JP2616880B2 - 電気部品接続部の検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気部品（電子部品）の
リードと基板電極間の接続部分における検査方法に関
し、特にリードの接続部分に直接プローブを接触させた
後、そのプローブに所定の荷重と振動を加え、発生した
歪を観測することにより強度と相関した出力信号に基づ
き接続状態の良否判定を行う検査方法において、プロー
ブの接触箇所が適切でない場合の誤判定を防止する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、フラットパッケージタイプの電気
部品（以下、電子部品を含む概念として使用する）の多
くは基板に自動実装されていて、まず自動実装装置によ
り電気部品を基板の所定位置に配設した後、電気部品の
リードと基板に形成されている電極とをリフローはんだ
付け工法によりはんだ付けしている。このリフローはん
だ付け工法ははんだ付け部分を少なくとも加熱して、電
気部品のリードと基板電極との間に供給したはんだを溶
解させて接続する工法であり、一度に多数のリードが基
板電極にはんだ付けされる。ところが、多数の接続部の
うち一部に接続不良が発生することがあるため、接続状
態の良否が検査されている。

【０００３】この接続状態の検査は通常、拡大鏡や画像
処理によって行われているが、この検査は定性的な判定
しかすることができない。このため、部品の組み立てや
製品の搬送時などに加わる振動などによって、接続不良
が生ずる場合にはそれを検出することはほとんど不可能
であった。しかも、誤判定や見落としなどもあり、完璧
に検査することはできなかった。

【０００４】そこで、従来の上記定性的な検査に止まら
ず、接続部における接続強度を定量的に検出することを
目的に研究が重ねられた結果、先に特願平５−１１１３
０４号が開示された。この検査方法は図１に示すよう
に、まず電気部品１０が実装された基板１４を検査位置
に搬送し、基板１４及び電気部品１０の代表的な電極位
置を画像処理装置などにより検出して位置決めした後、
プローブ２０を図２(a)及び(b) に示すように電気部品
１０のリード１２の接続部２４上に降下させる。その
後、リード１２に直接接触しているプローブ２０に非破
壊の範囲で一定の荷重と振動を加え、その荷重と振動に
より発生した歪を電気的信号に変換して強度と相関した
出力信号として接続状態の良否を判定するものである。

【０００５】すなわち、この特願平５−１１１３０４号
に示す方法は，電気部品１０のリード１２と基板１４上
の電極１６間の接続強度を、電気部品１０のリード１２
上にプローブ２０を降下させて加振することにより得ら
れる強度と相関した出力信号を測定することによって、
良否判定を行うものである。したがって、接続強度の良
否判定が定量的に得られることから、見掛け上接続して
いても、振動などによって接続不良となるものは確実に
選びだすことができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は図８(a) に示すように、プローブ２０の接触箇所がリ
ード１２の接続部２４の適切な位置であっても、プロー
ブ２０の先端が同図に示すように破損したり、あるいは
過度の摩耗によってプローブ２０の長さが変化してしま
った場合には、加振における共振状態が変わり、正しい
信号が得られず誤判定を生じる問題があった。

【０００７】また、同図８(b) に示すように、プローブ
２０が電気部品１０のリード１２上の接続部２４以外の
箇所に接触させられる場合がある。この場合、電気部品
１０のリード１２と基板電極１６間の接続は良好である
にもかかわらず、プローブ２０の接触位置が接続部分以
外の場所に接触したことにより不良と判断され、誤判定
を生じる問題があった。更に、同図８(c) に示すよう
に、電気部品１０のリード１２の先端部が折れ曲がるな
どによって、プローブ２０が電気部品１０のリード１２
上に接触せず、基板電極１６面に接触している場合や、
プローブ２０が位置ずれなどによって基板１４面上に接
触している場合には、電気部品１０のリード１２と基板
電極１６間の接続がたとえ完全に外れていても、接続は
良好であると判断され、誤判定を生じる問題があった。
その結果、不良品が良品として製品の中に混入したり、
また、検査済の製品を再度作業者により再検査せねばな
らないなどの問題が発生していた。

【０００８】上記問題は、プローブ２０の加振により歪
の測定を行うとともに接続強度の状態を判断する良否判
定のアルゴリズム（演算規則）や判定処理装置内の信号
系の欠陥によるものではなく、基板１４や電気部品１０
の位置検出における検出ずれや、あるいは電気部品１０
のリード１２の損傷又は変形などにより生じているもの
であり、誤判定を単に判定アルゴリズムのパラメーター
などで解決することはできなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、電気部品
のリードと基板の電極間の接続状態をプローブの接触に
より測定する場合、単に加振による接続強度に相関した
電気的信号を得るだけでなく、同時にプローブの接触高
さのデータも測定しておくことにより、誤判定を防止す
ることに想到して本発明に至ったのである。

【００１０】本発明に係る電気部品接続部の検査方法の
要旨とするところは、電気部品のリードと基板電極との
接続部分に直接接触させたプローブに非破壊の範囲で所
定の荷重と振動を加え、発生させた歪を測定することに
より、接続状態の良否を判定する検査方法において、少
なくとも１箇所の基板電極の表面高さのデータを保持す
る工程と、電気部品の個々のリードの接続部における表
面高さのデータを保持する工程とを備え、該電気部品の
リードの接続部の表面高さが基板電極の表面より一定高
さの範囲にある場合のみ、前記測定した接続状態に関す
るデータを有効とし、その後の接続状態の良否判定を行
うことにある。

【００１１】かかる本発明の電気部品接続部の検査方法
における前記基板電極の表面高さのデータを保持する工
程において、該基板電極の表面高さを少なくとも２箇所
測定することにより、個々の基板電極の表面高さを推定
し、該データを保持することにある。

【００１２】また、かかる本発明の電気部品接続部の検
査方法において、前記基板電極の表面高さのデータを保
持する工程が、前記プローブを基板電極の表面に接触さ
せて、該基板電極の表面高さのデータを保持する工程で
あることにある。

【００１３】更に、かかる本発明の電気部品接続部の検
査方法において、前記電気部品の個々のリードの接続部
における表面高さのデータを保持する工程が、電気部品
の個々のリードの接続部の表面に該プローブを接触させ
て、該接続部の表面高さのデータを保持する工程である
ことにある。

【００１４】

【作用】本発明に係る電気部品接続部の検査方法は、プ
ローブなどを用いて基板電極の表面高さを測定し、その
データを保持するとともに、電気部品の個々のリードの
接続部における表面高さを測定し、そのデータを保持
し、基板電極の表面高さのデータとリードの接続部にお
ける表面高さのデータとから、該電気部品のリードの接
続部の表面高さが基板電極の表面より一定高さの範囲に
ある場合、プローブが正常な状態で且つ正しい位置にあ
ると判定される。そして、この場合にのみ電気部品のリ
ードの接続部に接触させられたプローブが所定の圧力で
押圧されるとともに加振されて、発生させられた歪が測
定される。その結果、歪が所定の範囲内にあるときはリ
ードと電極との接続状態は正常であると判定される。ま
た逆に、歪が所定の範囲から外れているときは、リード
と電極との接続が外れているか、あるいは接続強度が不
充分であると判定される。

【００１５】一方、上記基板電極の表面高さのデータと
リードの接続部における表面高さのデータとから、該電
気部品のリードの接続部の表面高さが基板電極の表面よ
り一定高さの範囲内から外れている場合、プローブが破
損しているか、あるいは検査装置の誤作動などによって
プローブの先端がリードの接続部の表面から外れて接触
しているか、あるいはリードの先端部が折れ曲がった
り、折れて無くなっていて、プローブがリードの接続部
の表面に接触できない状態など、リードと電極との接続
状態が異常と判定され、所定の荷重と振動を加えること
を中止して誤判定が回避される。

【００１６】また、かかる本発明の電気部品接続部の検
査方法における前記基板電極の表面高さのデータを保持
する工程において、該基板電極の表面高さを少なくとも
２箇所測定することにより、個々の基板電極の表面高さ
を推定し、該データを保持するように構成することによ
り、基板が反っていたり、あるいは傾いていた場合であ
っても、個々の基板電極の表面高さをほぼ正確に求める
ことができる。したがって、かかるデータを保持するこ
とにより、個々のリードと基板電極との接続部における
プローブの位置をより正確に判定することができ、プロ
ーブによる接続状態の誤判定が回避される。

【００１７】

【実施例】次に、本発明に係る電気部品接続部の検査方
法の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１８】図１に示すように、フラットパッケージタ
イプの電気部品１０は側面に多数のリード１２を備え、
また、電気部品１０が実装される基板１４には図示しな
い回路と個々のリード１２に接続される電極１６が所定
の位置に形成されている。この電気部品１０のリード１
２は、図２に示すように、たとえばリフローはんだ付け
法などによって基板１４の電極１６に、はんだ１７を介
してはんだ付けされている。はんだ付けされた電気部品
１０は通常、セルフ・アライメント効果により電気部品
１０は基板１４に対してほぼ正確に実装されている。一
方、電気部品１０の接続部の良否を検査する検査装置１
８はプローブ２０と、そのプローブ２０に接続部を破壊
しない範囲内で所定の荷重を負荷するとともに振動を加
える負荷加振手段２２を備えて構成されている。

【００１９】まず、電気部品１０が実装された基板１４
は図示しない搬送ユニットにより所定の検査位置まで供
給される。この検査位置では、所定の箇所に設置された
センサにより基板１４上に設けられた位置検出マークを
検知するとともに、画像処理などにより電気部品１０の
特徴ある部分からその電気部品１０の位置を求め、更
に、電気部品１０のリード１２の位置データ（ピッチな
ど）に基づいて、プローブ２０が接触すべき電気部品１
０のリード１２の接続部２４の位置と基板１４の電極１
６の位置を求め、プローブ２０の降下位置が設定され
る。

【００２０】ここで、本発明者は、図１に示す電気部品
１０の４辺のリード１２の列のうち任意の１辺のリード
１２の列において、基板電極１６に接続されているリー
ド１２の接続部２４の表面上に接触させられているプロ
ーブ２０の接触高さのバラツキを調べた。その結果、図
３に示すように、電気部品１０のリード１２の厚さをＴ
_H 、はんだ１７の平均的な厚さをＳ_t とすると、基板電
極１６の表面高さを基準に一定の高さ（Ｔ_H ＋Ｓ_t ）を
中心として、図４に示すように、エンコーダの出力値よ
り±２０μｍの範囲内で分布していることが分かった。

【００２１】一方、基準となる基板電極１６の表面高さ
についてデータを取って調べたところ、基板１４自体に
反りや傾きがあった。しかしながら、この基板１４自体
の反りや傾きは、図５に示すように、電気部品１０の１
辺内の総電極数をＮとし、その１辺の両端に位置する基
板電極１６の表面高さのうち電極数の基準とする１端の
電極１６の電極高さをＨ₁ 、他端の電極１６の電極高さ
をＨ_N とすると、１辺内の電極１６は等ピッチで形成さ
れていることから、図６に示すように、電極数の基準と
する１端から電極数ｎ番目の電極高さＨ_n は、式（１）
数１

【数１】 にて、ほぼ正確に求めることができることが分かった。

【００２２】そこで、まず図１に基づいて説明したよう
に、プローブ２０を接触させるべき電気部品１０のリー
ド１２の位置を設定した後、基板１４の個々の電極１６
の表面高さを求めるために、図７に示すように、たとえ
ば両端に位置する電極２８（１６）及び３０（１６）の
表面にプローブ２０を順に接触させて、それぞれの表面
高さＨ_N ，Ｈ₁ を求め、前記式（１）により基板１４の
個々の電極１６の表面高さを算出し、その個々の電極高
さＨ_n の値を前もって求めておく。次に、図３に示すよ
うに、先に設定しておいた電気部品１０のリード１２の
接続部２４の位置にプローブ２０を降下させ、プローブ
２０が接触した高さＰ_n を測定する。

【００２３】そして、同図３に示すように、電気部品１
０のリード１２の厚さＴ_H と平均的はんだ厚さＳ_t とプ
ローブ２０の接触高さのバラツキ及び測定誤差を±αと
して、Ｈ_n とＰ_n について次の式（２） Ｔ_H ＋Ｓ_t −α＜（Ｈ_n −Ｐ_n ）＜Ｔ_H ＋Ｓ_t ＋α （２） が満たされているか否かを判定する。この式（２）の条
件を満たすことは、基板１４の電極１６上に厚さＳ_t の
はんだ１７を介して、電気部品１０の厚さＴ_H のリード
１２が接続されており、測定誤差及びはんだ１７の厚さ
Ｓ_t やリード１２の厚さＴ_H などのバラツキ値±αの範
囲を考慮した状態で、電気部品１０のリード１２の接続
部２４上にプローブ２０が接触していることを意味して
いるものである。

【００２４】したがって、（Ｈ_n −Ｐ_n ）が式（２）の
条件を満たすときには、検査装置１８の負荷加振手段２
２を作動させてプローブ２０に接続部を破壊しない範囲
内で所定の荷重を負荷するとともに振動を加えて、発生
させた歪を観測し、接続強度を定量的に測定する。その
結果、所定の強度を備えているときには、リード１２と
電極１６とが正確に接続されていると判定し、図７に示
すように、検査装置１８はプローブ２０を次のリード１
２の接続部２４に移動させて、同様の作動を繰り返して
接続状態を検査するのである。一方、発生させた歪が所
定の値より大きく、リード１２と電極１６とが接続され
ていないか、あるいは所定の強度を備えて接続されてい
ないと判定したときには、判定結果を出力し、結果に基
づいて修復作業を行うことになる。

【００２５】次に、仮に上記式（２）が満たされず、下
記の２式（３），（４） （Ｈ_n −Ｐ_n ）＜Ｔ_H ＋Ｓ_t −α （３） （Ｈ_n −Ｐ_n ）＞Ｔ_H ＋Ｓ_t ＋α （４） のいずれかが成立するときは、プローブ２０の接触位置
が電気部品１０のリード１２の接続部２４の面上に接触
しているのではないと判定して、検査装置１８はプロー
ブ２０への荷重負荷及び加振を停止させるとともに異常
の発生を必要に応じて警報して、一連の検査動作を停止
することになる。

【００２６】より具体的には、式（３）はプローブ２０
が基板電極１６面の近くまで大きく降下している可能性
を意味していて、たとえば図８(a) に示すように、プロ
ーブ２０が折れたり、極度に磨耗してプローブ２０の長
さが短くなった状態や、あるいは同図(c) に示すよう
に、電気部品１０のリード１２が折れ曲がったり、折れ
て無くなっているような状態で成立しやすい。一方、式
（４）は電気部品１０のリード１２の接続部２４の面よ
りかなり高い位置で、プローブ２０が何らかの部材に接
触してしまっている状態や異物がリード１２の接続部２
４の面上に付いている状態を示しており、たとえば同図
(b) に示すような状態が発生している可能性を示してい
る。したがって、上記式（３）又は（４）を満たすとき
には、一連の検査動作が停止されることになる。

【００２７】以上、本発明に係る電気部品接続部の検査
方法の一実施例を詳述したが、本発明は上述の実施例に
限定されるものではない。

【００２８】たとえば、上述の実施例では基板１４の反
りや傾きなどによって生ずる基板電極１６の実際の表面
高さを、電極１６の列における両端部の電極１６（２
８，３０）の表面高さを測定することによって式（１）
により推定していたが、電極１６の表面高さの測定精度
が高く、且つ基板１４の表面が一次元的に変化している
ことが分かっている場合には、たとえば隣合う２つの電
極１６について表面高さを測定し、他の電極１６の表面
高さを推定することも可能である。すなわち、少なくと
も２点間の電極１６の表面高さを測定すれば、他の電極
１６の表面高さをほぼ正確に推定することが可能であ
る。

【００２９】また、基板１４に反りや傾きなどがある場
合は上述したように、それらによる影響を除去する必要
があるが、基板１４に反りや傾きなどがほとんどなく、
基板１４の電極１６の表面高さがほとんど変化しない場
合は、基板毎あるいは電極の列毎に基板の電極の表面高
さを測定せずに、一度計測値を入力するのみで次々と検
査するようにしても良い。

【００３０】更に、前述したように、基板１４の電極１
６の表面高さを接続状態を検査するためのプローブ２０
で測定しても良いが、電極１６の表面高さは検査用のプ
ローブ２０とは異なるプローブで測定を行うように構成
しても良い。また、電極１６の表面高さはプローブを用
いずに、たとえばレーザー光線などによって測定しても
良い。

【００３１】また同様に、リード１２の接続部２４の表
面上にプローブ２０が正確に接触させられているか否か
の判定を行うために、プローブ２０の先端における高さ
を測定するのにたとえばレーザー光線などを用いること
も可能である。この場合、レーザー光線とプローブ２０
とを同調させておく必要がある。

【００３２】次に、プローブによって基板電極やリード
の接続部における表面高さを測定するのにあたり、プロ
ーブの先端が鋭く尖っている場合、プローブの先端が基
板電極などの内部に食い込むことによって、測定誤差が
生ずる恐れがある。そこで、プローブの先端部の形状を
凹凸状に形成するなど、電極などの硬度に応じて適宜設
定することが可能である。また、プローブによる検査工
程において、基板電極及びリードの接続部の表面高さを
測定するときにプローブに加えられる圧力と、リードと
基板電極との接続状態を検査するためにプローブに振動
を与える前に加えられる圧力とをそれぞれ適宜、変更す
ることも可能である。

【００３３】更に、接続部の検査工程において、プロー
ブなどによって測定された基板電極の表面高さとリード
の接続部の表面高さとの関係から、基板電極とリードの
接続が不良であると判定された場合、あるいはリードと
基板電極との接続部に直接接触させたプローブに非破壊
の範囲で所定の荷重と振動を加え、発生させた歪を測定
した結果、接続状態が不良であると判定された場合、い
ずれも直ちにその後の検査工程を停止させて、修復後に
その後の検査工程を再開させるように構成したり、ある
いは接続状態の良否判定を検査位置とともに記憶装置に
記憶させ、一通りの検査が終了した後に、不良箇所の修
復を行うように構成することも可能であり、何ら限定さ
れるものではない。その他、本発明はその趣旨を逸脱し
ない範囲内で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修
正、変形を加えた態様で実施し得るものである。

【００３４】

【発明の効果】以上、本発明に係る電気部品接続部の検
査方法は、電気部品のリードと基板電極との接続状態を
検査するためにプローブが接触させられている位置が、
基板電極を基準として常にはんだの厚さと電気部品のリ
ードの厚さを加算した所定の範囲内にあるか否かを判定
することによって、プローブが所定の状態で正確にリー
ドの接続部の表面に接触させられているか否かを検定
し、その後、接続強度を測定して接続の良否を判定する
ように構成されているため、プローブの接触位置が不適
切な状態にある場合やプローブが破損している場合など
による誤判定の発生を飛躍的に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気部品接続部の検査方法を実施
する装置の要部を説明するための要部斜視図である。

【図２】プローブがリードの接続部の上に接触した状態
を示す図であり、同図(a) は要部断面図、同図(b) は要
部斜視図である。

【図３】基板電極とリードの接続部との表面高さの関係
を説明するための説明図である。

【図４】リードの接続部表面におけるプローブの高さの
バラツキを説明するための図である。

【図５】基板の反りや傾きによる電極の表面高さの変化
を示す図である。

【図６】基板の反りや傾きを考慮して個々の電極の表面
高さを求める数式を導くための説明図である。

【図７】本発明に係る電気部品接続部の検査方法を説明
するための要部説明図である。

【図８】図(a) ，(b) 及び(c) はいずれも本発明に係る
電気部品接続部の検査方法における不具合の発生を説明
するための要部説明図である。

【符号の説明】

１０；電気部品 １２；リード １４；基板 １６，２８，３０；電気部品の電極 １７；はんだ １８；検査装置 ２０；プローブ ２２；負荷加振手段 ２４；接続部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気部品のリードと基板電極との接続部
   に直接接触させたプローブに非破壊の範囲で所定の荷重
   と振動を加え、発生させた歪を測定することにより、接
   続状態の良否を判定する検査方法において、 少なくとも１箇所の基板電極の表面高さのデータを保持
   する工程と、電気部品の個々のリードの接続部における
   表面高さのデータを保持する工程とを備え、該電気部品
   のリードの接続部の表面高さが基板電極の表面より一定
   高さの範囲にある場合のみ、前記測定した接続状態に関
   するデータを有効とし、その後の接続状態の良否判定を
   行うことを特徴とする電気部品接続部の検査方法。
2. 【請求項２】 前記基板電極の表面高さのデータを保持
   する工程において、該基板電極の表面高さを少なくとも
   ２箇所測定することにより、個々の基板電極の表面高さ
   を推定し、該データを保持することを特徴とする請求項
   １に記載する電気部品接続部の検査方法。
3. 【請求項３】 前記基板電極の表面高さのデータを保持
   する工程が、前記プローブを基板電極の表面に接触させ
   て、該基板電極の表面高さのデータを保持する工程であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する電
   気部品接続部の検査方法。
4. 【請求項４】 前記電気部品の個々のリードの接続部に
   おける表面高さのデータを保持する工程が、電気部品の
   個々のリードの接続部の表面に該プローブを接触させ
   て、該接続部の表面高さのデータを保持する工程である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
   載する電気部品接続部の検査方法。