JP5125500B2 - Ｘ線断層撮影のシミュレーション方法およびシミュレーション用のプログラム - Google Patents

Description

この発明は、プリント基板に実装された部品を対象にしたＸ線断層撮影により、当該部品を基板電極に接続するはんだの状態を検査する技術分野に属するもので、特に、はんだ付け部位に対するＸ線断層撮影をシミュレートする方法およびこのシミュレーション用のプログラムに関する。

Ｘ線断層撮影は、部品本体と基板との間のはんだ電極や、ＩＣのリードの裏側に形成されるフィレット（バックフィレット）など、外観検査が困難な箇所を検査する用途に適している。この種の検査のための断層撮影の具体的な手法として、Ｘ線ＣＴを用いた方法（特許文献１参照。）、およびトモシンセシスの原理を用いた方法（特許文献２参照。）が知られている。

特許第３６９４８３３号公報 特表２００４−５１５７６２号公報

トモシンセシスによる断層画像の生成処理では、Ｘ線源およびＸ線検出器を対象物を挟むように配置し、両者間の関係を変更しながら複数回の投影処理を実行し、生成された画像をディジタル処理により平均化する。この場合の投影処理は、断層画像の生成対象とする複数の平面の中の１つを基準にして、この基準平面内の任意の点が常にＸ線検出器の同一座標に投影されるように、毎時の投影におけるＸ線源およびＸ線検出器の位置を調整して行われるので、基準平面内の点は画像の平均化によって強調されるが、その他の平面の点は種々の位置にばらついて投影され、平均化された画像ではボケた状態になる。また基準平面以外の各平面についても、その平面内の各点の座標が同一になるように基準平面につき生成された画像を補正して平均化処理を行うので、同様に、平面内の各点が強調され、その他の平面の点がぼけた状態の画像を得ることができる。よって、いずれの平面についても、多少のノイズは残るが、平面が明瞭化された画像を得ることができる。

またトモシンセシスによる画像再構成として、処理対象の平面を基準に画像間における画素の対応関係を調整した後に、対応する画素の組毎にＸ線透過率が最大になる画素のデータを選択する方法もある。

一方、Ｘ線ＣＴを実施する場合には、平面毎に、対向配備されたＸ線源およびＸ線検出器の間に、両者を結ぶ軸線が目標の平面の法線に直交する関係になるようにして対象物を配備し、この対象物に対するＸ線源およびＸ線検出器の方位を微小角度単位で変更しながら投影を繰り返す。そして、生成された多数のＸ線透視画像を用いて、平面の各点のＸ線吸収係数を求める演算を実行する。

また特許文献１に開示された方法では、厚みの薄い基板を対象に、その厚み方向に直交する断面を生成する点や、一部領域の拡大断面を生成する点などを考慮して、上記の一般的手法とは若干異なる処理を行っている。簡単に説明すると、基板を回転テーブルにより回転させるとともに、この回転軸に対して斜めに交わる方向に、Ｘ線源およびＸ線検出器を対向配備して撮影を行い、生成された各Ｘ線透視画像を、回転軸に対して垂直になる方向から透過を行った画像に変換し、変換後の画像を用いて吸収係数の算出のための演算を実行する。

Ｘ線による断層画像を用いてはんだの検査を行う場合、ユーザは、あらかじめ、どのような形状の不良が検出されるべきかを認識し、その不良について、良好なはんだとは外観が異なる画像が生成されることを確認するのが望ましい。また、自動検査を行う場合には、良好な形状のはんだと良好でない形状のはんだとを正しく判別できるように、良否判定の基準を設定する必要がある。

上記の確認や設定処理を行うには、実際に、良／不良のモデルを用いた断層撮影を行って、断層画像を再構成するのが望ましい。
ところが、生産現場では、良品モデルであれば、まず問題なく用意することができるが、不良モデルとして適切なものが常に存在するとは限らない。優良な生産ラインでは、不良が起こることはまれであり、また不良が生じたものが保管されるとは限らないからである。また、ボイドの存在等による内部形状の不良に関しては、外観からは殆ど認識できず、不良モデルを準備することは困難である。

この発明は上記の問題点に着目してなされたもので、はんだの形状不良を示す不良モデルを準備しなくとも、不良のはんだ付け部位に対するＸ線断層撮影のシミュレーションを容易に行うようにすることを、目的とする。

この発明によるシミュレーション方法では、以下の第１〜第４の各ステップを実行することを特徴とする。
まず、ステップ１では、はんだの形状が良好な部品を対象にしたＸ線ＣＴによって、はんだを含む所定大きさの部位を構成する複数の点の空間座標と各点におけるＸ線吸収率を示す数値とを対応づけた良品モデルデータを生成する。第２ステップでは、良品モデルデータに基づく３次元画像を表示して、その表示中のはんだの形状を変更する編集操作を受け付け、この操作に応じて良品モデルデータ中のはんだのＸ線吸収率を示す点の分布状態を変更することにより、はんだの不良モデルデータを作成する。

第３ステップでは、第２ステップで作成された不良モデルデータを用いた仮想のＸ線透視撮影を、不良モデルデータが表すはんだに対するＸ線源の相対位置が毎回変更されると仮定して複数回実行し、各撮影の結果を用いて不良モデルデータが示すはんだの断層画像を生成する。第４ステップでは、第３ステップで生成された断層画像または断層画像から求めた３次元画像を表示する。

上記の方法では、「良品モデルデータ」は、Ｘ線ＣＴによる断層撮影を行う機能を具備する装置に、実物の良品モデルを導入することによって、生成することができる。一方、「不良モデルデータ」は、良品モデルデータを編集操作に応じて加工することにより生成されるので、具体的な不良モデルを準備する必要はない。また、良品モデルデータが表すはんだ対応箇所の形状をユーザが自由に編集することによって、所望の不良形状を表す不良モデルデータを設定することができるので、実物のモデルを準備するのが困難な不良形状についても、容易に不良モデルデータを得ることができる。
なお、「はんだの形状」は、外形に限らず、内部形状も含むものとする。

「良品モデルデータ」を作成する際には、必ずしも、撮影対象の部品のはんだ形状が良好であることまで認識して３次元画像の再構成を行わなくともよい。たとえば、部品全体の３次元画像を再構成した後に、その３次元画像を表示し、各はんだ付け部位の中からはんだの形状が最も良好なものを選択し、その選択範囲を良品モデルデータとしてもよい。

上記の方法において、第１〜第４の各ステップは、それぞれＸ線ＣＴによる断層撮影を行う機能を具備する装置において実行することができる。ただしこれに限らず、第１のステップのみを上記の装置で実行し、第２〜第４の各ステップを、良品モデルデータの入力を受け付けたコンピュータ（複数台のコンピュータによるコンピュータシステムを含む。）において実行することもできる。このようにすれば、あらかじめ第１ステップを実行して、作成された良品モデルデータをコンピュータに入力することにより、断層撮影のための装置がない場所でも、シミュレーションを実施することが可能になる。

上記のシミュレーション方法の好ましい態様では、第３ステップにおいて、少なくとも前記不良モデルデータが表すはんだ内の一平面を処理対象として、トモシンセシスによる断層撮影の原理に基づく処理を実行することにより、処理対象の平面の断層画像を生成する。

トモシンセシスとＸ線ＣＴとを比較すると、生成される断層画像の精度の面では、Ｘ線ＣＴの方が圧倒的に優れている。しかし、Ｘ線ＣＴでは、多数の投影処理が必要である上に、演算が複雑になるため、断層画像を再構成するのにかなりの時間が必要になる。これに対し、トモシンセシスによれば、投影処理の回数は、Ｘ線ＣＴに比べるとはるかに少なく、また演算も簡単であるので、短い時間で処理を完了することができ、基板のような工業製品の検査に向いている。ただし、あくまでも、検査の精度を確保できることが前提となるので、不良を精度良く検出できることを確認する必要がある。

上記の態様によれば、編集操作に応じて作成された不良モデルデータを用いて、トモシンセシスによる断層撮影の原理に基づき、仮想のＸ線透視撮影を実行し、断層画像の再構成を行うので、トモシンセシスによって不良のはんだを検出することができるか否かを、容易に判断することが可能になる。

この発明によるＸ線断層撮影のシミュレーション用プログラムは、表示装置が接続されたコンピュータに以下の第１〜４の各ステップを実行させるものである。
第１ステップでは、シミュレーションの対象部品におけるはんだの良好な立体形状を表す良品モデルデータとして、前記良好な形状のはんだを含む所定大きさの部位を構成する複数の点の空間座標と各点におけるＸ線吸収率を示す数値とを対応づけたデータを入力する。第２ステップでは、入力した良品モデルデータに基づく３次元画像を表示装置の画面に表示して、その表示中のはんだの形状を変更する編集操作を受け付け、この操作に応じて良品モデルデータ中のはんだのＸ線吸収率を表す点の分布状態を変更することにより、はんだの不良モデルデータを作成する。第３ステップでは、第２ステップで作成された不良モデルデータを用いた仮想のＸ線透視撮影を、不良モデルデータが表すはんだに対するＸ線源の相対位置が毎回変更されると仮定して複数回実行し、各撮影の結果を用いて不良モデルデータが示すはんだの断層画像を生成する。第４ステップでは、第３ステップで生成された断層画像または断層画像から求めた３次元画像を表示装置の画面に表示する。

上記のプログラムによれば、Ｘ線ＣＴによる断層撮影により生成された良品モデルデータを、当該処理を実行した装置から直接、またはリムーバブル媒体等を介して入力し、この入力データから不良モデルデータを作成して、シミュレーションを実行することが可能になる。

上記のシミュレーション方法およびシミュレーション用のプログラムによれば、はんだの形状が良好な実物の部品を用いて良品モデルデータを作成した後に、この良品モデルデータから形状が良好でないはんだを表す不良モデルデータを作成して、シミュレーションを行うことができるので、不良モデルを用意することができなくとも、はんだの形状が良好でない場合の断層撮影結果を容易に確認することが可能になる。よって、検査の前に、目的とする不良を検出することができるかどうかを確認したり、検査基準を定める処理を、容易かつ的確に行うことができる。

図１は、Ｘ線利用の基板検査装置の撮影に関する構成を示す。
この基板検査装置は、ＩＣのリードに形成されたバックフィレットや、ＢＧＡを構成するはんだ電極など、部品と基板側の電極（図示せず。）とを接続するはんだのうち外観検査が困難なものを対象に、Ｘ線による断層画像を生成し、生成された画像を用いて検査を行うものである。具体的には、検査対象の基板１を支持する基板支持テーブル２、Ｘ線管３、フラットパネルディテクタ４（以下、「ＦＰＤ４」と略す。）、および図２に示すＸＹステージ８，９、ならびにコントローラ２０などにより構成される。
なお、図１では、具体的な検査対象部品の例としてのＩＣを符号５で示し、そのリードを符号６で示す。

Ｘ線管３は、円錐状のＸ線ビーム（コーンビーム）を出射するタイプのもので、所定高さ位置に、Ｘ線の出射面を真下に向けて固定配備される。基板支持テーブル２は、Ｘ線管３より低い位置で、基板１を水平な姿勢で支持する。
固定配備される。

ＦＰＤ４は、基板１を透過したＸ線を受けて２次元のＸ線透視画像を生成するもので、図示しない支持ホルダにより、通常は、検出面４Ａが真上を向くように、水平な姿勢で支持されている。ただし、Ｘ線ＣＴ用の撮影を行う場合には、図１中に一点鎖線で示すように、ＦＰＤ４は、検出面４ＡがＸ線管３の方を向くように傾いた姿勢で支持される。

上記の基板支持テーブル２およびＦＰＤ４を支持する支持ホルダは、それぞれＸＹステージ８，９により、Ｘ軸方向（図１の左右方向とする。）およびＹ軸方向（図１の紙面に直交する方向とする。）に移動可能に支持される。これらＸＹステージ８，９の移動量を制御することによって、基板１に対するＸ線管３およびＦＰＤ４の位置関係が調整される。

図２は、上記基板検査装置のブロック図である。この装置のコントローラ２０にはＣＰＵを含む制御部２１、メモリ２２、演算処理装置２３、モニタ２４、操作部２５などが設けられる。
メモリ２２は、ハードディスク等の大容量メモリであって、制御および検査、ならびに後記するモデルデータの作成やシミュレーションに関するプログラムが格納される。さらに、検査対象の基板のＣＡＤデータ、および検査の実行に必要な各種設定データ、検査に用いられた断層画像を保存するための画像データベースなども、メモリ２２内に保存される。

演算処理装置２３は、Ｘ線ＣＴによる断層画像の再構成に係る演算を実行するためのもので、高性能のＣＰＵを含む演算回路が搭載された基板として構成される。

モニタ２４や操作部２５は、主として、検査の前の各種設定を行うために使用される。またモニタ２４には、後記するシミュレーションの結果や検査結果ならびに検査に使用された画像なども表示される。

上記構成において、検査対象の基板１は、図示しない上流の搬送機構から基板支持テーブル２に搬入される。各基板１に対する検査では、被検査部位の内部を精度良く観察できるように、あらかじめ登録された検査領域毎に、当該領域とＸ線管３およびＦＰＤ４の三者の位置関係を変更しながら複数回の透視撮影を実行し、生成された各Ｘ線透視画像を用いて被検査部位の断層画像を再構成するようにしている。なお、透視撮影では、ＦＰＤ４に達したＸ線の量が多いほど（Ｘ線の透過率が高いほど）輝度の高い画像が生成されるが、この実施例では、断層画像や３次元画像を再構成する際に、この明暗の関係を反転させて、Ｘ線の吸収率が高い部位ほど輝度が高い（白みが強められた）画像にする。また、検査領域は、被検査部位（バックフィレット、はんだ電極など）の大きさや間隔などに基づき、１つの部品に対して１または複数設定される。

この実施例の基板検査装置には、Ｘ線ＣＴの手法を用いて撮影および断層画像の再構成を行う機能と、トモシンセシスの手法を用いて撮影および断層画像の再構成を行う機能とが設定され、被検査部位毎に、いずれかの機能を選択することが可能である。以下では、前者の機能が選択された状態を「Ｘ線ＣＴモード」と呼び、後者の機能が選択された状態を「トモシンセシスモード」と呼ぶ。

まず図３〜５を用いて、双方のモードで実行される処理について簡単に説明する。なお、図３〜５では、図示や説明の便宜上、はんだ電極を検査対象とし、また、基板１を両面実装基板であるものとする。

図３は、基板１の一部を拡大して、トモシンセシスによる断層撮影の原理を示したものである。図中、１０がはんだ電極であり、このはんだ電極１０により基板１に接続される部品を符号１１で示す。Ｔは、被検査部位であるはんだ電極１０を水平方向に沿って横切る平面であり、透視撮影の際の基準として使用される。点Ｏはこの平面Ｔの所定位置に設定された基準点（この例では平面Ｔの中心点とする。）である。以下、この点Ｏを「基準点Ｏ」という。
さらに、図中の１２は、基板１を挟んではんだ電極１０に対向する位置に実装されている部品である（以下、「裏面部品１２」という。）。

この実施例では、基準点Ｏが、Ｘ線管３の光軸Ｌを基準に点対称の関係にある２点Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ位置合わせされるように、基板１を移動させる。また、この基板１の移動に合わせて、位置決めされた基準点ＯがＦＰＤ４の検出面４Ａの中心点Ｒに投影される位置（点Ｑ１，Ｑ２で示す。）にＦＰＤ４を移動し、撮影を行うようにしている。Ｘ線管３からは、円錐状のビームが出射されているので、各位置での基準点Ｏに対するＸ線の照射角度は均一になる。また光軸Ｌに対する点Ｐ１，Ｐ２の距離が等しいので、ＦＰＤ４の中心点Ｒが位置合わせされる点Ｑ１，Ｑ２の光軸Ｌに対する距離も等しくなる。したがって、基板１が移動して基準点Ｏの位置が変わっても、この基準点Ｏを含む平面Ｔ内の各点は、検出面４Ａの同一座標に投影される。これに対し、裏面部品１２など、平面Ｔとは異なる高さにある点は、毎回異なる高さに投影される。

したがって、図示の２とおりの位置関係において生成されたＸ線透視画像Ａ１，Ａ２では、平面Ｔ内にあるはんだ電極１０の構成点の投影範囲（図中Ｓ１，Ｓ２で示す。）は一致するが、裏面部品１２の構成点の投影範囲（この図および図４とも、基板１に接する面の投影範囲Ｕ１，Ｕ２に限定して示す。）は、撮影毎に位置が変化する。

この実施例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、それぞれ図３に示した２通りの撮影を行うことによって、図４に示すような４枚のＸ線透視画像Ａ１〜Ａ４を生成する。そして、これらの画像Ａ１〜Ａ４の構成画素を座標が対応する関係にあるもの毎に組み合わせ、これらの組み合わせ毎に、それぞれその組に属する画素の中で、最も小さなＸ線吸収率を示す画素（明暗を反転させた後のＸ線透過画像では最も輝度が低くなる画素）の画像データを選択する。そして、各組に共通する座標に選択された画像データをあてはめることによって、平面Ｔの断層画像を生成する。

図４は、各Ｘ線透視画像Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を、毎時の撮影における平面Ｔの位置に対応づけて配置するとともに、これらの画像の中央に、各画像により再構成された断層画像Ｂを配置している。なお、図示の便宜上、各画像とも、Ｘ線吸収率の高い部位を斜線パターンで示す。

各画像Ａ１〜Ａ４中のＳ１〜Ｓ４は、はんだ電極１０の投影範囲であり、Ｕ１〜Ｕ４は裏面部品１２の投影範囲である。図３を用いて説明したように、平面Ｔにおけるはんだ電極１０の構成点は、いずれのＸ線透視画像Ａ１〜Ａ４でもそれぞれ同一の座標に投影されるが、裏面部品１２の構成点が投影される座標は、画像によって変動する。

したがって、対応関係にある４画素の中から最も輝度が低い画素のデータを選択する方法によれば、画像間で一致するはんだ電極１０の投影範囲Ｓ１〜Ｓ４については、いずれの画像のデータが選択されたとしても、はんだ電極１０を表すデータが選択される。これに対し、はんだ電極１０の投影範囲以外の場所については、いずれかの画像で裏面部品１２が投影されたとしても、他の画像における裏面部品１２が投影されていない画像データが選択されるため、裏面部品１２の投影状態を表すデータが選択されることがない。よって、断層画像Ｂには、はんだ電極１０の画像Ｓが明瞭に現れるが、点線枠で示す位置に裏面部品１２の画像が現れることはない。

さらに、撮影の際の基準とされた平面Ｔとは異なる高さにある平面についても、この平面と基準の平面Ｔとの距離に基づき、当該平面内の各点の投影点の座標が一致する関係になるように画像Ａ１〜Ａ４を補正し、補正後の４枚の画像を用いて、図４に示したのと同様の処理を行うことによって、同様の断層画像を生成することができる。

つぎに、Ｘ線ＣＴモードでは、図５に示すように、ＦＰＤ４の検出面４Ａを傾けることによって、ＦＰＤ４の中心点ＲとＸ線管３とを結ぶ直線ｍが平面Ｔを基準点Ｏの位置で斜めに横切る状態にする。また、基板１、Ｘ線管３、およびＦＰＤ４の位置関係が、Ｘ線管３およびＦＰＤ４の位置を固定し、基板１を基準点Ｏを通る垂直軸Ｇを中心に所定の角度単位ずつ回転させた場合と同様に変化するように、基板１およびＦＰＤ４の位置を変更し、変更の都度、透視撮影を実行する。

毎時の撮影により生成されたＸ線透視画像は、演算処理装置２３に入力され、前出の特許文献１に開示されたのと同様の方法、すなわち各入力画像を、基板１の法線方向に直交する方向から透視を行った状態を表す画像に変換し、変換後の各画像を用いて、平面Ｔ内の複数点のＸ線吸収率を算出する方法により、平面Ｔの断層画像が生成される。なお、Ｘ線ＣＴでは、上記の手法による複数回の透視撮影および画像再構成を、平面Ｔの高さを変更しながら、平面毎に実行する必要がある。

この実施例の検査装置では、被検査部位毎に、上記のトモシンセシスモード、またはＸ線ＣＴモードによる断層撮影を行うことによって、被検査部位のはんだの形状を認識し、その良・不良を判別するようにしている。たとえば、各断層画像に含まれるはんだを２値化により検出して、その面積、幅などを計測し、さらに計測値をあらかじめ登録された基準値と比較することにより、はんだの形状が良好であるか否かを判別する。

Ｘ線ＣＴモードでは処理に時間がかかるが、複雑な演算によって、１つ１つの平面毎に、その平面におけるＸ線吸収率の分布パターンを示す画像を生成するので、高精度の断層画像を得ることができる。また、各断層画像に基づき、各構成点の空間座標とＸ線吸収率とを対応づけた３次元画像データを生成することにより、構成物の立体形状を精度良く表すことができる。

これに対し、トモシンセシスモードでは、Ｘ線ＣＴモードに比べると、透視撮影の回数がはるかに少ないため、短時間で撮影を完了することができる。また画像再構成のための演算も簡単で、制御部２１のみで実行することができる。さらに、複数の面の断層画像が必要な場合でも、いずれか１つの面を対象に透視撮影を行えば、その撮影により得たＸ線透視画像を用いて、他の高さにおける断層画像を再構成することもできる。

このように、トモシンセシスモードを選択すれば、処理時間を大幅に短縮することができるので、現場のユーザは、できるだけトモシンセシスモードを使用することを希望している。しかし、トモシンセシスモードによる断層画像では、被検査部位の近傍の構成物（部品本体、電極など）がノイズとして現れ、検査の目的に適した画像を生成できない可能性がある。

この点に鑑み、この実施例では、検査に先立ち、トモシンセシスモードによって、はんだの不良形状を識別することができるかどうかを、モデルデータを用いたシミュレーションによって確認するようにしている。このシミュレーションは、メモリ２２内に格納された専用のプログラムに基づき、制御部２１によって実施される。

上記のモデルデータは、検査対象の部品の１つのはんだ付け部位の不良の形状を表す３次元画像データである（以下、これを、「不良モデルデータ」という。）。この実施例では、実物の部品で、はんだの形状が良好なものをモデルとして、Ｘ線ＣＴモードによる処理を実行することにより、良好なはんだ形状を表す３次元画像データ（以下、これを「良品モデルデータ」という。）を生成し、この良品モデルデータ中のはんだの形状を編集することによって、不良モデルデータを作成するようにしている。この編集は、ユーザの操作に従って行われる。

図６は、上記の編集作業用の画面の一例を示す。
この画面の主要部には、編集作業のためのウィンドウ１００（以下、「編集ウィンドウ１００」という。）が設けられる。この実施例では、編集ウィンドウ１００内に、良品モデルデータが示す良品の形状を３次元的に表示し、その表示中のはんだを消去する操作やはんだを追加する操作を受け付けるようにしている。図６の例の編集ウィンドウには、ＩＣ中の１本のリード６およびこれに対応するバックフィレット７の立体形状を表す画像が示されている（バックフィレット７以外のはんだについては、図示を省略する。）。

編集ウィンドウ１００内に表示される画像は、良品モデルデータを構成する３次元画像を、所定の視点位置から仮想の２次元平面に投影する処理によって、生成されたものである。なお、良品モデルデータの各画素には、それぞれ後記する標準のＸ線吸収率が設定されるが、表示される画像では、適宜、明るさが調整される。また、はんだのＸ線吸収率を示す部分を着色表示するなど、はんだの部分を確認しやすい表示を行うこともできる。

編集ウィンドウ１００の下方には、３次元画像の投影処理の視点の位置を変更するための操作ボタン１０１（以下、「視点変更ボタン１０１」という。）が配列されたツールボックス１０２が設けられ、右側には、マウスカーソルの形状を選択するためのアイコン１０３およびクリックされた位置の材料を指定するためのボタン１０４（以下、「材料ボタン１０４」という。）が配列されたツールボックス１０５が設けられる。

さらに、この実施例の編集画面には、編集内容を保存するための保存ボタン１０６、編集内容を破棄するためのキャンセルボタン１０７、編集内容を確定してシミュレーションの開始を指示するためのボタン１０８（以下、「シミュレーション開始ボタン１０８」という。）が設けられる。

ユーザは、アイコン１０３および材料ボタン１０４を選択した後に、編集ウィンドウ１００内の所望の位置でクリック操作やドラッグ操作を行うことにより、表示されている画像のはんだの形状を変更することができる。たとえば、図６の例において、材料ボタン１０４中の「空気」を選択してバックフィレット７の所定位置をクリックまたはドラッグすることにより、表示されているはんだを消去して、空白部に置き換えることができる。また、はんだが消去されると基板等が露出する場合には、その露出する部位に対応する材料ボタン１０４を選択して、同様の操作を行えばよい。反対に、材料ボタン１０４中の「はんだ」を選択して編集操作を行えば、はんだでない部位をはんだに変更することができる。

さらに、必要に応じて、いずれかの視点変更ボタン１０１を操作することにより、編集ウィンドウ１００内の表示状態を変更することができるので、変更したい部位が的確に現れた表示を設定して編集作業を行うことができる。

また、ここでは図示していないが、編集ウィンドウ１００内のはんだを、所定位置でスライスする操作を受け付けて、その指定された位置の切断面が現れた画像を表示し、その断面より内側の内部形状を変更する操作（たとえばボイドの設定）を行うこともできる。
このように、実物による確認が困難な内部形状の不良に関しても、良品モデルデータを用いた編集によって、簡単に不良モデルデータを作成することができる。

図７，８は、上記の編集ウィンドウ１００内の編集前の画像と編集後の画像とを対比させて示したものである（いずれも変更箇所を点線円で囲んで示す。）。
図７は、図６に示したバックフィレット７を対象に編集を行った例を示すもので、フィレットの上端部が欠落した形状に変更されている。

図８は、はんだ電極を対象に編集を行った例を示す（この図でも、便宜上、はんだ電極を１０とし、部品本体を１１とする。）もので、はんだ電極１０の下端部の一部が欠落した形状に変更されている。

図９は、良品モデルデータの作成において、Ｘ線ＣＴにより求められたＸ線吸収率を標準値に置き換えるために参照されるテーブルを示す。このテーブルは、空気、部品本体、基板、リード、はんだの各材料毎に、Ｘ線ＣＴにより求められるＸ線吸収率の範囲と標準値となるＸ線吸収率とが対応づけたもので、あらかじめメモリ２２内に登録されている。 なお、このテーブルに示す数値は一例であって、Ｘ線管３の性能やＦＰＤ４の感度等によってばらつくので、装置毎にキャリブレーションを行って、適切な値を登録するのが望ましい。

制御部２１は、実物のモデルに対するＸ線ＣＴにより求めた３次元画像の各画素データをこのテーブルと照合することにより、Ｘ線吸収率を示す数値が材質毎に一定の値に揃えられた３次元データを設定し、これを良品モデルデータとして確定する。たとえば、Ｘ線吸収率が０〜０．１の範囲の数値が設定されている画素では、空気に対応するものと判断されて、Ｘ線吸収率が０に変更される。またＸ線吸収率が５．０〜１７．０の範囲の数値が設定されている画素では、はんだに対応するものと判断されて、Ｘ線吸収率が１０．０に変更される。部品本体、基板、リードに対応する画素も同様に、それぞれテーブル内の標準値に基づきＸ線吸収率が変更される。

不良モデルデータを編集する作業でも同様に、３次元画像中の編集された部位に対応する画素のデータを、上記のテーブルに基づく標準値により変更する。たとえば、材料ボタン１０４のうちの「空気」が選択されてはんだの部分がクリックされると、そのクリック箇所に対応する画素のデータは、１０．０から０に変更される。
このような処理によって、３次元画像中のＸ線吸収率を示す点の分布状態を変更することができる。

なお、この場合の変更処理では、元の良品モデルデータは、変更されずにメモリ２２に保存され、良品モデルデータをコピーしたデータが変更されて、不良モデルデータに設定される。元の良品モデルデータは、必要に応じて編集ウィンドウ１００に呼び出すことができるので、編集をやり直すことや、１つの良品モデルデータから複数の不良モデルデータを作成することが可能である。

さらに、上記の例では、１つのはんだ付け部位を対象にして、良・不良の各モデルデータを作成したが、複数のはんだ付け部位を含む範囲の３次元画像データによりモデルデータを設定してもよい。たとえば、ＩＣ５については、複数のリード６とそれらのバックフィレット７を含む範囲を対象に良品モデルデータを作成した後に、リード６間にはんだを追加する編集作業によって、ブリッジの発生を示す不良モデルデータを作成することができる。

上記のように、検出すべきはんだの不良には種々の形状のものが考えられるが、この実施例では、これらの不良形状を表す不良モデルデータをすべて良品モデルデータから作成することができる。よって、実物の不良モデルがなくとも、検査前の確認作業を問題なく行うことができる。

以下、図１０を用いて、検査前の確認処理時に実施される処理の一連の流れを説明する。まず、ユーザにより、シミュレーションの対象となる部品の良品モデル（以下、「良品部品」という。）が実装された基板が基板支持テーブル２にセットされる（ステップ１）。

さらに、ユーザが、良品部品の位置を指定して、処理の開始操作を行うと、この部品に対し、Ｘ線管３およびＦＰＤ４が図５に示した関係をもって配置されるように基板１およびＦＰＤ４の位置を調整して、Ｘ線ＣＴモードによる処理を開始する。以下、三者の位置関係を変更しながら複数回の透視撮影を実行し、生成された各Ｘ線透視画像を用いて複数の断層画像を再構成する。さらにこれらの断層画像に基づき、良品部品の各構成点の空間座標とＸ線吸収率を表す数値とを対応づけることにより、良品部品の３次元画像データを生成する（ステップ２）。この３次元画像データが良品モデルデータの基本形となる。

つぎに、上記の３次元画像データの全体または一部に対してステップ３，４を実行する。ステップ３では、図９に示したテーブルに基づき、３次元画像中の各画素に設定された数値（Ｘ線吸収率）を、それぞれ対応する材質に応じた標準のＸ線吸収率に置き換える。ステップ４では、ＦＰＤ４の感度のばらつき等によって生じた微小なノイズを、モフォロジー演算などの手法を用いて除去する。なお、ステップ３，４の処理を実行する対象となる範囲を限定する場合には、ステップ２で生成された３次元画像データによる全画像を表示して、ユーザに処理対象部位を選択させるようにしてもよい。

上記の処理により、Ｘ線吸収率を表す数値が材料毎に統一され、ノイズが除去された３次元画像データが生成されると、ステップ５では、この３次元画像データを良品モデルデータとして確定し、メモリ２２に保存する（ステップ５）。

ステップ６では、この良品モデルデータのコピーを作業メモリにセットするとともに、先の図６に示した編集画面を立ち上げ、編集ウィンドウ１００内に、コピーされたデータに基づく３次元表示を行う。そして、この３次元表示に対するユーザの編集操作に応じて表示を変更し、これに合わせて、作業メモリ内のデータも変更する。

編集操作が終了し、シミュレーション開始ボタン１０８が操作されると（ステップ７が「ＹＥＳ」）、その時点で作業用メモリに保存されているデータを不良モデルデータとして確定する（ステップ８）。さらに、確定した不良モデルデータを用いて、トモシンセシスモードのシミュレーションを実行し、複数の断層画像を生成する（ステップ９）。最後に、ユーザに確認させるために、各断層画像、またはこれらの画像から生成した３次元画像をモニタ２４に表示し（ステップ１０）、処理を終了する。

なお、先に述べたように、この実施例では、１つの良品モデルデータから複数の不良モデルデータを作成することができるので、シミュレーションも、作成された不良モデルデータ毎に実施することができる。また、良品モデルデータについても、同様にシミュレーションを実施することができるので、良品モデルデータのシミュレーション結果と不良モデルデータのシミュレーション結果とを照合できるような画面を示すこともできる。

よって、ユーザは、良品モデルデータから検出すべき不良形状を表す不良モデルデータを作成した後、この不良モデルデータが示す不良をトモシンセシスモードによる撮影で検出することができるかどうかを、容易に判断することができる。さらに、検出が可能な場合には、不良モデルデータによるシミュレーション結果を良品モデルデータによる結果と対比することにより、検査の判定基準に適したパラメータ（面積、はんだ断面の幅など）の選定や、具体的な判定基準値を設定する処理を、容易かつ的確に行うことができる。

つぎに、上記の例では、トモシンセシスモードのシミュレーションを実施するようにしたが、これに限らず、Ｘ線ＣＴモードのシミュレーションも実施することができる。たとえば、同じモデルデータを用いて各モードのシミュレーションを順に実施し、双方の結果を比較すれば、検査に適した方法を確認する上での利便性をより向上することができる。また、Ｘ線ＣＴモードによる検査を実施すると決めた後でも、判定基準のパラメータや判定基準値を設定するために、シミュレーションを利用することができる。

さらに、上記の例では、はんだの検査を行うことを前提に、はんだの不良形状を示す不良モデルデータを作成してシミュレーションを実施したが、はんだ以外の構成物（電極など）を検査する目的で装置を使用する場合にも、同様の方法で不良モデルデータを作成し、シミュレーションを実施することができる。

さらに、上記の例では、図１０に示したすべてのステップを検査装置内で実施したが、ステップ３より後の処理は、検査装置とは別体のコンピュータで実施することも可能である。たとえば、検査装置でステップ１，２を実行することにより基本形の良品モデルデータを生成した後に、これを別体のコンピュータに入力してステップ３〜５を実行し、完成した良品モデルデータを当該コンピュータのメモリに保存しておけば、必要に応じて、この保存データを呼び出して、ステップ６以下の処理を実行することができる。このような方法は、ユーザに検査内容をデモストレーションする目的や、検査に用いられるパラメータの設定値を確認する目的にも利用することができる。

上記の点に関連する実施例として、図１１および図１２を用いて、上記のシミュレーションを実施するコンピュータシステムについて説明する。このシステムは、検査に先立ち、検査に必要な各種パラメータを設定し、その設定に基づくシミュレーションを実施して、正しい検査結果が得られるかどうかを確認するためのもので、基板検査装置２０１、端末装置２０２、およびシミュレーション実行用のサーバ２０３（以下、単に「サーバ２０３」）という。）などにより構成される。

基板検査装置２０１は、図１および図２に示した構成を具備する。端末装置２０２は、キーボードやマウス等の操作部やモニタが接続されたコンピュータであり、基板検査装置２０１およびサーバ２０３の双方に接続される。サーバ２０３は、端末装置２０２より高い性能のＣＰＵが搭載されたコンピュータにより構成される。

基板検査装置２０１は、検査対象部品の３次元画像データを生成する処理（図１０のステップ１，２に相当する。）を実行する。端末装置２０２では、この３次元画像データの配信を受けて、モデルデータの編集に関する処理を実行するほか、検査用のパラメータを設定したり、シミュレーション結果を確認する目的に使用される。

サーバ２０３には、Ｘ線ＣＴおよびトモシンセシスの双方に関して、３次元画像データを用いて断層画像を再構成する処理をシミュレーションするためのプログラムが格納されており、端末装置２０２から指定された内容に応じたシミュレーションを実行する。

上記構成において、基板検査装置２０１では、ユーザにより準備された良品モデルおよび不良モデルを対象にＸ線ＣＴモードによる処理を実行して、モデルデータの基本となる３次元データを作成し、端末装置２０２に配信する。端末装置２０２では、配信された３次元データに対し、図１０のステップ３，４に相当する処理を実行することにより良品モデルデータや不良品モデルデータを確定し、これらのモデルデータが表す３次元形状をモニタに表示する。

上記の３次元形状の表示画面において、ユーザが、所定のモデルおよび断層撮影のモード（Ｘ線ＣＴまたはトモシンセシス）を選択してシミュレーションの開始を指定すると、選択されたモデルデータがサーバ２０３に送信され、選択されたモードによるシミュレーションが実行される。シミュレーションの結果は端末装置２０２に送信され、そのシミュレーションにより生成された断層画像がモニタに表示される。

この実施例でも、実物の不良モデルを準備できない場合には、端末装置２０２に図６に示したのと同様の編集作業用画面を立ち上げて、不良モデルデータを編集することができる。この場合には、良品モデルデータのほか、実物の不良モデルから作成した不良モデルデータを編集の対象にすることもできる。

さらにこの実施例では、サーバ２０３側で、モデルデータを対象にした断層撮影をシミュレートした後に、端末装置２０２側でそのシミュレーション結果を表示しながら、検査用の各種パラメータを設定する操作を受け付け、設定された各パラメータを用いた検査をシミュレートすることもできる。この検査のシミュレーションの結果は、図１２に示すような画面構成により表示される。

図１２の表示例は、ＢＧＡ中の４個のはんだ電極を対象に、それぞれのはんだ電極につき作成されたモデルデータを用いてＸ線ＣＴモードをシミュレートした後、さらに検査用シミュレーションを実行した結果を示すものである。

画面の左側には、断層画像の表示用ウィンドウ２１０と判定結果の表示用ウィンドウ２１１が示されている。また画面の右側には、断層撮影用のパラメータの表示用ウィンドウ２１２と、検査用パラメータの表示用ウィンドウ２１３がそれぞれ示され、さらに、画面の右下には、設定確定および設定変更のためのボタン２１４，２１５が表示されている。

断層画像の表示ウィンドウ２１０内には、３つの領域ｓ１，ｓ２，ｓ３が設定され、このうちの領域ｓ１に各はんだ電極の横断層画像が表示される。領域ｓ２には、図中の直線ｍ１に対応する縦断層画像が、領域ｓ３には、直線ｍ２に対応する縦断層画像が、それぞれ表示される。
なお、領域ｓ２，ｓ３内の直線ｍ３，ｍ４は、横断層画像に対応する平面を示すものである。

判定結果の表示ウィンドウ２１１には、各はんだ電極に対する判定結果（ＯＫ／ＮＧ）が表示される。なお、この例では、領域ｓ１内の４つのはんだ電極のうち、左下のものが不良モデルデータにより生成されており、ウィンドウ２１１内でも、この不良モデルデータに対応する「ボール３」の判定結果として、「ＮＧ」が表示されている。

ウィンドウ２１２には、断層撮影に関するパラメータとして、選択されたモード、透視撮影の回数（プロジェクション数）、投影角度（図５の直線Ｌとｍとがなす角度）が表示されている。ウィンドウ２１３には、検査用のパラメータとして、判定対象の断層画像に対応する平面の高さ（検査断層高さ）、断層画像中のはんだ電極の面積（断面面積）および当該はんだ電極の真円度（断面真円度）が表示されている。

なお、断面面積および断面真円度の値は、良品として判定できる範囲の最小値（しきい値）を示すもので、この例では最適な値に対する割合（％）として表されている。ウィンドウ２１１内の判定結果は、これらのしきい値による判定の結果を示すものである。

また断面面積や断面真円度は、各はんだ電極毎に設定された検査領域内の画像を処理することにより求められる。ウィンドウ２１０中の横断層画像の表示領域ｓ１では、各はんだ電極の断層画像に対し、それぞれ検査領域を表す矩形枠ｒが示されている。

なお、上記のウィンドウ２１０〜２１３のうち、断層画像の表示用ウィンドウ２１０およパラメータの表示用のウィンドウ２１２，２１３は、検査用パラメータの設定用画面にも表示される。ただし、ウィンドウ２１２，２１３中の設定データは、当初は空白であり、ユーザの入力を受け付ける状態に設定される。また、ウィンドウ２１０の領域ｓ１には、当初は検査領域を示す矩形枠ｒは表示されておらず、ユーザによる領域設定操作に応じて矩形枠ｒが表示される。

図１２の検査シミュレーションの結果表示画面によれば、ユーザは、各はんだ電極の形状に適合する判定が行われているかや、設定した各種パラメータが適切であったかなどを容易に確認することができる。ここで、ユーザがシミュレーションの結果が適切であると判断して設定確定ボタン２１４を操作すると、端末装置２０２では、各種パラメータの設定を確定し、基板検査装置２０１に送信する。基板検査装置２０１は、これらのパラメータを検査に使用するためにメモリ２２に登録する。

一方、設定が不適切であるとして、設定変更ボタン２１５が操作された場合には、各種パラメータの設定がキャンセルされ、パラメータの設定用画面に戻る。ここで、ウィンドウ２１３内のパラメータまたは検査領域の設定データが変更された場合には、変更されたパラメータを用いて検査のシミュレーションを再度実行した後、その結果を表示する。またウィンドウ２１２内の撮影用のパラメータも変更された場合には、変更されたパラメータをサーバ２０３に送信し、サーバ２０３側で断層撮影のシミュレーションを再実行する。この後、端末装置２０２において、新たに作成された断層画像を対象にした検査シミュレーションを実行する。

上記の検査シミュレーションによれば、ユーザは、正確な検査結果が得られるかどうかを確認してから設定を確定することができるので、検査に適したパラメータを容易に設定することができる。また、このシミュレーションに際しても、編集作業により各種形状の不良モデルデータを作成して、これらの不良を正しく検出できるかどうかをチェックすることができるから、設定されるパラメータの信頼度を高めることができる。

Ｘ線利用の基板検査装置の撮影に関する構成を示す図である。 上記の基板検査装置のブロック図である。 トモシンセシスによる断層撮影の原理を示す図である。 トモシンセシスによる画像再構成の具体例を示す図である。 Ｘ線ＣＴによる断層撮影時の基板、Ｘ線管、ＦＰＤの関係を示す図である。 不良モデルデータの編集画面の例を示す図である。 バックフィレットを対象にした編集例を示す図である。 はんだ電極を対象にした編集例を示す図である。 材料毎のＸ線吸収率の数値範囲および標準値の例を示すテーブルである。 検査前に実行される処理の流れを示すフローチャートである。 基板検査装置外でシミュレーションを実施する場合のシステム構成を示すブロック図である。 検査シミュレーションの結果表示画面の例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
３ Ｘ線管
４ フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ４）
７ バックフィレット
１０ はんだ電極
２１ 制御部
２２ メモリ
２４ モニタ
２５ 操作部
１００ 編集ウィンドウ

Claims (4)

1. 基板に実装された部品のはんだ付け部位に対するＸ線断層撮影をシミュレートする方法であって、
   はんだの形状が良好な部品を対象にしたＸ線ＣＴによって、前記はんだを含む所定大きさの部位を構成する複数の点の空間座標と各点におけるＸ線吸収率を示す数値とを対応づけた良品モデルデータを生成する第１ステップ、
   前記良品モデルデータに基づく３次元画像を表示して、その表示中のはんだの形状を変更する編集操作を受け付け、この操作に応じて前記良品モデルデータ中のはんだのＸ線吸収率を表す点の分布状態を変更することにより、前記はんだの不良モデルデータを作成する第２ステップ、
   前記不良モデルデータを用いた仮想のＸ線透視撮影を、不良モデルデータが表すはんだに対するＸ線源の相対位置が毎回変更されると仮定して複数回実行し、各撮影の結果を用いて前記不良モデルデータが示すはんだの断層画像を生成する第３ステップ、
   第３ステップで生成された断層画像または断層画像から求めた３次元画像を表示する第４ステップ、の各ステップを実行する、
   ことを特徴とする、Ｘ線断層撮影のシミュレーション方法。
2. 前記第１ステップは、Ｘ線ＣＴによる断層撮影を行う機能を具備する装置において実行され、
   前記第２〜４の各ステップは、前記第１ステップにより生成された良品モデルデータの入力を受け付けたコンピュータにより実行される、請求項１に記載されたＸ線断層撮影のシミュレーション方法。
3. 前記第３ステップでは、少なくとも前記不良モデルデータが表すはんだ内の一平面を処理対象として、トモシンセシスによる断層撮影の原理に基づく処理を実行することにより、処理対象の平面の断層画像を生成する、請求項１または２に記載されたＸ線断層撮影のシミュレーション方法。
4. 基板に実装された部品のはんだ付け部位に対するＸ線断層撮影を、表示装置が接続されたコンピュータにシミュレートさせるためのプログラムであって、
   シミュレーションの対象部品におけるはんだの良好な立体形状を表す良品モデルデータとして、前記良好な形状のはんだを含む所定大きさの部位を構成する複数の点の空間座標と各点におけるＸ線吸収率を示す数値とを対応づけたデータを入力する第１ステップ、
   前記良品モデルデータに基づく３次元画像を前記表示装置の画面に表示して、その表示中のはんだの形状を変更する編集操作を受け付け、この操作に応じて前記良品モデルデータ中のはんだのＸ線吸収率を表す点の分布状態を変更することにより、前記はんだの不良モデルデータを作成する第２ステップ、
   前記不良モデルデータを用いた仮想のＸ線透視撮影を、不良モデルデータが表すはんだに対するＸ線源の相対位置が毎回変更されると仮定して複数回実行し、各撮影の結果を用いて前記不良モデルデータが示すはんだの断層画像を生成する第３ステップ、
   第３ステップで生成された断層画像または断層画像から求めた３次元画像を前記表示装置の画面に表示する第４ステップ、
   の各ステップを前記コンピュータに実行させることを特徴とする、Ｘ線断層撮影のシミュレーション用プログラム。

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