JP4340373B2 - 接合検査装置、方法、及び接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路実装の分野におけるフリップチップ、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）などのように電子部品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回路基板の電極との間のろう接状態を、Ｘ線透視画像で検査する、接合検査装置及び方法、並びに上記接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過型Ｘ線検査機を用いた、部品実装済の回路基板における電子部品の電極と当該基板の電極との接合の良否を検査する方法としては、部品実装後の上記回路基板にＸ線を垂直に照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とにより、回路基板及び回路基板上の電子部品を透過したＸ線を画像に変換して、目視、又は画像認識装置による自動検査により、接合部分の位置ずれ、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】
上記電子部品と上記回路基板との接合材は、一般にＸ線の吸収率が高い鉛や錫等の重金属材料が使われているので、Ｘ線透視画像では上記接合材が黒く写り、該接合材の周辺部と区別することが出来る。特に、半田等の上記接合材の過不足を検出するためには、上記接合材の厚さを３次元的に求める必要があり、物質を透過するＸ線量は物質の厚さ対して指数関数的に減衰するため、検査対象物の厚さとＸ線透視画像の濃度の関係を求める工夫が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、物質を透過するＸ線量は物質の厚さ対して指数関数的に減衰するという性質と、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ及び分解能の制限により、図１２に示すように、厚い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を長く取ると、薄い対象物のＸ線画像は画像の濃度のダイナミックレンジを超えて飽和してしまう。逆に、薄い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を短くすると、厚い対象物のＸ線画像は画像の最低濃度信号以下となり、計測出来ないという問題点があった。
又、上記透過型Ｘ線装置による両面実装回路基板の検査では、回路基板の表面の部品と裏面の部品と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、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジと分解能の制限を克服し、即ち検査対象物の厚、薄にかかわらず接合材の高さを測定でき、又、両面実装回路基板に対しても検査可能な、接合検査装置、接合検査方法、及び該接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様における接合検査装置は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射する照射部と、
上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換するシンチレータと、
上記シンチレータから発した上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う撮像装置と、
上記撮像装置から供給される、上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して副厚さ画像を作成する副厚さ画像生成装置と、
複数の上記副厚さ画像を加算して上記接合部分の厚さ合成画像を作成する合成画像生成装置と、
を備え、
上記合成画像生成装置は、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成することを特徴とする。
【０００７】
又、上記画像生成装置は、上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って一つ存在するとき、それぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して第１副厚さ画像を作成するとともに、さらに上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するとき、上記接合部分が重なり合った状態における、それぞれの上記蓄積時間の異なるそれぞれの上記透視画像に対応して第２副厚さ画像を作成し、
上記合成画像生成装置は、複数の上記第１副厚さ画像を加算して第１厚さ合成画像を作成するとともに、複数の上記第２副厚さ画像を加算して第２厚さ合成画像を作成し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引いて上記厚さ合成画像を作成することもできる。
【０００８】
又、上記接合部分が板状体において対向する一方及び他方の面に存在するとき、上記第１厚さ合成画像は上記一方の面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像は上記一方及び他方の両面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引くことで上記他方の面における上記接合部分における厚さ合成画像が求まるように構成することもできる。
【０００９】
又、上記合成画像生成装置は、上記第１副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第１副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第１厚さ合成画像を作成し、かつ上記第２副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第２副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第２厚さ合成画像を作成することもできる。
【００１０】
又、上記透視画像における上記明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの上記関係は、上記放射線の上記接合部分と同じ透過率を有する材料にて製作した予め厚さの分かっている教示治具を用いて得られるように構成することもできる。
【００１１】
又、本発明の第２態様における接合検査方法は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換し、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行い、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成し、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する、
ことを特徴とする。
【００１２】
又、本発明の第３態様における、上記第２態様の接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換する処理、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う処理、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成する処理、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成する処理、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する処理、を記録したことを特徴とする。
【００１３】
【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、接合検査方法、及び接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体について、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、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「放射線」の一例として本実施形態ではＸ線を例に採るが、これに限定されるものではなくガンマ線等であってもよい。又、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「副厚さ画像生成装置」及び「合成画像生成装置」の機能を果たす一例として本実施形態では制御装置１２１が相当する。又、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「部材間の接合部分」として、本実施形態では、回路基板上に実装された電子部品において上記回路基板の電極と上記電子部品の電極との接合部分を例に採るが、これに限定されるものではなく、例えば複数の電子部品同士の接合部分等も含む概念である。
【００１４】
第１実施形態；
図１に示すように、本実施形態の接合検査装置１０１は、大別して、照射部の機能を果たす一例としての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。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。
又、本実施形態では、Ｘ線発生器１１１は５０ｋＶ〜２００ｋＶ程度、例えば９０ｋＶ、０．５ｍＡ程度の出力にてＸ線１５２を発生する。
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。
【００１５】
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。
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、後述するように装着部分１５１内の上記接合部分における厚さ情報を生成する。
【００１６】
このように構成される接合検査装置１０１における動作を以下に説明する。尚、該動作の制御は、上記制御装置１２１にて実行される。
図６のステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１では、回路基板と電子部品との上記接合部分の本検査に先立って、図２に示すように、予め接合前の回路基板１０３−１と電子部品１０４−１を準備し、回路基板１０３−１と電子部品１０４−１との間に階段状の教示治具１２５を配置して検査準備動作を行う。
該教示治具１２５は、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、…を有し、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治具である。尚、本実施形態では、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。又、上記教示治具１２５について、上記接合部分と同じ材質とは、上記Ｘ線の透過率が上記接合部分と同一であることであり、具体的には上記接合部分の構成成分と、該構成部分の含有量とが同一であることをいう。
【００１７】
上述の配置状態において、Ｘ線発生器１１１の管電圧や管電流等のＸ線照射条件、及びカメラ１１７における上記可視光による透過画像の蓄積時間を一定にしてＸ線撮影を行う。該Ｘ線撮影によるＸ線透視画像は、図４に示すように、教示治具１２５の厚さに対応して階段状に濃度差のある画像になる。ここで、教示治具１２５の厚さの分かっている各測定点１２５１−１〜１２５１−９の画像濃度を画像処理装置１１８で測定し、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が画像濃度を表すグラフに各測定点の濃度値をプロットして各点を結ぶ近似曲線を作成すれば、図５に示すような対数グラフを作成することができる。
【００１８】
ステップ２では、上記接合部分における検査対象となる厚みの範囲が上記教示部材１２５にてカバーできているか否かが判断され、カバーできているときには後述の本検査動作へ移行し、カバーできていないときには次のステップ３へ進む。即ち、検査対象としている接合部分の厚み範囲が例えば１００μｍから１５００μｍまであり、これに対して、ある教示部材では１００μｍから５００μｍまでの範囲しかカバーできないときには、さらに例えば５００μｍから１０００μｍ、１０００μｍから１５００μｍのそれぞれの範囲をカバーする第２、第３の教示部材が必要となる。このように複数の教示部材が必要なときには上記ステップ３へ移行することになる。
【００１９】
ステップ３では、上記教示治具１２５にてカバーできていない厚み範囲の全部又は一部をカバーするような厚み範囲を有する階段状やくさび状の第２の教示治具１２５−１を、教示治具１２５に代えて回路基板１０３−１と電子部品１０４−１の間に配置する。そして、Ｘ線発生器１１１の管電圧や管電流等のＸ線照射条件は変更せずに、カメラ１１７における上記蓄積時間を教示治具１２５−１の厚さ変化にあわせて調整してＸ線撮影を行う。
該教示治具１２５−１を使用したときも、Ｘ線透視画像は、図４に類似した画像であって、教示治具１２５−１の厚さに対応して階段状に濃度差のある画像になる。ここで、教示治具１２５−１の厚さの分かっている各測定点の画像濃度を画像処理装置１１８で測定し、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が画像濃度を表すグラフに各測定点の濃度値をプロットして各点を結ぶ近似曲線を作成すれば、図５に示すグラフと同様に、Ｘ線透過物質の厚さと画像濃度の関係を示す対数グラフを作成することができる。
このようにして、上記接合部分の全厚さ範囲を網羅するまで、厚み範囲がそれぞれ異なる教示治具を順次使用して、上記対数グラフを作成していく。
例えば同じ回路基板上に同じ電子部品が装着された複数の製品を検査する場合のように、同一のそれぞれの接合部分を検査するときには、実際には、予め求めた上記対数グラフのデータを制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておき、該データを読み出して使用する形態を採ることになる。尚、上記対数グラフデータの格納方法は、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。
【００２０】
以上の準備段階を経て、実際に回路基板と電子部品との上記接合部分の本検査を行う場合について説明する。尚、一つの接合部分について複数の教示治具１２５を使用して撮像が行われた場合を例に採る。図７のステップ５にて、上述の教示治具１２５、１２５−１等を使用して測定したそれぞれの場合と、同じＸ線照射条件及びカメラ１１７の蓄積時間条件にて、上記接合部分についてＸ線撮影を複数回行う。
次のステップ６では、ステップ５にて得た、それぞれの教示治具１２５等に対応したそれぞれのＸ線透視画像について、上述のようにして予め求めた上記対数グラフと、各対数グラフに対応する上記接合部分における上記Ｘ線透視画像の画像濃度とに基づいて、上記それぞれのＸ線透視画像をそれぞれの副厚さ画像に変換する。
次のステップ７では、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする副厚さ画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、上記複数の副厚さ画像からそれぞれ有効部分のみを抽出し該有効部分を集めて厚さ合成画像を作成する。
この合成画像より求めた検査個所の厚さを良品の厚さとを比較することにより良品と不良品を判定することができる。尚、上記良品の厚さ情報は、本実施形態では、予め制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておく。
【００２１】
上記ステップ７の動作について、例を用いて具体的に説明すると、上記蓄積時間がＴ１にて得られたＸ線透視画像から求めた上記副厚さ画像を図８に示し、上記蓄積時間がＴ１より長いＴ２にて得られたＸ線透視画像から求めた上記副厚さ画像を図９に示す。図８では、領域１６４の画像濃度が最低レベル以下で使えず、一方、図９では領域１６５の画像濃度がダイナミックレンジを超えて飽和している状態を示している。この場合に、最も広い測定範囲の厚さをカバーする副厚さ画像を基準として、領域１６４については図９に示す厚さ画像を上記有効部分として抽出し、領域１６５については図８に示す厚さ画像を上記有効部分として抽出する。そして、それぞれの抽出部分を集めて厚さ合成画像が作成される。
【００２２】
このように第１実施形態によれば、蓄積時間のそれぞれ異なるそれぞれのＸ線透過画像に対応してそれぞれの副厚さ画像を作成し、これらの副厚さ画像のそれぞれから有効部分のみを抽出して合成して厚さ合成画像を生成する。即ち、厚い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を長く取った画像では、薄い対象物のＸ線画像は画像の濃度のダイナミックレンジを超えて飽和してしまっており、逆に、薄い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を短くした画像では、厚い対象物のＸ線画像は画像の最低濃度信号以下となってしまっているが、それぞれの副厚さ画像から、上記飽和せずかつ上記最低濃度信号以下となっていない有効画像のみを抽出して抽出画像を合成して厚さ合成画像を生成する。したがって、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジと分解能との制限を克服して接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００２３】
本実施形態では上述のように、複数の副厚さ画像についてそれぞれ有効部分を抽出し、抽出した有効部分を集めて厚さ合成画像を作成した。しかしながら該動さに限定されるものではない。即ち、例えば、接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が例えば２倍程度内に収まっているのであれば、それぞれの上記副厚さ画像間においても大きく相違することない。よって、このような場合には、上記有効部分の抽出動作を行わずに各副厚さ画像を単に加算して厚さ合成画像を作成することもできる。
よって、上述の有効部分を抽出する方法に比べて、簡易な方法にて、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００２４】
第２実施形態；
上述の第１実施形態では、回路基板１０３の片面に電子部品１０４を実装している場合を対象としている。この第２実施形態では、回路基板１０３の両面に電子部品１０４が実装されている場合を対象とする。
図１０は、当該第２実施形態における接合検査装置２０１を示している。図１０に示すように、上述した接合検査装置１０１からなら２台の接合検査装置１０１Ａと接合検査装置１０１Ｂとについて、上記接合検査装置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。このように構成される接合検査装置２０１は、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。該接合検査装置２０１は、概略、以下のように動作する。
【００２５】
電子部品１０４の両面実装工程において、回路基板１０３の対向する一方の面をＡ面、他方の面をＢ面としたとき、上記Ａ面に電子部品１０４を実装するＡ面実装工程では、回路基板１０３の片面のみに電子部品１０４が実装されている。よって、この状態では上述の第１実施形態にて説明したＸ線検査方法にて、接合部分の検査が可能である。しかし、回路基板１０３を反転して上記Ｂ面に電子部品１０４を実装すると、回路基板１０３のＡ面には既に電子部品１０４が存在するので、上記Ｘ線の照射方向に沿って上記接合部分が二つ存在する。よって、Ｘ線透視画像ではＡ面における接合部分とＢ面における接合部分とが重なった画像となり、このままでは検査が困難になる。
そのため、Ａ面のＸ線検査機１０１ＡのＸ線透視画像を基板反転に合わせて画像を反転し、Ｂ面のＸ線検査機１０１ＢのＸ線透視画像から前記Ａ面の反転Ｘ線透視画像を減算することにより、Ｂ面のみのＸ線透視画像を抽出して検査する。このとき、それぞれのＸ線透視画像の濃度は透過物質の厚さの対数関数で表されるので、これらを単純に減算してもＢ面だけの画像を抽出することは出来ない。
【００２６】
そのため、上記減算動作は、それぞれのＸ線透視画像を対数変換して作成した上記副厚さ画像により行う。又、Ａ面画像とＢ面画像とを対応させる為に、回路基板１０３にバーコード等で基板ＩＤを印刷しておき、Ａ面検査機１０１Ａで読み取った基板ＩＤとＡ面の副厚さ画像を一緒にしてＢ面検査機１０１Ｂに送信する。Ｂ面検査機１０１Ｂでは検査対象基板から読み取った基板ＩＤとＡ面検査機１０１Ａから送られた基板ＩＤが一致した時、Ｂ面検査機１０１Ｂの副厚さ画像からＡ面検査機１０１Ａの副厚さ画像を減算して検査を行う。
【００２７】
図１１を用いて説明する。図１１のＡ面検査機１０１Ａの工程において、ステップ１１でＡ面に電子部品１０４が実装された後のＡ面実装回路基板１０３１を搬入し、ステップ１２で教示治具１２５を用いたときの測定時と同じＸ線照射条件でＸ線を上記回路基板１０３１に照射する。次に、ステップ１３で教示治具１２５を用いたときの測定時と同じカメラ１１７の蓄積時間条件で回路基板１０３１のＸ線撮影を行いＸ線透過画像を入力する。次のステップ１４では、事前に求めた画像濃度から厚さへの変換用対数グラフを用いて、上記Ｘ線透過画像を副厚さ画像に変換する。ステップ１５では、教示治具測定時に行った複数の撮像条件の全てについてＸ線透過画像を得て、かつ副厚さ画像への変換が終了するまで、ステップ１２からステップ１４を繰り返し行い、複数の副厚さ画像を得る。
【００２８】
次にステップ１６では、第１実施形態にて説明したように、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、各副厚さ画像から有効部分のみを抽出して抽出した有効部分を集合させて一つのＡ面厚さ合成画像を得る。
このＡ面厚さ合成画像で得られた形状と、これらそれぞれの形状の存在する位置情報とを、予め求めている良品における厚さ情報と比較することで、ステップ１７で接合検査を行う。次に、ステップ１８にて、図１０に示すように、上記Ａ面厚さ合成画像及び上記Ａ面実装回路基板１０３１の基板ＩＤの各データをＢ面検査機１０１Ｂに送信し、ステップ１９にてＸ線照射を停止する。ステップ２０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１１に戻ってステップ１１からステップ１９を繰り返す。
【００２９】
一方、Ｂ面検査機１０１Ｂの検査工程では、図１１に示すように、ステップ２１にて、予めＡ面検査機１０１Ａから供給された上記Ａ面厚さ合成画像及び上記基板ＩＤの各データを受信して、Ｂ面検査機１０１Ｂの制御装置１２１Ｂに備わる記憶装置１２２Ｂに記憶しておく。次に、ステップ２２にて、上記Ｂ面にも電子部品１０４を実装した両面実装基板１０３２をＢ面検査機１０１Ｂに搬入し、ステップ２３にて、搬入された両面実装基板１０３２に対して行われた教示治具１２５を用いた測定時と同じＸ線照射条件で両面実装基板１０３２に対してＸ線を照射する。次に、ステップ２４にて、両面実装基板１０３２のＸ線透過画像を入力し、ステップ２５で当該Ｘ線透過画像を副厚さ画像に変換する。ステップ２６では、教示治具測定時に行った複数の撮像条件の全てについてＸ線透過画像を得て、かつ副厚さ画像への変換が終了するまでステップ２３からステップ２５を繰り返し、複数の副厚さ画像を得る。
【００３０】
次に、ステップ２７では、上述のステップ１６と同様に、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、各副厚さ画像から有効部分のみを抽出して抽出した有効部分を集合させて一つの両面厚さ合成画像を得る。ステップ２８では、この両面厚さ合成画像から、Ａ面検査機１０１Ａから送られた同じ基板ＩＤを有する上記Ａ面厚さ合成画像データを反転、即ちＡ面厚さ合成画像の明暗を逆転させた画像を減算することによりＢ面における接合部分のみのＢ面厚さ合成画像を生成する。
【００３１】
次に、ステップ２９で、上記Ｂ面厚さ合成画像より得られた形状と位置情報とを、予め求めている良品における厚さ情報と比較することで、Ｂ面における接合部分を検査した後、ステップ３０でＸ線照射を停止する。ステップ３１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２２に戻ってステップ２２からステップ３０を繰り返す。
【００３２】
このように、上記第１実施形態の検査方法を応用して、両面実装された回路基板についても、それぞれの面における各接合部分について、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて高精度にてそれぞれ接合検査することができる。
【００３３】
尚、第２実施形態では、回路基板を例に採り、該回路基板の両面に電子部品が実装されている場合を例に採ったが、例えば部品同士を接合した場合であって、３以上の部品が放射線の照射方向に沿って重なって存在するような形態においても上述の第２実施形態を適用することができる。即ち、例えば接合部分が第１〜第３の３つ存在した場合、まず、第１接合部分についてのみ第１厚さ合成画像を得て、次に、第１及び第２接合部分が重なり合った部分についての第２厚さ合成画像を得る。ここで、第２厚さ合成画像から第１厚さ合成画像を差し引くことで、第２接合部分についての厚さ合成画像を得ることができる。さらに、第１、第２、第３の接合部分が重なり合った部分についての第３厚さ合成画像を得て、該第３厚さ合成画像から第２厚さ合成画像を差し引くことで第３接合部分についての厚さ合成画像を得ることができる。このように、放射線の照射方向に沿って複数の接合部分が重なって存在するときでも、上述の第２実施形態を適用することができる。
【００３４】
又、両面実装された回路基板に対しても、上述したように、例えば、接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が例えば２倍程度内に収まっているのであれば、上記有効部分の抽出動作を行わずに各副厚さ画像を単に加算して厚さ合成画像を作成することもできる。この場合、図１１に示すステップ１４及びステップ２５における動作が省略されることになる。
【００３５】
上述の第１実施形態において、図６、図７を参照して説明した動作、並びに第２実施形態において図１１を参照して説明した動作の制御は、第１実施形態及び第２実施形態では予め制御装置１２１等に格納されたプログラムに従い実行しているが、これに限定されるものではない。即ち、図６、図７を参照して説明した動作、並びに図１１を参照して説明した動作を実行するプログラムを記録した、例えばＣＤ−ＲＯＭ１２３−１やフロッピーディスク１２３−２等のリムーバブルな記録媒体１２３から制御装置１２１等が読み出し、読み出したプログラムに従い制御動作を実行するように構成することもできる。又、通信回線を利用して制御装置１２１等に供給するようにすることもできる。
【００３６】
【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２態様の接合検査方法によれば、副厚さ画像生成装置及び合成画像生成装置を備え、蓄積時間の互いに異なる複数の透視画像について、該透視画像における明るさの濃度と接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して副厚さ画像を作成し、複数の上記副厚さ画像を加算して上記接合部分の厚さ合成画像を作成するようにした。よって、それぞれの上記副厚さ画像においては、画像濃度のダイナミックレンジを超えた部分、及び画像の最低濃度信号以下となった部分は存在せず、このような各副厚さ画像を加算することで、接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００３７】
又、上記それぞれの副厚さ画像から有効部分のみを抽出して厚さ合成画像を作成することもできる。このように構成することで、さらに、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００３８】
又、上記動作の応用として、接合部分が放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するときであっても、まず第１厚さ画像を求め、次に第２厚さ画像を求めて、第２厚さ画像から第１厚さ画像を差し引いて厚さ合成画像を得るように構成することで、照射方向に沿って重なり合って存在するそれぞれの接合部分について、その厚みを高精度にて検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における接合検査装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示す接合検査装置にて本検査を実行する前に、透視画像における明るさの濃度と接合部分の厚みとの関係を得るための動作を説明するための図である。
【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に示す接合検査装置にて作成した、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６】 本発明の第１実施形態において、画像濃度と透過物質の厚さとの関係を得るときの動作を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１実施形態において、接合検査動作を示すフローチャートである。
【図８】 図７に示す副厚さ画像を示す模式図である。
【図９】 図７に示す副厚さ画像を示す模式図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態における接合検査装置の構成を示す図である。
【図１１】 図１０に示す接合検査装置において実行される接合検査動作のフローチャートである。
【図１２】 従来のＸ線検査装置における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…接合検査装置、
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、
２０１…接合検査装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路実装の分野におけるフリップチップ、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）などのように電子部品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回路基板の電極との間のろう接状態を、Ｘ線透視画像で検査する、接合検査装置及び方法、並びに上記接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過型Ｘ線検査機を用いた、部品実装済の回路基板における電子部品の電極と当該基板の電極との接合の良否を検査する方法としては、部品実装後の上記回路基板にＸ線を垂直に照射するように配置したＸ線発生器と、当該回路基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とにより、回路基板及び回路基板上の電子部品を透過したＸ線を画像に変換して、目視、又は画像認識装置による自動検査により、接合部分の位置ずれ、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】
上記電子部品と上記回路基板との接合材は、一般にＸ線の吸収率が高い鉛や錫等の重金属材料が使われているので、Ｘ線透視画像では上記接合材が黒く写り、該接合材の周辺部と区別することが出来る。特に、半田等の上記接合材の過不足を検出するためには、上記接合材の厚さを３次元的に求める必要があり、物質を透過するＸ線量は物質の厚さ対して指数関数的に減衰するため、検査対象物の厚さとＸ線透視画像の濃度の関係を求める工夫が必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、物質を透過するＸ線量は物質の厚さ対して指数関数的に減衰するという性質と、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ及び分解能の制限により、図１２に示すように、厚い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を長く取ると、薄い対象物のＸ線画像は画像の濃度のダイナミックレンジを超えて飽和してしまう。逆に、薄い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を短くすると、厚い対象物のＸ線画像は画像の最低濃度信号以下となり、計測出来ないという問題点があった。
又、上記透過型Ｘ線装置による両面実装回路基板の検査では、回路基板の表面の部品と裏面の部品と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、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジと分解能の制限を克服し、即ち検査対象物の厚、薄にかかわらず接合材の高さを測定でき、又、両面実装回路基板に対しても検査可能な、接合検査装置、接合検査方法、及び該接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様における接合検査装置は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射する照射部と、
上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換するシンチレータと、
上記シンチレータから発した上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う撮像装置と、
上記撮像装置から供給される、上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して副厚さ画像を作成する副厚さ画像生成装置と、
複数の上記副厚さ画像を加算して上記接合部分の厚さ合成画像を作成する合成画像生成装置と、
を備え、
上記合成画像生成装置は、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成することを特徴とする。
【０００７】
又、上記画像生成装置は、上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って一つ存在するとき、それぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して第１副厚さ画像を作成するとともに、さらに上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するとき、上記接合部分が重なり合った状態における、それぞれの上記蓄積時間の異なるそれぞれの上記透視画像に対応して第２副厚さ画像を作成し、
上記合成画像生成装置は、複数の上記第１副厚さ画像を加算して第１厚さ合成画像を作成するとともに、複数の上記第２副厚さ画像を加算して第２厚さ合成画像を作成し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引いて上記厚さ合成画像を作成することもできる。
【０００８】
又、上記接合部分が板状体において対向する一方及び他方の面に存在するとき、上記第１厚さ合成画像は上記一方の面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像は上記一方及び他方の両面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引くことで上記他方の面における上記接合部分における厚さ合成画像が求まるように構成することもできる。
【０００９】
又、上記合成画像生成装置は、上記第１副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第１副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第１厚さ合成画像を作成し、かつ上記第２副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第２副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第２厚さ合成画像を作成することもできる。
【００１０】
又、上記透視画像における上記明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの上記関係は、上記放射線の上記接合部分と同じ透過率を有する材料にて製作した予め厚さの分かっている教示治具を用いて得られるように構成することもできる。
【００１１】
又、本発明の第２態様における接合検査方法は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換し、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行い、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成し、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する、
ことを特徴とする。
【００１２】
又、本発明の第３態様における、上記第２態様の接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体は、回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換する処理、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う処理、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成する処理、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成する処理、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する処理、を記録したことを特徴とする。
【００１３】
【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、接合検査方法、及び接合検査方法を実行するプログラムを記録した記録媒体について、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、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「放射線」の一例として本実施形態ではＸ線を例に採るが、これに限定されるものではなくガンマ線等であってもよい。又、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「副厚さ画像生成装置」及び「合成画像生成装置」の機能を果たす一例として本実施形態では制御装置１２１が相当する。又、上述の「課題を解決するための手段」欄に記載した「部材間の接合部分」として、本実施形態では、回路基板上に実装された電子部品において上記回路基板の電極と上記電子部品の電極との接合部分を例に採るが、これに限定されるものではなく、例えば複数の電子部品同士の接合部分等も含む概念である。
【００１４】
第１実施形態；
図１に示すように、本実施形態の接合検査装置１０１は、大別して、照射部の機能を果たす一例としての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。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。
又、本実施形態では、Ｘ線発生器１１１は５０ｋＶ〜２００ｋＶ程度、例えば９０ｋＶ、０．５ｍＡ程度の出力にてＸ線１５２を発生する。
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。
【００１５】
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。
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、後述するように装着部分１５１内の上記接合部分における厚さ情報を生成する。
【００１６】
このように構成される接合検査装置１０１における動作を以下に説明する。尚、該動作の制御は、上記制御装置１２１にて実行される。
図６のステップ（図内では「Ｓ」にて示す）１では、回路基板と電子部品との上記接合部分の本検査に先立って、図２に示すように、予め接合前の回路基板１０３−１と電子部品１０４−１を準備し、回路基板１０３−１と電子部品１０４−１との間に階段状の教示治具１２５を配置して検査準備動作を行う。
該教示治具１２５は、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、…を有し、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治具である。尚、本実施形態では、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。又、上記教示治具１２５について、上記接合部分と同じ材質とは、上記Ｘ線の透過率が上記接合部分と同一であることであり、具体的には上記接合部分の構成成分と、該構成部分の含有量とが同一であることをいう。
【００１７】
上述の配置状態において、Ｘ線発生器１１１の管電圧や管電流等のＸ線照射条件、及びカメラ１１７における上記可視光による透過画像の蓄積時間を一定にしてＸ線撮影を行う。該Ｘ線撮影によるＸ線透視画像は、図４に示すように、教示治具１２５の厚さに対応して階段状に濃度差のある画像になる。ここで、教示治具１２５の厚さの分かっている各測定点１２５１−１〜１２５１−９の画像濃度を画像処理装置１１８で測定し、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が画像濃度を表すグラフに各測定点の濃度値をプロットして各点を結ぶ近似曲線を作成すれば、図５に示すような対数グラフを作成することができる。
【００１８】
ステップ２では、上記接合部分における検査対象となる厚みの範囲が上記教示部材１２５にてカバーできているか否かが判断され、カバーできているときには後述の本検査動作へ移行し、カバーできていないときには次のステップ３へ進む。即ち、検査対象としている接合部分の厚み範囲が例えば１００μｍから１５００μｍまであり、これに対して、ある教示部材では１００μｍから５００μｍまでの範囲しかカバーできないときには、さらに例えば５００μｍから１０００μｍ、１０００μｍから１５００μｍのそれぞれの範囲をカバーする第２、第３の教示部材が必要となる。このように複数の教示部材が必要なときには上記ステップ３へ移行することになる。
【００１９】
ステップ３では、上記教示治具１２５にてカバーできていない厚み範囲の全部又は一部をカバーするような厚み範囲を有する階段状やくさび状の第２の教示治具１２５−１を、教示治具１２５に代えて回路基板１０３−１と電子部品１０４−１の間に配置する。そして、Ｘ線発生器１１１の管電圧や管電流等のＸ線照射条件は変更せずに、カメラ１１７における上記蓄積時間を教示治具１２５−１の厚さ変化にあわせて調整してＸ線撮影を行う。
該教示治具１２５−１を使用したときも、Ｘ線透視画像は、図４に類似した画像であって、教示治具１２５−１の厚さに対応して階段状に濃度差のある画像になる。ここで、教示治具１２５−１の厚さの分かっている各測定点の画像濃度を画像処理装置１１８で測定し、横軸がＸ線透過物質の厚さ、縦軸が画像濃度を表すグラフに各測定点の濃度値をプロットして各点を結ぶ近似曲線を作成すれば、図５に示すグラフと同様に、Ｘ線透過物質の厚さと画像濃度の関係を示す対数グラフを作成することができる。
このようにして、上記接合部分の全厚さ範囲を網羅するまで、厚み範囲がそれぞれ異なる教示治具を順次使用して、上記対数グラフを作成していく。
例えば同じ回路基板上に同じ電子部品が装着された複数の製品を検査する場合のように、同一のそれぞれの接合部分を検査するときには、実際には、予め求めた上記対数グラフのデータを制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておき、該データを読み出して使用する形態を採ることになる。尚、上記対数グラフデータの格納方法は、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。
【００２０】
以上の準備段階を経て、実際に回路基板と電子部品との上記接合部分の本検査を行う場合について説明する。尚、一つの接合部分について複数の教示治具１２５を使用して撮像が行われた場合を例に採る。図７のステップ５にて、上述の教示治具１２５、１２５−１等を使用して測定したそれぞれの場合と、同じＸ線照射条件及びカメラ１１７の蓄積時間条件にて、上記接合部分についてＸ線撮影を複数回行う。
次のステップ６では、ステップ５にて得た、それぞれの教示治具１２５等に対応したそれぞれのＸ線透視画像について、上述のようにして予め求めた上記対数グラフと、各対数グラフに対応する上記接合部分における上記Ｘ線透視画像の画像濃度とに基づいて、上記それぞれのＸ線透視画像をそれぞれの副厚さ画像に変換する。
次のステップ７では、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする副厚さ画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、上記複数の副厚さ画像からそれぞれ有効部分のみを抽出し該有効部分を集めて厚さ合成画像を作成する。
この合成画像より求めた検査個所の厚さを良品の厚さとを比較することにより良品と不良品を判定することができる。尚、上記良品の厚さ情報は、本実施形態では、予め制御装置１２１の記憶装置１２２に格納しておく。
【００２１】
上記ステップ７の動作について、例を用いて具体的に説明すると、上記蓄積時間がＴ１にて得られたＸ線透視画像から求めた上記副厚さ画像を図８に示し、上記蓄積時間がＴ１より長いＴ２にて得られたＸ線透視画像から求めた上記副厚さ画像を図９に示す。図８では、領域１６４の画像濃度が最低レベル以下で使えず、一方、図９では領域１６５の画像濃度がダイナミックレンジを超えて飽和している状態を示している。この場合に、最も広い測定範囲の厚さをカバーする副厚さ画像を基準として、領域１６４については図９に示す厚さ画像を上記有効部分として抽出し、領域１６５については図８に示す厚さ画像を上記有効部分として抽出する。そして、それぞれの抽出部分を集めて厚さ合成画像が作成される。
【００２２】
このように第１実施形態によれば、蓄積時間のそれぞれ異なるそれぞれのＸ線透過画像に対応してそれぞれの副厚さ画像を作成し、これらの副厚さ画像のそれぞれから有効部分のみを抽出して合成して厚さ合成画像を生成する。即ち、厚い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を長く取った画像では、薄い対象物のＸ線画像は画像の濃度のダイナミックレンジを超えて飽和してしまっており、逆に、薄い対象物に合わせてＸ線の蓄積時間を短くした画像では、厚い対象物のＸ線画像は画像の最低濃度信号以下となってしまっているが、それぞれの副厚さ画像から、上記飽和せずかつ上記最低濃度信号以下となっていない有効画像のみを抽出して抽出画像を合成して厚さ合成画像を生成する。したがって、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジと分解能との制限を克服して接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００２３】
本実施形態では上述のように、複数の副厚さ画像についてそれぞれ有効部分を抽出し、抽出した有効部分を集めて厚さ合成画像を作成した。しかしながら該動さに限定されるものではない。即ち、例えば、接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が例えば２倍程度内に収まっているのであれば、それぞれの上記副厚さ画像間においても大きく相違することない。よって、このような場合には、上記有効部分の抽出動作を行わずに各副厚さ画像を単に加算して厚さ合成画像を作成することもできる。
よって、上述の有効部分を抽出する方法に比べて、簡易な方法にて、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００２４】
第２実施形態；
上述の第１実施形態では、回路基板１０３の片面に電子部品１０４を実装している場合を対象としている。この第２実施形態では、回路基板１０３の両面に電子部品１０４が実装されている場合を対象とする。
図１０は、当該第２実施形態における接合検査装置２０１を示している。図１０に示すように、上述した接合検査装置１０１からなら２台の接合検査装置１０１Ａと接合検査装置１０１Ｂとについて、上記接合検査装置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。このように構成される接合検査装置２０１は、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。該接合検査装置２０１は、概略、以下のように動作する。
【００２５】
電子部品１０４の両面実装工程において、回路基板１０３の対向する一方の面をＡ面、他方の面をＢ面としたとき、上記Ａ面に電子部品１０４を実装するＡ面実装工程では、回路基板１０３の片面のみに電子部品１０４が実装されている。よって、この状態では上述の第１実施形態にて説明したＸ線検査方法にて、接合部分の検査が可能である。しかし、回路基板１０３を反転して上記Ｂ面に電子部品１０４を実装すると、回路基板１０３のＡ面には既に電子部品１０４が存在するので、上記Ｘ線の照射方向に沿って上記接合部分が二つ存在する。よって、Ｘ線透視画像ではＡ面における接合部分とＢ面における接合部分とが重なった画像となり、このままでは検査が困難になる。
そのため、Ａ面のＸ線検査機１０１ＡのＸ線透視画像を基板反転に合わせて画像を反転し、Ｂ面のＸ線検査機１０１ＢのＸ線透視画像から前記Ａ面の反転Ｘ線透視画像を減算することにより、Ｂ面のみのＸ線透視画像を抽出して検査する。このとき、それぞれのＸ線透視画像の濃度は透過物質の厚さの対数関数で表されるので、これらを単純に減算してもＢ面だけの画像を抽出することは出来ない。
【００２６】
そのため、上記減算動作は、それぞれのＸ線透視画像を対数変換して作成した上記副厚さ画像により行う。又、Ａ面画像とＢ面画像とを対応させる為に、回路基板１０３にバーコード等で基板ＩＤを印刷しておき、Ａ面検査機１０１Ａで読み取った基板ＩＤとＡ面の副厚さ画像を一緒にしてＢ面検査機１０１Ｂに送信する。Ｂ面検査機１０１Ｂでは検査対象基板から読み取った基板ＩＤとＡ面検査機１０１Ａから送られた基板ＩＤが一致した時、Ｂ面検査機１０１Ｂの副厚さ画像からＡ面検査機１０１Ａの副厚さ画像を減算して検査を行う。
【００２７】
図１１を用いて説明する。図１１のＡ面検査機１０１Ａの工程において、ステップ１１でＡ面に電子部品１０４が実装された後のＡ面実装回路基板１０３１を搬入し、ステップ１２で教示治具１２５を用いたときの測定時と同じＸ線照射条件でＸ線を上記回路基板１０３１に照射する。次に、ステップ１３で教示治具１２５を用いたときの測定時と同じカメラ１１７の蓄積時間条件で回路基板１０３１のＸ線撮影を行いＸ線透過画像を入力する。次のステップ１４では、事前に求めた画像濃度から厚さへの変換用対数グラフを用いて、上記Ｘ線透過画像を副厚さ画像に変換する。ステップ１５では、教示治具測定時に行った複数の撮像条件の全てについてＸ線透過画像を得て、かつ副厚さ画像への変換が終了するまで、ステップ１２からステップ１４を繰り返し行い、複数の副厚さ画像を得る。
【００２８】
次にステップ１６では、第１実施形態にて説明したように、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、各副厚さ画像から有効部分のみを抽出して抽出した有効部分を集合させて一つのＡ面厚さ合成画像を得る。
このＡ面厚さ合成画像で得られた形状と、これらそれぞれの形状の存在する位置情報とを、予め求めている良品における厚さ情報と比較することで、ステップ１７で接合検査を行う。次に、ステップ１８にて、図１０に示すように、上記Ａ面厚さ合成画像及び上記Ａ面実装回路基板１０３１の基板ＩＤの各データをＢ面検査機１０１Ｂに送信し、ステップ１９にてＸ線照射を停止する。ステップ２０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１１に戻ってステップ１１からステップ１９を繰り返す。
【００２９】
一方、Ｂ面検査機１０１Ｂの検査工程では、図１１に示すように、ステップ２１にて、予めＡ面検査機１０１Ａから供給された上記Ａ面厚さ合成画像及び上記基板ＩＤの各データを受信して、Ｂ面検査機１０１Ｂの制御装置１２１Ｂに備わる記憶装置１２２Ｂに記憶しておく。次に、ステップ２２にて、上記Ｂ面にも電子部品１０４を実装した両面実装基板１０３２をＢ面検査機１０１Ｂに搬入し、ステップ２３にて、搬入された両面実装基板１０３２に対して行われた教示治具１２５を用いた測定時と同じＸ線照射条件で両面実装基板１０３２に対してＸ線を照射する。次に、ステップ２４にて、両面実装基板１０３２のＸ線透過画像を入力し、ステップ２５で当該Ｘ線透過画像を副厚さ画像に変換する。ステップ２６では、教示治具測定時に行った複数の撮像条件の全てについてＸ線透過画像を得て、かつ副厚さ画像への変換が終了するまでステップ２３からステップ２５を繰り返し、複数の副厚さ画像を得る。
【００３０】
次に、ステップ２７では、上述のステップ１６と同様に、これら複数の副厚さ画像を、最も広い測定範囲の厚さをカバーする画像を基準として、画像毎の測定範囲に合わせて、各副厚さ画像から有効部分のみを抽出して抽出した有効部分を集合させて一つの両面厚さ合成画像を得る。ステップ２８では、この両面厚さ合成画像から、Ａ面検査機１０１Ａから送られた同じ基板ＩＤを有する上記Ａ面厚さ合成画像データを反転、即ちＡ面厚さ合成画像の明暗を逆転させた画像を減算することによりＢ面における接合部分のみのＢ面厚さ合成画像を生成する。
【００３１】
次に、ステップ２９で、上記Ｂ面厚さ合成画像より得られた形状と位置情報とを、予め求めている良品における厚さ情報と比較することで、Ｂ面における接合部分を検査した後、ステップ３０でＸ線照射を停止する。ステップ３１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２２に戻ってステップ２２からステップ３０を繰り返す。
【００３２】
このように、上記第１実施形態の検査方法を応用して、両面実装された回路基板についても、それぞれの面における各接合部分について、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて高精度にてそれぞれ接合検査することができる。
【００３３】
尚、第２実施形態では、回路基板を例に採り、該回路基板の両面に電子部品が実装されている場合を例に採ったが、例えば部品同士を接合した場合であって、３以上の部品が放射線の照射方向に沿って重なって存在するような形態においても上述の第２実施形態を適用することができる。即ち、例えば接合部分が第１〜第３の３つ存在した場合、まず、第１接合部分についてのみ第１厚さ合成画像を得て、次に、第１及び第２接合部分が重なり合った部分についての第２厚さ合成画像を得る。ここで、第２厚さ合成画像から第１厚さ合成画像を差し引くことで、第２接合部分についての厚さ合成画像を得ることができる。さらに、第１、第２、第３の接合部分が重なり合った部分についての第３厚さ合成画像を得て、該第３厚さ合成画像から第２厚さ合成画像を差し引くことで第３接合部分についての厚さ合成画像を得ることができる。このように、放射線の照射方向に沿って複数の接合部分が重なって存在するときでも、上述の第２実施形態を適用することができる。
【００３４】
又、両面実装された回路基板に対しても、上述したように、例えば、接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が例えば２倍程度内に収まっているのであれば、上記有効部分の抽出動作を行わずに各副厚さ画像を単に加算して厚さ合成画像を作成することもできる。この場合、図１１に示すステップ１４及びステップ２５における動作が省略されることになる。
【００３５】
上述の第１実施形態において、図６、図７を参照して説明した動作、並びに第２実施形態において図１１を参照して説明した動作の制御は、第１実施形態及び第２実施形態では予め制御装置１２１等に格納されたプログラムに従い実行しているが、これに限定されるものではない。即ち、図６、図７を参照して説明した動作、並びに図１１を参照して説明した動作を実行するプログラムを記録した、例えばＣＤ−ＲＯＭ１２３−１やフロッピーディスク１２３−２等のリムーバブルな記録媒体１２３から制御装置１２１等が読み出し、読み出したプログラムに従い制御動作を実行するように構成することもできる。又、通信回線を利用して制御装置１２１等に供給するようにすることもできる。
【００３６】
【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２態様の接合検査方法によれば、副厚さ画像生成装置及び合成画像生成装置を備え、蓄積時間の互いに異なる複数の透視画像について、該透視画像における明るさの濃度と接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して副厚さ画像を作成し、複数の上記副厚さ画像を加算して上記接合部分の厚さ合成画像を作成するようにした。よって、それぞれの上記副厚さ画像においては、画像濃度のダイナミックレンジを超えた部分、及び画像の最低濃度信号以下となった部分は存在せず、このような各副厚さ画像を加算することで、接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００３７】
又、上記それぞれの副厚さ画像から有効部分のみを抽出して厚さ合成画像を作成することもできる。このように構成することで、さらに、撮像系による画像の濃度のダイナミックレンジ制限を超えて接合部分の厚みを高精度で検査することが出来る。
【００３８】
又、上記動作の応用として、接合部分が放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するときであっても、まず第１厚さ画像を求め、次に第２厚さ画像を求めて、第２厚さ画像から第１厚さ画像を差し引いて厚さ合成画像を得るように構成することで、照射方向に沿って重なり合って存在するそれぞれの接合部分について、その厚みを高精度にて検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における接合検査装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示す接合検査装置にて本検査を実行する前に、透視画像における明るさの濃度と接合部分の厚みとの関係を得るための動作を説明するための図である。
【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に示す接合検査装置にて作成した、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６】 本発明の第１実施形態において、画像濃度と透過物質の厚さとの関係を得るときの動作を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１実施形態において、接合検査動作を示すフローチャートである。
【図８】 図７に示す副厚さ画像を示す模式図である。
【図９】 図７に示す副厚さ画像を示す模式図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態における接合検査装置の構成を示す図である。
【図１１】 図１０に示す接合検査装置において実行される接合検査動作のフローチャートである。
【図１２】 従来のＸ線検査装置における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…接合検査装置、
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、
２０１…接合検査装置。
Claims (10)
- 回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射する照射部と、
上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換するシンチレータと、
上記シンチレータから発した上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う撮像装置と、
上記撮像装置から供給される、上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して副厚さ画像を作成する副厚さ画像生成装置と、
複数の上記副厚さ画像を加算して上記接合部分の厚さ合成画像を作成する合成画像生成装置と、
を備え、
上記合成画像生成装置は、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成することを特徴とする接合検査装置。 - 上記合成画像生成装置は、上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って一つ存在するとき、それぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して第１副厚さ画像を作成するとともに、さらに上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するとき、上記接合部分が重なり合った状態における、それぞれの上記蓄積時間の異なるそれぞれの上記透視画像に対応して第２副厚さ画像を作成し、
上記合成画像生成装置は、複数の上記第１副厚さ画像を加算して第１厚さ合成画像を作成するとともに、複数の上記第２副厚さ画像を加算して第２厚さ合成画像を作成し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引いて上記厚さ合成画像を作成する、請求項１記載の接合検査装置。 - 上記接合部分が板状体において対向する一方及び他方の面に存在するとき、上記第１厚さ合成画像は上記一方の面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像は上記一方及び他方の両面における上記接合部分に対応し、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引くことで上記他方の面における上記接合部分における厚さ合成画像が求まる、請求項２記載の接合検査装置。
- 上記合成画像生成装置は、上記第１副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第１副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第１厚さ合成画像を作成し、かつ上記第２副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を複数の上記第２副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記第２厚さ合成画像を作成する、請求項２又は３記載の接合検査装置。
- 上記教示治具は、上記放射線の上記接合部分と同じ透過率を有する材料にて製作される、請求項１から４のいずれかに記載の接合検査装置。
- 回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換し、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行い、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成し、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成し、上記接合部分の接合検査を行い、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する、
ことを特徴とする接合検査方法。 - 上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在するとき、
上記副厚さ画像の作成動作は、
まず、上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って一つ存在する状態において、上記複数の第１副厚さ画像を作成し、
次に、上記接合部分が上記放射線の照射方向に沿って重なり合って複数存在する状態において、上記蓄積時間の異なる複数の第２副厚さ画像を作成し、
上記厚さ合成画像の作成動作は、
次に、上記複数の第１副厚さ画像を加算して第１厚さ合成画像を作成するとともに、上記複数の第２副厚さ画像を加算して第２厚さ合成画像を作成し、
次に、上記第２厚さ合成画像から上記第１厚さ合成画像を差し引く、
請求項６記載の接合検査方法。 - 上記教示治具は、上記放射線の上記接合部分と同じ透過率を有する材料にて製作される、請求項６又は７に記載の接合検査方法。
- 回路基板と電子部品との接合部分に照射条件を不変として放射線を照射して、上記接合部分を透過した上記放射線を可視光に変換する処理、
上記可視光が表す上記接合部分の透視画像について蓄積時間を異ならせて複数回の撮像を行う処理、
上記蓄積時間の互いに異なる複数の上記透視画像について、予め厚さの分かっている教示治具を、上記接合部分が存在する位置に対応して上記回路基板と上記電子部品との間に配置して、得られた上記透視画像における明るさの濃度と上記接合部分の厚みとの関係に基づいてそれぞれの上記蓄積時間におけるそれぞれの上記透視画像に対応して複数の副厚さ画像を作成する処理、
上記複数の副厚さ画像を加算して厚さ合成画像を作成する処理、
上記厚さ合成画像を作成する際、上記副厚さ画像における画像濃度が飽和しておらずかつ最低濃度以下ではない有効部分を上記複数の副厚さ画像からそれぞれ抽出し該有効部分を集めて上記厚さ合成画像を作成し、一方、上記複数の副厚さ画像において上記接合部分の検査すべき部分の厚みの最小値と最大値との差が２倍以内であるときには上記有効部分の抽出を行わずに各副厚さ画像を加算して上記厚さ合成画像を作成する処理、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 上記教示治具は、上記放射線の上記接合部分と同じ透過率を有する材料にて製作される、請求項９記載の記録媒体。
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