JP3399468B2 - 実装済みプリント基板の検査装置 - Google Patents

実装済みプリント基板の検査装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、実装済みプリント基板
検査装置に関するもので、細く絞った微小ビーム光を実
装済みプリント基板に照射し、その反射光を検出するこ
とで、実装部品の位置ずれ、欠品、はんだ不良などを検
査せんとするものである。 【0002】 【従来の技術】近年、実装済みプリント基板の部品の位
置ずれ、欠品、はんだ不良等の検査には、三角測量の原
理を用いた非接触方式のものが用いられており、特に、
細く絞ったビーム光を実装済みプリント基板に垂直に照
射しながら前記基板上を走査し、微小ビーム光の照射位
置からの拡散する反射光を光電変換素子で受光して、基
板の表面形状を検査することが行われている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の実装済みプ
リント基板の検査装置では、微小ビーム光の照射位置か
ら拡散する反射光のうち、微小ビーム光の光軸方向(略
垂直方向)へ反射する反射光をも光電変換素子に導くこ
とにより、はんだの付きを検出するための輝度データと
して利用することが行われている。本発明はこのような
垂直方向の反射光を利用する検査装置において、その検
出精度をさらに向上させ、検査対象となる実装済みプリ
ント基板の3次元形状を取得し、検査する装置を提供す
ることを目的とする。 【0004】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の実装済みプリント基板検査装置は、実装済
みプリント基板上に垂直に照射したビーム光の照射位置
から拡散する反射光のうち、前記ビーム光の照射光軸に
そった垂直方向への反射光を受光し、受光光量に応じた
電気的出力に変換する光電変換手段を備え、前記光電変
換手段に互いに独立した電気的出力をするように分割さ
れたフォトダイオードを用いることを特徴とするもので
ある。 【0005】 【作用】上記構成によれば、ビーム光照射位置から拡散
する反射光のうち、ビーム光の照射光軸に沿って垂直方
向に反射する反射光を互いに独立した電気的出力を行う
光電変換素子で受光し、その出力を比較することによ
り、半田面の傾斜方向や傾斜角度を検出することができ
る。 【0006】 【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。本発明が適用される実装済みプリント
基板の検査装置としては図1に示すものがある。図1に
おいて、1は実装済みプリント基板6上に照射する微小
ビーム光を発生するための光源である。2は光源1から
の微小ビーム光を集光し平行光束にするためのコリメー
トレンズ系である。3は前記平行光束を偏向し、かつ、
実装済みプリント基板6からの反射光を偏向するための
ポリゴンミラーである。4はポリゴンミラー3を回転駆
動させるポリゴンモーターである。5はポリゴンミラー
3により偏向された前記平行光束を集光し、実装済みプ
リント基板6に対して略垂直に照射する投光fθレンズ
である。6は検査対象の実装済みプリント基板である。 【0007】7、8、9、10は実装済みプリント基板
6上の前記微小ビーム光照射位置からの反射光を4方向
から受光し、反射光をそれぞれ、受光fθレンズ11、
12、13、14に導くために、反射光の光路を補正す
る光路補正光学系である。受光fθレンズ11、12、
13、14は、光路補正光学系7、8、9、10を通過
してきた反射光をポリゴンミラー3に導くためのもので
ある。15、16、17、18は受光fθレンズ11、
12、13、14を通り、ポリゴンミラー3により偏向
された反射光を集光するためのPSD(半導体位置検出
素子)用レンズである。19、20、21、22はPS
D用レンズ15、16、17、18により集光された反
射光を受光するPSDであり、受光位置に応じた電気的
出力を発生する。 【0008】23は実装済みプリント基板6上の前記微
小ビーム光照射位置からの反射光のうち、投光光軸に沿
って、投光fθレンズ5、ポリゴンミラー3をとおり戻
ってきた実装済みプリント基板6に対して垂直方向の反
射光を偏向するトンネルミラーである。24はトンネル
ミラー23により偏向された反射光を集光するためのレ
ンズである。25は前記垂直方向以外からの反射光を遮
断する絞りである。26は前記垂直方向の反射光を受光
し、受光光量を電気的出力に変換するフォトダイオード
である。 【0009】27は実装済みプリント基板6を固定する
ためのテーブルである。28は回転することによりテー
ブル27を副走査方向(矢印y方向)に移動させるボー
ルネジである。29はボールネジ28を回転させるボー
ルネジモーターである。30はテーブル27を案内する
ための案内レールである。以上のように構成された実装
済みプリント基板検査装置についてその動作を説明す
る。 【0010】光源1から発生した微小ビーム光は、コリ
メートレンズ系2により平行光束となり、トンネルミラ
ー23の穴空き部分を通過後、ポリゴンミラー3により
偏向され、投光fθレンズ5により集光され微小ビーム
光照射光軸として実装済みプリント基板6上に略垂直に
照射される。この際、光源1より発生した微小ビーム光
は、ポリゴンモータ4により回転駆動されるポリゴンミ
ラー3の回転にともない、実装済みプリント基板6上を
図中の主走査方向(矢印x方向)に走査する。そして、
実装済みプリント基板6上の走査位置から拡散する反射
光は、光路補正光学系7、8、9、10によって、受光
fθレンズ11、12、13、14へと導かれる。 【0011】光路補正光学系7、8、9、10は、実装
済みプリント基板6上の照射位置から拡散する反射光の
うち、前記微小ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
前記微小ビーム光照射光軸と反射光光軸のなす角度(以
下、倒れ角)が略一定で、かつ、反射光軸を前記微小ビ
ーム光照射光軸に対して垂直な平面に投影した時の走査
方向となす角度(以下、割付角)とが略一定の反射光、
つまり方向ベクトルが略一定の反射光を受光する。そし
て、走査位置の変化に関わらず、主走査方向(矢印x方
向)の位置に対して微小ビーム光照射光軸と略同位置で
受光fθレンズ11、12、13、14へ略垂直に入射
させ、さらに、走査位置が変化しても、反射光の受光f
θレンズの副走査方向(矢印y方向)の入射位置が変化
しないように、反射光を導く。 【0012】受光fθレンズ13は投光fθレンズ5と
同一の形状であるため、反射光は投光の微小ビーム光と
同一の経路をたどりポリゴンミラー3に導かれる。そし
て、ポリゴンミラー3により偏向され、微小ビーム光の
走査位置の変化に関わらず、プリント基板6上の前記微
小ビーム光照射位置の高さに応じた、PSD21上の位
置に反射光の像が結像される。他の光路補正光学系7、
8、10も同様であり、それぞれ、光路補正光学系7、
8、10が受光する反射光は、受光fθレンズ11、1
2、14及びPSD用レンズ15、16、18、を通
り、PSD19、20、22に導かれる。 【0013】このように実装済みプリント基板6からの
反射光は、微小ビーム光照射位置の高さに応じたPSD
上の位置に結像されるので、この時のPSD19、2
0、21、22からの電気的出力を用いて微小ビーム光
照射位置の高さを求める。これらの4方向に配置された
PSD19、20、21、22により測定されたデータ
に対して、後に述べる選択等の処理を行い、測定対象物
の表面状態に関わらず、正しい高さを計測することがで
きる。 【0014】前記微小ビーム光照射位置より、前記微小
ビーム光照射光軸方向(略垂直方向)へ反射する反射光
は、投光fθレンズ5、ポリゴンミラー3、トンネルミ
ラー23、レンズ24、絞り25を介してフォトダイオ
ード26に導かれる。この際、垂直方向への反射光は、
投光fθレンズ5、レンズ24により集光され、この集
光された反射光をフォトダイオード26が受光する。ま
た、レンズ24とフォトダイオード26の間に設けられ
ている絞り25により前記微小ビーム光照射光軸方向の
反射光以外の光は遮断される。したがって、前記微小ビ
ーム光照射位置より前記微小ビーム光照射光軸方向へ反
射する反射光の光量のみが正しく計測できる。 【0015】このように4つのPSD19、20、2
1、22で1つの計測点に対して4方向より4つの輝度
データおよび高さデータが取得できる。4つの輝度デー
タの選択処理方法としては、4つのデータの最大値を求
める方法などがある。高さデータの選択処理方法として
は、例えば、計測精度を保証できないデータを取り除
き、残りのデータの平均を取る方法や、残りのデータ数
が多い場合は、最大レベルのデータと最小レベルのデー
タを取り除き、残りのデータの平均を取る方法などがあ
る。 【0016】またフォトダイオード26は、実装済みプ
リント基板6からの垂直方向への反射光を受光するの
で、はんだ面の傾きが緩やかな時やはんだが付いていな
い時は、垂直方向の反射光が多くなるので出力は大きく
なり、逆に、はんだ面の傾きが急な時には、垂直方向の
反射光が少なくなるので出力は小さくなる。このため、
PSDの出力が小さくはんだ面の高さを正しく測定でき
ない場合は、フォトダイオード26の輝度情報を参照す
ることができる。 【0017】そして、選択処理された高さおよび輝度情
報と、予め基準となる実装済みプリント基板から得られ
て記憶されている高さおよび輝度情報を比較して、実装
済みプリント基板の実装状態の良否を検査することがで
きる。 【0018】ところで、上記構成の実装済みプリント基
板の検査装置において、フォトダイオード26の役目
は、半田面が斜面か平面かを受光光量から検出すること
である。しかし、単体のフォトダイオード26では半田
面の斜面と平面を判断できても、斜面がどちらに傾いて
いるかを判断することはできない。そこで本実施例の実
装済みプリント基板の検査装置においては、フォトダイ
オード26として4分割フォトダイオードを用いている
点である。4分割フォトダイオードを用い、4つの分割
部の内、半田面が傾いている方向の部分の出力が一番大
きくなることから、半田面の傾斜方向を判断することが
できる。 【0019】以下図2を用いて詳しく説明する。図2は
4分割フォトダイオードを用いた構成の説明図である。
37は4分割フォトダイオード、38は実装済みプリン
ト基板の半田面、39はリード先端である。簡単のた
め、投光fθレンズ、ポリゴンミラー、トンネルミラ
ー、レンズ、絞りは省略している。反射光の主光線を矢
印付きの実線で表し、その周辺光を破線で表している。
4分割フォトダイオード37は破線で表した周辺光を受
光することになるが、半田面が傾いていると、反射光の
主光線は微小ビーム光照射光軸Aの方向には向かず、図
2のように半田面の傾斜している方向に傾く。また周辺
光は主光線から遠ざかるほど光量が小さくなるので、以
上のことより周辺光を受光する4分割フォトダイオード
は、半田面の傾いている方向の分割部の受光光量が最大
となる。図2では分割部3の受光光量が最大となる。つ
まり、分割部1〜4の受光光量を検出し、最大光量の分
割部を調べることで、半田面の傾いている方向を知るこ
とができる。また、分割部1〜4の受光光量に演算を施
して半田面の傾斜角度を求めることができる。 【0020】以上は4分割フォトダイオードで例を示し
たが、4分割以上の分割数のフォトダイオードを用いて
も差し支えないし、単体のフォトダイオードを複数個配
列してその受光光量を検出しても差し支えない。さら
に、フォトダイオードの代わりに2次元PSDを用い
て、反射光の主光線位置を求めても差し支えない。 【0021】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、実装済み
プリント基板に垂直に照射した微小ビーム光の反射光の
うち、その微小ビーム光軸に沿った略垂直方向の反射光
を受光して、表面形状の検査を行う実装済みプリント基
板の検査装置において、互いに異なる電気的出力をする
分割された光電変換素子を用いて、垂直方向の反射光を
受光することにより半田面の傾斜方向を検出し、検査精
度をあげることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明が適用される実装済みプリント基板の検
査装置の構成図 【図2】本発明の一実施例における実装済みプリント基
板の検査装置の要部説明図 【符号の説明】 1 光源 2 コリメートレンズ系 3 ポリゴンミラー 4 ポリゴンモーター 5 投光fθレンズ 6 実装済みプリント基板 7、8、9、10 光路補正光学系 11、12、13、14 受光fθレンズ 15、16、17、18 PSD用レンズ 19、20、21、22 PSD 23 トンネルミラー 24 レンズ 25 絞り 26 フォトダイオード 37 4分割フォトダイオード
フロントページの続き (72)発明者 小野 裕司 香川県高松市古新町8番地の1 松下寿 電子工業株式会社内 (72)発明者 永田 秀範 香川県高松市古新町8番地の1 松下寿 電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−187619(JP,A) 実開 昭58−123308(JP,U) 特許3203853(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/84 - 21/958 G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 検査すべき実装済みプリント基板上に照
    射するビーム光を発生する光源と、 前記光源から発生した前記ビーム光が前記実装済みプリ
    ント基板上を走査するために、前記ビーム光を偏向する
    偏向手段と、 前記偏向手段により偏向された前記ビーム光を前記実装
    済みプリント基板に対して略垂直に照射する投光レンズ
    系と、 前記投光レンズ系により、前記実装済みプリント基板上
    に垂直に照射したビーム光の照射位置から拡散する反射
    光のうち、前記ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
    垂直に照射されるビーム光の光軸に対する方向ベクトル
    が一定の反射光を受光するとともに、実装済みプリント
    基板に対して互いに垂直に、かつ前記走査方向に垂直な
    方向に関して互いに平行になるように反射光を導く複数
    の光路補正手段と、 前記複数の光路補正手段を通過後の複数の反射光を、互
    いに平行に前記偏向手段に導く受光レンズ系と、 前記偏向手段により偏向された反射光を受光し、その光
    量を前記実装済みプリント基板上の前記ビーム光照射位
    置の高さに応じた電気的出力に変換する複数の光電変換
    手段とを備えた実装済みプリント基板の検査装置におい
    て、 実装済みプリント基板上に垂直に照射したビーム光の照
    射位置から拡散する反射光のうち、前記ビーム光の照射
    光軸にそった垂直方向への反射光を受光し、受光光量に
    応じた電気的出力に変換する光電変換手段を備え、前記
    光電変換手段に互いに独立した電気的出力をするように
    分割されたフォトダイオードを用いることを特徴とする
    実装済みプリント基板の検査装置。
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