JP4548314B2 - はんだ付け状態検査方法及びはんだ付け状態検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査方法及びはんだ付け状態検査装置に関するものである。

従来、プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査方法として、例えば特許文献１が開示されている。

特許文献１においては、スルーホール内のリード周りのはんだを全方向照射により照明して、真上からはんだ面を撮像する。そして、画像データを２値化処理して暗画素数の計数から暗部の面積を計算し、暗部の面積と判定基準の面積との大小比較からブローホール（はんだ付け部分にできた空間）のはんだ欠陥を検出するようにしている。
特開平６−１１７８２８号公報

しかしながら、特許文献１に示す方法によれば、はんだ付け部分（所謂はんだフィレット）のはんだ上がりが不十分であっても、ブローホールを伴わない限り、その不十分な状態を検出することは困難である。

本発明は上記問題点に鑑み、はんだ付け部分のはんだ上がり状態を検査することができるはんだ付け状態検査方法及びはんだ付け状態検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査方法であって、はんだフィレットが形成される部位及びその周囲を光源によって照らした状態で、はんだフィレット形成部位、はんだフィレットから露出する電子部品の端子、及びプリント基板の表面を撮像エリア内に含むように撮像手段によって撮像するものであり、光源と撮像手段とは、はんだフィレットが形成された状態で、撮像手段にて受光される、光源から照射された光のはんだフィレットによる第１の反射光の光量が、端子による第２の反射光及びプリント基板の表面による第３の反射光の光量よりも小さくなるように、互いの位置関係が設定され、第３の反射光は、光源から照射された光の端子による反射光がプリント基板の表面にて反射し、撮像手段にて受光されるものであり、撮像エリアに含まれるプリント基板の表面に、端子の長手方向に沿って端子の延長上に端子が映りこんだ反射像が形成され、各反射光の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定することを特徴とする。

このように本発明によると、はんだフィレットと、当該はんだフィレットを間に挟む端子及び基板表面とで、光源による反射光の光量が異なるので、各反射光の光量差に基づいて、はんだフィレット（はんだ付け部分）のはんだ上がり状態を検査することができる。

また、はんだフィレットのはんだ上がり状態を判定する要素として、第１の反射光を生ずるはんだフィレットとともに、その両端に配置された第２の反射光を生ずる端子と第３の反射光を生ずる基板表面を含むようにしている。すなわち、はんだフィレットによる反射光、或いは、はんだフィレット及び端子による反射光に基づいてはんだフィレットのはんだ上がり状態を検査する場合と比べて、はんだフィレットの位置を規定しやすい構成としている。従って、例えばプリント基板、撮像手段等の位置ずれによる生じる誤判定を低減することができる。尚、上記検査方法は、プリント基板のいずれの表面に形成されるはんだフィレットに対しても適用することができる。

また、第１の反射光の光量が第２の反射光及び第３の反射光の光量よりも小さくなるように、光源と撮像手段の互いの位置関係が設定される場合、第３の反射光は、光源から照射された光の端子による反射光がプリント基板の表面にて反射し、撮像手段にて受光されるものであり、撮像エリアに含まれるプリント基板の表面に、端子の長手方向に沿って端子の延長上に端子が映りこんだ反射像が形成されることとなる。この場合、基板表面に形成される反射像が、端子の長手方向に沿って端子の延長上に形成されるので、例えばはんだフィレットが存在しない場合には、明部である端子と反射像がほぼ一本の直線となる。すなわち、ほぼ一本の直線となるか、直線がはんだフィレットの暗部によって分割された状態となっているかで、はんだフィレットの有無を判定することができる。従って、はんだフィレットの有無によってはんだ上がり状態の良否を判定する場合には、特に判定を容易とすることができる。

ここで、はんだ付け時において、溶融はんだが基板の一面（溶融はんだと直接接触する面）側に接触してスルーホールを濡れ上がり、上記一面の裏面側に所謂上がり側のはんだフィレットを形成することが、基板のスルーホール壁面及び基板表面のスルーホール周囲に設けられたランドと電子部品の端子との間の、電気的・機械的な接続状態を確保するために重要である。従って、請求項２に記載のように、はんだフィレットは、プリント基板の、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面の裏面側に形成されるものであり、このはんだフィレットについてはんだ上がり状態を検査すれば良い。

尚、判定処理としては、公知の技術を採用することができる。例えば請求項３に記載のように、２値化処理を採用することができる。この場合、端子及び基板表面が明部（暗部）の場合、はんだフィレットは逆の暗部（明部）となるので、例えば暗画素数（明画素数）によって、はんだフィレットのはんだ上がり状態を判定することができる。尚、明暗（白黒）による２値化処理以外にもグレー処理や各画素のＲＧＢデータを利用したカラー処理を適用することもできる。また、画素数以外にも位置（座標）や平均輝度（濃度）等を判定要素として採用することが可能である。

次に、請求項４に記載の発明は、プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査装置であって、はんだフィレットが形成される部位及びその周囲を照らす光源と、はんだフィレット形成部位、はんだフィレットから露出する電子部品の端子、及びプリント基板の表面を撮像エリア内に含むように撮像する撮像手段と、撮像により得られた画像を所定処理し、はんだ付け状態の良否を判定する制御手段とを備え、光源と撮像手段とは、はんだフィレットが形成された状態で、撮像手段にて受光される、光源から照射された光のはんだフィレットによる第１の反射光の光量が、端子による第２の反射光及びプリント基板の表面による第３の反射光の光量よりも小さくなるように、互いの位置関係が設定され、第３の反射光は、光源から照射された光の端子による反射光がプリント基板の表面にて反射し、撮像手段にて受光されるものであり、撮像エリアに含まれるプリント基板の表面に、端子の長手方向に沿って端子の延長上に端子が映りこんだ反射像が形成され、制御手段は、各反射光の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

請求項５に記載のように、光源及び撮像手段は、プリント基板の、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面の裏面側に配置されることが好ましい。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

請求項６に記載の発明は、その作用効果が請求項３に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るはんだ付け状態検査装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るはんだ付け状態検査装置１００は、プリント基板１０に実装された端子挿入型電子部品２０（以下電子部品と示す）の、はんだ付け状態を検査するものである。すなわち、プリント基板１０を構成する基板１１に形成されたスルーホール１２に、電子部品の端子２０が挿通された状態で、基板表面のランド１３ａ上に良好なはんだフィレット３０が形成されているか否かを検査するものである。基板１１の構成材料としては、表面が光沢を有するものであれば特に限定されるものではない。本実施形態においては、合成樹脂から構成されている。

尚、図１においては、端子挿入型電子部品の端子のみを図示し、当該端子に符号２０を付与している。また、符号１１ａは、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面（以下基板表面１１ａと示す）、符号１１ｂは基板表面１１ａの裏面（以下基板裏面１１ｂと示す）、符号１３ｂは、ランド１３のうち、スルーホール壁面のランドを示す。

はんだ付け状態検査装置１００は、光源としての照明装置１１０、撮像手段としてのカメラ１２０、制御手段としての画像処理ユニット１３０、及び報知手段としての報知部１４０を備えている。

照明装置１１０は、はんだフィレット３０が形成される部位（言い換えれば形成されるべき部位）及びその周囲を照らすものである。光源の種類、形状等は特に限定されるものではない。本実施形態においてはＬＥＤ光源を採用し、はんだフィレット３０が形成される部位（以下はんだフィレット形成部位と示す）のうち、基板裏面１１ｂ側の部位及びその周囲を照らすように配置されている。

カメラ１２０は、はんだフィレット形成部位、はんだフィレット３０から露出する電子部品の端子２０、及びプリント基板１０の表面（本実施形態においては基板裏面１１ｂ）を撮像エリア内に含むように撮像するものである。本実施形態においては、撮像素子としてＣＣＤを備えたＣＣＤカメラを採用している。

また、照明装置１１０とカメラ１２０とは、はんだフィレット３０が形成された状態（言い換えれば形成されている状態）で、カメラ１２０にて受光される、照明装置１１０から照射された光のはんだフィレット３０による第１の反射光１１１（図１中の実線矢印）の光量が、電子部品の端子２０による第２の反射光１１２（図１中の破線矢印）及び基板裏面１１ｂによる第３の反射光１１３（図１中の２点鎖線矢印）の光量と比べて、小さくなるように互いの位置関係が設定されている。

言い換えれば、照明装置１１０から照射された光の、端子２０による反射光が基板裏面１１ｂにて反射され、第３の反射光としてカメラ１２０にて受光されるように設定されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、基板裏面１１ｂにおいて、端子２０の長手方向に沿って、端子２０の延長上に端子２０が映りこんだ反射像２１の形成部位を撮像エリアに含むように設定されている。尚、例えばスルーホール１２内におけるはんだ上がりが不十分で、図２（ｂ）に示すようにはんだフィレット３０が形成されない場合には、基板裏面１１ｂのスルーホール周囲から端子２０の反射像２１が形成される。すなわち、基板裏面１１ｂに露出する端子２０と反射像２１とが、あたかも連結したような構成となる。尚、図２は基板裏面１１ｂに形成される反射像２１を説明するための図であり、（ａ）ははんだフィレット３０あり、（ｂ）ははんだフィレット３０なしの状態を示している。

画像処理ユニット１３０は、カメラ１２０による画像データを所定処理し、はんだ付け状態の良否を判定するものである。本実施形態においては、上記した第１〜第３の反射光１１１〜１１３の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定する。具体的には、通常のコンピュータとして構成されており、内部には周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらの構成を接続するためのバスラインが備えられている。ＲＯＭには、画像処理ユニット１３０が実行するためのプログラムが書き込まれており、このプログラムに従ってＣＰＵ等が所定の演算処理を実行する。本実施形態に係る画像処理ユニット１３０は、機能部として、２値化処理部１３１、面積算出部１３２、判定部１３３、及び報知出力制御部１３４を備えている。

２値化処理部１３１は、カメラ１２０からの画像信号を読み込み、例えば予め記憶部（図示略）に記憶された所定の閾値を基準として、閾値よりも高い（明るい）部分は白、低い（暗い）部分は黒のいずれかの値をとるように、画像信号を２値化処理する部位である。これにより、画像信号は、アナログ信号からデジタル信号に変換される。

面積算出部１３２は、予め設定された検査領域内の白及び黒の少なくとも一方の画素数をカウントし、面積を算出する部位である。本実施形態においては、検査領域内における黒部分の画素数をカウントし、その面積を算出する。尚、上記検査領域は、撮像エリア全体であっても良いし、撮像エリアのうち、所謂検査ウインドウによって規定された所定領域内であっても良い。本実施形態に係るはんだ付け状態検査装置１００は、報知部１４０としてのモニタ画面上の検査したい部分に任意の検査ウインドウを設定することが可能であり、検査ウインドウが設定された場合には、面積算出部１３２は検査ウインドウが設定された領域内の白及び黒の少なくとも一方の画素数をカウントし、面積を算出する。

判定部１３３は、例えば予め記憶部に記憶された所定の閾値を基準として、面積算出部１３２により算出された面積が閾値以上であるかどうかを比較判定する部位である。そして、この判定結果に基づいて、報知出力制御部１３４は報知部１４０の出力を制御する。

報知部１４０は、判定部１３３からの判定信号に基づいて判定結果を外部に出力するものであり、例えばモニタ等の表示装置、警報音等を出力する音声出力装置（例えば、電子ブザー、ホーン等）、及びパトライト（登録商標）等を採用することができる。本実施形態においては、撮像された画像、２値化処理された画像、及び判定結果を表示するモニタと、はんだ付け不良の場合には警報音を出力する音声出力装置とを採用している。

次に、上記構成のはんだ付け状態検査装置１００によるはんだ付け状態の検査方法について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、画像処理ユニット１３０による制御内容の要部を示すフローチャートである。図４は、２値化画像データを示す図であり、（ａ）ははんだフィレット３０あり、（ｂ）ははんだフィレット３０なしの状態を示す。図４において、符号１３５の枠部は検査ウインドウを示している。図５は、はんだ付け状態を説明するための断面図であり、（ａ）は基板裏面１１ｂにはんだフィレット３０があり、（ｂ）は基板裏面１１ｂにはんだフィレット３０がない状態を示している。

先ず、上記したように、良好なはんだフィレット３０が形成されている状態で、カメラ１２０にて受光される、照明装置１１０から照射された光のはんだフィレット３０による第１の反射光１１１の光量が、電子部品の端子２０による第２の反射光１１２及び基板裏面１１ｂによる第３の反射光１１３の光量と比べて、小さくなるように、プリント基板１０に対する照明装置１１０とカメラ１２０の位置関係を設定する（図１，２参照）。この位置関係が保たれた状態で、照明装置１１０により照らされた基板裏面１１ｂにおけるはんだフィレット形成部位及びその周囲を、カメラ１２０により撮像する。

この撮像により得られた画像信号が画像処理ユニット１３０に入力されると、２値化処理部１３１は、画像信号を予め記憶部に記憶された所定の閾値を基準として、閾値よりも高い（明るい）部分は白、低い（暗い）部分は黒のいずれかの値をとるように２値化処理する（Ｓ１００）。これにより、画像信号は、アナログ信号からデジタル信号に変換される。尚、上記閾値は、例えば第１の反射光１１１の光量よりも大きく、第２、３の反射光１１２，１１３の光量よりも小さな値に設定されている。

次に、面積算出部１３２は、２値化処理された画像信号において、予め設定された検査領域（検査ウインドウ）内における黒部分の画素数をカウントし、その面積を算出する（Ｓ２００）。本実施形態においては、検査ウインドウ内に、はんだフィレット形成部位、基板裏面１１ｂに露出する端子２０、及び基板裏面１１ｂに映りこんだ端子２０の反射像２１を含むように設定されている。はんだフィレット３０が形成されている場合、図４（ａ）に示すように、端子２０と基板裏面１１ｂの反射像２１形成部位は白部分となり、はんだフィレット３０は黒部分となる。また、はんだフィレット３０が形成されていない場合、図４（ｂ）に示すように、端子２０と基板裏面１１ｂの反射像２１形成部位との間にはんだフィレット３０による黒部分が存在せず、端子２０と反射像２１の形成部位の白部分同士が、１本の繋がった略直線となる。このように本実施形態においては、白部分である端子２０と反射像２１形成部位の間に配置される、黒部分のはんだフィレット３０の状態を検査する。従って、はんだフィレット３０の位置を規定しやすい。例えばプリント基板１０の位置ずれ、照明装置１１０やカメラ１２０の光軸ずれ等が生じても、白部分の画素の総数は殆ど変化しないので、誤判定を低減することができる。

判定部１３３は、算出された黒色面積と予め記憶部に記憶された閾値とを比較し、黒色面積が閾値よりも大きい場合には、はんだ付け状態が良好であると判定し、黒色面積が閾値以下の場合には、はんだ付け状態が良好でない（すなわち不良である）と判定する（Ｓ３００）。この判定結果は、判定部１３３から報知出力制御部１３４に出力される。尚、上記閾値は、端子２０と反射像２１による白部分の間に黒部分が配置されていれば、図５（ａ）に示すように、基板裏面１１ｂに少なからずはんだフィレット３０が形成されており、はんだ付け状態が良好であると判定するように設定されている。尚、はんだフィレット３０のない（すなわちはんだ付け状態が良好でない）状態とは、図５（ｂ）に示すように、基板裏面１１ｂにおいて、スルーホール１２の肩部及び肩部に相当する端子２０の部位の少なくとも一方まではんだが上がっていない状態を示す。

そして、報知出力制御部１３４は報知部１４０の出力を制御し、報知部１４０は、はんだ付け状態が良好の場合には良品報知（Ｓ４００）を、はんだ付け状態が不良の場合には不良品報知（Ｓ５００）をする。以上の各ステップは、画像処理ユニット１３０の電源がＯＮの状態で、画像信号が画像処理ユニット１３０に入力される毎に繰り返される。

このように本実施形態に係るはんだ付け状態検査装置１００及びはんだ付け状態検査方法によれば、はんだフィレット３０の形成状態、すなわちはんだ上がり状態を検査することができる。

尚、本実施形態においては、黒部分の画素数（面積）によって、はんだ付け状態を判定する例を示した。しかしながら、上記実施形態において示したように、基板裏面１１ｂに形成される反射像２１は、端子２０の長手方向に沿って端子２０の延長上に形成される。すなわち、例えばはんだフィレット３０が存在しない場合には、白部分である端子２０と反射像２１がほぼ一本の直線となる。従って、２値化処理された画像データにおいて、白部分がほぼ一本の直線となるか、はんだフィレット３０の黒部分によって分割された状態となっている（白部分の間に黒部分がある）かで、はんだフィレット３０の有無（言い換えればはんだ付け状態）を判定することも可能である。この場合、判定処理を簡素化することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。

本実施形態において、画像処理ユニット１３０が、画像データを白か黒かの２値化処理し、所定の検査領域の黒部分の画素数を算出し、閾値と比較して判定する例を示した。しかしながら、白部分の画素数を算出し、閾値と比較することではんだ付け状態を判定するようにしても良い。また、画素数（面積）以外にも、寸法、位置（座標）、平均輝度（濃度）等を判定要素として採用することもできる。また、白黒２値化処理以外にもグレー処理や各画素のＲＧＢデータを利用したカラー処理を採用することもできる。各反射光１１１１〜１１３の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定するものであれば良い。

本実施形態においては、プリント基板１０の、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面の裏面１１ｂに形成される所謂上がり側のはんだフィレット３０についてはんだ上がり状態を検査する例を示した。しかしながら、本発明は、プリント基板１０のいずれの表面に形成されるはんだフィレット３０に対しても適用することができる。

本実施形態において、照明装置１１０とカメラ１２０とは、はんだフィレット３０が形成された状態で、カメラ１２０にて受光される、照明装置１１０から照射された光のはんだフィレット３０による第１の反射光１１１の光量が、端子２０による第２の反射光１１２及び基板裏面１１ｂによる第３の反射光１１３の光量と比べて、小さくなるように互いの位置関係が設定される例を示した。しかしながら、第１の反射光の光量１１１が、第２の反射光１１２及び第３の反射光１１３の光量と比べて、大きくなるように互いの位置関係が設定されても良い。この場合も、光量差に基づいて、はんだ付け状態を判定することができる。

本実施形態においては、はんだフィレット３０の有無によって、はんだ付け状態が良好であるか不良であるかを判定する例を示した。しかしながら、判定部１３３による判定に適用される閾値を適宜設定することで、はんだフィレット３０が形成される場合であっても、その形成状態（例えばランド１３ａ上に形成されている範囲）によってはんだ付け状態が良好であるか不良であるかを判定するようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るはんだ付け状態検査装置の概略構成を示す図である。 基板裏面に形成される反射像を説明するための図であり、（ａ）ははんだフィレットあり、（ｂ）ははんだフィレットなしの状態を示している。 画像処理ユニットによる制御内容の要部を示すフローチャートである。 ２値化画像データを示す図であり、（ａ）ははんだフィレットあり、（ｂ）ははんだフィレットなしの状態を示す。 はんだ付け状態を説明するための断面図であり、（ａ）は基板裏面にはんだフィレットがあり、（ｂ）は基板裏面にはんだフィレットがない状態を示している。

符号の説明

１０・・・プリント基板
１１・・・基板
１１ｂ・・・基板裏面
１２・・・スルーホール
１３・・・ランド
２０・・・端子（電子部品）
２１・・・反射像
３０・・・はんだフィレット
１００・・・はんだ付け状態検査装置
１１０・・・照明装置（光源）
１１１・・・第１の反射光
１１２・・・第２の反射光
１１３・・・第３の反射光
１２０・・・カメラ（撮像手段）
１３０・・・画像処理ユニット（制御手段）

Claims (6)

1. プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査方法であって、
   はんだフィレットが形成される部位及びその周囲を光源によって照らした状態で、前記はんだフィレット形成部位、前記はんだフィレットから露出する前記電子部品の端子、及び前記プリント基板の表面を撮像エリア内に含むように撮像手段によって撮像するものであり、
   前記光源と前記撮像手段とは、前記はんだフィレットが形成された状態で、前記撮像手段にて受光される、前記光源から照射された光の前記はんだフィレットによる第１の反射光の光量が、前記端子による第２の反射光及び前記プリント基板の表面による第３の反射光の光量よりも小さくなるように、互いの位置関係が設定され、
   前記第３の反射光は、前記光源から照射された光の前記端子による反射光が前記プリント基板の表面にて反射し、前記撮像手段にて受光されるものであり、前記撮像エリアに含まれる前記プリント基板の表面に、前記端子の長手方向に沿って前記端子の延長上に前記端子が映りこんだ反射像が形成され、
   前記各反射光の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定することを特徴とするはんだ付け状態検査方法。
2. 前記はんだフィレットは、前記プリント基板の、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面の裏面側に形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け状態検査方法。
3. 前記各反射光の光量差に基づいて、２値化処理することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のはんだ付け状態検査方法。
4. プリント基板に実装された端子挿入実装型の電子部品の、はんだ付け状態を検査するはんだ付け状態検査装置であって、
   はんだフィレットが形成される部位及びその周囲を照らす光源と、
   前記はんだフィレット形成部位、前記はんだフィレットから露出する前記電子部品の端子、及び前記プリント基板の表面を撮像エリア内に含むように撮像する撮像手段と、
   前記撮像により得られた画像を所定処理し、はんだ付け状態の良否を判定する制御手段とを備え、
   前記光源と前記撮像手段とは、前記はんだフィレットが形成された状態で、前記撮像手段にて受光される、前記光源から照射された光の前記はんだフィレットによる第１の反射光の光量が、前記端子による第２の反射光及び前記プリント基板の表面による第３の反射光の光量よりも小さくなるように、互いの位置関係が設定され、
   前記第３の反射光は、前記光源から照射された光の前記端子による反射光が前記プリント基板の表面にて反射し、前記撮像手段にて受光されるものであり、前記撮像エリアに含まれる前記プリント基板の表面に、前記端子の長手方向に沿って前記端子の延長上に前記端子が映りこんだ反射像が形成され、
   前記制御手段は、各反射光の光量差に基づいて、はんだ付け状態の良否を判定することを特徴とするはんだ付け状態検査装置。
5. 前記光源及び前記撮像手段は、前記プリント基板の、はんだ付け時に溶融はんだと直接接触する面の裏面側に配置されることを特徴とする請求項４に記載のはんだ付け状態検査装置。
6. 前記制御手段は、前記各反射光の光量差に基づいて、２値化処理することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のはんだ付け状態検査装置。

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