取り扱い/保管方法」が不適切と判定されると、ステップ５０５に進む。ステップ５０５にて、洗浄時の「取り扱い/保管方法」を見直し、ステップ５０６にて、「作業者への再教育」を実施する。その後、ステップ５０４に進む。

ステップ５０２にて、メタルマスクに破損等が無いと判定した場合には、ステップ５０７に進む。ステップ５０７にて、メタルマスクの「テンション（張力）状態」を確認する。メタルマスク上面に乗せられたはんだは、スキージによりメタルマスク開口部に充填されるがその時ある一定以上の圧力が加わる。この圧力により、メタルマスクのテンションが弱いとプリント基板の印刷面と十分に密着出来ず印刷不良となる。ステップ５０８にて、メタルマスクのテンションが規定値内か、規定値外かを判定する。規定値外の場合には、ステップ５０４に進み、「修復又は再作成」を実施する。メタルマスクのテンションが規定値内にある場合は、ステップ５０９に進む。

ステップ５０９にて、「メタルマスクの仕様」を確認する。即ち、メタルマスクの厚みや製法等に問題が無いかを確認する。メタルマスクを作成する上でメーカへ指示した仕様が不備であるかを確認する。ステップ５１０にて「仕様内容不備/不適切」が有ると判定した場合には、ステップ５１１に進み、「仕様内容を修正」し、ステップ５１２にて「メタルマスクの再作成」をする。「仕様内容不備/不適切」が無いと判定した場合には、ステップ５１３に進み、メーカへ解析を依頼する。これらの処理の後に図４Ａのステップ１１１に戻る。

図５Ｅを参照して、ステップ６００以降のステップを説明する。上述のようにステップ６００にて、「バックアップ治具の異常」と判定すると、先ず、ステップ６０１にて、「バックアップ治具の外観確認」を行う。印刷機にてプリント基板にはんだを印刷する際、プリント基板を下方向からサポートするがサポートする治具には基板によって使い分けられていることが多い。特に両面実装基板では、２工程目の生産時に１工程目の部品が既に実装されている為、部品と干渉しないようバックアップピンの配置を番地化し固定にするなどで対応している生産現場もある。しかしながら、高密度実装ではピンが入る隙間が無いので専用のバックアッププレートを独自で作成し対応しているケースも多い。このように、基板毎に専用で作られていることにより個体差や仕様ミス等、治具自体に問題が潜んでいることがあるので「バックアップ治具外観」を確認する。

次に、ステップ６０２にて、バックアップ治具に破損等があるか否かを判定する。プリント基板全面を均一にサポートすることができず、サポート不足となったエリアは適切なはんだ量を印刷することができない。破損等が有る場合には、ステップ６０３に進む。ステップ６０３にて、「取り扱い/保管方法」が適切であるか不適切であるか確認する。適切であれば、ステップ６０４に進む。生産中に蓄積した基板カスや汚れ等が適切な方法で洗浄されており、使用後は埃等のゴミから守り、傷や歪みを防ぐ保管方法が実施されているのであれば、繰り返し使用されたことによるバックアップ治具自体の寿命が考えられる。

従って、ステップ６０４にて、バックアップ治具の「修復又は再作成」を実施する。ステップ６０３にて、「取り扱い/保管方法」が不適切であれば、ステップ６０５に進む。ステップ６０５にて、洗浄時の「取り扱い/保管方法」を見直し、ステップ６０６にて、「作業者への再教育」を実施する。その後、ステップ６０４に進む。

ステップ６０２にて、バックアップ治具に破損等が無いと判定した場合には、ステップ６０７に進む。ステップ６０７にて、「バックアップ治具の仕様」を確認する。即ち、バックアップ治具寸法や製法等に問題が無いかを確認する。ステップ６０８にて、「仕様内容不備/不適切」の有無を判定する。即ち、バックアップ治具を作成する上でメーカへ指示した仕様に関して内容不備/不適切の有無を確認する。「仕様内容不備/不適切」が有ると判定した場合には、ステップ６０９に進み、「仕様内容を修正」し、ステップ６１０にて、バックアップ治具の再作成をする。「仕様内容不備/不適切」が無いと判定した場合には、ステップ６１１に進み、バックアップ治具のメーカへ解析を依頼する。これらの処理の後に図４Ｂのステップ１１５に戻る。

図１０Ａは、上述の解析フローの手順に従って、プリント基板の「はんだ」の印刷状況を解析した結果、クリームはんだ印刷機の精度（ハード的な歪みやズレ）異常が判明し、クリームはんだ印刷機の診断後、校正を実施して工程内品質が向上した例を示す。図１０Ａは、１０枚連続で生産されたプリント基板の「はんだ」の印刷状態（体積・面積）推移を表すヒストグラムと、これらのヒストグラムを積算して１枚のヒストグラムとしたものである。左側の校正前グラフでは、クリームはんだ印刷機が何らかの異常を抱えている。従って、ヒストグラムの山が広がっている（山が二つある）ことがわかる。つまり、はんだの転写率にバラツキがあり良好な状態を保てない。右側の校正後のグラフでは、クリームはんだ印刷機の異常個所が修復され、クリームはんだ印刷機が本来の性能を回復した結果が現れている。即ち、「はんだ」体積・面積共に、バラツキが無く全てのプリント基板で安定した印刷状態にあることが判る。

図１０Ｂは、定期的に、上述の解析フローと校正を実施した結果、はんだ付け後（リフロー後）の印刷機要因と思われる不良率が低減した結果を示す。このグラフの縦軸は、不良率（品質）（単位：ppm）、横軸は時間（単位：月）である。実施前と実施後を比較すると、不良率が減少している。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれらの実施の形態によって制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。

１０…検査機、１１…出力部、１１Ａ…検査結果、１１Ｂ…画像、２０…記憶制御部、２１…記憶部、２１Ａ…検査結果データベース、２１Ｂ…画像情報データベース、２１Ｃ…部材情報データベース、２２…演算部、３０…表示制御部、３１…表示部、１００…プリント基板、１０２…クリームはんだ、１０３…はんだ、２００…スクリーンマスク又はメタルマスク、２１０…フロントスキージ、２１１…リアスキージ、３０１…バックアップ治具、３１０…ＸＹテーブル、３１１…凹部

Claims (8)

1. クリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   プリント基板の画像データと前記プリント基板に印刷された「はんだ」の画像データを取得し、該画像データから、前記プリント基板に関するデータと前記「はんだ」に関するデータを検査結果として取得する検査機と、
   前記画像データを格納する画像情報データベースと、
   前記検査結果を格納する検査結果データベースと、
   クリームはんだ印刷工程にて用いる部材に関する部材情報を格納する部材情報データベースと、
   前記画像データと前記検査結果と前記部材情報を用いて、前記プリント基板に印刷された「はんだ」の印刷状態の変化又は印刷不良を解析する統計解析システムプログラムを格納した演算部と、を備え、
   前記演算部は、
   前記部材情報及び前記検査結果を利用して、前記プリント基板の１枚毎の工程能力指数の推移を取得し、当該工程能力指数の変化に基づいて、スキージの違いによる印刷状況の傾向の有無を確認する、印刷方向による傾向確認機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
2. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、クリームはんだ印刷工程で使用されるクリームはんだ情報およびメタルマスク情報およびバックアップ治具情報および（フロント・リア）スキージ情報およびプリント基板情報を使用開始時に、前記部材情報データベースに格納する部材情報登録機能部を有し、該部材情報登録機能部は、前記統計解析システムプログラムによって実行されることを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
3. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、使用はんだによる印刷状況の傾向の有無を確認する、使用はんだ情報からの検査結果抽出機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
4. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、前記プリント基板による印刷状況の傾向の有無を確認する、プリント基板情報からの検査結果抽出機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
5. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、メタルマスクによる印刷状況の傾向の有無を確認する、メタルマスク情報からの検査結果抽出機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
6. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、前記部材情報及び前記検査結果を利用して、バックアップ治具による印刷状況の傾向の有無を確認する、バックアップ治具情報からの検査結果抽出機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
7. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、検査対象の前記プリント基板を複数のブロックに分割し、各ブロックを前記検査結果に対応して着色表示する、前記検査結果の視覚的傾向確認機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。
8. 請求項１に記載のクリームはんだ印刷工程検査システムにおいて、
   前記演算部は、横軸をエリアサイズとし、縦軸は前記検査結果とするグラフを描画する、エリアサイズ別傾向確認機能部を有することを特徴とするクリームはんだ印刷工程検査システム。

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