JP5473666B2 - Ｘ線検査方法及びｘ線検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、プリント基板と電子部品との半田付け状態を検査するＸ線検査方法及びＸ線検査装置に関するものである。

従来、プリント基板には、プリント基板上に配線されたパターン配線と電子部品の電極を半田付けにより接続するランドと、ランド部分に開口を有する保護膜であるレジストが形成されている。
ここで、プリント基板のパッド構造は、ランドの径よりも開口径が大きなレジストを用いたノン・ソルダー・マスク・ディファイン（ＮＳＭＤ）構造を採用している。

このＮＳＭＤ構造のプリント基板と、ランドに半田付けされた部品電極を有する電子部品との半田付け状態をＸ線検査する３次元Ｘ線ＣＴ検査装置では、半田の複数位置での水平断面画像を生成して、その水平断面画像の半田形状から半田付け状態の良否判定を行っている（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−２７６００１号公報

しかしながら、従来のプリント基板ではパッド構造としてＮＳＭＤ構造を採用しているため、電子部品の半田付けを行った際に、正常に半田付けが行われた場合にもパターン配線に半田が引っ張られてしまうために、半田形状がばらついてしまう。そのため、良品の半田形状と不良品の半田形状との差異がわかりにくくなり、検査精度が低下するといった課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、良品における半田形状を安定化させて、良品の場合と不良品の場合とで半田形状の差異を顕著にすることによって、検査精度を向上させることができるＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提供することを目的としている。

この発明に係るＸ線検査方法は、基板上に設けて全周の周縁部をレジストで覆った円形ランド上に印刷したクリーム半田と、電子部品の電極に付けた半田ボールとを溶融してなる半田の半田付け状態を検査するＸ線検査方法であって、基板にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、Ｘ線照射ステップにおいて照射し基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、Ｘ線検出ステップにおいて検出したＸ線に基づいて、半田のランド上面から１００μｍ以下に位置しかつ基板面に対して平行な面の基板側断面画像を生成する断面画像生成ステップと、断面画像生成ステップにおいて生成した基板側断面画像の半田形状の円形からの歪みに基づいて、半田付け状態を判定する判定ステップとを有するものである。

また、この発明に係るＸ線検査装置は、基板上に設けて全周の周縁部をレジストで覆った円形ランド上に印刷したクリーム半田と、電子部品の電極に付けた半田ボールとを溶融してなる半田の半田付け状態を検査するＸ線検査装置であって、基板にＸ線を照射するＸ線発生器と、Ｘ線発生器により照射され基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、Ｘ線検出部により検出されたＸ線に基づいて、半田のランド上面から１００μｍ以下に位置しかつ基板面に対して平行な面の基板側断面画像を生成する断面画像生成部と、断面画像生成部により生成された基板側断面画像の半田形状の円形からの歪みに基づいて、半田付け状態を判定する判定部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、良品における半田形状を安定化させて、良品の場合と不良品の場合とで半田形状の差異を顕著にすることによって、検査精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態１におけるプリント基板及び電子部品の構成を示す（ａ）半田付け前の断面図であり、（ｂ）半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＸ線検査装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における電子部品が実装されたプリント基板の断面図及び検査位置における水平断面図であり、（ａ）プリント基板にＳＭＤ構造を用いた良品を示す図であり、（ｂ）プリント基板にＮＳＭＤ構造を用いた良品を示す図であり、（ｃ）プリント基板にＳＭＤ構造を用いた不良品を示す図であり、（ｄ）プリント基板にＮＳＭＤ構造を用いた不良品を示す図である。 この発明の実施の形態１における電子部品が実装されたプリント基板の断面図及び検査断面における水平断面図であり、（ａ）電子部品にＳＭＤ構造を用いた良品を示す図であり、（ｂ）電子部品にＮＳＭＤ構造を用いた良品を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、Ｘ線検査装置１０により検査を行う、電子部品３０が実装されたプリント基板２０について説明する。なお以下では、電子部品３０としてＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ部品を用いた場合について説明する。
プリント基板２０は、図１に示すように、基材２１上に配線された不図示のパターン配線と電子部品３０の部品電極３２とを接続する銅箔からなるランド２２と、ランド２２上に印刷された半田２３と、ランド２２部分が開口した保護膜である基板レジスト２４とから構成される。

ここで、プリント基板２０は、パッド構造としてＳＭＤ構造を採用している。
このＳＭＤ構造は、図１に示すように、ランド２２径よりも開口径が小さい基板レジスト２４を用いて、ランド２２の縁部分が基板レジスト２４に覆われるように構成したものである。

また、電子部品３０は、図１に示すように、インターポーザ３１の裏面に形成された部品電極３２と、部品電極３２に付けられた半田ボール３３と、部品電極３２部分が開口した部品レジスト３４とから構成される。

上記のように構成されたプリント基板２０に電子部品３０を実装する際には、半田２３上に電子部品３０を実装して取り付け、リフロー炉により加熱して一体化させる。この際、ランド２２と半田４０との間に、数μｍ〜数十μｍ厚の金属間化合物が形成されることによって、プリント基板２０と電子部品３０とを接合することができる。

次に、Ｘ線検査装置の構成について説明する。
Ｘ線検査装置１０は、図２に示すように、Ｘ線発生器１１及びＸ線検出器１２から構成される。また、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線検出部１３、制御部１４、断面画像生成部１５及び判定部１６から構成される。

Ｘ線発生器１１は、軸ａを中心に回動しながら不図示の検査台に載置されたプリント基板２０にＸ線を照射するものである。このＸ線発生器１１は、図１の点線で示すような範囲に対してＸ線を照射する。

Ｘ線検出部１３は、Ｘ線発生器１１により照射され、プリント基板２０を透過したＸ線を検出するものであり、プリント基板２０を介してＸ線発生器１１に対向して配置される。このＸ線検出部１３により検出されたＸ線データは断面画像生成部１５に送られる。

制御部１４は、所定のプログラムに従って、Ｘ線検査装置１０の各部の動作制御を行うものである。
断面画像生成部１５は、Ｘ線検出部１３により検出されたＸ線データに対して画像処理を行い、半田４０の所定位置での水平断面画像を生成するものである。この断面画像生成部１５により生成された水平断面画像は判定部１６に送られる。

判定部１６は、断面画像生成部１５により生成された所定位置での水平断面画像により得られた半田径もしくは半田形状に基づいて、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行うものである。

次に、Ｘ線検査装置１０の動作について説明する。
Ｘ線検査装置１０により電子部品３０が実装されたプリント基板２０の半田付け状態の良否判定を行う際には、図３に示すように、まず、Ｘ線発生器１１は、回動しながら検査台に載置されたプリント基板２０にＸ線を照射する（ステップＳＴ１、Ｘ線照射ステップ）。

次いで、Ｘ線検出部１３は、Ｘ線発生器１１により照射され、プリント基板２０を透過したＸ線を検出する（ステップＳＴ２、Ｘ線検出ステップ）。このＸ線検出部１３により検出されたＸ線データは断面画像生成部１５に送られる。

次いで、断面画像生成部１５は、Ｘ線検出部１３により検出されたＸ線データに対して画像処理を行い、半田４０の所定位置での水平断面画像を生成する（ステップＳＴ３、断面画像生成ステップ）。この断面画像生成部１５により生成された水平断面画像は判定部１６に送られる。
次いで、判定部１６は、断面画像生成部１５により生成された水平断面画像の半田形状に基づいて、プリント基板２０と電子部品３０との半田付け状態の良否判定を行う（ステップＳＴ４、判定ステップ）。

ここで、従来のＮＳＭＤ構造のプリント基板２０では、図４（ｂ）に示すように、半田付けが正常に行われた際（良品）にも、半田４０がランド２２のパターン配線の引き回しによりひっぱられるため、半田形状がいびつになる。
そのため、図４（ｃ）に示すＮＳＭＤ構造のプリント基板２０の不良品での半田形状との識別が困難となり、誤判定が生じやすく検査精度が下がる。

一方、ＳＭＤ構造のプリント基板２０では、図４（ａ）に示すように、半田付けを行った際にパターン配線への半田４０の流れ出しを抑制することができるため、パターン配線の引き回しの影響を受けずに半田形状を安定化させることができる。
そのため、図４（ｃ）に示すＮＳＭＤ構造のプリント基板２０の不良品での半田形状や図４（ｄ）に示すＳＭＤ構造のプリント基板２０の不良品での半田形状との差異が顕著となり、高精度に半田付け状態を良否判定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、プリント基板２０のパッド構造としてＳＭＤ構造を採用することで、従来のＮＳＭＤ構造のプリント基板２０に対して、半田付けを行った際のパターン配線への半田４０の流れ出しが抑制することができるため、半田形状を安定化させることが可能となる。そのため、良品の場合と不良品の場合とで半田形状の差異が顕著となり、高精度に半田付け状態を良否判定することができ、自動検査に適応することができる。

なお、実施の形態１に係るＸ線検査方法は、特にランド２２と半田４０との間の接合面（ランド２２上面０μｍ〜１００μｍの位置）付近の半田形状を検査する場合において有用である。

また、実施の形態１に係るＸ線検査方法のように、プリント基板２０側の半田付け状態を検査する場合には、プリント基板２０をＳＭＤ構造としていればよく、図５に示すように、電子部品３０のパッド構造はＮＳＭＤ構造またはＳＭＤ構造のどちらであっても高精度に検査することが可能となる。

さらに、実施の形態１では、プリント基板２０側の半田付け状態の検査を行う場合について示したが、電子部品３０側の半田付け状態を検査する場合には、電子部品３０のパッド構造としてＳＭＤ構造を採用することで、部品電極２２と半田４０間の半田付け状態を高精度に検査することも可能となる。なお、この場合には、特に部品電極３２と半田４０との接合面（電極下面０μｍ〜１００μｍの位置）付近の半田形状を検査する場合において有用である。

さらに、プリント基板２０のパッド構造としてＳＭＤ構造を採用した場合には、パターン配線への半田４０の流れ出しが抑制できるため、半田付け後に形成される半田４０の体積量のばらつきが小さくなる。この半田４０の体積量のばらつきの減少に伴い、半田中心位置での半田径のばらつきも小さくなるため、Ｘ線検査装置１０において、この半田最大径もしくは半田最小径から半田付けの良否判定を行うように構成してもよく、高精度な検査を実現することが可能となる。

また、実施の形態１では、電子部品３０としてＢＧＡパッケージ部品を用いた場合について示したが、これに限るものではなく、例えば、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ部品等の裏面電極を有するＩＣ部品を用いた場合についても同様の効果を得ることができる。

１０ Ｘ線検査装置、１１ Ｘ線発生器、１２ Ｘ線検出器、１３ Ｘ線検出部、１４ 制御部、１５ 断面画像生成部、１６ 判定部、２０ プリント基板、２１ 基材、２２ ランド、２３ 半田、２４ 基板レジスト、３０ 電子部品、３１ インターポーザ、３２ 部品電極、３３ 半田ボール、３４ 部品レジスト、４０ 半田。

Claims (6)

1. 基板上に設けて全周の周縁部をレジストで覆った円形ランド上に印刷したクリーム半田と、電子部品の電極に付けた半田ボールとを溶融してなる半田の半田付け状態を検査するＸ線検査方法であって、
   前記基板にＸ線を照射するＸ線照射ステップと、
   前記Ｘ線照射ステップにおいて照射し前記基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出ステップと、
   前記Ｘ線検出ステップにおいて検出したＸ線に基づいて、前記半田の前記ランド上面から１００μｍ以下に位置しかつ前記基板面に対して平行な面の基板側断面画像を生成する断面画像生成ステップと、
   前記断面画像生成ステップにおいて生成した前記基板側断面画像の半田形状の円形からの歪みに基づいて、半田付け状態を判定する判定ステップとを有する
   ことを特徴とするＸ線検査方法。
2. 前記電子部品は、前記電極の周縁部がレジストで覆われており、
   前記断面画像生成ステップにおいて、前記半田の前記電極の下面から１００μｍ以下に位置しかつ前記基板面に対して平行な面の部品側断面画像を生成し、
   前記判定ステップにおいて、前記断面画像生成ステップにおいて生成した前記部品側断面画像の半田形状に基づいて、半田付け状態を判定する
   ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
3. 前記断面画像生成ステップにおいて、前記半田の中心部を通りかつ前記基板面に対して平行な面の中心部断面画像を生成し、
   前記判定ステップにおいて、前記断面画像生成ステップにおいて生成した前記中心部断面画像の半田径に基づいて、半田付け状態を判定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸ線検査方法。
4. 基板上に設けて全周の周縁部をレジストで覆った円形ランド上に印刷したクリーム半田と、電子部品の電極に付けた半田ボールとを溶融してなる半田の半田付け状態を検査するＸ線検査装置であって、
   前記基板にＸ線を照射するＸ線発生器と、
   前記Ｘ線発生器により照射され前記基板を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線検出部により検出されたＸ線に基づいて、前記半田の前記ランド上面から１００μｍ以下に位置しかつ前記基板面に対して平行な面の基板側断面画像を生成する断面画像生成部と、
   前記断面画像生成部により生成された前記基板側断面画像の半田形状の円形からの歪みに基づいて、半田付け状態を判定する判定部とを備えた
   ことを特徴とするＸ線検査装置。
5. 前記電子部品は、前記電極の周縁部がレジストで覆われており、
   前記断面画像生成部は、前記半田の前記電極の下面から１００μｍ以下に位置しかつ前記基板面に対して平行な面の部品側断面画像を生成し、
   前記判定部は、前記断面画像生成部が生成した前記部品側断面画像の半田形状に基づいて、半田付け状態を判定する
   ことを特徴とする請求項４記載のＸ線検査装置。
6. 前記断面画像生成部は、前記半田の中心部を通りかつ前記基板面に対して平行な面の中心部断面画像を生成し、
   前記判定部は、前記断面画像生成部により生成された前記中心部断面画像の半田径に基づいて、半田付け状態を判定する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５記載のＸ線検査装置。

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