JP2022104368A - 透視検査装置及び透視検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の端子が挿通された透孔内壁部の導体箔と当該端子との導通状態を検査できる透視検査装置及び透視検査方法を提供する。【解決手段】透孔１０３に斜め側方から放射線を照射する放射線源１と、放射線の透孔１０３への入射方向を変化させる入射方向変更手段３、１１と、透孔１０３を透過した放射線を検出する放射線検出器４と、検出された放射線量の二次元分布から放射線の入射方向が異なる複数の画像を生成し、複数の画像のうち少なくとも１つを左右反転及び／又は菱形変形して重ねて１つの画像を構成してノイズ画像を除去する画像化回路６とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の端子が挿通された透孔内壁部の導体箔と当該端子との導通状態（透孔中の半田充填率及び導体箔と端子との導通状態、または、導体箔とプレスフィット端子との導通状態）を検査する透視検査装置及び透視検査方法に関し、透孔を斜め側方から透過した放射線（Ｘ線、γ線、中性子線等）を検出して画像化し、導体箔と端子との導通状態の良否を検査する透視検査装置及び透視検査方法に関する。

従来、電子部品や電子部品が実装された回路基板等の被検体に放射線（Ｘ線、ガンマ線などを含む）を透過させ、被検体を透過した放射線を検出することにより、被検体における放射線透過画像により異常箇所を検出する透視検査装置が提案されている。このような透視検査装置は、例えば、電子部品の実装（半田付け）状態の良否、例えば、ボンディングワイヤの切断の有無や、多層配線基板等の内部の層のパターンの非破壊検査を行うために使用されている。

本願出願人は、特許文献１に記載されているように、放射状に拡散する放射線（Ｘ線）を被検体に透過させ、線状に配列された複数の感知部を有する放射線検出器によって、被検体を透過した放射線を検出するようにした透視検査装置を提案している。

特開２０１１－１９６９８３号公報

ところで、近年の電子回路の高集積化及び高出力化（大電流化）に伴い、回路基板においては、いわゆるスルーホール（回路基板を略垂直に貫通し内周壁に導体箔が被着形成された透孔）の重要性が増大している。特に、自動車、航空機や宇宙船のように、激しい振動及び大きな温度変化に曝される環境下で使用される回路基板においては、スルーホールを採用しなければ、必要とされる耐久性を確保することができない。

スルーホールには、図１２に示すように、電子部品１０１の棒状の端子１０５が挿通され、端子１０５と導体箔１０４との間に溶融半田１０６が充填され固化される。または、スルーホール１０３には、図１３及び図１４に示すように、いわゆるプレスフィット端子１０７が圧入され、プレスフィット端子１０７の弾性により導体箔１０４に圧着する。

従来の透視検査装置では、回路基板の表面に平行な面方向について、実装（半田付け）状態の良否を検査できるが、スルーホールの内部のように回路基板の表面に垂直な方向については、導通状態の良否を検査することができない。

なお、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）を用いれば、回路基板の表面に垂直な方向についての検査もできる。しかし、コンピュータ断層撮影では、一つの対象について撮影する回数が極めて多く、撮影された多数の画像を処理する計算量も膨大なものとなるので、撮影から画像処理に要する時間は長時間に及ぶ。したがって、コンピュータ断層撮影は、工業的過程における検査に用いることは現実的ではない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、電子部品の端子が挿通された透孔内壁部の導体箔と当該端子との導通状態（透孔中の半田充填率及び導体箔と端子との導通状態、または、導体箔とプレスフィット端子との導通状態）を検査できる透視検査装置及び透視検査方法を提供することを目的とする。

本発明に係る透視検査装置は、前記課題を解決するため、以下の構成のいずれか一を有するものである。

第１発明に係る透視検査装置は、
回路基板を略垂直に貫通した透孔の内周壁に被着形成された導体箔と、前記透孔に挿通された端子との導通状態を検査する透視検査装置であって、
放射線を発生し、前記透孔に斜め側方から前記放射線を照射する放射線源と、
前記放射線の前記透孔への入射方向を変化させる入射方向変更手段と、
前記透孔を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
前記放射線検出器により検出された放射線量の二次元分布を画像化し、前記放射線の入射方向が異なる複数の画像を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段により生成された複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を左右反転及び／又は菱形変形したうえで、これら複数の画像を重ねて１つの画像とする画像処理手段と、
を備え、
前記画像処理手段は、前記複数の画像を重ねたときに、対応する位置の画素のうち、前記放射線の透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して前記１つの画像を構成することにより、前記透孔に重なっている異物によるノイズ画像を除去する
ことを特徴とするものである。

第２発明に係る透視検査装置は、第１発明に係る透視検査装置において、
前記放射線の入射方向が異なる複数の画像は、２画像、３画像、または、４画像である
ことを特徴とするものである。

第３発明に係る透視検査装置は、第１又は第２発明に係る透視検査装置において、
前記放射線源が発生する放射線は、放射状に照射され、
前記入射方向変更手段は、前記透孔を、前記放射線の照射範囲内において移動させることにより、または、前記放射線源を移動させることにより、前記透孔への放射線の入射方向を変化させる
ことを特徴とするものである。

第４発明に係る透視検査装置は、第１又は第２発明に係る透視検査装置において、
前記放射線源が発生する放射線は、放射状に照射され、
前記入射方向変更手段は、前記透孔を、前記放射線の照射範囲内において回転させることにより、前記透孔への放射線の入射方向を変化させる
ことを特徴とするものである。

第５発明に係る透視検査方法は、
回路基板を略垂直に貫通した透孔の内周壁に被着形成された導体箔と、前記透孔に挿通された端子との導通状態を検査する透視検査方法であって、
前記透孔に斜め側方から放射線を照射し、前記透孔を透過した放射線を検出して放射線量の二次元分布を画像化し、
前記放射線の前記透孔への入射方向を変化させ、前記透孔を透過した放射線を検出して放射線量の二次元分布を画像化し、
前記放射線の入射方向が異なる複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を左右反転及び／又は菱形変形したうえで、これら複数の画像を重ね、対応する位置の画素のうち、前記放射線の透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して１つの画像を構成することにより、前記透孔に重なっている異物によるノイズ画像を除去する
ことを特徴とするものである。

第６発明に係る透視検査方法は、第５発明に係る透視検査方法において、
前記放射線の入射方向が異なる複数の画像は、２画像、３画像、または、４画像である
ことを特徴とするものである。

本発明に係る透視検査装置及び透視検査方法においては、電子部品の端子が挿通された透孔内壁部の導体箔と当該端子との導通状態を検査できる透視検査装置及び透視検査方法を提供できるものである。

本発明に係る透視検査方法を実施する本発明に係る透視検査装置の構成を示す側面図である。 本発明に係る透視検査装置の原理を示す斜視図である。 本発明に係る透視検査装置において得られる第１の画像（ａ）及び第２の画像（ｂ）を示す平面図である。 本発明に係る透視検査装置において得られる第３の画像（ａ）及び第４の画像（ｂ）を示す平面図である。 第１の画像（ａ）及び左右反転させた第２の画像（ｂ）を示す平面図である。 左右反転させた第３の画像（ａ）及び第４の画像（ｂ）を示す平面図である。 第１の画像と左右反転させた第２の画像とを重ねた第５の画像（ａ）及び左右反転させた第３の画像と第４の画像とを重ねた第６の画像（ｂ）を示す平面図である。 菱形変形させた第５の画像（ａ）及び菱形変形させた第６の画像（ｂ）を示す平面図である。 菱形変形させた第５の画像と菱形変形させた第６の画像とを重ねた第７の画像を示す平面図である。 左右反転を説明する図である。 菱形変形を説明する図である。 電子部品の端子が半田付けされる透孔を示す断面図である。 いわゆるプレスフィット端子（１）が圧入される透孔を示す断面図である。 いわゆるプレスフィット端子（２）が圧入される透孔を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る透視検査方法を実施する本発明に係る透視検査装置の構成を示す側面図である。

この透視検査装置は、回路基板を略垂直に貫通した透孔の内周壁に被着形成された導体箔と、透孔に挿通された端子との導通状態（透孔中の半田充填率及び導体箔と端子との導通状態、または、導体箔とプレスフィット端子との導通状態）を検査する透視検査装置である。この透視検査装置は、図１に示すように、放射線、例えば、Ｘ線ビームＸを発生し、電子部品１０１が実装された回路基板１０２（透孔１０３）に照射する放射線源となるＸ線管１を有している。このＸ線管１は、図１２に示すように、回路基板１０２を略垂直に貫通し内周壁に導体箔１０４が被着形成された透孔１０３に、斜め側方からＸ線ビームＸを照射する。このＸ線管１は、Ｘ線制御装置２によって制御されている。Ｘ線制御装置２は、制御装置１０により制御される。Ｘ線管１より発せられ、回路基板１０２（透孔１０３）を透過したＸ線ビームＸは、放射線検出器であるＸ線検出器４により検出される。

図１２は、電子部品の端子が半田付けされる透孔を示す断面図である。

透孔１０３には、図１２に示すように、電子部品１０１の棒状の端子１０５が挿通され、端子１０５と導体箔１０４との間に溶融半田１０６が充填され固化される。溶融半田１０６の体積充填率が、既定値（例えば８０％）未満であると、端子１０５と導体箔１０４との導通状態は不良とされる。また、溶融半田１０６中に既定の気泡率（例えば３％）以上の気泡が存在すると、端子１０５と導体箔１０４との導通状態は不良とされる。

図１３は、いわゆるプレスフィット端子（１）が圧入される透孔を示す断面図である。
図１４は、いわゆるプレスフィット端子（２）が圧入される透孔を示す断面図である。

または、透孔１０３には、図１３及び図１４に示すように、いわゆるプレスフィット端子１０７が圧入され、プレスフィット端子１０７の弾性により導体箔１０４に圧着する。プレスフィット端子１０７は、例えばベリリウム銅の如き弾性を有する導体から形成されており、導体箔１０４に圧着するための膨出部または突出部が側面部に設けられている。プレスフィット端子１０７が既定の形状を外れて変形し、導体箔１０４への接触面積及び接触圧が既定値未満であると、プレスフィット端子１０７と導体箔１０４との導通状態は不良とされる。

電子部品１０１が実装された回路基板１０２は、入射方向変更手段となる移動操作機構（Ｘ－Ｙステージ）３上に設置される。この移動操作機構３は、回路基板１０２をＸ線ビームＸの照射範囲内においてＸ線ビームＸを横切る方向に移動させる。回路基板１０２は、移動操作機構３により、図１中矢印Ａで示す２軸方向に移動操作、または、矢印Ｂで示すように回転操作される。また、移動操作機構３は、回路基板１０２ではなく、Ｘ線検出器４を移動させるようにしてもよい。また、Ｘ線発生器１、または、Ｘ線検出器４は、入射方向変更手段となる移動操作機構１１によって移動操作される。

制御装置１０は、移動操作機構３、１１により、回路基板１０２、Ｘ線管１及びＸ線検出器４のいずれか二つを移動させることによって、Ｘ線ビームＸの透孔１０３への入射方向を変化させる。

Ｘ線検出器４は、透孔１０３を透過した放射線量（Ｘ線量）の二次元分布を検出する。このＸ線検出器４としては、通常使用されている撮像管タイプのものを使用することができる。このタイプのＸ線検出器４は、感知部においてＸ線量に比例して帯電した電荷を電子ビームで走査して読み出すという原理で検出するものである。

Ｘ線ビームＸは、Ｘ線管１より発せられて放射状に拡散するビームであるので、回路基板１０２を透過した後も拡散してＸ線検出器４により検出される。したがって、Ｘ線検出器４においては、透孔１０３の拡大透過像が検出される。このときの拡大率は、Ｘ線管１から透孔１０３までの距離と、Ｘ線管１からＸ線検出器４までの距離との比率によって決まり、例えば、８乃至１０倍程度となされる。

Ｘ線検出器４は、検出器コントローラ５に接続され、この検出器コントローラ５によって制御されるとともに、検出した放射線強度情報を増幅されるようになっている。検出器コントローラ５で増幅された放射線強度情報は、信号処理手段及び画像処理手段となる画像化回路６に供給される。画像化回路６は、制御装置１０によって制御され、Ｘ線検出器４により検出された放射線量の二次元分布を画像化し、画像信号を生成して表示装置７に送る。表示装置７は、画像化回路６から送られた画像信号に応じた画像を表示する。

このようにして、この透視検査装置においては、回路基板１０２をＸ線により走査し、この回路基板１０２に形成された各透孔１０３が順次透視検査される。

画像化回路６は、透孔１０３にＸ線ビームＸが第１の方向から照射されたときの透過放射線量に基づく画像と、透孔１０３にＸ線ビームＸが第２以降の方向から照射されたときの透過放射線量に基づく画像とを重ねることにより、透孔１０３に重なっている他の電子部品等によるノイズ画像を除去する。

Ｘ線ビームＸの入射方向が異なる複数の画像の数は、１８０°間隔の２画像、１２０°間隔の３画像、または、９０°間隔の４画像であることが好ましい。ただし、角度間隔及び画像の数は、何ら限定されない。他の電子部品等の形状及び配置によって、ノイズ画像の除去のために必要となる画像の数は異なり、６０°間隔（±３０°）、９０°間隔（±４５°）や１２０°間隔（±６０°）の２画像であってもよい。３画像、または、４画像であれば、ほぼすべてのノイズ画像を除去することができる。

図１０は、左右反転を説明する図である。
図１１は、菱形変形を説明する図である。

複数の画像を重ねるにあたっては、複数の画像のうちの少なくとも１つの画像について、左右反転及び／又は菱形変形を行ったうえで重ねる。ここで左右反転とは、図１０に示すように、画像の左右性を反転させることであって、鏡像にすることに相当する。また、ここで菱形変形とは、図１１に示すように、各画素の位置の縦軸値（または、横軸値）のみを、横軸値（または、縦軸値）に比例して増大（または、減少）させることに相当する。つまり、任意の画素の座標（ｘ，ｙ）を、座標（ｘ，ｙ＋ａｘ）（∵ａ：傾き）とする変形である。

複数の画像を重ねたときには、対応する位置の画素のうち、Ｘ線ビームＸの透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して、１つの画像を構成する。このように画像を重ねることにより、透孔１０３に重なっている異物（他の電子部品等）によるノイズ画像が除去される。

なお、回路基板１０２へのＸ線ビームＸの入射角度（俯角）は、大きくしたほうが異物の透孔１０３への重なりが少なくなるが、透孔１０３の像が短くなり、端子１０５と導体箔１０４との導通状態の検出が困難となる虞がある。Ｘ線ビームＸの入射角度（俯角）を小さくすると、異物の透孔１０３への重なりが大きくなるが、透孔１０３の像が長くなり、端子１０５と導体箔１０４との導通状態の検出が容易となる。本発明では、異物によるノイズ画像は除去されるので、回路基板１０２へのＸ線ビームＸの入射角度（俯角）は、ノイズ画像の除去に問題のない範囲で小さくしたほうがよい。

以下、Ｘ線ビームＸの入射方向が異なる複数の画像の数を９０°間隔の４画像とした場合について、実際に得られる画像の例示とともに説明する。

図２は、本発明に係る透視検査装置の原理を示す斜視図である。
図３は、本発明に係る透視検査装置において得られる第１の画像（ａ）及び第２の画像（ｂ）を示す平面図である。

すなわち、図２に示すように、まず、透孔１０３にＸ線ビームＸを第１の方向（図２中の「４５°」）から照射させたときの透過放射線量に基づく第１の画像を得る。第１の画像は、図３（ａ）に示す。この回路基板１０２には、６本の透孔１０３が一列に形成されている。次に、透孔１０３にＸ線ビームＸを第２の方向（図２中の「１３５°」）から照射させたときの透過放射線量に基づく第２の画像を得る。第２の画像は、図３（ｂ）に示す。

図４は、本発明に係る透視検査装置において得られる第３の画像（ａ）及び第４の画像（ｂ）を示す平面図である。

次に、透孔１０３にＸ線ビームＸを第３の方向（図２中の「２２５°」）から照射させたときの透過放射線量に基づく第３の画像を得る。第３の画像は、図４（ａ）に示す。次に、透孔１０３にＸ線ビームＸを第４の方向（図２中の「３１５°」）から照射させたときの透過放射線量に基づく第４の画像を得る。第４の画像は、図４（ｂ）に示す。これら第１乃至第４の画像には、透孔１０３に重なっている異物（他の電子部品等）によるノイズ画像が含まれている。

図５は、第１の画像（ａ）及び左右反転させた第２の画像（ｂ）を示す平面図である。
図６は、左右反転させた第３の画像（ａ）及び第４の画像（ｂ）を示す平面図である。

次に、図５（ｂ）に示すように、第２の画像を左右反転させる。第２の画像を左右反転させると、図５（ａ）に示す第１の画像とで、対応する透孔１０３の像の形状が一致する。また、図６（ａ）に示すように、第３の画像を左右反転させる。第３の画像を左右反転させると、図６（ｂ）に示す第４の画像とで、対応する透孔１０３の像の形状が一致する。

図７は、第１の画像と左右反転させた第２の画像とを重ねた第５の画像（ａ）及び左右反転させた第３の画像と第４の画像とを重ねた第６の画像（ｂ）を示す平面図である。

次に、図７（ａ）に示すように、第１の画像と、左右反転させた第２の画像とを重ねて、第５の画像とする。このとき、対応する位置の画素のうち、Ｘ線ビームＸの透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して第５の画像とすることにより、異物（他の電子部品等）によるノイズ画像が除去される。ここで、異物（他の電子部品等）が一列に配列されたものである場合には、２つの画像の重ね合わせによって十分に除去される。

次に、図７（ｂ）に示すように、左右反転させた第３の画像と、第４の画像とを重ねて、第６の画像とする。このとき、対応する位置の画素のうち、明度の高い画素のみを採用して、第６の画像とする。

図８は、菱形変形させた第５の画像（ａ）及び菱形変形させた第６の画像（ｂ）を示す平面図である。

次に、図８（ａ）に示すように、第５の画像を菱形変形し、図８（ｂ）に示すように、第６の画像を菱形変形することにより、これら第５の画像及び第６の画像とで、対応する透孔１０３の像の形状を一致させる。

図９は、菱形変形させた第５の画像と菱形変形させた第６の画像とを重ねた第７の画像を示す平面図である。

そして、図９に示すように、菱形変形させた第５の画像と、菱形変形させた第６の画像とを重ねて、第７の画像とする。ここでも、対応する位置の画素のうち、Ｘ線ビームＸの透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して第７の画像とすることにより、異物（他の電子部品等）によるノイズ画像が除去される。この第７の画像においては、異物（他の電子部品等）によるノイズ画像が除去され、各透孔１０３内の端子１０５、１０７と導体箔１０４との導通状態が検出される。

本発明は、電子部品の端子が挿通された透孔内壁部の導体箔と当該端子との導通状態（透孔中の半田充填率及び導体箔と端子との導通状態、または、導体箔とプレスフィット端子との導通状態）を検査する透視検査装置及び透視検査方法に適用され、透孔を斜め側方から透過した放射線（Ｘ線、γ線、中性子線等）を検出して画像化し、導体箔と端子との導通状態の良否を検査する透視検査装置及び透視検査方法に適用される。

１ Ｘ線源（放射線源）
２ Ｘ線制御装置
３，１１ 移動操作機構（入射方向変更手段）
４ Ｘ線検出器（放射線検出器）
６ 画像化回路（信号処理手段、画像処理手段）
１０ 制御装置
１０１ 電子部品
１０２ 回路基板
１０３ 透孔
１０４ 導体箔
１０５ 端子
１０６ 溶融半田
１０７ プレスフィット端子
Ｘ Ｘ線ビーム（放射線）

Claims (6)

1. 回路基板を略垂直に貫通した透孔の内周壁に被着形成された導体箔と、前記透孔に挿通された端子との導通状態を検査する透視検査装置であって、
   放射線を発生し、前記透孔に斜め側方から前記放射線を照射する放射線源と、
   前記放射線の前記透孔への入射方向を変化させる入射方向変更手段と、
   前記透孔を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
   前記放射線検出器により検出された放射線量の二次元分布を画像化し、前記放射線の入射方向が異なる複数の画像を生成する信号処理手段と、
   前記信号処理手段により生成された複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を左右反転及び／又は菱形変形したうえで、これら複数の画像を重ねて１つの画像とする画像処理手段と、
   を備え、
   前記画像処理手段は、前記複数の画像を重ねたときに、対応する位置の画素のうち、前記放射線の透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して前記１つの画像を構成することにより、前記透孔に重なっている異物によるノイズ画像を除去する
   ことを特徴とする透視検査装置。
2. 前記放射線の入射方向が異なる複数の画像は、２画像、３画像、または、４画像である
   ことを特徴とする請求項１記載の透視検査装置。
3. 前記放射線源が発生する放射線は、放射状に照射され、
   前記入射方向変更手段は、前記透孔を、前記放射線の照射範囲内において移動させることにより、または、前記放射線源を移動させることにより、前記透孔への放射線の入射方向を変化させる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の透視検査装置。
4. 前記放射線源が発生する放射線は、放射状に照射され、
   前記入射方向変更手段は、前記透孔を、前記放射線の照射範囲内において回転させることにより、前記透孔への放射線の入射方向を変化させる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の透視検査装置。
5. 回路基板を略垂直に貫通した透孔の内周壁に被着形成された導体箔と、前記透孔に挿通された端子との導通状態を検査する透視検査方法であって、
   前記透孔に斜め側方から放射線を照射し、前記透孔を透過した放射線を検出して放射線量の二次元分布を画像化し、
   前記放射線の前記透孔への入射方向を変化させ、前記透孔を透過した放射線を検出して放射線量の二次元分布を画像化し、
   前記放射線の入射方向が異なる複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を左右反転及び／又は菱形変形したうえで、これら複数の画像を重ね、対応する位置の画素のうち、前記放射線の透過率が高いことにより明度の高い画素のみを採用して１つの画像を構成することにより、前記透孔に重なっている異物によるノイズ画像を除去する
   ことを特徴とする透視検査方法。
6. 前記放射線の入射方向が異なる複数の画像は、２画像、３画像、または、４画像である
   ことを特徴とする請求項５記載の透視検査方法。

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