JP6451142B2 - 品質管理装置および品質管理装置の制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、表面実装ラインの各工程が完了するごとに画像を撮像し、取得した複数の画像を、同一倍率で画面上に並べて表示する品質管理装置が記載されている。また、特許文献2には、表面実装ラインの各工程が完了するごとに撮像した画像データを、同一視点による斜視図で画面上に並べて表示する方法が記載されている。
複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置であって、基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択手段と、前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択手段と、前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得手段と、分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置
した画像を生成し表示する画像表示手段と、を有することを特徴とする。
本発明に係る品質管理装置は、各工程において取得された三次元形状データに基づいて生成された、複数の断面形状を取得し、当該断面形状を比較可能な形式で画像出力する。比較可能な形式とは、例えば、断面形状を並べたものであってもよいし、断面形状を重ね合わせたものであってもよい。装置のオペレータが、形状の差異を把握することができれば、どのような形式であってもよい。
かかる構成によると、断面形状に基づいて、オペレータが高さ情報を定量的に読み取り、比較することができるため、精度の高い不良分析が可能になる。
このように、互いに同一または類似する形状を有する対象物について、同一の工程を終えた後の状態を比較することで、発生した不良が、基板上の場所に依存するものであるか、そうでないかを推測することができる。例えば、基板上の場所に関係なく発生している場合、はんだの印刷厚等に問題があることが推定でき、基板上の特定の場所に集中して発生している場合、部品のマウンタ等に問題があることが推定できる。
検査結果取得手段をさらに有し、前記断面形状取得手段は、前記検査において、分析対象に対して不良判定がなされていた場合に、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所を通るように、前記断面形状を取得する際の切断面を設定することを特徴としてもよい。
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(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、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。
ことも好ましい。
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。
なお、検査結果は、検査管理装置250に集約されていてもよいし、分散して保存されていてもよい。後者の場合、分析装置260が、必要な検査結果を収集して分析を行う。
次に、前述した表面実装ラインにおける、品質管理装置の実施形態について説明する。本発明に係る品質管理装置の機能は、前述した検査管理装置250、分析装置260、作業端末270によって実現される。
位相シフト法とは、パターン光を物体表面に投影したときの当該パターンの歪みを解析することにより物体表面の三次元形状を復元する手法の一つである。具体的には、投影装置を用いて、所定のパターン(例えば、輝度が正弦波状に変化する縞状パターン)を基板に投影し、カメラで撮影を行う。すると、拡散物体である部品や基板の表面には、その凹凸に応じたパターンの歪みが現れる。この処理を、パターン光の輝度変化の位相を変化させながら複数回繰り返すことで、輝度特徴の異なる複数枚の画像を得る。各画像の同一画素の明るさ(輝度)は縞状パターンの変化と同一の周期で変化するはずであるから、各画素の明るさの変化に対して正弦波を当てはめることで、各画素の位相が分かる。そして、所定の基準位置(テーブル表面、基板表面など)の位相に対する位相差を求めることで、その基準位置からの距離(高さ)を算出することができる。
カラーハイライト方式とは、複数の色(波長)の光を互いに異なる入射角で基板に照射し、はんだ表面にその法線方向に応じた色特徴(カメラから見て正反射方向にある光源の色)が現れるようにした状態で撮像を行うことにより、はんだ表面の三次元形状を二次元の色相情報として捉える方法である。なお、カラーハイライト方式による三次元形状の復元には公知の手法(例えば特開2010−71844号公報)を用いることができるため、ここでは詳しい説明を省略する。
これ以外の手法として、例えば、パターン光を物体に投影し、当該パターンの歪みを画像解析することによって高さ情報を得る方法(例えば、光切断法、縞解析法、空間コード化法など)がある。
また、電磁波やX線による透過画像や断層画像を利用して、対象物の三次元形状を生成することもできる。例えば、X線検査装置240は、X線像を取得することで、外側から観察できない部分の三次元形状を生成することができる。
以上に説明した手法は、互いに組み合わせてもよい。例えば、可視光によって生成された三次元形状データと、X線によって生成された三次元形状データを合成して一つの三次元形状データとしてもよい。
また、全ての検査を完了した後、回復不可能な不良と判定された基板や、不適合を含む基板(不良とは断定できないが、不良が疑われる基板)は、目視検査などに回される。
(1)検査プログラム
検査プログラムは、システム構成で説明したように、各検査装置210〜240に検査を行わせるためのプログラムであり、検査工程、対象の基板の種別、基板上に載置される部品についての情報(位置情報や高さ情報等)、基板が有するランドや部品が有する電極についての情報(位置情報や高さ情報等)、検査基準やパラメータ等の情報が含まれる。(2)二次元画像
また、検査管理装置250は、検査時に撮像した二次元画像(以下、撮像画像)を取得し、記憶する。当該二次元画像は、オペレータに提示するための画像である。検査に用いた画像が可視光画像である場合、それを用いてもよいし、検査に用いた画像が、人が直接観察するのに適さない画像である場合、別に撮像された画像であってもよい。
(3)三次元形状データ
また、検査管理装置250は、位相シフト法やカラーハイライト方式等を利用して取得した三次元形状データを取得し、記憶する。図2は、三次元形状データの例である。図2
の例は、基板平面を単位領域に分割し、各単位領域に対応する高さを配列で表したものである。本例は、対象の領域を10×10の領域に分割しているが、単位領域は、例えば、画像を撮像した際の画素単位であってもよい。
(4)検査結果情報
また、検査管理装置250は、検査結果についての情報(検査結果情報)を取得し、記憶する。検査結果情報は、例えば、不良や不適合が発見された検査工程や、具体的な検査の内容、関連する計測値、基板上の位置等を含む。
次に、検査管理装置250に蓄積された情報に基づいて、オペレータが分析を行う方法について説明する。以下の処理は、分析装置260によって実行される。
<分析対象領域の設定>
まず、オペレータが、分析を行う基板と、分析を行う対象(以下、分析対象)を選択し、分析対象を含む領域(以下、分析対象領域)を設定する。なお、本実施形態では、任意の工程が完了した後の任意の基板上にある、部品、部品が有する電極、リフロ前のはんだ、リフロ後のはんだのいずれかを分析対象とし、当該分析対象を含む領域を、分析対象領域として設定するものとするが、分析対象はこれ以外であってもよい。
また、図3(B)は、はんだ印刷工程の完了後において、基板上のランドにはんだが印刷された状態の例である。オペレータが、ランド304に印刷されたはんだを分析対象として指定した場合、領域305が分析対象領域として設定される。なお、図3では、ハッチングで示した領域がはんだを表し、黒塗りで示した領域が電極を表す。
さ)の3倍の大きさを持つ分析対象領域が生成される。
このような方法で生成した分析対象領域402の左上の座標は、(x−(n/2)W,y−(n/2)H)となる。また、右下の座標は、(x+(n/2)W,y+(n/2)H)となる。
次に、分析対象との比較を行う対象(比較対象)についての情報を取得する方法について説明する。
比較対象は、例えば、分析装置260が、使用する検査プログラムに基づいて、作業端末270を通して選択肢をオペレータに提示し、選択させることで設定してもよい。比較を行うパターンには、次の四種類がある。
例えば、同一の基板上にある対象物について、リフロ工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状と、マウント工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて生成した断面形状を比較するような場合である。この場合、分析装置260は、検査プログラムを参照し、基板のID(シリアル番号)が同一であって、検査工程が異なり、かつ、検査結果が存在する対象の一覧を取得する。そして、比較対象をオペレータに選択させる。
例えば、リフロ工程完了後に取得した三次元形状データに基づいて、異なる基板上にある対象物にそれぞれ対応する断面形状を比較するような場合である。この場合、分析装置260は、対応する工程における検査プログラムを参照し、同一の検査プログラムで検査した基板であり、かつ、検査結果が存在する対象の一覧を取得する。そして、比較対象となる基板をオペレータに選択させる。なお、異なる基板とは、同一設計の基板であって、シリアル番号(あるいはロット番号)のみが異なるものを指す。
同一基板上に、同じ種類の部品が複数実装されている場合、当該同じ種類の部品を比較対象とすることができる。この場合、分析装置260は、対応する検査プログラムを参照し、対象の基板内にて、分析対象と部品の品番が同一であり、かつ、検査結果が存在する部品の一覧を取得する。なお、同一品番の部品が複数ある場合、いずれかの部品を比較対象として選択してもよい。例えば、分析対象に最も近い部品を選択してもよいし、最も基板端にある部品を選択してもよい。また、比較対象となる部品をオペレータに選択させて
もよい。
形状が類似していれば、同一の部品が有する、異なる電極同士を比較することができる。この場合、対応する検査プログラムを参照し、対象の部品にて、分析対象と形状が類似し、かつ、検査結果が存在する電極の一覧を取得する。なお、形状が類似する電極が複数ある場合、いずれかの電極を比較対象として選択してもよい。例えば、分析対象に最も近い電極を選択してもよいし、部品を介して反対側にある電極を選択してもよい。また、比較対象となる電極をオペレータに選択させてもよい。
次に、分析対象と比較対象を比較するため、対応する三次元形状データをそれぞれ取得する。分析対象と比較対象に対応する三次元形状データは、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて生成されたものであるため、互いの位置関係の対応がとれておらず、そのままでは比較を行うことができない。そこで、分析装置260は、以下に説明する方法によって、上述した(パターン1)〜(パターン4)のそれぞれについて、位置合わせを行う。
分析対象と比較対象それぞれについて、撮像画像と、三次元形状データを取得し、基板同士の位置合わせを行う。基板同士の位置合わせは、例えば、基板上に存在する位置合わせ用の認識マーク(フィデューシャルマーク)を用いて行うことができる。例えば、アフィン写像処理を行い、平行移動と回転を行うことで位置合わせを行う。
同一基板上に実装された、複数の部品同士を比較する場合、基板単位ではなく、部品単位で位置合わせを行う必要がある。具体的には、対応する検査プログラムから、部品の実装座標および実装角度(基板に対する角度)をそれぞれ取得し、平行移動と回転を行うことで位置合わせを行う。
同一部品が有する、複数の電極同士を比較する場合、電極単位で位置合わせを行う必要がある。しかし、電極は部品と異なり、検査プログラムに基づいてその位置を特定することが難しい。これは、個体によって電極の長さや角度にばらつきがあるためである。そこで、本実施形態では、検査結果情報を取得し、当該検査結果情報から、電極の位置情報(電極が存在する領域についての情報)を抽出したうえで、電極の先端位置と、当該電極の部品に対する角度情報を用いて位置合わせを行う。例えば、比較対象の電極が、分析対象の電極と部品を介して反対側にある場合、回転角は180度となる。
次に、位置合わせ後の三次元形状データを用いて、オペレータに提示する画像を生成する処理について説明する。本実施形態では、対象の三次元形状データに対して切断面をそれぞれ設定し、当該切断面に対応する断面形状をそれぞれ取得したうえで、比較可能な形式でオペレータに提示する。
で重要な情報であるため、切断面は、不良との関連が強い箇所を通るように設定することが好ましい。そこで、本実施形態では、各検査装置が検出した不良についての情報を取得し、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所(以下、不良箇所)を特定したうえで、当該箇所を通るように切断面を設定する。
一方、図6のように、基板に対して角度をつけて部品が配置されている場合、実装角度はθとなる(時計回り方向を正とした場合)。基板に対する部品の実装角度は、検査プログラムから取得することができる。
以下、第一のラインおよび第二のラインを切断ラインと称する。
次に、設定した切断面で対象を切断した場合における、断面形状を取得する方法について説明する。図2を参照して説明したように、三次元形状データは、分割された単位領域ごとに高さの情報を与えたものである。一方、切断ラインは直線で定義されたものである。すなわち、図8に示したように、切断ライン(符号801)は単位領域の一部のみを通るため、適切に情報を補完しなければ、断面形状の輪郭が荒くなってしまう。ここでは、高さ情報を補完しつつ、切断ライン801上の点に高さ情報を割り当てる方法について説明する。
次に、分割された複数の区間の中から、処理対象の区間を選択する(ステップS12)。例えば、切断ラインの端から順に処理対象の区間を選択する。ここで選択した区間を以下、対象区間と称する。
次に、処理対象の区間が、複数の単位領域にまたがっているか否かを判定する(ステップS13)。この結果、対象区間が複数の単位領域にまたがっていない場合、処理はステ
ップS14へ遷移する。対象区間が複数の単位領域にまたがっている場合、処理はステップS15へ遷移する。
である。また、二つのLを用いて表された項は、分割された区間の長さである。
なお、本実施形態では、直交する方向に二本の切断ラインを設定するため、上記の処理が、各切断ラインについてそれぞれ実行される。
また、上記の処理は、分析対象の三次元形状データと、比較対象の三次元形状データについてそれぞれ実行される。すなわち、本実施形態では、合計4つの断面形状が取得される。なお、本例では、比較対象は1個であるが、比較対象がn個ある場合、取得される断面形状の数は2(n+1)個となる。
次に、取得した断面形状をオペレータに提示する処理について説明する。本実施形態では、分析装置260が、分析対象の撮像画像と、比較対象の撮像画像を同一の縮尺で並べた画像を生成し、作業端末270を通して表示する。表示される撮像画像は、基板に垂直な方向から対象を撮像した画像である。
ここで、前述した4つのパターンごとに、作業端末270を通してオペレータに提示される画面例を挙げる。
また、撮像画像ごとに、二つの切断ラインに各々対応する断面形状を配置する。各撮像画像の下方および右方にそれぞれ配置されている画像が断面形状である。
また、本実施形態では、検査結果情報を参照し、当該工程における検査結果がOK(不良または不良の疑いが無いことを意味する)であったか、NG(不良または不良の疑いを検出したことを意味する)であったかをそれぞれ表示する。これによりオペレータは、不良の原因となった工程を推定することができる。
なお、比較対象のデータは、必ずしも同日に発生したものでなくてもよい。例えば、周期的(例えば、所定の基板数ごと、時間ごと、日ごと、製造ラインが再起動するごと)に取得したデータを用いて、時系列順で並べて表示するようにしてもよい。
図16は、以上に説明した処理をフローチャートで表したものである。図16に示した処理は、対象のプリント基板が、各検査装置によって検査され、データが検査管理装置250に蓄積された後であれば、任意のタイミングで実行させることができる。当該処理は、分析装置260によって実行される。
次に、ステップS22で、オペレータに、比較対象を選択させる。
次に、ステップS23で、分析対象および比較対象に関連付いた撮像画像と、三次元形状データを取得する。また、前述したように、撮像画像に基づいて、基板または部品の位置合わせを行い、三次元形状データの位置合わせを行う。位置合わせには、検査プログラムや、検査結果情報を利用することができる。
次に、ステップS25で、切断面に対応する断面形状を取得する。そして、ステップS26で、分析対象と比較対象の画像と、対応する断面形状を並べて画面に出力する。
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。
120・・・マウンタ
130・・・リフロ炉
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 (10)
- 複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置であって、
各工程において実施される検査の結果を取得する検査結果取得手段と、
基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択手段と、
前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択手段と、
前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得手段と、
分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置した画像を生成し表示する画像表示手段と、
を有し、
前記断面形状取得手段は、前記検査において、分析対象に対して不良判定がなされていた場合に、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所のうち、より重要度が高い不良に対応する箇所を通るように、前記断面形状を取得する際の切断面を設定する
ことを特徴とする、品質管理装置。 - 複数の前記断面形状は、異なる基板上にある同一の対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
ことを特徴とする、請求項1に記載の品質管理装置。 - 複数の前記断面形状は、同一基板上にある同一の対象物について、異なる工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の品質管理装置。 - 複数の前記断面形状は、同一基板上にあり、形状が同一または類似である、異なる対象物について、同一の工程が完了した後でそれぞれ取得された三次元形状データに基づいて生成されたものである
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の品質管理装置。 - 前記断面形状取得手段が取得する断面形状は、第一の切断面に対応する断面形状と、前記第一の切断面に直交する第二の切断面に対応する断面形状を含む
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の品質管理装置。 - 前記分析対象および比較対象を撮像した画像である撮像画像を取得する画像取得手段をさらに有し、
前記画像表示手段は、前記撮像画像と、前記断面形状に対応する切断面の位置を示すインジケータをさらに含む画像を生成し表示する
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の品質管理装置。 - 前記分析対象および比較対象に対応する部品または電極の、基板上における位置を取得する位置取得手段をさらに有し、
前記画像表示手段は、前記部品または電極の位置を示すインジケータを前記断面形状に合成した画像を生成する
ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の品質管理装置。 - 前記複数の工程は、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、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、リフロ炉によって電子部品をはんだ接合するリフロ工程のうちのいずれかを含む
ことを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の品質管理装置。 - 複数の工程を有する表面実装ラインによって製造される基板の品質を管理する品質管理装置の制御方法であって、
各工程において実施される検査の結果を取得する検査結果取得ステップと、
基板上の複数の対象物の中から分析を行う分析対象を選択する第一の選択ステップと、
前記分析対象との比較を行う対象物である比較対象を選択する第二の選択ステップと、
前記分析対象と前記比較対象のそれぞれについて、各工程において実施される検査で取得された三次元形状データに基づいて生成された断面形状を取得する断面形状取得ステップと、
分析対象に対応する断面形状と比較対象に対応する断面形状とを比較可能な形式で配置した画像を生成し表示する画像表示ステップと、
を含み、
前記断面形状取得ステップでは、前記検査において、分析対象に対して不良判定がなされていた場合に、当該不良判定の原因となった計測値を取得した箇所のうち、より重要度が高い不良に対応する箇所を通るように、前記断面形状を取得する際の切断面を設定する
ことを特徴とする、品質管理装置の制御方法。 - 請求項9に記載の品質管理装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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