JP6387620B2 - 品質管理システム - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、積載された部品を検出し、最も適合する検査ライブラリを選択して検査を実施する方法が記載されている。
従来の表面実装ラインでは、このように、端子の先端位置を特定することができない場合、はんだの接合状態を正確に判定することができず、良品を不良品と判定してしまうという問題が発生していた。
また、特許文献2に記載された方法では、部品を検出して適切な検査ライブラリを選択することはできるが、同様に、端子の先端位置を検出することはできない。
一方、検出した部品の位置を利用して、端子の先端位置を推定するという方法も考えられる。しかし、端子の位置や長さには製造時のばらつきがあるため、必ずしも推定した位置に端子の先端があるとは限らない。
また、実装検査装置は、リフロー工程が終了した後に、電子部品が有する端子と、プリント基板上の電極(ランド)との接合状態を検査する装置である。また、実装検査装置は、端子検出装置が生成した端子情報に基づいて、検査対象の端子がプリント基板上のどこにあるかを特定する。
かかる構成によると、実装検査装置が、検査対象の端子が基板上のどこにあるかを正確に認識することができるため、端子の先端がはんだに埋没しているような場合であっても、端子とランドとの接合状態を正確に判定することができる。
することができる。
上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。
図1は、プリント基板の表面実装ラインにおける生産設備及び品質管理システムの構成例を模式的に示した図である。表面実装(Surface Mount Technology:SMT)とは、プリント基板の表面に電子部品をはんだ付けする技術であり、表面実装ラインは、主として、はんだ印刷〜部品のマウント〜リフロー(はんだの溶着)の三つの工程から構成される。
図1に示すように、本実施形態に係る品質管理システムは、はんだ印刷検査装置210、部品検査装置220、外観検査装置230、X線検査装置240の4種類の検査装置と、検査管理装置250、分析装置260、作業端末270などから構成される。
態を検査するための装置である。外観検査装置230では、リフロー後のはんだ部分を二次元ないし三次元的に計測し、その計測結果から各種の検査項目について正常値(許容範囲)か否かの判定を行う。検査項目としては、部品検査と同じ項目に加え、はんだフィレット形状の良否なども含まれる。はんだの形状計測には、上述したレーザ変位計や、位相シフト法、空間コード化法、光切断法などの他、いわゆるカラーハイライト方式(R、G、Bの照明を異なる入射角ではんだ面に当て、各色の反射光を天頂カメラで撮影することで、はんだの三次元形状を二次元の色相情報として検出する方法)を用いることができる。
分析装置260は、検査管理装置250に集約された各検査装置210〜240の検査結果(各工程の検査結果)を分析することで、不良の予測、不良の要因推定などを行う機能や、必要に応じて各生産設備110〜130へのフィードバック(実装プログラムの変更など)を行う機能などを有するシステムである。
作業端末270は、生産設備110〜130の状態、各検査装置210〜240の検査結果、分析装置260の分析結果などの情報を表示する機能、生産設備管理装置140や検査管理装置250に対し実装プログラムや検査プログラムの変更(編集)を行う機能、表面実装ライン全体の動作状況を確認する機能などを有するシステムである。
次に、前述した表面実装ラインにおける、品質管理システムの実施形態について説明する。本実施形態に係る品質管理システムは、部品検査装置220、外観検査装置230、X線検査装置240、および検査管理装置250を含んで構成される。
本実施形態に係る品質管理システムが行う検査の詳細について、データの流れを示した図である図2を参照しながら説明する。
また、外観検査装置230およびX線検査装置240は、基板上に配置された電子部品の端子が、基板上のランドに正常にはんだ付けされているか否かを可視光線またはX線によって検査する装置である。すなわち、製品が完成した状態で検査を行う手段である。ここで不良と判定された基板は、不良品として仕分けられ、必要に応じて目視検査などの追加検査に回される。実施形態の説明では、外観検査装置230およびX線検査装置240が行う検査をリフロー後検査と称する。
各検査装置は、検査ライン上に設けられており、搬送される基板に対して検査が実行可能な構成となっている。また、各検査装置は、検査が完了すると、検査結果を検査管理装置250に送信する。
図3に示すように、良品のはんだフィレットは、端子からランドにかけて山の裾野のような広い傾斜面が形成される。これに対し、はんだ不足が起こると、傾斜面の面積が小さくなり、逆にはんだ過多の場合にはフィレットがランド上に盛り上がった形状となる。外観検査装置230およびX線検査装置240は、このような、はんだの形状に基づいて接合状態の判定を行う。
(1)外観検査装置
外観検査装置230は、部品の外観に基づいて検査を行うため、端子の先端が見えない場合、端子の先端位置を推定しなければならない。端子の先端位置は、例えば、検査装置が有している部品の情報に基づいて推定することができる。
しかし、部品には個体差があるため、推定した場所に必ずしも端子端があるとは限らない。また、端子端ではない部分を検査してしまうと、例えずれ幅がミクロン単位であっても、はんだのぬれ角や高さが大きく変化してしまい、結果として、良品と不良品との判定が正しく行えなくなるおそれがある。
一方、X線検査装置240は、X線を照射して検査を行うため、端子端が埋没しているようなケースであっても、端子とはんだとの透過率の差を検出することで、端子とはんだ
との境界を識別することができる。しかし、当該手法を用いた場合、X線を照射する工程に加えて、端子とはんだとを識別する工程が追加で必要となるため、検査時間が余計にかかってしまう。また、端子とはんだとを識別する精度を上げたい場合、境界を鮮明に撮像する必要があるため、撮像時間が増加し、検査時間がより増加してしまう。当該工程を省略することも可能ではあるが、良品と不良品との判定が正しく行えなくなるという、外観検査装置と同様の問題が発生してしまう。
具体的には、部品検査装置200が、部品検査を行う際に、端子が存在する領域を抽出し、当該領域の位置を表す情報(以下、端子情報)を生成して、検査結果とともに検査管理装置250に記憶させる。また、リフロー後検査を行う際に、観検査装置230およびX線検査装置240が、検査管理装置250から端子情報を取得し、端子が存在する領域を特定したうえで検査を行う。以下、それぞれの処理について詳しく説明する。
部品検査装置220にプリント基板が搬入されると、部品検査装置220は、搬入されたプリント基板の基板IDを取得する。基板IDは、生産設備管理装置140などから取得してもよいし、プリント基板を撮像することで読み取りが可能な場合は、基板から直接読み取ってもよい。そして、搬入されたプリント基板に対応する検査対象情報を検査管理装置250から取得し、部品検査を実行する。
まず、図6を参照しながら、部品を特定する方法について説明する。図6中、符号601は搬入されたプリント基板を表し、符号602は、当該プリント基板上の、部品が存在する領域を表す。また、図中に示したX軸およびY軸は、部品の位置を表すための軸である。部品の位置は、基板の中心を原点(0,0)としたX−Y座標系で表される。例えば、符号602で表された部品の位置は、部品の中心点の座標(Xp,Yp)と、基板に対する角度(例えばX軸正方向を0度として反時計回りに定義する。本例では0度)で表すことができる。各パラメータは、図5に示した部品情報のうち、それぞれ「X座標(対基板)」「Y座標(対基板)」「角度(対基板)」に対応する。これらの部品情報によって、
プリント基板上に配置された部品の位置および姿勢が定義される。
なお、基板に設定された原点は、検査装置間で共有される。すなわち、原点を基準として位置を表わすことで、プリント基板上の領域を一意に特定することができる。
部品検査装置は、このようにして定義された領域に、検査対象の部品や端子が実際に存在するか(すなわち、部品が正しくマウントされているか)を検査し、検査結果を生成して、検査管理装置250に送信する。
はんだ接合を行う前の端子は表面が平滑であるため、入射した光が正反射する。これに対して、はんだの表面は平滑ではないため、入射した光が乱反射する。これを利用し、端子が存在する領域と、それ以外の領域を、画素値(輝度値)に基づいて識別することができる。
なお、端子がある領域を推定するためのパラメータ(例えばRGBごとの輝度の閾値)は、検査領域情報に含ませてもよいし、独立して部品検査装置に記憶させてもよい。また、当該パラメータは、色空間内の所定の範囲を表すことができれば、RGB以外の値によ
って定義してもよい。
なお、パラメータを検査領域情報に含ませる場合、端子ごとに定義が可能であるが、本実施形態では、複数の端子に対して同一のパラメータが与えられているものとする。もちろん、端子ごとに異なるパラメータを設定してもよい。
そして、外観検査装置230およびX線検査装置240が、ランドに対する端子の接合状態を検査する際に、取得した端子情報を参照して、対応する端子が存在する領域を特定する。なお、リフロー工程を経ると、はんだが溶解するため、部品が縦方向(図8のZ軸方向)に沈み込み、XY平面上での座標および角度も変化する。しかし、部品本体に対する端子の相対位置は変化しないため、リフロー前に取得した情報に基づいて、リフロー後の検査を行うことができる。
図10は、部品検査装置220が行う検査処理のフローチャートである。図10に示した処理は、検査対象のプリント基板が搬入されたタイミングで実行される。なお、検査プログラムは予め検査管理装置250から配信されているものとする。
次に、ステップS12で、検査プログラムに含まれる検査対象情報を参照し、検査対象を抽出する。ここで抽出される検査対象は、「部品」または「端子」のいずれかである。
ステップS13では、検査対象に対する部品検査を実施し、検査結果を生成する。検査は、二次元計測によって行ってもよいし、三次元計測によって行ってもよい。
そして、ステップS15で、抽出した領域に基づいて、基板上の端子にそれぞれ対応する複数の端子情報を生成し、ステップS13で生成した検査結果とともに、検査管理装置250に送信する。
次に、ステップS22で、検査対象情報を参照して、検査対象のランドに対応する端子を特定し、当該端子に対応する端子情報を、検査管理装置250から取得する。本ステップにより、検査対象のランドに接合された端子の位置が特定される。なお、検査対象のランドに対応する端子情報を取得できなかった場合、検査対象情報に含まれる端子の位置情報を用いて端子の位置を推定する。
ステップS23では、検査対象のランドに対する検査(外観検査またはX線検査)を実施する。検査が完了すると、検査結果を生成したのちに、検査管理装置250に送信する。
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
また、実施形態の説明では、部品検査装置220が端子情報を生成するようにしたが、配置された部品が有する端子の場所を取得することができれば、端子情報は、例えばマウンタ120によって生成されてもよい。
120・・・マウンタ
130・・・リフロー炉
140・・・生産設備管理装置
210・・・はんだ印刷検査装置
220・・・部品検査装置
230・・・外観検査装置
240・・・X線検査装置
250・・・検査管理装置
260・・・分析装置
270・・・作業端末
Claims (6)
- はんだ印刷装置によってプリント基板にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、マウンタによってプリント基板上に電子部品を配置するマウント工程と、リフロー炉によって電子部品をはんだ接合するリフロー工程とを行う表面実装ラインにおける品質管理システムであって、
前記マウント工程後に、前記プリント基板上に配置された前記電子部品が有する端子の、電子部品本体に対する相対的な位置に関する情報である端子情報を生成する端子検出装置と、
前記リフロー工程後に、前記端子情報に基づいて、前記電子部品が有する端子の、前記プリント基板上における位置を特定し、当該端子とプリント基板とのはんだ接合状態を検査する実装検査装置と、からなる
ことを特徴とする、品質管理システム。 - 前記端子検出装置は、プリント基板上に配置された電子部品を撮像し、得られた画像に含まれる画素の輝度値に基づいて端子が存在する領域を検出する
ことを特徴とする、請求項1に記載の品質管理システム。 - 前記端子情報は、検査対象の電子部品上に設定された基準位置に対する、端子の相対的な位置関係を表す情報である
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の品質管理システム。 - 前記端子情報は、前記基準位置に対する、端子の相対位置、端子の幅、端子の長さを表す情報を含む
ことを特徴とする、請求項3に記載の品質管理システム。 - 前記端子検出装置は、プリント基板上に電子部品を配置するマウンタと、プリント基板上に配置された電子部品の配置状態を検査する部品検査装置のうちの少なくともいずれかである
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の品質管理システム。 - 前記実装検査装置は、プリント基板上の電極と、電子部品が有する端子とのはんだ接合状態を可視光像によって検査する外観検査装置と、プリント基板上の電極と、電子部品が有する端子とのはんだ接合状態を可視光像以外によって検査する内部検査装置のうちの少なくともいずれかである
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の品質管理システム。
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