JP4158489B2

JP4158489B2 - ハンダ付け検査装置

Info

Publication number: JP4158489B2
Application number: JP2002318314A
Authority: JP
Inventors: 浩一北岸; 久士長谷川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004151010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンダ付け箇所の検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プリント基板の所定のランド上（電極部）にハンダを印刷し、その上に電子部品等を仮止めしてプリント基板をリフロー炉に通し、電子部品などのハンダ付けを行うリフロー半田付け方法が用いられている。
【０００３】
上述したようなハンダ付け製品の検査方法としては、例えば特許文献１に記載される方法が知られている。この検査方法では、多段照明を用いてハンダ付け箇所に対し、順次異なる角度にて光を照射するとともに、ハンダ付け箇所を基板表面の鉛直方向から撮像する。その画像データに基づいて、ハンダ付けにより形成されたハンダフィレットの各照射段に対応した反射光分布を求める。そして、この反射光分布に基づいて、ハンダフィレットの外観形状に対応した稜線を推定し、この稜線データからハンダ付けの良否を判定する。
【０００４】
また、特許文献２に記載される検査方法も知られている。この検査方法では、基板上の全てのハンダフィレットに対して、ビームを照射し、この全てのハンダフィレットからの反射光を受光する。そして反射光の総受光量に基づいて、ハンダのフヌレを検出する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２６１０８４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭６３−１７７０４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、特許文献２のいずれの検査方法においても、撮像方向もしくは照射方向が基板表面に対する鉛直方向に設定されている。この為特に電子部品のリードによって、照射光もしくは反射光が遮られて、リードの近傍におけるハンダフィレットの形状を正確に検出出来ない場合がある。
【０００８】
本発明は、上記の点を鑑みてなされたものである。すなわち、基板表面の鉛直方向から所定角度傾斜した斜め方向からの視点で、ハンダ付け箇所を撮像する事により、リードへのハンダのぬれ上がり状態を正確に把握する事で、ハンダ付けの良否判定の精度を向上した検査装置を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のハンダ付け検査装置は、電子部品のリードを基板のランドにハンダ付けした際の、当該ハンダ付けの良否を検査する検査装置であって、
前記リードのハンダ付け箇所に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段からの光が照射された前記ハンダ付け箇所を含む領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から、ハンダ付けの良否を判定する判定手段とを備え、
前記撮像手段は、前記基板表面の鉛直方向から所定角度傾斜した方向からハンダ付け箇所を含む領域を撮像するものであって、
前記光照射手段と前記撮像手段とは、前記撮像手段が撮像した画像において、前記ハンダ表面と前記基板表面とのなす角度が所定角度よりも小さい平坦もしくは平坦に近い面である場合に、その平坦もしくは平坦に近い面が明部となる位置関係に配置され、
前記判定手段は、前記リードの上面先端からランド上の明部位置までの距離が前記リード厚以上であって、前記リードの先端側でかつリード側面近傍のランド部に所定の閾値よりも大きい面積の明部が存在する場合、ハンダ付け箇所を不良と判定することを特徴とする。
【００１０】
このように、撮像手段が鉛直方向から所定角度傾斜した方向から、ハンダ付け箇所を撮像出来るように、撮像手段及び光照射手段が配置される。この為、撮像手段によりリードへのハンダぬれ上がり状態をとらえた画像データを取得出来る。そしてその画像データに基づく、ぬれ上がり状態の良否判定は、リードの先端側におけるハンダのぬれ上がり状態に基づいて行なう。すなわち、リードの上面先端からハンダ明部までの距離がリード厚以上であると、ハンダがリードの先端側にぬれ上がる事なく、ランド上で平坦面を形成していたり、ハンダ自体の量が極僅かである可能性がある。この為そのような場合には、更にリード先端側でかつリード側面近傍に明部があるか否か、換言すればその部分のハンダフィレットの傾斜角度を判別する。これによりリードに対して、ハンダフィレットが形成されているか否かを高精度に判別する事が出来る。
【００１５】
請求項２に記載のハンダ付け箇所検査装置は、前記撮像手段が、少なくとも前記リードの先端に対向する角度位置を含む複数の角度位置から前記ハンダ付け箇所を含む領域を撮像する事を特徴とする。
【００１６】
リードの先端側においては、リード上面先端から明部までの距離とリード厚とを比較するので、これらを画像データから正確に描出する必要がある。この為、撮像手段はリード先端に対向する位置からハンダ付け箇所を撮像する事が好ましい。更に上記したように本発明ではリード側面側のランドの明部の位置に基づいて、ハンダ付けの良否を判別するので、リード先端に対向する角度位置とは異なる角度位置においても、ハンダ付け箇所を撮像する事が好ましいのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるハンダ付け検査装置１００の構成に関して図１を用いて説明する。図１は、本発明に係わるハンダ付け検査装置１００の構成を示す構成図である。
【００１８】
図１に示す本発明のハンダ付け検査装置１００は、リング状ライト１、ＣＣＤカメラ２、撮像角度設定装置３、制御装置４から構成されている。また１０は被検査体であるハンダ付け箇所１０である。
【００１９】
リング状ライト１は、請求項で示す光照射手段に相当する。該ライト１は被検査対象であるハンダ付け箇所１０に光を照射する照明器具である。リング状ライト１は図１に示すように円形の形状をしており、この円の中心点の略鉛直下に被検査対象であるハンダ付け箇所１０が設置され、当該ハンダ付け箇所１０の検査領域に対しリング状ライト１の全周から光が照射される。
【００２０】
図２はリング状ライト１の光照射の状態を示した説明図である。図２において照射外角ａは例えば８４°に設定され、照射内角ｂは４５°に設定される。そしてリング状ライト１は照射外角ａによる円錐から照射内角ｂによる円錐の範囲を除いた範囲を照射する。
【００２１】
上述の通り、本実施形態では光照射手段をリング状の照明器具として示したが、これに限定するものではなく、略３６０°の範囲からハンダ付け箇所１０の表面に光の照射が出来る器具であるならば、その形状は問わない。
【００２２】
ＣＣＤカメラ２は、リング状ライト１によって光照射されたハンダ付け箇所１０を撮像する撮影機であり、請求項で示す撮像手段である。このＣＣＤカメラ２はデジタルスチルカメラであり、撮像した画像はデジタルデータとして後述する制御装置４に伝送される。
【００２３】
撮像角度設定部３は、ＣＣＤカメラ２の撮像角度を決定する設定手段である。この撮像角度設定部３が設定する撮像角度とはリング状ライト１の中心から被検査体であるハンダ付け箇所１０までの鉛直線（図１のＺ軸）に対してαの角度を取る傾斜角度と、ハンダ付け箇所１０のリードの長手方向の延長線（図１のＸ軸）に対してγの角度を取る回転角度との２つの角度があり、撮像角度設定部３は角度α、角度γのどちらをも任意の角度に設定する事が出来る。ただし、共通のハンダ付け箇所１０の複数毎の画像を撮像する場合には、傾斜角度αは同一とし、回転角度（γ）のみ変更する。
【００２４】
制御装置４は、ＣＣＤカメラ２から伝達された画像を処理する画像処理部（不図示）、処理された画像に基づいてハンダ付け箇所１０のハンダ付け状態の良否を判定する判定部（不図示）、及び、その判定結果を表示する表示部（不図示）を備える、請求項で示す判定手段である。
【００２５】
この制御装置４は周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭそして信号入出力部などから構成されるコンピュータであり、リング状ライト１、ＣＣＤカメラ２そして撮像角度設定部３と接続されている。
【００２６】
ＣＣＤカメラ２から伝達された画像データは画像処理部に一旦記憶される。画像処理部は、この記憶した画像データを２値処理（白黒処理）した後に判別部に伝達する。
【００２７】
判別部は画像処理部から伝達された２値処理済み画像データに基づき、後述するハンダ付け箇所の良否判定プログラムによる良否判定処理を行い、はんだ付け箇所の良否を判定する。その判定結果情報は表示部に伝達される。
【００２８】
表示部は周知の液晶表示装置や陰極線管（ＣＲＴ）表示装置等から構成される。判別部から伝達される判定結果情報を表示する事により、被検査対象のハンダ付け箇所１０の良否を報知する。
【００２９】
なお、制御装置４は、ハンダ付け箇所１０の良否の報知を表示部にて行うのみでなく、不良の場合、当該ハンダ付け箇所を有する電子部品を自動的に取り除く機構部（不図示）に対して、不良の旨を伝達する信号出力部を備えても良い。
【００３０】
次に、被検査対象となるハンダ付け箇所１０における良品と不良品とのパターンについて、図３、図４を用いて説明する。図３は、ハンダ付け形状が正常である場合のその概略的なハンダフィレットの形状及び回転角度γを０°、４５°、９０°として、ハンダ付け箇所を傾斜角度α＝４５°で撮像した場合の各画像を模式的に示すものである。
【００３１】
なお、図３に示すハンダ付け箇所の各模式図において、ピッチの狭い斜線にて描かれている領域が光の反射光量の多い明部である。本実施形態ではリング状ライト１の照明角度を照明外角度ａ＝８４°、照明内角度ｂ＝４５°とし、ＣＣＤカメラ２の傾斜角度αが４５°に設定されているので、基板に対して１．５〜１１．２５°または３３．７５〜４３．５°の角度を取るハンダフィレットの表面部分が明部領域となる。
【００３２】
正常パターン１はハンダ量が少なく、ハンダぬれ上がり量が少ないタイプである。このタイプはランド端部までハンダがぬれひろがっておらず、ハンダフィレットの裾野部分とランド端部との間に、観察出来るランド面が存在する。これによりこのランド部が光照射によって不完全な明部と化す。この明部の形状は後述する不良パターン３と近似の特徴を持つ。
【００３３】
正常パターン２はハンダ量、ハンダぬれ上がり量ともに理想的なタイプである。
【００３４】
正常パターン３はハンダ量が多く、リードの長手方向に沿って、ハンダの形状が略凸状となるタイプである。
【００３５】
正常パターン４と５とは、正常パターン２と３との中間的なタイプであり、正常パターン４と正常パターン５との違いは、ランドの長さに依存している。
【００３６】
次に不良パターン１〜３の特徴を説明する。
【００３７】
図４は、ハンダ付け形状が異常であり、ハンダ付け不良とされる各不良パターンを図３と同様にして示すものである。
【００３８】
不良パターン１はリードがランドから浮き上がり、リードの下にハンダがフィレットを形成しているタイプである。このタイプはリード側面側や先端側のランド上に１．５°〜１１．２５°、３３．７５°〜４３．５の角度を持った面を含むフィレットが発生する。すなわち、この面が光照射によって明部と化す部分である。また、ハンダがリードにぬれ上がっていないので、リード端面が観察出来る事が上述した各正常パターンとの違いである。
【００３９】
不良パターン２はリードがハンダをはじき、リードの周囲のランドにハンダが盛り上がっているタイプである。このためリード側面側、及びリード先端側のランド上に凸部を持ったハンダフィレットが形成される事が各正常パターンとの違いである。
【００４０】
そしてその凸部の頂上付近が１．５°〜１１．２５の角度を含んでおり、この部分が光照射によって明部と化す部分である。
【００４１】
不良パターン３はハンダがランド上に無い、もしくは極微量であるタイプである。このタイプはランドの全面が観察出来る。この部分は基板に対して水平、すなわち０°なので、明部となす下限角度１．５°以下ではあるが、その角度差が僅かな事から、不完全ながらも明部と化す事があり、この不完全な明部の形状の特徴が前述した正常パターン１と近似する事がある。
【００４２】
上述したように、不良パターン１〜３のいずれも平坦から平坦に近い面を有しており、この略平坦面に形成される明部の位置及びその大きさによって、不良パターン１〜３を正常パターン１〜５から識別する事が出来る。
【００４３】
図５は、上述した構成のハンダ付け検査装置１００の制御装置４において、各不良パターン１〜３の光学的共通特徴を利用したハンダ付け箇所１０の良否判定に関する処理を示したフローチャートである。
【００４４】
図５のステップＳ１では、被検査対象のハンダ付け箇所１０のリードの左右それぞれの側面、すなわち回転角度γ＝９０°、−９０°にて撮像した２枚の２値処理済み画像を読み込む。ステップＳ２で、リード先端部、すなわち回転角度γ＝０°の２値処理済み画像を読み込む。ステップＳ３で当該左右側面部に存在する明部の面積をそれぞれ計測し、ステップＳ４で閾値となる判別用のリード側面部における明部の面積データを読み出す。
【００４５】
そしてステップＳ５にてステップＳ３で計測した左右それぞれの明部面積のデータと、ステップＳ４で読み出した閾値となる面積データとを各々比較し、計測した左右側面部の明部面積データのどちらか一方でも、閾値面積データより大きい場合は、不良パターン１と２とが持つ明部特徴に該当するので、被検査対象のハンダ付け箇所１０は不良と判定する。そしてステップＳ１６に移行し、その旨を表示部にて表示させる。
【００４６】
左右の側面部の明部面積データのどちらも閾値面積データよりも小さい場合、すなわち正常パターン１〜５と不良パターン３の特徴を持つハンダ付け箇所である場合、ステップＳ６に移行する。
【００４７】
このステップＳ５の処理にて、上述した不良パターン１、２を識別する事が出来る。すなわち、図３に示すように、正常パターン１〜５のいずれにおいてもリードの左右の側面部に明部が発生する事はない。従ってリードの左右の側面部において、閾値面積以上の明部が検知された場合には、不良パターン１、２に該当するものと判定する事が出来る。なおこの時、明部そのものの存否ではなく明部面積が閾値面積以上であるか否かを判定するのは、各正常パターンによるハンダフィレット形状であってもリードの左右の側面部にはわずかな面積だが明部が存在する事があるからである。なお、図４にリードの左右の側面部の明部面積を判定する場合の対象範囲を示す。
【００４８】
ステップＳ６でハンダ付け箇所のリード上面端部からハンダフィレット明部までの距離を測距し、ステップＳ７にてリード厚さデータを読み出し、ステップＳ８で測距値とリード厚さデータとを比較する。
【００４９】
このステップにて、測距値がリード厚さデータ以上であるなら、ハンダはリード端部に対してぬれ上がっていない可能性がある。このような関係は正常パターン１と不良パターン１〜３が持つ明部特徴に該当する。ただし不良パターン１、２については、原則としてステップＳ５にて、ハンダ付け不良と判定されるので、正常パターン１と不良パターン３とを区別する為にステップＳ９〜ステップＳ１１の処理を行う。不良パターン３にはもともとぬれ上がるハンダが存在しないが、正常パターン１はぬれ上がりの面積が狭いだけでぬれあがってはいる。しかし、ぬれあがりハンダの量が少ないので、ランド部が観察出来てしまい、このランド部が明部となるので不良パターン３と区別しがたくなっている。
【００５０】
リード先端部の画像に基づいて、ステップＳ１０にてリード先端部の近傍でかつ、リード側面側のランド部における明部の面積を計測する。この明部面積を計測する為の対象範囲を図６（ａ）（ｂ）に示す。ステップＳ１１で計測面積データと読み出した閾値面積データとを比較する。そして計測面積データの方が閾値面積データより大きい場合は、不良パターン３の明部特徴である、ランド部が明部と化している事を示すので、ステップＳ１６に移行し、被検査対象のハンダ付け箇所１０は不良と判定し、その旨を表示部に表示する。
【００５１】
ステップＳ８にて計測距離がリード厚さデータ以下であると判定された場合及び、ステップＳ１１にて、明部の計測面積が判別面積データよりも小さいと判定した場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２ではリードとランドとのズレの許容限界値であるズレ閾値を読み出す。ステップＳ１３ではリードとランドとのズレ幅を計測する。そしてステップＳ１４にて計測したズレ幅とズレ幅の閾値とを比較し、計測したズレ幅が大きい場合には、ステップＳ１６に進み、小さい場合にはステップＳ１５に進む。（図７参照）ズレ幅の閾値は例えばリード幅の約半分などが適当である。
【００５２】
これによりハンダ付け箇所１０の良否判定の精度を更に向上させる。
【００５３】
ステップＳ１５またはステップＳ１６にて正常、不良の判定表示を行った後は、ステップＳ１７にて次に判定が必要なハンダ付け箇所１０が存在するか否かを判定し、存在すればステップＳ１に戻り、存在しなければ本フローを終了する。（変形例）
次に、前述した実施形態にかかるハンダ付け検査装置１００の変形例について説明する。ハンダ付き検査装置１００は、ハンダ付き部の明部を計測する部位、例えばリード側面部またはリード端部の画像を、対向する方向から撮像した画像すると２値処理した際のにじみやぼやけ等により、正確な明部面積を計測する事が困難な事がある。
【００５４】
この為、図３に示すように水平方向に向かって撮像角度を変更した画像を１〜数枚撮像し、これら複数の画像に現れる明部の面積を各々計測し、その平均値を最終的な明部の面積とする事により、１つの対向画像によってのみ計測する事による計測誤差を低減する事が出来る。
【００５５】
なお上述の通り、同一部位を異なる水平撮像角度にて撮像した複数画像を用い、明部面積の計測値の誤差を小さくする計測部位は側面部に限るものではない。
【００５６】
このようにして、複数の画像を用いる事で正確な明部の面積が取得出来る事により、より精度の高い明部面積データが取得出来るので、精度の高いハンダ付け箇所１０の良否判定が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明のハンダ付け検査装置１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】は、リング上ライト１が照射する光の外角ａと内角ｂとの関係を説明する説明図である。
【図３】は、被検査対象のハンダ付け箇所１０の正常パターンを示す説明図である。
【図４】は、被検査対象のハンダ付け箇所１０の不良パターンを示す説明図である。
【図５】は、本発明のハンダ付け箇所１０の良否を判定する判定処理を示したフローチャートである。
【図６】は、リード端部を側面から撮像した画像での正常パターン１と不良パターン３との明部特徴を表した説明図である。
【図７】は、リード端部を対向して撮像した画像でのリードズレ状態を表した説明図である。
【符号の説明】
１リング状ライト（光照射手段）
２ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３撮像角度設定部（撮像手段）
４検査装置本体（判定手段）
１０ハンダ付け箇所
１００ハンダ付き検査装置

Claims

電子部品のリードを基板のランドにハンダ付けした際の、当該ハンダ付けの良否を検査する検査装置であって、
前記リードのハンダ付け箇所に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段からの光が照射された前記ハンダ付け箇所を含む領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像から、ハンダ付けの良否を判定する判定手段とを備え、
前記撮像手段は、前記基板表面の鉛直方向から所定角度傾斜した方向からハンダ付け箇所を含む領域を撮像するものであって、
前記光照射手段と前記撮像手段とは、前記撮像手段が撮像した画像において、前記ハンダ表面と前記基板表面とのなす角度が所定角度よりも小さい平坦もしくは平坦に近い面である場合に、その平坦もしくは平坦に近い面が明部となる位置関係に配置され、
前記判定手段は、前記リードの上面先端からランド上の明部位置までの距離が前記リード厚以上であって、前記リードの先端側でかつリード側面近傍のランド部に所定の閾値よりも大きい面積の明部が存在する場合、ハンダ付け箇所を不良と判定することを特徴とするハンダ付け検査装置。
前記撮像手段は、少なくとも前記リードの先端に対向する角度位置を含む複数の角度位置から前記ハンダ付け箇所を含む領域を撮像することを特徴とする請求項１に記載のハンダ付け検査装置。