JP3942786B2 - 接合検査装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフリップチップ、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）等のような電子部品であってその裏面に電極がある電子部品を含む表面実装部品の電極と、例えば回路基板のような被装着体に形成されている電極との間の接合状態をＸ線透視画像に基づき検査する、Ｘ線を用いた接合検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透視型Ｘ線検査機を用いた実装検査方法としては、部品実装後の回路基板にＸ線を垂直に照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透視したＸ線を検出するＸ線検出器とを用いて、回路基板及び回路基板上の電子部品を透視したＸ線を画像に変換して、該画像を目視検査、又は画像認識装置による自動検査にて、部品の電極と回路基板の電極との接合部の位置ずれ、電極間のショート、半田等の接合材の過不足やボイド、半田ボールの飛散や異物の混入等を検査していた。
【０００３】
又、断層型Ｘ線検査機を用いた実装検査方法としては、部品実装後の回路基板にＸ線を斜めから照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透視したＸ線を検出するＸ線検出器とを、それぞれ上記回路基板と平行な平面上で互いに同期して回転させ、上記回路基板の一定の高さに焦点を合わせてそれ以外の高さに位置する面を上記回転動作でぼかすことにより上記回路基板の水平断面画像を得て、両面実装基板の表側と裏側を個別に検査できるＸ線ラミノグラフィーと呼ばれる手法を用いたＸ線検査方法も実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯情報機器等の電子機器の市場では、商品の小型、軽量化が求められており、電子機器を構成する回路基板に対しても小型、軽量化の要望が強くなっている。そのため、電子部品の裏面に電極を設けることによりパッケージサイズを小型化したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）や、それをさらに小型化して半導体ベアチツプと同じくらいの大きさにしたＣＳＰ（チップスケールパッケージ）などのパッケージ部品、さらにはパッケージ化されていない半導体ベアチップにおけるバンプ電極を介して回路基板上に直接実装するフリップチップ実装が広く採用されつつある。
【０００５】
ところで、回路基板上への電子部品の実装では、電極接合部に不良があると電子機器が正常に動作しないので、接合不良のある回路基板はその製造工程のできるだけ早い段階で回収し、修理又は廃棄する必要がある。ところが、上述のＢＧＡ、ＣＳＰや、フリップチップでは、電極が電子部品の裏面にあるため実装後において電極接合部は外から見えないので、従来のリード付き電子部品のように電極接合部の外観検査ができないという問題があった。
そのため、電極接合部の不良は、電子機器が動作可能な状態まで組み立てられた後の機能検査によって初めて発見されており、実装不良のある回路基板に対しても無駄な組立工程を経る必要があった。このロスコストを削減するために、実装直後において上記電極接合部をＸ線を用いて非破壊で検査しようとする取り組みがなされており、電極接合部の３次元的形状検査が求められている。
【０００６】
しかし、従来の技術では、検査箇所の材質やＸ線照射条件によりＸ線吸収係数が異なるため、単にＸ線画像の濃淡から検査箇所の高さ方向の形状を定量的に測定するということはできず、半田等の接合材の３次元的形状測定が困難であった。
又、物質を透視するＸ線量は物質の厚さに対して指数関数的に減衰する。よって、Ｘ線シンチレータから発せられる光をカメラで撮像してその画像濃淡により物質の厚さを測定する場合、撮像系における、画像の濃淡のダイナミックレンジと分解能の制限とにより、検査対象物の薄い部分では上記Ｘ線シンチレータの輝度が測定領域を越えてしまい、その結果、画像情報が欠落し、一方、検査対象物の厚い部分では検査対象物の厚みの変化量に対するＸ線画像の濃淡の変化量を正確に測定ができないという問題点があった。
【０００７】
さらに、Ｘ線画像の電子増幅による粒子ノイズやＸ線焦点の大きさによる画像ぼけ等の影響で画像が不鮮明となるため、画像計測精度が劣化し、高精度な検査が困難であった。
又、上記透視型Ｘ線装置による両面実装基板の検査では、基板の表面の部品と裏面の部品が重なって写るため、通常の撮像方法及び認識方法で検査することが困難である。又、上述の断層撮影方法を用いた検査装置は、構造的に設備コストが高くなるという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、実装された電子部品の電極接合部のＸ線検査において、検査箇所の高さ方向を含む３次元形状を高精度で検査可能な接合検査装置及び方法を提供することを第１目的とし、検査箇所の輪郭形状の検査精度を従来に比べて向上可能な接合検査装置及び方法を提供することを第２目的とし、透視型Ｘ線装置を用いて両面装着後の被装着体の表面と裏面とをそれぞれ個別に検査可能な接合検査装置及び方法を提供することを第３目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様の接合検査装置は、電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分に照射するＸ線を発生するＸ線発生器と、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換するＸ線シンチレータと、
上記Ｘ線シンチレータから送出された上記可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像する撮像装置と、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を予め格納し、上記撮像装置から供給された上記接合部分のＸ線透視画像について上記第１較正情報を用いて上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報とともに、各測定点における厚みと、上記測定点におけるＸ線透視画像の明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を格納し、上記撮像装置から供給された上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所の厚さ情報を生成する制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記第１較正情報は、上記部品側電極と上記被装着体側電極との上記接合部分と同じ材質にてなり複数の測定点において上記Ｘ線の透視方向に沿った厚みが互いに異なりかつそれぞれの上記厚みが既知である教示治具を用いて得られ、上記Ｘ線発生器、Ｘ線シンチレータ、及び撮像装置を用いて、上記被装着体及び電子部品に代えて上記教示治具をＸ線撮像して、上記各測定点におけるＸ線透視画像の明るさを求め、得られる各測定点の厚みと各明るさとの関係に基づいて上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示した情報であるように構成することもできる。
【００１１】
又、本発明の第２態様の接合検査装置は、上記第１態様の接合検査装置において、上記Ｘ線発生器は、上記接合部分を含み上記被装着体上に上記電子部品が装着された装着部分にＸ線を照射し、
上記撮像装置は、上記装着部分のＸ線透視画像を蓄積する画像蓄積部を有し、上記制御装置は、上記Ｘ線透視画像の蓄積開始時において上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分の明るさが白色に到達するまで上記撮像装置に対して上記Ｘ線透視画像の蓄積を行わせるように構成することもできる。
【００１２】
又、本発明の第３態様の接合検査装置は、上記第１態様又は第２態様の接合検査装置において、板状の上記被装着体の一方の面に装着される上記電子部品と他方の面に装着される上記電子部品との少なくとも一部が上記被装着体を間に挟んで互いに重なり合って配置される場合であって、上記一方及び他方の両面に装着されたそれぞれの上記電子部品における上記装着部分の上記厚さ情報を生成するとき、上記制御装置は、上記一方の面に装着された電子部品の上記接合部分の第１厚さ情報を求め、さらに両面にて重なり合って電子部品が装着されたところの上記接合部分について第２厚さ情報を求め、該第２厚さ情報から上記第１厚さ情報を減算して上記他方の面に装着された電子部品の上記接合部分の厚さ情報を求めるように構成することもできる。
【００１３】
又、本発明の第４態様の接合検査方法は、電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分にＸ線を照射し、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換して該可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像し、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を用いて、上記接合部分のＸ線透視画像について上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報と共に、各測定点における厚みと、上記測定点における明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を用いて、上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所における厚さ情報を生成する、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である接合検査装置、及び該接合検査装置にて実行される接合検査方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載する「被装着体」の機能を果たす一例として本実施形態では電子部品１０４が装着される回路基板１０３を例に採るがこれに限定されるものではなく、例えば、電子部品１０４が装着される、液晶表示部を有する基板や、さらには電子部品１０４を装着する部品等を含む概念である。又、上記「課題を解決するための手段」に記載する「電子部品」としては、上述したように樹脂封止され裏面に電極を露出させたような電子部品や、パッケージ化されていない上記フリップチップ実装されるベアチップのような電子部品等を含む概念である。又、以下に記載する第１及び第２実施形態に記載する「電子部品１０４」として、上記ＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ等の表面実装部品を例に採る。
【００１５】
第１実施形態；
図１に示すように、本実施形態の電極接合検査装置１０１は、大別してＸ線発生器１１１と、Ｘ線シンチレータ１１５と、撮像装置１２０と、制御装置１２１とを備える。又、上記撮像装置１２０は、カメラ１１７、及び該カメラ１１７が送出する撮像情報が供給される画像処理装置１１８から構成される。
上記Ｘ線発生器１１１は、電子部品１０４の裏面に形成された部品側電極と、該電子部品１０４が装着される回路基板１０３に形成された被装着体側電極との接合により回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された装着部分１５１に照射するＸ線１５２を発生する。ここでＸ線の照射条件としては、約５０ｋＶから２００ｋＶ程度の電圧を用い、本実施形態では、９０ｋＶ、０．５ｍＡを使用している。又、上記装着部分１５１へＸ線を照射するときの上記照射条件は、後述の教示治具１２５を使用して較正情報を得るときに使用した照射条件と同一の条件である。
尚、本実施形態では、Ｘ線１５２は上記装着部分１５１の範囲に照射されるが、少なくとも、上記部品側電極と上記被装着体側電極との接合部分の範囲に照射されれば良い。
上記Ｘ線シンチレータ１１５は、上記装着部分１５１を透過したＸ線を、該Ｘ線のＸ線強度に比例した光量を有する可視光に変換する。このとき、Ｘ線１５２は、透過した少なくとも一つの物質の厚みと、該物質におけるＸ線吸収係数に応じて減衰されるので、回路基板１０３及び電子部品１０４の上記装着部分１１５における各部分のＸ線減衰量に応じたＸ線透視画像がＸ線シンチレータ１１５に映し出される。よってＸ線シンチレータ１１５は、上記Ｘ線透視画像に対応して可視光を発生する。
【００１６】
Ｘ線シンチレータ１１５から発した上記可視光は、ミラー１１６にて反射させてカメラ１１７に入射させる。このようにミラー１１６を設けるのは、Ｘ線の照射範囲外にカメラ１１７を配置しＸ線の直射によるカメラ１１６のダメージを避けるためである。
カメラ１１７にて撮像された上記装着部分１５１の画像は、画像処理装置１１８にて画像処理される。電子部品１０４の上記部品側電極と、回路基板１０３の上記被装着体側電極との接合部分には、一般的にＸ線の吸収率が高い鉛や錫等の重金属材料が使われることから、Ｘ線による透視画像に対応する上記可視光を画像処理することで、上記接合部分は、上記装着部分１５１内での上記接合部分の周辺部に比べて黒く表示される。よって、上記接合部分とその周辺部とを区別することができる。画像処理後の画像は、制御装置１２１及び表示装置の一例としてのモニタテレビ１１９に送出される。
【００１７】
制御装置１２１は、上記Ｘ線発生器１１１、カメラ１１７、及び画像処理装置１１８に接続され、これらの動作制御を行うとともに、さらに、記憶装置１２２には、上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を格納し、撮像装置１２０の画像処理装置１１８から供給された上記装着部分のＸ線透視画像について上記第１較正情報を用いて装着部分１５１内の上記接合部分における厚さ情報を生成する。さらに、上記記憶装置１２２には、上記接合部分について良好な接続が行われた場合の上記接合部分における良品厚さ情報が格納されている。図６〜図８には、上記ＢＧＡタイプの電子部品１０４と回路基板１０３の接合部分の断面図を示し、図６には、電子部品１０４の上記部品側電極１０４１と、該電子部品１０４が装着される回路基板１０３に形成された被装着体側電極１０３１とが半田ボール１０４２及びクリーム半田１０３２にて正常に接合された、良品の場合が示され、図７にはクリーム半田１０３２が不足している場合が示され、図８には半田ボール１０４２とクリーム半田１０３２とが接合していない接触不良、いわゆるオープン不良の場合が示されている。上述した電極接合検査装置１０１にてＸ線による厚さ測定を行ったとき、図７の半田不足の場合には、半田ボール１０４２の周辺部分１０３３の厚さが上記良品の場合に比べて低くなり、又、図８の上記オープン不良の場合には、半田ボール１０４２の中心付近での厚さが上記良品の場合に比べて厚くなる。このように、制御装置１２１は、上記部品側電極１０４１と上記被装着体側電極１０３１との上記接合部分における厚みを上記画像の濃淡に基づき観察し、上記良品の場合の厚み情報と比較することで、該接合部分の接合の良否を判定する。
【００１８】
ここで、上記第１較正情報とは以下のようにして求める。即ち、図３に示すような、上記部品側電極と上記被装着体側電極との上記接合部分に同じ材質にてなり例えば階段状やくさび状等の形状にてなり複数の測定点１２５１−１、１２５１−２、…を有する教示治具１２５であってその厚み方向である上記Ｘ線の透過方向１２５２に沿った厚みが互いに異なりかつ各厚みが既知である教示治具１２５を、上記Ｘ線発生器１１１、カメラ１１７、及び画像処理装置１１８を用いて撮像する。本実施形態では、教示治具１２５は、半田ボール１０４２と同一材質の材料にて作製されている。又、上記同一材質とは、Ｘ線の透過率が同一である材質をいい、具体的には材料成分及び該成分の含有量の両者が同一である材質をいう。又、教示治具１２５は９つの測定点１２５１−１〜１２５１−９を有するが、厚みの異なる測定点の数はこれに限定されるものではない。上記撮像により画像処理装置１１８から送出される画像１２５３は、図４に示すように上記測定点１２５１−１から１２５１−９に向けて、教示治具１２５の厚みが増加するに伴い、順次、画像濃度、本実施形態では白黒カメラを使用しているので白色の濃度値が段階的に減少していく。上述のように各測定点１２５１における教示治具１２５の厚みは判っているので、各測定点１２５１の厚み寸法と各測定点１２５１に対応する相対画像濃度値との関係に基づいて、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が相対画像濃度を表す座標系にそれぞれの上記測定点１２５１の濃度値をプロットして各プロットを結ぶ近似曲線を作成し、図５に示す対数曲線１２５４を作成することができる。このようにして求まった上記対数曲線１２５４を表す情報が上記第１較正情報に相当する。又、該第１較正情報は、回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された上記装着部分１５１の上記接合部分を検査する前に制御装置１２１の上記記憶装置１２２に格納されている必要があるが、その格納方法は、検査開始前に実際に上記教示治具１２５を使用して上記第１較正情報を得て格納してもよいが、実際的には、予め求めた上記第１較正情報を記録した例えばフロッピーディスク等の記録媒体から供給してもよいし、又、通信回線を使用して供給する方法等、公知の方法を採ることができる。 又、上記画像濃度を示す画像全体の各画素毎に、上記対数曲線１２５４を使って変換すればＸ線透視画像を厚さを表す画像に変換することもできる。
【００１９】
このように構成される電極接合検査装置１０１における動作を以下に説明する。
検査対象である、回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線１５２を照射して、上記装着部分１５１を透過した画像情報に対応してＸ線シンチレータ１１５から送出される可視光をカメラ１１７にて撮像する。カメラ１１７にて撮像されたＸ線透視画像は画像処理装置１１８に送出され画像処理が行われ、処理後の画像は、制御装置１２１へ送出される。制御装置１２１は、上記第１較正情報と、上記処理後の画像における上記相対画像濃度とに基づいて、上記装着部分１５１の内、特に上記接合部分の厚み情報を生成し、さらに、該厚み情報と上記良品の場合の厚み情報とを比較して、各接合部分の接合の良否を判断する。
【００２０】
上述したように、上記第１較正情報を使用することで、検査箇所である上記装着部分１５１について、回路基板１０３及び電子部品１０４の厚み方向に沿った高さ方向を含んだ３次元形状にて高精度で検査することが可能となる。
【００２１】
第１変形例；
上述した電極接合検査装置１０１の変形例として以下の構成を採ることもできる。
本変形例では、上記カメラ１１７に代えて、図９に示す画像蓄積型のカメラ１１７１を使用する。Ｘ線を用いた非破壊検査では、検査対象に入射したＸ線の強度と検査対象を透過した後のＸ線強度の関係は、Ｉ＝Ｉ0exp（−μｘ）、にて表される。ここで、Ｉは透過Ｘ線の強度、Ｉ0は入射Ｘ線の強度、μはＸ線が透過した物質の吸収係数、ｘは当該Ｘ線が透過する物質の厚み、である。上記画像蓄積型のカメラ１１７１は、長時間露光可能なシャッター機構１１７２と、撮像画像を蓄積可能な、画像蓄積部に相当する画像メモリ１１７３とを有し、微弱な光量の撮像対象部分、言い換えるとＸ線透過量が少ない撮像対象部分でも、長時間露光を行うことにより、上記相対画像濃度を引き上げることができる。
【００２２】
Ｘ線シンチレータ１１５は、透過したＸ線の強度に比例して発光するので、同一の検査条件、検査対象物にて上記画像蓄積時間を変化させた場合、撮像により得たＸ線透視画像の上記相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係は、図１０に示すようなグラフで表される。尚、この図１０に示すような関係を測定するときにも、上述した教示治具１２５を使用することができる。又、図１１には、例えばＸ線発生器１１１から照射されるＸ線１５２の強度を強、中、低と変化させた場合において、上記相対画像濃度と画像蓄積時間との関係が示されている。同一の相対画像濃度を得ようとしたとき、当然ながら、Ｘ線１５２の強度が最も強い場合（グラフ１６１）、上記画像蓄積時間が最も短く、次に上記強度が中程度の場合（グラフ１６２）が次に短く、上記強度が最も低い程度の場合（グラフ１６３）が最も長くなる。
【００２３】
図１４〜図１８を参照して、画像蓄積時間の違いによる上記相対画像濃度の変化を説明する。尚、図１４〜図１７は、上記接合部分の内の一つの部分における、上記画像処理装置１１８から送出された上記処理済画像を示し、上記接合部分に相当する画像１６４と、上記接合部分の周辺部分の画像１６５と、測定ライン１６６とを示している。又、図１４は、上記画像蓄積時間が１秒の場合の画像であり、図１５は４秒の場合であり、図１６は８秒の場合であり、図１７は１６秒の場合の画像である。図１８の（ａ）〜（ｄ）は、図１４〜図１７の各測定ライン１６６に対応しており、各測定ラインにおける輝度を示すグラフであり、図１８の（ａ）〜（ｄ）における横軸は、測定ライン１６６に沿った座標値、具体的には画素数を表しており、縦軸は輝度値、具体的には本実施形態では０〜２５５階調を示している。
【００２４】
図１４における画像蓄積時間が１秒の場合では、画像蓄積時間が短すぎる為に全体に画像が暗く、図１８の（ａ）に示すように、接合部分の画像１６４とその周辺部分の画像１６５との境界が明確に識別できない。図１５における画像蓄積時間が４秒の場合でも、図１８（ｂ）に示すように上記画像１６４と上記画像１６５とのコントラストは十分でない。図１６における画像蓄積時間が８秒の場合、図１８（ｃ）に示すように上記画像１６５の上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に達して、上記画像１６４と上記画像１６５とのコントラストが最大になり、上記接合部分の大きさや形状の判定に最適な画像となる。後述のように、画像蓄積開始から上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に達するまでの時間が登録され、登録された蓄積時間にて撮像を行うことで、常に図１８の（ｃ）に近い相対画像濃度で検査を行うことが可能となる。一方、図１７における画像蓄積時間が１６秒の場合、図１８（ｄ）に示すように上記画像１６５の上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値を超えてしまうことから、上記接合部分の画像１６４の大きさが実際より小さくなり、上記接合部分の正確な形状判定ができなくなる。
【００２５】
このような画像蓄積型のカメラ１１７１を有する電極接合検査装置における動作は、大きく分けて、画像蓄積時間決定動作と検査動作とに分けられる。
上記画像蓄積時間決定動作は、検査対象物に最適な画像蓄積時間を求める動作である。つまり、図１２に示すように、ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１では、検査対象物の、電子部品１０４を装着した回路基板１０３を当該電極接合検査装置にセットし、上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ２では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の蓄積を開始する。
ステップ３〜ステップ５にて、制御装置１２１は画像処理装置１１８から一定時間毎に供給される処理済画像に基づいて、上記Ｘ線透視画像におけるコントラストが最大になるまでコントラストの判定を繰り返す。ここで、コントラストが最大になるとは、Ｘ線透視画像の蓄積を開始した時点で上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分が、本実施形態では上記相対画像濃度の最大値、つまり白色に達した時点にてコントラストが最大になったものと判断する。尚、上記コントラストが最大になった判断としては、上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分が上記相対画像濃度の最大値に達した時点に限定するものではなく、例えば上記最も明るい部分が上記相対画像濃度のある設定値に到達した時点とすることもできる。又、上記最も明るい部分とは、撮像した上記Ｘ線透視画像内の最も明るい画素をいう。上記図１４〜図１７に示す例の場合、Ｘ線透視画像の蓄積を開始した時点で上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分は、図１４に示す上記画像１６５に対応する。よって、該画像１６５が上記相対画像濃度の最大値に到達した時点である図１６に示される時点にてコントラストが最大になったものと判断される。
上記コントラストが最大になったと判断されたならば、制御装置１２１は、ステップ６にて上記Ｘ線１５２の照射を停止し、ステップ７にてＸ線透視画像の蓄積開始からコントラストが最大になるまでに要した時間を登録する。
【００２６】
上記検査動作では、上記画像蓄積時間決定動作にて用いた検査対象物と同一若しくは同程度の、電子部品１０４を装着した回路基板１０３が当該電極接合検査装置に搬入され、ステップ８にて上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ９では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の画像メモリ１１７３への蓄積を開始する。次に、ステップ１０では、制御装置１２１は、カメラ１１７１に対して上記ステップ７で登録された画像蓄積時間にわたり画像蓄積を続けさせた後、ステップ１１にて画像処理装置１１８から処理済画像の供給を受け、ステップ１２でＸ線の照射を停止する。そして制御装置１２１は、ステップ１３では、上述したように予め格納している上記良品厚さ情報と上記処理済画像との比較を行うことで検査箇所である上記接合部分の良否判定を行う。
【００２７】
以上説明したように本変形例によれば、回路基板１０４の接合部分を含む画像の中で撮像開始時に最も明るい部分がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に一致するまで画像蓄積時間を制御するように構成した。これにより、接合部分とそれ以外の背景部分とのコントラストが最大になり上記接合部分の輪郭形状がより鮮明になる。よって、上記接合部分の輪郭形状の検査精度を向上することができる。
【００２８】
第２変形例；
又、上述のように画像蓄積が可能なカメラ１１７１を使用した場合には、以下のような変形例を構成することもできる。
即ち、同一の検査条件、検査対象物にて上記画像蓄積時間を変化させることで得られる、上記図１０に示すような、撮像により得たＸ線透視画像の上記相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係に基づいて、図１９に示すように、画像蓄積時間を横軸に、透過物質の厚さを縦軸に取って、相対画像濃度値が例えば５０に達するまでの、透過物質の厚さと画像蓄積時間との関係を表すグラフを作成することができる。
制御装置１２１の上記記憶装置１２２に、上記第１較正情報に代えて、又は上記第１較正情報とともに、上述の画像蓄積時間と透過物質の厚さとの関係を示した第２較正情報を格納する。尚、上記画像蓄積時間を定めるときの上記相対画像濃度値は上述の５０に限定されるものではなく、画像蓄積時間から透過物質の厚さを求めるのに、各検査対象に応じて適切となる検出用明るさに対応する値であればよい。尚、上記第２較正情報を得るために、例えば上記教示治具１２５を用いることもできる。即ち、教示治具１２５の各測定点１２５１について、各測定点１２５１の厚みは既知であるから、所望の厚みの測定点１２５１における上記相対画像濃度値が例えば５０に到達するまでの時間を求めることで、上記第２較正情報を得ることができる。
このような第２較正情報を使用することで、制御装置１２１は、画像処理装置１１８から供給される処理済画像内の任意の厚さ検査したい箇所について、上記相対画像濃度が例えば５０に達するまでの画像蓄積時間を測定することで、検査対象物における上記処理済画像内の上記任意の厚さ検査箇所における透過物質の厚さを求めることができる。
【００２９】
上記第２較正情報を使用した場合における、上記接合部分の良否判定動作は図２０に示す動作にて実行される。
ステップ２１では、電子部品１０４を装着した回路基板１０３が当該電極接合検査装置に搬入され、上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ２２では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の蓄積を開始すると同時に、ステップ２３ではカメラ１１７１の画像メモリ１１７３への画像蓄積時間の測定を開始する。
【００３０】
次に、ステップ２４〜ステップ２６にて、Ｘ線透視画像の画像蓄積と、該Ｘ線透視画像内において厚さ測定を行いたい任意の厚さ検査箇所における上記相対画像濃度の値が設定値、例えば上記５０に到達したか否かの判定を繰り返す。上記相対画像濃度が上記設定値に到達したならば、制御装置１２１は、ステップ２７にてＸ線透視画像の蓄積開始から上記設定値到達までの画像蓄積時間を測定し、ステップ２８にてＸ線の照射を停止する。次に、制御装置１２１は、ステップ２９にて、ステップ２７にて求めた上記画像蓄積時間を元に、上記第２較正情報を使用して上記厚さ検査箇所における厚さを求める。そしてステップ３０にて、制御装置１２１は、上記厚さ検査箇所における厚さと、予め記憶装置１２２に格納した、良品の場合において上記厚さ検査箇所に対応する箇所の基準厚さとを比較し、検査箇所である上記厚さ検査箇所の良否判定を行う。
【００３１】
以上説明したように本変形例によれば、Ｘ線透視画像の画像蓄積時間を制御できるカメラを使用して、厚さ測定を行う上記厚さ検査箇所の画像濃度が所定の値になるまでＸ線透視画像を蓄積し、当該蓄積時間から測定箇所の厚さを求めるようにしたことから、検査箇所の厚さを測定する際に、接合部分の厚さが大きく変化しても上記蓄積時間を変化させることで厚さ測定の分解能を最大にすることができ、よって検査精度を従来に比べて向上させることができる。
【００３２】
第３変形例；
さらに上記制御装置１２１は、上述のような機能に代えて又は上述の機能に付加するようにして、以下のような機能を実行するように構成することもできる。即ち、上述した各例では、画像処理装置１１８から供給される処理済画像に基づいて上記接合部分の上記厚みを求めたが、本例では、上記処理済画像を元に回路基板１０３に装着されている電子部品１０４の位置ズレを求める。以下に具体的に説明する。
上記部品位置ズレの自動検査は以下のように行われる。まず、回路基板１０３に形成された上記被装着体側電極のＮＣ座標データと、回路基板１０３に形成されている２つの補正マークのＮＣ座標データとを、予めＣＡＤデータ等から制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておく。尚、上記ＮＣ座標データとは、どの部品を回路基板上のどの位置にどの順番で装着するか等の部品装着動作に関する情報であるＮＣプログラム内に含まれる、上記被装着体側電極や補正マークの座標データであり、例えば当該電極接合検査装置１０１に設定された座標系における原点を基準として得られる絶対的な座標データである。
当該電極接合検査装置１０１に、電子部品１０４装着済の回路基板１０３が搬入された後、上述のＸ線撮像により画像処理装置１１８から得られる処理済画像に基づき上記２つの補正マークの位置を認識し、上記搬入によるＸ、Ｙ方向及び回転方向の位置ズレ量を求める。さらに、当該位置ズレ量から回路基板１０３の上記被装着体側電極における上記ＮＣ座標データを補正し、補正後の上記被装着体側電極の補正ＮＣ座標データと、上記処理済画像から求めた電子部品１０４の部品側電極の実際の位置データとのズレ量を求めることにより行う。
【００３３】
さらに図２１、２２を参照して上記部品位置ズレの検査方法を説明する。図２１において、ステップ４１では、検査対象であり電子部品１０４装着済の回路基板１０３が当該電極接合検査装置１０１に搬入された後、上記装着部分１５１にＸ線が照射される。図１では、電子部品１０４の全体を網羅してＸ線１５２が照射されている図示となっているが、一般的には、Ｘ線１５２の照射範囲は電子部品１０４の全範囲よりも狭い。よって、次のステップ４２では、図２２に示す補正マーク１０３４へ上記照射範囲を移動させるため、Ｘ，Ｙ方向への移動装置１３１又は移動装置１３２にて回路基板１０３又はＸ線発生器１１１を移動させる。次のステップ４３にて、制御装置１２１は画像処理装置１１８から供給される上記処理済画像に基づき補正マーク１０３４の実際の位置を求める。同様に、ステップ４４にて、補正マーク１０３５へ移動し、ステップ４５にて制御装置１２１は補正マーク１０３５の実際の位置を求める。次に、ステップ４６にて、制御装置１２１は、補正マーク１０３４及び補正マーク１０３５の上記ＮＣ座標データと上記実際の位置データとから、補正マーク１０３４及び補正マーク１０３５の位置ズレ量を求め、該位置ズレ量に基づき、回路基板１０３上の各被装着体側電極１０３６の位置を求める。
次に、ステップ４７にて、検査対象の接合部分の位置へ移動し、ステップ４８にて、画像処理装置１１８からそれぞれの部品側電極１０４３の位置を認識する。次にステップ４９にて、制御装置１２１は、求めたそれぞれの部品側電極１０４３の位置データを元に、下記の数１に示す計算式に基づいて電子部品１０４の位置ずれ量を求める。ステップ５０でＸ線の照射を停止した後、ステップ５１にて、部品側電極１０４３と上記被装着体側電極１０３６とが互いに外れることなく接合しているか否かの良否判定を行う。
【００３４】
【数１】
【００３５】
ここで、ｄＸＰ：Ｘ方向の電子部品の位置ズレ量、ｄＹＰ：Ｙ方向の電子部品の位置ズレ量、ｄθＰ：回転方向の電子部品の位置ズレ量、ｘｋｉ：検出されたそれぞれの上記部品側電極のＸ座標、ｙｋｉ：検出されたそれぞれの上記部品側電極のＹ座標、ｘｎｉ：それぞれの上記部品側電極のＮＣ座標データにおけるＸ座標、ｙｎｉ：それぞれの上記部品側電極のＮＣ座標データにおけるＹ座標、ｎ：電極数、である。又、上記回転方向の電子部品の位置ズレとは、図２２に示す部品中心１０４４を回転中心とした電子部品１０４の回転量であって、上記ＮＣ座標データ上の電子部品１０４の位置に対する実際の電子部品１０４の位置とズレ量である。
【００３６】
以上説明したように本変形例によれば、複数の上記被装着体側電極に対応する複数の部品側電極の位置ずれ方向、及び位置ずれ量の各平均値から電子部品１０４の水平方向の位置ずれ量と回転方向の位置ずれ量とを求めるように構成した。よって、電子部品の実装位置ずれ量を高精度に計測することが可能となる。
【００３７】
第２実施形態；
上述の第１実施形態における電極接合検査装置１０１は、回路基板１０３の片面に電子部品１０４を装着したものに対して検査を行う装置である。一方、該第２実施形態では、図２３に示すように、上述した電極接合検査装置１０１からなら２台の電極接合検査装置１０１Ａと電極接合検査装置１０１Ｂとについて、上記電極接合検査装置１０１Ａに備わり、上記制御装置１２１に相当する制御装置１２１Ａと、上記電極接合検査装置１０１Ｂに備わり、上記制御装置１２１に相当する制御装置１２１Ｂとを接続する。そして回路基板１０３の両面に電子部品１０４を装着したものに対して上記接合部分の接合検査を可能とする電極接合検査装置２０１である。該電極接合検査装置２０１は、概略、以下のように動作する。
【００３８】
即ち、電子部品の両面実装工程において、回路基板の一方の面をＡ面、他方の面をＢ面としたとき、最初に行われるＡ面実装工程では片面のみに電子部品が実装されているので、上述の第１実施形態の電極接合検査装置１０１にて上記接合部分についてＸ線を用いた検査が可能である。しかし、該回路基板を反転して上記Ｂ面に電子部品を実装すると上記Ａ面にも実装部品が存在することから、Ｘ線透視画像では上記Ａ面とＢ面が重なった画像となり、そのままでは検査が困難になる。
そのため、上記Ａ面のＸ線透視画像を基板反転に合わせて画像を反転し、上記Ｂ面のＸ線透視画像から前記Ａ面の反転画像を減算することによりＢ面のみの画像を抽出して検査する。このとき、上記Ａ面、Ｂ面の上記Ｘ線透視画像の上記相対画像濃度は透過物質の厚さの対数関数で表されるので、単純に両者を減算してもＢ面だけの画像を抽出することはできない。そのため、上記画像の減算は、Ｘ線透視画像を対数変換して作成した、厚さに関する画像により行う。又、Ａ面画像とＢ面画像とを対応させる為に、回路基板にバーコード等にて識別情報である基板ＩＤを印刷しておき、上記Ａ面の撮像を行う電極接合検査装置で読み取った基板ＩＤと、撮像したＡ面における上記厚さ画像とを一緒にして、上記Ｂ面の撮像を行う電極接合検査装置に送信する。該Ｂ面の電極接合検査装置では、検査対象基板から読み取った基板ＩＤと上記Ａ面の電極接合検査装置から送られた上記基板ｌＤが一致したとき、Ｂ面の電極接合検査装置にて得た厚さ画像から上記Ａ面の電極接合検査装置にて得た厚さ画像を減算して接合検査を行う。
【００３９】
以下、図２４を用いて上記接合検査動作について説明する。
回路基板１０３のＡ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査するＡ面検査工程において、ステップ６１にて、上記Ａ面に電子部品１０４を実装した回路基板１０３を搬入し、ステップ６２にてＸ線を上記Ｂ面側から照射する。次にステップ６３にて制御装置１２１Ａは画像処理装置１１８からＸ線透視画像の供給を受け、ステップ６４にて制御装置１２１Ａは、上記Ｘ線透視画像の相対画像濃度について透過物質の厚さの対数関数で表されているのを、厚さの関数に変換して接合部分を検査する。ステップ６５では、変換した上記厚さの関数にて表された、第１厚さ情報に相当する画像情報と当該回路基板のＩＤ（識別情報）とを、回路基板１０３のＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査する電極接合検査装置１０１Ｂに送信し、ステップ６６でＸ線照射を停止する。ステップ６７では、生産を続行するかどうかの判断を行い、続行するときにはステップ６１に戻ってステップ６１〜６７を繰り返す。
又、上記電極接合検査装置１０１Ａによる検査後、回路基板１０３は、部品実装機へ搬送され、Ｂ面側に電子部品１０４が装着される。
【００４０】
一方、回路基板１０３のＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査するＢ面検査工程では、ステップ６８にて、予め上記電極接合検査装置１０１Ａから上記第１厚さ情報と上記基板ＩＤを受信し、電極接合検査装置１０１Ｂの制御装置１２１Ｂの記憶装置１２２に記憶しておく。次に、ステップ６９では、Ｂ面側にも電子部品１０４が装着されて両面に電子部品１０４が装着された回路基板１０３が電極接合検査装置１０１Ｂに搬入される。ステップ７０にて、Ａ面側からＸ線が照射される。次にステップ７１にて、制御装置１２１Ｂは画像処理装置１１８からＡ、Ｂ両面に装着されている電子部品１０４のＸ線透視画像の供給を受ける。ステップ７２では、制御装置１２１Ｂは、上記制御装置１２１Ａと同様に当該Ｘ線透視画像を第２厚さ情報に相当する厚さ画像情報に変換した後、上記電極接合検査装置１０１Ａから供給された、同じ基板ＩＤを有する回路基板１０３の上記第１厚さ情報を反転、つまり厚さの高、低が逆転するようにして、減算することによりＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分のみの厚さ情報を抽出する。
次に、ステップ７３では、制御装置１２１Ｂは、抽出された上記厚さ情報に基づきＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査した後、ステップ７４でＸ線照射を停止する。ステップ７５では生産を続行するかどうかの判断を行い、続行するときにはステップ６８に戻ってステップ６８〜７５を繰り返す。
【００４１】
以上説明したように本第２実施形態によれば、両面実装後の回路基板におけるＸ線透視画像の上記第２厚さ情報から、表面のみ実装した後の回路基板におけるＸ線透視画像の上記第１厚さ情報を減算することで、回路基板の裏面の接合部分を検査する機能を有するように構成した。よって、透過型Ｘ線装置を用いて両面実装後の回路基板の表面と裏面とに実装された電子部品の接合部分をそれぞれ個別に検査することができる。
【００４２】
上述の第１及び第２実施形態では、検査対象として、電子部品１０４の裏面に形成された部品側電極と、回路基板１０３に形成された被装着体側電極との接合部分を例に採っているが、これに限定されず、例えば複数の電子部品同士の接合部分を検査対象とすることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の接合検査装置、及び第４態様の接合検査方法によれば、制御装置を備え、被装着体と電子部品との装着部分のＸ線透視画像について第１較正情報を用いて上記装着部分内の接合部分における厚さ情報を生成するようにした。ここで上記第１較正情報は、被装着体と電子部品との接合部分に同じ材質にてなりＸ線の透視方向に沿った厚みが互いに異なりかつ各厚みが既知である複数の測定点を有する教示治具を用いて得られた上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す情報である。よって、上記装着部分について、上記被装着体及び電子部品の厚み方向に沿った高さ方向を含んだ３次元形状にて高精度で検査することが可能となる。
【００４４】
又、本発明の第２態様の接合検査装置によれば、画像蓄積が可能な撮像装置を備えることで、上記Ｘ線透視画像の蓄積開始時に最も明るい部分が白色に到達するまで画像蓄積時間を制御するように構成した。これにより、上記接合部分とそれ以外の背景部分とのコントラストが最大になり上記接合部分の輪郭形状がより鮮明になる。よって、上記接合部分の輪郭形状の検査精度を向上することができる。
【００４５】
又、本発明の第３態様の接合検査装置によれば、被装着体の表裏両面に電子部品が装着された被装着体におけるＸ線透視画像の第２厚さ情報から、上記表裏面の一方の面のみに装着した後の上記被装着体におけるＸ線透視画像の第１厚さ情報を減算することで、上記被装着体の上記表裏面の他方の面に装着された電子部品の接合部分を検査するように構成した。よって、透過型Ｘ線装置を用いて上記被装着体の両面に実装された電子部品の接合部分をそれぞれ個別に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態における電極接合検査装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示す電極接合検査装置にて教示治具を撮像した状態を示す図である。
【図３】 図２に示す教示治具の斜視図である。
【図４】 図２に示す電極接合検査装置にて教示治具を撮像したときのＸ線透視画像を示す図である。
【図５】 図１に示す電極接合検査装置にて作成した第１較正情報を説明するためのグラフである。
【図６】 回路基板と電子部品との接合部分であって良品の場合を示す断面図である。
【図７】 回路基板と電子部品との接合部分であって半田不足の場合を示す断面図である。
【図８】 回路基板と電子部品との接合部分であって接続不良の場合を示す断面図である。
【図９】 図１に示す電極接合検査装置に備わるカメラ部分の変形例を示す図である。
【図１０】 図９に示すカメラにて画像蓄積時間を変化させた場合において、相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１１】 発光体の輝度を変化させた場合において、相対画像濃度と画像蓄積時間との関係を示すグラフである。
【図１２】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間の設定動作を行うときの動作を示すフローチャートである。
【図１３】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって設定した画像蓄積時間にて撮像を行い接合部分の良否判定を行うときの動作を示すフローチャートである。
【図１４】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が不足している状態の画像を示す図である。
【図１５】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が不足している状態の画像を示す図である。
【図１６】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が良好な状態の画像を示す図である。
【図１７】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が超過している状態の画像を示す図である。
【図１８】 （ａ）は図１４に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は図１５に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｃ）は図１６に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｄ）は図１７に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフである。
【図１９】 一定の相対画像濃度に達するまでの画像蓄積時間と、透過物質の厚さとの関係を示した第２較正情報を説明するためのグラフである。
【図２０】 上記第２較正情報を使用して接合部分の良否判定を行う動作を示すフローチャートである。
【図２１】 回路基板に装着された電子部品の位置ズレの検査動作を示すフローチャートである。
【図２２】 回路基板に装着された電子部品が位置ズレ状態にある場合を示す図である。
【図２３】 本発明の第２実施形態における電極接合検査装置の構成を示す図である。
【図２４】 上記接合検査動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…電極接合検査装置、１０３…回路基板、１０４…電子部品、
１１１…Ｘ線発生器、１１５…Ｘ線シンチレータ、１２０…撮像装置、
１２１…制御装置、１２５…教示治具、
２０１…電極接合検査装置、
１１７３…画像蓄積部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフリップチップ、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）等のような電子部品であってその裏面に電極がある電子部品を含む表面実装部品の電極と、例えば回路基板のような被装着体に形成されている電極との間の接合状態をＸ線透視画像に基づき検査する、Ｘ線を用いた接合検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透視型Ｘ線検査機を用いた実装検査方法としては、部品実装後の回路基板にＸ線を垂直に照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透視したＸ線を検出するＸ線検出器とを用いて、回路基板及び回路基板上の電子部品を透視したＸ線を画像に変換して、該画像を目視検査、又は画像認識装置による自動検査にて、部品の電極と回路基板の電極との接合部の位置ずれ、電極間のショート、半田等の接合材の過不足やボイド、半田ボールの飛散や異物の混入等を検査していた。
【０００３】
又、断層型Ｘ線検査機を用いた実装検査方法としては、部品実装後の回路基板にＸ線を斜めから照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透視したＸ線を検出するＸ線検出器とを、それぞれ上記回路基板と平行な平面上で互いに同期して回転させ、上記回路基板の一定の高さに焦点を合わせてそれ以外の高さに位置する面を上記回転動作でぼかすことにより上記回路基板の水平断面画像を得て、両面実装基板の表側と裏側を個別に検査できるＸ線ラミノグラフィーと呼ばれる手法を用いたＸ線検査方法も実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯情報機器等の電子機器の市場では、商品の小型、軽量化が求められており、電子機器を構成する回路基板に対しても小型、軽量化の要望が強くなっている。そのため、電子部品の裏面に電極を設けることによりパッケージサイズを小型化したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）や、それをさらに小型化して半導体ベアチツプと同じくらいの大きさにしたＣＳＰ（チップスケールパッケージ）などのパッケージ部品、さらにはパッケージ化されていない半導体ベアチップにおけるバンプ電極を介して回路基板上に直接実装するフリップチップ実装が広く採用されつつある。
【０００５】
ところで、回路基板上への電子部品の実装では、電極接合部に不良があると電子機器が正常に動作しないので、接合不良のある回路基板はその製造工程のできるだけ早い段階で回収し、修理又は廃棄する必要がある。ところが、上述のＢＧＡ、ＣＳＰや、フリップチップでは、電極が電子部品の裏面にあるため実装後において電極接合部は外から見えないので、従来のリード付き電子部品のように電極接合部の外観検査ができないという問題があった。
そのため、電極接合部の不良は、電子機器が動作可能な状態まで組み立てられた後の機能検査によって初めて発見されており、実装不良のある回路基板に対しても無駄な組立工程を経る必要があった。このロスコストを削減するために、実装直後において上記電極接合部をＸ線を用いて非破壊で検査しようとする取り組みがなされており、電極接合部の３次元的形状検査が求められている。
【０００６】
しかし、従来の技術では、検査箇所の材質やＸ線照射条件によりＸ線吸収係数が異なるため、単にＸ線画像の濃淡から検査箇所の高さ方向の形状を定量的に測定するということはできず、半田等の接合材の３次元的形状測定が困難であった。
又、物質を透視するＸ線量は物質の厚さに対して指数関数的に減衰する。よって、Ｘ線シンチレータから発せられる光をカメラで撮像してその画像濃淡により物質の厚さを測定する場合、撮像系における、画像の濃淡のダイナミックレンジと分解能の制限とにより、検査対象物の薄い部分では上記Ｘ線シンチレータの輝度が測定領域を越えてしまい、その結果、画像情報が欠落し、一方、検査対象物の厚い部分では検査対象物の厚みの変化量に対するＸ線画像の濃淡の変化量を正確に測定ができないという問題点があった。
【０００７】
さらに、Ｘ線画像の電子増幅による粒子ノイズやＸ線焦点の大きさによる画像ぼけ等の影響で画像が不鮮明となるため、画像計測精度が劣化し、高精度な検査が困難であった。
又、上記透視型Ｘ線装置による両面実装基板の検査では、基板の表面の部品と裏面の部品が重なって写るため、通常の撮像方法及び認識方法で検査することが困難である。又、上述の断層撮影方法を用いた検査装置は、構造的に設備コストが高くなるという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、実装された電子部品の電極接合部のＸ線検査において、検査箇所の高さ方向を含む３次元形状を高精度で検査可能な接合検査装置及び方法を提供することを第１目的とし、検査箇所の輪郭形状の検査精度を従来に比べて向上可能な接合検査装置及び方法を提供することを第２目的とし、透視型Ｘ線装置を用いて両面装着後の被装着体の表面と裏面とをそれぞれ個別に検査可能な接合検査装置及び方法を提供することを第３目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様の接合検査装置は、電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分に照射するＸ線を発生するＸ線発生器と、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換するＸ線シンチレータと、
上記Ｘ線シンチレータから送出された上記可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像する撮像装置と、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を予め格納し、上記撮像装置から供給された上記接合部分のＸ線透視画像について上記第１較正情報を用いて上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報とともに、各測定点における厚みと、上記測定点におけるＸ線透視画像の明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を格納し、上記撮像装置から供給された上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所の厚さ情報を生成する制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記第１較正情報は、上記部品側電極と上記被装着体側電極との上記接合部分と同じ材質にてなり複数の測定点において上記Ｘ線の透視方向に沿った厚みが互いに異なりかつそれぞれの上記厚みが既知である教示治具を用いて得られ、上記Ｘ線発生器、Ｘ線シンチレータ、及び撮像装置を用いて、上記被装着体及び電子部品に代えて上記教示治具をＸ線撮像して、上記各測定点におけるＸ線透視画像の明るさを求め、得られる各測定点の厚みと各明るさとの関係に基づいて上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示した情報であるように構成することもできる。
【００１１】
又、本発明の第２態様の接合検査装置は、上記第１態様の接合検査装置において、上記Ｘ線発生器は、上記接合部分を含み上記被装着体上に上記電子部品が装着された装着部分にＸ線を照射し、
上記撮像装置は、上記装着部分のＸ線透視画像を蓄積する画像蓄積部を有し、上記制御装置は、上記Ｘ線透視画像の蓄積開始時において上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分の明るさが白色に到達するまで上記撮像装置に対して上記Ｘ線透視画像の蓄積を行わせるように構成することもできる。
【００１２】
又、本発明の第３態様の接合検査装置は、上記第１態様又は第２態様の接合検査装置において、板状の上記被装着体の一方の面に装着される上記電子部品と他方の面に装着される上記電子部品との少なくとも一部が上記被装着体を間に挟んで互いに重なり合って配置される場合であって、上記一方及び他方の両面に装着されたそれぞれの上記電子部品における上記装着部分の上記厚さ情報を生成するとき、上記制御装置は、上記一方の面に装着された電子部品の上記接合部分の第１厚さ情報を求め、さらに両面にて重なり合って電子部品が装着されたところの上記接合部分について第２厚さ情報を求め、該第２厚さ情報から上記第１厚さ情報を減算して上記他方の面に装着された電子部品の上記接合部分の厚さ情報を求めるように構成することもできる。
【００１３】
又、本発明の第４態様の接合検査方法は、電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分にＸ線を照射し、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換して該可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像し、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を用いて、上記接合部分のＸ線透視画像について上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報と共に、各測定点における厚みと、上記測定点における明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を用いて、上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所における厚さ情報を生成する、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である接合検査装置、及び該接合検査装置にて実行される接合検査方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載する「被装着体」の機能を果たす一例として本実施形態では電子部品１０４が装着される回路基板１０３を例に採るがこれに限定されるものではなく、例えば、電子部品１０４が装着される、液晶表示部を有する基板や、さらには電子部品１０４を装着する部品等を含む概念である。又、上記「課題を解決するための手段」に記載する「電子部品」としては、上述したように樹脂封止され裏面に電極を露出させたような電子部品や、パッケージ化されていない上記フリップチップ実装されるベアチップのような電子部品等を含む概念である。又、以下に記載する第１及び第２実施形態に記載する「電子部品１０４」として、上記ＢＧＡ、ＣＳＰ、フリップチップ等の表面実装部品を例に採る。
【００１５】
第１実施形態；
図１に示すように、本実施形態の電極接合検査装置１０１は、大別してＸ線発生器１１１と、Ｘ線シンチレータ１１５と、撮像装置１２０と、制御装置１２１とを備える。又、上記撮像装置１２０は、カメラ１１７、及び該カメラ１１７が送出する撮像情報が供給される画像処理装置１１８から構成される。
上記Ｘ線発生器１１１は、電子部品１０４の裏面に形成された部品側電極と、該電子部品１０４が装着される回路基板１０３に形成された被装着体側電極との接合により回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された装着部分１５１に照射するＸ線１５２を発生する。ここでＸ線の照射条件としては、約５０ｋＶから２００ｋＶ程度の電圧を用い、本実施形態では、９０ｋＶ、０．５ｍＡを使用している。又、上記装着部分１５１へＸ線を照射するときの上記照射条件は、後述の教示治具１２５を使用して較正情報を得るときに使用した照射条件と同一の条件である。
尚、本実施形態では、Ｘ線１５２は上記装着部分１５１の範囲に照射されるが、少なくとも、上記部品側電極と上記被装着体側電極との接合部分の範囲に照射されれば良い。
上記Ｘ線シンチレータ１１５は、上記装着部分１５１を透過したＸ線を、該Ｘ線のＸ線強度に比例した光量を有する可視光に変換する。このとき、Ｘ線１５２は、透過した少なくとも一つの物質の厚みと、該物質におけるＸ線吸収係数に応じて減衰されるので、回路基板１０３及び電子部品１０４の上記装着部分１１５における各部分のＸ線減衰量に応じたＸ線透視画像がＸ線シンチレータ１１５に映し出される。よってＸ線シンチレータ１１５は、上記Ｘ線透視画像に対応して可視光を発生する。
【００１６】
Ｘ線シンチレータ１１５から発した上記可視光は、ミラー１１６にて反射させてカメラ１１７に入射させる。このようにミラー１１６を設けるのは、Ｘ線の照射範囲外にカメラ１１７を配置しＸ線の直射によるカメラ１１６のダメージを避けるためである。
カメラ１１７にて撮像された上記装着部分１５１の画像は、画像処理装置１１８にて画像処理される。電子部品１０４の上記部品側電極と、回路基板１０３の上記被装着体側電極との接合部分には、一般的にＸ線の吸収率が高い鉛や錫等の重金属材料が使われることから、Ｘ線による透視画像に対応する上記可視光を画像処理することで、上記接合部分は、上記装着部分１５１内での上記接合部分の周辺部に比べて黒く表示される。よって、上記接合部分とその周辺部とを区別することができる。画像処理後の画像は、制御装置１２１及び表示装置の一例としてのモニタテレビ１１９に送出される。
【００１７】
制御装置１２１は、上記Ｘ線発生器１１１、カメラ１１７、及び画像処理装置１１８に接続され、これらの動作制御を行うとともに、さらに、記憶装置１２２には、上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を格納し、撮像装置１２０の画像処理装置１１８から供給された上記装着部分のＸ線透視画像について上記第１較正情報を用いて装着部分１５１内の上記接合部分における厚さ情報を生成する。さらに、上記記憶装置１２２には、上記接合部分について良好な接続が行われた場合の上記接合部分における良品厚さ情報が格納されている。図６〜図８には、上記ＢＧＡタイプの電子部品１０４と回路基板１０３の接合部分の断面図を示し、図６には、電子部品１０４の上記部品側電極１０４１と、該電子部品１０４が装着される回路基板１０３に形成された被装着体側電極１０３１とが半田ボール１０４２及びクリーム半田１０３２にて正常に接合された、良品の場合が示され、図７にはクリーム半田１０３２が不足している場合が示され、図８には半田ボール１０４２とクリーム半田１０３２とが接合していない接触不良、いわゆるオープン不良の場合が示されている。上述した電極接合検査装置１０１にてＸ線による厚さ測定を行ったとき、図７の半田不足の場合には、半田ボール１０４２の周辺部分１０３３の厚さが上記良品の場合に比べて低くなり、又、図８の上記オープン不良の場合には、半田ボール１０４２の中心付近での厚さが上記良品の場合に比べて厚くなる。このように、制御装置１２１は、上記部品側電極１０４１と上記被装着体側電極１０３１との上記接合部分における厚みを上記画像の濃淡に基づき観察し、上記良品の場合の厚み情報と比較することで、該接合部分の接合の良否を判定する。
【００１８】
ここで、上記第１較正情報とは以下のようにして求める。即ち、図３に示すような、上記部品側電極と上記被装着体側電極との上記接合部分に同じ材質にてなり例えば階段状やくさび状等の形状にてなり複数の測定点１２５１−１、１２５１−２、…を有する教示治具１２５であってその厚み方向である上記Ｘ線の透過方向１２５２に沿った厚みが互いに異なりかつ各厚みが既知である教示治具１２５を、上記Ｘ線発生器１１１、カメラ１１７、及び画像処理装置１１８を用いて撮像する。本実施形態では、教示治具１２５は、半田ボール１０４２と同一材質の材料にて作製されている。又、上記同一材質とは、Ｘ線の透過率が同一である材質をいい、具体的には材料成分及び該成分の含有量の両者が同一である材質をいう。又、教示治具１２５は９つの測定点１２５１−１〜１２５１−９を有するが、厚みの異なる測定点の数はこれに限定されるものではない。上記撮像により画像処理装置１１８から送出される画像１２５３は、図４に示すように上記測定点１２５１−１から１２５１−９に向けて、教示治具１２５の厚みが増加するに伴い、順次、画像濃度、本実施形態では白黒カメラを使用しているので白色の濃度値が段階的に減少していく。上述のように各測定点１２５１における教示治具１２５の厚みは判っているので、各測定点１２５１の厚み寸法と各測定点１２５１に対応する相対画像濃度値との関係に基づいて、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が相対画像濃度を表す座標系にそれぞれの上記測定点１２５１の濃度値をプロットして各プロットを結ぶ近似曲線を作成し、図５に示す対数曲線１２５４を作成することができる。このようにして求まった上記対数曲線１２５４を表す情報が上記第１較正情報に相当する。又、該第１較正情報は、回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された上記装着部分１５１の上記接合部分を検査する前に制御装置１２１の上記記憶装置１２２に格納されている必要があるが、その格納方法は、検査開始前に実際に上記教示治具１２５を使用して上記第１較正情報を得て格納してもよいが、実際的には、予め求めた上記第１較正情報を記録した例えばフロッピーディスク等の記録媒体から供給してもよいし、又、通信回線を使用して供給する方法等、公知の方法を採ることができる。 又、上記画像濃度を示す画像全体の各画素毎に、上記対数曲線１２５４を使って変換すればＸ線透視画像を厚さを表す画像に変換することもできる。
【００１９】
このように構成される電極接合検査装置１０１における動作を以下に説明する。
検査対象である、回路基板１０３上に電子部品１０４が装着された上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線１５２を照射して、上記装着部分１５１を透過した画像情報に対応してＸ線シンチレータ１１５から送出される可視光をカメラ１１７にて撮像する。カメラ１１７にて撮像されたＸ線透視画像は画像処理装置１１８に送出され画像処理が行われ、処理後の画像は、制御装置１２１へ送出される。制御装置１２１は、上記第１較正情報と、上記処理後の画像における上記相対画像濃度とに基づいて、上記装着部分１５１の内、特に上記接合部分の厚み情報を生成し、さらに、該厚み情報と上記良品の場合の厚み情報とを比較して、各接合部分の接合の良否を判断する。
【００２０】
上述したように、上記第１較正情報を使用することで、検査箇所である上記装着部分１５１について、回路基板１０３及び電子部品１０４の厚み方向に沿った高さ方向を含んだ３次元形状にて高精度で検査することが可能となる。
【００２１】
第１変形例；
上述した電極接合検査装置１０１の変形例として以下の構成を採ることもできる。
本変形例では、上記カメラ１１７に代えて、図９に示す画像蓄積型のカメラ１１７１を使用する。Ｘ線を用いた非破壊検査では、検査対象に入射したＸ線の強度と検査対象を透過した後のＸ線強度の関係は、Ｉ＝Ｉ0exp（−μｘ）、にて表される。ここで、Ｉは透過Ｘ線の強度、Ｉ0は入射Ｘ線の強度、μはＸ線が透過した物質の吸収係数、ｘは当該Ｘ線が透過する物質の厚み、である。上記画像蓄積型のカメラ１１７１は、長時間露光可能なシャッター機構１１７２と、撮像画像を蓄積可能な、画像蓄積部に相当する画像メモリ１１７３とを有し、微弱な光量の撮像対象部分、言い換えるとＸ線透過量が少ない撮像対象部分でも、長時間露光を行うことにより、上記相対画像濃度を引き上げることができる。
【００２２】
Ｘ線シンチレータ１１５は、透過したＸ線の強度に比例して発光するので、同一の検査条件、検査対象物にて上記画像蓄積時間を変化させた場合、撮像により得たＸ線透視画像の上記相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係は、図１０に示すようなグラフで表される。尚、この図１０に示すような関係を測定するときにも、上述した教示治具１２５を使用することができる。又、図１１には、例えばＸ線発生器１１１から照射されるＸ線１５２の強度を強、中、低と変化させた場合において、上記相対画像濃度と画像蓄積時間との関係が示されている。同一の相対画像濃度を得ようとしたとき、当然ながら、Ｘ線１５２の強度が最も強い場合（グラフ１６１）、上記画像蓄積時間が最も短く、次に上記強度が中程度の場合（グラフ１６２）が次に短く、上記強度が最も低い程度の場合（グラフ１６３）が最も長くなる。
【００２３】
図１４〜図１８を参照して、画像蓄積時間の違いによる上記相対画像濃度の変化を説明する。尚、図１４〜図１７は、上記接合部分の内の一つの部分における、上記画像処理装置１１８から送出された上記処理済画像を示し、上記接合部分に相当する画像１６４と、上記接合部分の周辺部分の画像１６５と、測定ライン１６６とを示している。又、図１４は、上記画像蓄積時間が１秒の場合の画像であり、図１５は４秒の場合であり、図１６は８秒の場合であり、図１７は１６秒の場合の画像である。図１８の（ａ）〜（ｄ）は、図１４〜図１７の各測定ライン１６６に対応しており、各測定ラインにおける輝度を示すグラフであり、図１８の（ａ）〜（ｄ）における横軸は、測定ライン１６６に沿った座標値、具体的には画素数を表しており、縦軸は輝度値、具体的には本実施形態では０〜２５５階調を示している。
【００２４】
図１４における画像蓄積時間が１秒の場合では、画像蓄積時間が短すぎる為に全体に画像が暗く、図１８の（ａ）に示すように、接合部分の画像１６４とその周辺部分の画像１６５との境界が明確に識別できない。図１５における画像蓄積時間が４秒の場合でも、図１８（ｂ）に示すように上記画像１６４と上記画像１６５とのコントラストは十分でない。図１６における画像蓄積時間が８秒の場合、図１８（ｃ）に示すように上記画像１６５の上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に達して、上記画像１６４と上記画像１６５とのコントラストが最大になり、上記接合部分の大きさや形状の判定に最適な画像となる。後述のように、画像蓄積開始から上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に達するまでの時間が登録され、登録された蓄積時間にて撮像を行うことで、常に図１８の（ｃ）に近い相対画像濃度で検査を行うことが可能となる。一方、図１７における画像蓄積時間が１６秒の場合、図１８（ｄ）に示すように上記画像１６５の上記相対画像濃度がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値を超えてしまうことから、上記接合部分の画像１６４の大きさが実際より小さくなり、上記接合部分の正確な形状判定ができなくなる。
【００２５】
このような画像蓄積型のカメラ１１７１を有する電極接合検査装置における動作は、大きく分けて、画像蓄積時間決定動作と検査動作とに分けられる。
上記画像蓄積時間決定動作は、検査対象物に最適な画像蓄積時間を求める動作である。つまり、図１２に示すように、ステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１では、検査対象物の、電子部品１０４を装着した回路基板１０３を当該電極接合検査装置にセットし、上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ２では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の蓄積を開始する。
ステップ３〜ステップ５にて、制御装置１２１は画像処理装置１１８から一定時間毎に供給される処理済画像に基づいて、上記Ｘ線透視画像におけるコントラストが最大になるまでコントラストの判定を繰り返す。ここで、コントラストが最大になるとは、Ｘ線透視画像の蓄積を開始した時点で上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分が、本実施形態では上記相対画像濃度の最大値、つまり白色に達した時点にてコントラストが最大になったものと判断する。尚、上記コントラストが最大になった判断としては、上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分が上記相対画像濃度の最大値に達した時点に限定するものではなく、例えば上記最も明るい部分が上記相対画像濃度のある設定値に到達した時点とすることもできる。又、上記最も明るい部分とは、撮像した上記Ｘ線透視画像内の最も明るい画素をいう。上記図１４〜図１７に示す例の場合、Ｘ線透視画像の蓄積を開始した時点で上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分は、図１４に示す上記画像１６５に対応する。よって、該画像１６５が上記相対画像濃度の最大値に到達した時点である図１６に示される時点にてコントラストが最大になったものと判断される。
上記コントラストが最大になったと判断されたならば、制御装置１２１は、ステップ６にて上記Ｘ線１５２の照射を停止し、ステップ７にてＸ線透視画像の蓄積開始からコントラストが最大になるまでに要した時間を登録する。
【００２６】
上記検査動作では、上記画像蓄積時間決定動作にて用いた検査対象物と同一若しくは同程度の、電子部品１０４を装着した回路基板１０３が当該電極接合検査装置に搬入され、ステップ８にて上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ９では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の画像メモリ１１７３への蓄積を開始する。次に、ステップ１０では、制御装置１２１は、カメラ１１７１に対して上記ステップ７で登録された画像蓄積時間にわたり画像蓄積を続けさせた後、ステップ１１にて画像処理装置１１８から処理済画像の供給を受け、ステップ１２でＸ線の照射を停止する。そして制御装置１２１は、ステップ１３では、上述したように予め格納している上記良品厚さ情報と上記処理済画像との比較を行うことで検査箇所である上記接合部分の良否判定を行う。
【００２７】
以上説明したように本変形例によれば、回路基板１０４の接合部分を含む画像の中で撮像開始時に最も明るい部分がカメラ１１７１のダイナミックレンジの最大値に一致するまで画像蓄積時間を制御するように構成した。これにより、接合部分とそれ以外の背景部分とのコントラストが最大になり上記接合部分の輪郭形状がより鮮明になる。よって、上記接合部分の輪郭形状の検査精度を向上することができる。
【００２８】
第２変形例；
又、上述のように画像蓄積が可能なカメラ１１７１を使用した場合には、以下のような変形例を構成することもできる。
即ち、同一の検査条件、検査対象物にて上記画像蓄積時間を変化させることで得られる、上記図１０に示すような、撮像により得たＸ線透視画像の上記相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係に基づいて、図１９に示すように、画像蓄積時間を横軸に、透過物質の厚さを縦軸に取って、相対画像濃度値が例えば５０に達するまでの、透過物質の厚さと画像蓄積時間との関係を表すグラフを作成することができる。
制御装置１２１の上記記憶装置１２２に、上記第１較正情報に代えて、又は上記第１較正情報とともに、上述の画像蓄積時間と透過物質の厚さとの関係を示した第２較正情報を格納する。尚、上記画像蓄積時間を定めるときの上記相対画像濃度値は上述の５０に限定されるものではなく、画像蓄積時間から透過物質の厚さを求めるのに、各検査対象に応じて適切となる検出用明るさに対応する値であればよい。尚、上記第２較正情報を得るために、例えば上記教示治具１２５を用いることもできる。即ち、教示治具１２５の各測定点１２５１について、各測定点１２５１の厚みは既知であるから、所望の厚みの測定点１２５１における上記相対画像濃度値が例えば５０に到達するまでの時間を求めることで、上記第２較正情報を得ることができる。
このような第２較正情報を使用することで、制御装置１２１は、画像処理装置１１８から供給される処理済画像内の任意の厚さ検査したい箇所について、上記相対画像濃度が例えば５０に達するまでの画像蓄積時間を測定することで、検査対象物における上記処理済画像内の上記任意の厚さ検査箇所における透過物質の厚さを求めることができる。
【００２９】
上記第２較正情報を使用した場合における、上記接合部分の良否判定動作は図２０に示す動作にて実行される。
ステップ２１では、電子部品１０４を装着した回路基板１０３が当該電極接合検査装置に搬入され、上記装着部分１５１に対してＸ線発生器１１１からＸ線を照射する。ステップ２２では、カメラ１１７１のシャッター機構１１７２にてシャッターを開き、Ｘ線シンチレータ１１５から発せられミラー１１６を介して供給されるＸ線透視画像の蓄積を開始すると同時に、ステップ２３ではカメラ１１７１の画像メモリ１１７３への画像蓄積時間の測定を開始する。
【００３０】
次に、ステップ２４〜ステップ２６にて、Ｘ線透視画像の画像蓄積と、該Ｘ線透視画像内において厚さ測定を行いたい任意の厚さ検査箇所における上記相対画像濃度の値が設定値、例えば上記５０に到達したか否かの判定を繰り返す。上記相対画像濃度が上記設定値に到達したならば、制御装置１２１は、ステップ２７にてＸ線透視画像の蓄積開始から上記設定値到達までの画像蓄積時間を測定し、ステップ２８にてＸ線の照射を停止する。次に、制御装置１２１は、ステップ２９にて、ステップ２７にて求めた上記画像蓄積時間を元に、上記第２較正情報を使用して上記厚さ検査箇所における厚さを求める。そしてステップ３０にて、制御装置１２１は、上記厚さ検査箇所における厚さと、予め記憶装置１２２に格納した、良品の場合において上記厚さ検査箇所に対応する箇所の基準厚さとを比較し、検査箇所である上記厚さ検査箇所の良否判定を行う。
【００３１】
以上説明したように本変形例によれば、Ｘ線透視画像の画像蓄積時間を制御できるカメラを使用して、厚さ測定を行う上記厚さ検査箇所の画像濃度が所定の値になるまでＸ線透視画像を蓄積し、当該蓄積時間から測定箇所の厚さを求めるようにしたことから、検査箇所の厚さを測定する際に、接合部分の厚さが大きく変化しても上記蓄積時間を変化させることで厚さ測定の分解能を最大にすることができ、よって検査精度を従来に比べて向上させることができる。
【００３２】
第３変形例；
さらに上記制御装置１２１は、上述のような機能に代えて又は上述の機能に付加するようにして、以下のような機能を実行するように構成することもできる。即ち、上述した各例では、画像処理装置１１８から供給される処理済画像に基づいて上記接合部分の上記厚みを求めたが、本例では、上記処理済画像を元に回路基板１０３に装着されている電子部品１０４の位置ズレを求める。以下に具体的に説明する。
上記部品位置ズレの自動検査は以下のように行われる。まず、回路基板１０３に形成された上記被装着体側電極のＮＣ座標データと、回路基板１０３に形成されている２つの補正マークのＮＣ座標データとを、予めＣＡＤデータ等から制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておく。尚、上記ＮＣ座標データとは、どの部品を回路基板上のどの位置にどの順番で装着するか等の部品装着動作に関する情報であるＮＣプログラム内に含まれる、上記被装着体側電極や補正マークの座標データであり、例えば当該電極接合検査装置１０１に設定された座標系における原点を基準として得られる絶対的な座標データである。
当該電極接合検査装置１０１に、電子部品１０４装着済の回路基板１０３が搬入された後、上述のＸ線撮像により画像処理装置１１８から得られる処理済画像に基づき上記２つの補正マークの位置を認識し、上記搬入によるＸ、Ｙ方向及び回転方向の位置ズレ量を求める。さらに、当該位置ズレ量から回路基板１０３の上記被装着体側電極における上記ＮＣ座標データを補正し、補正後の上記被装着体側電極の補正ＮＣ座標データと、上記処理済画像から求めた電子部品１０４の部品側電極の実際の位置データとのズレ量を求めることにより行う。
【００３３】
さらに図２１、２２を参照して上記部品位置ズレの検査方法を説明する。図２１において、ステップ４１では、検査対象であり電子部品１０４装着済の回路基板１０３が当該電極接合検査装置１０１に搬入された後、上記装着部分１５１にＸ線が照射される。図１では、電子部品１０４の全体を網羅してＸ線１５２が照射されている図示となっているが、一般的には、Ｘ線１５２の照射範囲は電子部品１０４の全範囲よりも狭い。よって、次のステップ４２では、図２２に示す補正マーク１０３４へ上記照射範囲を移動させるため、Ｘ，Ｙ方向への移動装置１３１又は移動装置１３２にて回路基板１０３又はＸ線発生器１１１を移動させる。次のステップ４３にて、制御装置１２１は画像処理装置１１８から供給される上記処理済画像に基づき補正マーク１０３４の実際の位置を求める。同様に、ステップ４４にて、補正マーク１０３５へ移動し、ステップ４５にて制御装置１２１は補正マーク１０３５の実際の位置を求める。次に、ステップ４６にて、制御装置１２１は、補正マーク１０３４及び補正マーク１０３５の上記ＮＣ座標データと上記実際の位置データとから、補正マーク１０３４及び補正マーク１０３５の位置ズレ量を求め、該位置ズレ量に基づき、回路基板１０３上の各被装着体側電極１０３６の位置を求める。
次に、ステップ４７にて、検査対象の接合部分の位置へ移動し、ステップ４８にて、画像処理装置１１８からそれぞれの部品側電極１０４３の位置を認識する。次にステップ４９にて、制御装置１２１は、求めたそれぞれの部品側電極１０４３の位置データを元に、下記の数１に示す計算式に基づいて電子部品１０４の位置ずれ量を求める。ステップ５０でＸ線の照射を停止した後、ステップ５１にて、部品側電極１０４３と上記被装着体側電極１０３６とが互いに外れることなく接合しているか否かの良否判定を行う。
【００３４】
【数１】
ここで、ｄＸＰ：Ｘ方向の電子部品の位置ズレ量、ｄＹＰ：Ｙ方向の電子部品の位置ズレ量、ｄθＰ：回転方向の電子部品の位置ズレ量、ｘｋｉ：検出されたそれぞれの上記部品側電極のＸ座標、ｙｋｉ：検出されたそれぞれの上記部品側電極のＹ座標、ｘｎｉ：それぞれの上記部品側電極のＮＣ座標データにおけるＸ座標、ｙｎｉ：それぞれの上記部品側電極のＮＣ座標データにおけるＹ座標、ｎ：電極数、である。又、上記回転方向の電子部品の位置ズレとは、図２２に示す部品中心１０４４を回転中心とした電子部品１０４の回転量であって、上記ＮＣ座標データ上の電子部品１０４の位置に対する実際の電子部品１０４の位置とズレ量である。
【００３６】
以上説明したように本変形例によれば、複数の上記被装着体側電極に対応する複数の部品側電極の位置ずれ方向、及び位置ずれ量の各平均値から電子部品１０４の水平方向の位置ずれ量と回転方向の位置ずれ量とを求めるように構成した。よって、電子部品の実装位置ずれ量を高精度に計測することが可能となる。
【００３７】
第２実施形態；
上述の第１実施形態における電極接合検査装置１０１は、回路基板１０３の片面に電子部品１０４を装着したものに対して検査を行う装置である。一方、該第２実施形態では、図２３に示すように、上述した電極接合検査装置１０１からなら２台の電極接合検査装置１０１Ａと電極接合検査装置１０１Ｂとについて、上記電極接合検査装置１０１Ａに備わり、上記制御装置１２１に相当する制御装置１２１Ａと、上記電極接合検査装置１０１Ｂに備わり、上記制御装置１２１に相当する制御装置１２１Ｂとを接続する。そして回路基板１０３の両面に電子部品１０４を装着したものに対して上記接合部分の接合検査を可能とする電極接合検査装置２０１である。該電極接合検査装置２０１は、概略、以下のように動作する。
【００３８】
即ち、電子部品の両面実装工程において、回路基板の一方の面をＡ面、他方の面をＢ面としたとき、最初に行われるＡ面実装工程では片面のみに電子部品が実装されているので、上述の第１実施形態の電極接合検査装置１０１にて上記接合部分についてＸ線を用いた検査が可能である。しかし、該回路基板を反転して上記Ｂ面に電子部品を実装すると上記Ａ面にも実装部品が存在することから、Ｘ線透視画像では上記Ａ面とＢ面が重なった画像となり、そのままでは検査が困難になる。
そのため、上記Ａ面のＸ線透視画像を基板反転に合わせて画像を反転し、上記Ｂ面のＸ線透視画像から前記Ａ面の反転画像を減算することによりＢ面のみの画像を抽出して検査する。このとき、上記Ａ面、Ｂ面の上記Ｘ線透視画像の上記相対画像濃度は透過物質の厚さの対数関数で表されるので、単純に両者を減算してもＢ面だけの画像を抽出することはできない。そのため、上記画像の減算は、Ｘ線透視画像を対数変換して作成した、厚さに関する画像により行う。又、Ａ面画像とＢ面画像とを対応させる為に、回路基板にバーコード等にて識別情報である基板ＩＤを印刷しておき、上記Ａ面の撮像を行う電極接合検査装置で読み取った基板ＩＤと、撮像したＡ面における上記厚さ画像とを一緒にして、上記Ｂ面の撮像を行う電極接合検査装置に送信する。該Ｂ面の電極接合検査装置では、検査対象基板から読み取った基板ＩＤと上記Ａ面の電極接合検査装置から送られた上記基板ｌＤが一致したとき、Ｂ面の電極接合検査装置にて得た厚さ画像から上記Ａ面の電極接合検査装置にて得た厚さ画像を減算して接合検査を行う。
【００３９】
以下、図２４を用いて上記接合検査動作について説明する。
回路基板１０３のＡ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査するＡ面検査工程において、ステップ６１にて、上記Ａ面に電子部品１０４を実装した回路基板１０３を搬入し、ステップ６２にてＸ線を上記Ｂ面側から照射する。次にステップ６３にて制御装置１２１Ａは画像処理装置１１８からＸ線透視画像の供給を受け、ステップ６４にて制御装置１２１Ａは、上記Ｘ線透視画像の相対画像濃度について透過物質の厚さの対数関数で表されているのを、厚さの関数に変換して接合部分を検査する。ステップ６５では、変換した上記厚さの関数にて表された、第１厚さ情報に相当する画像情報と当該回路基板のＩＤ（識別情報）とを、回路基板１０３のＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査する電極接合検査装置１０１Ｂに送信し、ステップ６６でＸ線照射を停止する。ステップ６７では、生産を続行するかどうかの判断を行い、続行するときにはステップ６１に戻ってステップ６１〜６７を繰り返す。
又、上記電極接合検査装置１０１Ａによる検査後、回路基板１０３は、部品実装機へ搬送され、Ｂ面側に電子部品１０４が装着される。
【００４０】
一方、回路基板１０３のＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査するＢ面検査工程では、ステップ６８にて、予め上記電極接合検査装置１０１Ａから上記第１厚さ情報と上記基板ＩＤを受信し、電極接合検査装置１０１Ｂの制御装置１２１Ｂの記憶装置１２２に記憶しておく。次に、ステップ６９では、Ｂ面側にも電子部品１０４が装着されて両面に電子部品１０４が装着された回路基板１０３が電極接合検査装置１０１Ｂに搬入される。ステップ７０にて、Ａ面側からＸ線が照射される。次にステップ７１にて、制御装置１２１Ｂは画像処理装置１１８からＡ、Ｂ両面に装着されている電子部品１０４のＸ線透視画像の供給を受ける。ステップ７２では、制御装置１２１Ｂは、上記制御装置１２１Ａと同様に当該Ｘ線透視画像を第２厚さ情報に相当する厚さ画像情報に変換した後、上記電極接合検査装置１０１Ａから供給された、同じ基板ＩＤを有する回路基板１０３の上記第１厚さ情報を反転、つまり厚さの高、低が逆転するようにして、減算することによりＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分のみの厚さ情報を抽出する。
次に、ステップ７３では、制御装置１２１Ｂは、抽出された上記厚さ情報に基づきＢ面に装着された電子部品１０４の接合部分を検査した後、ステップ７４でＸ線照射を停止する。ステップ７５では生産を続行するかどうかの判断を行い、続行するときにはステップ６８に戻ってステップ６８〜７５を繰り返す。
【００４１】
以上説明したように本第２実施形態によれば、両面実装後の回路基板におけるＸ線透視画像の上記第２厚さ情報から、表面のみ実装した後の回路基板におけるＸ線透視画像の上記第１厚さ情報を減算することで、回路基板の裏面の接合部分を検査する機能を有するように構成した。よって、透過型Ｘ線装置を用いて両面実装後の回路基板の表面と裏面とに実装された電子部品の接合部分をそれぞれ個別に検査することができる。
【００４２】
上述の第１及び第２実施形態では、検査対象として、電子部品１０４の裏面に形成された部品側電極と、回路基板１０３に形成された被装着体側電極との接合部分を例に採っているが、これに限定されず、例えば複数の電子部品同士の接合部分を検査対象とすることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の接合検査装置、及び第４態様の接合検査方法によれば、制御装置を備え、被装着体と電子部品との装着部分のＸ線透視画像について第１較正情報を用いて上記装着部分内の接合部分における厚さ情報を生成するようにした。ここで上記第１較正情報は、被装着体と電子部品との接合部分に同じ材質にてなりＸ線の透視方向に沿った厚みが互いに異なりかつ各厚みが既知である複数の測定点を有する教示治具を用いて得られた上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す情報である。よって、上記装着部分について、上記被装着体及び電子部品の厚み方向に沿った高さ方向を含んだ３次元形状にて高精度で検査することが可能となる。
【００４４】
又、本発明の第２態様の接合検査装置によれば、画像蓄積が可能な撮像装置を備えることで、上記Ｘ線透視画像の蓄積開始時に最も明るい部分が白色に到達するまで画像蓄積時間を制御するように構成した。これにより、上記接合部分とそれ以外の背景部分とのコントラストが最大になり上記接合部分の輪郭形状がより鮮明になる。よって、上記接合部分の輪郭形状の検査精度を向上することができる。
【００４５】
又、本発明の第３態様の接合検査装置によれば、被装着体の表裏両面に電子部品が装着された被装着体におけるＸ線透視画像の第２厚さ情報から、上記表裏面の一方の面のみに装着した後の上記被装着体におけるＸ線透視画像の第１厚さ情報を減算することで、上記被装着体の上記表裏面の他方の面に装着された電子部品の接合部分を検査するように構成した。よって、透過型Ｘ線装置を用いて上記被装着体の両面に実装された電子部品の接合部分をそれぞれ個別に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態における電極接合検査装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示す電極接合検査装置にて教示治具を撮像した状態を示す図である。
【図３】 図２に示す教示治具の斜視図である。
【図４】 図２に示す電極接合検査装置にて教示治具を撮像したときのＸ線透視画像を示す図である。
【図５】 図１に示す電極接合検査装置にて作成した第１較正情報を説明するためのグラフである。
【図６】 回路基板と電子部品との接合部分であって良品の場合を示す断面図である。
【図７】 回路基板と電子部品との接合部分であって半田不足の場合を示す断面図である。
【図８】 回路基板と電子部品との接合部分であって接続不良の場合を示す断面図である。
【図９】 図１に示す電極接合検査装置に備わるカメラ部分の変形例を示す図である。
【図１０】 図９に示すカメラにて画像蓄積時間を変化させた場合において、相対画像濃度と透過物質の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１１】 発光体の輝度を変化させた場合において、相対画像濃度と画像蓄積時間との関係を示すグラフである。
【図１２】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間の設定動作を行うときの動作を示すフローチャートである。
【図１３】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって設定した画像蓄積時間にて撮像を行い接合部分の良否判定を行うときの動作を示すフローチャートである。
【図１４】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が不足している状態の画像を示す図である。
【図１５】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が不足している状態の画像を示す図である。
【図１６】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が良好な状態の画像を示す図である。
【図１７】 図９に示すカメラを使用して撮像を行う場合であって画像蓄積時間が超過している状態の画像を示す図である。
【図１８】 （ａ）は図１４に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は図１５に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｃ）は図１６に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフであり、（ｄ）は図１７に示す測定ラインに沿った位置と輝度との関係を示すグラフである。
【図１９】 一定の相対画像濃度に達するまでの画像蓄積時間と、透過物質の厚さとの関係を示した第２較正情報を説明するためのグラフである。
【図２０】 上記第２較正情報を使用して接合部分の良否判定を行う動作を示すフローチャートである。
【図２１】 回路基板に装着された電子部品の位置ズレの検査動作を示すフローチャートである。
【図２２】 回路基板に装着された電子部品が位置ズレ状態にある場合を示す図である。
【図２３】 本発明の第２実施形態における電極接合検査装置の構成を示す図である。
【図２４】 上記接合検査動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…電極接合検査装置、１０３…回路基板、１０４…電子部品、
１１１…Ｘ線発生器、１１５…Ｘ線シンチレータ、１２０…撮像装置、
１２１…制御装置、１２５…教示治具、
２０１…電極接合検査装置、
１１７３…画像蓄積部。
Claims (11)
- 電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分に照射するＸ線を発生するＸ線発生器と、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換するＸ線シンチレータと、
上記Ｘ線シンチレータから送出された上記可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像する撮像装置と、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を予め格納し、上記撮像装置から供給された上記接合部分のＸ線透視画像について上記第１較正情報を用いて上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報とともに、各測定点における厚みと、上記測定点におけるＸ線透視画像の明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を格納し、上記撮像装置から供給された上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所の厚さ情報を生成する制御装置と、
を備えたことを特徴とする接合検査装置。 - 上記第１較正情報は、上記部品側電極と上記被装着体側電極との上記接合部分と同じ材質にてなり複数の測定点において上記Ｘ線の透視方向に沿った厚みが互いに異なりかつそれぞれの上記厚みが既知である教示治具を用いて得られ、上記Ｘ線発生器、Ｘ線シンチレータ、及び撮像装置を用いて、上記被装着体及び電子部品に代えて上記教示治具をＸ線撮像して、上記各測定点におけるＸ線透視画像の明るさを求め、得られる各測定点の厚みと各明るさとの関係に基づいて上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示した情報である、請求項１記載の接合検査装置。
- 上記Ｘ線発生器は、上記接合部分を含み上記被装着体上に上記電子部品が装着された装着部分にＸ線を照射し、
上記撮像装置は、上記装着部分のＸ線透視画像を蓄積する画像蓄積部を有し、
上記制御装置は、上記Ｘ線透視画像の蓄積開始時において上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分の明るさが白色に到達するまで上記撮像装置に対して上記Ｘ線透視画像の蓄積を行わせる、請求項１又は２記載の接合検査装置。 - 上記Ｘ線透視画像内の最も明るい部分は、上記Ｘ線透視画像内において上記接合部分以外の部分である、請求項３記載の接合検査装置。
- 上記制御装置は、さらに、上記部品側電極と上記被装着体側電極とが良好に接合したときの良品厚さ情報を有し、生成した上記接合部分の厚さ情報を上記良品厚さ情報と比べることで上記接合部分の良否を判断する、請求項１から４のいずれかに記載の接合検査装置。
- 板状の上記被装着体の一方の面に装着される上記電子部品と他方の面に装着される上記電子部品との少なくとも一部が上記被装着体を間に挟んで互いに重なり合って配置される場合であって、上記一方及び他方の両面に装着されたそれぞれの上記電子部品における上記装着部分の上記厚さ情報を生成するとき、上記制御装置は、上記一方の面に装着された電子部品の上記接合部分の第１厚さ情報を求め、さらに両面にて重なり合って電子部品が装着されたところの上記接合部分について第２厚さ情報を求め、該第２厚さ情報から上記第１厚さ情報を減算して上記他方の面に装着された電子部品の上記接合部分の厚さ情報を求める、請求項１から５のいずれかに記載の接合検査装置。
- 上記Ｘ線発生器は、上記第１較正情報を得るためにＸ線を発生したときと同一の照射条件にて上記接合部分へのＸ線の照射を行う、請求項１から６のいずれかに記載の接合検査装置。
- 電子部品の部品側電極と上記電子部品が装着される被装着体の被装着体側電極との接合部分にＸ線を照射し、
上記接合部分を透過したＸ線を可視光に変換して該可視光にてなる上記接合部分のＸ線透視画像を撮像し、
上記接合部分の厚みとＸ線透視画像の明るさとの関係を示す第１較正情報を用いて、上 記接合部分のＸ線透視画像について上記接合部分における厚さ情報を生成し、さらに、上記第１較正情報に代えて又は上記第１較正情報と共に、各測定点における厚みと、上記測定点における明るさが検出用明るさに達するまでに要する画像蓄積時間との関係を示した第２較正情報を用いて、上記装着部分内の検査箇所における明るさが上記検出用明るさに到達するまでの時間を元に上記第２較正情報に基づいて上記検査箇所における厚さ情報を生成する、ことを特徴とする接合検査方法。 - 上記接合部分を含んだ装着部分におけるＸ線透視画像内において上記接合部分とそれ以外の部分とのコントラストが最大になるように上記Ｘ線透視画像の蓄積を行う、請求項８記載の接合検査方法。
- 上記部品側電極と上記被装着体側電極とが良好に接合したときの良品厚さ情報と、生成した上記接合部分の厚さ情報とを比べて上記接合部分の良否を判断する、請求項８又は９に記載の接合検査方法。
- 板状の上記被装着体の一方の面に装着される上記電子部品と他方の面に装着される上記電子部品との少なくとも一部が上記被装着体を間に挟んで互いに重なり合って配置される場合であって、上記一方及び他方の両面に装着されたそれぞれの上記電子部品における上記接合部分の上記厚さ情報を生成するとき、上記一方の面に装着された電子部品の上記接合部分の第１厚さ情報を求め、次に両面にて重なり合って電子部品が装着されたところの上記接合部分について第２厚さ情報を求めた後、該第２厚さ情報から上記第１厚さ情報を減算して上記他方の面に装着された電子部品の上記接合部分の厚さ情報を求める、請求項８から１０のいずれかに記載の接合検査方法。
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