JP6733039B2 - 外観検査装置、外観検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板に接合された半田を検査する外観検査技術に関する。

従来、基板に接合された半田の良否を判断するために、上方から光を半田に照射して、半田で反射された光を撮像する外観検査技術が用いられている。例えば、特許文献１では、それぞれ波長が異なる光（赤外、赤、緑および青）が互いに異なる角度で斜め上方から半田に照射され、基板に対向するカメラが半田で反射された光を撮像する。この際、長波長の光ほど、基板への入射角が小さく設定されており、半田の斜面で反射されてカメラに入射する光の波長は、当該斜面の傾斜に応じて異なる。その結果、半田の斜面が緩やかであるほど、長波長の光が撮像されることとなる。これによって、半田を撮像した画像に基づき、半田の形状を求めることができる。

特開２０１０−７１８４４号公報

ところで、特許文献１の外観検査装置は、基板の表面に設けられた半田に直接光を照射して、半田で反射された光を基板の表面に対向するカメラにより撮像する。かかる構成では、所定より緩やかな斜面で反射された光は上述のとおりカメラに入射する一方、所定より急な斜面で反射された光はカメラに入射できない。そのため、特許文献１に示されるように、部品近傍の半田の急斜面は、カメラにより撮像できずに暗くなる。しかしながら、半田の状態が良いと判断するためには、部品近傍の半田がぬれ上がって、急斜面が形成されているのを確認できることが好適となる。そこで、半田が有する急斜面を撮像可能な技術が求められていた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半田が有する急斜面を撮像可能とする技術の提供を目的とする。

本発明に係る外観検査装置は、半田接合箇所が設けられた表面を有し、半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、基板の表面に照射光を射出することで、表面で反射された照射光を半田に照射する第１照射部と、表面に対向して半田を撮像する撮像部と、撮像部が半田を撮像した結果に基づき半田の状態を検査する制御部とを備える。

本発明に係る外観検査方法は、半田接合箇所に半田が接合された基板の表面に照射光を射出することで、表面で反射された照射光を半田に照射する工程と、基板の表面に対向して半田を撮像する工程と、半田を撮像した結果に基づき半田の状態を検査する工程とを備える。

このように構成された本発明（外観検査装置、外観検査方法）は、照射光を半田に直接照射するのではなく、照射光を基板の表面に射出することで、当該表面で反射された照射光を半田に照射する。このように基板の表面での反射を介して半田に照射された照射光は、半田に直接照射された照射光と比較して、急斜面で反射されてから撮像部に入射する。その結果、半田が有する急斜面を撮像することが可能となっている。

また、制御部は、撮像部が半田を撮像した画像に、所定の閾輝度以上の輝度を有する部分が存在するかを確認した結果に基づき半田の状態を検査するように、外観検査装置を構成しても良い。つまり、半田がぬれ上がっていて、半田が急斜面を有する場合には、この急斜面で反射された光が撮像部に入射する。そこで、半田を撮像した画像に所定以上の輝度を有する部分を確認することで、半田の状態が良いと判断することができる。

また、第１照射部は、所定の投影パターンを照射光として表面に射出し、撮像部は、半田で反射された照射光が有する観測パターンを撮像し、制御部は、観測パターンに基づき半田の形状を求めるように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、半田の形状を的確に求めることができる。

具体的には、制御部は、投影パターンと観測パターンとの形状の違いに基づき半田の形状を求めるように、外観検査装置を構成しても良い。この際、投影パターンは、間隔を空けて配列された互いに異なる色の複数の線を有するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、観測パターンにおいて隣り合う線が近接している場合であっても、これらの線を色の違いによって区別できるため、半田の形状を的確に求めることができる。

また、第１照射部は、互いに位相の異なる３個以上の正弦波縞パターンを投影パターンとして表面に照射し、撮像部は、３個以上の正弦波縞パターンのそれぞれについて観測パターンを取得し、制御部は、観測パターンから位相シフト法により算出した位相に基づき、照射光が表面に入射した入射位置と、照射光が半田で反射された反射位置との対応関係を求め、当該対応関係に基づき半田の形状を求めるように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、半田の形状をより的確に求めることができる。

また、基板の表面には、複数の半田接合箇所が設けられており、第１照射部は、複数の半田接合箇所に対応して複数の照射範囲を表面に設定し、複数の照射範囲それぞれに照射光を射出することで、照射範囲で反射された反射光を当該照射範囲に対応する半田接合箇所に接合された半田に照射するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、複数の半田のそれぞれについて、当該半田が有する急斜面を撮像することが可能となる。

また、第１照射部は、複数の照射範囲のうち、所定の位置関係を満たす複数の特定照射範囲に対して互いに異なる波長の照射光を同時に射出し、制御部は、撮像部が撮像した照射光の波長に基づき、照射光が射出された特定照射範囲と、当該特定照射範囲で反射された照射光を反射した半田とを対応付けるように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、特定照射範囲と、これに対応する半田との対応付けを、照射光の波長によって的確に行うことができる。

また、異なる波長の３以上の光を異なる角度から半田に射出する第２照射部をさらに備え、制御部は、半田で反射された３以上の光を撮像部が撮像した結果に基づき半田の状態を検査するように、外観検査装置を構成しても良い。これによって、半田が有する緩斜面を撮像することができる。

また、第１照射部は、基板の表面に設けられたシルクに照射光を射出するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、基板の表面での反射を介して半田に照射された照射光を確保して、半田が有する急斜面を好適に撮像することができる。

また、基板の表面の法線に平行な光軸を有して基板に対向するレンズと、基板から射出されてレンズを通過した光を撮像部に導くとともに、第１照射部から射出された光を、レンズを介して基板へ導くビームスプリッターとをさらに備えるように、外観検査装置を構成しても良い。このように撮像部と第１照射部とでレンズを共通化することで、撮像部により撮像できる範囲と第１照射部により照射光を照射できる範囲とを一致させることができる。

本発明によれば、半田が有する急斜面を撮像することが可能となる。

本発明に係る外観検査装置の一例を模式的に示す図。 図１の外観検査装置が実行する動作の一例を示すフローチャート。 図２のフローチャートの半田検査処理で実行される第１動作例を示すフローチャート。 図２および図３のフローチャートに従って実行される半田の急斜面検査の様子を模式的に示す図。 図２のフローチャートの半田検査処理で実行される第２動作例を示すフローチャート。 半田の急斜面検査の第１変形例を模式的に示す図。 半田の急斜面検査の第２変形例を模式的に示す図。 半田の急斜面検査の第３変形例を模式的に示す図。

図１は本発明に係る外観検査装置の一例を模式的に示す図である。外観検査装置１は基板Ｂに接合された半田Ｓの外観に基づきその良否を判断する半田検査装置であり、制御部１１およびユーザーインターフェース１２を備える。制御部１１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)等で構成されたプロセッサーであり、基板Ｂに接合された半田Ｓの検査を制御する。ユーザーインターフェース１２は、例えばタッチパネルで構成され、ユーザーはユーザーインターフェース１２を介して半田Ｓの検査条件を設定したり、半田の検査結果を確認したりすることができる。

さらに、外観検査装置１は、基板Ｂを搬送する基板搬送部２と、基板Ｂに上方から対向する検査ヘッドＨと、検査ヘッドＨを駆動する駆動部３とを備える。基板搬送部２は、例えば一対のコンベアで構成され、外部から搬入した基板Ｂを所定の保持位置（図１の基板Ｂの位置）に固定したり、基板Ｂを保持位置から外部へ搬出したりする。基板Ｂの表面Ｂｓには電子部品が半田Ｓにより取り付けられており、基板搬送部２は、基板Ｂの表面Ｂｓを水平に保持した状態で、基板Ｂを保持位置に固定する。駆動部３は、例えばＸＹロボットで構成され、水平方向に二次元的に検査ヘッドＨを駆動することで、保持位置に保持される基板Ｂの所定の検査位置に検査ヘッドＨを対向させる。

検査ヘッドＨは、光学系４と、光学系４の上端に取り付けられたカメラ５と、光学系４の周囲に設けられた緩斜面用照明６と、光学系４の側面に取り付けられた急斜面用照明７とを有する。

光学系４は、基板Ｂに上方から対向するレンズ４１と、レンズ４１を介して基板Ｂに対向するビームスプリッター４２とを有する。レンズ４１は、基板Ｂの表面Ｂｓに直交する（換言すれば、表面Ｂｓの法線Ｂｎと平行な）光軸Ａを有し、少なくとも基板Ｂ側にテレセントリック性を有するテレセントリックレンズである。ビームスプリッター４２は例えばハーフミラーであり、基板Ｂから射出されてレンズ４１を透過した光をカメラ５に導く一方、急斜面用照明７から射出された光を、レンズ４１を介して基板Ｂに導く。

カメラ５は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサーあるいはＣＭＯＳ(Complementary MOS)センサー等の固体撮像素子５１を有する。このカメラ５は、レンズ４１によって結像された基板Ｂからの光を、固体撮像素子５１によって撮像する。

緩斜面用照明６は、光軸Ａを中心とした円環形状を有し、光学系４に対向する部分に中空部６１を有する。緩斜面用照明６は、光軸Ａを中心に同心円状に配置された３個の環状照明６２ｒ、６２ｇ、６２ｂを有する。これら環状照明６２ｒ、６２ｇ、６２ｂはこの順で小さな径を有し、互いに異なる波長（色）の光を斜め上方から基板Ｂに射出する。具体的には、最も内側に配置された環状照明６２ｒは赤色の光を基板Ｂに射出し、環状照明６２ｒの外側に配置された環状照明６２ｇは緑色の光を基板Ｂに射出し、環状照明６２ｇの外側に配置された環状照明６２ｂは青色の光を基板Ｂに射出する。このように、長波長の光ほど、基板Ｂへの入射角が小さく設定されている。

急斜面用照明７は、光源７１および光変調器７２を有し、光源７１が射出する光を光変調器７２により変調する。光変調器７２としては、液晶パネルあるいはＤＭＤ(Digital Mirror Device)等を用いることができる。光変調器７２により変調された光は、ビームスプリッター４２により反射されてからレンズ４１により基板Ｂの表面Ｂｓに照射される。かかる急斜面用照明７は、光変調器７２による光の変調を調整することで、基板Ｂの表面Ｂｓのうち所定の範囲にのみ選択的に光を照射することができる。

図２は図１の外観検査装置が実行する動作の一例を示すフローチャートである。図３は図２のフローチャートの半田検査処理で実行される第１動作例を示すフローチャートである。図２および図３のフローチャートは、制御部１１の制御により実行される。また、図４は図２および図３のフローチャートに従って実行される半田の急斜面検査の様子を模式的に示す図である。

図４に示すように、基板Ｂの表面Ｂｓには、半田Ｓによって部品Ｅが取り付けられている。つまり、基板Ｂの表面Ｂｓでは、部品取付箇所Ｐｅに隣接して半田接合箇所Ｐｓが設けられており、半田接合箇所Ｐｓに接合された半田Ｓが、部品取付箇所Ｐｅに配置された部品Ｅの電極Ｅｄと半田接合箇所Ｐｓ（端子）とを電気的に接続する。そして、図２および図３のフローチャートでは、この半田Ｓのフィレットを検査する。

図２に示すように、ステップＳ１０１では、基板搬送部２が外部から搬入した基板Ｂを保持位置に固定する。これによって、平面状の基板Ｂの表面Ｂｓが水平に保持される。ステップＳ１０２では、駆動部３がカメラ５を検査位置へ移動させる。これによって、基板Ｂの表面Ｂｓのうち検査対象となる半田Ｓがカメラ５の視野に収まる。そして、ステップＳ１０３で半田検査処理が実行される。

図３に示すように半田検査処理では、緩斜面用照明６の環状照明６２ｒ、６２ｇ、６２ｂが同時に半田Ｓへ向けて光を射出する（ステップＳ２０１）。これによって、環状照明６２ｒ、６２ｇ、６２ｂからの光が半田Ｓに直接照射される。そして、カメラ５は、半田Ｓの斜面Ｓｌで全反射されてレンズ４１により固体撮像素子５１に結像された光を撮像する（ステップＳ２０２）。この際、長波長の光ほど、基板Ｂの表面Ｂｓへの入射角が小さく設定されており、半田Ｓの斜面Ｓｌで反射されてカメラ５に入射する光の波長は、当該斜面Ｓｌの傾斜に応じて異なる。その結果、半田Ｓの斜面Ｓｌが緩やかであるほど、長波長の光が撮像されることとなる。

そこで、ステップＳ２０３では、制御部１１は、カメラ５により撮像された画像における色の分布から算出した半田Ｓの斜面Ｓｌの形状に基づき、半田Ｓの良否を検査する。この良否検査は、従来から用いられている基準に基づき適宜実行することができる。ちなみに、緩斜面用照明６は、斜め上方から直接半田Ｓに光を照射する。そのため、半田Ｓの斜面Ｓｌで全反射された光のうち、レンズ４１を通過してカメラ５に入射する光は、傾斜角αが所定角度（大きくとも４５度）未満の緩斜面Ｓｇで全反射された光であり、傾斜角αが所定角度以上の急斜面Ｓｓで全反射された光は、レンズ４１に入射しない。ここで、傾斜角αは、基板Ｂの表面Ｂｓと半田Ｓの斜面Ｓｌとのなす角度（鋭角）である。したがって、ステップＳ２０３では、半田Ｓの緩斜面Ｓｇの形状についてのみ良否が検査される。

これに対して、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７では、半田Ｓの急斜面Ｓｓの形状について良否が検査される。つまり、ステップＳ２０３での緩斜面検査で確認された半田Ｓの緩斜面Ｓｇの位置に基づき、急斜面用照明７から光を照射する照射範囲Ｒｉが設定される（ステップＳ２０４）。具体的には、半田Ｓの表面Ｂｓのうち、緩斜面Ｓｇに対して部品Ｅの反対側の範囲が照射範囲Ｒｉに設定される。こうして、部品Ｅおよび半田Ｓに覆われずに露出した基板Ｂの表面Ｂｓに照射範囲Ｒｉが設定される。

ステップＳ２０５では、設定された照射範囲Ｒｉに対して、急斜面用照明７から照射光Ｌｉが照射される。上述の通り、レンズ４１は基板Ｂ側にテレセントリック性を有する。そのため、照射範囲Ｒｉには、レンズ４１の光軸Ａ（換言すれば、基板Ｂの表面Ｂｓの法線Ｂｎ）に平行な照射光Ｌｉが照射される。そして、照射光Ｌｉのうち、照射範囲Ｒｉで拡散反射された拡散光Ｌｄが半田Ｓの斜面Ｓｌに入射する。

こうして、照射範囲Ｒｉで拡散反射された照射光Ｌｉ（すなわち、拡散光Ｌｄ）が半田Ｓの斜面Ｓｌに照射された状態で、カメラ５は、半田Ｓの斜面Ｓｌで全反射されてレンズ４１により固体撮像素子５１に結像された光を撮像する（ステップＳ２０６）。そして、制御部１１は、カメラ５により撮像された画像に基づき、半田Ｓの良否を検査する（ステップＳ２０７）。

ちなみに、レンズ４１は基板Ｂ側にテレセントリック性を有するため、照射光Ｌｉのうち、半田Ｓの斜面Ｓｌで全反射されて光軸Ａに平行にレンズ４１に入射した反射光Ｌｒのみが、レンズ４１によって固体撮像素子５１に結像される。これに対して、急斜面用照明７は、基板Ｂの表面Ｂｓで拡散反射された照射光Ｌｉを半田Ｓの斜面Ｓｌに照射する。そのため、半田Ｓの斜面Ｓｌに照射された照射光Ｌｉ（すなわち、拡散光Ｌｄ）のうち、傾斜角αが所定角度以上の急斜面Ｓｓで全反射された反射光Ｌｒのみが、レンズ４１により固体撮像素子５１に結像される。換言すれば、カメラ５により撮像された半田Ｓの斜面Ｓｌの画像に、反射光Ｌｒの像が含まれていれば、半田Ｓの斜面Ｓｌに急斜面Ｓｓが存在すると判断できる。そこで、ステップＳ２０７では、カメラ５により撮像された半田Ｓの斜面Ｓｌの画像に、所定の閾輝度Ｌｔｈ以上の輝度を有する部分が存在する場合は、半田Ｓの形状が良好であると判断し、所定の閾輝度Ｌｔｈ以上の輝度を有する部分が存在しない場合は、半田Ｓの形状が不良であると判断する。

こうして半田検査処理が終了すると、図１に戻って、基板Ｂ上の全半田Ｓについて検査が完了したかが判断される（ステップＳ１０４）。未検査の半田Ｓが残っている場合（ステップＳ１０４で「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１０２に戻って、検査ヘッドＨが次の検査対象である半田Ｓの上方へ移動する。一方、全半田Ｓについて検査が完了している場合（ステップＳ１０４で「ＹＥＳ」の場合）には、各半田Ｓの検査結果がユーザーインターフェース１２に表示されて（ステップＳ１０５）、基板Ｂが搬出される（ステップＳ１０６）。

このように構成された実施形態では、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７において、照射光Ｌｉを半田Ｓに直接照射するのではなく、照射光Ｌｉを基板Ｂの表面Ｂｓに射出することで、当該表面Ｂｓで反射された照射光Ｌｉを半田Ｓに照射する。このように半田Ｓの表面Ｂｓでの反射を介して半田Ｓに照射された照射光Ｌｉは、半田Ｓに直接照射された照射光Ｌｉと異なり、急斜面Ｓｓで反射されてからカメラ５に入射する。その結果、半田Ｓが有する急斜面Ｓｓを撮像することが可能となっている。

また、かかる構成では、半田Ｓがぬれ上がっていて、半田Ｓが急斜面Ｓｓを有する場合には、この急斜面Ｓｓで反射された光がカメラ５に入射する。そこで、半田Ｓを撮像した画像に所定の閾輝度以上の輝度を有する部分が存在するのを確認することで、半田Ｓの状態が良いと簡便に判断することが可能となっている。

また、異なる波長の３以上の光を異なる角度から半田Ｓに射出する緩斜面用照明６が具備されており、制御部１１は、半田Ｓで反射された３以上の光をカメラ５が撮像した結果に基づき半田Ｓの状態を検査する。これによって、半田Ｓが有する緩斜面Ｓｇも撮像することが可能となっている。

また、光学系４は、基板Ｂの表面Ｂｓの法線Ｂｎに平行な光軸Ａを有して基板Ｂに対向し、ビームスプリッター４２は、基板Ｂから射出されてレンズ４１を通過した光をカメラ５に導くとともに、急斜面用照明７から射出された光を、レンズ４１を介して基板Ｂへ導く。このようにカメラ５と急斜面用照明７とでレンズ４１を共通化することで、カメラ５により撮像できる範囲（つまり、カメラ５の視野）と、急斜面用照明７により照射光Ｌｉを照射できる範囲とを一致させることができる。

図５は図２のフローチャートの半田検査処理で実行される第２動作例を示すフローチャートである。図５のフローチャートは、制御部１１の制御により実行される。なお、以下では上記実施形態との差異点を中心に説明することとし、共通点については相当符号を付して適宜説明を省略する。なお、上記実施形態と共通する構成を備えることで同様の効果が奏されることは言うまでもない。

図５のフローチャートでは、上述と同様にステップＳ２０１〜Ｓ２０３が実行されて、半田Ｓの緩斜面Ｓｇについて検査が実行され、ステップＳ２１０で、緩斜面Ｓｇの検査結果の良否が判断される。そして、検査結果が不良である場合（ステップＳ２１０で「ＮＯ」の場合）には、検査対象の半田Ｓに対してＮＧ判定が決定され（ステップＳ２１１）、図５のフローチャートを終了し、図２のフローチャートに戻る。

一方、検査結果が良好である場合（ステップＳ２１０で「ＹＥＳ」の場合）には、上述と同様にステップＳ２０４〜Ｓ２０７が実行され、半田Ｓの急斜面Ｓｓについて検査が実行され、ステップＳ２１２で、急斜面Ｓｓの検査結果の良否が判断される。そして、検査結果が不良である場合（ステップＳ２１２で「ＮＯ」の場合）には、検査対象の半田Ｓに対してＮＧ判定が決定される一方、検査結果が良好である場合（ステップＳ２１２で「ＹＥＳ」の場合）には、検査対象の半田Ｓに対してＯＫ判定が決定される（ステップＳ２１３）。そして、図５のフローチャートを終了し、図２のフローチャートに戻る。

かかる実施形態では、半田Ｓの緩斜面Ｓｇの検査結果が不良である場合、当該半田Ｓの急斜面Ｓｓの検査が省略される。したがって、半田Ｓの検査を効率的に実行することが可能となっている。

ところで、上記の実施形態では、閾輝度以上の輝度が半田Ｓの撮像画像に含まれるかを確認することで、半田Ｓの急斜面Ｓｓの検査が実行されていた。しかしながら、半田Ｓの急斜面Ｓｓの具体的な検査態様はこれに限られず、種々の変更が可能である。

図６は半田の急斜面検査の第１変形例を模式的に示す図である。この変形例では、急斜面用照明７は、間隔ΔＩｉを空けて並ぶ２本の基準線Ｉを有する投影パターンＴｉを照射光Ｌｉとして照射範囲Ｒｉに照射する。そして、照射範囲Ｒｉで拡散反射された投影パターンＴｉ（すなわち、照射光Ｌｉ）が半田Ｓの斜面Ｓｌに照射された状態で、カメラ５は、半田Ｓの急斜面Ｓｓで全反射されてレンズ４１により固体撮像素子５１に結像された光を撮像する。これによって、半田Ｓの急斜面Ｓｓで全反射された照射光Ｌｉ（すなわち、反射光Ｌｒ）が有するパターン、すなわち間隔ΔＩｒを空けて並ぶ２本の基準線Ｉを有する観測パターンＴｒが撮像される。

この際、投影パターンＴｉが照射範囲Ｒｉで拡散反射される反射角βと、半田Ｓの急斜面Ｓｓの傾斜角αとの間には、次の関係式
β＝ａｒｃｓｉｎ（ΔＩｒ／ΔＩｉ） …式１
α＝（９０°＋β）／２ …式２
が成立する。つまり、制御部１１は、投影パターンＴｉでの基準線Ｉの間隔ΔＩｉと、観測パターンＴｒでの基準線Ｉの間隔ΔＩｒとに基づき、半田Ｓの斜面Ｓｌに存在する緩斜面Ｓｇの傾斜角αを算出できる。

かかる変形例では、急斜面用照明７は、所定の投影パターンＴｉを照射光Ｌｉとして基板Ｂの表面Ｂｓに射出し、カメラ５は、半田Ｓの急斜面Ｓｓで反射された照射光Ｌｉが有する観測パターンＴｒを撮像する。そして、制御部１１は、投影パターンＴｉと観測パターンＴｒとの形状の違いに基づき、半田Ｓの形状、具体的には急斜面Ｓｓの傾斜角αを求める。これによって、半田Ｓの形状を的確に求めることが可能となっている。

この際、例えば所定の閾角度以上の傾斜角αを有する急斜面Ｓｓが存在することを、半田Ｓの良否判断の基準としても良い。これによって、半田Ｓが十分にぬれ上がって、急峻な急斜面Ｓｓが半田Ｓの斜面Ｓｌに形成されているのを確認した上で、良否判定を行うことができる。

さらに、互いに異なる色を有する複数の基準線Ｉで投影パターンＴｉを構成しても良い。かかる構成では、観測パターンＴｒにおいて隣り合う基準線Ｉが近接している場合であっても、制御部１１は、これらの基準線Ｉを色の違いによって区別できるため、半田Ｓの形状を的確に求めることができる。

図７は半田の急斜面検査の第２変形例を模式的に示す図である。この変形例では、図７の「投影・撮像」の欄に示すように、急斜面用照明７は、光の強度が正弦波状に変化する正弦波縞パターンＴｓを照射光Ｌｉとして照射範囲Ｒｉに照射する。そして、照射範囲Ｒｉで拡散反射された正弦波縞パターンＴｓ（すなわち、照射光Ｌｉ）が半田Ｓの斜面Ｓｌに照射された状態で、カメラ５は、半田Ｓの急斜面Ｓｓで全反射されてレンズ４１により固体撮像素子５１に結像された光を撮像する。これによって、半田Ｓの急斜面Ｓｓで全反射された照射光Ｌｉ（すなわち、反射光Ｌｒ）が有するパターン、すなわち観測パターンＴｒが撮像される。そして、正弦波縞パターンＴｓの位相を０°、９０°、１８０°、２７０°と変更しながら、各正弦波縞パターンＴｓについて観測パターンＴｒが撮像される。これによって、互いに９０°ずつ位相が異なる４つの観測パターンＴｒが取得される。

続いて、図７の「位相算出」の欄に示すように、制御部１１は、４つの観測パターンＴｒから位相シフト法によって、各位置（ｘ、ｙ）での位相θを算出して、位相分布を求める。ここで、括弧内のｘはｘｙ直交座標系におけるｘ座標位置を表し、括弧内のｙはｘｙ直交座標軸におけるｙ座標位置を表す。さらに、制御部１１は、照射範囲Ｒｉに照射された正弦波縞パターンＴｓでの各位置Ｄｉ（ｘ、ｙ）と、観測パターンＴｒでの各位置Ｄｒ（ｘ、ｙ）とを位相θによって対応付ける。具体的には、同一の位相θを有する正弦波縞パターンＴｓでの位置Ｄｉ（ｘ、ｙ）と、観測パターンＴｒでの位置Ｄｒ（ｘ、ｙ）とが対応付けられる。なお、正弦波縞パターンＴｓでの各位置Ｄｉ（ｘ、ｙ）の位相θは、照射範囲Ｒｉに照射された各正弦波縞パターンＴｓを撮像した画像から位相シフト法により求めても良いし、正弦波縞パターンＴｓを照射する際に用いたデータから求めても良い。

こうして対応付けられた正弦波縞パターンＴｓでの位置Ｄｉおよび観測パターンＴｒでの位置Ｄｒはそれぞれ、同一の反射光Ｌｒの射出点および入射点に相当する。つまり、図７の「形状算出」の欄に示すように、照射範囲Ｒｉでの位置Ｄｉで拡散反射されて半田Ｓの急斜面Ｓｓに入射する反射光Ｌｒ（すなわち、拡散光Ｌｄ）の軌跡が求められる。そして、この反射光Ｌｒの反射角βと上記の式２とに基づき、位置Ｄｉにおける半田Ｓの急斜面Ｓｓの傾斜角αが求められる。かかる計算を、位置Ｄｉと位置Ｄｒとの各組み合わせについて行うことで、半田Ｓの急斜面Ｓｓの形状を求めることができる。

かかる変形例では、急斜面用照明７は、互いに位相の異なる４個の正弦波縞パターンＴｓを投影パターンＴｉとして基板Ｂの表面Ｂｓに照射し、カメラ５は、４個の正弦波縞パターンＴｓのそれぞれについて観測パターンＴｒを取得する。そして、制御部１１は、観測パターンＴｒから位相シフト法により算出した位相θに基づき、照射光Ｌｉが表面Ｂｓに入射した入射位置Ｄｉと、照射光Ｌｉが半田Ｓで反射された反射位置Ｄｒとの対応関係を求め、当該対応関係に基づき半田Ｓの形状を求める。かかる構成では、半田Ｓの形状をより的確に求めることができる。

この際、例えば所定の閾角度以上の傾斜角αを有する急斜面Ｓｓが所定の閾面積以上の範囲で存在することを、半田Ｓの良否判断の基準としても良い。これによって、半田Ｓが十分にぬれ上がって、急峻な急斜面Ｓｓが半田Ｓの斜面Ｓｌに形成されているのを確認した上で、良否判定を行うことができる。

図８は半田の急斜面検査の第３変形例を模式的に示す図である。この変形例では、複数（３個）の半田接合箇所Ｐｓに対応して複数（３個）の照射範囲Ｒｉが、基板Ｂの表面Ｂｓに設定される。そして、複数の照射範囲Ｒｉに同時に照射光Ｌｉを射出することで、照射範囲Ｒｉで反射された照射光Ｌｉを、当該照射範囲Ｒｉに対応する半田接合箇所Ｐｓに接合された半田Ｓに照射する。そして、カメラ５は、各半田Ｓの斜面Ｓｌを同時に撮像して、制御部１１はその撮像結果に基づき半田Ｓの良否を判断する。かかる構成では、複数の半田Ｓについて同時に良否を判断することができ、半田Ｓの検査を効率的に行うことができる。

また、急斜面用照明７は、複数の照射範囲Ｒｉのうち、所定の位置関係を満たす複数（２個）の特定照射範囲Ｒｓに対して、互いに異なる波長（色）の照射光Ｌｉを同時に射出する。ここで、所定の位置関係とは、例えば相互間の距離が所定の閾距離未満である関係とすることができる。そして、制御部１１は、カメラ５が撮像した照射光Ｌｉの波長（色）に基づき、照射光Ｌｉが射出された特定照射範囲Ｒｓと、当該特定照射範囲Ｒｓで反射された照射光Ｌｉを反射した半田Ｓとを対応付ける。かかる構成では、特定照射範囲Ｒｓと、これに対応する半田Ｓとの対応付けを照射光Ｌｉの波長（色）によって的確に行うことができる。

このように本実施形態では、外観検査装置１が本発明の「外観検査装置」の一例に相当し、基板搬送部２が本発明の「基板保持部」の一例に相当し、急斜面用照明７が本発明の「第１照射部」の一例に相当し、カメラ５が本発明の「撮像部」の一例に相当し、制御部１１が本発明の「制御部」の一例に相当し、基板Ｂが本発明の「基板」の一例に相当し、表面Ｂｓが本発明の「表面」の一例に相当し、半田接合箇所Ｐｓが本発明の「半田接合箇所」の一例に相当し、半田Ｓが本発明の「半田」の一例に相当し、照射光Ｌｉが本発明の「照射光」の一例に相当し、投影パターンＴｉが本発明の「投影パターン」の一例に相当し、観測パターンＴｒが本発明の「観測パターン」の一例に相当し、正弦波縞パターンＴｓが本発明の「正弦波縞パターン」の一例に相当し、基準線Ｉが本発明の「線」の一例に相当し、間隔ΔＩｉが本発明の「間隔」の一例に相当し、位置Ｄｉが本発明の「入射位置」の一例に相当し、位置Ｄｒが本発明の「反射位置」の一例に相当し、照射範囲Ｒｉが本発明の「照射範囲」の一例に相当し、特定照射範囲Ｒｓが本発明の「特定照射範囲」の一例に相当し、緩斜面用照明６が本発明の「第２照射部」の一例に相当し、レンズ４１が本発明の「レンズ」の一例に相当し、光軸Ａが本発明の「光軸」の一例に相当し、法線Ｂｎが本発明の「法線」の一例に相当し、ビームスプリッター４２が本発明の「ビームスプリッター」の一例に相当し、閾輝度Ｌｔｈが本発明の「閾輝度」の一例に相当する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、カメラ５と急斜面用照明７とでレンズ４１を共通化している。しかしながら、カメラ５と急斜面用照明７とのそれぞれに個別にレンズを設けても良い。

また、急斜面用照明７の具体的構成も適宜変更しても良い。例えば、上記の急斜面用照明７は光変調器７２により光を変調することで、照射光Ｌｉの照射位置を調整できる。しかしながら、光変調器７２を介することなく、光源７１からの光をレンズで集光するように急斜面用照明７を構成しても良い。この場合、集光範囲が照射範囲Ｒｉに一致するように検査ヘッドＨの位置を制御することで、半田Ｓの検査を実行できる。

また、基板Ｂの表面Ｂｓのうち、照射光Ｌｉを照射する位置を適宜変更してもよい。例えば図８では、基板Ｂの表面Ｂｓにおいて、テキスト「ＡＢＣＤ」がシルクＫにより記されている。そこで、シルクＫに照射光Ｌｉを射出するように急斜面用照明７を構成しても良い。つまり、白色を有するシルクＫは、照射光Ｌｉを効果的に拡散することができる。そのため、シルクＫでの反射を介して半田Ｓに照射された照射光Ｌｉを確保して、半田Ｓが有する急斜面Ｓｓを好適に撮像することができる。

また、レンズ４１の構成を適宜変更しても良い。例えばその両側にテレセントリック性を有するようにレンズ４１を構成しても良い。あるいは、テレセントリック性を有さないレンズをレンズ４１として用いても構わない。

また、上記のステップＳ２０４では、緩斜面検査で確認された半田Ｓの緩斜面Ｓｇの位置に基づき、照射範囲Ｒｉが設定されていた。しかしながら、半田接合箇所Ｐｓの位置を示すデータに基づいて、照射範囲Ｒｉを設定しても良い。

また、半田の急斜面検査の第１変形例で投影パターンＴｉに含まれる基準線Ｉの個数は２個に限られず、３個以上でも良い。この場合、隣接する２個の基準線Ｉについて、式１および式２の関係を適用することで、半田Ｓの急斜面Ｓｓにおける複数の位置それぞれでの傾斜角αを求めることができる。

また、半田の急斜面検査の第２変形例で照射する正弦波縞パターンＴｓの個数は４個に限られない。つまり、互いに位相が異なる３個以上の正弦波縞パターンＴｓを照射して、位相シフト法により位相θを求めれば良い。

また、半田の急斜面検査の第３変形例において、特定照射範囲Ｒｓを設定する基準となる位置関係は、上述の距離に基づく基準に限られない。例えば、対応する部品Ｅとの位置関係が同一である、換言すれば部品Ｅに対して同じ側に設けられた複数の照射範囲Ｒｉを、特定照射範囲Ｒｓに設定しても良い。あるいは、上述の距離に基づく基準と、ここでの部品Ｅとの位置関係に基づく基準との両方を満たす関係にある複数の照射範囲Ｒｉを、特定照射範囲Ｒｓに設定しても良い。

また、緩斜面用照明６の構成も適宜変更が可能である。例えば、環状照明６２ｒ、６２ｇ、６２ｂの高さをそれぞれ変えても良い。あるいは、互いに波長が異なる４個以上の光を緩斜面用照明６から射出するように構成しても良い。

また、検査ヘッドＨの配置も適宜変更が可能である。したがって、基板Ｂの表面Ｂｓを下方に向けて配置し、検査ヘッドＨを下方から基板Ｂの表面Ｂｓに対向させても構わない。

１…外観検査装置、１１…制御部、１２…ユーザーインターフェース、２…基板搬送部（基板保持部）、４…光学系、４１…レンズ、４２…ビームスプリッター、５…カメラ（撮像部）、５１…固体撮像素子、６…緩斜面用照明（第２照射部）、７…急斜面用照明（第１照射部）、７１…光源、７２…光変調器、Ａ…光軸、Ｂ…基板、Ｂｓ…表面、Ｂｎ…法線、Ｄｉ…位置（入射位置）、Ｄｒ…位置（反射位置）、Ｅ…部品、Ｅｄ…電極、Ｈ…検査ヘッド、Ｉ…基準線（線）、ΔＩｉ…間隔、ΔＩｒ…間隔、Ｋ…シルク、Ｌｉ…照射光、Ｌｄ…拡散光、Ｌｒ…反射光、Ｌｔｈ…閾輝度、Ｐｓ…半田接合箇所、Ｐｅ…部品取付箇所、Ｒｉ…照射範囲、Ｒｓ…特定照射範囲、Ｓ…半田、Ｓｌ…斜面、Ｓｇ…緩斜面、Ｓｓ…急斜面、Ｔｉ…投影パターン、Ｔｒ…観測パターン、Ｔｓ…正弦波縞パターン、α…傾斜角、β…反射角

Claims (11)

1. 半田接合箇所が設けられた表面を有し、前記半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の前記表面に照射光を射出することで、前記表面で反射された前記照射光を前記半田に照射する第１照射部と、
   前記表面に対向して前記半田を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が前記半田を撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する制御部と
   を備え、
   前記第１照射部は、所定の投影パターンを前記照射光として前記表面に射出し、
   前記撮像部は、前記半田で反射された前記照射光が有する観測パターンを撮像し、
   前記制御部は、前記観測パターンに基づき前記半田の形状を求める外観検査装置。
2. 前記制御部は、前記撮像部が前記半田を撮像した画像に、所定の閾輝度以上の輝度を有する部分が存在するかを確認した結果に基づき前記半田の状態を検査する請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記制御部は、前記投影パターンと前記観測パターンとの形状の違いに基づき前記半田の形状を求める請求項１または２に記載の外観検査装置。
4. 前記投影パターンは、間隔を空けて配列された互いに異なる色の複数の線を有する請求項３に記載の外観検査装置。
5. 前記第１照射部は、互いに位相の異なる３個以上の正弦波縞パターンを前記投影パターンとして前記表面に照射し、
   前記撮像部は、前記３個以上の正弦波縞パターンのそれぞれについて前記観測パターンを取得し、
   前記制御部は、前記観測パターンから位相シフト法により算出した位相に基づき、前記照射光が前記表面に入射した入射位置と、前記照射光が前記半田で反射された反射位置との対応関係を求め、当該対応関係に基づき前記半田の形状を求める請求項１に記載の外観検査装置。
6. 半田接合箇所が設けられた表面を有し、前記半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の前記表面に照射光を射出することで、前記表面で反射された前記照射光を前記半田に照射する第１照射部と、
   前記表面に対向して前記半田を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が前記半田を撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する制御部と
   を備え、
   前記基板の前記表面には、複数の前記半田接合箇所が設けられており、
   前記第１照射部は、前記複数の半田接合箇所に対応して複数の照射範囲を前記表面に設定し、前記複数の照射範囲それぞれに前記照射光を射出することで、前記照射範囲で反射された前記反射光を当該照射範囲に対応する前記半田接合箇所に接合された前記半田に照射する外観検査装置。
7. 前記第１照射部は、前記複数の照射範囲のうち、所定の位置関係を満たす複数の特定照射範囲に対して互いに異なる波長の前記照射光を同時に射出し、
   前記制御部は、前記撮像部が撮像した前記照射光の波長に基づき、前記照射光が射出された前記特定照射範囲と、当該特定照射範囲で反射された前記照射光を反射した前記半田とを対応付ける請求項６に記載の外観検査装置。
8. 半田接合箇所が設けられた表面を有し、前記半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の前記表面に照射光を射出することで、前記表面で反射された前記照射光を前記半田に照射する第１照射部と、
   前記表面に対向して前記半田を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が前記半田を撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する制御部と、
   異なる波長の３以上の光を異なる角度から前記半田に射出する第２照射部と
   を備え、
   前記制御部は、前記半田で反射された前記３以上の光を前記撮像部が撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する外観検査装置。
9. 半田接合箇所が設けられた表面を有し、前記半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、
   前記基板の前記表面に照射光を射出することで、前記表面で反射された前記照射光を前記半田に照射する第１照射部と、
   前記表面に対向して前記半田を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が前記半田を撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する制御部と
   を備え、
   前記第１照射部は、前記基板の前記表面に設けられたシルクに前記照射光を射出する外観検査装置。
10. 半田接合箇所が設けられた表面を有し、前記半田接合箇所に半田が接合された基板を保持する基板保持部と、
    前記基板の前記表面に照射光を射出することで、前記表面で反射された前記照射光を前記半田に照射する第１照射部と、
    前記表面に対向して前記半田を撮像する撮像部と、
    前記撮像部が前記半田を撮像した結果に基づき前記半田の状態を検査する制御部と、
    前記基板の前記表面の法線に平行な光軸を有して前記基板に対向するレンズと、
    前記基板から射出されて前記レンズを通過した光を前記撮像部に導くとともに、前記第１照射部から射出された光を、前記レンズを介して前記基板へ導くビームスプリッターと
    を備える外観検査装置。
11. 半田接合箇所に半田が接合された基板の表面に所定の投影パターンを射出することで、前記表面で反射された前記投影パターンを前記半田に照射する工程と、
    前記基板の前記表面に対向して前記半田を撮像することで、前記半田で反射された前記投影パターンが有する観測パターンを撮像する工程と、
    前記観測パターンに基づき前記半田の形状を求めて、前記半田の状態を検査する工程と
    を備える外観検査方法。
    

Images