JP4493421B2 - プリント回路基板検査装置とプリント回路基板組み立て検査ラインシステムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、プリント回路基板上に実装部品が正しくはんだ付けされているかを検査する技術に係わり、特に、プリント回路基板組み立てラインにおいて、リフロー炉によりはんだ付けする前にプリント回路基板上の部品のはんだ付け不良を的確に予測するのに好適な検査技術に関するものである。

従来より、プリント回路基板の組み立てにおいて、実装部品が正しくはんだ付けされたかどうかを確認するために、はんだ付け後に人間の目による目視検査や、目視に代わるような外観検査装置等を使用した検査が行われてきた。

例えば、特許文献１においては、Ｘ線を利用した検査装置によりＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等のエリアアレイ部品によりはんだがつぶされた状態を求め、その状態を基にはんだ付けの良否を確認する技術が開示されている。また、特許文献２においては、同様にＸ線を利用して、はんだ合金中の鉛分の陰影を検出し、その陰影に基づきはんだ付け状態を検査する技術が記載されている。

また、特許文献３においては、各工程毎に検査を実施する技術、すなわち、はんだの印刷状態を印刷工程後に検査し、実装部品のマウント状態をマウント後に検査し、そして、はんだ付け状態をリフロー後に検査する検査ライン技術が開示されている。この技術では、組み立てプロセス上で不良を検出することにより、高密度実装、部品小型化に対する保証を実施し、不良検出時の補修も容易にすることができる。また、各工程で得られた計測値をフィードバックおよびフィードフォワードすることにより、品質管理を精細に効率よく実施することができる。

また、特許文献４においては、チップ部品実装後の検査とエリアアレイ部品のはんだ印刷状態の検査が同時にできる検査装置が開示されている。この検査装置によれば、今まで２台の検査装置で実施していた検査を１台で行うことができ、設備投資の増加を軽減することができる。

近年、製品の小型化、高機能化、高速化に伴い、プリント回路基板の高密度実装化が進み、高密度実装に対応した組み立て検査方法が必要とされてきている。一方、プリント回路基板の組み立て分野における例えば中国の台頭により、高密度実装されないような容易に組み立てられるプリント回路基板に関しても、大量に生産するようなプリント回路基板はほとんどが中国生産となり、日本での生産は多品種で少量（まれに大量）のプリント回路基板を組み立てる体制、すなわち多品種変量生産の機会が増加している。

更には、今までは高速チップ装着装置とＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やコネクタ等の異型部品を装着する異型部品装着装置の連結が主であったが、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の増大による部品搭載点数の減少により、今後は複数の異型部品装着装置の連結へと変化している。また、こういった工程設定や段取りの時間に関しても多くかけられなくなっている。

そのため、こういった部品点数減少、少量多品種生産にも対応できるようなはんだの検査装置、工程および方法の構築が必要となってきている。

これらの問題や課題に対して従来から実施されている、はんだ付け後の外観検査装置や目視による検査では、今後の部品の小型化、エリアアレイ部品の使用、更には高密度実装化といった課題に対しては全く検査保証できない。

また、上述した特許文献１または特許文献２で開示されているようなＸ線を利用した方法は、外観からは検査できないエリアアレイ部品のはんだ付け状態を、Ｘ線を照射し透過させることにより検査することができるものではあるが、Ｘ線装置自体が高価であること、Ｘ線を扱える人間が限られること、不良を検出したとしてもその不良を補修することが困難であるといった問題がある。

また、上述した特許文献３に開示される技術は、はんだ付け前の各組み立てプロセス上に検査装置を設置し、品質管理を効率よく行うことが可能であるが、部品のマウント（搭載、実装）後に発生するエリアアレイ部品のはんだ印刷個所に小型部品等の異物が付着してしまう不良は検出できない。また、検査装置が組み立てプロセス上の各ポイント毎に必要であり、設備投資費用の増大、更に検査装置毎に生産準備、段取りが必要となってしまい、生産量が多い場合は有効な手段といえるが、生産量が少ない場合には有効な技術とはいえない。

また、特許文献４や公知技術として知られているものは、各プロセス上に検査装置を設置するのではなく、検査ポイントを絞り込んで、各工程の中でも一番効果が大きい高速チップ部品装着装置と異型部品装着装置の間に検査装置を設置し、未実装の個所にははんだ印刷形状の計測、実装されている個所には部品の実装状態を計測する機能を持たせた検査装置により、高密度実装化への対応がある程度可能であるが、実装されてしまった個所のはんだ付け状態を検査することができないために、高密度実装化時のチップ部品のはんだ付け状態を検査することができない。

特開平１０−３１１８０７号公報 特開平１０−１７０４５５号公報 特開２００２−１３４８９９号公報 特開２００３−１１０２９９号公報

解決しようとする問題点は、従来の技術では、プリント回路基板上のクリームはんだの印刷状態および部品の取り付け状態の良否を、安価にかつ効率的に判断することができない点である。

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、プリント回路基板の品質の向上とプリント回路基板の生産性の向上を図ることでる。

上記目的を達成するため、本発明は、クリームはんだが印刷され、このクリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査を行う際、単に、クリームはんだの印刷パターンの照合や、部品搭載による「はんだの形状」や「つぶれ状態」から良否判定を行うのではなく、部品搭載後における電極からのクリームはんだのはみ出し量を求めて良否を判別する。すなわち、クリームはんだ上に部品が搭載された状態をＣＣＤカメラやレーザー測定機等の撮像装置で撮像した画像データを用いて、クリームはんだ上に搭載された部品の電極からのクリームはんだのはみ出し量を求め、求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、クリームはんだの印刷不良であると判断する。

本発明によれば、プリント回路基板上の印刷されたはんだの状態および実装部品の状態が適切であるか否か、および、実装部品下のはんだの変形を安価な構成でかつ効率的に計測することができるので、プリント回路基板の不良の発生を大幅に低減することができ、高密度実装、多品種変量生産に容易に対応することができる。

以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。

図１は、本発明に係わるプリント回路基板検査装置の構成例を示すブロック図であり、図２は、図１におけるプリント回路基板検査装置を用いた本発明に係わるプリント回路基板組み立て検査ラインシステムの構成例を示すブロック図である。

図１における実装検査装置１０は、本発明に係わるプリント回路基板検査装置であり、カメラ１１およびレーザー測定機１２からなる撮像装置と検査部１０ａとで構成されている。検査部１０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置等のコンピュータ構成からなり、光ディスク駆動装置等を介してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、この外部記憶装置から主メモリに読み込みＣＰＵで処理することにより、本発明に係わるプリント回路基板の検査を行う機能を実現する。

すなわち、検査部１０ａでは、クリームはんだが印刷され、このクリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査を行う際、単に、クリームはんだの印刷パターンの照合や、部品搭載による「はんだの形状」や「つぶれ状態」から良否判定を行うのではなく、部品搭載後における電極からのクリームはんだのはみ出し量を求めて良否を判別する機能を有する。

具体的には、検査部１０ａは、クリームはんだ上に部品が搭載された状態をカメラ１１やレーザー測定機１２で撮像した画像データを図示していない記憶装置に記憶する機能、この画像データを用いて、クリームはんだ上に搭載された部品の電極からのクリームはんだのはみ出し量を求める機能、求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、クリームはんだの印刷不良であると判断する機能を有する。

また、検査部１０ａは、画像データを用いて、クリームはんだ上における部品の搭載状態を求める機能、求めた部品の搭載状態が予め定められた正常状態と相違する場合に、部品の実装不良であると判断する機能を有する。

また、検査部１０ａは、プリント回路基板表面に対する、クリームはんだ上に搭載された部品の高さを求める機能、求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、また、求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、クリームはんだ上に異物が付着していると判断する機能を有する。

また、検査部１０ａは、プリント回路基板表面に対する、クリームはんだ上に搭載された部品の高さを求めると共に、この部品の高さより低い位置に、電極からはみ出したクリームはんだの有無を判別する機能、求めた部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、また、求めた部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、クリームはんだ上に異物が付着していると判断し、さらに、求めた部品の高さより低い位置で電極からはみ出したクリームはんだを検出しなければ、クリームはんだの不足不良と判断する機能を有する。

また、検査部１０ａは、画像データを用いて、クリームはんだの不足と印刷ズレ、およびクリームはんだ上での部品の位置ズレと欠品、部品違い、取り付け方向違い、浮き不良を検出する機能を有し、また、部品の装着前にカメラ１１やレーザー測定機１２で撮影されて得られたプリント回路基板に印刷されたクリームはんだの画像データから、クリームはんだの不足、印刷ズレ、印刷にじみ、およびクリームはんだ上の異物の存在を検出する機能を有する。

このような動作を行うための機能として、検査部１０ａは、異物検査部１３、印刷にじみ検査部１４、はんだ不足検査部１５、印刷位置ズレ検査部１６、部品位置ズレ検査部１７、欠品検査部１８、方向違い検査部１９、電極下はんだ不足検査部２０等を有する。

カメラ１１およびレーザー測定機１２は、検査部におけるプリント回路基板上の印刷されたはんだの状態および実装部品の装着後における実装部品の状態、さらには部品の電極下のはんだを検査するために兼用できるようになっている。尚、カメラ１１とレーザー測定機１２は必ずしも両者を兼用する必要は無く、一方のみを使用することもできる。

検査部１０ａは、実装部品の装着前におけるプリント回路基板上の印刷されたはんだの状態を検査すると共に、実装部品の装着後における実装部品の状態およびプリント回路基板上の印刷されたはんだの状態を検査する機能を有し、実装部品の装着前の検査を行う機能部としては、異物が存在しないかどうかを検査する異物検査部１３と、はんだ過剰による印刷のにじみを検査する印刷にじみ検査部１４と、はんだの不足を検査するはんだ不足検査部１５と、はんだ印刷位置のズレを検査する印刷位置ズレ検査部１６とを備えている。

また、実装部品の装着後の検査を行う機能部として、実装部品の位置ズレを検査する部品位置ズレ検査部１７と、実装部品の欠品を検査する欠品検査部１８と、実装部品の方向違いを検査する方向違い検査部１９と、実装部品の電極下のはんだ不足を検査する電極下はんだ不足検査部２０、および、それぞれ図示されていない、実装部品の電極下のはんだの潰れを検査する機能はんだ潰れ検査部と、実装部品の部品違いを検査する部品違い検査部とを有している。

尚、印刷にじみ検査部１４とはんだ不足検査部１５、印刷位置ズレ検査部１６のそれぞれは、実装部品の装着前の検査を行う機能部としてのみならず、実装部品の装着後の検査を行う機能部としても動作する。

図２は、プリント回路基板の組み立ておよび検査ラインの例を示しており、プリント回路基板の電極（パッド）上にクリーム状のはんだを所定のパターンで印刷するはんだ印刷機３０と、エリアアレイ部品等を所定の位置に装着する部品装着装置４０と、図１に示した本発明のプリント回路基板検査装置としての実装検査装置１０と、コネクタ等の大型部品を所定の位置に装着する部品装着装置５０と、その後通常のマウント装置と印刷されたはんだを加熱して溶融させ、実装部品の電極とパッドとをはんだ付けするリフロー炉６０とから構成されている。

尚、プリント回路基板の組み立てラインの構成としては、異なるタイプの部品装着装置を連結する異種異型と、同一タイプの部品装着装置を連結する同一異型とがある。また、連結する部品装着装置の数は２台に限られない。

このようなプリント回路基板の組み立ておよび検査ライン構成とすることで、実装検査装置１０において、リフロー炉６０によるはんだ付けの前に不良の原因を発見できるので、高密度実装を保証しつつ不良の発生を大幅に低減することができる。更に、実装部品のタイプに応じて実装検査装置の位置を自由に変えてラインを構成することも容易にでき、検査設備投資の増加や段取り時間の増大を招くことなく、多品種変量生産に容易に対応することができる。

以下、図１の検査部１０ａによる検査の動作について、図３から図１６を用いて説明する。

図３は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第１の動作例を示す説明図であり、図４は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第２の動作例を示す説明図、図５は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第３の動作例を示す説明図、図６は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第４の動作例を示す説明図、図７は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第５の動作例を示す説明図、図８は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第６の動作例を示す説明図、図９は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第７の動作例を示す説明図、図１０は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第８の動作例を示す説明図、図１１は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第９の動作例を示す説明図、図１２は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第１０の動作例を示す説明図、図１３は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第１１の動作例を示す説明図、図１４は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第１２の動作例を示す説明図、図１５は、図１におけるプリント回路基板検査装置の第１３の動作例を示す説明図、図１６は、図１におけるプリント回路基板検査装置のシステム構成例を示す説明図である。

図３においては、異物の検査例を示している。すなわち、ＢＧＡやＣＳＰのようなエリアアレイ部品の不良として、実装部品の電極とプリント回路基板のパッド１上に印刷されたはんだ４との間に異物（部品のボディ３）が入り込んでしまうことが原因で発生するオープン（非接触）不良があるが、この異物（部品のボディ３）を検査するものである。

本例では、はんだ印刷機（３０）によるはんだ転写後に部品装着装置（４０）の状態によって、装着し損じのチップ部品や部品供給カセットのテープ片などの異物（部品のボディ３）がプリント回路基板上に載ることがある。このような異物がＢＧＡやＣＳＰ等のエリアアレイ部品が装着される箇所に載ってしまった状態（不良例）を、図３（ｂ）に示す。この図３（ｂ）中の部品のボディ３が装着し損じの部品であり、このままでは当該部品の電極２がはんだ４上に接続されてしまう。

本例の実装検査装置１０では、エリアアレイ部品等の装着前にプリント回路基板上の装着箇所のパッド１のはんだ４の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、はんだ４の部分の面積を計測して適正値と比較することで、異物（部品のボディ３）が存在しないかどうかを検査する。すなわち、異物（部品のボディ３）の存在によりはんだ４部分の面積が減少して観察されるため、はんだ４部分の面積から異物（部品のボディ３）の存在を検出することができる。

このような異物（部品のボディ３）の存在が原因で起こる不良は、異物（部品のボディ３）の上にエリアアレイ部品が載せられてはんだ付けされた後では、接合部が部品のボディ３下にあって外部から見えないために発見が困難であり、不良の検出が機能検査まで遅れてしまうことになる。本例では実装部品が装着される前に異物（部品のボディ３）の存在を検査するため、実装してしまう前に異物（部品のボディ３）の除去を行う等の措置をとることができ、はんだ付け後の困難な補修を無くすことができる。

図４は、印刷にじみの検査例を示しており、図４（ａ）ははんだ印刷時の供給はんだ量が多かったために、パッドの外側にはんだ４がにじみ出してしまった状態を示している。この状態で実装部品を装着した状態を図４（ｂ）に示し、この状態で、リフロー炉（６０）ではんだ４を加熱溶融させてはんだ付けをすると、図４（ｃ）に示すように、はんだ４はパッド上に引き戻されるが、余ったはんだが部品の電極２の間にはんだショート５として現れてしまうことがある。

本例では、プリント回路基板上の装着箇所の印刷の状態を、部品実装前に、カメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、はんだ部分の面積を計測して適正値と比較することで、印刷にじみが発生していないかどうかを検査する。すなわち、印刷にじみの発生によりはんだ部分の面積が、予め定められた上限値よりも増加して観察されるため、はんだ部分の面積から印刷にじみの発生を検出することができる。

図５は、はんだ不足の検査例を示しており、図５（ａ）においては、はんだ印刷時の供給はんだ量が少なかったために、パッド１の一部にしかはんだ４が印刷されなかった状態を示している。この状態で実装部品を装着すると、図５（ｂ）のような状態となる。この状態でリフロー炉（６０）ではんだ４を加熱溶融させてはんだ付けすると図５（ｃ）に示すように、はんだ不足によるオープン６となってしまう。

本例では、プリント回路基板上の装着個所のパッド１のはんだ４の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、はんだ４部分の面積を計測して予め定められた適性値と比較することではんだ不足が発生していないかどうかを検査する。例えば、はんだ４部分の面積が予め定められた下限値以下であれば、はんだ不足と判断する。尚、この検査は、部品装着後でも同様にして行うことができる。

図６は、印刷位置ズレの検査例を示しており、図６（ａ）においては、はんだ印刷時の供給はんだ量は適切であるが、パッド１からズレた位置にはんだ４が印刷された状態を示している。この状態で実装部品を装着すると図６（ｂ）に示すような状態となる。この状態でリフロー炉（６０）ではんだ４を加熱溶融させてはんだ付けをすると、図６（ｃ）に示すように、はんだのほとんどがパッド上に引き寄せられるものの、印刷位置が隣接するパッドに近いため、部品の電極２の間にはんだショート５が発生する。

本例では、プリント回路基板上の装着箇所のパッド１とはんだ４の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、はんだ４の印刷位置にズレが発生していないかどうかを検査する。なお、はんだ４の映像から位置を求め、予めデータとして与えられる基準位置と比較することにより位置ズレを検出するようにしてもよい。尚、この検査も、部品の装着後であっても同様にして行うことができる。

このように、本例の実装検査装置においては、はんだ印刷時の状態が原因となって生ずる溶融リフローはんだ付け後の不良であっても、また、部品装着前あるいは装着後であっても検出することができ、はんだの供給位置および供給量を制御することではんだ付け後の不良発生を防止することができる。

図７は、部品位置ズレの検査例を示しており、図７（ａ）においては、パッド１に対して部品のボディ３および部品の電極２が正しく装着された状態を示しているが、図７（ｂ）に示すように、部品のボディ３が並行にズレてしまったり、図７（ｃ）に示すように回転してしまう場合がある。

本例では、プリント回路基板上の装着箇所のパッド１と部品のボディ３および部品の電極２の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、部品位置ズレが発生していないか検査する。すなわち、装着位置のパッド１の間の正規中心Ｃ１と部品のボディ３の部品中心Ｃ２とを求めて差がないか比較することにより、図７（ｂ）に示す並行ズレが検出でき、また、部品のボディ３および部品の電極２の輪郭線の位置を求め、正規の位置と比較することで、図７（ｃ）に示す回転ズレが検出できる。

図８は、欠品の検査例を示しており、図８（ａ）においては、複数のパッド１にまたがって部品のボディ３および部品の電極２が正常に装着された状態を示しているが、実装部品の供給ミスにより欠品が生じると、図８（ｂ）に示すようにしてパッド１だけの状態となる。

本例では、プリント回路基板上の装着箇所のパッド１周辺の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、欠品が発生していないか検査する。すなわち、プリント回路基板上の装着箇所に部品のボディ３および部品の電極２の輪郭が検出されない場合、欠品と判断できる。また、レーザー測定機（１２）を用い、部品の装着箇所にパッド１の面より部品の高さだけ高い領域があるか否かを計測することによっても、欠品の有無を検出することができる。

図９は、部品違いの検査例を示しており、図９（ａ）においては、複数のパッド１にまたがって適正な部品のボディ３および部品の電極２が装着された状態を示しているが、実装部品の供給ミスにより部品違いが発生すると、図９（ｂ）に示すように、異なる部品のボディ３および部品の電極２が装着された状態になる。

本例では、実装部品の装着後に、プリント回路基板上の装着箇所のパッド１周辺の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、部品のボディ３のトップに印刷された部品識別文字「１０２」等を読み取り、正規のものである部品識別文字「１０３」等と比較することで、部品違いを検出することができる。

図１０は、方向違いの検査例を示しており、図１０（ａ）においては、複数のパッド１にまたがって適正な向きに部品が装着された状態を示しているが、実装部品の供給ミスにより部品の方向違いが発生すると、図１０（ｂ）に示すように逆を向いた状態となる。

本例では、実装部品の装着後に、プリント回路基板上の装着箇所のパッド１周辺の状態をカメラ（１１）により撮像し、その画像データを用いて、極性マーク７を読み取り、正規の向きと比較することで、方向違いを検出することができる。図１０（ｃ）と図１０（ｄ）におけるＩＣ部品１４は上記に示した形とは違う形状の極性マーク７が設けられたものである。その他は上述したものと同様である。

図１１は、部品の電極よりはんだが小さい場合のＣＨＩＰ部品の検査例を示しており、図１１（ｂ）においては、プリント回路基板のパッド１上に装着された部品のボディ３および部品の電極２を側方から見た例を示しており、図１１（ａ）においては上方から見た例を示している。このように、はんだ不足等の原因により一方の部品の電極２の直下に、はんだ４が存在しない不良が発生する場合がある。

本例の実装検査装置では、リフロー前にプリント回路基板上の装着個所の周辺をカメラ（１１）により撮像し、はんだを表す色の部分（画像データ）を画像処理により取得し、その画像データを用いて、部品の電極２からはみ出した部分があるか否かを判別し、その判別結果により電極下のはんだ不足を検出することができる。

すなわち、部品の電極の下に十分なはんだがある場合には、図１１（ａ）における左側に示すように、部品の電極２からはみ出したはんだ４が検出できるが、図１１（ａ）における右側に示すように、はんだ不足がある場合にはそれが検出できない。

また、この電極下のはんだ不足は、レーザー測定機（１２）を用いることによっても検査することができる。すなわち、まずプリント回路基板の表面にレーザーを照射することでプリント回路基板の高さ（イ）を測定し、次に部品の電極２の位置情報に基づいてその個所にレーザーを照射して部品の電極２の高さ（ロ）を測定する。そして、最後に検査範囲内でプリント回路基板の高さ（イ）と部品の電極２の高さ（ロ）の高さとの間にある高さ（ハ）が存在するか否かを判別することで、電極下のはんだ不足を検査することができる。

図１２は、部品（ＩＣ部品）の電極よりはんだが小さい場合の検査例を示しており、図１２（ａ）においては、パッド１と部品の電極２との間に正常にはんだ４が存在する場合を示しており、図１２（ｂ）においては、部品の電極２の反り等によって部品の電極２が正常にはんだ４に接していない状態を示している。この状態のまま、後の工程で溶融加熱を行った場合、リードオープンの不良が発生することになる。

この場合も上述した例と同様に、カメラ（１１）での撮像および画像処理、もしくはレーザー測定機による高さ測定により、部品の電極２からはみ出したはんだ４を検出することで検査することができる。

図１３および図１４は、異物の検査例を示している。ＩＣ部品やコネクタ部品等の異型部品の不良として、実装部品の電極とプリント回路基板のパッド上に印刷されたクリームはんだとの間に異物が入り込んでしまうことが原因で発生するオープン（非接触）不良がある。これは、はんだ印刷機によるクリームはんだ転写後に、部品装着装置の状態によって、装着し損じのチップ部品などの異物がプリント回路基板上に載ることがある。

図１３（ｂ）においては、このような異物がＩＣ部品やコネクタ部品等の異型部品が装着される個所に載ってしまった状態を示し、図１３（ｃ）においては、図１３（ｂ）に示す状態のまま異型部品が装着された状態を示している。

本例では、異型部品装着後に、部品の電極からはみでるはんだ部分の面積を計測し、予め定められた適正値と比較することで、異物が存在しないかどうかを検査する。すなわち、異物の存在により、カメラ（１１）で撮像して得た画像データにおいては、はんだ部分の面積が減少して観測されるため、はんだ部分の面積から異物の存在を検出することができる。

さらに、図１４に示すように、異物付着（図１４（ｂ））とはんだ不足（図１４（ａ））を明確にするために、はみ出るはんだ部分の面積を計測した後に、部品の電極周辺の高さ（Ｈ）を計測し、予め定められた適正値（マスク厚）より高い個所が存在する場合は、異物付着とし、マスク厚より低い場合は、はんだ不足と判断して区別する。

尚、このような高さの測定には、ＣＣＤカメラやレーザー測定器を用いた３次元測定技術を利用する。ＣＣＤカメラを使用して対象物を３次元的に測定する技術としては、例えば特開２０００−３０４５２０号公報に記載のように、リフロー後のはんだフィレットの形状を６個の照明を受維持点灯させ、点灯する毎にＣＣＤカメラで撮像し、得られた画素の輝度をもとに、はんだフィレット形状を計測する技術がある。

また、レーザーを使用して対象物を３次元的に測定する技術としては、例えば特開平０７−２０８９４８号公報に記載のように、レーザーを対象物にあて、その反射光を計測、演算することにより、対象物の高さを得る技術と、複数のレーザー光を照射することにより、精度の高い測定を可能とする技術がある。

以下、「適正値」に関して図１５を用いて説明する。「適正値」とは、良品と不良品を判別するための閾値のことであり、本例においては、適正値は図１５に示すように二つ持つことになる。図１５における左側の適正値未満でのリフローはんだ付け後には、はんだ不足が必ず発生し、図１５における右側の適正値を超えると、リフローはんだ付け後には、必ずブリッジが発生するような適正値を予め求めておく。

この適正値の所得技術としては、例えば、指定したアドレスの座標へＣＣＤカメラあるいはレーザー測定機を移動させ、はんだのはみ出し面積を計測し、その後、リフローはんだ付け後の品質データにより、はんだ不足が発生した場合は、先に計測したはんだはみ出し面積に「１」を加えたものを適正値とし、また逆に、リフローはんだ付け後に、ブリッジが発生した場合は、先に計測したはんだはみ出し面積から「１」を引いたものを適正値とする。

図１６は、本例のプリント回路基板検査装置のシステム構成例を示しており、１６０１はＣＰＵによるプログラムに基づく処理を行う本例のプリント回路基板検査装置、１６０２はプリント回路基板検査装置１６０１が有するデータ、１６０３はＣＣＤカメラやレーザー測定機、１６０４は検査対象のプリント回路基板、１６０５はリフロー炉、１６０６はリフロー後検査装置であり、本例のプリント回路基板検査装置１６０１は、ネットワークにより、データ１６０２のやり取りができるように構成されており、データ１６０２としては、アドレス位置情報１６０２ａ、部品番号１６０２ｂ、方向（向き）１６０２ｃ、パッド形状１６０２ｄ、適正値（良品の閾値）１６０２ｅ、リフローはんだ付け後の結果（データ）１６０２ｆがある。

以上、図１〜図１６を用いて説明したように、本例では、はんだ上に部品の電極を搭載した後にプリント回路基板上の印刷されたはんだの状態を検査すると共に、実装部品の装着後における実装部品の状態および実装部品の電極の下のはんだの状態を検査する。

すなわち、カメラやレーザー測定機等を使用して得た画像データから、電極からはみでたはんだの面積を演算して、予め定められた適正値との比較を行うことで、はんだの良否を判定する。これにより、実装部品の装着後に、異物の存在、印刷のにじみ、はんだの不足、印刷の位置ズレを検出するようにすることができる。

また、実装部品の装着後に、実装部品の位置ズレ、実装部品の欠品、実装部品の部品違い、実装部品の方向違い、実装部品の電極下のはんだの不足、リード曲がりによるオープンを検出することもできる。

このような本例のプリント回路基板検査装置を使用することにより、溶融はんだ付け後の検査を不要にすることは、今後の高密度実装化に向けて非常に有効であると同時に効率が良い方法であると言える。特に、はんだ付け後の検査では、実装されている部品高さ等による干渉が発生し、全ての接合部の外観的な検査を実施する事が難しい場合がある。はんだ接合部そのものが実装部品のボディ下等に位置する場合、リフローはんだ付け後の検査では検査そのものができない場合がある。この点、本例のプリント回路基板検査装置を使用することにより、リフロー後のはんだ付け状態の検査を不要とすることができる。すなわち、本利のプリント回路基板検査装置では、はんだ付け前に、はんだ付け後の不良を予測できるので、はんだ付け後では検出できない場所の検査も可能となり、組み立て不良のプリント回路基板の流出を防止することが可能となる。これにより、品質がよく効率的なプリント回路基板および電子機器を提供することができる。

尚、本発明は、図１〜図１６を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

また、本例でのコンピュータ構成例としては、キーボードや光ディスクの駆動装置の無いコンピュータ構成としても良い。また、本例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、ＦＤ（Flexible Disk）等を記録媒体として用いることでも良い。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでも良い。

本発明に係わるプリント回路基板検査装置の構成例を示すブロック図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置を用いた本発明に係わるプリント回路基板組み立て検査ラインシステムの構成例を示すブロック図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第１の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第２の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第３の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第４の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第５の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第６の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第７の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第８の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第９の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第１０の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第１１の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第１２の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置の第１３の動作例を示す説明図である。 図１におけるプリント回路基板検査装置のシステム構成例を示す説明図である。

符号の説明

１：パッド、２：部品の電極、３：部品のボディ、４：はんだ、５：はんだショート、６：はんだ不足によるオープン、７：極性マーク、８：検査範囲、９：ＩＣ部品、１０：実装検査装置、１０ａ：検査部、１１：カメラ、１２：レーザー測定機、１３：異物検査部、１４：印刷にじみ検査部、１５：はんだ不足検査部、１６：印刷位置ズレ検査部、１７：部品位置ズレ検査部、１８：欠品検査部、１９：方向違い検査部、２０：電極下はんだ不足検査部、３０：はんだ印刷機、４０，５０：部品装着装置、６０：リフロー炉、１６０１：プリント回路基板検査装置、１６０２：データ、１６０２ａ：アドレス位置情報、１６０２ｂ：部品番号、１６０２ｃ：方向（向き）、１６０２ｄ：パッド形状、１６０２ｅ：適正値（良品の閾値）、１６０２ｆ：リフローはんだ付け後の結果（データ）、１６０３：ＣＣＤカメラやレーザー測定機、１６０４：検査対象のプリント回路基板、１６０５：リフロー炉、１６０６：リフロー後検査装置。

Claims (12)

1. クリームはんだが印刷され該クリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査装置であって、
   上記クリームはんだ上に上記部品が搭載された後に該部品が搭載された状態を撮像装置で撮像した画像データを入力して記憶装置に記憶する第１の手段と、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上に搭載された部品の電極からの上記クリームはんだのはみ出し量を求める第２の手段と、
   該第２の手段で求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの印刷不良であると判断する第３の手段と、
   上記プリント回路基板表面に対する、上記クリームはんだ上に搭載された上記部品の高さを求める第４の手段と、
   該第４の手段で求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、上記第４の手段で求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、上記クリームはんだ上に異物が付着していると判断する第５の手段と
   を有することを特徴とするプリント回路基板検査装置。
2. クリームはんだが印刷され該クリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査装置であって、
   上記クリームはんだ上に上記部品が搭載された後に該部品が搭載された状態を撮像装置で撮像した画像データを入力して記憶装置に記憶する第１の手段と、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上に搭載された部品の電極からの上記クリームはんだのはみ出し量を求める第２の手段と、
   該第２の手段で求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの印刷不良であると判断する第３の手段と、
   上記プリント回路基板表面に対する、上記クリームはんだ上に搭載された上記部品の高さを求めると共に、該部品の高さより低い位置に上記電極からはみ出したクリームはんだの有無を検出する第６の手段と、
   該第６の手段で求めた上記部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、上記第６の手段で求めた上記部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、上記クリームはんだ上に異物が付着していると判断し、
   上記第６の手段で、上記求めた部品の高さより低い位置での上記電極からはみ出したクリームはんだを検出しなければ、上記クリームはんだの不足不良と判断する第７の手段と
   を有することを特徴とするプリント回路基板検査装置。
3. 請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載のプリント回路基板検査装置であって、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上における上記部品の搭載状態を求める第８の手段と、
   該第８の手段で求めた上記部品の搭載状態が予め定められた正常状態情報と相違する場合に、上記部品の実装不良であると判断する第９の手段と
   を有することを特徴とするプリント回路基板検査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のプリント回路基板検査装置であって、
   上記撮像装置は、カメラおよびレーザー測定機のいずれかもしくは両方からなることを特徴とするプリント回路基板検査装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のプリント回路基板検査装置であって、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだの不足と印刷ズレ、および上記クリームはんだ上での上記部品の位置ズレと欠品、部品違い、取り付け方向違い、浮き不良を検出する第１０の手段
   を有することを特徴とするプリント回路基板検査装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のプリント回路基板検査装置であって、
   上記部品の装着前に上記撮像装置で撮影されて得られた上記プリント回路基板に印刷されたクリームはんだの画像データから、上記クリームはんだの不足、印刷ズレ、印刷にじみ、および上記クリームはんだ上の異物の存在を検出する第１１の手段
   を有することを特徴とするプリント回路基板検査装置。
7. クリームはんだが印刷され該クリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査を行うコンピュータ装置を、
   上記クリームはんだ上に上記部品が搭載された後に該部品が搭載された状態を撮像装置で撮像した画像データを入力して記憶装置に記憶する第１の手段と、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上に搭載された部品の電極からの上記クリームはんだのはみ出し量を求める第２の手段と、
   該第２の手段で求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの印刷不良であると判断する第３の手段と、
   上記プリント回路基板表面に対する、上記クリームはんだ上に搭載された上記部品の高さを求める第４の手段と、
   該第４の手段で求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、上記第４の手段で求めた高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、上記クリームはんだ上に異物が付着していると判断する第５の手段と
   して機能させるためのプログラム。
8. クリームはんだが印刷され該クリームはんだ上に部品が搭載されるプリント回路基板の検査を行うコンピュータ装置を、
   上記クリームはんだ上に上記部品が搭載された後に該部品が搭載された状態を撮像装置で撮像した画像データを入力して記憶装置に記憶する第１の手段と、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上に搭載された部品の電極からの上記クリームはんだのはみ出し量を求める第２の手段と、
   該第２の手段で求めたはみ出し量が、予め定められた上限量を上回る場合あるいは予め定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの印刷不良であると判断する第３の手段と、
   上記プリント回路基板表面に対する、上記クリームはんだ上に搭載された上記部品の高さを求めると共に、該部品の高さより低い位置に上記電極からはみ出したクリームはんだの有無を検出する第６の手段と、
   該第６の手段で求めた上記部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた下限量を下回る場合に、上記クリームはんだの不足不良もしくは当該部品の欠品であると判断し、上記第６の手段で求めた上記部品の高さが、当該部品に予め対応付けて定められた上限量を上回る場合に、上記クリームはんだ上に異物が付着していると判断し、
   上記第６の手段で、上記求めた部品の高さより低い位置での上記電極からはみ出したクリームはんだを検出しなければ、上記クリームはんだの不足不良と判断する第７の手段と
   して機能させるためのプログラム。
9. 請求項７もしくは請求項８のいずれかに記載のプログラムであって、
   上記コンピュータ装置を、
   上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだ上における上記部品の搭載状態を求める第８の手段と、
   該第８の手段で求めた上記部品の搭載状態が予め定められた正常状態情報と相違する場合に、上記部品の実装不良であると判断する第９の手段と
   して機能させるためのプログラム。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載のプログラムであって、
    上記コンピュータ装置を、
    上記記憶装置から上記画像データを読み出し、該画像データを用いて、上記クリームはんだの不足と印刷ズレ、および上記クリームはんだ上での上記部品の位置ズレと欠品、部品違い、取り付け方向違い、浮き不良を検出する第１０の手段
    として機能させるためのプログラム。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載のプログラムであって、
    上記コンピュータ装置を、
    上記部品の装着前に上記撮像装置で撮影されて得られた上記プリント回路基板に印刷されたクリームはんだの画像データから、上記クリームはんだの不足、印刷ズレ、印刷にじみ、および上記クリームはんだ上の異物の存在を検出する第１１の手段
    として機能させるためのプログラム。
12. プリント回路基板にクリームはんだを印刷するはんだ印刷装置と、
    該はんだ印刷装置でクリームはんだを印刷したプリント回路基板上に、部品を搭載する部品装着装置と、
    該部品装着装置で搭載された部品および上記はんだ印刷装置で印刷されたクリームはんだの検査を行う請求項１から請求項７のいずれかに記載のプリント回路基板検査装置と、
    該プリント回路基板検査装置で良品と判断したプリント回路基板に対して上記クリームはんだを加熱して部品のはんだ付けを行うリフロー炉装置と、
    を有することを特徴とするプリント回路基板組み立て検査ラインシステム。

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