JP5975206B2

JP5975206B2 - 不良判定方法及び不良判定装置

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Publication number: JP5975206B2
Application number: JP2012053355A
Authority: JP
Inventors: 植野　義則; 義則植野; 浩中; 富田　安; 安富田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP2013187483A

Description

本発明は、部品の不良判定方法及び不良判定装置に関し、特に、基板に搭載した部品の不良判定方法及び不良判定装置に関する。

はんだ印刷・部品搭載・リフローの各工程から成る電子部品の基板実装において、特に両端に電極を有するチップ型の電子部品では、部品位置ずれ・部品浮きや部品立ち（マンハッタンあるいはツームストーンと呼ばれる現象）などの様々な不良が発生している。

これら不良の原因として、部品を実装するパッドへのはんだ印刷量のばらつきや、部品電極のはんだ濡れ性のばらつきにより、溶融したはんだによって電極に働く界面張力に差が出ることが挙げられる。

これらのばらつきが少ない場合、両電極に働く界面張力がほぼ等しくなるパッド間中心付近に移動する（セルフアライメント効果）が、ばらつきが大きくなると両電極間の界面張力差も大きくなり、部品が界面張力の大きい方へ引き寄せられて部品位置ずれや部品浮きなどの不良になる。

これに対し、従来ははんだ印刷後検査やリフロー後の外観検査による不良判定が行われている。リフロー後の外観検査における部品実装位置ずれについては、一例として基準となる部品画像を用いたパターンマッチングにより部品位置を検出し、部品実装目標座標（設計における実装位置）からのずれ量が許容範囲内にあるかどうかを確認する方法が行われている。

また、部品浮きについては、上記パターンマッチングによる検出に加えて、特開平１−２８２４１０号公報（特公平６−１１７３号公報：特許文献１）に記載されているように、部品浮きや濡れ不足の場合、部品電極とはんだの接合部分（フィレット）が正しく形成されないことから、フィレットの形状を測定し、フィレットが正しく形成されていない場合に不良と判断し、部品浮きや濡れ不足を含めた不良判定が行なわれている。

しかし、浮き上がり量の少ない部品浮きや部品電極の濡れ性が良品よりやや劣る場合は良品との差が小さく、また微小部品の場合はフィレット自体が小さいため、フィレット形状による不良判定では不良を完全に検出することは難しいという問題があった。

特開平１−２８２４１０号公報

本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決するための技術を提供することにあり、浮き上がり量の少ない部品浮きや部品電極の濡れ性が良品よりやや劣る場合においても、不良の可能性を判定することが可能な不良判定方法及び不良判定装置を提供することにある。

本発明に係る不良判定方法は、
基板にはんだを印刷する工程と、
前記はんだを印刷した基板に部品を搭載する工程と、
前記部品を搭載した後の部品座標を測定し、部品実装目標座標からの第１の座標ずれを算出する工程と、
前記部品を搭載した後の基板を加熱して、前記部品のはんだ付けを行うリフロー工程と、
前記リフロー後の部品座標を測定し、前記部品実装目標座標からの第２の座標ずれを算出する工程と、
前記第１の座標ずれと前記第２の座標ずれに基づいて、前記リフロー後の部品の不良の可能性を判定する工程と、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る不良判定装置は、
基板にはんだを印刷するはんだを印刷手段と、
前記はんだを印刷した基板に部品を搭載する部品搭載手段と、
前記部品を搭載した後の部品座標を測定し、部品実装目標座標からの第１の座標ずれを算出する搭載後部品位置測定手段と、
前記部品を搭載した後の基板を加熱して、前記部品のはんだ付けを行うリフロー手段と、
前記リフロー後の部品座標を測定し、前記部品実装目標座標からの第２の座標ずれを算出するリフロー後部品位置測定手段と、
前記第１の座標ずれと前記第２の座標ずれに基づいて、前記リフロー後の部品の不良の可能性を判定する不良判定手段と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、浮き上がり量の少ない部品浮きや部品電極の濡れ性が良品よりやや劣る場合においても、不良の可能性を判定することができる。

本発明の実施の形態に係る不良判定装置の構成を示す図である。部品が不良である可能性を判定する方法の一例を説明するための図であり、（ａ）は部品実装後の部品実装位置を示し、（ｂ）はリフロー後の部品実装位置を示している。部品が不良である可能性を判定する方法の一例を説明するための図であり、（ａ）は部品実装後の部品実装位置を示し、（ｂ）はリフロー後の部品実装位置を示している。本発明の実施の形態に係る不良判定方法について説明するためのフローチャートである。部品搭載手段における基板への部品の搭載例を示す図である。リフロー手段における部品のはんだ付けの一例を示す図である。リフロー手段における部品のはんだ付けの一例を示す図である。リフロー手段における部品のはんだ付けの一例を示す図である。リフロー手段における部品のはんだ付けの一例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る不良判定装置の構成について説明する。

図１に示すように、不良判定装置１００は、基板にはんだを印刷するはんだ印刷手段１０と、はんだを印刷した基板に部品を搭載する部品搭載手段１１と、部品を搭載した基板を撮像して、部品位置と部品実装目標座標の座標ずれを測定する搭載後部品位置測定手段１２と、部品搭載後の基板を加熱して部品のはんだ付けを行うリフロー手段１３と、リフローを行った基板を撮像して、部品位置と部品実装目標座標の座標ずれを測定するリフロー後部品位置測定手段１４と、搭載後部品位置測定手段１２とリフロー後部品位置測定手段１４で検出した部品位置の座標ずれから、リフロー後に不良が発生している可能性を判定する不良判定手段１５を有する。

このように、本発明の実施の形態では、電子部品の基板実装において、部品搭載後の部品座標情報とリフロー後の部品座標情報を用いて、部品が不良である可能性を判定する。

ここで、図２、図３を参照して、部品が不良である可能性を判定する方法の一例について説明する。ここで、図２（ａ）、図３（ａ）は、部品搭載後の部品位置を示し、図２（ｂ）、図３（ｂ）は、リフロー後の部品位置を示している。ここで、図２（ｂ）、図３（ｂ）で示す部品位置は同一であり、従来技術による不良判定では同一の結果となる。図２、図３に示すように、パッド１０２を有する基板上に部品１０１が搭載される。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、部品搭載工程後の部品座標が部品実装目標座標から大きくずれていた部品１０１が、リフロー工程後に部品実装目標座標であるパッド間中心の近くまで移動していた場合は、大きくセルフアライメント効果が現れているので、良好なはんだ濡れ性が得られ、良好なはんだ付けが行われたと判断できる。

これに対して、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、部品搭載工程後の部品座標がパッド間中心のやや右側であった部品が、リフロー工程後に部品実装目標座標であるパッド間中心を越えて、パッド間中心のやや左側まで移動していた場合は、部品右側電極の濡れ性が悪く、左側パッドの方に大きく引き寄せられたと推測可能であり、不良の可能性があると考えられる。

このことから、本発明の実施の形態では、部品搭載後の製品画像及びリフロー後の製品画像から各々における部品座標を測定して部品実装目標座標からの座標ずれを求め、これらの座標ずれを比較して、部品が不良である可能性を判定するようにしている。

次に、図４を参照して、本発明の実施の形態に係る不良判定方法について説明する。ここで、図４は、基板へ部品を実装するまでの手順を示している。

まず、はんだ印刷手段１０は部品が実装されていない基板に対してはんだ印刷を行い、基板を部品搭載手段１１へ搬出する（ステップ４０）。

次に、部品搭載手段１１は、はんだ印刷手段１０から搬入された基板に対して部品の搭載を行い、基板を搭載後部品位置測定手段１２へ搬出する（ステップ４１）。

次に、搭載後部品位置測定手段１２は、部品搭載手段１１から搬入された基板に対して撮像を行い、部品座標を測定して、部品実装目標座標からの座標ずれを算出する（ステップ４２）。

ここで、座標ずれはＸ・Ｙ及びθ方向のずれを意味するが、必ずしも全ての値を用いる必要はなく、Ｘ・Ｙ及びθ方向のずれのうち一部を測定して、処理を行っても良い。また、Ｘ・Ｙ及びθ方向のずれのうち複数を用いる場合は、１つでも不良の可能性ありと判定されたら、該部品は不良の可能性ありと判定する。

測定完了後、基板をリフロー手段１３へ搬出し、算出した座標ずれを不良判定手段１５へ出力する。

次に、リフロー手段１３は、搭載後部品位置測定手段１２から搬入された基板に対して熱を加えてはんだ付けを行い、リフロー後部品位置測定手段１４へ搬出する（ステップ４３）。

次に、リフロー後部品位置測定手段１４は、リフロー手段１３から搬入された基板に対して撮像を行い、部品座標を測定して、部品実装目標座標からの座標ずれを算出する（ステップ４４）。測定完了後、基板を後工程へ搬出し、算出した座標ずれを不良判定手段１５へ出力する。

次に、ステップ４２とステップ４４で算出した座標ずれを用いて、部品の不良の可能性を判定する（ステップ４５）。

この判定の結果、部品の不良の可能性ありと判定されたら、外部へ部品不良の可能性を通知する（ステップ４６）。

一方、判定の結果、部品の不良の可能性なしと判定されたら処理は終了する。

次に、図５〜図９を参照して、図１に示す搭載後部品位置測定手段１２及びリフロー後部品位置測定手段１４の動作について説明する。

最初に、図５に、部品搭載手段１１における基板への部品３１の搭載例を示す。搭載後部品位置測定手段１２では、基板の撮像を行い、得られた画像から部品中心位置３４を測定し、座標ずれを算出する。

ここで、部品中心位置３４を測定する方法としては、部品３１の基準画像を用いたテンプレートマッチングにより、撮像した画像から部品３１を検出し、得られた領域の中心を部品中心位置３４とする方法や、輝度変化を用いて部品３１の外形を求め、得られた領域の中心を部品中心位置３４とする方法などが考えられるが、測定をこれらの方法に限定するものではない。

部品中心位置３４を測定したら、部品実装目標座標に対する部品中心位置３４の差分により座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍを算出し、算出値を不良判定手段１５へ出力する。

ここで、一般的に、部品実装目標座標はパッド間中心位置３３（パッド３２の間の中心位置）であるため、以下、部品実装目標座標はパッド間中心位置３３であるとして説明及び図示を行う。

リフロー後部品位置測定手段１４では、搭載後部品位置測定手段１２と同様の方法で座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒを算出し、算出値を不良判定手段１５へ出力する。

不良判定手段１５では、実装後部品位置測定手段１２で算出した座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍと、リフロー後部品位置測定手段１４で算出した座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒから部品不良の可能性を判定する。判定の結果、部品不良の可能性を検出した場合は外部へ部品不良の可能性を通知する。

ここで、不良判定手段１５での判定方法を以下に示す。

リフロー手段１３ではんだが溶融することで、部品３１が両電極における界面張力が等しくなる位置へ移動するため、良品であれば部品中心位置３４は部品実装目標座標であるパッド間中心位置３３へ向けて移動すると考えられる。

このことから、部品搭載後及びリフロー後の座標ずれを比較して、部品搭載後の座標ずれに対するリフロー後の座標ずれが、部品実装目標座標から離れる方向である場合、不良の可能性があると考えられる。

次に、図６に、リフロー手段１３における部品３１のはんだ付けの一例を示す。ここで、部品搭載後は図５に示す状態であったものとする。この場合、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍとリフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒを比較すると、
Ｘｒ＝（１２／１１）Ｘｍ
Ｙｒ＝（２／９）Ｙｍ
θｒ＝（１／６）θｍ
となり、Ｘ座標に関してＸｍとＸｒの符号が同じ、即ちずれの向きが同じで、かつＸｒ＞Ｘｍであることから、Ｘ座標が部品実装目標座標から離れる方向へ移動しているため、不良の可能性があると判定する。

また、部品中心位置３４が部品実装目標座標へ近づく方向へ動いた場合、つまり、部品搭載後の部品中心位置３４から見て、部品実装目標座標へ向けて動いた場合でも、部品搭載後の座標ずれよりも前記部品搭載後の座標ずれと前記リフロー後座標ずれの差が大きい、つまり部品搭載後からリフロー後にかけての移動量が、部品搭載後の座標ずれ量よりも大きい場合は、リフロー工程後に部品実装目標座標を越える位置まで動いていた、即ち、必要以上に部品が動いたということで、不良の可能性があると考えられる。

次に、図７に、リフロー手段１３における部品３１のはんだ付け例で、図６とは異なる例を示す。ここで、部品搭載後は図５に示す状態であったものとする。この場合、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍとリフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒを比較すると、
Ｘｒ＝（−４／１１）Ｘｍ
Ｙｒ＝（２／９）Ｙｍ
θｒ＝（１／６）θｍ
となり、Ｘ座標に関して、Ｘｒ＜Ｘｍであることから、部品搭載後の部品中心位置３４から見て、部品実装目標座標へ向けて動いたことが分かる。また、部品搭載後の状態からリフロー後の状態までの移動量である｜Ｘｒ−Ｘｍ｜と部品搭載後の座標ずれ量｜Ｘｍ｜を比較すると、｜Ｘｒ−Ｘｍ｜の方が大きいことから、部品中心位置３４がリフロー工程後に部品実装目標座標を越える位置まで動いたということで、不良の可能性があると判定する。

また、部品搭載後の座標ずれ及びリフロー後の座標ずれは、部品実装目標座標を原点とした値であるため、各々の符号が異なっている場合、部品中心位置３４がリフロー工程後に部品実装目標座標を越える位置まで動いたということで、不良の可能性があると判定することも可能である。図７に示す例では、Ｘ方向のずれ量であるＸｍとＸｒの符号が異なるため、不良の可能性がありと判定する。

ただし、実際には測定時の誤差や、両電極に働く界面張力が等しくなる位置へ部品３１が動く際の停止位置のばらつきが発生するため、定数Ｃ１を用いて、部品搭載後の状態からリフロー後の状態までの移動量が、部品搭載後の座標ずれ量よりもＣ１以上大きい場合に不良と判定するようにしても良い。

また、部品中心位置３４が部品実装目標座標へ近づく方向へ動いた場合でも、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍと前記リフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒの差が、部品搭載後の座標ずれから算出されるしきい値より小さい場合、リフロー工程後に部品３１があまり動いていない、即ちセルフアライメント効果が小さいということで、不良の可能性があると考えられる。

ここで、しきい値としては、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍをα倍（０＜α＜１）した値を用いることが考えられる。αは、材料や部品重量などによるセルフアライメント効果の程度に応じて設定することが考えられる。セルフアライメント効果が働きやすい場合は、良品であれば部品中心位置３４が部品実装目標座標へ近づきやすくなると考えられるため、セルフアライメント効果が働きにくい場合はα＝１／３、セルフアライメント効果が働きやすい場合はα＝２／３とするなど、セルフアライメント効果が働きやすい場合はαを大きく設定することが好ましい。

また、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍが小さい場合、良品であっても移動量は小さく、しきい値として部品搭載後の座標ずれを用いた場合、良品に対して不良の可能性ありと判定する可能性がある。このため、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍが一定値以下の場合は、しきい値として定数Ｃ２を用いることも考えられる。

次に、図８に、リフロー手段１３における部品３１のはんだ付け例で、図６及び図７とは異なる例を示す。ここで、部品搭載後は図５に示す状態であったものとする。この場合、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍとリフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒを比較すると、
Ｘｒ＝（７／１１）Ｘｍ
Ｙｒ＝（２／９）Ｙｍ
θｒ＝（１／６）θｍ
ここで、α＝２／３とした場合、Ｘ座標に関して、Ｘｒ＜Ｘｍで、かつＸｍ−Ｘｒが（２／３）Ｘｍよりも小さいことから、部品中心位置３４は部品実装目標座標へ近づく方向へ動いているが、その移動量がしきい値より小さいため、不良の可能性があると判定する。

図９に、リフロー手段１３における部品３１のはんだ付け例で、図６、図７及び図８とは異なる例を示す。ここで、部品搭載後は図５に示す状態であったものとする。この場合、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍとリフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒを比較すると、
Ｘｒ＝（３／１１）Ｘｍ
Ｙｒ＝（２／９）Ｙｍ
θｒ＝（１／６）θｍ
となり、前述した不良の可能性ありと判定する条件に当てはまらないことから、不良の可能性なしと判定する。

図６、図７、図８及び図９に示す例は、従来の手法では全て良品と判定される可能性もあるのに対し、本発明の手法により不良の可能性を適切に判定することを可能としている。

このように、本発明の実施の形態によれば、部品搭載後の座標ずれとリフロー後の座標ずれとから、不良の可能性を判定することで、浮き上がり量の少ない部品浮きや部品電極の濡れ性が良品よりやや劣るなど、従来は不良判定が難しかった場合についても、不良の可能性を判定することができる。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、部品搭載後の座標ずれＸｍ，Ｙｍ，θｍ及びリフロー後の座標ずれＸｒ，Ｙｒ，θｒについて、Ｒｍ（Ｒｍ＝√（Ｘｍ^２＋Ｙｍ^２））及びＲｒ（Ｒｒ＝√（Ｘｒ^２＋Ｙｒ^２））を用いて、部品搭載後の座標ずれＲｍ，θｍ及びリフロー後の座標ずれＲｒ，θｒとして、Ｘ方向及びＹ方向の座標ずれを総合的に比較する方法が考えられる。

１０はんだ印刷手段
１１部品搭載手段
１２搭載後部品位置測定手段
１３リフロー手段
１４リフロー後部品位置測定手段
１５不良判定手段
３１部品
３２パッド
３３パッド間中心位置
３４部品中心位置
１００不良判定装置
１０１部品
１０２パッド

Claims

基板にはんだを印刷する工程と、
前記はんだを印刷した基板に部品を搭載する工程と、
前記部品を搭載した後の部品座標を測定し、部品実装目標座標からの第１の座標ずれを算出する工程と、
前記部品を搭載した後の基板を加熱して、前記部品のはんだ付けを行うリフロー工程と、
前記リフロー後の部品座標を測定し、前記第１の座標ずれに対する第２の座標ずれを算出する工程と、
前記第１の座標ずれと前記第２の座標ずれに基づいて、前記リフロー後の部品の不良の可能性を判定する工程と、
を有することを特徴とする不良判定方法。
前記不良の可能性を判定する工程は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標から離れる方向である場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項１に記載の不良判定方法。
前記不良の可能性を判定する工程は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標に近づく方向であり、かつ前記第１の座標ずれよりも、前記第２の座標ずれが大きい場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項１に記載の不良判定方法。
前記不良の可能性を判定する工程は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標に近づく方向であり、かつ前記第２の座標ずれが所定のしきい値より小さい場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項１に記載の不良判定方法。
前記第１及び第２の座標ずれは、Ｘ、Ｙ及びθ方向のずれのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の不良判定方法。
基板にはんだを印刷するはんだを印刷手段と、
前記はんだを印刷した基板に部品を搭載する部品搭載手段と、
前記部品を搭載した後の部品座標を測定し、部品実装目標座標からの第１の座標ずれを算出する搭載後部品位置測定手段と、
前記部品を搭載した後の基板を加熱して、前記部品のはんだ付けを行うリフロー手段と、
前記リフロー後の部品座標を測定し、前記第１の座標ずれに対する第２の座標ずれを算出するリフロー後部品位置測定手段と、
前記第１の座標ずれと前記第２の座標ずれに基づいて、前記リフロー後の部品の不良の可能性を判定する不良判定手段と、
を有することを特徴とする不良判定装置。
前記不良判定手段は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標から離れる方向である場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項６に記載の不良判定装置。
前記不良判定手段は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標に近づく方向であり、かつ前記第１の座標ずれよりも、前記第２の座標ずれが大きい場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項６に記載の不良判定装置。
前記不良判定手段は、前記第１の座標ずれに対する前記第２の座標ずれが、前記部品実装目標座標に近づく方向であり、かつ前記第２の座標ずれが所定のしきい値より小さい場合に、前記不良の可能性があると判定することを特徴とする請求項６に記載の不良判定装置。
前記第１及び第２の座標ずれは、Ｘ、Ｙ及びθ方向のずれのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の不良判定装置。