JP3902017B2 - 半田高さ計測装置およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田高さ計測装置およびその方法に関し、より特定的には、実装部品によって構成される実装基板において、実装部品の接合部の半田高さ計測する計測装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器に使用される電子部品実装基板の小型化に伴い、電子部品の小型化、高密度実装化等が進んでいる。これに伴って、電子部品のパッケージ部品は、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）等の狭ピッチのリード形状から、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等のボール形状の半田を用いるパッケージ部品に移行している。このようなボール形状の半田を用いるパッケージの部品では、当該部品の裏面に球形半田を用いて実装するため、基板上での実装状態が目視において確認できない。したがって、このようなパッケージの部品の実装状態を検査するために、インライン化された工場設備等では、透過画像発生装置に代表されるＸ線検査装置等が導入されている。
【０００３】
ここで、従来の上記Ｘ線検査装置の計測原理について説明する。図１０は、上記Ｘ線検査装置の計測原理の構成を示す概略図である。図１０において、Ｘ線検査装置は、Ｘ線発生器１０１、被計測物１０２、シンチレータ１０３、およびＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）１０４から構成されている。被計測物１０２としては、実装基板１０２ａおよび実装部品１０２ｂで構成し、実装部品１０２ｂは、その裏面に球形半田１０２ｃを用いて実装基板１０２ａに実装されている。また、シンチレータ１０３は、Ｘ線発生器１０１から発生したＸ線エネルギを、光エネルギに変換させる蛍光物質である。
【０００４】
Ｘ線発生器１０１は、被計測物１０２およびシンチレータ１０３を介してＣＣＤ１０４の撮像レンズに向けてＸ線を発生させる。Ｘ線発生器１０１で発生したＸ線は、被計測物１０２を透過し、シンチレータ１０３において光エネルギに変換され、ＣＣＤ１０４にて撮像されるが、被計測物１０２を透過する際にＸ線エネルギが減衰する。このため、ＣＣＤ１０４は、被計測物１０２の透過画像を撮像することができる。ＣＣＤ１０４で撮像された画像において、ある位置における画像輝度Ｄは、
Ｄ＝γ・Ｉｏ・ＥＸＰ（−μ・Ｈ）・ｔ
で算出できる。ただし、
γ ：Ｘ線エネルギからＣＣＤ電荷エネルギへの変換係数
Ｉｏ：被計測物１０２を透過前のＸ線エネルギ
（Ｘ線発生器１０１のＸ線発生エネルギ）
μ ：減衰係数（単位高さ当たりに減衰によって除去されるＸ線の割合。
被計測物１０２の構成元素に依存）
Ｈ ：被計測物１０２の高さ（厚み）
ｔ ：ＣＣＤ１０４の蓄積時間
である。ここで、被計測物１０２が単一部品において構成されている場合、減衰係数μは既知であり、以下の式で表される。
μ＝μ₁＋μ₂＋…＋μ_n
＝λ（ρ₁・Ｃ₁・Ｚ₁＋ρ₂・Ｃ₂・Ｚ₂＋…＋ρ_n・Ｃ_n・Ｚ_n）
ただし、
μ_n：その部品を構成する元素の減衰係数
λ ：照射されるＸ線の波長
ρ_n：その部品を構成する元素の密度
Ｃ_n：定数
Ｚ_n：その部品を構成する元素の原子番号
である。したがって、被計測物１０２が単一部品で構成されている場合、予め上記式を用いて減衰係数μを算出することによって、被計測物１０２の高さＨは、
Ｈ＝−ｌｎ（Ｄ／（γ・Ｉｏ・ｔ））／μ
で算出することができる。
【０００５】
このような計測原理に基づいて、実装基板１０２ａ、実装部品１０２ｂ、および球形半田１０２ｃで構成される被計測物１０２の球形半田１０２ｃの高さＨｈを計測する場合、実装基板１０２ａおよび実装部品１０２ｂのみを透過したＸ線エネルギをＩｂとすると、球形半田１０２ｃの高さＨｈは、
Ｈｈ＝−ｌｎ（Ｄ／（γ・Ｉｂ・ｔ））／μｈ
で算出できる。ただし、
μｈ：球形半田１０２ｃの減衰係数
であり、実装基板１０２ａおよび実装部品１０２ｂのみを透過したＸ線エネルギＩｂは、
Ｉｂ＝Ｉｏ・ＥＸＰ（−μｂ・Ｈｂ）
で算出できる。ただし、
μｂ：実装基板１０２ａ、実装部品１０２ｂの減衰係数
Ｈｂ：実装基板１０２ａ、実装部品１０２ｂの高さ
となる。このため、実装基板１０２ａおよび実装部品１０２ｂのそれぞれの減衰係数μｂおよび高さＨｂを予め算出することによって、目視で確認できない球形半田１０２ｃの高さＨｈを計測することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被計測物が実装基板である場合、使用される実装部品の種類および個数は非常に多い。また、実装基板に実装される各々の実装部品も、その実装部品の構成元素および密度を全て割り出すことは、非常に困難であり不可能である。そのため、実装基板に実装される各々の実装部品の減衰係数を算出し、それらをマスターデータとして、上記球形半田の高さを計測することは不可能である。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、複数の元素を有する実装部品によって構成される実装基板において、目視確認できない実装部品の接合部の半田高さを、容易に高精度に計測する半田高さ計測装置およびその方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
第１の発明は、被計測物に形成された半田の高さを計測する半田高さ計測装置であって、
被計測物にＸ線を照射する第１のＸ線発生部と、
第１のＸ線発生部から照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第１の透過画像を作成するＸ線検出部と、
第１の透過画像に対して画像処理を行うことによって、被計測物に形成された半田の高さを算出する画像処理部とを備え、
画像処理部は、
第１の透過画像に基づいて、半田の領域を透過した画像に対する半田透過画像輝度および半田の周辺領域を透過した画像に対する周辺画像輝度を検出する画像輝度検出部と、
周辺画像輝度に対する半田透過輝度の割合から半田のみをＸ線が透過することによって生成される画像の輝度を算出し、その画像の輝度および半田が単位高さ当たりに減衰によって除去するＸ線の割合を示す減衰係数を用いて、半田に対する半田高さを算出する半田高さ算出部とを含む。
【０００９】
第１の発明によれば、半田のみをＸ線が透過することによって生成される画像輝度を算出することによって、複数の元素を有する被計測物でも、各構成部品の構成元素および密度等を割り出すことなく、該被計測物の接合部の半田高さを容易に高精度に計測することができる。したがって、被計測物に使用される部品数が極端に多い場合においても、その被計測物の画像を撮像し、半田部の領域およびその周辺領域の画像輝度を計測することにより、容易にその被計測物の半田部の高さを高精度に計測することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
画像処理部は、半田高さ算出部で算出された半田に対する半田高さから、最大値を検出することによって最大半田高さを算出する最大半田高さ算出部をさらに含む。
【００１１】
第２の発明によれば、半田高さ算出部で算出される半田高さから、最大値を掲出するため、被計測物に形成された半田の最大高さを算出することができ、被計測物の計測で最も必要な最大半田高さを容易に検出することができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
画像輝度検出部は、周辺画像輝度を半田の周辺を透過した複数の画像の輝度を平均することによって算出し、
半田高さ算出部は、周辺画像輝度Ｄｍ、半田透過画像輝度Ｄｘ、および減衰係数μｈを用いて、半田に対する半田高さＨｈを、
Ｈｈ＝−ｌｎ（Ｄｘ／Ｄｍ）／μｈ
によって算出することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明によれば、半田高さＨｈを簡単な算出式を用いて算出することができる。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
第１のＸ線発生部とは異なった方向から被計測物にＸ線を照射し、被計測物を透過した当該Ｘ線をＸ線検出部に入射させる第２のＸ線発生部をさらに備え、
Ｘ線検出部は、第２のＸ線発生部から照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第２の透過画像を作成し、
画像処理部は、第１の透過画像に基づいた半田の領域を透過した画像に対して、第２の透過画像に基づいた半田の領域を透過した画像の形状変化が最も大きい方向に対する変化量、および第１のＸ線発生部から照射されるＸ線と第２のＸ線発生部から照射されるＸ線とが成す角度を用いて、半田に対する絶対高さを算出する絶対高さ算出部をさらに含み、
画像処理部は、最大半田高さ算出部で算出される最大半田高さと絶対高さ算出部で算出される絶対高さとの差が、所定の基準値以内か否か判定することによって、最大半田高さの数値信頼度を確認することを特徴とする。
【００１５】
第４の発明によれば、被計測物に形成された半田に亀裂や浮き等によるすき間が形成されていても、そのすき間の有無を検出することができるため、さらにこれらの製造不良を精度良く検出することが可能である。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
被計測物は、実装部品を実装した実装基板であり、
被計測物に形成される半田は、実装基板に実装部品を接合するために、実装基板と実装部品との間に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
第５の発明によれば、複数の元素を有する実装部品によって構成される実装基板でも、各構成部品の構成元素および密度等を割り出すことなく、目視確認できない該実装部品の接合部の半田高さを容易に高精度に計測することができる。したがって、実装基板の実装状態を検査する実装工場のインライン設備等において、検査される実装基板に使用される部品数が極端に多い場合においても、その基板の画像を撮像し、検査対象接合部およびその周辺の画像輝度を計測することにより、容易にその実装基板のそれぞれの部品の接合部の半田高さを高精度に計測することができる。
【００１８】
第６の発明は、被計測物に形成された半田の高さを計測する半田高さ計測方法であって、
被計測物にＸ線を照射する第１のＸ線発生ステップと、
第１のＸ線発生ステップによって照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第１の透過画像を作成するＸ線検出ステップと、
第１の透過画像に対して画像処理を行うことによって、被計測物に形成された半田の高さを算出する画像処理ステップとを含み、
画像処理ステップは、
第１の透過画像に基づいて、半田の領域を透過した画像に対する半田透過画像輝度および半田の周辺領域を透過した画像に対する周辺画像輝度を検出する画像輝度検出ステップと、
周辺画像輝度に対する半田透過輝度の割合から半田のみをＸ線が透過することによって生成される画像の輝度を算出し、その画像の輝度および半田が単位高さ当たりに減衰によって除去するＸ線の割合を示す減衰係数を用いて、半田に対する半田高さを算出する半田高さ算出ステップとを含む。
【００１９】
第７の発明は、第６の発明に従属する発明であって、
画像処理ステップは、半田高さ算出ステップで算出された半田に対する半田高さから、最大値を検出することによって最大半田高さを算出する最大半田高さ算出ステップをさらに含む。
【００２０】
第８の発明は、第６の発明に従属する発明であって、
画像輝度検出ステップは、周辺画像輝度を半田の周辺を透過した複数の画像の輝度を平均することによって算出し、
半田高さ算出ステップは、周辺画像輝度Ｄｍ、半田透過画像輝度Ｄｘ、および減衰係数μｈを用いて、半田に対する半田高さＨｈを、
Ｈｈ＝−ｌｎ（Ｄｘ／Ｄｍ）／μｈ
によって算出することを特徴とする。
【００２１】
第９の発明は、第７の発明に従属する発明であって、
第１のＸ線発生ステップとは異なった方向から被計測物にＸ線を照射し、被計測物を透過した当該Ｘ線をＸ線検出ステップに入射させる第２のＸ線発生ステップをさらに含み、
Ｘ線検出ステップは、第２のＸ線発生ステップによって照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第２の透過画像を作成し、
画像処理ステップは、第１の透過画像に基づいた半田の領域を透過した画像に対して、第２の透過画像に基づいた半田の領域を透過した画像の形状変化が最も大きい方向に対する変化量、および第１のＸ線発生ステップから照射されるＸ線と第２のＸ線発生ステップから照射されるＸ線とが成す角度を用いて、半田に対する絶対高さを算出する絶対高さ算出ステップをさらに含み、
画像処理ステップは、最大半田高さ算出ステップで算出される最大半田高さと絶対高さ算出ステップで算出される絶対高さとの差が、所定の基準値以内か否か判定することによって、最大半田高さの数値信頼度を確認することを特徴とする。
【００２２】
第１０の発明は、第６の発明に従属する発明であって、
被計測物は、実装部品を実装した実装基板であり、
被計測物に形成される半田は、実装基板に実装部品を接合するために、実装基板と実装部品との間に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図である。図１において、当該計測装置は、Ｘ線発生器１、被計測物２、シンチレータ３、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）４、および画像処理装置５から構成されている。被計測物２としては、実装基板２ａおよび実装部品２ｂで構成し、実装部品２ｂは、その裏面に球形半田２ｃを用いて実装基板２ａに実装されている。また、シンチレータ３は、Ｘ線発生器１から発生したＸ線エネルギを、光エネルギに変換させる蛍光物質である。
【００２４】
Ｘ線発生器１は、被計測物２およびシンチレータ３を介してＣＣＤ４の撮像レンズに向けてＸ線を発生させる。Ｘ線発生器１で発生したＸ線は、被計測物２に対して直交方向で透過し、シンチレータ３において光エネルギに変換され、ＣＣＤ４にて撮像されるが、被計測物２を透過する際にＸ線エネルギが減衰する。このため、ＣＣＤ４は、被計測物２の直交方向の透過画像を撮像することができる。またＣＣＤ４で撮像された上記透過画像は、画像処理装置５に出力される。画像処理装置５は、典型的にはパーソナルコンピュータであり、後述する計測処理手順に基づいて、上記透過画像に対して画像処理を行う。
【００２５】
次に、当該計測装置で行われる計測原理について説明する。図２は当該計測装置の画像処理装置５で処理される計測処理手順を示すフローチャートであり、図３は当該計測装置で計測される被計測物２の詳細を示す概略図および被計測物が撮像された画像を示す概略図である。なお、図３（ａ）は被計測物２を拡大した側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の被計測物２を図示Ａ方向からＸ線を透過させて得られるＣＣＤ４で撮像された画像を示す概略図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の画像のＢ部を切り出して拡大した切り出し画像を示す概略図である。以下、図２および図３を用いて当該計測装置で行われる計測原理について説明する。
【００２６】
図３（ａ）において、当該計測装置で計測される被計測物２は、上述したように実装基板２ａ、実装部品２ｂ、および球形半田２ｃで構成されている。例えば、実装部品２ｂは、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ部品であり、その一方面が球形半田２ｃを用いて実装基板２ａと接合されている。このような被計測物２に対して、上記Ｘ線発生器１で発生したＸ線が図示Ａ方向から被計測物２の直交方向に透過され、ＣＣＤ４で透過画像が撮像される。このように構成された被計測物２の球形半田２ｃの高さを計測する手順を説明する。
【００２７】
図２において、上述のようにＣＣＤ４で撮像された透過画像が、画像処理装置５に入力する（ステップＳ１１）。図３（ｂ）は、画像処理装置５に入力する透過画像の一例である。被計測物２を透過して撮像される透過画像Ｐは、被計測物２を透過する際にＸ線エネルギが減衰するため、透過する被計測物２を構成する各々の材質、形状、厚さに基づいて画像輝度が変化し、その画像輝度に応じて複数の領域が撮像される。大略的には、被計測物２の透過画像Ｐは、上記Ｘ線が実装基板２ａのみを透過した領域ａ、上記Ｘ線が実装基板２ａおよび実装部品２ｂを透過した領域ａｂ、および上記Ｘ線が実装基板２ａ、球形半田２ｃ、および実装部品２ｂを透過した領域ａｂｃに大別することができる。
【００２８】
次に、画像処理装置５は、上記ステップＳ１１で取得した透過画像Ｐから所定の設計値を用いた基準によって、球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃを含む四辺形の処理対象エリアを設定し、切り出し画像を作成する（ステップＳ１２）。例えば、図３（ｂ）で示した透過画像Ｐでは、画像処理装置５は、複数ある球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃから、所定の基準で一つの領域ａｂｃを選択し、予め設定されている設計値を用いて上記領域ａｂｃが含まれる四辺形の処理対象エリアＢを切り出し画像として作成する。図３（ｃ）は、このようにして作成された処理対象エリアＢの切り出し画像を示している。
【００２９】
次に、画像処理装置５は、処理対象エリアＢの切り出し画像に撮像されている球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃの位置（重心）および面積を算出する（ステップＳ１３）。そして、画像処理装置５は、上記ステップＳ１３で算出された位置および面積が、処理対象エリアＢに対して所定の基準値を満足しているか否かを判断する（ステップＳ１４）。これは、上記ステップＳ１２で作成される処理対象エリアＢの切り出し画像は、所定の設計値を用いて作成されているため、製造条件によって処理対象となっている球形半田２ｃの位置がずれたり、面積が大きくなった場合、上記領域ａｂｃが処理対象エリアＢの中央からずれたりはみ出したりすることが考えられる。このため、画像処理装置５は、上記ステップＳ１４において、処理対象エリアＢに対して領域ａｂｃの位置（重心）ずれ、または面積が所定値以上を示す場合、再度処理対象エリアＢを上記位置（重心）および面積に基づいて新たに領域ａｂｃを中央付近に配置するように設定し（ステップＳ１５）、次のステップＳ１６に処理を進める。なお、上記ステップＳ１３では、領域ａｂｃの面積を算出しなくてもかまわない。上記ステップＳ１３において、領域ａｂｃの輪郭や縦横の最大長さを算出しても、同様に上記ステップＳ１４で所定の基準値を満足しているか否かを判定することが可能であることは言うまでもない。一方、画像処理装置５は、上記ステップＳ１４において、処理対象エリアＢに対して領域ａｂｃの位置（重心）および面積が所定値を満足する場合、そのまま次のステップＳ１６に処理を進める。
【００３０】
次に、画像処理装置５は、処理対象エリアＢの切り出し画像から、実装基板２ａおよび実装部品２ｂを透過した領域ａｂに含まれる４つの角領域Ｃ１〜Ｃ４を抽出し、それぞれの画像輝度を平均することによって平均画像輝度Ｄｍを算出する（ステップＳ１６）。そして、画像処理装置５は、処理対象エリアＢの切り出し画像に、上記ステップＳ１３で算出した領域ａｂｃの位置データを用いて、上記領域ａｂｃの重心を通る直線を計測ラインＬとして設定し、処理対象エリアＢに含まれる計測ラインＬ上に、所定の間隔で計測ポジションＬ₀〜Ｌ_n（ｎは自然数）を設定する（ステップＳ１７）。そして、画像処理装置５は、選択される計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nを示す値ｘ（０≦ｘ≦ｎ）を、ｘ＝０に設定する（ステップＳ１８）。
【００３１】
次に、画像処理装置５は、上記ステップＳ１７で設定された計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nから選択された計測ポジションＬ_xに対して、球形半田２ｃの高さＨｈ_xを算出する（ステップＳ１９）。ここで、計測ポジションＬ_xにおける球形半田２ｃの高さＨｈ_xは、以下の式で算出する。
Ｈｈ_x＝−ｌｎ（Ｄ_x／Ｄｍ）／μｈ
ただし、
Ｄ_x ：選択された計測ポジションＬ_xの画像輝度
μｈ：球形半田２ｃの減衰係数（単位高さ当たりに減衰によって除去されるＸ線の割合）
である。ここで、平均画像輝度Ｄｍは、球形半田２ｃの周辺領域の画像輝度の平均であり、平均画像輝度Ｄｍに対する半田の画像輝度Ｄ_xの割合を算出することによって、球形半田２ｃのみをＸ線が透過することによって生成される画像の輝度が影響している割合（Ｄ_x／Ｄｍ）を算出している。つまり、この割合を算出することによって、球形半田２ｃ以外の被計測物２（実装基板２ａおよび実装部品２ｃ）によって吸収されるＸ線のエネルギを除外することができる。そして、その球形半田２ｃのみをＸ線が透過することによって生成される画像の輝度が影響している割合（Ｄ_x／Ｄｍ）および球形半田２ｃの減衰係数を用いることによって、簡単に計測ポジションＬ_xにおける球形半田２ｃの高さＨｈ_xを算出することができる。
【００３２】
なお、半田の減衰係数μｈは、予め球形半田２ｃの構成元素等を成分計測することによって、次の式を用いて算出することができる。
μｈ＝μ₁＋μ₂＋…＋μ_n
＝λ（ρ₁・Ｃ₁・Ｚ₁＋ρ₂・Ｃ₂・Ｚ₂＋…＋ρ_n・Ｃ_n・Ｚ_n）
ただし、
μ_n：球形半田２ｃを構成する元素の減衰係数
λ ：照射されるＸ線の波長
ρ_n：球形半田２ｃを構成する元素の密度
Ｃ_n：定数
Ｚ_n：球形半田２ｃを構成する元素の原子番号
である。また、当該計測装置を用いて、予め高さ既知である球形半田２ｃを計測マスタとして画像輝度を計測することによって、上記半田の減衰係数μｈを求めることもできる。
【００３３】
次に、画像処理装置５は、ｘ＝ｎか否かを判断する（ステップＳ２０）。そして、画像処理装置５は、ｘ≠ｎの場合、ｘ＝ｘ＋１に変更して（ステップＳ２１）、上記ステップＳ１９に戻って処理動作を繰り返す。一方、画像処理装置５は、ｘ＝ｎの場合、処理を次のステップＳ２２に進める。
【００３４】
次に、画像処理装置５は、上記ステップＳ１９で算出された球形半田２ｃの高さＨｈ₀〜Ｈｈ_nの中から、最大値を検出して球形半田２ｃの最大高さＨｈ_maxとする（ステップＳ２２）。
【００３５】
図４は、計測ラインＬ上に設定された計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nと、算出された球形半田２ｃの高さＨｈ_xおよび最大高さＨｈ_maxとの関係を示す図である。図４（ａ）は上述した被計測物２の球形半田２ｃ付近を拡大した側面図であり、図４（ｂ）はその球形半田２ｃ付近を透過して得られた透過画像Ｐの処理対象エリアＢの切り出し画像を示している。そして、図４（ｃ）は、図４（ｂ）で示された切り出し画像に設定された計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nと、算出された球形半田２ｃの高さＨｈ_xおよび最大高さＨｈ_maxとの関係を示すグラフである。図４（ｂ）に示すように、計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nは計測ラインＬ上に設定されている。ここでは、計測ポジションＬ₀が処理対象エリアＢの一方辺に、計測ポジションＬ_nが処理対象エリアＢの他方辺に設定されており、計測ポジションＬ₃が領域ａｂｃと領域ａｂとの境界に設定されている。このように設定された計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nに対して、球形半田２ｃの高さＨｈ_xを算出した結果をグラフに整理すると、図４（ｃ）で示されるグラフになる。ここで、上記ステップＳ１９の高さＨｈ_xの算出式で、球形半田２ｃがない領域ａｂは、領域ａｂの画像輝度が平均画像輝度Ｄｍと概ね等しくなるため、Ｈｈ_x≒０が算出される。つまり、図４（ｃ）のグラフで示されるように、計測ポジションＬ₀〜Ｌ₃までの期間は、球形半田２ｃがない領域（すなわち領域ａｂ）であるため、球形半田２ｃの高さＨｈ_x≒０となる。計測ポジションＬ₃以降は、領域ａｂｃに対する算出となり、球形半田２ｃの形状に合わせて高さＨｈ_xが増加し、やがて最大高さＨｈ_maxに到達する。これは、球形半田２ｃの形状に合わせて、球形半田２ｃがＸ線を吸収するエネルギが増加するため、その領域の画像輝度が変化するためである。そして、最大高さＨｈ_max到達以降、球形半田２ｃの形状に合わせて高さＨｈ_xが減少し、領域ａｂではＨｈ_x≒０となり、計測ポジションＬ_nで高さＨｈ_xの算出が終了する。
【００３６】
図２に戻り、画像処理装置５は、上記ステップＳ１１で取得した透過画像Ｐに撮像されている全ての領域ａｂｃに対して、球形半田２ｃの最大高さＨｈ_maxが算出されたか否かを判断する（ステップＳ２３）。そして、画像処理装置５は、全ての領域ａｂｃに対して最大高さＨｈ_maxの算出が終了していない場合、所定の基準によって、最大高さＨｈ_maxが算出されていない別の領域ａｂｃを新たに処理対象に設定し（ステップＳ２４）、上記ステップＳ１２に戻って処理を継続する。一方、画像処理装置５は、全ての領域ａｂｃに対して最大高さＨｈ_maxの算出が終了している場合、当該フローによる処理を終了する。
【００３７】
このように、本発明によれば、半田のみをＸ線が透過することによって生成される画像輝度を算出することによって、複数の元素を有する実装部品によって構成される実装基板でも、各構成部品の構成元素および密度等を割り出すことなく、目視確認できない上記実装部品の接合部の半田高さを容易に高精度に計測することができる。したがって、実装基板の実装状態を検査する実装工場のインライン設備等において、検査される実装基板に使用される部品数が極端に多い場合においても、その基板の画像を撮像し、検査対象接合部およびその周辺の画像輝度を計測することにより、容易にその実装基板のそれぞれの部品の接合部の半田高さを高精度に計測することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態にかかる計測装置では、目視確認できない実装部品の接合部の半田高さを、容易に高精度に計測する方法を説明したが、上記接合部の半田に亀裂等の空間が存在する場合、その亀裂を計測できないことがある。図５は、上記半田の亀裂によって、その亀裂が計測できない一例を示す概略図である。図５（ａ）は、上述したように当該計測装置で計測される実装基板２ａ、実装部品２ｂ、および球形半田２ｃで構成された被計測物２であり、図５（ｂ）は、同様に構成された被計測物２に対して、球形半田２ｃの内部にすき間Ｇの亀裂が形成された被計測物２ｇを示している。なお、図５（ａ）で示した被計測物２の最大高さＨｈ_maxに対して、図５（ｂ）で示した被計測物２ｇは、球形半田２ｃにすき間Ｇが形成されているため、最大高さＨｈ_max＋Ｇとなっている。このような被計測物２および２ｇに対して、上述した計測装置で半田高さを計測した結果を、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示す。図５（ｃ）は、上述したように被計測物２に対して、最大高さＨｈ_maxが算出される。これに対して、図５（ｄ）に示すように、被計測物２ｇでは、上記すき間Ｇでは透過する際にＸ線エネルギが減衰しないため、当該計測装置では図５（ｃ）と同様に最大高さＨｈ_maxが算出されてしまう。つまり、当該計測装置では、上述した被計測物２および２ｇとの算出結果が同じとなり、球形半田２ｃに生じた亀裂によるすき間Ｇを検出できない。このような球形半田２ｃの亀裂の検出を可能にした、第２の実施形態に係る計測装置を説明する。
【００３９】
図６は、第２の実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図である。図６において、当該計測装置は、第１の実施形態で説明した計測装置を構成していたＸ線発生器を２つ有している。第２の実施形態に係る計測装置は、第１の実施形態で説明した被計測物２に対して直交方向に設けられていたＸ線発生器１ａに加えて、上記方向に対して角度θ斜め方向に照射するＸ線発生器１ｂを備えている。なお、それぞれのＸ線発生器１ａおよび１ｂのＸ線照射方向は、シンチレータ３上において角度θで交差するように配置されている。また、当該計測装置は、被計測物２を図示Ｚ方向に移動させることによって、Ｘ線発生器１ｂからのＸ線照射に合わせた所定の位置に移動させる被計測物搬送部（図示せず）を備えている。他の構成部については、第１の実施形態で説明した計測装置を同様であるので、同一構成部には同一参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
次に、当該計測装置で行われる計測原理について説明する。図７および図８は当該計測装置の画像処理装置５で処理される計測処理手順を示すフローチャートであり、図９は当該計測装置で計測される被計測物２ｇおよびその透過画像を示す概略図である。なお、図９は被計測物２ｇを拡大した側面図、および被計測物２ｇにＸ線を透過させて得られるＣＣＤ４で撮像された画像から切り出した処理対象エリアＢおよびＤを示す概略図である。以下、図７〜図９を用いて当該計測装置で行われる計測原理について説明する。
【００４１】
図９において、当該計測装置で計測される被計測物２ｇは、上述したように実装基板２ａ、実装部品２ｂ、および球形半田２ｃで構成されており、球形半田２ｃの中間部には亀裂等によってすき間Ｇが形成されている。例えば、実装部品２ｂは、ＢＧＡパッケージ部品であり、その一方面が球形半田２ｃを用いて実装基板２ａと接合されている。このような被計測物２ｇに対して、上記Ｘ線発生器１ａで発生したＸ線が図示Ａ方向から被計測物２の直交方向に透過し、ＣＣＤ４で透過画像αが撮像される。また、上記Ｘ線発生器１ｂで発生したＸ線が図示Ａ方向から角度θ斜めに被計測物２ｇを透過し、ＣＣＤ４で透過画像βが撮像される。このように構成された被計測物２ｇの球形半田２ｃの高さを計測する手順を説明する。
【００４２】
図７において、上述のようにＣＣＤ４で撮像された透過画像αが、画像処理装置５に入力した（ステップＳ３１）後、透過画像βが画像処理装置５に入力する（ステップＳ３２）。上記ステップＳ３１およびＳ３２で入力する透過画像αおよびβの構成は、第１の実施形態で説明した透過画像Ｐと同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４３】
次に、上記ステップＳ３１で入力した透過画像αに対して、ステップＳ３３〜Ｓ４３の手順によって、透過画像αの処理対象エリアＢに含まれる球形半田２ｃの最大高さＨｈ_maxが算出される。このステップＳ３３〜Ｓ４３の手順は、上述した第１の実施形態の図２で示したフローチャートのステップＳ１２〜Ｓ２２と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００４４】
図８において、画像処理装置５は、上記ステップＳ３２で取得した透過画像βから所定の設計値を用いた基準によって、上記ステップＳ３３で処理対象にした球形半田２ｃと同じ球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃを含む四辺形の処理対象エリアＤを設定し、切り出し画像を作成する（ステップＳ４４）。例えば、図５では、画像処理装置５が上記ステップＳ３３で処理対象にした球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃに対して、予め設定されている設計値を用いて上記領域ａｂｃが含まれる四辺形の処理対象エリアＤを切り出し画像として作成する。
【００４５】
次に、画像処理装置５は、処理対象エリアＤの切り出し画像に撮像されている球形半田２ｃを透過した領域ａｂｃの位置（重心）、および面積を算出する（ステップＳ４５）。そして、画像処理装置５は、上記ステップＳ４５で算出された位置（重心）および面積が、処理対象エリアＤに対して所定の基準値を満足しているか否かを判断する（ステップＳ４６）。これは、上述したステップＳ１２と同様に、上記ステップＳ４４で作成される処理対象エリアＤの切り出し画像は、所定の設計値を用いて作成されているため、製造条件によって処理対象となっている球形半田２ｃの位置がずれたり、面積が大きくなった場合、上記領域ａｂｃが処理対象エリアＤの中央からずれたりはみ出したりすることが考えられる。このため、画像処理装置５は、上記ステップＳ４６において、処理対象エリアＤに対して領域ａｂｃの位置（重心）ずれ、および面積が所定値以上を示す場合、再度処理対象エリアＤを上記位置および面積に基づいて新たに領域ａｂｃを中央付近に配置するように設定し（ステップＳ４７）、次のステップＳ４８に処理を進める。なお、上記ステップＳ４５では、領域ａｂｃの面積を算出しなくてもかまわない。上記ステップＳ４５において、領域ａｂｃの縦横の長さあるいは輪郭を算出しても、同様に上記ステップＳ４６で所定の基準値を満足しているか否かを判定することが可能であることは言うまでもない。一方、画像処理装置５は、上記ステップＳ４６において、処理対象エリアＤに対して領域ａｂｃの位置（重心）および面積が所定値を満足する場合、そのまま次のステップＳ４８に処理を進める。
【００４６】
次に、画像処理装置５は、球形半田２ｃの半田高さとして、絶対高さＨａを算出する（ステップＳ４８）。画像処理装置５は、絶対高さＨａを算出するにあたり、まず処理対象エリアＢの領域ａｂｃの幅Ｗｏおよび処理対象エリアＤの領域ａｂｃの幅Ｗａを算出する。この幅ＷｏおよびＷａは、それぞれの領域ａｂｃに対して上記ステップＳ４５で算出した重心を通り、水平方向（Ｘ線発生器１ａを基準に、Ｘ線発生器１ｂが配置されている方向）の幅が算出される。典型的には、処理対象エリアＤの幅Ｗａは、球形半田２ｃに対して角度θ斜めに撮像した画像に基づいているため、処理対象エリアＢの幅Ｗｏに対して長くなり、上記水平方向の幅であるためその伸び率が最も高くなる。そこで、画像処理装置５は、幅Ｗａが幅Ｗｏに対して長くなった伸び長さΔＷを、
ΔＷ＝Ｗａ−Ｗｏ
で算出する。そして、画像処理装置５は、絶対長さＨａを、
Ｈａ＝ΔＷ／ｔａｎθ
で算出する。この絶対長さＨａは、球形半田２ｃのすき間Ｇの長さも含んだ長さとして算出される。
【００４７】
次に、画像処理装置５は、上記ステップＳ４８で算出した絶対高さＨａと上記ステップＳ４３で算出した最大高さＨｈ_maxとの差異Ｈａ−Ｈｈ_maxを算出し、所定の基準値未満であるか判定する（ステップＳ４９）。画像処理装置５は、この差異Ｈａ−Ｈｈ_maxが所定の基準値以上を示す場合、現在処理対象としている球形半田２ｃに対して亀裂や浮き等によるすき間が形成されていると判断することができる。
【００４８】
次に、画像処理装置５は、上記ステップＳ３１およびＳ３２で取得した透過画像αおよびβに撮像されている全ての領域ａｂｃに対して、球形半田２ｃの最大高さＨｈ_maxおよび絶対高さＨａが算出されたか否かを判断する（ステップＳ５０）。そして、画像処理装置５は、全ての領域ａｂｃに対して最大高さＨｈ_maxおよび絶対高さＨａの算出が終了していない場合、所定の基準によって、処理されていない別の領域ａｂｃを新たに処理対象に設定し（ステップＳ５１）、上記ステップＳ３３に戻って処理を継続する。一方、画像処理装置５は、全ての領域ａｂｃに対して最大高さＨｈ_maxおよび絶対高さＨａの算出が終了している場合、当該フローによる処理を終了する。
【００４９】
このように、第２の実施形態に係る計測装置では、被計測物に形成された球形半田に亀裂や浮き等によるすき間が形成されていても、そのすき間の有無を検出することができるため、さらにこれらの製造不良を精度良く検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の画像処理装置５で処理される計測処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図１の被計測物２の詳細を示す概略図および被計測物が撮像された画像を示す概略図である。
【図４】図３の処理対象エリアＢの計測ラインＬ上に設定された計測ポジションＬ₀〜Ｌ_nと、算出された球形半田２ｃの高さＨｈ_xおよび最大高さＨｈ_maxとの関係を示す図である。
【図５】図１の球状半田２ｃの亀裂によって、その亀裂が計測できない一例を示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図である。
【図７】図６の画像処理装置５で処理される計測処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図６の画像処理装置５で処理される計測処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図６の被計測物２ｇおよびその透過画像を示す概略図である。
【図１０】従来のＸ線検査装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線発生器
２…被計測物
２ａ…実装基板
２ｂ…実装部品
２ｃ…球状半田
３…シンチレータ
４…ＣＣＤ
５…画像処理装置
ａ、ａｂ、ａｂｃ…領域
Ｂ、Ｄ…処理対象エリア
Ｃ…角領域
Ｇ…すき間
Ｌ…計測ライン
Ｐ…透過画像

Claims (10)

1. 被計測物に形成された半田の高さを計測する半田高さ計測装置であって、
   被計測物にＸ線を照射する第１のＸ線発生部と、
   前記第１のＸ線発生部から照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第１の透過画像を作成するＸ線検出部と、
   前記第１の透過画像に対して画像処理を行うことによって、被計測物に形成された半田の高さを算出する画像処理部とを備え、
   前記画像処理部は、
   前記第１の透過画像に基づいて、前記半田の領域を透過した画像に対する半田透過画像輝度および前記半田の周辺領域を透過した画像に対する周辺画像輝度を検出する画像輝度検出部と、
   前記周辺画像輝度に対する前記半田透過輝度の割合から前記半田のみを前記Ｘ線が透過することによって生成される画像の輝度を算出し、その画像の輝度および前記半田が単位高さ当たりに減衰によって除去するＸ線の割合を示す減衰係数を用いて、前記半田に対する半田高さを算出する半田高さ算出部とを含む、半田高さ計測装置。
2. 前記画像処理部は、前記半田高さ算出部で算出された前記半田に対する半田高さから、最大値を検出することによって最大半田高さを算出する最大半田高さ算出部をさらに含む、請求項１に記載の半田高さ計測装置。
3. 前記画像輝度検出部は、前記周辺画像輝度を前記半田の周辺を透過した複数の画像の輝度を平均することによって算出し、
   前記半田高さ算出部は、前記周辺画像輝度Ｄｍ、前記半田透過画像輝度Ｄｘ、および前記減衰係数μｈを用いて、前記半田に対する半田高さＨｈを、
   Ｈｈ＝−ｌｎ（Ｄｘ／Ｄｍ）／μｈ
   によって算出することを特徴とする、請求項１に記載の半田高さ計測装置。
4. 前記第１のＸ線発生部とは異なった方向から被計測物にＸ線を照射し、被計測物を透過した当該Ｘ線を前記Ｘ線検出部に入射させる第２のＸ線発生部をさらに備え、
   前記Ｘ線検出部は、前記第２のＸ線発生部から照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第２の透過画像を作成し、
   前記画像処理部は、前記第１の透過画像に基づいた前記半田の領域を透過した画像に対して、前記第２の透過画像に基づいた前記半田の領域を透過した画像の形状変化が最も大きい方向に対する変化量、および前記第１のＸ線発生部から照射されるＸ線と前記第２のＸ線発生部から照射されるＸ線とが成す角度を用いて、前記半田に対する絶対高さを算出する絶対高さ算出部をさらに含み、
   前記画像処理部は、前記最大半田高さ算出部で算出される前記最大半田高さと前記絶対高さ算出部で算出される前記絶対高さとの差が、所定の基準値以内か否か判定することによって、前記最大半田高さの数値信頼度を確認することを特徴とする、請求項２に記載の半田高さ計測装置。
5. 前記被計測物は、実装部品を実装した実装基板であり、
   前記被計測物に形成される前記半田は、前記実装基板に前記実装部品を接合するために、前記実装基板と前記実装部品との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半田高さ計測装置。
6. 被計測物に形成された半田の高さを計測する半田高さ計測方法であって、
   被計測物にＸ線を照射する第１のＸ線発生ステップと、
   前記第１のＸ線発生ステップによって照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第１の透過画像を作成するＸ線検出ステップと、
   前記第１の透過画像に対して画像処理を行うことによって、被計測物に形成された半田の高さを算出する画像処理ステップとを含み、
   前記画像処理ステップは、
   前記第１の透過画像に基づいて、前記半田の領域を透過した画像に対する半田透過画像輝度および前記半田の周辺領域を透過した画像に対する周辺画像輝度を検出する画像輝度検出ステップと、
   前記周辺画像輝度に対する前記半田透過輝度の割合から前記半田のみを前記Ｘ線が透過することによって生成される画像の輝度を算出し、その画像の輝度および前記半田が単位高さ当たりに減衰によって除去するＸ線の割合を示す減衰係数を用いて、前記半田に対する半田高さを算出する半田高さ算出ステップとを含む、半田高さ計測方法。
7. 前記画像処理ステップは、前記半田高さ算出ステップで算出された前記半田に対する半田高さから、最大値を検出することによって最大半田高さを算出する最大半田高さ算出ステップをさらに含む、請求項６に記載の半田高さ計測方法。
8. 前記画像輝度検出ステップは、前記周辺画像輝度を前記半田の周辺を透過した複数の画像の輝度を平均することによって算出し、
   前記半田高さ算出ステップは、前記周辺画像輝度Ｄｍ、前記半田透過画像輝度Ｄｘ、および前記減衰係数μｈを用いて、前記半田に対する半田高さＨｈを、
   Ｈｈ＝−ｌｎ（Ｄｘ／Ｄｍ）／μｈ
   によって算出することを特徴とする、請求項６に記載の半田高さ計測方法。
9. 前記第１のＸ線発生ステップとは異なった方向から被計測物にＸ線を照射し、被計測物を透過した当該Ｘ線を前記Ｘ線検出ステップに入射させる第２のＸ線発生ステップをさらに含み、
   前記Ｘ線検出ステップは、前記第２のＸ線発生ステップによって照射され被計測物を透過したＸ線を検出し、被計測物の第２の透過画像を作成し、
   前記画像処理ステップは、前記第１の透過画像に基づいた前記半田の領域を透過した画像に対して、前記第２の透過画像に基づいた前記半田の領域を透過した画像の形状変化が最も大きい方向に対する変化量、および前記第１のＸ線発生ステップから照射されるＸ線と前記第２のＸ線発生ステップから照射されるＸ線とが成す角度を用いて、前記半田に対する絶対高さを算出する絶対高さ算出ステップをさらに含み、
   前記画像処理ステップは、前記最大半田高さ算出ステップで算出される前記最大半田高さと前記絶対高さ算出ステップで算出される前記絶対高さとの差が、所定の基準値以内か否か判定することによって、前記最大半田高さの数値信頼度を確認することを特徴とする、請求項７に記載の半田高さ計測方法。
10. 前記被計測物は、実装部品を実装した実装基板であり、
    前記被計測物に形成される前記半田は、前記実装基板に前記実装部品を接合するために、前記実装基板と前記実装部品との間に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の半田高さ計測方法。

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