JP4617998B2 - 不良要因分析システム - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板の浮き不良の発生原因を分析するための技術に関する。

プリント基板の実装密度は、プリント基板の表面にチップ部品などの電子部品を直接半田付けする表面実装技術（ＳＭＴ；Surface Mount Technology、面実装技術とも言う）の登場と、電子部品の小型化によって飛躍的に向上した。プリント基板の実装密度向上は、電子機器製品の小型化に大きく貢献している。表面実装技術方式では、プリント基板の電極部（ランド）にペースト状の半田（半田ペースト）をスクリーン印刷し、チップマウンタと一般に呼ばれる部品実装装置で電子部品をプリント基板上に装着して、リフロ炉と一般に呼ばれる高温炉内で２５０℃程度に加熱することにより、半田ペーストを溶着させ、電子部品をプリント基板表面に半田付けする。

リフロ後のプリント基板を検査する基板検査装置では、半田フィレットの形状から半田付けの良し悪し、つまりは各電子部品の半田実装品質を把握することが出来る。ただし、基板検査装置から得られる検査結果だけでは、結果として半田実装品質がどうであったかということしか知ることが出来ないので、製造現場ではなぜそのような結果となったのかを知るために、その結果に至る過程からその原因について探り、実装品質が向上する対策（対処方法）の実施について日々努力を重ねてきた。

ところが、電子部品が小型化し、実装密度の向上に合わせて求められる技術的難易度も高くなる中で、製造現場で発生する不良のすべてが製造起因であるとも一概に言い切れないようになってきている。

そこで、特許文献１のように、ＣＡＤ装置から取得した設計値を、不良率／故障率についての評価結果に基づいてシミュレーションする技術が提案されている。このように、プリント基板の設計値をシミュレーションする手法は数多く提案されているが、この手法には、机上のシミュレーションではあらかじめ想定できる事象にしか対処できない（言い換えれば、想定外の事象には何ら対処できない）という致命的欠点がある。製造現場には常になんらかの不確定要素が潜んでおり、机上の計算では想定し得ないバラツキや不良が発生するのが通例である。事実、シミュレーションのみで品質改善できた事例はほとんどないと言える。特にその光景を目の当たりにしている製造現場では、シミュレーションは使い物にならない、という意識が強い。

また特許文献２では、基板検査装置で発生した不良項目について、あらかじめ用意した情報テーブルを参照し、不良項目に関連するチェック項目を設計部門にフィードバックする技術が開示されている。しかし、不良には製造起因のものと設計起因のものがあり、製造現場で発生した不良に対して何でもかんでも設計で対応すればよいというものではない。しかも、あらかじめ用意された情報テーブルを参照するだけでは、日々進化している製造現場に対応しきれないという問題もある。

また特許文献３では、生プリント基板を撮像した撮像画像からランドの重心位置を示す位置情報を求め、半田ペースト印刷後のプリント基板を撮像した撮像画像から半田ペーストの重心位置を示す位置情報を求め、これら２つの位置情報の中点に部品を実装する搭載点を設定するように部品実装装置の実装条件を調整する技術が開示されている。なお、同文献には、プリント基板・電子部品・半田ペーストの種類の組合せに応じて、搭載点をいずれかの重心位置側に偏った位置に設定する場合には、搭載点の位置と実装不良の発生度
合との関係をあらかじめ条件出ししておき、全体としての実装不良の発生が最も少なくなるような位置に搭載点を設定する旨が記載されている。つまり、画像から抽出している情報は、ランドに対する半田ペーストと電子部品の相対的ズレ量でしかない。

また特許文献４では、監視項目の警告基準との比較結果に基づいて不良要因に関する各工程の相関を分析して、印刷工程、部品実装工程およびリフロ工程の少なくともいずれかに動作制御指示を出力して動作状態を変更する技術が開示されている。しかし、この技術を用いると、品質を左右する各工程の設定値が自動的に（つまり、作業者や管理者の知らぬ間に）変更されてしまう。各工程が完全に自動化・無人化されていないにもかかわらず、個々の装置の設定値が勝手に変更されてしまうような仕組みでは、品質を管理（コントロール）するどころか、むしろ品質の不安定を招きかねない。そもそも品質がコントロールできないものをＱＣ（Quality Control）とは言えない。同技術を複数の生産ラインに
適用した特許文献５の仕組みも同様の問題を抱える。
特開平９−３３０３４２号公報 特開平１１−３３０７８４号公報 特開２００３−２２９６９９号公報 特開平８−１８２８６号公報 特開平６−１１２２９５号公報

言うなれば、品質は基本的に製造現場で作り込まれるものであり、また作り込まれるべきものである。製造工程で発生した不良は、まず製造現場で対処可能か否かの見極めをすることが重要であり、製造現場で対処可能なものならば、それに対して徹底的な不具合対策することで迅速なる対処が可能となる。

とはいえ、製造現場で対処可能かどうかわからない不良に対して労力をつぎ込むことは、非効率的である。膨大な製造条件を試行錯誤的に調整した挙げ句、品質の改善がみられないとなれば、費やした時間と労力が無駄に終わる結果となるからである。

すなわち、効率的な品質管理を実現する上で必要なのは、発生した不良の原因を特定するとともに、その不良が製造現場で対処可能なものか否かを適切に判断するための仕組みであると言える。

ところが、これまでは、不良の原因がどこにあるかという見極めや製造現場で対処可能な不良か否かの見極めは、製造現場を支える熟練者の勘と経験に頼るところが大きく、品質を作り込むためにその見極めを支援するような道具（ツールとなるシステム）は存在していなかった。さらに、製造現場にとって必要なのはいきなり不具合対策を示すことではなく、不具合の状況を現物から確認することがまず重要であるにも関わらず、そのような仕組みを実現するシステムは存在しなかった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プリント基板に浮き不良が発生した場合に、その不良の発生原因の特定を支援して、効率的な不具合対策・品質管理を実現するための技術を提供することにある。

半田付け後に現れる不良には、浮き（部品の電極が半田から浮いていること）、ブリッジ（部品の電極間を短絡するように半田が付着すること）、ぬれ不足（半田とランド、又は、半田と部品の電極との接合に不具合があること）、ずれ（部品や半田がランドからずれていること）、半田過多、半田不足、部品欠落（部品が存在しないこと）など、多くの
種類がある。そして、これらの不良の原因となる事象も多種多様であり、例えば、配線パターンの配置、シルクとランドの距離、ランドサイズ、スルーホールの配置などのプリント基板自体に内在する事象もあれば、半田ペースト量の過不足、印刷位置のずれ、半田量や半田面積のバランスなどの半田印刷工程で生じる事象や、部品実装位置のばらつき、欠品、押し込み量不足などの部品実装（マウント）工程で生じる事象もある。どの事象がどの不良に結びつくかというのは経験的もしくは理論的にある程度推測することはできるが、逆に、発生した不良からその原因事象を特定するのは極めて難しい。発生度合の大小はあれ、製造の各工程で生じた複数の事象が互いに影響を及ぼし合って最終的に不良として発露するのが通例だからである。

したがって、ＣＡＤ情報のみに基づくシミュレーション、あるいは、半田付け後の検査結果のみに基づく原因推定といった従来手法では、発生した不良の真の原因を特定することは難しく、もちろんその不良を解決するための有効な対策を正確に導き出すことも困難である。

この点につき、本発明者らは鋭意検討を重ね、次のような着想を得た。すなわち、半田付け後の検査で不良が発見された場合に、その不良が生じた基板、部品もしくは半田が各工程でどのような状態にあったかということを再度トレースし、各工程で不良に結びつくような事象が発生しているかどうかをその発生度合や事象の組み合わせを含めて分析すれば、不良の原因を高い蓋然性で突き止めることができる。そして、不良の原因事象が正確に特定されれば、その事象の発生を抑えるための対策（例えば、製造条件の条件値の調整、設計変更など）をたてることも、その対策をとるべき部門や工程を特定することも容易になり、効率的な品質管理を実現することができる。さらには、不良の原因を特定することができない場合には、不良の原因でないということが判明した事象を提示するだけでも、現場での作業負荷を減らすのに非常に有益な情報となる。このとき、原因事象を特定した根拠、あるいは、原因事象でないと判断した根拠を一緒に提示すれば、さらに有益である。

ここで重要なのは、不良が生じた基板、部品もしくは半田の状態、つまり現物の状態を過去の工程にさかのぼって分析する点にある。これを実現すべく、本発明では、半田付けの一連の工程の中で、少なくとも半田印刷工程、部品実装工程およびリフロ工程の各工程においてプリント基板を撮像し、それらの撮像画像を記憶しておく。そして、浮き不良が発生した場合には、各工程における撮像画像を照合することにより原因事象の分析や対策の決定を行うのである。

以下、本発明の具体的な構成を述べる。

本発明に係る分析要因システムは、撮像手段、画像記憶手段、検査手段、原因分析手段、出力手段を備える。これらの手段は、情報処理装置が、プログラムに従って、撮像装置、記憶装置、出力装置（表示装置）などのハードウェア資源を制御・利用することにより実現されるものである。

撮像手段は、プリント基板に部品を半田付けする一連の工程の中で、少なくとも半田印刷工程、部品実装工程およびリフロ工程の各工程においてプリント基板を撮像する。つまり、少なくとも、半田印刷後の撮像画像、部品実装後の撮像画像、リフロ後の撮像画像が取得される。これら各工程における撮像画像は、互いに関連付けられ、画像記憶手段に蓄積される。そして、検査手段が、リフロ工程の撮像画像から浮き不良を検査する。浮き不良が検出された場合、原因分析手段が浮き不良の発生原因を分析する。

本発明の第１態様では、原因分析手段は、部品実装工程の撮像画像から半田にじみの有
無を判定し、半田にじみが有る場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多であると特定して、特定された発生原因を出力手段に出力する。

この原因分析は、半田ペースト量が過多の場合に、部品実装時に部品電極と半田との接触状態に偏りが生じ、浮き不良に結びつく可能性が高い、という知見に基づくものである。なお、半田ペースト量の過多は、半田印刷工程で発生する事象であるにもかかわらず、半田印刷工程の撮像画像からでは判定が難しい。半田ペースト量の多少は半田の面積でなく厚みに現れるため、外観から判別しづらいからである。そこで、本発明では、半田ペースト量が過多の場合に部品実装工程にて半田にじみが発生する可能性が高い、という知見に基づき、半田にじみの有無により半田ペースト量の過多を判定することにした。半田にじみとは、部品実装時に半田がつぶれてランドの外にはみ出す現象をいう。

ここで、半田にじみが無い場合には、原因分析手段が、半田印刷工程の撮像画像から部品両端の半田面積を算出し、部品両端の半田面積の差異が所定値以上の場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田面積のアンバランスであると特定して、特定された発生原因を出力手段に出力するとよい。

この原因分析は、半田面積のアンバランスが部品電極と半田との接触面積の偏りを生み、浮き不良に結びつく可能性が高い、という知見に基づくものである。半田面積は、エッジ抽出などの画像処理によって自動的に算出可能であるし、ユーザに画像上で半田のエッジを入力させることで算出してもよい。

さらに、部品両端の半田面積の差異が所定値未満の場合に、原因分析手段が、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではないと判断して、発生原因が半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではない旨を、そのように判断した根拠とともに出力手段に出力するとよい。

これにより、ユーザは、浮き不良の原因が少なくとも半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスにないことがわかる。しかも、そのように判断した根拠も併せて提示されるので、ユーザはシステムの分析結果を安心して信用することができる。システムによる原因特定が行えなかった場合、ユーザの試行錯誤による不良改善作業に頼らざるを得ないが、上記のように不良原因でないものがわかっているだけでも、試行錯誤の範囲や回数を削減でき、作業負担が大幅に軽減されると期待できる。

本発明の第２態様では、原因分析手段は、半田印刷工程における撮像画像と部品実装工程における撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ量およびズレ方向を算出し、相対ズレ量が所定値以上であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレであると特定し、特定された発生原因を前記出力手段に出力する。

この原因分析は、部品と半田がずれている場合に、部品電極と半田との接触面積に偏りが生じ、浮き不良に結びつく可能性が高い、という知見に基づくものである。部品実装位置のずれが生じる可能性は比較的低いため、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではないと判断した場合に、上記第２態様の原因分析処理を行うようにしてもよい。

ここで、相対ズレ量が所定値未満であるか、若しくは、部品のズレ方向先端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレではないと判断し、発生原因が半田と部品の相対ズレではない旨を、そのように判断した根拠とともに前記出力手段に出力するとよい。

本発明の第３態様では、原因分析手段は、部品両端のランドのサイズ及び配列方向から半田溶解開始タイミングにズレがあるか否か判定し、半田印刷工程の撮像画像と部品実装工程の撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ方向を算出し、半田溶解開始タイミングが遅い側であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレ（熱分布の偏り）であると特定し、特定された発生原因を前記出力手段に出力する。

この原因分析は、半田溶解開始タイミングに大きな偏りがあると、浮き不良に結びつく可能性が高い、という知見に基づく。このとき、部品のズレ方向も判断材料としているのは、原因分析の信頼性を向上するためである。

半田溶解開始タイミングとは、リフロ工程において半田が溶解しはじめるタイミングである。ランドサイズが大きいほど溶解開始タイミングは遅れる。ここで言うところのランドサイズとは、実際に半田が付着する部分（基板表面に露出している部分）のみならず、グランドとして基板内部に隠れている部分も含む。ランドサイズは当該基板のＣＡＤ情報から取得可能である。ランドの配列方向は、リフロ装置に導入される順番に関係する。つまり、リフロ装置への導入方向（単に、リフロ方向という）と配列方向とが一致するときは、リフロ方向後端側のランドのほうがリフロ装置への導入が遅れるため、溶解開始タイミングにも遅れが生じる。リフロ方向と配列方向とが直交しているときは、両方のランドが同時にリフロ装置に導入され、溶解開始タイミングにズレが生じにくい、といえる。ランドの配列方向は撮像画像もしくはＣＡＤ情報から取得可能である。

第３態様においても同様に、半田溶解開始タイミングが早い側、若しくは、部品のズレ方向先端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレではないと判断し、発生原因が半田溶解開始タイミングのズレではない旨を、そのように判断した根拠とともに前記出力手段に出力するとよい。

さらに、上記各態様において、浮き不良の発生原因とその対策とを関連付けて記憶する対策記憶手段をさらに備え、前記原因分析手段は、前記対策記憶手段から前記特定された発生原因の対策を取得し、その対策を前記出力手段に出力するとよい。また、前記原因分析手段は、浮き不良の発生原因を特定した根拠を前記出力手段に出力することも好ましい。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する不良要因分析システムとして捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む不良要因分析方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、プリント基板に浮き不良が発生した場合に、その不良の発生原因の特定を支援して、効率的な不具合対策・品質管理を実現することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

本発明の実施形態に係る不良要因分析システムは、プリント基板に電子部品を半田付けする表面実装フローにおいて不良が発生した場合に、その不良の発生要因を自動的もしくは半自動的に分析・特定することで、現場作業者の不具合対策や品質管理の効率化を支援するものである。このシステムは、本生産に入る前の生産立ち上げ／量産試作時における
製造条件（表面実装に関する製造条件という意味で「ＳＭＴ条件」とよぶこともある。）の調整、あるいは、本生産時におけるリアルタイムの不具合対策・品質管理に利用される。

＜システム構成＞
図１は、不良要因分析システムの構成を示している。このシステムは、概略、情報処理装置１、基板受入検査装置２、半田印刷検査装置３、部品マウント検査装置４、基板検査装置５から構成されている。これらの装置、端末間は、ＬＡＮ（Local Area Network）などの電気通信回線で接続されており、相互にデータを送受信することが可能である。

情報処理装置１は、汎用的なコンピュータにより構成されるものであって、不良要因分析システムを構成する各装置を統括制御する役割を担っている。また、本実施形態では、情報処理装置１を製造現場に設置することで、情報処理装置１を製造部門端末としても利用している。なお、情報処理装置１の設置場所と製造現場とが離れている場合には、情報処理装置１とは別に製造現場に製造部門端末を設置するとよい。また、製造工程ごとに端末を設置したり、設計現場に端末６を設置したりすることも好ましい。

基板受入検査装置２、半田印刷検査装置３、部品マウント検査装置４は、それぞれ、基板受入工程、半田印刷工程、マウント工程において中間検査を実行する装置である。基板受入検査装置２は、プリント基板受入装置（不図示）と半田ペースト印刷装置７の間に設置されており、主に、半田ペースト印刷装置７に導入される生プリント基板を撮像する機能と、その画像からプリント基板の不具合を検査する機能とを有する。半田印刷検査装置３は、半田ペースト印刷装置７と電子部品マウント装置８の間に設置されており、主に、半田ペースト印刷後のプリント基板を撮像する機能と、その画像から半田ペーストの不具合を検査する機能とを有する。また、部品マウント検査装置４は、電子部品マウント装置８とリフロ装置９の間に設置されており、主に、電子部品実装後のプリント基板を撮像する機能と、その画像から部品実装の不具合を検査する機能とを有する。

基板検査装置５は、リフロ工程の撮像画像（半田付け後の撮像画像）から半田実装品質の最終検査を行う検査手段である。基板検査装置５は、リフロ装置９の下流側に設置されている。本実施形態の基板検査装置５は、いわゆるカラーハイライト方式を採用している。カラーハイライト方式とは、互いに入射角の異なる複数の光源（例えば、赤、緑、青の３色光）で基板を照射し、その反射光を撮像することで、半田の三次元形状（フィレット形状）を疑似カラー像として取得し、半田付け不良の有無やその不良の種類を検査する技術である。

＜表面実装フローの説明＞
では、表面実装フローの各工程で用いられる製造装置および検査装置の構成と、各工程での処理について、図面を参照して詳しく説明する。

（１）受入工程
図２は、プリント基板受入装置と基板受入検査装置２の機能構成を示している。図２に示す機能は、それぞれの装置の制御回路がプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。

プリント基板受入装置は、生プリント基板が準備されたプリント基板搬入部から生プリント基板を表面実装フロー内に導入する装置であって、図２に示すように、指示情報受付機能１００と基板搬入機能１０１とを備える。また、基板受入検査装置２は、導入された生プリント基板を撮像・記録するための機能として、ＣＡＤ情報読込機能２００、ＸＹステージ操作機能２０１、基板識別コード発行機能２０２、撮像機能２０３、基板識別コー
ド付与機能２０４、基板搬送機能２０５、画像書込機能２０６、情報伝達機能２０７、受入工程撮像画像情報ＤＢ２０８を備える。

図３のフローチャートに沿って、受入工程での処理の流れを説明する。

プリント基板受入装置の指示情報受付機能１００は、表面実装フロー開始を指示する指示情報が入力されるまで待ち状態にある（ステップＳ１００；ＮＯ、ステップＳ１０１）。外部機器（製造部門端末や前工程の装置）から指示情報を受信するか、プリント基板受入装置の情報入力部の操作により指示情報が入力されると、指示情報受付機能１００は、指示情報に含まれる基板情報（型番）と数量を認識し、基板搬入機能１０１および基板受入検査装置２に必要な情報を送る（ステップＳ１００；ＹＥＳ）。

基板搬入機能１０１は、プリント基板搬入部から１枚ずつ生プリント基板を搬入し、それをＸＹステージ上にセットする（ステップＳ１０２）。ＸＹステージは、Ｘ、Ｙの２方向（２次元）の移動が可能な基板載置テーブルである。基板受入検査装置２では、ＸＹステージ上にプリント基板が搬入される度に、基板識別コード発行機能２０２により当該プリント基板用に基板識別コードが発行される（ステップＳ１０３）。基板識別コードは、個々の基板を特定するための識別情報である。

一方、ＣＡＤ情報読込機能２０２は、指示情報で指定された型番に基づいて、情報処理装置１のＣＡＤ情報記憶部１０３からこのプリント基板に対応するＣＡＤ情報を読み込んでおく（ステップＳ１０４）。

ＸＹステージ操作機能２０１は、読み込まれたＣＡＤ情報から基板の寸法、形状、部品の配置などの情報を得て、基板がカメラの撮像位置に位置合わせされるようにＸＹステージを操作する（ステップＳ１０５）。そして、撮像機能２０３がＸＹステージの操作に同期してカメラおよび照明を制御し、プリント基板を撮像する（ステップＳ１０６）。なお、プリント基板全体を一回で撮像できない場合には、ＸＹステージを操作して複数回に分けて撮像すればよい。

次に、基板識別コード付与機能２０４が、撮像画像に基板識別コードを付与する（ステップＳ１０７）。そして、画像書込機能２０６が、撮像画像を基板識別コードおよびＣＡＤ情報とともに受入工程撮像画像情報ＤＢ２０８に格納する（ステップＳ１０８）。これにより、個々の基板の受入工程での状態（生プリント基板の状態）が画像として記録されることになる。

その後、情報伝達機能２０７が指示情報とともに基板識別コードなどの基板に関する情報を次工程の半田ペースト印刷装置７に送信し（ステップＳ１０９）、基板搬送機能２０５が撮像済みのプリント基板を半田ペースト印刷装置７に搬送し（ステップＳ１１０）、受入工程が完了する。なお、指示情報にて２以上の数量が指定されている場合には、上述した処理が指定数量分繰り返される。

（２）半田印刷工程
図４は、半田ペースト印刷装置７と半田印刷検査装置３の機能構成を示している。図４に示す機能は、それぞれの装置の制御回路がプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。

半田ペースト印刷装置７は、スクリーン印刷によってプリント基板上に半田ペーストを印刷する装置であって、図４に示すように、指示情報受付機能７００、基板搬入機能７０１、印刷条件読込機能７０２、半田ペースト印刷機能７０３を備える。また、半田印刷検
査装置３は、半田ペースト印刷後のプリント基板を撮像・記録するための機能として、ＣＡＤ情報読込機能３００、ＸＹステージ操作機能３０１、撮像機能３０２、基板識別コード付与機能３０３、基板搬送機能３０４、画像書込機能３０５、情報伝達機能３０６、印刷工程撮像画像情報ＤＢ３０７を備える。

図５のフローチャートに沿って、半田印刷工程での処理の流れを説明する。

半田ペースト印刷装置７の指示情報受付機能７００は、前工程から、指示情報とともに基板に関する情報が入力されるまで待ち状態にある（ステップＳ２００；ＮＯ、ステップＳ２０１）。基板受入検査装置２から指示情報等を受信すると、指示情報受付機能７００は、指示情報に含まれる型番と数量を認識し、基板搬入機能７０１、印刷条件読込機能７０２および半田印刷検査装置３に必要な情報を送る（ステップＳ２００；ＹＥＳ）。

印刷条件読込機能７０２は、指示情報で指定された型番に基づいて、ＳＭＴ情報記憶部１０４からこのプリント基板に対応する印刷条件を読み込む（ステップＳ２０２）。印刷条件には、スキージ速度、スキージ印圧、版離れ速度などのＳＭＴ条件が含まれている。

なお、ＳＭＴ情報記憶部１０４は、表面実装フローの各工程における各種ＳＭＴ条件（製造条件）が格納されている製造条件記憶手段である。ここでは、半田印刷工程に関するＳＭＴ条件を「印刷条件」、マウント工程に関するＳＭＴ条件を「実装条件」、リフロ工程に関するＳＭＴ条件を「リフロ条件」とよぶ。本実施形態では、情報処理装置１内にＳＭＴ情報記憶部１０４が設けられており、情報処理装置１が各種ＳＭＴ条件を統括的に管理している。ただし、この構成に限らず、各工程の製造装置内にそれぞれＳＭＴ情報記憶部を設ける構成でもよい。

基板搬入機能７０１は、基板受入検査装置２から受け取ったプリント基板を搬入し、それをＸＹステージ上にセットする（ステップＳ２０３）。そして、半田ペースト印刷機能７０３が、ステップＳ２０２で読み込んだ印刷条件に基づいてプリント基板に半田ペーストを印刷する（ステップＳ２０４）。

一方、半田印刷検査装置３では、ＣＡＤ情報読込機能３００が、指示情報で指定された型番に基づいて、ＣＡＤ情報記憶部１０３からこのプリント基板に対応するＣＡＤ情報を読み込む（ステップＳ２０５）。

ＸＹステージ操作機能３０１は、読み込まれたＣＡＤ情報から基板の寸法、形状、部品の配置などの情報を得て、基板がカメラの撮像位置に位置合わせされるようにＸＹステージを操作する（ステップＳ２０６）。そして、撮像機能３０２がＸＹステージの操作に同期してカメラおよび照明を制御し、半田ペースト印刷後のプリント基板を撮像する（ステップＳ２０７）。なお、プリント基板全体を一回で撮像できない場合には、ＸＹステージを操作して複数回に分けて撮像すればよい。

次に、基板識別コード付与機能３０３が、撮像画像に基板識別コードを付与する（ステップＳ２０８）。そして、画像書込機能３０５が、撮像画像を基板識別コードおよびＣＡＤ情報とともに印刷工程撮像画像情報ＤＢ３０７に格納する（ステップＳ２０９）。これにより、個々の基板の半田印刷工程での状態（半田ペースト印刷後の状態）が画像として記録されることになる。

その後、情報伝達機能３０６が指示情報とともに基板識別コードなどの基板に関する情報を次工程の電子部品マウント装置８に送信し（ステップＳ２１０）、基板搬送機能３０４が撮像済みのプリント基板を電子部品マウント装置８に搬送し（ステップＳ２１１）、
半田印刷工程が完了する。なお、指示情報にて２以上の数量が指定されている場合には、上述した処理が指定数量分繰り返される。

（３）マウント工程（部品実装工程）
図６は、電子部品マウント装置８と部品マウント検査装置４の機能構成を示している。図６に示す機能は、それぞれの装置の制御回路がプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。

電子部品マウント装置８は、プリント基板上に電子部品を実装（半田ペースト上に電子部品を載置）する装置であって、図６に示すように、指示情報受付機能８００、基板搬入機能８０１、ＣＡＤ情報読込機能８０２、ＸＹステージ操作機能８０３、実装条件読込機能８０４、部品実装機能８０５を備える。また、部品マウント検査装置４は、部品実装後のプリント基板を撮像・記録するための機能として、撮像機能４００、基板識別コード付与機能４０１、基板搬送機能４０２、画像書込機能４０３、情報伝達機能４０４、マウント工程撮像画像情報ＤＢ４０５を備える。

図７のフローチャートに沿って、マウント工程での処理の流れを説明する。

電子部品マウント装置８の指示情報受付機能８００は、前工程から、指示情報とともに基板に関する情報が入力されるまで待ち状態にある（ステップＳ３００；ＮＯ、ステップＳ３０１）。半田印刷検査装置３から指示情報等を受信すると、指示情報受付機能８００は、指示情報に含まれる型番と数量を認識し、以下の処理を実行する。

実装条件読込機能８０４は、指示情報で指定された型番に基づいて、ＳＭＴ情報記憶部１０４からこのプリント基板に対応する実装条件を読み込む（ステップＳ３０２）。実装条件には、マウンタのオフセット値、部品の押し込み量、マウンタの移動速度などが含まれている。

基板搬入機能８０１は、半田印刷検査装置３から受け取ったプリント基板を搬入し、それをＸＹステージ上にセットする（ステップＳ３０３）。ＣＡＤ情報読込機能８０２が、型番に基づいて、ＣＡＤ情報記憶部１０３からこのプリント基板に対応するＣＡＤ情報を読み込む（ステップＳ３０４）。ＣＡＤ情報には、基板に配置すべき部品の種類（部品種）や位置情報（基板上の座標とロケーションＩＤ）が含まれている。ＸＹステージ操作機能８０３がＣＡＤ情報に基づいてＸＹステージを操作するとともに（ステップＳ３０５）、部品実装機能８０５が実装条件に従ってマウンタを操作して、プリント基板上に複数の電子部品を実装する（ステップＳ３０６）。そして、撮像機能４００がＸＹステージの操作に同期してカメラおよび照明を制御し、実装された電子部品を撮像する（ステップＳ３０７）。

次に、基板識別コード付与機能４０１が、撮像画像に基板識別コードを付与する（ステップＳ３０８）。そして、画像書込機能４０３が、撮像画像を基板識別コードおよびＣＡＤ情報とともにマウント工程撮像画像情報ＤＢ４０５に格納する（ステップＳ３０９）。これにより、個々の基板のマウント印刷工程での状態（部品実装後の状態）が画像として記録されることになる。

その後、情報伝達機能４０４が指示情報とともに基板識別コードなどの基板に関する情報を次工程のリフロ装置９に送信し（ステップＳ３１０）、基板搬送機能４０２が撮像済みのプリント基板をリフロ装置９に搬送し（ステップＳ３１１）、マウント工程が完了する。なお、指示情報にて２以上の数量が指定されている場合には、上述した処理が指定数量分繰り返される。

（４）リフロ工程
図８は、リフロ装置９と基板検査装置５の機能構成を示している。図８に示す機能は、それぞれの装置の制御回路がプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。

リフロ装置９は、半田ペーストを加熱溶融することにより電子部品を半田接合する装置であって、図８に示すように、指示情報受付機能９００、基板搬入機能９０１、リフロ条件読込機能９０２、リフロ機能９０３を備える。また、基板検査装置５は、ＣＡＤ情報読込機能５００、ＸＹステージ操作機能５０１、撮像機能５０２、基板識別コード付与機能５０３、検査プログラム読込機能５０４、検査プログラム記憶部５０５、検査機能５０６、検査結果書込機能５０７、基板検査撮像画像情報ＤＢ５０８、基板搬送機能５０９を備える。

図９のフローチャートに沿って、リフロ工程での処理の流れを説明する。

リフロ装置９の指示情報受付機能９００は、前工程から、指示情報とともに基板に関する情報が入力されるまで待ち状態にある（ステップＳ４００；ＮＯ、ステップＳ４０１）。部品マウント検査装置４から指示情報等を受信すると、指示情報受付機能９００は、指示情報に含まれる型番と数量を認識し、以下の処理を実行する。

リフロ条件読込機能９０２は、指示情報で指定された型番に基づいて、ＳＭＴ情報記憶部１０４からこのプリント基板に対応するリフロ条件を読み込む（ステップＳ４０２）。リフロ条件には、加熱温度、加熱時間、温度プロファイル（加熱温度の上昇・下降のさせ方）などが含まれている。

基板搬入機能９０１は、部品マウント検査装置４から受け取ったプリント基板を搬入し、それをＸＹステージ上にセットする（ステップＳ４０３）。そして、リフロ機能９０３が、リフロ条件で定められた温度プロファイルに従って加熱処理を行い、半田ペーストを溶解させる。その後冷却することによって、プリント基板上のランドと電子部品の電極との間が半田付けされる（ステップＳ４０４）。

次に、基板検査装置５では、ＣＡＤ情報読込機能５００が、型番に基づいて、ＣＡＤ情報記憶部１０３からこのプリント基板に対応するＣＡＤ情報を読み込む（ステップＳ４０５）。そして、ＸＹステージ操作機能５０１がＣＡＤ情報に基づいてＸＹステージを操作し（ステップＳ４０６）、撮像機能５０２がＸＹステージの操作に同期してカメラおよび照明を制御することで、半田付けされた電子部品を撮像する（ステップＳ４０７）。この撮像画像にも、基板識別コード付与機能５０３によって基板識別コードが付与される（ステップＳ４０８）。

続いて、検査プログラム読込機能５０４が、型番に基づいて、検査プログラム記憶部５０５からこのプリント基板に対応する検査プログラムを読み込む（ステップＳ４０９）。検査プログラムとは、検査の手順やパラメータを規定するものであり、例えば、撮像画像に対して施す画像処理、画像から抽出する特徴量、抽出された特徴量と比較する判定基準などを含んでいる。

検査機能５０６は、この検査プログラムに従って、撮像画像に基づき半田実装品質を判定し、不良の発生の有無と（不良の場合は）不良の種類とを検査結果として出力する（ステップＳ４１０）。不良の種類には、浮き、ブリッジ、ぬれ不足、ずれ、半田過多、半田不足、部品欠落などがある。検査結果書込機能５０７は、基板識別コードおよび検査結果
とともに撮像画像を基板検査撮像画像情報ＤＢ５０８に格納する（ステップＳ４１１）。これにより、個々の基板のリフロ工程での状態（半田付け後の状態）が画像として記録されることになる。

その後、プリント基板は基板搬送機能５０９によりアセンブリ工程に搬送される（ステップＳ４１２）。なお、指示情報にて２以上の数量が指定されている場合には、上述した処理が指定数量分繰り返される。

（５）照合画像の生成
上述した一連の処理が終わると、各工程において撮像された画像、半田実装品質の検査結果などの情報が、情報処理装置１に集められ、照合画像および分析情報の生成が実行される。

図１０に示すように、情報処理装置１は、照合画像を生成するための機能として、基板検査撮像画像読込機能１０５、マウント工程撮像画像読込機能１０６、印刷工程撮像画像読込機能１０７、受入工程撮像画像読込機能１０８、照合画像生成機能１０９、照合画像書込機能１１０を備える。これらの機能は、情報処理装置１のＣＰＵがプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。

図１１のフローチャートに示すように、基板検査撮像画像読込機能１０５は、基板検査撮像画像情報ＤＢ５０８の更新を監視している（ステップＳ５００；ＮＯ、ステップＳ５０１）。新たな基板検査撮像画像が登録されたことを知ると、基板検査画像読込機能は、その画像を基板識別コードおよび検査結果とともに基板検査撮像画像情報ＤＢ５０８から読み込み、それらのデータを照合画像生成機能１０９に引き渡す（ステップＳ５０２）。

次に、マウント工程撮像画像読込機能１０６が、基板識別コードとＣＡＤ情報が付与された撮像画像をマウント工程撮像画像情報ＤＢ４０５から読み込み、それらのデータを照合画像生成機能１０９に引き渡す（ステップＳ５０３）。同様にして、印刷工程撮像画像読込機能１０７が印刷工程撮像画像情報ＤＢ３０７から、受入工程撮像画像読込機能１０８が受入工程撮像画像情報ＤＢ２０８から、それぞれ基板識別コードとＣＡＤ情報が付与された撮像画像を読み込み、照合画像生成機能１０９に引き渡す（ステップＳ５０４、Ｓ５０５）。

照合画像生成機能１０９は、まず、読み込まれた撮像画像を基板識別コードで選り分け、同一基板の撮像画像を組にする（ステップＳ５０６）。次いで、照合画像生成機能１０９は、ＣＡＤ情報に含まれる各部品の位置情報（座標およびロケーションＩＤ）に基づき、同一基板の画像群の中から同一部品の撮像画像を選り分ける（ステップＳ５０７）。１つの撮像画像に複数の部品が含まれている場合には、適宜画像分割すればよい。

このようにして、受入工程、半田印刷工程、部品実装工程、リフロ工程それぞれの撮像画像の対応付けがとられる。この同一基板・同一部品の撮像画像の組を「照合画像」とよぶ。照合画像書込機能１１０は、生成された照合画像に照合画像ＩＤを付与し、照合画像とそのＩＤを照合画像情報ＤＢ（画像記憶手段）１１１に格納する（ステップＳ５０８）。また、照合画像書込機能１１０は、照合画像ＩＤ、部品のロケーションＩＤ、部品種、不良項目を分析情報記憶部１１２に格納する。図１２は、照合画像情報ＤＢ１１１と分析情報記憶部１１２に格納されたデータの一例を示す。照合画像情報ＤＢ１１１では、部品ごとの照合画像がひとまとまりとして照合画像ＩＤで管理されている。分析情報記憶部１１２では、部品ごとに１つのレコード（このレコードを「分析情報」とよぶ）が設けられている。なお、分析情報のうちブランクとなっているフィールドには、以下に述べる不良要因分析処理にてデータが記録される。

本実施形態では、基板検査にて浮き不良が検出された場合を例に挙げる。以下、本発明者らが解明した浮き不良の発生メカニズムを解説した上で、その発生メカニズムに従った不良要因分析処理の具体例について説明する。

＜浮き不良の発生メカニズム＞
浮き不良とは、部品の電極が半田から浮いてしまい、電極と半田との電気的接合に不具合が生じる不良をいう。浮き不良は、リフロ工程における半田溶解時に、部品両端の電極に不均衡なモーメントが作用することによって発生する。部品電極に作用するモーメントとは、溶解した半田がその張力によって電極を引っ張る力をいう。図１３に示すように、部品の右側のモーメントのほうが大きい場合には、部品が右側に引っ張られ、部品が傾き、左側の電極に浮き不良が発生するのである。

モーメントの不均衡が発生する理由としては、大別して、（１）半田と電極との接触面積のバラツキと、（２）半田の溶解開始タイミングのズレとが考えられる。

（１）接触面積のバラツキ
理想的には、ランド、半田、部品のそれぞれが正確に位置合わせされることが望ましい。その場合には、当然、部品両端の接触面積にはバラツキは生じない。しかしながら現実には、半田印刷工程において半田の印刷ズレが生じたり、部品実装工程において部品の実装ズレが生じるために、半田と部品との相対位置すなわち部品両端の接触面積にバラツキがでてきてしまう。このバラツキが大きくなると、接触面積の大きい側の半田の方がモーメントが大きくなり、その反対側において浮き不良が発生してしまう。

図１４は、半田印刷工程における印刷ズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図である。半田印刷工程において印刷ズレが生じると、正しい位置に部品が実装されても片側のランドの半田と部品電極の接触面積が小さくなってしまい、接触面積の小さい側に浮き不良が発生する。このような印刷ズレは、半田ペースト印刷装置のマスクのズレを直したり、印刷位置に関するＳＭＴ条件を調整することで解決可能である。

一方、図１５は、部品実装工程における実装ズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図である。半田印刷工程における半田量や印刷位置が適切であったとしても、部品実装工程において実装ズレが起こると、接触面積にバラツキが生じ、浮き不良が発生してしまう。このような実装ズレは、電子部品マウント装置の実装位置に関するＳＭＴ条件を調整したり、部品を吸着するバキュームノズルのメンテナンスを行うことで解決可能である。

また、接触面積のバラツキは、半田と部品の相対ズレだけでなく、半田ペースト量の過多、半田面積のアンバランスによっても生じるおそれがある。半田ペースト量の過多とは、半田ペーストの厚みが規定量よりも大きい現象をいい、半田面積のアンバランスとは、部品両端の半田の面積が異なる現象をいう。

図１６は、半田印刷工程における半田ペースト量の過多が原因で浮き不良が発生するケースを説明する図である。半田ペーストが厚すぎると、部品を実装した際に半田が潰れ、ときには部品が傾き、部品両端の半田接触面積に差が出る場合がある。しかも、半田が多いので、電極の側面まで半田が付着することもある。このような半田ペースト量の過多は、半田ペースト印刷装置のＳＭＴ条件であるスキージ印圧を上げることによって解決可能である。

図１７は、半田印刷工程における半田面積のアンバランスが原因で浮き不良が発生する
ケースを説明する図である。片側の半田面積が大きいと、正しい位置に部品が実装されても、半田接触面積に差が出る。この場合も上記と同様に浮き不良が発生するおそれがある。このような半田面積のアンバランスは、半田ペースト印刷装置のマスクのメンテナンス（マスクの裏を拭く）や交換によって解決可能である。

（２）溶解開始タイミングのズレ
溶解開始タイミングとは、リフロ工程における加熱によって半田が溶解し始めるタイミングのことである。例えば、部品の左右で溶解開始タイミングが大きく異なり、部品の右側の半田が先に溶解したとすると、右側の電極にのみモーメントが作用するため、左側の電極で浮き不良が発生するおそれがある。

このような溶解開始タイミングのズレは、一つに、部品両端のランドサイズの差が影響する。図１８に示すように、ランドサイズとは、基板表面に露出している部分のみならず、グランドとして基板内部に隠れている部分も含む。ランドサイズが大きいほど熱が分散してランドの温度上昇が遅れるため、結果として、ランド上の半田の溶解開始タイミングが遅くなるのである。例えば、図１８の例であれば、左側のランドの方が大きいため、左右のランドで温度の上がり方に差がでてしまい、部品左側にて浮き不良が発生しやすくなる。さらに、リフロ方向とランドの配列方向の関係も溶解開始タイミングに影響を及ぼすことがある。つまり、図１９に示すように、リフロ方向とランドの配列方向が直交している場合には、両ランドが同時にリフロ装置に導入されるため、溶解開始タイミングにズレが生じにくいが、リフロ方向とランドの配列方向とが一致している場合には、リフロ方向後端側のランドのほうが加熱が遅くなり溶解開始タイミングが遅れる傾向にある。

図２０は、溶解開始タイミングのズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図である。図２０では、左側のランドがグランドを兼ねており、右側に比べて大きなランドサイズとなっている。このような場合は、半田量、印刷位置、実装位置などが適切であっても、リフロ工程において溶解開始タイミングにズレが生じ、左側のランドで浮き不良が発生するおそれがある。しかも、リフロ方向が図中右方向であったり、半田に対して部品が右側にずれていたりした場合には、相乗効果によってさらに浮き不良が発生しやすくなる（逆にいえば、リフロ方向が左方向であったり、部品のズレ方向が左側であったりした場合には、相殺効果により浮き不良の発生が抑えられることもある。）。溶解開始タイミングのズレは、温度プロファイル（リフロ炉の温度制御）を調整して、予熱時間を増やしたり、リフロ方向やランド配列方向を変更することなどによって解決可能である。

以上述べたように、半田溶解時のモーメントの不均衡を生み出す原因は複数存在し、しかも半田印刷工程・部品実装工程・リフロ工程のいずれの工程でも発生し得る。そこで不良要因分析システムでは、上述した発生メカニズムに基づき、各工程の撮像画像を参照することによって、原因として想定される事象（候補事象）が各工程で発生しているか否かを調べ、浮き不良の発生原因を特定する（絞り込む）。

さらに本実施形態の不良要因分析システムは、（１）半田ペースト量の過多または半田面積のアンバランス、（２）半田と部品の相対ズレ、（３）溶解開始タイミングのズレ、という順番で発生原因を絞り込む。

このように浮き不良の原因発生工程（ＮＧ工程）として半田印刷工程を最初に疑うのは、次の理由による。第一に、半田ペースト印刷装置や電子部品マウント装置には、通常、オートアライメント機能が備わっており、半田の印刷ズレや部品の実装ズレが自動修正されるため、半田と部品の相対ズレ（問題となるくらいの大きなズレ）が発生する可能性は低い。第二に、半田溶解時のセルフアライメント現象によって多少のズレが是正され、浮き不良に結びつかない場合が多い。なお、セルフアライメント現象とは、部品両側の半田
張力によって部品のズレや姿勢が自動的に是正される現象のことである。その一方で、半田印刷工程における半田ペースト量の過多や半田面積のアンバランスは、半田ペーストの状態、スキージ印圧、マスクの汚れなどの影響で発生するため、半田と部品の相対ズレに比べて発生頻度が非常に高い。

図２１に示すように、情報処理装置１は、浮き不良の要因分析および対策決定を行うための機能として、原因分析機能１０を有している。原因分析機能１０は、半田にじみの有無を判定するための半田にじみ判定機能１２、半田面積の差異を判定するための半田面積判定機能１３、半田と部品の相対ズレを判定するための相対ズレ判定機能１４、半田溶解開始タイミングのズレを判定するための溶解開始タイミング判定機能１５等のサブプログラム群１１と、不良の発生原因とその対策とを関連付けて記憶する原因−対策テーブル１６（対策記憶手段）と、不良の発生原因とそれを特定するための根拠とを関連付けて記憶する原因−根拠テーブル１７（根拠記憶手段）とを備える。これらの機能は、情報処理装置１のＣＰＵがプログラムに従って各種ハードウェアを制御することにより実現されるものである。原因分析機能１０の分析結果等は出力部１８（製造部門端末や設計部門端末のディスプレイなど）に出力される。

では、原因分析機能１０の具体的な処理を実施例を挙げて説明する。

図２２は、実施例１における不良要因分析処理の流れを示すフローチャートである。実施例１では、浮き不良の発生原因が、半田ペースト量の過多であるか、半田面積のアンバランスであるか、そのいずれでもないか、を判定する。

基板検査において浮き不良が検知されると（ステップＳ６００；ＹＥＳ）、原因分析機能１０は、不良が発生したプリント基板の部品実装工程の撮像画像を照合画像情報ＤＢ１１１から読み込む（ステップＳ６０１）。このとき、原因分析機能１０が、照合画像を全て読み込んで、図２３に示すように、各工程の撮像画像を並べて出力部１８に表示したり、不良基板や不良部品に関する情報、基板検査の結果等を併せて表示したりしてもよい。各工程の撮像画像を照らし合わせるだけでも、不良の発生原因がどの工程にあるか判断できることもあり、現場作業者による迅速な対策を期待できるからである。

次に、原因分析機能１０は、半田にじみ判定機能１２を用いて、部品実装工程の撮像画像から半田にじみの有無を判定する（ステップＳ６０２）。半田にじみは、部品実装時に半田がつぶれてランドの外にはみ出す現象であり、半田ペースト量が過多の場合に高い確率で発生する。

半田にじみの判定手法としては、画像処理を用いて自動的に判定する方法と、ユーザに判断させる方法とがある。前者の方法では、図２４に示すように、半田にじみ判定機能１２がテンプレートマッチングなどの画像処理によって部品電極部分とランド部分を抽出し、半田があるべき範囲を算出する。そして、クラスタリングなどの画像処理によって半田の色を有する領域を抽出し、その領域と半田があるべき範囲とを比較する。半田があるべき範囲以外で半田の色領域が検出されれば、半田にじみ有りと判定する。一方、ユーザに判断させる場合には、図２５に示すように、半田にじみ判定機能１２が部品実装工程の撮像画像と半田にじみのサンプル画像とを出力部１８に表示して、ユーザに半田にじみの有無を判断させる。

ここで半田にじみ有りと判定された場合には（ステップＳ６０３；ＹＥＳ）、原因分析機能１０は、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多であると特定する（ステップＳ６０４）。

本実施例において、半田印刷工程で生じた事象（半田ペースト量の過多）を部品実装工程の撮像画像を用いて判断するのは、次の理由による。すなわち、半田ペースト量の多少は半田の面積でなく厚みに現れるため、外観（すなわち基板上方から撮像した画像）からでは、判別することが難しい。そこで、半田ペースト量が過多の場合に部品実装工程にて半田にじみが発生する可能性が高い、という知見に基づき、半田にじみの有無により半田ペースト量の過多を判定することにしたのである。

ステップＳ６３０において、半田にじみ無しと判定された場合には、原因分析機能１０は、半田面積判定機能１３を用いて、半田印刷工程の撮像画像から部品両端の半田面積値を算出する（ステップＳ６０５，Ｓ６０６）。

半田面積値の算出手法としては、画像処理を用いて自動的に判定する方法と、ユーザ補助を利用する方法とがある。前者の方法では、クラスタリングなどの画像処理によって半田の色を有する領域を抽出し、その面積値を求める。ユーザ補助を利用する方法では、半田印刷工程の撮像画像を出力部１８に表示し、ユーザに半田の領域を指定させ、その指定された領域の面積値を求めればよい。

次に、半田面積判定機能１３は、部品両端それぞれの半田面積値を比較し（ステップＳ６０７）、浮きが発生した側の半田面積から浮きが発生していない側の半田面積を減じた差異が、所定値以上であるか否か判断する（ステップＳ６０８）。ここで半田面積の差異が所定値以上の場合には（ステップＳ６０８；ＹＥＳ）、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田面積のアンバランスであると特定する（ステップＳ６０９）。

ステップＳ６０４またはＳ６０９において、浮き不良の発生原因が特定されたら、原因分析機能１０は、原因−対策テーブル１６から、当該発生原因の対策を読み込む（ステップＳ６１０）。図２６は、原因−対策テーブル１６の一例を示している。この例では、半田ペースト量の過多への対策として、半田印刷工程（半田ペースト印刷装置）におけるマスク洗浄、スキージ印圧調整、スキージ速度調整が記憶され、また、半田面積のアンバランスへの対策として、半田印刷工程（半田ペースト印刷装置）におけるマスク洗浄が記憶されている。

続いて、原因分析機能１０は、原因−根拠テーブル１７（図２７参照）にて不良発生原因の根拠ＩＤを参照し、その根拠ＩＤに基づき、不良発生原因を特定した根拠の説明図を取得する。そして、不良発生原因、根拠の説明図、及び、対策を出力部１８に表示する（ステップＳ６１１）。図２８は、分析結果の表示例を示している。このように不良発生原因が根拠（不良発生メカニズム）及び対策とともに表示されることで、ユーザの理解を支援することができ、効率的な不具合対策をとることができる。また、分析結果の表示画面上に、現物の照合画像を表示することも好ましい。これにより、現物の画像と根拠の説明図との対比ができ、不良発生原因の理解が一層容易になる。

なお、ステップＳ６０８において、半田面積の差異が所定値未満の場合には、原因分析機能１０は、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多でもなく、半田面積のアンバランスでもないと判断する（ステップＳ６１２）。そして、原因分析機能１０は、不良発生原因が半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではない旨を、そのように判断した根拠とともに出力部１８に出力する（ステップＳ６１３）。具体的には、部品実装工程において半田にじみが発生していなかったこと、及び、半田面積の差異が問題にならない程度だったこと、などを表示する。あるいは、図１６、図１７に示すような不良発生メカニズムを表示してもよい。

これにより、ユーザは、浮き不良の原因が少なくとも半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスにないことがわかる。しかも、そのように判断した根拠も併せて提示されるので、ユーザはシステムの分析結果を安心して信用することができる。システムによる原因特定が行えなかった場合、ユーザの試行錯誤による不良改善作業に頼らざるを得ないが、上記のように不良原因でないものがわかっているだけでも、試行錯誤の範囲や回数を削減でき、作業負担が大幅に軽減されると期待できる。

図２９は、実施例２における不良要因分析処理の流れを示すフローチャートである。実施例２では、浮き不良の発生原因が、部品と半田の相対ズレであるか否かを判定する。なお、実施例２の処理は、単独で行ってもよいし、実施例１の処理で不良発生原因が特定できなかった場合に行ってもよい。

本実施例では、原因分析機能１０は、相対ズレ判定機能１４を用いて、まずは部品実装工程の撮像画像を読み込み（ステップＳ７０１）、その撮像画像から部品の実装ズレを計測する（ステップＳ７０２）。具体的には、図３０に示すように、設計上の部品の搭載位置と実際の部品の搭載位置とを特定し、それぞれの中心座標のＸ方向，Ｙ方向のズレ量を算出する。設計上の部品の搭載位置は、例えば、テンプレートマッチングなどの画像処理によって部品両端のランドを検出し、両ランドの位置から算出してもよいし、あるいは、ＣＡＤ情報から算出してもよい。実際の部品の搭載位置は、例えば、テンプレートマッチングなどの画像処理によって検出可能である。言うまでもなく、ユーザに部品の搭載位置を指定させてもよい。

次に、相対ズレ判定機能１４は、半田印刷工程の撮像画像を読み込み（ステップＳ７０３）、その撮像画像から半田の印刷ズレを計測する（ステップＳ７０４）。具体的には、図３１に示すように、設計上の半田の印刷位置と実際の半田の印刷位置とを特定し、それぞれの中心座標のＸ方向，Ｙ方向のズレ量を算出する。設計上の半田印刷位置は、例えば、テンプレートマッチングなどの画像処理によって部品両端のランドを検出し、ランドの位置から算出してもよいし、あるいは、ＣＡＤ情報から算出してもよい。実際の半田の搭載位置は、例えば、クラスタリングなどの画像処理によって半田の色を検出すればよい。もちろん、ユーザに指定させてもよい。

そして、相対ズレ判定機能１４は、部品の実装ズレ量と半田の印刷ズレ量とから、半田に対する部品の相対ズレ量をＸ方向、Ｙ方向それぞれについて算出する（ステップＳ７０５）。

次に、相対ズレ判定機能１４は、相対ズレ量が所定値（しきい値）以上かどうか判定する（ステップＳ７０６）。なお、許容ズレ量は部品の大きさなどに依存するので、上記所定値は部品ごとにあらかじめ定めておく。

相対ズレ量が所定値以上の場合には（ステップＳ７０６；ＹＥＳ）、部品のズレ方向（ズレ量の正負）から半田溶解時のモーメントの弱い側を特定する（ステップＳ７０７）。モーメントの弱い側とは電極と半田との接触面積が小さい側である。つまり、部品両端のランドがＸ方向に並んでいる部品では、Ｘ方向の相対ズレ量を調べ、部品のズレ方向後端側をモーメントの弱い側とする。また、ランドがＹ方向に並んでいる部品では、Ｙ方向の相対ズレ量を調べ、部品のズレ方向後端側をモーメントの弱い側とする。

続いて、相対ズレ判定機能１４は、リフロ工程の撮像画像を読み込んで（ステップＳ７０８）、浮きが発生している側を特定する（ステップＳ７０９）。浮きの発生側は、テンプレートマッチングやクラスタリングなどの画像処理によって、半田（またはランド）の
露出面積を調べることで、特定することができる。あるいは、基板検査装置の検査結果に浮きの発生側の情報が含まれている場合には、撮像画像から浮きの発生側を特定するのではなく、基板検査装置の検査結果を利用してもよい。

相対ズレ判定機能１４は、浮きの発生側とモーメントの弱い側とが一致するか否か調べる（ステップＳ７１０）。両者が一致する、つまり、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合には（ステップＳ７１０；ＹＥＳ）、相対ズレ判定機能１４は、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレであると特定する（ステップＳ７１１）。

その後、原因分析機能１０は、原因−対策テーブル１６（図２６参照）から、当該発生原因（相対ズレ）の対策を読み込むとともに（ステップＳ７１２）、原因−根拠テーブル１７（図２７参照）を参照して相対ズレと特定した根拠の説明図を取得し、それらを実施例１と同様にして出力部１８に表示する（ステップＳ７１３）。これにより効率的な不具合対策を支援することができる。

また、相対ズレ量が所定値未満であった場合（ステップＳ７０６；ＮＯ）、または、浮きの発生側とモーメントの弱い側とが不一致だった場合には（ステップＳ７１０；ＮＯ）、原因分析機能１０は、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレではないと判断し（ステップＳ７１４）、発生原因が半田と部品の相対ズレではない旨を、そのように判断した根拠とともに出力部１８に出力する（ステップＳ７１５）。これにより、実施例１と同様、作業負担の軽減を図ることができる。

図３２は、実施例３における不良要因分析処理の流れを示すフローチャートである。実施例３では、浮き不良の発生原因が、リフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレ（熱分布の偏り）であるか否かを判定する。なお、実施例３の処理は、単独で行ってもよいし、実施例１または／および実施例２の処理で不良発生原因が特定できなかった場合に行ってもよい。

本実施例では、原因分析機能１０は、溶解開始タイミング判定機能１５を用いる。溶解開始タイミング判定機能１５は、プリント基板のＣＡＤ情報を読み込み、浮き不良が発生した部品の両端のランドのサイズ及び配列方向を取得する（ステップＳ８０１）。図３３に示すように、配列方向には「ヨコ向き」と「タテ向き」とがある。ここでは、ヨコ向きの配列において左側のランドを端子１、右側のランドを端子２、タテ向きの配列において上側のランドを端子１、下側のランドを端子２と割り振る。

次に、溶解開始タイミング判定機能１５は、リフロ装置からリフロ方向（基板の流れる向き）を取得する（ステップＳ８０２）。本実施例では、図３４に示すように、リフロ方向をＷ方向、Ｅ方向、Ｓ方向、Ｎ方向の４つの方向で表す。

溶解開始タイミング判定機能１５は、配列方向と、端子１と端子２のランドサイズの大小関係とから、低温箇所（温度上昇の遅い側）を求める（ステップＳ８０３）。本実施例では、以下のように低温箇所を求める。
・配列方向＝ヨコ、端子１＞端子２のとき → 低温箇所＝Ｗ
・配列方向＝ヨコ、端子１＜端子２のとき → 低温箇所＝Ｅ
・配列方向＝タテ、端子１＞端子２のとき → 低温箇所＝Ｎ
・配列方向＝タテ、端子１＜端子２のとき → 低温箇所＝Ｓ
・端子１＝端子２のとき → 低温箇所＝無し

続いて、溶解開始タイミング判定機能１５は、低温箇所とリフロ方向とを比較し、それらが対極の関係にある場合には、溶解開始タイミングにズレがあると判定する（ステップＳ８０４；ＹＥＳ）。そして、低温箇所を、溶解開始タイミングの遅い側とみなす（ステップＳ８０５）。例えば、配列方向がヨコ向き、端子１のランドサイズが２６、端子２のランドサイズが１０の場合には、低温箇所はＷ側となり、リフロ方向がＥ方向であれば、この部品は半田の溶解開始タイミングにズレがある（Ｗ側がタイミングの遅い側）と判定される。

次に、溶解開始タイミング判定機能１５は、リフロ工程の撮像画像を読み込み（ステップＳ８０６）、浮き不良の発生側を特定する（ステップＳ８０７）。そして、浮き不良の発生側と溶解開始タイミングの遅い側とを比較する（ステップＳ８０８）。

両者が一致していた場合には（ステップＳ８０８；ＹＥＳ）、実施例２と同様にして、半田と部品の相対ズレ方向を算出する（ステップＳ８０９〜Ｓ８１３）。このときの部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合には（ステップＳ８１４；ＹＥＳ）、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田の溶解開始タイミングのズレ（熱分布の偏り）であると特定する（ステップＳ８１５）。本実施例において部品のズレ方向も判断材料としているのは、原因分析の信頼性を向上するためである。

その後、原因分析機能１０は、原因−対策テーブル１６（図２６参照）から、当該発生原因（溶解開始タイミングのズレ）の対策を読み込むとともに（ステップＳ７１２）、原因−根拠テーブル１７（図２７参照）を参照して相対ズレと特定した根拠の説明図を取得し、それらを実施例１と同様にして出力部１８に表示する（ステップＳ７１３）。これにより効率的な不具合対策を支援することができる。

また、半田の溶解開始タイミングにズレがなかった場合（ステップＳ８０４；ＮＯ）、溶解開始タイミングが早い側に浮きが発生している場合（ステップＳ８０８；ＮＯ）、あるいは、部品のズレ方向先端側に浮きが発生している場合には（ステップＳ８１４；ＮＯ）、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレではないと判断し（ステップＳ８１８）、その旨を、そのように判断した根拠とともに出力部１８に出力する（ステップＳ８１９）。これにより、実施例１と同様、作業負担の軽減を図ることができる。

（変形例）
なお、上記実施例３では、ＣＡＤ情報から得たランドのサイズ及び配列方向と、リフロ装置から得たリフロ方向を調べることで、半田の溶解開始タイミングのズレを判断している。しかし、撮像装置とリフロ装置の相対的な位置関係が定まっており、画像の上下左右のいずれかの方向が必ずリフロ方向と一致している場合には、次のように処理を簡単化できる。例えば、画像の右方向がリフロ方向と一致しているという前提があるとする。ＣＡＤ情報からランドのサイズを調べるとともに、半田印刷工程の撮像画像からランドの配列方向を特定する。そして、配列方向がヨコ方向であって、且つ、左側のランド面積のほうが大きければ、半田の溶解開始タイミングにズレがある、と判断することが可能である。

以上述べた不良要因分析処理の結果は、適宜、図１２の分析情報に記録される。そして、同種の基板の同じロケーションＩＤの部品に関する分析情報を集めて、不良の発生率や発生傾向を統計処理したり、さらに統計処理の結果を利用して許容ズレ量（しきい値）や半田面積のアンバランスさの許容値などを補正したりすることも好ましい。このような統計処理によって得られる結果は、どのような部品にどのような事象がどの程度発生すると、浮き不良がどれくらいの確率で発生するか、を示す現物データである。このような現物データの収集・解析により、不良要因分析処理の信頼性や精度を向上することができ、有
効な品質改善に結びつけることができる。

不良要因分析システムの構成を示す図。 プリント基板受入装置と基板受入検査装置の機能構成を示すブロック図。 基板受入工程での処理の流れを示すフローチャート。 半田ペースト印刷装置と半田印刷検査装置の機能構成を示すブロック図。 半田印刷工程での処理の流れを示すフローチャート。 電子部品マウント装置と部品マウント検査装置の機能構成を示すブロック図。 マウント工程での処理の流れを示すフローチャート。 リフロ装置と基板検査装置の機能構成を示すブロック図。 リフロ工程での処理の流れを示すフローチャート。 情報処理装置の照合画像生成処理に関する機能構成を示すブロック図。 照合画像の生成処理の流れを示すフローチャート。 照合画像情報ＤＢと分析情報記憶部に格納されたデータの一例を示す図。 部品両端の電極に作用するモーメントの不均衡を説明する図。 半田印刷工程における印刷ズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図。 部品実装工程における実装ズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図。 半田印刷工程における半田ペースト量の過多が原因で浮き不良が発生するケースを説明する図。 半田印刷工程における半田面積のアンバランスが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図。 ランドサイズに起因する溶解開始タイミングのズレを説明する図。 リフロ方向とランド配列方向の関係に起因する溶解開始タイミングのズレを説明する図。 溶解開始タイミングのズレが原因で浮き不良が発生するケースを説明する図。 情報処理装置の不良要因分析処理に関する機能構成を示すブロック図。 実施例１における不良要因分析処理の流れを示すフローチャート。 照合画像の表示例を示す図。 画像処理を用いた半田にじみ判定処理を示す図。 ユーザ判断による半田にじみ判定処理を示す図。 原因−対策テーブルの一例を示す図。 原因−根拠テーブルの一例を示す図。 分析結果の表示例を示す図。 実施例２における不良要因分析処理の流れを示すフローチャート。 部品の実装ズレ判定処理を示す図。 半田の印刷ズレ判定処理を示す図。 実施例３における不良要因分析処理の流れを示すフローチャート。 ランドの配列方向と端子番号の割り振りを示す図。 リフロ方向の割り振りを示す図。

符号の説明

１ 情報処理装置
２ 基板受入検査装置
３ 半田印刷検査装置
４ 部品マウント検査装置
５ 基板検査装置
６ 端末
７ 半田ペースト印刷装置
８ 電子部品マウント装置
９ リフロ装置
１０ 原因分析機能
１１ サブプログラム群
１２ 半田にじみ判定機能
１３ 半田面積判定機能
１４ 相対ズレ判定機能
１５ 溶解開始タイミング判定機能
１６ 原因−対策テーブル
１７ 原因−根拠テーブル
１８ 出力部

Claims (15)

1. プリント基板のＣＡＤ情報を読み込む読み込み手段と、
   プリント基板に部品を半田付けする一連の工程の中で、少なくとも半田印刷工程、部品実装工程およびリフロ工程の各工程においてプリント基板を撮像する撮像手段と、
   各工程における撮像画像を関連付けて記憶する画像記憶手段と、
   リフロ工程の撮像画像から浮き不良を検査する検査手段と、
   浮き不良が検出された場合に、そのプリント基板の、ＣＡＤ情報と撮像画像を用いて浮き不良の発生原因を分析する原因分析手段と、
   出力手段と、を備え、
   前記浮き不良の発生原因は、半田ペースト量の過多または半田面積のアンバランス、半田と部品の相対ズレ、及び、溶解開始タイミングのズレを含み、
   前記原因分析手段は、半田ペースト量の過多または半田面積のアンバランス、半田と部品の相対ズレ、溶解開始タイミングのズレ、という順番で前記浮き不良の発生原因を絞り込む
   ことを特徴とする不良要因分析システム。
2. 前記原因分析手段は、
   部品実装工程の撮像画像から半田にじみの有無を判定し、
   半田にじみが有る場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多であると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項１記載の不良要因分析システム。
3. 前記原因分析手段は、
   半田にじみが無い場合に、半田印刷工程の撮像画像から部品両端の半田面積を算出し、
   部品両端の半田面積の差異が所定値以上の場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田面積のアンバランスであると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項２記載の不良要因分析システム。
4. 前記原因分析手段は、
   部品両端の半田面積の差異が所定値未満の場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではないと判断し、
   発生原因が半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではない旨を、そのように判断した根拠とともに前記出力手段に出力する
   請求項３記載の不良要因分析システム。
5. 前記原因分析手段は、
   半田印刷工程における撮像画像と部品実装工程における撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ量およびズレ方向を算出し、
   相対ズレ量が所定値以上であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレであると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項１記載の不良要因分析システム。
6. 前記原因分析手段は、
   浮き不良の発生原因が半田印刷工程における半田ペースト量の過多・半田面積のアンバランスではないと判断した場合に、
   半田印刷工程における撮像画像と部品実装工程における撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ量およびズレ方向を算出し、
   相対ズレ量が所定値以上であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレであると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項４記載の不良要因分析システム。
7. 前記原因分析手段は、
   相対ズレ量が所定値未満であるか、若しくは、部品のズレ方向先端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレではないと判断し、
   発生原因が半田と部品の相対ズレではない旨を、そのように判断した根拠とともに前記出力手段に出力する
   請求項５または６記載の不良要因分析システム。
8. 前記原因分析手段は、
   前記ＣＡＤ情報を用いて部品両端のランドのサイズを取得し、
   前記ＣＡＤ情報もしくは前記画像記憶手段で記憶された撮影画像を用いて前記ランドの配列方向を取得し、
   取得した前記ランドのサイズ及び配列方向から半田溶解開始タイミングにズレがあるか否か判定し、
   半田印刷工程の撮像画像と部品実装工程の撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ方向を算出し、
   半田溶解開始タイミングが遅い側であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレであると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項１記載の不良要因分析システム。
9. 前記原因分析手段は、
   浮き不良の発生原因が半田印刷工程および部品実装工程における半田と部品の相対ズレではないと判断した場合に、
   前記ＣＡＤ情報を用いて部品両端のランドのサイズを取得し、
   前記ＣＡＤ情報もしくは前記画像記憶手段で記憶された撮影画像を用いて前記ランドの配列方向を取得し、
   取得した前記ランドのサイズ及び配列方向から半田溶解開始タイミングにズレがあるか否か判定し、
   半田印刷工程の撮像画像と部品実装工程の撮像画像とから半田に対する部品の相対ズレ方向を算出し、
   半田溶解開始タイミングが遅い側であって、且つ、部品のズレ方向後端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレであると特定し、
   特定された発生原因を前記出力手段に出力する
   請求項７記載の不良要因分析システム。
10. 前記原因分析手段は、
    半田溶解開始タイミングが早い側、若しくは、部品のズレ方向先端側に浮きが発生している場合に、浮き不良の発生原因がリフロ工程における半田溶解開始タイミングのズレではないと判断し、
    発生原因が半田溶解開始タイミングのズレではない旨を、そのように判断した根拠とともに前記出力手段に出力する
    請求項８または９記載の不良要因分析システム。
11. 浮き不良の発生原因とその対策とを関連付けて記憶する対策記憶手段をさらに備え、
    前記原因分析手段は、前記対策記憶手段から前記特定された発生原因の対策を取得し、その対策を前記出力手段に出力する
    請求項２、３、５、６、８または９に記載の不良要因分析システム。
12. 前記原因分析手段は、浮き不良の発生原因を特定した根拠を前記出力手段に出力する
    請求項２、３、５、６、８、９または１０に記載の不良要因分析システム。
13. 情報処理装置が、
    プリント基板のＣＡＤ情報を読み込み、
    撮像手段によって、プリント基板に部品を半田付けする一連の工程の中で、少なくとも半田印刷工程、部品実装工程およびリフロ工程の各工程においてプリント基板を撮像し、
    各工程における撮像画像を関連付けて画像記憶手段に蓄積し、
    リフロ工程の撮像画像から浮き不良を検査し、
    浮き不良が検出された場合に、そのプリント基板の、ＣＡＤ情報と撮像画像を用いて浮き不良の発生原因を分析する、不良要因分析方法において、
    前記浮き不良の発生原因は、半田ペースト量の過多または半田面積のアンバランス、半田と部品の相対ズレ、及び、溶解開始タイミングのズレを含み、
    浮き不良が検出された場合に、半田ペースト量の過多または半田面積のアンバランス、半田と部品の相対ズレ、溶解開始タイミングのズレ、という順番で前記浮き不良の発生原因を絞り込む
    ことを特徴とする不良要因分析方法。
14. 請求項１３記載の不良要因分析方法を情報処理装置に実行させるためのプログラム。
15. 請求項１４記載のプログラムを記録した記憶媒体。

Images