JPH0244161Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案はプリント配線板のパターン欠陥検査
装置に係り、特に、同種のプリント配線板相互の
パターン情報を照合できるように基準座標からの
プリント配線板のずれを検出する位置ずれ検出装
置に関する。

〔考案の背景〕

近時、機能部品のIC，LSI化が進むにつれプリ
ント配線板（以下、PWBと略記する）も高密
度・高精度化が急速に進展し、高い信頼性が要求
されている。特に、高密度化により急激に増加し
ている多層PWBでは、完成品の検査以上に製造
時の収率維持のために工程途中における内層の検
査が非常に重要となつている。検査は、現在で
は、従来の目視検査に替えて光学・電子的による
自動検査が実用され始めているが、この種自動検
査システムにつにては従来より各種方式が提案さ
れ、パターン欠陥を数十ミクロンオーダで検出す
ることが可能となつている。

ところで、パターン検査の各種方式のうちで、
同種のPWB相互のパターン情報を画素対応で照
合するシステムがある。このようなシステムにお
いては、システムの検査精度（ミクロンオーダ）
に適合するように、検査対象としてのPWBのシ
ステムに対する機械的な位置合せ精度が重要であ
る。この機械的位置合せ精度を確保する手段とし
ては、従来より、ピンアンドパンチ孔方式が採用
され、検査テーブルのピンに、PWBに穿設した
パンチ孔を人手で嵌め込みようにしている。
PWBのパンチ孔と検査テーブルのピンの嵌め込
みの度合が固い程精度が良好である。

ところが、自動化の徹底を図る目的で、PWB
パターン自動検査システムには検査テーブルへ
PWBを自動的に搬送する自動搬送装置を併用す
る例が多くなつている。この自動装置を併用する
場合も、基本的にピンアンドパンチ孔方式が採ら
れるが、しかしPWBの着脱を容易化できるよう
に、ピンの径に対しパンチ孔の径を少し大きめに
設定するのが一般的である。そうすると、必然的
に、PWB検査システムに規定された基準座標と
自動装着されるPWBとの間にずれ（数百ミクロ
ンオーダのずれ）を生じる。同種のPWB相互の
パターン情報を画素対応で照合するためには、こ
のずれを何らかの形で補償しなければならない。

そこで、ずれを補償する目的で、PWB配線パ
ターンの作成時に同じ基準でポジシヨニングマー
クを付加しておきPWBの検査時にこのマークを
光学的に読み取つて位置ずれ情報を得る手法が考
えられている。ところが、PWBのパターン検査
では「エツチング後」の配線パターンを検査する
ところから、位置ずれ検出用のマークも既にエツ
チング処理されており、設計時とは異なる状態、
たとえば「やせ」ないし「角とれ」といつた状態
になつている可能性がある。このことから、従来
より行なわれてきた輪郭明瞭な所定のマークを読
み取る場合とは異なり、PWBに係るマークの読
み取りに際してはずれ検出の精度の点で特有の問
題が生じることとなる。それに、基本のPWB検
査装置に対し、上記ずれの検出装置は本来的には
付随的なものであるだけに、位置ずれ検出処理を
複雑化させないように、また、コストを大幅に増
大させないようにする特有の工夫が強く求められ
る。

〔考案の目的〕

本考案は上記背景のもとになされたもので、そ
の主たる目的は、プリント配線板検査システムに
規定された基準座標と、プリント配線板にエツチ
ング形成された位置ずれ検出用マークとのずれを
精度よく求めうる新規なプリント配線板の位置ず
れ検出装置を提供することである。

本考案の他の目的は、上記位置ずれ検出装置に
係る構成を簡単化するとともに検出処理そのもの
を簡易化できるようにすることである。

本考案のいま一つの課題は、上記プリント配線
板検査システム全体に対する位置ずれ検出装置の
構成を簡単化してコストの節減を図ることであ
る。

さらにもう一つの課題は、エツチングの影響を
可能な限り排除してずれ量をより精度よく検出で
きるように上記マークの形状及び検出後の演算処
理によつて検出精度を上げるよう工夫することで
ある。

〔考案の構成〕

上記目的を達成するため、本考案は、プリント
配線板の配線パターンに対し一定の位置関係にあ
り、直交する２本の直線に対称であるマークを、
主走査方向次いで副走査方向に順次に走査して撮
像信号を出力する撮像手段と、該撮像手段からの
撮像信号を２値化する２値化手段と、該２値化手
段から出力される前記マークに係る画素信号を前
記主走査方向および副走査方向のそれぞれについ
てカウントするアツプダウンカウンタと、前記対
称なマークの主走査方向と副走査方向それぞれの
基準対称線の位置で前記アツプダウンカウンタの
アツプ・ダウンを切換え制御するアツプ・ダウン
切換手段とを備え、前記アツプダウンカウンタの
それぞれの積算値に基づいてプリント配線板検査
システムに規定された基準座標と前記マークとの
ずれ量△ｘ，△ｙを求めるようにしたことを基本
的な特徴としている。

〔実施例〕

以下、添付図面に示す実施例に基づいて本考案
を説明するが、具体的な説明に先だち、まず本考
案の原理を説明する。

第１図において、Ｘは主走査方向を示し、Ｙは
副走査方向を示す。１はPWBに形成された位置
ずれ検出用の円マークで、位置ずれ検出エリア２
内に位置する。３は、検査システムの基準座標す
なわちＸ−Ｙ座標系に対し絶体的な位置関係にあ
る仮想の円マークで、上記円マーク１と等しい径
で示されている。この仮想の円マーク３につい
て、Ｘ軸方向に関する対称線３ｘが規定され、同
様にＹ軸方向に関する対称線３ｙが規定される。
基準としての仮想円マーク３に対し、PWBの円
マーク１がずれると、そのＸ軸方向のずれ量△ｘ
とＹ軸方向のずれ量△ｙは、それぞれ、基準対称
線３ｘと円マークの対称線１ｘとで囲まれる面積
Ｓ（ｘ）と基準対称線３ｙと円マークの対称線１
ｙとで囲まれる面積Ｓ（ｙ）に対応する。そこで、
面積Ｓ（ｘ），Ｓ（ｙ）を求めると演算等によりず
れ量△ｘと△ｙとが一義的に定められる。

検査エリア２をＸ軸方向次いでＹ軸方向に走査
し、所定サイズの画素に分解する。検査エリア２
に係るマーク１の画素データ「１」をＸ軸方向に
関するアツプダウンカウンタとＹ軸方向に関する
アツプダウンカウンタでそれぞれ独立にカウント
する。そして、そのカウントを、Ｘ軸方向につい
ては基準対称線３ｘの位置で切換える。Ｙ軸方向
については基準対称線３ｙの位置で切換える。Ｘ
軸方向に関する円マーク１の対称線１ｘに対し
て、これと基準線３ｘとのずれ△ｘと同じ長さの
△ｘだけ１ｘの反対側にずれた点線３x′を仮想す
ると、対称線１ｘと点線３x′に囲まれる円マーク
１の面積はＳ（ｘ）に等しく、アツプダウンカウ
ンタは円マーク１の基準線３ｘの左側の面積と点
線３x′の右側の面積とが等しいので、アツプダウ
ンカウントすることにより差引「０」となり、ア
ツプダウンカウンタには面積Ｓ（ｘ）の２倍に相
当するカウント積算値が得られ、Ｙ軸方向に関し
ても同様にしてアツプダウンカウンタには面積Ｓ
（ｙ）の２倍に相当するカウント積算値が得られ
る。これらカウント積算値に基づいて面積Ｓ
（ｘ），Ｓ（ｙ）が求まり、予め円の面積がわかつ
ているので、演算またはルツクアツプテーブルメ
モリの利用によりずれ量△ｘ，△ｙが求められ
る。

本手法は、対称なマークの対称性を利用し、ア
ツプダウンカウンタのアツプ・ダウンを単純に切
換えてカウント積算値からずれ量△ｘ，△ｙを求
めるようにしたところに本旨がある。

具体的な実施例を第２図に示す。第２図におい
て、４は円マーク１が形成されたPWBで、移動
テーブル５に立設されたピン６によりPWBに穿
つた孔を介して粗く位置決めされ、移動テーブル
５に例えば真空吸着によつて固定されている。移
動テーブル５は、副走査方向とは反対の方向すな
わち一Ｙ軸方向に移動する。７は円マーク１を含
む所定の領域を撮像する撮像装置で、例えば１次
元CCDイメージセンサを備える。撮像装置７が
主走査方向すなわちＸ軸方向の走査を分担する。

２値化回路８は、撮像装置７から出力される撮
像信号を画素単位で２値化、すなわち背景を
「０」パターンを「１」のデイジタル信号に変換
する。２値化回路８の出力は３入力アンド回路１
５に入力される。３入力アンド回路１５にはデー
タイネーブル信号D_EとデータクロツクD_CKが入力
されている。

データイネーブル信号D_Eはシステムタイミン
グ発生回路１６内で作られ、第１図に示した検出
エリア２内を撮像装置７が走査している間は
「１」となる。システムタイミング発生回路１６
内では他にＸクロツクCK_X、ＹクロツクCK_Y、デ
ータクロツクD_CK、検出エリア２終了信号E_Nが作
られ、リミツトスイツチ１３の発する信号により
クリア信号CL_X，CL_Yも作られる。

データクロツクD_CKは２値化回路８が出力する
画素単位毎の「０」又は「１」の信号に応じて画
素毎にパルスを発する。

３入力アンド回路１５はデータイネーブル信号
D_Eが「１」、２値化回路８の出力が「１」のとき
データクロツクD_CKに応じたパルスを出力する。
このパルスは、アツプダウンカウンタ９及びアツ
プダウンカウンタ１０の双方に同時に与えられ
る。アツプダウンカウンタ９は、円マーク１に係
る２値化回路８の出力する信号「１」をＸ軸方向
（主走査方向）についてカウントする。他方、ア
ツプダウンカウンタ１０は円マーク１に係る２値
化回路８の出力する信号「１」をＹ軸方向（副走
査方向）についてカウントする。

ＸクロツクCK_X信号が入力されるＸ軸方向アツ
プ・ダウン切換タイミング信号発生回路１１は、
ＸクロツクCK_Xをカウントすることにより基準線
３ｘに至つたときタイミング信号を発生し、上記
アツプダウンカウンタ９のアツプ・ダウンを切換
え制御する。ＹクロツクCK_Y信号が入力されるＹ
軸方向アツプ・ダウン切換タイミング信号発生回
路１２は、ＹクロツクCK_Yをカウントすることに
より基準線３ｙに至つたときタイミング信号を発
生し、上記アツプダウンカウンタ１０のアツプ・
ダウンを切換え制御する。

演算手段１４には、システムタイミング発生回
路１６からの終了信号E_Nが入力されるとともに、
Ｘ軸方向アツプダウンカウンタ９とＹ軸方向アツ
プダウンカウンタ１０のカウント結果が入力され
る。演算手段１４は例えばPWB検査システムを
統括して制御するミニコンピユータの一部であ
り、ハードウエアまたは機能実現手段としてのソ
フトウエアをもつて構成される。

次に、以上の構成の本考案の実施例の動作につ
いて説明する。まず、移動テーブル５がスタート
すると、テーブル５にあるピン６の近辺がリミツ
トスイツチ１３を通過した時リミツトスイツチ１
３から信号が発せられ、システムタイミング発生
回路１６よりクリヤ侵号CL_Xとクリア信号CL_Yが
発生し、Ｘ軸方向のアツプダウンカウンタ９、Ｙ
軸方向のアツプダウンカウンタ１０、Ｘ軸方向ア
ツプダウン切換タイミング発生回路１１、Ｙ軸方
向アツプダウン切換タイミング発生回路１２を初
期状態にする。

Ｘ軸方向アツプダウン切換タイミング発生回路
１１は主走査毎にクリア信号CL_Xでクリアする。

Ｘ軸方向アツプダウンカウンタ９、Ｙ軸方向ア
ツプダウンカウンタ１０、Ｙ軸方向アツプダウン
切換タイミング発生回路１２は、クリア信号CL_Y
の初期状態クリアのみでよい。

検査エリア２が撮像装置７の視野に入ると、前
述のようにして２値化回路８からの２値化信号に
よりＸ軸方向アツプダウンカウンタ９及びＹ軸方
向アツプダウンカウンタ１０がカウント可能にな
る。ＸクロツクCK_XをカウントしているＸ軸方向
アツプ・ダウン切換えタイミング発生回路１１
は、そのカウント数がＸ軸方向の基準対称線３ｘ
（第１図）の位置に対応する所定の値となつた時
点で、Ｘ軸方向アツプダウンカウンタ９にアツ
プ・ダウンの切換信号を出力する。そのタイミン
グでＸ軸方向アツプダウンカウンタ９は、アツプ
カウントからダウンカウント（またはこの逆でも
よい）へ切換えられる。このアツプ・ダウンの切
換え制御はＸ軸方向の走査ごとに行なわれる。円
マーク１を横切るＸ軸方向の走査によつて、Ｘ軸
方向アツプダウンカウンタ９にはずれ△ｘの２倍
に相当するカウント値が得られ、それが順次に累
積してゆく。

他方、Ｙ軸方向のアツプダウンカウンタ１０で
は、円マーク１に係る画素信号「１」が入力され
る毎にカウントが進められる。そして、Ｙ軸方向
アツプ・ダウン切換えタイミング発生回路１２の
Ｙクロツクのカウント数が、Ｙ軸方向の基準対称
線３ｙ（第１図）の位置に対応する所定の値とな
つた時点で、Ｙ軸方向アツプダウンカウンタ１０
にアツプ・ダウンの切換信号を出力する。その１
回のタイミングでＹ軸方向アツプダウンカウンタ
１０は、アツプカウントからダウンカウントへ切
換えられる。これ以降、Ｙ軸方向アツプダウンカ
ウンタ１０へ入来する３入力アンド回路１５の出
力信号は累積カウント値から減数される。

検査エリア２の終端が検出されると、演算手段
１４に終了信号E_Nが送出される。演算手段１４
はこの終了信号E_NによつてＸ軸方向アツプダウ
ンカウンタ９、Ｙ軸方向アツプダウンカウンタ１
０双方の積算データを取り込む。Ｘ軸方向アツプ
ダウンカウンタ９の積算データは面積Ｓ（ｘ）の
２倍に相当する値であり、他方、Ｙ軸方向アツプ
ダウンカウンタ１０の積算データは面積Ｓ（ｙ）
の２倍に相当する値となる。演算手段１４は、こ
の積算データを所定のプログラムに基づいて演算
し、ずれ量△ｘ，△ｙを求める。なお、高速化の
目的で、上記プログラムに替え、積算データ対ず
れ量のROMテーブルを用いるようにしてもよ
い。

３入力アンド回路１５の出力信号を全てアツプ
カウントするとマーク１の面積が得られるので、
その面積値をマークパターン１のほそりや太りに
対する補正計算用参照値として用いることもでき
る。これによりさらに正確なずれ量△ｘ，△ｙが
求まる。

上記実施例では、予めPWB４に形成されるマ
ーク１は円形としたが、平行移動に係る位置ずれ
を検出する目的でなら、円形に限らず一般に、直
交する２本の対称線を有するマーク、例えば正方
形や長方形、ひし形、惰円などでもよい。

ただ、円形とすると、中心に対しすべての方向
に対して等方性という性質から、エツチングによ
る角とれややせの影響を受けにくいといつた利点
をもつ。

更に重要なことは、画素に対し十分に大きな円
では本考案の様に各走査時の検出誤差を積算し平
均値を求めると、その結果は一画素の大きさ以下
の精度をもつことである。なぜなら、前述の条件
が成立していると、マークの端がかかつた任意の
画素付近に注目すれば、その画素付近には画素内
に占めるマークの割合が少しずつ異なつた画素が
ある。又、円の等方性も考え合わせれば、マーク
の占める割合が０〜100％の範囲で除々に変化し
Ｎ等分した時、各々の範囲に対応する画素の数は
ほぼ均等である。よつて、マークが一画素分ずれ
る間の誤差カウント値（前述Ｓ（ｘ），Ｓ（ｙ））
は、ほぼ線形に変化する。よつて、このようにし
て得られた精度の高い情報を用いてずれの補正を
行なえば、量子化誤差が累積することが避けられ
る。

次に、第３図を参照して好ましい使用例を説明
する。

第３図は撮像手段と移動テーブルを上方から見
た平面模式図であり、第２図と同一の参照符号の
ものは同一または相当のものを示し、４ｐは検査
すべき配線パターンのあるパターンエリアを示し
ている。３０は、例えば８台の撮像装置CH０，
CH１，……，CH７を連設した撮像手段であり、
パターンエリア４ｐの配線パターンを検査するた
めのものである。位置ずれ検出用の円マーク１は
マーク１ａとマーク１ｂの２個形成され（なお、
大きさについては例えば16×16μｍの画素に対し
直径が３mm、検出エリアは４mm四方である）、パ
ターンエリア４ｐに入る直前の箇所で、それぞれ
撮像装置CH０と撮像装置CH７の視野に入る位
置に形成されている。マーク１ｃとマーク１ｄは
パターンエリア４ｐの検査を−Ｙから＋Ｙの逆方
向に行う場合に用いるものであり、撮像装置CH
０〜CH７はテーブル５のＹ軸方向往復動でパタ
ーンエリア４ｐの全面を掃引する場合に最適であ
る。

撮像手段３０によるパターン撮像に先だつて、
CH０でマーク１ａのずれを検出し、CH７によ
つてマーク１ｂのずれを検出する。即ち、位置ず
れ検出装置に必須の撮像手段７（第２図）を配線
パターン撮像用の撮像手段３０と兼用するもので
ある。こうすると、独立別個の位置ずれ検出装置
を必要とせず、またその構成も極めて単純化でき
る。すなわち撮像装置CH０，CH１……，CH７
に対応してそれぞれの２値化回路が構成されてお
り、２値化回路８（第２図）も位置ずれ検出用に
利用でき、第２図の構成例につき、実質上アツプ
ダウンカウンタ９，１０とアツプ・ダウン切換え
タイミング回路１１，１２を付加するだけでよい
からである。

第３図の実施例において、被検査PWB４は、
同種のものが二枚以上１枚づつそれぞれ順次移動
テーブルにセツトされ、１枚目の画像情報はメモ
リ装置に貯えられ、その後２枚目がセツトされ１
枚目と同様に撮像される。この時、１枚目及び２
枚目の各々のマークより、ずれを検出しその相対
的なずれ量を求め、１枚目の画像情報をメモリ装
置から読み出す際に位置補正を行ない２枚目の現
在読み取りつつある画素に対応した１枚目の画素
情報をメモリより取り出し回路パターンの比較を
行なう。

この補正を行なう際に回転によるずれ量の補正
の精度が重要であるが８台の撮像装置の両端すな
わち第３図に示すCH０とCH７を用いて基板上
の最長部分を測定しているので、十分な精度が得
られる。

なお、この考案の装置におけるPWBの画素比
較は、前述のような１枚目のPWBのパターンを
記憶しておいて、その記憶内容と２枚目のPWB
とを比較する方法と、２枚のPWBを同時に比較
する方法と、PWBの原図信号と被検査PWBとを
比較する方法、のいずれにも適用できる。

なお、第３図の好ましい使用例では、第２図の
実施例で用いたCCDリニアセンサを備えた撮像
装置（複数個）を使用することを暗黙の前提とし
て説明したが、これらの撮像装置はエリアセンサ
（Ｘ・Ｙ両方向にマトリツクス状にCCD素子多数
を配列したセンサ）を備えたものであつてもよい
ことはいうまでもない。例えば、PWBパターン
欠陥検査用の撮像装置にはCCDリニアセンサを
備え、位置ずれ検出用の撮像装置は別個に除いて
CCDエリアセンサを備えるようにすることもで
きる。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案はプリント配線板にエツ
チング形成された位置ずれ検出用マークの対称性
を利用し、各走査方向のアツプダウンカウンタの
アツプ・ダウンを対称位置で切換えてカウンタに
積算値を形成し、この積算値に基づいてずれ量を
求める構成であるので、エツチングに係る特有の
問題を排除すると同時に平均化も行ない一画素以
下のオーダーまでPWBのずれを精度よく求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理の説明図、第２図は本考
案の実施例に係るブロツク図、第３図は好ましい
実施例におけるプリント配線板と撮像系との配置
を示す図解図である。 １，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ……円マーク、２
……検出エリア、３ｘ，３ｙ……基準対称線、４
……PWB（プリント配線板）、７，３０……撮像
手段、８……２値化回路、９，１０……アツプダ
ウンカウンタ、１１，１２……アツプ・ダウン切
換えタイミング発生回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 同種のプリント配線板相互のパターン情報を
   照合できるように、プリント配線板検査システ
   ムに規定した基準座標からのずれを検出するた
   めの装置であつて、 プリント配線板の配線パターンに対し一定の
   位置関係にあり、直交する２本の直線に対称で
   あるマークを、主走査方向次いで副走査方向に
   順次に走査して撮像信号を出力する撮像手段
   と、 前記撮像手段からの撮像信号を２値化する２
   値化手段と、 前記２値化手段から出力される前記マークに
   係る画素信号を主走査方向に対応づけてカウン
   トする主走査方向用アツプダウンカウンタと、 前記２値化手段から出力される前記マークの
   係る画素信号を副走査方向に対応づけてカウン
   トする副走査方向用アツプダウンカウンタと、 主走査方向の基準対称線の位置で前記主走査
   方向用アツプダウンカウンタのアツプ・ダウン
   を切換え制御する主走査方向アツプ・ダウン切
   換手段と、 副走査方向の基準対称線の位置で前記副走査
   方向用アツプダウンカウンタのアツプ・ダウン
   を切換え制御する副走査方向アツプ・ダウン切
   換手段とを備え、前記アツプダウンカウンタの
   それぞれの積算値に基づいてずれ量を求めるよ
   うにしたことを特徴とするプリント配線板の位
   置ずれ検出装置。 (2) 撮像手段は、プリント配線板の配線パターン
   を撮像する撮像手段と兼用されるものである実
   用新案登録請求の範囲第(1)項記載のプリント配
   線板の位置ずれ検出装置。 (3) 対称なマークは円である実用新案登録請求の
   範囲第(1)項記載のプリント配線板の位置ずれ検
   出装置。