JPH03140852A - はんだ付け検査装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回路基板に実装された電子部品のはんだ付け
検査装置に係わり、特に、はんだ付け状態の良否判定を
、はんだ付け部全体のはんだ量が一定でなくても、また
、はんだ付け部全体の熱容量が一定でなくても、容易か
つ迅速に、精度良く検査するのに好適な検査装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来、回路基板に実装された電子部品のはんだ付け検査
は、目視により良否判断がなされているが、実装密度の
高密度化などから目視検査で行い得る検査は物理的に限
界に直面している。このため、検査の自動化を必要とさ
れてきたが、はんだ付け部の不良状態や不良程度などの
区分が困難なことから構成される装置は殆ど無く、僅か
に米国特許３８０３４１３号に開示されている装置が使
用されているとされている程度で普及していない。この
米国特許３８０３４１３号に開示されている装置に関す
るものとして二はんだ付け部にレーザ光を照射し、該照
射により加熱されて僅かに（例えば２〜３°Ｃ）温度上
昇して出力される加熱部の温度変化の熱信号を、高感度
の赤外線センサで測定し、増幅した後、マイクロ・プロ
セッサに送ってはんだ付け状態の良否を自動的に判定す
る検査装置が紹介されている。（例えば、「センサ技術
Ｊ　１９８２年８月号（Ｖｏｌ、２．Ｎｏ、９）ｐ４７
〜５０．［日経メカニカルＪ　１９８６．６−２　（Ｎ
ｏ、２２０）ｐ３１） また、上記検査装置を改良したものとして、（ｉ）回路
パターンと端子とを合わせたはんだ付け郡全体としての
はんだ量は、各被検査部において同一であること、 （５ｉ）不良のはんだ付け状態の場合は、回路パターン
上のはんだの温度は、正常な場合よりも高く、一方、不
良のはんだ付け状態の端子の温度は、正常な場合よりも
高くなるので、不良の場合の回路パターン上のはんだの
温度と前記端子の温度の和は、正常な場合よりもさらに
高い温度となり、不良と正常との温度差が明確になるこ
と、に着眼し、部品の端子を加熱した時の加熱部分の温
度と、上記端子とはんだ接合しているはんだまたは回路
パターンのうち少なくともどちらか一方を加熱した時の
加熱部分の温度とを測定し、上記端子の温度と、上記は
んだまたは回路パターンの温度の和を、予め求めておい
た正常なはんだ付け状態における上記温度の和と比較し
て、はんだ付け状態の良否を判定する構成が提案されて
いる。

（例えば、特開昭６３−５２５０号公報）［発明が解決
しようとする課題］ 前記目視検査は、現在も機械による検査に置き換えるこ
とのできない一面を有しているものの、実装が高密度に
なるにつれてはんだ付け部も微細化し、同時に、はんだ
付け部の数が増大して、目視検査をすることができない
個所や検査時間等が増加し、さらに検査者の疲労度の増
加や熟練度を必要とする問題など、目視検査では物理的
に困難な問題が累積している。

つぎに、米国特許３８０３４１３号に開示されている装
置で有効な検査をするためには、良否判定の基準となる
正常なはんだ付け部（以下正常部− ともいう）の温度変化の熱信号の値を予め設定しておく
必要があるが、この設定値は、例えばＩＣパッケージの
ような同一の寸法、形状の端子を多数有する電子部品に
おいても、通常は回路基板側の回路パターンが前記多数
の各端子によって異なることから、回路基板側の回路パ
ターンの熱容量に差を生じて一定の値にはならない。こ
のことは、−枚の回路基板に例えば１０００個所のはん
だ付け部がある場合には、前記正常部の設定値を１００
０個所についてそれぞれ設定することが必要になり、設
定値のバラツキ（前記「日経メカニカル」１９８６．６
−２　（Ｎｏ、２２０）ｐ３１には、はんだ付け部の３
５％に内部欠陥があると開示されている）を考慮すると
、上記正常部の設定値の決定のためには正常にはんだ付
けされた回路基板を多数準備しなければならず、かなり
困難な作業となる問題点を有している。

いま、仮に上記正常部の設定値を決定することができた
としても、検査される各回路基板における前記設定値が
設定された正常部の端子と同一個所の端子の測定値には
、下記の（ａ）、（ｂ）。

（ｃ）３項目の影響によりバラツキが避けられない。

（ａ）吸光率：レーザ光を照射した部分における光エネ
ルギーが熱エネルギーに変換される割合である吸光率は
、レーザ光が照射される部分の表面粗さ、傾き、汚れの
度合い等により異なり、前記測定値のバラツキの要因と
なる。

（ｂ）熱容量：熱容量は、回路基板側の回路パターン、
または、はんだ付け部のはんだ量の過不足により変化し
、熱容量が大ならば加熱による温度上昇がしにくく、ま
た加熱終了後も温度が下がりにくく、前記測定値のバラ
ツキの要因となる。

（ｃ）熱伝導：電子部品側の端子から回路基板側の端子
への熱伝導は、各種のはんだ付け状態によりバラツキ、
前記測定値のバラツキの要因となる。しかし、この測定
値のバラツキこそ、はんだ付け状態を示す真の検査情報
になり得る。

上記（ｂ）の熱容量のうち、回路パターンの熱容量は、
成る１個所のみについてみれば他の同種の回路基板と同
一と考えてよいが、はんだ量の過不足による熱容量は、
正常部であっても個々の回路基板によってバラツキの発
生が避けられず、また（ａ）の吸光率においても測定値
のバラツキは避けられない。この（ａ）、（ｂ）による
測定値のバラツキは、（ｃ）の熱伝導による検査情報に
対するノイズともなり、はんだ付け状態の正しい判定を
妨げることとなる問題点を有している。

また、特開昭６３−５２５０号公報に開示されている検
査装置は、一定量のはんだが、パッケージ側と回路基板
側とのどちらに多く偏るかによって、パッケージ側端子
と該端子とはんだ接合しているはんだまたは回路パター
ンとの個々の加熱による温度曲線にバラツキが生ずるが
、はんだとパッケージ側端子との全体としての熱容量は
一定と考え、正常部におけるパッケージ側端子と前記は
んだまたは回路パターンとの温度の和はバラツキがない
のに対して、はんだ付け状態の不良部における温度の和
は正常部に比べて高（なるとし、この温度差からはんだ
付け状態の良否を区別している。しかし、本検査装置に
おいて一定と考えている熱容量は、前記（ｂ）の熱容量
にて説明した如く、回路パターンまたははんだ付け部の
はんだ量の過不足により変化し、はんだ量ｄ過不足によ
る熱容量は、正常部であっても個々の回路基板によって
寸法、形状等の違いからバラツキの発生が避けられず、
従って、測定値のバラツキ要因となることが避けられな
い問題点を有している。また、正常部におけるパッケー
ジ側端子とはんだまたは回路パターンとの温度の和は、
前記（ａ）の吸光率についてもバラツキを増幅し、測定
値のバラツキ要因となる問題点を有している。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、はんだ付け部
全体のはんだ量が一定でなくても、また、はんだ付け部
全体の熱容量が一定でなくても、測定上のバラツキ要因
を避け、はんだ付け状態の良否判定を、容易かつ迅速に
、精度良く行うことができるはんだ付け検査装置を提供
することを目的とする。

７− ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、回路基板上のラン
ドとパッケージのリードとのはんだ付け状態の良否を検
査する検査装置において、前記リードの表面をスポット
的に加熱する加熱手段と、該加熱手段にて加熱されたリ
ードの温度を測定する第１の温度測定系と、前記リード
の加熱された熱がはんだを介して伝導された前記ランド
の温度を、前記第１の温度測定系と測定系を遮断する仕
切り手段を介して第１の温度測定系の測定とほぼ同時に
測定する第２の温度測定系と、前記リードの温度とラン
ドの温度との温度差を算出する演算手段と、算出した温
度差を予め正常なはんだ付け状態にて算出した温度差と
比較して、はんだ付け状態の良否を判定する判定手段と
を備える構成にしたものである。

［作用］ 上記構成としたことにより、前記リードの温度とランド
の温度との各測定値は、個々のはんだ付け状態により異
なるものの、前述の吸光率および熱容量によるバラツキ
の条件が等しくなり、該バラツキを互いに消去しあって
前記各測定値の温度差に前記バラツキの影響を与えなく
なる。これは、前記従来技術におけるはんだとパッケー
ジ側端子との全体としての熱容量を一定と考え、正常部
におけるパッケージ側端子と該端子とはんだ接合してい
るはんだまたは回路パターンとの温度の和と、不良部に
おける前記温度の和とを比較して，はんだ付け状態の良
否を区別しているのと異なり、はんだ量および熱容量に
関係なく熱伝導状態のバラツキの情報のみを示すものと
なる。従って、同一種類のＩＣパッケージを回路基板に
はんだ付けする場合のように、パッケージのリードと回
路基板上のランドとの構成が同一の場合には、該構成に
たとえ寸法，形状等にバラツキがあっても、検査中の回
路基板内において、或いは他の回路基板との間において
，直接前記温度差を比較してはんだ付け状態を検査する
ことが可能となる。このため、例えば前記同一種類のＩ
Ｃパッケージのはんだ付け部等においては、はんだ付け
部の個々別々に正常部の設定値を設定しておく必要がな
く、バラツキのない精度のよい検査−を迅速に行うこと
が可能になる。

［実施例］ 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図ははんだ付け検査装置の全体概略図、第２図はは
んだ付け状態例を示す図、第３図は第２図の状態例に対
応した測定温度の相対値およびその差の表である。

第１図において、１はネオジウム（Ｎｄ）をレーザーロ
ッドとするＮｄ　：　ＹＡＧレーザ（以下ＹＡＧレーザ
という）を使用した被検体の加熱手段、２はＹＡＧレー
ザにて発生したレーザ光の方向を任意に変更可能な反射
鏡、３は反射鏡２にて反射したレーザ光を集光するレン
ズで、被検体上に焦点を結ばせるように焦点距離を調節
して設置される６４は被検体となるフラットパッケージ
プラスチック（Ｐ　Ｐ　Ｐ）形のＩＣパッケージ、５は
ＩＣパッケージ４のリード、６はリード５と回路基板側
のランド７との間に介在して両者をはんだ接合するはん
だ、８は加熱によりリード５に発生した赤外線を受け、
受けた赤外線を集光鏡９ａに向けて反射させる反射鏡、
９ｂは集光鏡９ａと一対をなす集光鏡で、集光鏡９ａに
て反射した赤外線を受け、その受けた赤外線を赤外線セ
ンサ１０に対して集光させる。上記反射鏡８．集光鏡９
ａ、９ｂ、赤外線センサ１０により、リード５の加熱さ
れた温度を測定する第１の温度測定系を形成する。

１１はリード５の加熱によりランド７に発生した赤外線
を受け、その受けた赤外線を赤外線センサ１２に対して
集光する集光鏡で、集光鏡１１と赤外線センサ１２とに
より、リード５の熱がはんだ６を介して伝導されたラン
ド７の温度を測定する第２の温度測定系を形成する。１
３は第１の温度測定系と第２の温度測定系との間に測定
上方いに影響を及ぼしあわないように、両測定系を遮断
する仕切り手段で、仕切り手段１３は、リード５および
ランド７からの赤外線とレーザ光とをさえぎることがで
きる金属等の薄板が使用される。１４は赤外線センサ１
０より出力される測定温度Ｔ１１１− ２− に対応した電圧信号と、赤外線センサ１２より出力され
る測定温度Ｔ２に対応した電圧信号とを受けて、その温
度差Ｔ□−Ｔ２＝Ｄの電圧信号を出力する差動増幅器か
らなる演算手段、１５は演算手段１４からの電圧信号を
受けて、その値を予め求められている正常値と比較し、
検査したはんだ付け部が正常か否かを判定する判定手段
である。

加熱手段１にて発生したレーザ光は、反射鏡２゜集光レ
ンズ３を介してリード５に集光される。この場合、レー
ザ光のスポット径は、０．２ｍｍまたはそれ以下の径に
する。これは、リード５の幅寸法が通常０．５ｍ＋程度
でムることに対応するもので、スポット径が過大の場合
は、レーザ光がり一ド５の幅からはみ出して回路基板に
損傷を与える危険性があり、反対にスポット径が過小の
場合には、局部的に温度が上がりすぎてリード５を損傷
させたり、発生する赤外線量が不足して測定誤差を増大
させたりすることになるからである。集光によりリード
５は、その表面の吸光率に応じてレーザ光を吸収し、温
度上昇してその温度に応じた赤外線を発生する。発生し
た赤外線は、反射鏡８゜集光鏡９ａ、９ｂを介して赤外
線センサ１０に集光され、集光した赤外線に対応する温
度Ｔ工が測定されて赤外線センサ１０よりその電圧信号
が出力される。一方、前記リード５が加熱されると、そ
の熱はばんだ６を介してリード５と温度測定点間隔が通
常１ｍｍ以内にあるランド７にほぼ同時に伝導され、ラ
ンド７から発生する赤外線が集光鏡１１により赤外線セ
ンサ１２に集光される。赤外線センサ１２からは集光し
た赤外線に対応する温度Ｔ２の電圧信号が出力される。

上記温度Ｔ１．　Ｔ２の測定時は、仕切り手段１３によ
り第１および第２の各温度測定系が遮断されているので
、それぞれ独立して測定することが可能である。ここで
、上記温度Ｔ工、Ｔ２は、個々のはんだ付け状態により
異なるが、前述の吸光率および熱容量によるバラツキの
条件は等しくなるから、温度差ＴニーＴ２＝Ｄの値には
前記バラツキ分が消去されてバラツキの影響を与えなく
なる。これははんだ量および熱容量が一定でなくても同
様で、Ｄの値には前述の熱伝導状態のバラツキの情報、
つまりはんだ付け状態の真の情報のみが含まれることに
なる。そして、測定値のバラツキが少なく再現性が良く
なることから従来容易でなかった正常値の決定が容易と
なり、統計的に処理すれば一枚の回路基板によっても自
動的に判定の基準を設定することが可能になる。赤外線
センサ１０および１２により出力された電圧信号は演算
手段１４に送られ、ここから温度差Ｔ□−Ｔ、＝Ｄの電
圧信号が判定手段１５に出力される。判定手段１５にお
いては、予め算出されている正常部の温度差Ｄ０と、第
２図に示すような各種状態のはんだ付け部の温度差りと
を比較し判定する。なお、判定を容易かつ迅速にするた
め、判定手段１５に温度差りを画像表示する手段を設け
てもよい。

第２図（ａ）は正常部を示す図、第２図（ｂ）は第２図
（ａ）の回路基板のランド７ａより寸法の大きいランド
７ｂを有している場合の正常部を示す図、第２図（Ｑ）
はリード５の浮きによる不良の場合、・第２図（ｄ）は
けんだ６の量が過少による不良の場合、第２図（ｅ）は
はんだ内にボイド１６が介在している不良の場合を示す
図である。

この各８合に対応する測定の一例についての測定結果を
示したのが第３図で、図中のΔＴ□とΔＴ。

は、前記温度Ｔ、、Ｔ、の温度上昇分を相対値で示した
ものであり、また、ＤはΔＴ１−ΔＴ２の値である。

第３図において、（ａ）、（ｂ）においては、ΔＴ１と
ΔＴ、との値にはバラツキがあるものの、温度差りはバ
ラツキの小さいほぼ同程度の値になっており、両者とも
正常部の範囲内であることが容易に分かる。つぎに（Ｑ
）、（ｄ）、（ｅ）においては、ΔＴ、とΔＴよとの値
は勿論バラツキがあるが、温度差りの値が（ａ）、（ｂ
）のような正常部の場合の値に比べて格段に大きく、は
んだ付け不良であることを明瞭に示している。なお、は
んだ付け不良の状態は、第２図に示した例に限定されな
いのは勿論で、各種不良要因が複合しているのが普通で
あり、また正常部でも上記（ａ）。

（ｂ）のように回路パターンの違いにより見かけ１５− １６− のバラツキ要因を発生するから、熱伝導状態のバラツキ
の情報、つまりはんだ付け状態の真の情報のみが含まれ
る温度差りの値による判定が、前記測定上の複雑なバラ
ツキ要因を避けて、はんだ付け状態の良否判定を、容易
かつ迅速に、精度良く行うのに有効であることが分かる
。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、は
んだ付け郡全体のはんだ量が一定でなくても、また、は
んだ付け郡全体の熱容量が一定でなくても、測定上のバ
ラツキ要因を避け、はんだ付け状態の良否判定を、容易
かつ迅速に、精度良く行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のはんだ付け検査装置の一実施例を示す
全体概略図、第２図ははんだ付け状態例を示す図、第３
図は第２図の状態例に対応した測定温度の相対値および
その差の表である。 １・・・加熱手段、４・・・ＩＣパッケージ、５・・・
リード、６　、６　ａ　、　６　ｂ　、　６　ｄ　、　
６　ｅ−はんだ、７゜７ａ、７ｂ・・・ランド、１３・
・・仕切り手段、１４・・・演算手段、１５・・・判定
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回路基板上のランドとパッケージのリードとのはん
   だ付け状態の良否を検査する検査装置において、前記リ
   ードの表面をスポット的に加熱する加熱手段と、該加熱
   手段にて加熱されたリードの温度を測定する第１の温度
   測定系と、前記リードの加熱された熱がはんだを介して
   伝導された前記ランドの温度を、前記第１の温度測定系
   と測定系を遮断する仕切り手段を介して第１の温度測定
   系の測定とほぼ同時に測定する第２の温度測定系と、前
   記リードの温度とランドの温度との温度差を算出する演
   算手段と、算出した温度差を予め正常なはんだ付け状態
   にて算出した温度差と比較して、はんだ付け状態の良否
   を判定する判定手段とを備えたこと、を特徴とするはん
   だ付け検査装置。