JPH02176513A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、回路基板の半田付部等の欠陥検査に使用して
好適な欠陥検査載置に関する。

Ｂ、従来の技術 回路基板に実装された集積回路素子や抵抗、コンデンサ
等の素子の半田付部の欠陥を検査する装置として、第８
図に示すように構成されたものがある。この装置は次の
ようにして欠陥を検査する。

Ｘ−Ｙステージ１の上に載置した試料としての回路基板
２をリング状ライト３で照明し、テレビカメラ４によっ
て回路基板２の表面像を撮像する。

この表面像を画像処理装置５で２値化して欠陥判定装置
！ｔ６に入力し、テレビカメラ４の視野における回路基
板３上の半田付部分の欠陥の判定を行う。ある視野にお
ける欠陥の判定が終了すると、Ｘ−Ｙステージコントロ
ーラ７によってＸ−Ｙステージ１を駆動し、テレビカメ
ラ４の視野が回路基板２の別の欠陥検査対象位置になる
ように制御される。ここで、８は２値化された回路基板
２の像をモニタするモニタテレビである。

このような欠陥検査装置においては、例えば片面にのみ
素子を実装し基板の裏面には半田付部のみが点在するも
のを検査する場合、半田付部での反射率がその周囲の基
板面の反射率よりも高いため、画像処理装置５で適切な
閾値で２値化した後の回路基板２の裏面像は、第９図に
示すように、半田付は部３ａが白、それ以外が黒となる
。したがって、白の像部分の形状（水平、垂直方向の長
さや面積）を調べることにより、例えば第９図の３ｂで
示すように白丸部分がつながった形となっている箇所は
″ブリッジ″として容易に検出することができる。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来装置においては、回路基板２に
対し全方向から照明光を与えているので、半田付部から
の反射光が拡散するため点在する半田付部の密度が高く
なると正確な検出が難しい。

また、半田付部以外に回路素子等を有する両面実装タイ
プでは半田付部以外の素子部分から反射した光もテレビ
カメラ１に入射される。このため、半田付部の反射光像
にぼけが生じ、″ブリッジ″等の欠陥を精度良く検出で
きなくなるという問題がある。

この場合、回路基板２の斜め上方向から点光源または線
光源による照明を与え、その反射光路中に置かれる１な
いし複数個の受光素子によって検出する方法が考えられ
るが、入射光路または受光素子までの光路の途中に他の
素子などがある場合には、これが障害となる。したがっ
て、近年のように実装密度の高い回路基板、特に両面実
装タイプの基板における半田付は部の欠陥検査にはこの
ような従来装置は使用できない。

本発明の技術的課題は、被検査部周囲の障害物によって
反射光が遮断されず欠陥判定のための正確な反射光のみ
を取り出し、この反射光によって試料の欠陥を高精度に
判定することにある。

０１課題を解決するための手段 実施例を示す第１図により本発明を説明すると、上記技
術的課題は、光源１１から発生された光を試料２の表面
に垂直に入射する第１の光学系１２゜１３．１４と、こ
の第１の光学系を介して入射され試料２の表面から垂直
に反射する反射光を受光素子１６に入射する第２の光学
系１４，１３゜１２．１５と、受光素子１６の出力信号
の波形形状によって試料表面の欠陥を判定する判定手段
１８とを備えることにより解決される。

Ｅ１作用 試料２の表面に垂直に光を入射する。試料２の表面が光
軸と垂直な面であれば、試料２の表面に垂直に入射する
光はその周囲の素子に干渉されずに垂直に反射する。し
たがって、周囲の素子などの影響を受けることなく半田
付部の形状や表面反射率に依存した反射光が得られる。

これにより、半田付部の高精度の欠陥判定が可能になる
。

なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 第１図は本発明による欠陥検査装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

１１は、ビーム光を発生する光源としてのレーザ装置で
あり、例えばＨｅ−Ｎｅ等のガスレーザ装置で構成され
る。ここから発生されたレーザビームはハーフミラ−１
２を透過し、ガルバノミラ−１３に入射される。ガルバ
ノミラ−１３は、支点１３ａを中心に回動可能な全反射
ミラーであり。

入射されたレーザビームをＸ方向に走査する。

ｆθレンズ１４は、入射光の入射角に拘りなく入射され
た光をレンズ光軸と平行に出射し、入射角に依存されず
に焦平面上に入射光を結像させる。

このｆθレンズ１４の焦平面には試料としての回路基板
２がｆθレンズ１４の光軸と垂直に置かれる。ハーフミ
ラ−１２はまた、ガルバノミラ−１３から入射される反
射光を直角に曲げてミラー１５を介°して受光素子１６
に入射させるものである。ハーフミラ−１２，ガルバノ
ミラ−１３゜ｆθレンズ１４により第１の光学系を、ハ
ーフミラ−１２，ガルバノミラ−１３，ｆθレンズ１４
゜ミラー１５により第２の光学系を構成する。

受光素子１６は、入射光をその光量に比例した電気信号
に変換する。したがって、この受光素子１６に回路基板
２の表面から反射したレーザビームを入射することによ
り、回路基板２の表面形状やその反射率に対応した信号
が得られる。Ａ／Ｄコンバータ１７は、受光素子１６の
出力信号を２値化し、パーソナルコンピュータ等で構成
された欠陥判定手段としての装置１８に入力する。

欠陥判定装置１８は、入力された信号を画像処理装置１
９に入力し、ここで波形整形等の前処理を行わせた後、
回路基板２の表面の欠陥の判定を行う。

なお、２０は波形整形された信号をモニタするモニタテ
レビ、２１は２値化する前の受光素子出力信号を観測す
るオシロスロープであり、いずれも欠陥検査に不可欠の
ものではない。

以上のように構成された欠陥検出装置により、回路基板
２に実装された集積回路素子の半田付部の欠陥を検出す
る動作を説明する。

ここで、回路基板２に実装される集積回路素子２２は、
ｆＯレンズ１４の方向から見ると、第２図（ａ）に示す
ような形状をしている。回路基板２上のパターン（不図
示）と入出力端子２３とが半田付けによって接合される
半田付部Ｈは、第２図（ｂ）のＡ−Ａ断面図に示すよう
に１回路基板２と入出力端子２３との間に半田２４が充
填されたサンドインチ構造となっている。

そこで、第３図に実線で示すように、ｆθレンズ１４か
ら回路基板２の表面に垂直にレーザビームを入射すると
、このレーザビームは第３図に破線で示すように入出力
端子２３の表面では入射方向に反射し、半田２４の表面
では入射方向とは異なった方向に反射し、回路基板２の
表面では入射方向に反射する。そして、入出力端子２３
の反射率は回路基板２の表面の反射率よりも高いため、
受光素子１６に入射される表面反射ビームのうち入出力
端子２３からの表面反射ビームの光量が最も大きく１次
に回路基板２からの表面反射ビームの光量となり、半田
２４からの表面反射ビームの光量はほとんど零となる。

以上のような原理に従って半田付部の欠陥検出を行う。

以下、動作を詳細に説明する。

ｆθレンズ１４の黒子面上に回路基板２を置く。

レーザ装置１１からレーザビームを出射するとともにガ
ルバノミラ−１３を回動して半田付部Ｈをレーザビーム
によって例えば第４図（ａ）のＢ方向に走査する。この
とき、レーザビームは垂直に入射される。回路基板２か
らの反射ビームはｆθレンズ１４、ガルバノミラ−１３
、ハーフミラ−１２、ミラー１５を通って受光素子１６
で受光される。このとき、入出力端子２３と基板２の表
面では入射方向に光が反射する。受光素子１６で電気信
号に変換された反射ビームの信号はＡ／Ｄコンバータ１
７で２値化された後、欠陥判定装置１８に入力される。

今、第４図（ａ）に示すように半田付部に何ら欠陥がな
い場合、レーザビームを各入出力端子２３のほぼ中心を
横切る矢印Ｂ方向に走査すると、受光素子１６から第４
図（ｂ）に示すように変化する電気信号が出力される。

ここで、閾値ＴＨユは、入出力端子２３からの反射光に
よる受光素子１６の出力レベルよりも低く基板２の表面
からの反射光による受光素子１６の出力レベルよりも高
い値であって、ブリッジからの反射光による受光素子１
６の出力レベルよりも高い値に設定される。また閾値Ｔ
Ｈ，は、基板２の表面からの反射光による受光素子１６
の出力レベルよりもやや高い値に設定される。そして、
正常時は、時間間隔Ｔｄ１がある許容範囲内に収まり、
その時間間隔Ｔａ２内では受光素子１６の出力電圧が閾
値ＴＨ，未満となる。

一方、第５図（ａ）に示す符号りで囲まれた入出力端子
２３ａ〜２３ｅのうち、入出力端子２３Ｃが入出力端子
２３ｂ側に位置ずれして半田付けされている場合、また
入出力端子２３ｄと入出力端子２３ｅとの間でブリッジ
が生じている場合には、半田付部分を矢印Ｃ方向に走査
すると、第５図（ｂ）に示すような波形形状の電気信号
が受光素子１６から出力される。

第５図（ｂ）において、入出力端子２３ｂに対応する信
号が閾値ＴＨ工を越えた後、はぼ零になり、この後入出
力端子２３ｃに対応する信号が閾値ＴＨ，を再び越える
までの時間間隔Ｔｄ２が正常な時間間隔Ｔｄ１よりも短
くなっている。一方、入出力端子２３ｄと入出力端子２
３ｅとの間ではブリッジが生じているため、このブリッ
ジによる反射によって、出力電圧が閾値ＴＨ２を越えて
いる。

そこで、欠陥判定装置１８は、上記時間間隔Ｔｄ１から
許容誤差±α以上越える時間間隔の信号が出力されると
入出力端子２３が位置ずれしていると判定し、また、正
常時に回路基板２の表面反射ビームによって閾値ＴＨ，
より僅かに低い信号が得られるべき時刻で閾値ＴＨ２Ｈ
２Ｏ量力電圧の信号が出力されるとブリッジと判定する
。

第６図はこのような論理で欠陥の判定を行う欠陥判定装
置１８のブロック図である。

第６図において、コンパレータ１８１はＡ／Ｄコンバー
タ１７の出力ＤＳを閾値ＴＨ工と比較し、ＤＳ＞ＴＨ□
のときにハイレベル信号を出力する。

アンドゲート１８２．インバータ１８３およびカウンタ
１８４は、Ａ／Ｄコンバータ１７の出力ＤＳが閾値ＴＨ
，を越でから再び閾値ＴＨ□を越えるまでの時間間隔Ｔ
ｍを計測するものである。コンパレータ１８５は、計測
した時間間隔Ｔｍが正常とみなす時間間隔Ｔｄ１＋αよ
り大きいか否かを判定し、Ｔ　ｍ　＞　Ｔ　ｄ工＋αで
ハイレベル信号を出力する。コンパレータ１８６は、計
測した時間間隔Ｔｍが正常とみなす時間間’ｆ４　Ｔ　
ｄ　ｘ−αより小さいか否かを判定し、Ｔｍ＜Ｔｄニー
αでハイレベル信号を出力する。すなわち、入出力端子
２３が位置ずれしているときにはコンパレータ１８５，
１８６のいずれか一方からハイレベル信号が出力され、
オアゲート１９０を通って欠陥検出信号が出力される。

また、フリップフロップ１８７は、Ａ／Ｄコンバータ１
７の出力ＤＳが閾値ＴＨ，以下のとき、つまりＤＳ＜Ｔ
Ｈ工のときにインバータ１９１の反転信号でセットされ
てそのＱ出力をハイレベルにするものである。アンドゲ
ート１８８は、その一方の入力にフリップフロップ１８
７のＱ出力が、他方の入力にＡ／Ｄコンバータ１７の出
力ＤＳが入力され、Ｑ出力がハイレベルの間だけ出力Ｄ
Ｓを次段のコンパレータ１８９に出力する。

コンパレータ１８９は、入力される出力ＤＳを閾値ＴＨ
２と比較し、ＤＳ＞ＴＨ２のときにハイレベルを出力す
る。つまり、隣接する２つの入出力端子２３がブリッジ
を起こしているときには、順次の入出力端子２３の表面
を検出する時間内に出力ＤＳが閾値ＴＨ２を越えるよう
になるから、フリップフロップ１８７、アンドゲート１
８８、コンパレータ１８９でこれを検出して欠陥検出時
にハイレベル信号をオアゲート１９０から出力する。

まず、このような欠陥検出回路による位置ずれ判定につ
いてその動作を詳述する。

Ａ／Ｄコンバータ１７によって２値化した信号ＤＳがコ
ンパレータ１８１に入力される。信号ＤＳ＞ＴＨｌなら
ば、コンパレータ１８１から“′Ｈ″の出力信号が送出
される。このハイレベル信号によりアンドゲート１８２
がイネーブルされるとともに、そのハイレベル信号はイ
ンバータ１８３によって反転されカウンタ１８４をリセ
ットする。アントゲ−１−１８２がイネーブルされてい
る間はクロックパルスがカウンタ１８４に入力され、カ
ウンタ１８４はそのクロックパルスにより順次にインク
リメントする。このカウント値Ｑは２つのコンパレータ
１８５，１８６に並列に入力される。コンパレータ１８
５はＱ〉Ｔｄ１＋αのときに、コンパレータ〕、８６は
、Ｑ＜ＴｄニーαのときにＥＩ　Ｈ＋＋の欠陥検出信号
を出力する。

第５図（ａ）の例では、入出力端子２３ｃが入出力端子
２３ｂの方へずれているため、入出力端子２３ｃを走査
した時の受光素子出力信号の立上りタイミングが位置ず
れ分だけ早くなり、上記時間間隔Ｔｄ、は下限値Ｔｄ、
−αよりも小さくなる。

このため、コンパレータ１８６がＨ”の欠陥検出信号を
出力する。反対に入出力端子２３ｃが入出力端子２３ｄ
の方へずれている時は、コンパレータ１８５が１１　Ｈ
Ｄの欠陥検出信号を出力する。

なお、入出力端子２３ｃと入出力端子２３ｄとについて
は、位置ずれを起こしている入出力端子２３ｃを基準に
して時間間隔をカウントするため、入出力端子２３ｄを
走査した時に得られる受光素子出力信号が立ち上がった
タイミングでも欠陥検出信号が送出されるが、いずれに
しろ欠陥があるのだから何等問題はない。

次にブリッジの判定動作について説明する。

出力信号ＤＳが閾値ＴＨ１以下となった時にコンパレー
タ１８１はローレベル信号を出力し、この信号がインバ
ータ１９１によって反転されフリップフロップ１８７が
セットされる。このフリップフロップ１８７のＱ端子か
ら出力されるセット信号（ハイレベル）はアンドゲート
１８８に入力され、該アンドゲート１８８をイネーブル
状態にする。したがって、Ａ／Ｄコンバータ１７からの
２値化信号ＤＳが通過してコンパレータ１８９に入力さ
れる。つまり、アンドゲート１８８は回路基板２の表面
反射ビームによる受光素子出力信号ＤＳが得られる時間
帯でイネーブルとなり、この状態での受光素子出力信号
ＤＳがコンパレータ１８９に入力される。このコンパレ
ータ１８９は、アンドゲート１８８から入力される信号
ＤＳが閾値ＴＨ，を超えた時に１１　ＨＩｔの欠陥検出
信号を送出する。したがって、第５図（ａ）のように入
出力端子２３ｄと入出力端子２３ｅの間にブリッジが生
じている場合には、上記時間間隔Ｔｄ。

中において信号ＤＳが閾値ＴＨ２を越えるためコンパレ
ータ１８９からハイレベルの欠陥検出信号が出力される
。このようにしてコンパレータ１８５．１８６，１８９
から出力される欠陥検出信号はオアゲート１９０によっ
て１つの欠陥検出信号として出力される。

以上の□ように本実施例では欠陥検査対象の回路基板２
の表面に垂直にレーザビームを入射し、その垂直の反射
ビームを受光素子１６に導き、該受光素子１６の出力信
号の波形形状によって半田付部の位置ずれやブリッジ等
の欠陥を判定する構成としだので、半田付部の周囲に他
の回路素子が近接して配置されていたとしても入射光路
や反射光路はそれらの素子に影響を受けず、欠陥を高精
度で判定することができる。

なお、レーザビームをガルバノミラ−１３で１次元方向
のみに走査したが、ガルバノミラ−１３によるレーザビ
ームの走査方向と垂直方向に微動可能なステージを設け
、このステージの上に回路基板２を載せ、ガルバノミラ
−１３での１次元走査ごとに該ステージを微動させるこ
とにより、２次元方向の走査による欠陥検査を行うこと
ができる。場合によってはガルバノミラ−１３によって
レーザビームを走査する代わりに、Ｘ−Ｙステージを用
いて回路基板２上でレーザビームを２次元走査して欠陥
検査を行ってもよい。

さらに、本発明に係る欠陥検査装置は、第７図の他の実
施例の全体構成図に示す構成とすることもできる。

レーザ装置１１から発生されたレーザビームを２段構成
のシリンドリカルレンズ３１．３２によってライン光に
変換し、このライン光をハーフミラ−１２を介してガル
バノミラ−１３に入射する。

該ガルバノミラ−１３の偏向操作によってｆθレンズ１
４を介して回路基板２上でライン光をＸ方向に走査し、
このＸ方向の各走査位置で得られるライン反射光をｆＯ
レンズ１４．ガルバノミラ−１３、ハーフミラ−１２を
介してラインセンサ３３に導く。このラインセンサ３３
の出力信号をＡ／Ｄコンバータ１７で２値化して欠陥判
定装置１８に入力し、上述したと同様に欠陥を判定する
。

この実施例によれば、第１図の実施例のようにビームス
ポットにより回路基板２の表面を走査する場合に比べ、
高速に欠陥の判定を行うことができる。

なお、第７図の実施例においても、回路基板２の表面に
は垂直にライン光が入射されることは言うまでもない。

また、第１図、第７図の実施例においてビーム光源とし
てレーザ装置を用いているが、所要の分解能を満足する
ビームスポットが得られる光源であれば、それに置き換
えることができる。

さらに、半田付部の欠陥を検査する場合について説明し
たが、部品表面の傷等を検査する装置などとしても応用
できる。

Ｇ１発明の効果 本発明によれば、試料表面に光を垂直に入射し、その垂
直の反射光を受光素子で受光し、その受光信号の波形形
状によって試料の欠陥を判定するようにしたため、実装
密度の高い回路基板における部品の半田付部の欠陥や部
品表面の傷等を高精度で検査できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による欠陥検査装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図（ａ）は集積回路素子の平面図、第２
図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ断面における半田付部
の拡大図、第３図は半田付部の入射ビームと反射ビーム
の状態を示す図、第４図は半田付部に垂直にレーザビー
ムを入射した時に得られる受光素子出力信号を半田付部
の入出力端子と対応付けて示した図、第５図（ａ）は半
田付部の入出力端子２３が正常に半田付けされていない
場合の一例を示す平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）
の例で得られる不良半田付部の受光素子出力信号を示す
波形図、第６図は欠陥検査装置の欠陥判定＠路のブロッ
ク図、第７図は本発明による欠陥検査装置の他の実施例
を示す全体構成図、第８図は従来の欠陥検査装置の一例
を示すブロック図、第９図は従来装置において半田付部
から得られる画像の一例を示す図である。 ２：回路基板　　　　１１：レーザ装置１２：ハーフミ
ラ− １３：ガルバノミラ− １４：ｆθレンズ　　　１５：ミラー １６：受光素子 １７　：　Ａ／Ｄコンバータ １８：欠陥判定装置　　２２：集積回路素子２３．２３
ａ〜２３ｅ：入出力端子 ２４：半田 ３１．３２ニジリントリカルレンズ ３３ニラインセンサ １８１．１８５，１８６，１８９　：コンパレータ１８
２．１８８：アンドゲート １８４：カウンタ １８７：フリップフロップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光源からの光で試料表面を走査しその反射光を受光
   素子で受光してこの受光出力に基づいて試料表面の欠陥
   を検査する欠陥検査装置において、 前記光源からの光を試料表面に垂直に入射する第１の光
   学系と、 この第１の光学系を介して入射され試料表面から垂直に
   反射する反射光を前記受光素子に導く第２の光学系と、 前記受光素子の出力信号の波形形状によって試料表面の
   欠陥を判定する判定手段とを具備することを特徴とする
   欠陥検査装置。 ２）前記第１，第２の光学系はその光路の一部が共用さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装
   置。