JP3492707B2 - クリーム半田部の高さ分布及び体積の測定方法 - Google Patents

クリーム半田部の高さ分布及び体積の測定方法

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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クリーム半田の高さ分
布及び体積の測定方法に係り、詳しくは、レーザ三角測
量とX線透過画像の濃度分布とを組合せて、クリーム半
田部の高さ分布と体積とを正確・迅速に測定できるよう
にした手段に関する。
【0002】
【従来の技術】基板に電子部品を搭載するに先立ち、基
板の回路パターンの電極上には、一般に、スクリーン印
刷装置によりクリーム半田が塗布される。このスクリー
ン印刷は、パターン孔が開設されたスクリーンマスクを
基板の上面に近接させ、スキージをスクリーンマスク上
で摺動させることにより、パターン孔を通してクリーム
半田を塗布し、次いでスクリーンマスクと基板とを離反
させることにより、パターン孔内のクリーム半田を電極
上に転写するようになっている。
【0003】ところが、パターン孔内のクリーム半田
は、必ずしも完全に転写されるわけではない。例えば、
パターン孔が目詰まりを生じたり、クリーム半田がスク
リーンマスクの裏面へにじみ出たりすることにより、電
極上のクリーム半田部の体積が不足したり、クリーム半
田部の表面の高さが不適切になる場合があり、結果とし
て、電子部品の実装、半田付け後の接合状態、電極の浮
き、半田ブリッジ、半田ボール、チップの立ち等の不良
を発生する場合がある。
【0004】したがって、このクリーム半田部につい
て、その高さ分布と体積を正確・迅速に測定し、半田の
塗布状態の良否を検査することが必要となる。ところが
現状では、この測定は目視によることが一般であり、正
確を欠く。そこで、目視によらない測定手段として、次
に述べるものが試みられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】第1に、カメラにより
クリーム半田部を上方から観察する手段がある。しか
し、この手段では、クリーム半田部の平面画像しか得ら
れず、クリーム半田部の高さを知ることができない。ま
た、クリーム半田部は、半田合金粉末とフラックスの混
合状態にあり、その表面は通常フラックスで覆われてい
るが、このフラックスが輝いてカメラの画像のノイズと
なり、クリーム半田部の平面形状が不明瞭となりがちで
あるという問題点がある。
【0006】第2に、レーザ三角測量による手段があ
る。しかし、レーザ三角測量は、基本的に1点のみの高
さしか測定できない。したがって、表面に凹凸を有する
クリーム半田部の表面全点の高さを十分な精度で測定す
るには、例えばクリーム半田部の長手方向に沿う走査
を、その直角方向に非常に多数回繰り返す必要がある。
よって、この手段では測定に多大の時間を要し、実用に
供しづらいという問題点がある。
【0007】第3に、X線透過画像の濃度分布のみによ
り測定する手段がある。この手段は、クリーム半田部が
高い(厚い)箇所はX線が透過しにくいので画像は暗く
なり、低い(薄い)箇所は画像が明るくなることを利用
して、画像の濃度分布(濃度レベル)からクリーム半田
部の高さを求め、体積を測定するというものである。し
かし、この画像の濃度レベルは、あくまでクリーム半田
部の相対的な高低を示すものにすぎず、濃度レベルによ
ってその濃度レベルを有する箇所の絶対的な高さ(厚
さ)の値を、一義的に決することは非常に困難である。
【0008】そこで本発明は、クリーム半田部の高さ分
布と体積を正確・迅速に測定できる手段を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板に形成さ
れたクリーム半田部の一部分の高さ情報をレーザ三角測
量により求めると共に、この基板にX線を照射してX線
透過画像を得る工程と、次に前記X線透過画像の濃度分
布と前記高さ情報を対応づけるキャリブレーションを行
う工程と、このキャリブレーションの結果を利用して、
前記X線透過画像の濃度分布からクリーム半田部の高さ
分布を求める工程から構成される。
【0010】
【作用】上記構成によれば、レーザ三角測量を多数回繰
り返して行う必要がないし、X線透過画像は短時間で得
ることができるので、迅速に所定の測定を行うことがで
きる。しかもキャリブレーションにより、X線透過画像
の濃度分布が、高さの絶対値に一義的に対応することに
なるので、クリーム半田部の絶対的な高さ分布や体積を
正確に知ることができる。
【0011】
【実施例】次に図面を参照しながら、本発明の実施例を
説明する。図1はX線装置の正面図である。1は基板、
2は基板1上に形成された電極、3は電極2の上面にス
クリーン印刷装置により塗布されたクリーム半田部であ
る。4はX線源であり、基板1に白色X線を照射する。
5は基板1の下方に設けられた絞りユニット、6はX線
検出器、7は光学ユニット、8はカメラである。X線源
4から基板1にX線を照射すると、X線透過画像は、こ
のカメラ8に取込まれ、その濃度分布を得ることができ
る。
【0012】9はXテーブル、10はYテーブルであ
り、これらのXYテーブル9,10は基板1と平行にな
るように設けられる。11はレーザ照射器、12はレー
ザ照射器11から照射され、クリーム半田部3で反射さ
れたレーザ光Bを受光する受光器、13は、レーザ照射
器11と受光器12をYテーブル10に固定するブラケ
ット、14,15はXYテーブル9,10の駆動用モー
タである。レーザ照射器11と受光器12は、一体的に
移動することにより、クリーム半田部3をXY方向に走
査できる。つまり、基板1に形成されたクリーム半田部
3の任意の点の高さ情報(絶対値)を、レーザ三角測量
により求めることができる。
【0013】図2は、基板1の電極2上に塗布されたク
リーム半田部3を示す。クリーム半田部3の表面は平面
ではなく、凹凸があり、その高さtは均一ではない。こ
こで、XYテーブル9,10の駆動用モータ14,15
を駆動して、レーザ照射器11からレーザ光Bを照射
し、このレーザ光Bでクリーム半田部3の長手方向に沿
い、しかもクリーム半田部3の頂点を通るように走査し
て、クリーム半田部3の一部分(クリーム半田部3をそ
の長手方向に横切る稜線について)の絶対的な高さtの
情報を求める。なお、このレーザ光Bは若干太くしてお
いた方が、測定値を安定させる上で望ましい。
【0014】次に、基板1に上記X線装置によりX線を
照射して、X線透過画像を得る。図3は、図2に示すク
リーム半田部3をカメラ8に取込んだX線透過画像の濃
度分布を示す。14は、カメラ8の受光部の画素、L
(L0〜L5)はこの画像の濃度レベルである。但し、
濃度レベルLがL0〜L5に向かって次第に暗くなるこ
とを示す。すなわち、濃度レベルL1ではクリーム半田
部3が低くX線が透過しやすいので明るくなり、濃度レ
ベルL5ではクリーム半田部3が高くX線が透過しにく
いので暗くなるものである。
【0015】次に、X線透過画像の濃度分布とレーザ三
角測量の高さ情報を対応づけるキャリブレーションにつ
いて説明する。さて、一般に単色X線の物質透過に関
し、次の基礎式が成立する。
【0016】I=I0 exp(−μt) ただし、IはX線透過強度、I0 は入射X線強度、μは
線吸収係数、tは透過物質の高さである。ここで、上式
の両辺の対数をとり、縦軸にlogI、横軸に高さtを
とってグラフを描くと右下りの直線となる(ただし、I
0 は一定とし、μは透過物質の種類と単色X線の波長で
定まる)。しかし本実施例では、白色X線を照射するX
線源4を用いたので、X線の波長には分布があり、また
X線の線束が太くX線検出器6で散乱線を検知すること
などから、上記グラフは定性的に図4破線に示す下に凸
の曲線となる。なお、あらかじめクリーム半田について
この曲線を求めておく。ここで、濃度レベルL0はX線
透過強度Iが大きな場合に対応し、濃度レベルL5はX
線透過強度Iが小さな場合に対応する。
【0017】そして、上述のようにレーザ三角測量によ
り求めた高さ(絶対値)の情報を利用してキャリブレー
ションを行う。望ましくは図4に示すように、クリーム
半田部3の頂点について、高さ(絶対値)をレーザ三角
測量の結果から求めると共にX線透過画像からこの頂点
の濃度レベルL及びlogIを求め、図4のグラフにプ
ロットする(点P)。そして、点Pを通り、且つ破線の
曲線をΔtだけ横軸と平行に移動した実線の曲線を求め
る。この実線の曲線が、キャリブレーション後の特性線
となる。次に、この特性線から、各logI、濃度レベ
ルLに対する高さtの絶対値を求める。
【0018】次に、上記キャリブレーションの結果を利
用して、X線透過画像の濃度分布からクリーム半田部の
高さ分布を求める。図5は、上記キャリブレーションを
行った結果をまとめた関係図であり、クリーム半田部3
の高さt、濃度レベルL、画素数Nの関係を示す。な
お、t0〜t5は濃度レベルL0〜L5に対応する高さ
tであり、N0〜N5は濃度レベルL0〜L5に対応す
る画素数Nである。すなわち、上記キャリブレーション
により、X線透過画像の濃度分布が、一義的にクリーム
半田部3の高さ(絶対値)の分布に対応している。すな
わち、図3及び図5を参照すると、ただちにクリーム半
田部3の高さ(絶対値)の分布を知ることができる。
【0019】さらに、クリーム半田部3の体積Vは、高
さtと画素数Nの積算、すなわちV=ΣtNから求める
ことができる。そして、この結果に基づき、クリーム半
田部の塗布状態の良否を判定する。
【0020】以後新たな測定対象(基板上のクリーム半
田部)については、上記よりもさらに簡単迅速に測定を
行なうことができる。すなわち上記と同じ条件下でX線
透過画像を得れば、レーザ三角測量を行わなくとも、上
記キャリブレーションの結果からこの画像の濃度分布が
絶対的高さ分布を示していることになるので、新たに測
定対象としたこのクリーム半田部の絶対的な高さ分布及
び体積を、ただちに測定することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板に形
成されたクリーム半田部の一部分の高さ情報をレーザ三
角測量により求めると共に、この基板にX線を照射して
X線透過画像を得る工程と、次に前記X線透過画像の濃
度分布と前記高さ情報を対応づけるキャリブレーション
を行う工程と、このキャリブレーションの結果を利用し
て、前記X線透過画像の濃度分布からクリーム半田部の
高さ分布を求める工程を構成したので、レーザ三角測量
を多数回繰り返す必要がなく、しかもX線透過画像は短
時間で得ることができるので、迅速に測定を行うことが
できる。またキャリブレーションによってX線透過画像
の濃度分布から一義的に高さ分布を求めることができる
ので、クリーム半田部の高さ分布及び体積を正確に知る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の測定装置の正面図
【図2】同クリーム半田部の斜視図
【図3】同X線透過画像の濃度分布図
【図4】同キャリブレーションの説明図
【図5】同高さ、濃度レベル、画素数の関係図
【符号の説明】
1 基板 3 クリーム半田部 t 高さ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−29807(JP,A) 特開 平3−239953(JP,A) 特開 昭54−143290(JP,A) 実開 昭54−183373(JP,U) 実開 昭56−82608(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に形成されたクリーム半田部の一部分
    の高さ情報をレーザ三角測量により求めると共に、この
    基板にX線を照射してX線透過画像を得る工程と、次に
    前記X線透過画像の濃度分布と前記高さ情報を対応づけ
    るキャリブレーションを行う工程と、このキャリブレー
    ションの結果を利用して、前記X線透過画像の濃度分布
    からクリーム半田部の高さ分布を求める工程を有するこ
    とを特徴とするクリーム半田部の高さ分布及び体積の測
    定方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の高さ測定方法によって求
    めたクリーム半田部の高さ分布に面積を積算することを
    特徴とするクリーム半田部の高さ分布及び体積の測定方
    法。
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US11688067B2 (en) * 2019-07-12 2023-06-27 Bruker Nano, Inc. Methods and systems for detecting defects in devices using X-rays

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