JP4434417B2 - Inspection equipment for printed wiring boards - Google Patents

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JP4434417B2
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Description

【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、プリント配線板におけるスルーホール、配線パターン等を検査する検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板等の検査には、配線パターン検査とスルーホール孔検査の2種類が行なわれている。配線パターン検査はデザインルール法、パターンマッチング法などで合格基板やCADデータから合格データを取得し検査することが一般的に行なわれている。この場合、被検査基板(以下、単に基板とも言う)の表面配線パターンを検査するため、カメラと同じ側にライン・リング・スポット照明などを設置し、配線パターンを映し出す。一方、スルーホール検査の場合は、透過光をカメラと反対側から照射して、その透過光による画像を取り込むことでスルーホール内に存在する異物の有無を確認できる。この2種類を組み合わせれば、配線パターン検査とスルーホール検査を同時に行なうことができる。しかし、スルーホール検査を一方向のみから行っていたのでは、カメラの焦点深度とプリント配線基板の大きさの関係からスルーホールの奥深くに存在する異物の有無が判断し難い場合がある。このため検査スピード向上も兼ねて表裏両面同時に行おうとすると、裏側に設置するカメラの延長線上において透過光用の照明が干渉するため(裏側にカメラを設置した場合、被検査基板とカメラとの間に照明が位置するため)、片側のみにしかカメラを設置することができなかった。従って、片面のみ検査を行い、裏側の面は検査を行なわないか、もしくは裏返して再度裏側の検査を行なわざるを得なかった。そして、前者の場合には検査精度の低下を招き、後者の場合には検査時間が増大することになっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決すべき課題は、基板配線パターン及びスルーホールの検査において、スルーホールの検査精度を向上し、かつ検査時間を短時間とするような検査装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
以上のような課題を解決するために、本発明のプリント配線板の検査装置は、
被検査基板両側において垂直方向に同軸に備えられた撮像装置と、
被検査基板両側に備えられてそれぞれ対応するハーフミラーを有し、被検査基板を挟んで反対側に備えられた前記撮像装置方向に落射照明する第1の光源と、
を備え、
前記撮像装置は、反対側からの前記落斜照明によるスルーホールの透過光を両側において同時に受光し、同一スルーホールの検査を表裏両側から行なう機構を有することを前提とする。
【0005】
このように、被検査基板両側に撮像装置を設置し、各撮像装置に対応した第1の光源によってハーフミラーを介して落斜照明し、透過光によってスルーホール状態を鮮明にすることで受光に伴う実像との誤差を軽減することができる。なお、被検査基板両側に備えられた撮像装置によって同一スルーホールの光情報を両側において同時に取り込むことで、表裏両面の検査が同時にできるため検査精度の高い検査方法となる。また、片側ごとの検査と比較して検査時間が短縮され、迅速な検査を行なうことができる。なお、本検査装置では、カメラの焦点深度がスルーホールの深さ以上ある場合には、スルーホールの検査を片側のみから行ない、配線パターンの検査を両側同時に行うようにしてもよい。いずれにしてもスルーホール検査及び配線パターン検査を両側同時に行いうる機構を有していればよい。
【0006】
そして、本発明のプリント配線板の検査装置は、
被検査基板両側において垂直方向に同軸に備えられた撮像装置と、
被検査基板両側に設けられてそれぞれ対応するハーフミラーを有し、被検査基板を挟んで反対側に位置する前記撮像装置方向に落射照明する第1の光源と、
前記被検査基板両側において前記撮像装置と同じ側に設けられ、前記撮像装置の撮像位置を斜方から照射する第2の光源と、
を備え、
前記撮像装置は、反対側からの前記落斜照明によるスルーホールの透過光と、同じ側における前記被検査基板表面からの前記第2の光源による反射光とを両側において同時に受光し、それぞれの撮像位置が前記被検査基板における表裏逆の同位置とされる機構を有することを特徴とする
【0007】
このように、被検査基板両側に備えられた各撮像装置に対応した第1の光源によってスルーホール状態を鮮明にするとともに、第2の光源によって被検査基板を照射することで、被検査基板の表面状態(配線パターン、樹脂面等)をも鮮明にでき受光に伴う実像との誤差を軽減することができる。また、撮像装置によって被検査基板の表裏逆の同位置における光情報を両側において同時に取り込むことで、例えば同一のスルーホールについて、その近傍のパターン、樹脂面等を両側から同時に検査できるため、検査精度の高い検査方法となる。また、片側ごとの検査と比較して検査時間が短縮され、迅速な検査を行なうことができる。なお、本検査装置では、カメラの焦点深度がスルーホールの深さ以上ある場合には、スルーホールの検査を片側のみから行ない、配線パターンの検査を両側同時に行うようにしてもよい。いずれにしてもスルーホール検査及び配線パターン検査を両側同時に行いうる機構を有していればよい。
【0008】
前記第1の光源は、
1次元的に光を照射する第1のライン照明とされ、該第1のライン照明による前記落斜照明は、被検査基板上を略ライン状に照射し、その照射位置上のスルーホールにおいて前記透過光を反対側に放出し、
さらに、前記撮像装置は1次元的に光情報を受光するラインセンサを有し、そのライン方向は前記第1の光源のライン方向と同方向とされ、該ラインセンサによって反対側からの前記透過光を受光することもできる。
【0009】
このように、第1の光源に1次元的な照射光を放出する第1のライン照明を使用し、その第1のライン照明による落斜照明がスルーホールの透過光となるようにすることで、透過光を集光度の高いものとでき、撮像装置に十分な照度を与えることができる。また、撮像装置に1次元的に光情報を受光するラインセンサを使用することで、集光された光情報が1次元的に受光されることとなり、ライン照明が放出する光エネルギーがセンシングされる割合(ラインセンサによって検知される割合)が高くなり、効率的なものとなる。
【0010】
さらには、前記第1の光源は、
1次元的に光を照射する第1のライン照明とされ、該第1のライン照明による前記落斜照明は、被検査基板上を略ライン状に照射し、その照射位置上のスルーホールにおいて前記透過光を反対側に放出し、
前記第2の光源は、
1次元的に光を照射し、そのライン方向が第1のライン照明と同方向である第2のライン照明とされて同側に備えられた前記撮像装置による撮像位置を略ライン状に照射し、
さらに、前記撮像装置は1次元的に光情報を受光するラインセンサを有し、そのライン方向は前記第1の光源、及び前記第2の光源のライン方向と同方向とされ、前記ラインセンサによって、反対側からの前記透過光及び同側における前記反射光を受光するようにすることもできる。
【0011】
このように、 第2の光源においても1次元的に光を照射する第2のライン照明を使用することで、被検査基板に集光度の高い光を照射でき、反射光が照度の高いものとなる。さらに、反射光をラインセンサによって受光することで、受光効率を高くすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例を参照しつつ説明する。
図1に示されるように、撮像装置にはラインセンサを有する5000画素の1次元CCDカメラ10(以下、単にCCDカメラ10とも言う)を用い、被検査基板を挟んで上部に上部CCDカメラ10a、下部に下部CCDカメラ10bが同軸上に位置している。それら上部CCDカメラ10a、下部CCDカメラ10bはセンシング方向を対向させており、その撮像位置は設置台32上に備えられた被検査基板11(図3参照)において表裏逆の同位置となっている。その1次元CCDカメラ10によって取り込んだ1次元画像を、コンピューター等の画像処理装置内部のRAM等の記憶装置に2次元データとして記憶し、画像処理を行なう。1次元CCDカメラ10を使用することにより検査視野を大きくとることができ、さらに、スルーホール検査においてスルーホールを透過する透過光をカメラ側に効率良く入射することができる。また、1次元CCDカメラ10を使用することにより、検出されるスルーホールの径が光の入射角度等の違いによってばらつくことがなく、検出誤差が少なくなる。
【0013】
そして、1次元CCDカメラ10にはテレセントリックレンズを使用することで、焦点を深くすることができるとともに、計測精度を高くできる。さらに、1次元CCDカメラ10の分解能は被検査基板となるプリント配線板の寸法によって最適な設定とすることが望ましく、5μmないし20μm程度に設定する。なお、20μmを超えると、測定精度を十分に確保できなくなる場合が生じ、他方5μm未満となると視野が狭くなりすぎ、例えば単位基板が視野内に収まらなくなる等の不具合が生じる。1次元CCDカメラ10はX方向における所定幅のラインデータを取り込むこととされ、分解能を8.5μmとしている。なお、本実施例のCCDカメラ10においてはラインデータの検査幅は34mmとなっている。また、撮像装置についてはラインセンサを有する1次元CCDカメラ10としているがこれに限定されるものではなく、2次元センサ(例えば2次元CCDセンサを有するもの)としてもよい。
【0014】
以下、画像撮影等を行う撮影ユニットについて説明する。まず、図3及び図4を参照してその概要を説明すると、第2の光源としてとして斜方からハロゲン光のパターン検出用ライン照明9a、9b(以下、単にライン照明9a,9bとも言う)を照射している。このライン照明9a,9bによって、被検査基板11(プリント配線板等)表面部におけるCCDカメラ10による画像取り込み位置付近を、ライン状に両側から照射している。さらに、第1の光源となるスルーホール検出用ライン照明17a,17b(以下、単にライン照明17a,17bとも言う)によって、それぞれハーフミラーを介して落斜照明し、それぞれ反対側のCCDカメラに透過光を照射している。このように第2の光源によって被検査基板11の基板部、配線パターンに、第1の光源によってスルーホールにそれぞれ安定した照度を与えている。
【0015】
次に、上部に備えられた上部CCDカメラ10a、及びそれに対応する光源等による被検査基板表側の画像の取り込みについて説明する。図4の説明図に示されるように、配線パターン検査用光源としてのパターン検出用ライン照明9aによって、被検査基板11(プリント配線板)表面部における上部CCDカメラ10aによる画像取り込み位置近傍を、X方向に延びるライン状に両側から照射し、被検査基板11の基板部36、配線パターン37等に安定した照度を与え、それら要素からの反射光において十分な照度が確保されるようにしている。なお、パターン検出用ライン照明9aの先端部には集光レンズ26aが備えられ、高い照度にて照射可能とされている。また、第1の光源としてはハロゲン光等によるスルーホール検出用ライン照明17bが被検査基板11の裏面側(被検査基板下側)に設置され、その照射光は、同じく裏面側に設置されたハーフミラー12を照射している。なお、図3に示されるようにスルーホール検出用ライン照明17bの先端部においても集光レンズ26bを取り付け、集光することで高い照度とすることができる。さらに、上部ハーフミラー12aの上下には光透過性の高いガラス等のカバー27が備えられ、ハーフミラーを防護するとともに光軸の通過を可能としている。また、スルーホール検出用ライン照明17bは焦点調整手段となる調整ねじ24bによって移動可能とされ、スルーホール検出用ライン照明17bをハーフミラー12bに接近あるいは離間させることで焦点位置を調整する。
【0016】
このように、ライン照明を各所に使用することにより、照度を強くすることができ、検出画像の誤差を少なくすることができる。なお、本実施例においてパターン検出用としての第2の光源、及びスルーホール検出用としての第1の光源についてそれぞれライン照明を使用しているが、これに限定されるというものではない。例えば、1次元的光源(ライン照明等)とせずに2次元的光源を使用してもよく、また、照明の種類、本数等においても検査対象となる被検査基板等に合わせ種々のものとすることができる。例えば、半田等鏡面形状に近いものにはLED照明が有効となるため、これを使用したり、上面からの光源としてはリング照明を用いることもできる。このように、選択する光源は被検査基板の材質、表面状態、使用環境等に合わせたものを使用することが望ましい。
【0017】
図4の説明図に示されるように、下部ハーフミラー12bは、第1の光源となるスルーホール検出用ライン照明17bの照射方向に対し、所定角度傾斜した状態に設置され、その反射光が被検査基板11に垂直に落射照明されるようにする。なお、本実施例においてはスルーホール検出用ライン照明17bによって水平方向に照射され、下部ハーフミラー12bは照射方向に対し45度傾斜することで水平移動する被検査基板11に垂直に反射光を照射している。さらに、被検査基板11に形成されたスルーホール35をその落射照明が透過し、その透過光は反対側に備えられた上部ハーフミラー12aを透過する。そして、その透過光による光情報は、延長線上に位置する上部CCDカメラ10aによって、スルーホール35の形状を示す光情報として受光されることになる。このように、落射照明による透過光によってスルーホール35は十分な照度を与えられ、その形状が基板上において明確になり、光情報取得の際の誤差が軽減される。また、上部CCDカメラ10aはスルーホール35の透過光に加え、被検査基板表面からの反射光をも受光し、その反射光は被検査装置の表面状態を示す画像として認識されることとなる。反射光は樹脂面等を有する基板部36、メッキ等が施された配線パターン37等、個々の要素において固有の色情報(例えば、個々の要素において固有の濃度値範囲を有する濃淡階調情報)となり、さらに、前述したスルーホール35を示す透過光も固有の色情報を有することとなるため、展開された2次元画像においてその固有の色情報によって各要素の形状を明確化し、該要素形状等が正常か否か判定することとなる。
【0018】
また、被検査基板11下部に備えられた下部CCDカメラ10bによる被検査基板裏側の画像の取り込みについても同様の構成にて行なう。その際、被検査基板裏側表面を照射する第2の光源にはパターン検出用ライン照明9bを用い、さらに、第1の光源にはスルーホール検出用ライン照明17aを使用し、上部ハーフミラー12aを介して被検査基板11に垂直に落射照明する。そして、その落射照明による被検査基板下方への透過光が下部ハーフミラー12bを透過して下部CCDカメラ10bに至り、その光情報を下部CCDカメラ10bが取り込むことで画像情報とする。また、パターン検出用の光源はパターン検出用ライン照明9bだけでなく、下部ハーフミラー12bによる落射照明を補助光として利用し、同様に、上部ハーフミラー12aによる落射照明は被検査基板表側におけるパターン検出用の補助光源として利用している。このように、ハーフミラーによる落射照明をスルーホール検出用照明としてのみ使用するだけでなく、パターン検出用照明として利用することで照明の利用が効率的なものとなり、画像抽出のための十分な照度を確保できる。
【0019】
以上のように、上下に備えられたCCDカメラ10のそれぞれに対応した第1の光源、及び第2の光源が被検査基板に対し対称に備えられており、表裏の画像情報を同時に取り込めることとなる。また、CCDカメラ10は同軸上に備えられ、その画像取得位置は被検査基板における表裏逆の同位置となっている。従って、同一スルーホールの状態を表裏同時に取り込めるため、スルーホール検査が精密に行なえ、片面づつの検査と比較するとその検査時間は半分以上に短縮される。なお、ここで半分以上としたのは、片面分の検査時間を短縮できるだけでなく、被検査基板を裏返して設置する手間をも省けるからである。
【0020】
また、検査時間を更に短縮する為、このような照明・カメラ系を複数組配置することもできる。複数組の照明・カメラ系を備えた場合には、一度のセンシングで取得できる映像のデータ量が多くなり、広範囲の画像を一度に取り込むことができるため、検査時間を更に短縮することができる。本実施例においては図1に示されるように2組使用しており、検査範囲を広くし、高速化を可能としている。また、高速処理を行なうため、検査画像取込と、画像処理・測定を並列処理することとなる。
【0021】
以下、検査装置におけるアクチュエーター等の構成及びその作動について説明する。図1に示されるように、検査装置は被検査基板11(図3参照)と撮像装置(1次元CCDカメラ10)との相対的位置調整を行う複数の位置調整手段を有する。1次元CCDカメラ10は、Z方向ステッピングモータ15(位置調整手段)に取り付けられたZテーブル20に固定されてZ方向に移動可能とされ、更に、Z方向ステッピングモータ15はX方向ステッピングモータ13(位置調整手段)に取り付けられたXテーブル16に固定されてX方向に移動可能とされている。即ち、CCDカメラ10は位置調整手段となるXZ両ステッピングモータによってXZの正負両方向に移動され、被検査基板との相対的位置を調整可能とされている。従って、CCDカメラ10をZ正負方向に移動することで焦点調整が可能となり、X正負方向に移動することによってX方向における検査位置を順次変えることができる。
【0022】
また、図2に示されるように、本体フレーム上にはY方向ステッピングモータ14(位置調整手段)によってY正負方向に移動可能とされる台座34が備えられている。そして、その台座34上には、被検査基板11(図3参照)を設置可能とする設置台32が設けられ、被検査基板11が設置された設置台32はエアシリンダー等の駆動手段によって台座34上をY方向に移動された後、エアシリンダー等の駆動手段によってZ方向に移動可能とされたカバー30によって押さえられる。従って、設置台32はカバー30の下部にて台座34上に固定され、Y方向ステッピングモータ14による駆動によって台座34と一体化してY正負方向に移動し、それによって被検査基板11と撮像装置(CCDカメラ10)のY方向における相対的位置関係が調整される。なお、カバー30、設置台32、台座34は被検査基板11の設置部を開口して形成され、被検査基板11は表面を露出した状態で外縁近傍を固定されている。
【0023】
図5に検査装置における主制御部の電気的構成を示す。主制御部100はI/Oポート101とこれに接続されたCPU102、ROM103、及びRAM104等からなるマイクロプロセッサを備え、ROM103には主制御プログラム103aが格納されている。このように構成されたマイクロプロセッサは、ワーク取付機構41(シリンダ等の駆動手段による設置台32の移動及びカバー30による固定等の機構)によってワークを取り付けた後、CPU102が主制御プログラム103aを呼び出し、制御を開始する。そしてCPU102はそのプログラムを受けてI/Oポート101に接続されたX方向ステッピングモータ13及びY方向ステッピングモータ14を駆動させてCCDカメラ10を検査開始位置に相対的に移動させる。そして、X位置を停止した状態において、被検査基板11がY方向ステッピングモータ14によって移動され、順次Y方向の相対的位置を変えてゆくこととなる。そして、CCDカメラ10は変更位置の画像を順次取り込み、XY両方向の位置情報を含んだ2次元画像データを生成する。なお、本検査装置において、CCDカメラ10によって取り込めるラインデータの幅(X方向幅)は34mmである。そして、一般的には被検査基板11は複数の単位基板によって構成されており、その単位基板の一辺が34mm以内であれば、一回のY方向へのセンシングで単位基板全体を網羅できる。また、その一辺が34mmを超えるものであれば、検査幅が広いCCDカメラを使用するか、またはX方向に位置をずらすことで2度に分けてセンシングし、後に画像を合成するようにしてもよい。なお、検査装置においてはアクチュエーター等の駆動処理と、撮影・解析ユニット40による画像取り込み、又はその解析を並列処理で行うことができる。
【0024】
次に、1次元CCDカメラによって取り込まれた画像の処理方法について説明する。その概要は、1次元CCDカメラによって所定のタイミングで取り込まれるX方向のラインデータは、被検査基板がY方向に所定の速度で移動するため、取り込み時のY位置に対応した情報として取り込まれ、1次元のラインデータから2次元データに変換処理されて被検査基板11の表面状態を示す画像情報とされる。その2次元データは、スルーホール、配線パターン、基板部、異物等のそれぞれの位置情報、色情報等を有する画素データを有するため、各画素データを演算処理することで被検査基板11の良否判定を行う。
【0025】
画像撮影及び解析を行う撮影・解析ユニット40について図6に示される電気的構成を示すブロック図を参照して説明する。その制御部(以下画像解析部ともいう)110が、I/Oポート111とこれに接続されたCPU112、ROM113及びRAM114を有するマイクロプロセッサを備え、ROM113には画像解析プログラム113aが格納されている。また、I/Oポート111には撮像装置としての前述のCCDカメラ10(1次元CCDセンサ115とそのセンサ出力を1次元デジタル画像入力信号に変換するためのセンサコントローラ116とを含む)が接続されている。また、RAM114には、CPU112のワークエリア114a、CCDカメラ10による被検査基板11(図4等参照)の撮影画像データを記憶するためのメモリ114bが形成されている。なお、CPU112は、画像解析プログラム113aを受けて解析処理を行い、被検査基板11が正常か否かを判定可能としている。
【0026】
なお、ラインデータを構成する各画素ごとの色情報として、例えばその画素検出位置の被検査基板11に対応した濃淡情報が与え、その濃淡情報を量子化して各画素ごとの濃度値を求めることができる。例えば、濃度値を256段階とされた濃淡階調情報とし、最小値となる0を濃、最大値となる255を淡とすると、孔の部分は濃度値250以上、配線パターン部分は濃度値120前後、樹脂部分は濃度値40以下等、各要素によって示される濃度値が異なるため、濃度値によって明確に区別できることとなる。本実施例においては、スルーホール35の境界となる閾値を濃度値200とし、その濃度値200を超える画素をスルーホール画素とし、2次元画像情報においてスルーホール35が存在する位置と認識し、その形状を明確化する。
【0027】
次に、被検査基板の良否判定を行う画像解析プログラムにおいて、その測定方法例を説明する。予めCADデータ又は良品データから取得して設定されるスルーホールの孔中心データを、パターンマッチング等の手法により二次元的に展開された濃淡画像(1次元CCDカメラ10によるラインデータを2次元的に展開した画像)上に重ね合わせる。さらに、その孔中心からXYの各正負方向(計4方向)に実際の画像メモリ上を走査させ、スルーホール35から被検査基板11又は配線パターンに変化する点(即ち、スルーホール35周部となる点)を求める。その際に、スルーホール35の端部の閾値(本実施例では、濃度値200)以下に変化する変化点を探すようにしてもよいし、被検査基板11を示す画素、又は配線パターンを示す画素が出現する点を探すようにしてもよい。いずれにしろ、Xの正負両方向においてスルーホール35周部と交差する2点の中点のX座標、及び、Yの正負両方向においてスルーホール35周部と交差する2点の中点のY座標、が検出されたスルーホール35の基点の座標となる。なお、孔中心データによる位置を基点50の座標とすることもできる。
【0028】
また、基点50から放射状に走査する方向については、図7では基点50に対して角度45度ごとに8方向(矢印AないしHの方向)を走査することとしている。なお、検査方向となる走査線数は任意に設定できるが、多方向とすると検査を高精度に行なうことができる反面、取得データ量が多くなり検査時間が長時間となる。また、方向数を減らすと検査時間は短時間となるが精度が低下する。よって、検査時間、精度等を考慮し、検査方向を決めることとなる。なお、8方向ないし16方向程度に方向数を設定すると、検査の精度を保ちつつ、検査時間を短時間とすることができる。
【0029】
そして、図8に示されるように、前述した方法等で算出された基点50に対し外周部に向って放射線状にスルーホールを外れる位置までの距離を測定する。なお、形成されたスルーホールの中心点がCADデータ又は良品データから取得して設定される孔中心データと一致し、スルーホール内に異物の存在しない正常なものであるならば、測定される各方向の距離は、すべてスルーホール半径と等しくなる。従って、本検査方法においては、各検査方向ごとスルーホール半径が許容範囲であるか否かを判定することになる。なお、検査方向が中心について対称な2方向により求められるスルーホールの直径を用いても、同様に検査判定することができる。
【0030】
次に、画像情報における距離の測定方法等について説明する。基点50から濃度値が200を超える画素を画素単位でカウントし、濃度値が200以下に変化する点、即ちスルーホールを外れる点までにカウントされる画素数を被検査基板サイズに対応させて距離に変換し、スルーホール半径を算出する。例えば、図8における矢印C方向のように走査線上に異物等が存在せず、スルーホール35の周部の形状も正常である場合には、変換された距離が予め登録されている正規半径と等しくなるため正常であると判定される。しかしながら、矢印E方向のように走査線上に異物51が存在するような場合、基点50から異物51端部の変化点55までの距離をカウントした画素数を基に算出し、測定したスルーホール半径が許容範囲内にあるか否かを判定することとなる。このような場合には、その測定したスルーホール半径が正規半径よりも短くなるため被検査基板は不良と判定される。なお、この検査方法の適用については本実施例のような円形のスルーホールに限定されない。例えば、多角形、楕円、その他の形状等においても、所定の位置(例えば重心)を基点として放射状に距離を測定し、それぞれ許容される距離範囲内にあるか否かを判定すればよい。この場合、各方向ごとに予め許容範囲を設定し、各方向ごとに基準を満たすか否かを判定することになる。
【0031】
また、濃淡画像のまま走査せず、2値化した後に同様の走査をしてもよい。2値化画像において走査する場合の例としては、濃度値200という閾値を1と0のデータに分割する値とし、そのデータが1(画像上では白)の場合には、スルーホール画素としてスルーホール35と認識され、データが0(画像上では黒)の場合には基板部又は配線パターンと認識する。従って、データ値が1から0に変化する部分(画素において1と0が並んだ部分)がスルーホール外周部、異物との境界部等のスルーホール35を外れる部分となる。そして、基点からスルーホール画素を各方向ごとカウントし、その画素数を被検査基板表面に対応した長さに変換する。なお、走査線上に0データが出現した地点で基板部、配線パターン又は異物等のスルーホール35を外れた部分に達したものとしてカウントを中止し、基点からその地点までの距離が許容範囲内にあるか否かを判定する。
【0032】
また、図9には細長の形状の異物51がスルーホール35内部に付着した例を示している。このような細長の異物51の場合には、従来における方法では不良の判定が困難であった。しかしながら、本実施例のような検査方法を用いた場合、図9に示されるように走査線が異物51と交差して変化点55を検知し、基点50から変化点55までの距離が、許容範囲外であることを判定するため、不良と判定される。
【0033】
なお、基点50からスルーホール35を外れた位置までのスルーホール画素数をカウントすることによって距離を測定することとしていたが、検査方向において基点50から所定距離内(所定画素数内)に存在するスルーホール画素をカウントすることによってスルーホール35の良否を判定するようにすることもできる。このようにすると、例えば図10のように、スルーホール35の周部に接しない異物51が存在する場合、走査線は変化点55で異物51を検知した後、再度スルーホール画素を検知することになる。そしてスルーホール画素の総計によって、異物51の走査線における長さを算出することができる。このようにすると、例えば、走査線における少数画素(例えば100画素中の1画素)がノイズとなって混入し、スルーホール画素ではないと判定されても、誤差の範囲であると認識でき、正常なものが誤って不良と判定されることを防止できる。なお、その場合において走査線が走査する検査距離は任意に設定できるが、少なくともスルーホール半径以上は必要であり、必要以上に長く設定すると不必要なデータが多くなって画像データ量が増大するため、基板状態、検査時間等を考慮し設定する必要がある。
【0034】
図11に示されるように、スルーホール35が正円の孔であっても、配線パターン17の大きさ、形が正確でない場合には、走査時にその情報を検出し、異常の判定を下さなければならないため、半径、配線パターン幅の両方を検査することが最も望ましい。スルーホール半径については前述したように走査線ごとに半径を測定するが、配線パターン幅についても同様に走査線ごと測定を行なう。図11のように、中心部から放射状に検査する走査線は、スルーホール外周部に達した後に、次いで配線パターン幅の測定も行なうこととなる。なお、この画像情報においてはスルーホール(濃度値250前後)と配線パターン(濃度値120前後)を区別するための閾値1(濃度値200)、配線パターンと基板部の樹脂面(濃度値40以下)を区別するための閾値2(濃度値80)と、2つの閾値を持つことになる。従って、濃度値200以上の画素をスルーホール画素、濃度値80以上200未満の画素を配線パターン画素、濃度値80未満の画素を基板部画素として各要素に対応した画素をカウントすることになる。
【0035】
そして基点から放射状に延びる走査線によって、配線パターン内周から外周までの配線パターン幅を配線パターン画素の画素数をカウントすることで測定する。図11において、矢印G方向に走査する走査線を例にとると、基点50から変化点52aまでの距離をスルーホール半径として許容範囲を満たすか否かを判定し、変化点52aから変化点52bまでの距離を配線パターン幅として許容範囲を満たすか否かを判定する。なお、許容範囲は全ての方向において一律に設定してもよいし、各方向ごとに設定してもよい。なお、このように配線パターン検査を行なう場合においても、各検査方向ごと所定距離内に存在する画素をカウントすることによって良否を判定してもよい。例えば、基点50より一定距離内に存在するスルーホール画素、配線パターン画素をカウントし、それぞれの画素数を距離に変換した後、その距離がそれぞれ許容範囲外であるならば不良と判定されることとなる。また、配線パターン幅又はスルーホール半径のいずれか一方のうち、一方向でも許容範囲を外れている場合にはその被検査基板は不良と判定されることとなる。
【0036】
なお、本実施形態では、基点20とスルーホールの中心点が一致する場合について説明したが、一致しない場合には、基点20から複数方向確認した距離を基に中心点を算出して、その算出した中心点を基にスルーホール以外の情報を示す位置までの距離を算出することで、同様の検査を行うことができる。
【0037】
なお、被検査基板11のスルーホール及び配線パターンの形成工程として以下に示す2種類がある。第1の形成工程は、両面に銅を張った樹脂製基板に、ドリルによってスルーホールを形成した後、スルーホール内も含めてメッキを行う。そして、スルーホール及び必要な配線部分にマスキングを行って、エッチング等によって配線パターンを形成し、その後マスキングをはがしてスルーホールを埋める。
【0038】
また、第2の形成工程は、両面に銅を張った樹脂製基板に、ドリルによってスルーホールを形成した後、スルーホール内も含めてメッキを行う。そして、スルーホールを埋めた後に必要な配線部分にマスキングを行って、エッチング等によって配線パターンを形成し、その後マスキングをはがす。
【0039】
本発明の実施の形態に示す検査対象は、第1の形成工程による被検査基板11である場合には、配線パターンを形成し、マスキングをはがした後スルーホール埋めを行う前、即ち、スルーホール内にメッキが付いており、さらに配線パターンも形成されている状態の基板であることが望ましい。この場合には、スルーホールの検査と配線パターンの検査を同時に行うことができる。
【0040】
また、第2の形成工程による被検査基板11である場合には、スルーホールも含めてメッキした後スルーホールを埋める前、即ち、スルーホール内にメッキが付いており、配線パターンは形成されていない状態であることが望ましい。この場合には、スルーホールの検査と配線パターンの検査は個別に行うことになる。いずれにしてもスルーホール内にメッキが付いている状態で行うことが望ましい。この理由は、被検査基板にドリルで開けられたスルーホール壁面に付着していた削り屑等が、メッキ時のメッキ液がスルーホール内を通過する際に壁面からわずかにはがれてスルーホール内を横断するような形で異物として存在する可能性が高くなるためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における検査装置の一例を示す正面図。
【図2】図1の側面図。
【図3】図2の要部を示す拡大図。
【図4】図3を概念的に説明する斜視図。
【図5】検査装置における主制御部の電気的構成を示すブロック図。
【図6】撮影・解析ユニットの電気的構成を示すブロック図。
【図7】スルーホールの画像上における検査方向例を示す説明図。
【図8】スルーホール状態の一例及びその解析方法例の説明図。
【図9】図8のスルーホール状態の例2を示す説明図。
【図10】図8のスルーホール状態の例3を示す説明図。
【図11】図8のスルーホール状態の例3を示す説明図。
【符号の説明】
9a,9b パターン検出用ライン照明 (第2の光源)
10 1次元CCDカメラ (撮像装置)
10a 上部CCDカメラ
10b 下部CCDカメラ
11 被検査基板
12a,12b ハーフミラー
13 X方向ステッピングモータ
14 Y方向ステッピングモータ
15 Z方向ステッピングモータ
17a,17b スルーホール検出用ライン照明 (第1の光源)
35 スルーホール
36 基板部
37 配線パターン
[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to an inspection apparatus for inspecting through holes, wiring patterns and the like in a printed wiring board.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, two types of inspections such as a wiring pattern inspection and a through-hole inspection are performed for inspection of a printed wiring board or the like. The wiring pattern inspection is generally performed by acquiring and inspecting acceptable data from an acceptable substrate or CAD data by a design rule method, a pattern matching method, or the like. In this case, in order to inspect the surface wiring pattern of the substrate to be inspected (hereinafter also simply referred to as a substrate), line / ring / spot illumination or the like is installed on the same side as the camera to project the wiring pattern. On the other hand, in the case of through-hole inspection, it is possible to confirm the presence or absence of foreign matter present in the through-hole by irradiating transmitted light from the opposite side of the camera and capturing an image of the transmitted light. By combining these two types, the wiring pattern inspection and the through hole inspection can be performed simultaneously. However, if the through-hole inspection is performed from only one direction, it may be difficult to determine the presence or absence of foreign matter existing deep in the through-hole from the relationship between the depth of focus of the camera and the size of the printed wiring board. For this reason, if both the front and back sides are performed simultaneously to improve the inspection speed, the transmitted light illumination interferes with the extension line of the camera installed on the back side (if a camera is installed on the back side, The camera could only be installed on one side. Therefore, only one side was inspected, and the back side surface was not inspected or turned over and the back side had to be inspected again. In the former case, the inspection accuracy is lowered, and in the latter case, the inspection time is increased.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to provide an inspection apparatus that improves the accuracy of inspection of through-holes and shortens the inspection time in the inspection of substrate wiring patterns and through-holes.
[0004]
[Means for solving the problems and actions / effects]
  In order to solve the above problems, the printed wiring board inspection apparatus of the present invention is
  An imaging device provided coaxially in the vertical direction on both sides of the substrate to be inspected;
  A first light source that is provided on both sides of the substrate to be inspected and has corresponding half mirrors, and is incident on the opposite side of the substrate to be inspected and is incident on the imaging device;
  With
  The imaging apparatus has a mechanism for simultaneously receiving light transmitted through the through-holes from the opposite side on the opposite sides and performing inspection of the same through-holes from both sides.PremiseAnd
[0005]
As described above, the image pickup devices are installed on both sides of the substrate to be inspected, and the first light source corresponding to each image pickup device is illuminated obliquely through the half mirror, and the through-hole state is made clear by the transmitted light to receive light. It is possible to reduce the error from the accompanying real image. In addition, since the image information provided on both sides of the substrate to be inspected simultaneously captures the optical information of the same through hole on both sides, both front and back sides can be inspected at the same time, which is an inspection method with high inspection accuracy. Moreover, the inspection time is shortened compared with the inspection for each side, and a quick inspection can be performed. In this inspection apparatus, when the depth of focus of the camera is greater than the depth of the through hole, the through hole may be inspected from only one side and the wiring pattern may be inspected simultaneously on both sides. In any case, it suffices to have a mechanism capable of carrying out through-hole inspection and wiring pattern inspection simultaneously on both sides.
[0006]
  And the inspection apparatus of the printed wiring board of the present invention,
  An imaging device provided coaxially in the vertical direction on both sides of the substrate to be inspected;
  A first light source that is provided on both sides of the substrate to be inspected and has corresponding half-mirrors, and illuminates incidently toward the imaging device located on the opposite side of the substrate to be inspected;
  A second light source that is provided on the same side as the imaging device on both sides of the substrate to be inspected, and irradiates the imaging position of the imaging device from an oblique direction;
  With
  The imaging apparatus transmits through light from the through-hole by the slant illumination from the opposite side and from the surface of the substrate to be inspected on the same side.By the second light sourceReflected light is received simultaneously on both sides, and each imaging position has a mechanism that is the same position on the inspected substrate opposite to the front and back.It is characterized by.
[0007]
As described above, the through-hole state is clarified by the first light source corresponding to each imaging device provided on both sides of the substrate to be inspected, and the substrate to be inspected is irradiated by the second light source. The surface state (wiring pattern, resin surface, etc.) can also be made clear, and errors from the real image accompanying light reception can be reduced. In addition, by capturing the optical information at the same position on the opposite side of the substrate to be inspected at the same time on both sides by the imaging device, for example, the same through hole can be inspected simultaneously from the both sides, such as the pattern and resin surface, so the inspection accuracy High inspection method. Moreover, the inspection time is shortened compared with the inspection for each side, and a quick inspection can be performed. In this inspection apparatus, when the depth of focus of the camera is greater than the depth of the through hole, the through hole may be inspected from only one side and the wiring pattern may be inspected simultaneously on both sides. In any case, it suffices to have a mechanism capable of carrying out through-hole inspection and wiring pattern inspection simultaneously on both sides.
[0008]
The first light source is
The first line illumination that irradiates light in a one-dimensional manner, and the falling illumination by the first line illumination irradiates the substrate to be inspected in a substantially line shape, and in the through hole on the irradiation position, Emit the transmitted light to the opposite side,
Furthermore, the imaging apparatus has a line sensor that receives light information in a one-dimensional manner, and the line direction is the same as the line direction of the first light source, and the transmitted light from the opposite side by the line sensor. Can also be received.
[0009]
In this way, by using the first line illumination that emits one-dimensional irradiation light to the first light source, the slanted illumination by the first line illumination becomes the transmitted light of the through hole. The transmitted light can have a high degree of condensing, and sufficient illuminance can be given to the imaging device. In addition, by using a line sensor that receives light information one-dimensionally in the imaging device, the collected light information is received one-dimensionally, and the light energy emitted by the line illumination is sensed. The ratio (the ratio detected by the line sensor) increases and becomes efficient.
[0010]
Furthermore, the first light source is
The first line illumination that irradiates light in a one-dimensional manner, and the falling illumination by the first line illumination irradiates the substrate to be inspected in a substantially line shape, and in the through hole on the irradiation position, Emit the transmitted light to the opposite side,
The second light source is
Irradiate light in a one-dimensional manner, the line direction is second line illumination that is the same direction as the first line illumination, and the imaging position by the imaging device provided on the same side is irradiated in a substantially line shape. ,
Furthermore, the imaging device has a line sensor that receives light information in a one-dimensional manner, and the line direction is the same as the line direction of the first light source and the second light source. The transmitted light from the opposite side and the reflected light on the same side can be received.
[0011]
Thus, by using the second line illumination that irradiates light one-dimensionally also in the second light source, it is possible to irradiate the substrate to be inspected with light having a high concentration degree, and the reflected light has high illuminance. Become. Furthermore, the light receiving efficiency can be increased by receiving the reflected light by the line sensor.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings.
As shown in FIG. 1, a 5000-pixel one-dimensional CCD camera 10 (hereinafter, also simply referred to as a CCD camera 10) having a line sensor is used as an imaging device, and an upper CCD camera 10a on the upper side across a substrate to be inspected. The lower CCD camera 10b is coaxially located at the lower part. The upper CCD camera 10a and the lower CCD camera 10b are opposed to each other in the sensing direction, and the imaging positions thereof are the same positions on the inspected substrate 11 (see FIG. 3) provided on the installation table 32. . The one-dimensional image captured by the one-dimensional CCD camera 10 is stored as two-dimensional data in a storage device such as a RAM inside an image processing device such as a computer, and image processing is performed. By using the one-dimensional CCD camera 10, it is possible to take a large inspection field of view, and furthermore, it is possible to efficiently enter the transmitted light that passes through the through hole in the through hole inspection. Further, by using the one-dimensional CCD camera 10, the diameter of the detected through hole does not vary due to the difference in the incident angle of light and the detection error is reduced.
[0013]
By using a telecentric lens for the one-dimensional CCD camera 10, the focal point can be deepened and the measurement accuracy can be increased. Further, the resolution of the one-dimensional CCD camera 10 is preferably set optimally depending on the size of the printed wiring board serving as the substrate to be inspected, and is set to about 5 μm to 20 μm. If the thickness exceeds 20 μm, the measurement accuracy may not be sufficiently secured. On the other hand, if the thickness is less than 5 μm, the field of view becomes too narrow. For example, the unit substrate does not fit in the field of view. The one-dimensional CCD camera 10 captures line data having a predetermined width in the X direction and has a resolution of 8.5 μm. In the CCD camera 10 of this embodiment, the line data inspection width is 34 mm. Further, the imaging apparatus is a one-dimensional CCD camera 10 having a line sensor, but is not limited thereto, and may be a two-dimensional sensor (for example, one having a two-dimensional CCD sensor).
[0014]
Hereinafter, a photographing unit that performs image photographing and the like will be described. First, the outline will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As a second light source, halogen light pattern detection line illuminations 9a and 9b (hereinafter also simply referred to as line illuminations 9a and 9b) are used obliquely. Irradiating. The line illuminations 9a and 9b irradiate the vicinity of the image capturing position by the CCD camera 10 on the surface of the inspected substrate 11 (printed wiring board or the like) from both sides. Further, through-hole detection line illuminations 17a and 17b (hereinafter, also simply referred to as line illuminations 17a and 17b) serving as the first light source are respectively obliquely illuminated through half mirrors and transmitted to the opposite CCD cameras. Irradiating light. In this way, the second light source gives stable illuminance to the substrate portion and the wiring pattern of the inspected substrate 11 and to the through hole by the first light source.
[0015]
Next, capturing of an image on the front side of the substrate to be inspected by the upper CCD camera 10a provided at the upper portion and a light source corresponding thereto will be described. As shown in the explanatory diagram of FIG. 4, the pattern detection line illumination 9a as the light source for wiring pattern inspection causes the vicinity of the image capturing position by the upper CCD camera 10a on the surface portion of the substrate 11 (printed wiring board) to be inspected. Irradiating from both sides in a line extending in the direction, a stable illuminance is given to the substrate portion 36, the wiring pattern 37, etc. of the substrate 11 to be inspected, and a sufficient illuminance is secured in the reflected light from these elements. In addition, the condensing lens 26a is provided in the front-end | tip part of the line illumination 9a for pattern detection, and it can irradiate with high illumination intensity. Further, as a first light source, a through-hole detection line illumination 17b by halogen light or the like is installed on the back side of the board to be inspected 11 (below the board to be inspected), and the irradiation light is also installed on the back side. The half mirror 12 is irradiated. In addition, as shown in FIG. 3, it is possible to obtain high illuminance by attaching a condensing lens 26b and condensing the tip of the through-hole detection line illumination 17b. Further, a cover 27 made of glass or the like having high light transmittance is provided above and below the upper half mirror 12a to protect the half mirror and allow the optical axis to pass. The through-hole detection line illumination 17b can be moved by an adjustment screw 24b serving as a focus adjusting means, and the focal position is adjusted by moving the through-hole detection line illumination 17b closer to or away from the half mirror 12b.
[0016]
Thus, by using line illumination in various places, the illuminance can be increased and errors in the detected image can be reduced. In this embodiment, line illumination is used for the second light source for pattern detection and the first light source for through-hole detection. However, the present invention is not limited to this. For example, a two-dimensional light source may be used instead of a one-dimensional light source (line illumination, etc.), and the type and number of illuminations are various according to the substrate to be inspected. be able to. For example, since LED illumination is effective for a mirror-like shape such as solder, it can be used, or ring illumination can be used as a light source from the upper surface. As described above, it is desirable to use a light source selected according to the material, surface state, usage environment, etc. of the substrate to be inspected.
[0017]
As shown in the explanatory diagram of FIG. 4, the lower half mirror 12b is installed in a state inclined at a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the through-hole detection line illumination 17b serving as the first light source, and the reflected light is reflected. The incident light is vertically illuminated on the inspection substrate 11. In the present embodiment, the through-hole detection line illumination 17b irradiates in the horizontal direction, and the lower half mirror 12b irradiates the reflected light vertically onto the substrate 11 to be inspected that moves horizontally by tilting 45 degrees with respect to the irradiation direction. is doing. Further, the incident illumination is transmitted through the through-hole 35 formed in the substrate 11 to be inspected, and the transmitted light is transmitted through the upper half mirror 12a provided on the opposite side. Then, the optical information by the transmitted light is received as optical information indicating the shape of the through hole 35 by the upper CCD camera 10a located on the extension line. In this way, the through-hole 35 is given sufficient illuminance by the transmitted light due to the epi-illumination, and the shape of the through-hole 35 becomes clear on the substrate, and the error in acquiring optical information is reduced. Further, the upper CCD camera 10a receives reflected light from the surface of the substrate to be inspected in addition to the light transmitted through the through hole 35, and the reflected light is recognized as an image indicating the surface state of the device to be inspected. The reflected light includes color information unique to each element such as a substrate portion 36 having a resin surface, a wiring pattern 37 plated, etc. (for example, grayscale information having a density value range unique to each element). Furthermore, since the transmitted light indicating the through-hole 35 described above also has unique color information, the shape of each element is clarified by the unique color information in the developed two-dimensional image, and the element shape, etc. Whether or not is normal is determined.
[0018]
In addition, the same configuration is used to capture an image on the back side of the substrate to be inspected by the lower CCD camera 10b provided under the substrate 11 to be inspected. At that time, the pattern detection line illumination 9b is used as the second light source that irradiates the back side surface of the substrate to be inspected, and the through hole detection line illumination 17a is used as the first light source. And incident light is vertically illuminated on the substrate 11 to be inspected. Then, the transmitted light below the substrate to be inspected due to the epi-illumination passes through the lower half mirror 12b and reaches the lower CCD camera 10b, and the lower CCD camera 10b captures the light information as image information. The light source for pattern detection uses not only the pattern detection line illumination 9b but also the epi-illumination by the lower half mirror 12b as auxiliary light. Similarly, the epi-illumination by the upper half mirror 12a is used for pattern detection on the surface side of the substrate to be inspected. It is used as an auxiliary light source. In this way, epi-illumination by a half mirror is used not only as illumination for through-hole detection but also as illumination for pattern detection, so that the use of illumination becomes efficient and sufficient illuminance for image extraction Can be secured.
[0019]
As described above, the first light source and the second light source corresponding to the CCD cameras 10 provided above and below are provided symmetrically with respect to the substrate to be inspected, and image information on the front and back sides can be taken in simultaneously. Become. Further, the CCD camera 10 is provided on the same axis, and its image acquisition position is the same position on the substrate to be inspected upside down. Therefore, since the same through-hole state can be captured simultaneously, the through-hole inspection can be performed precisely, and the inspection time can be shortened to more than half compared with the single-side inspection. Here, the reason why it is more than half here is that not only the inspection time for one side can be shortened, but also the trouble of setting the substrate to be inverted can be saved.
[0020]
In order to further shorten the inspection time, a plurality of such illumination / camera systems can be arranged. When a plurality of sets of illumination / camera systems are provided, the amount of video data that can be acquired by one sensing operation increases, and a wide range of images can be captured at one time, so the inspection time can be further shortened. In this embodiment, two sets are used as shown in FIG. 1, and the inspection range is widened and the speed can be increased. Moreover, in order to perform high-speed processing, inspection image capture and image processing / measurement are processed in parallel.
[0021]
Hereinafter, the configuration and operation of the actuator and the like in the inspection apparatus will be described. As shown in FIG. 1, the inspection apparatus has a plurality of position adjusting means for adjusting the relative positions of the substrate 11 to be inspected (see FIG. 3) and the imaging apparatus (one-dimensional CCD camera 10). The one-dimensional CCD camera 10 is fixed to a Z table 20 attached to a Z-direction stepping motor 15 (position adjusting means) so as to be movable in the Z-direction. Further, the Z-direction stepping motor 15 is moved to an X-direction stepping motor 13 ( It is fixed to the X table 16 attached to the position adjusting means) and is movable in the X direction. That is, the CCD camera 10 is moved in both XZ positive and negative directions by an XZ both stepping motor serving as a position adjusting means, and the relative position with respect to the substrate to be inspected can be adjusted. Accordingly, the focus adjustment can be performed by moving the CCD camera 10 in the Z positive / negative direction, and the inspection position in the X direction can be sequentially changed by moving in the X positive / negative direction.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2, a pedestal 34 that is movable in the Y positive and negative directions by the Y direction stepping motor 14 (position adjusting means) is provided on the main body frame. On the pedestal 34, there is provided an installation base 32 on which the board 11 to be inspected (see FIG. 3) can be installed. The installation base 32 on which the board 11 to be inspected is installed by a driving means such as an air cylinder. After being moved in the Y direction on 34, it is pressed by a cover 30 that can be moved in the Z direction by driving means such as an air cylinder. Accordingly, the installation base 32 is fixed on the base 34 below the cover 30 and is moved integrally with the base 34 by driving by the Y-direction stepping motor 14 to move in the Y positive and negative directions. The relative positional relationship in the Y direction of the CCD camera 10) is adjusted. The cover 30, the installation base 32, and the pedestal 34 are formed by opening the installation portion of the board to be inspected 11, and the board 11 to be inspected is fixed in the vicinity of the outer edge with the surface exposed.
[0023]
FIG. 5 shows an electrical configuration of the main control unit in the inspection apparatus. The main control unit 100 includes a microprocessor including an I / O port 101 and a CPU 102, a ROM 103, and a RAM 104 connected to the I / O port 101. The ROM 103 stores a main control program 103a. In the microprocessor configured as described above, the CPU 102 calls the main control program 103a after the workpiece is mounted by the workpiece mounting mechanism 41 (the mechanism such as the movement of the installation base 32 by the driving means such as the cylinder and the fixing by the cover 30). Start control. The CPU 102 receives the program and drives the X direction stepping motor 13 and the Y direction stepping motor 14 connected to the I / O port 101 to move the CCD camera 10 relatively to the inspection start position. Then, in a state where the X position is stopped, the inspected substrate 11 is moved by the Y direction stepping motor 14, and the relative position in the Y direction is sequentially changed. Then, the CCD camera 10 sequentially captures the image at the changed position and generates two-dimensional image data including position information in both XY directions. In this inspection apparatus, the width of the line data (X direction width) captured by the CCD camera 10 is 34 mm. In general, the substrate 11 to be inspected is composed of a plurality of unit substrates, and if one side of the unit substrate is within 34 mm, the entire unit substrate can be covered by a single sensing in the Y direction. If one side exceeds 34 mm, a CCD camera with a wide inspection width is used, or sensing is performed twice by shifting the position in the X direction, and the image is synthesized later. Good. In the inspection apparatus, drive processing of the actuator and the like, image capture by the imaging / analysis unit 40, or analysis thereof can be performed in parallel processing.
[0024]
Next, a method for processing an image captured by a one-dimensional CCD camera will be described. The outline is that line data in the X direction captured at a predetermined timing by the one-dimensional CCD camera is captured as information corresponding to the Y position at the time of capture because the substrate to be inspected moves at a predetermined speed in the Y direction. The image information indicating the surface state of the substrate 11 to be inspected is converted from the one-dimensional line data to the two-dimensional data. The two-dimensional data includes pixel data having position information, color information, and the like for each of through holes, wiring patterns, substrate portions, foreign matters, and the like. I do.
[0025]
A photographing / analyzing unit 40 that performs image photographing and analysis will be described with reference to a block diagram showing an electrical configuration shown in FIG. The control unit (hereinafter also referred to as an image analysis unit) 110 includes a microprocessor having an I / O port 111 and a CPU 112, a ROM 113, and a RAM 114 connected to the I / O port 111. The ROM 113 stores an image analysis program 113a. The I / O port 111 is connected to the above-described CCD camera 10 (including a one-dimensional CCD sensor 115 and a sensor controller 116 for converting the sensor output into a one-dimensional digital image input signal) as an imaging device. ing. Further, the RAM 114 is formed with a work area 114a of the CPU 112 and a memory 114b for storing captured image data of the substrate 11 to be inspected by the CCD camera 10 (see FIG. 4 and the like). The CPU 112 receives the image analysis program 113a, performs analysis processing, and can determine whether or not the inspected substrate 11 is normal.
[0026]
In addition, as the color information for each pixel constituting the line data, for example, density information corresponding to the inspection target substrate 11 at the pixel detection position is given, and the density information for each pixel is obtained by quantizing the density information. it can. For example, if the density value is 256 gradation levels, 0 as the minimum value is dark and 255 as the maximum value is light, the hole portion has a density value of 250 or more, and the wiring pattern portion has a density value of 120. Since the density value indicated by each element is different between the front and rear and the resin part, such as a density value of 40 or less, it can be clearly distinguished by the density value. In the present embodiment, the threshold value serving as the boundary of the through hole 35 is set to the density value 200, the pixel exceeding the density value 200 is set to the through hole pixel, and the position where the through hole 35 exists in the two-dimensional image information is recognized. Clarify the shape.
[0027]
Next, an example of a measurement method in an image analysis program for determining pass / fail of a substrate to be inspected will be described. The hole center data of the through-hole that is acquired and set in advance from CAD data or non-defective product data is two-dimensionally developed using a technique such as pattern matching (a two-dimensional image of line data from the one-dimensional CCD camera 10). The image is superimposed on the developed image. Furthermore, the actual image memory is scanned in the positive and negative directions of XY (total of four directions) from the hole center, and the point of change from the through hole 35 to the inspected substrate 11 or the wiring pattern (that is, the through hole 35 peripheral portion and ). At that time, a change point that changes below the threshold value (density value 200 in this embodiment) at the end of the through hole 35 may be searched, or a pixel or wiring pattern indicating the substrate 11 to be inspected may be indicated. You may make it look for the point where a pixel appears. In any case, the X coordinate of the midpoint of the two points that intersect the through hole 35 circumference in both the positive and negative directions of X, and the Y coordinate of the midpoint of the two points that intersect the through hole 35 circumference in both the positive and negative directions of Y, Becomes the coordinates of the base point of the detected through hole 35. The position based on the hole center data can be used as the coordinates of the base point 50.
[0028]
As for the direction of scanning radially from the base point 50, in FIG. 7, eight directions (directions of arrows A to H) are scanned with respect to the base point 50 every 45 degrees. The number of scanning lines in the inspection direction can be arbitrarily set. However, if the number of scanning lines is set to multiple directions, the inspection can be performed with high accuracy, but the amount of acquired data increases and the inspection time becomes long. Further, if the number of directions is reduced, the inspection time becomes short, but the accuracy decreases. Therefore, the inspection direction is determined in consideration of inspection time, accuracy, and the like. If the number of directions is set to about 8 directions to 16 directions, the inspection time can be shortened while maintaining the inspection accuracy.
[0029]
Then, as shown in FIG. 8, the distance from the base point 50 calculated by the above-described method or the like to the position where the through hole is removed radially toward the outer peripheral portion is measured. In addition, if the center point of the formed through hole coincides with the hole center data acquired and set from CAD data or non-defective product data, and each of the measured through holes is normal without foreign matter in the through hole, each measured All directional distances are equal to the through-hole radius. Therefore, in this inspection method, it is determined whether or not the through-hole radius is within an allowable range for each inspection direction. The inspection can be determined in the same manner by using the diameter of the through hole obtained from two directions in which the inspection direction is symmetric about the center.
[0030]
Next, a method for measuring the distance in the image information will be described. Pixels with density values exceeding 200 from the base point 50 are counted in units of pixels, and the distance corresponding to the size of the substrate to be inspected corresponds to the number of pixels counted until the density value changes to 200 or less, that is, the point outside the through hole. To calculate the through-hole radius. For example, when there is no foreign substance on the scanning line as shown by the arrow C in FIG. 8 and the shape of the peripheral portion of the through hole 35 is normal, the converted distance is the normal radius registered in advance. Since they are equal, it is determined to be normal. However, when the foreign object 51 is present on the scanning line as indicated by the arrow E direction, the measured through hole radius is calculated based on the number of pixels obtained by counting the distance from the base point 50 to the change point 55 at the end of the foreign object 51. Is determined to be within the allowable range. In such a case, since the measured through-hole radius is shorter than the normal radius, the substrate to be inspected is determined to be defective. The application of this inspection method is not limited to a circular through hole as in this embodiment. For example, even for polygons, ellipses, and other shapes, distances may be measured radially from a predetermined position (for example, the center of gravity) to determine whether each is within an allowable distance range. In this case, an allowable range is set in advance for each direction, and it is determined whether or not the standard is satisfied for each direction.
[0031]
Further, the same scanning may be performed after binarization without scanning the gray image as it is. As an example of scanning in a binarized image, a threshold value of density value 200 is divided into data of 1 and 0, and when the data is 1 (white on the image), a through-hole pixel is through. If it is recognized as a hole 35 and the data is 0 (black on the image), it is recognized as a substrate portion or a wiring pattern. Therefore, the portion where the data value changes from 1 to 0 (the portion where 1 and 0 are aligned in the pixel) is a portion that is out of the through hole 35 such as the outer peripheral portion of the through hole and the boundary with the foreign matter. Then, through-hole pixels are counted in each direction from the base point, and the number of pixels is converted into a length corresponding to the surface of the substrate to be inspected. In addition, the count is stopped assuming that the portion where the 0 data appears on the scanning line has reached the portion outside the through hole 35 such as the substrate portion, the wiring pattern or the foreign matter, and the distance from the base point to the point is within the allowable range. It is determined whether or not there is.
[0032]
Further, FIG. 9 shows an example in which an elongated foreign matter 51 adheres to the inside of the through hole 35. In the case of such an elongated foreign matter 51, it is difficult to determine a defect by a conventional method. However, when the inspection method as in the present embodiment is used, as shown in FIG. 9, the scanning line intersects the foreign object 51 to detect the change point 55, and the distance from the base point 50 to the change point 55 is allowed. In order to determine that it is out of range, it is determined to be defective.
[0033]
Note that the distance is measured by counting the number of through-hole pixels from the base point 50 to a position off the through-hole 35, but exists within a predetermined distance (within a predetermined number of pixels) from the base point 50 in the inspection direction. It is also possible to determine whether the through hole 35 is good or bad by counting the through hole pixels. In this way, for example, as shown in FIG. 10, when there is a foreign object 51 that does not contact the peripheral portion of the through hole 35, the scanning line detects the foreign object 51 at the change point 55 and then detects the through hole pixel again. become. The length of the foreign matter 51 on the scanning line can be calculated from the total number of through-hole pixels. In this way, for example, a small number of pixels (for example, one pixel out of 100 pixels) in the scanning line are mixed as noise, and even if it is determined that the pixel is not a through-hole pixel, it can be recognized as an error range and is normal. It is possible to prevent an object from being erroneously determined to be defective. In this case, the inspection distance scanned by the scanning line can be arbitrarily set. However, at least the radius of the through hole is necessary, and if it is set longer than necessary, unnecessary data increases and the amount of image data increases. It is necessary to set in consideration of the substrate state, inspection time, and the like.
[0034]
As shown in FIG. 11, even if the through-hole 35 is a perfect hole, if the size and shape of the wiring pattern 17 are not accurate, the information should be detected during scanning to determine abnormality. Therefore, it is most desirable to inspect both the radius and the wiring pattern width. As described above, the radius of the through hole is measured for each scanning line, but the wiring pattern width is similarly measured for each scanning line. As shown in FIG. 11, after the scanning line to be inspected radially from the center reaches the outer periphery of the through hole, the wiring pattern width is also measured. In this image information, a threshold value 1 (density value 200) for distinguishing between a through hole (density value around 250) and a wiring pattern (density value around 120), a resin pattern of the wiring pattern and the substrate portion (density value of 40 or less). ) Have a threshold value 2 (density value 80) and two threshold values. Therefore, pixels corresponding to each element are counted with a pixel having a density value of 200 or more being a through-hole pixel, a pixel having a density value of 80 or more and less than 200 being a wiring pattern pixel, and a pixel having a density value of less than 80 being a substrate portion pixel.
[0035]
Then, the width of the wiring pattern from the inner periphery to the outer periphery of the wiring pattern is measured by counting the number of wiring pattern pixels by using scanning lines extending radially from the base point. In FIG. 11, taking a scanning line scanning in the direction of arrow G as an example, it is determined whether the distance from the base point 50 to the change point 52a satisfies the allowable range as the through-hole radius, and the change point 52a to the change point 52b. It is determined whether or not the allowable range is satisfied with the distance up to the wiring pattern width. The allowable range may be set uniformly in all directions or may be set for each direction. Even when the wiring pattern inspection is performed as described above, the quality may be determined by counting pixels existing within a predetermined distance in each inspection direction. For example, after counting through-hole pixels and wiring pattern pixels existing within a certain distance from the base point 50 and converting the number of each pixel to a distance, it is determined as defective if the distance is outside the allowable range. It becomes. Further, if one of the wiring pattern width and the through hole radius is out of the allowable range even in one direction, the substrate to be inspected is determined to be defective.
[0036]
In the present embodiment, the case where the base point 20 and the center point of the through hole coincide with each other has been described. However, in the case where they do not match, the center point is calculated based on the distance confirmed from the base point 20 in a plurality of directions, and the calculation is performed. The same inspection can be performed by calculating the distance to the position indicating information other than the through hole based on the center point.
[0037]
There are the following two types of processes for forming the through hole and the wiring pattern of the substrate 11 to be inspected. In the first forming step, after a through hole is formed on a resin substrate with copper on both sides by a drill, plating is performed including the inside of the through hole. Then, the through holes and necessary wiring portions are masked, a wiring pattern is formed by etching or the like, and then the masking is removed to fill the through holes.
[0038]
In the second forming step, after a through hole is formed on a resin substrate with copper on both sides by a drill, plating is performed including the inside of the through hole. Then, after filling the through hole, masking is performed on a necessary wiring portion, a wiring pattern is formed by etching or the like, and then the masking is removed.
[0039]
When the inspection target shown in the embodiment of the present invention is the substrate 11 to be inspected in the first formation process, the wiring pattern is formed, the masking is removed, and the through hole is filled, that is, the through hole is formed. It is desirable for the substrate to have a plating in the hole and a wiring pattern. In this case, the through hole inspection and the wiring pattern inspection can be performed simultaneously.
[0040]
Further, in the case of the substrate 11 to be inspected by the second formation process, after plating including the through hole and before filling the through hole, that is, the through hole is plated, and the wiring pattern is formed. It is desirable that there is no state. In this case, the through hole inspection and the wiring pattern inspection are performed separately. In any case, it is desirable to carry out in a state where plating is provided in the through hole. The reason for this is that shavings or the like adhering to the wall surface of the through hole drilled on the substrate to be inspected is slightly separated from the wall surface when the plating solution passes through the through hole. This is because the possibility of existing as a foreign object in a crossing shape increases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an example of an inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of FIG.
FIG. 3 is an enlarged view showing a main part of FIG. 2;
4 is a perspective view conceptually illustrating FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of a main control unit in the inspection apparatus.
FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of a photographing / analysis unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of inspection directions on an image of a through hole.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of a through-hole state and an example of an analysis method thereof.
FIG. 9 is an explanatory view showing Example 2 of the through-hole state of FIG.
10 is an explanatory view showing Example 3 of the through-hole state of FIG.
11 is an explanatory view showing Example 3 of the through-hole state of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
9a, 9b Pattern detection line illumination (second light source)
10 One-dimensional CCD camera (imaging device)
10a Upper CCD camera
10b Lower CCD camera
11 Board to be inspected
12a, 12b half mirror
13 X direction stepping motor
14 Y direction stepping motor
15 Z direction stepping motor
17a, 17b Line illumination for through-hole detection (first light source)
35 through hole
36 Substrate part
37 Wiring pattern

Claims (3)

被検査基板両側において垂直方向に同軸に備えられた撮像装置と、
被検査基板両側に設けられてそれぞれ対応するハーフミラーを有し、被検査基板を挟んで反対側に位置する前記撮像装置方向に落射照明する第1の光源と、
前記被検査基板両側において前記撮像装置と同じ側に設けられ、前記撮像装置の撮像位置を斜方から照射する第2の光源と、
を備え、
前記撮像装置は、反対側からの前記落斜照明によるスルーホールの透過光と、同じ側における前記被検査基板表面からの前記第2の光源による反射光とを両側において同時に受光し、それぞれの撮像位置が前記被検査基板における表裏逆の同位置とされる機構を有することを特徴とするプリント配線基板の検査装置。
An imaging device provided coaxially in the vertical direction on both sides of the substrate to be inspected;
A first light source that is provided on both sides of the substrate to be inspected and has corresponding half-mirrors, and illuminates incidently toward the imaging device located on the opposite side of the substrate to be inspected;
A second light source provided on the same side as the imaging device on both sides of the substrate to be inspected, and irradiating the imaging position of the imaging device from an oblique direction;
With
The imaging device simultaneously receives on both sides the transmitted light of the through-hole due to the oblique illumination from the opposite side and the reflected light from the second light source from the surface of the substrate to be inspected on the same side. A printed wiring board inspection apparatus having a mechanism in which the positions are the same positions on the inspected substrate opposite to each other.
前記第1の光源は、
1次元的に光を照射する第1のライン照明とされ、該第1のライン照明による前記落斜照明は、被検査基板上を略ライン状に照射し、その照射位置上のスルーホールにおいて前記透過光を反対側に放出し、
さらに、前記撮像装置は1次元的に光情報を受光するラインセンサを有し、そのライン方向は前記第1の光源のライン方向と同方向とされ、該ラインセンサによって反対側からの前記透過光を受光することを特徴とする請求項に記載のプリント配線基板の検査装置。
The first light source is
The first line illumination that irradiates light in a one-dimensional manner, and the falling illumination by the first line illumination irradiates the substrate to be inspected in a substantially line shape, and in the through hole on the irradiation position, Emit the transmitted light to the opposite side,
Furthermore, the imaging apparatus has a line sensor that receives light information in a one-dimensional manner, and the line direction is the same as the line direction of the first light source, and the transmitted light from the opposite side by the line sensor. The printed wiring board inspection apparatus according to claim 1 , wherein the printed circuit board inspection apparatus receives light.
前記第1の光源は、
1次元的に光を照射する第1のライン照明とされ、該第1のライン照明による前記落斜照明は、被検査基板上を略ライン状に照射し、その照射位置上のスルーホールにおいて前記透過光を反対側に放出し、
前記第2の光源は、
1次元的に光を照射し、そのライン方向が第1のライン照明と同方向である第2のライン照明とされて同じ側に備えられた前記撮像装置による撮像位置を略ライン状に照射し、
さらに、前記撮像装置は1次元的に光情報を受光するラインセンサを有し、そのライン方向は前記第1の光源、及び前記第2の光源のライン方向と同方向とされ、前記ラインセンサによって、反対側からの前記透過光及び同側における前記反射光を受光することを特徴とする請求項に記載のプリント配線基板の検査装置。
The first light source is
The first line illumination that irradiates light in a one-dimensional manner, and the falling illumination by the first line illumination irradiates the substrate to be inspected in a substantially line shape, and in the through hole on the irradiation position, Emit the transmitted light to the opposite side,
The second light source is
Irradiate light in a one-dimensional manner, and the line direction is the same as that of the first line illumination, and the imaging position of the imaging device provided on the same side is irradiated in a substantially line shape. ,
Furthermore, the imaging device has a line sensor that receives light information in a one-dimensional manner, and the line direction is the same as the line direction of the first light source and the second light source. The printed wiring board inspection apparatus according to claim 1 , wherein the transmitted light from the opposite side and the reflected light from the opposite side are received.
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