JP4118455B2 - 実装部品検査方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は放熱効果を有する電力制御用プリント基板にICを実装するための半田内の空気泡(以下、ボイドという)や、プリント基板に実装されたボールグリッドアレイ(以下、単にBGAという)型のICにおけるバンプ内のボイドを検査するための実装部品検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電力制御を行うICは発熱が大きく、この熱による誤動作や破損を防止するために、該ICを取付けるプリント基板をアルミや銅板等の放熱効果の大きな材料とし、このプリント基板にICの裏面全面を半田付けして、該ICの発熱を前記プリント基板を介して放熱している。
【0003】
一方、裏面に多数のバンプと呼ばれる半球状の半田端子が形成されたBGA型ICは、前記半田端子をプリント基板に形成された円状のパッドに載置し、この状態で加熱炉を通過させることにより半田付けするものである。
【0004】
前記したICを直接プリント基板に半田付けする場合において、半田付け時にボイドが発生し、ICからプリント基板への放熱効果が減少する.さらにこのボイドが大きな場合にはICの発熱によって内部の空気が膨張してICがプリント基板より剥離したりICが破損する等の事故が発生する。
【0005】
一方、BGA型ICにおけるバンプ内のボイドは、大きなボイドの場合には電気的特性が劣化するばかりでなく、亀裂などが生じ易くなる。
【0006】
そこで、前記したBGA型ICの半田付け状態を検出する方法として、例えば、特開平8−124985号公報に開示された技術がある。この検査方法は、BGA型ICをプリント基板に半田付けした状態において、前記高密度集積回路の少なくとも4隅または4辺の表面とプリント基板表面との隙間を検出し、この隙間が正しく半田付けされた時の、該隙間の特有な値になっているか否かから、プリント基板とICのバンプとの半田付けの良否を判定する方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した検査方法にあっては、プリント基板に対してICが水平状態で半田付けされている場合には、半田付けの良否を判定することができるが、何らかの原因によってプリント基板に対してICが傾斜して実装されることがある。
【0008】
このようにICがプリント基板に対して傾斜した状態であると、前記従来例の検査方法にあっては、全て不良品であると判定してしまう。しかし、ICが僅かに傾いた程度では、必ずしも半田不良が発生しているとは限らないのに、半田不良と判断してしまうといった問題がある。また、この検査方法にあっては、バンプにボイドが存在するか否かの検査が行えないものである。
【0009】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、ICがプリント基板に対して傾いて実装されていても、プリント基板とICとの間の半田部分に発生するボイドやバンプ内のボイドの有無および所定以上のボイドが発生している場合にNG信号を送出する検査を確実、かつ、迅速に行える実装部品検査方法を提供せんとするにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の実装部品検査方法は前記した目的を達成せんとするもので、請求項1の手段は、放熱効果を有するプリント基板に実装された集積回路の半田接合部にX線を照射して該半田接合部のボイドを検出する方法であって、X線を照射して撮影した集積回路の濃淡を持つ透過画像の各濃度値から厚みに比例した変換画像を得、該変換画像の少なくとも3つの局所領域の半田の濃度レベルから半田面の平面または曲面の関数を求め、次いで、この求めた平面または曲面より低い位置で、かつ、平面または曲面と平行な関数を持つ基準平面または曲面を閾値として前記変換画像を閾値処理することにより所望の大きさのボイドを検出することを特徴とする。
【0011】
また、請求項2の手段は、前記半田中に含まれるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【0012】
さらに、請求項3の手段は、前記半田中に含まれる全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【0013】
さらに、請求項4の手段は、プリント基板に実装された高密度集積回路のバンプ部にX線を照射して該バンプ部のボイドを検出する方法であって、X線を照射して撮影した高密度集積回路の濃淡を持つ透過画像の各濃度値から厚みに比例した変換画像を得、該変換画像の少なくとも3つのバンプの濃度レベルから半田面の平面または曲面の関数を求め、次いで、この求めた平面または曲面より低い位置で、かつ、平面または曲面と平行な関数を持つ基準平面または曲面を閾値として前記変換画像を閾値処理することにより所望の大きさのボイドを検出することを特徴とする。
【0014】
また、請求項5の手段は、前記バンプ中におけるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【0015】
また、請求項6の手段は、前記バンプ中における全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実装部品検査方法を図面と共に説明する。
図1は本発明の検査方法を実行するための回路ブロック図にして、1はX線発生器、2はX線透過画像読取装置、3はA/D変換器、4は画像メモリ、5は画像処理装置、6はアルミ板や銅板等の放熱効果の高い材料で構成したプリント基板、7は該プリント基板6上に裏面側全体が半田8によって実装されたICである。なお、71はIC7の上面に形成された端子とプリント基板6のパッドとを接続するためのリード線である。
【0017】
このようにプリント基板6に半田8によって固定されたIC7は、発熱による熱がプリント基板6を介して放熱されるが、半田付け時において図2に示すようにボイド81が発生すると、前記したようにボイド81の空気が膨張して半田8に亀裂が発生し、IC7が基板から剥離したり,IC7が破壊することがある。
【0018】
そこで、ボイド81の検出を行う必要が生じるが、図2のようにIC7がプリント基板6に対して水平に実装されていると、X線発生器1からのX線はIC7を透過して半田8およびパッド(図示せず)の陰影がX線透過画像読取装置2で受光される。
【0019】
該読取装置2で受光された画像はA/D変換器3を介して画像メモリ4で記憶され、画像処理装置5に送出される。
画像処理装置5では、先ず,読取装置2で受光された濃淡画像の各濃度値を下に記した変換式を用いて図3に示す厚みに比例したデータDに変換する。
D=−ln(I/I0 )
【0020】
なお、I0 は検査対象が設置されていないときのX線受光強度であり,Iは検査対象を通過した後のX線受光強度である。また、Dは相対的な値であり、絶対的な半田の厚みを示していないが、厚みが既知の試料を測定した時のDの値と比較して補正することで絶対的な厚みを得る事ができる。
【0021】
この状態において、半田8内にボイド81が存在すると、該ボイド81の分だけ半田の厚みが小さくなる。そして予め設定された閾値を用いて画像を閾値処理することで半田8内にボイド81が存在することを判断できる。
【0022】
ところで、図4に示すようにプリント基板6に対してIC7が何らかの原因によって傾斜している場合において、図5に示すように一定の閾値で閾値処理すると、IC7の傾斜によって小さなボイド81′を正確に検出できなくなる。
【0023】
そこで、本発明にあっては、図5に示すように撮影したIC7の画像の半田8の濃度レベルから、半田8の平面の方程式を求め、該平面の方程式から検出したいボイドの半径分だけ差引いた基準平面を閾値として、半田8内のボイド81を検出するようにしたものである。
【0024】
すなわち、図6に示すIC7における局所領域P1〜P3の半田厚みZをA,B,Cとすると、P1〜P3を通る平面はZ=aX+bY+cとして表される。そこで、下記の連立方程式を解くことによってa,b,cを求めることができる。
A=aXA +bYA +c
B=aXB +bYB +c
C=aXC +bYC +c
3点の厚みA〜Cは,局所領域内の半田厚みの中央値や最頻値を代表値として使用することで高精度に平面を当てはめることができる。
【0025】
前記したa〜cの値を前記した式Z=aX+bY+cに代入することで、半田面の平面の関数を求める。そして、この平面の関数に基づいて基準平面(閾値)を求めるのであるが、この装置を使用するユーザーが不良であると判断するボイド81の、例えば、半径分だけ、基準平面の値を低くすると所望の大きさのボイドを検出できる。
【0026】
すなわち、検出したいボイド半径をVrとすると基準平面Z’の関数は下記のように表わせる.
Z’=aX+bY+c−Vr
基準平面Z’を用いて閾値処理することで,図5に示すユーザー側において検出しなければならないと判断している小さなボイド81′であっても検出することができる。
【0027】
なお,平面の当てはめにおいて、3点以上の厚みを利用して最小2乗平面(曲面)を算出することで,より高精度に平面を決定することができる。また、本実施の形態では平面を当てはめたが、さらに高次の関数を当てはめることで、チップや基板の反り等を考慮してボイドを検出することもできる。
【0028】
以上の説明は発熱するIC7の裏面全面を放熱効果を有するプリント基板6に半田8によって固定した場合であるが、図7に示すBGA型のIC9がプリント基板6に対して傾いて実装された場合において、該IC9のバンプ91内のボイド92を検出する場合について説明する。
【0029】
この場合においても、前記した方法と同様に連立方程式からIC9の平面の関数を求め、この平面の関数からユーザーが予め決定したボイド92の半径に相当する厚みを差し引いた位置を基準平面とし、この基準平面より厚みの小さいボイド92(ユーザー側で検出することを望んでいる直径のボイド)を検出することができる(図8参照)。
【0030】
なお、前記した実施の形態にあっては、ユーザーが検出したい大きさのボイド81′、92を検出するまでの説明であるが、閾値処理して検出された該ボイド81′、92の面積あるいは体積を下記の方法を用いて算出することができる。
【0031】
先ず,ボイドの面積の算出方法について説明する。上記の閾値処理を行って検出されたボイドの占める画素数を計数し,得られた値に1画素に相当する面積を乗じることで面積の絶対値を得ることができる。
【0032】
また、ボイドの体積は、閾値処理して検出されたボイド部分において,ICの傾斜に応じて当てはめられた平面関数の厚みからボイド部分の厚みを減じた値を累積し,その累積値に1画素に相当する面積を乗じることで体積の絶対値を得ることができる。
【0033】
上記の方法を用いて得られたボイド81′、92の面積や体積が、予め設定した値を越えた場合には不良品であるとの信号を出力することにより、検査工程において不良品を除去することが可能となるものである。
【0034】
なお、上記の面積や体積の値を検査対象となる半田全体の面積や体積に対する割合に変換することでも、不良品を判別することができる。
【0035】
【発明の効果】
本発明は前記したように、プリント基板に対してICが傾いて設置されている場合にその平面の関数を連立方程式によって求め、この平面の関数から予め設定した大きさ以上のボイドの厚みを差分して閾値を求め、この閾値を基準にしてボイドの有無を検出するようにしたので、ユーザー等が望むある一定の大きさのボイドを確実に検出することができ、また、これらのボイドの面積や体積を算出し、予め設定した値以上の面積や体積を越えている場合にNGの信号を出力することが可能である等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実装部品検査方法を実施するための回路ブロック図である。
【図2】 ICがプリント基板に対して水平状態で実装されている側面図である。
【図3】 各バンプに対する濃度レベルを示す説明図である。
【図4】 ICがプリント基板に対して傾斜状態で実装されている側面図である。
【図5】 各バンプに対する濃度レベルを示す説明図である。
【図6】 ICの濃度レベルを求める位置を示した説明図である。
【図7】 BGA型ICプリント基板に対して傾斜状態で実装されている側面図である。
【図8】 各バンプに対する濃度レベルを示す説明図である。
【符号の説明】
1 X線発生器
2 X線透過画像読取装置
3 A/D変換器
4 画像メモリ
5 画像処理装置
6 プリント基板
7 IC
8 半田
81 ボイド
9 BGA型IC
91 バンプ
92 ボイド
Claims (6)
- 放熱効果を有するプリント基板に実装された集積回路の半田接合部にX線を照射して該半田接合部のボイドを検出する方法であって、
X線を照射して撮影した集積回路の濃淡を持つ透過画像の各濃度値から厚みに比例した変換画像を得、該変換画像の少なくとも3つの局所領域の半田の濃度レベルから半田面の平面または曲面の関数を求め、次いで、この求めた平面または曲面より低い位置で、かつ、平面または曲面と平行な関数を持つ基準平面または曲面を閾値として前記変換画像を閾値処理することにより所望の大きさのボイドを検出することを特徴とする実装部品検査方法。 - 前記半田中に含まれるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項1記載の実装部品検査方法。
- 前記半田中に含まれるボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項1記載の実装部品検査方法。
- プリント基板に実装された高密度集積回路のバンプ部にX線を照射して該バンプ部のボイドを検出する方法であって、
X線を照射して撮影した高密度集積回路の濃淡を持つ透過画像の各濃度値から厚みに比例した変換画像を得、該変換画像の少なくとも3つのバンプの濃度レベルから半田面の平面または曲面の関数を求め、次いで、この求めた平面または曲面より低い位置で、かつ、平面または曲面と平行な関数を持つ基準平面または曲面を閾値として前記変換画像を閾値処理することにより所望の大きさのボイドを検出することを特徴とする実装部品検査方法。 - 前記バンプ中におけるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項4記載の実装部品検査方法。
- 前記バンプ中における全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にNGの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項4記載の実装部品検査方法。
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