JPH03148050A - 実装基板検査装置 - 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、部品を実装したプリント基板上の半田付けの
実装不良を検査する実装基板検査装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来、プリント基板上に半田付けされた半田部の検査は
、人間による目視検査に頼っていた。ところが、製品の
小型化や軽量化が進むに連れ、プリント基板上の部品の
小型化や高密度実装化もより一層進んできている。この
ような状況の中で、人間による目視検査が困難となって
きており、検査の自動化が強く望まれてきている。

その一方法として特開昭６３−４５２０６号には、二次
元のカメラで輝度データを用い、輝度の累積度数分布か
ら半田部の良否判定を行うことを提案している。

第８図に、半田部に対し斜め上方より照明した場合の半
田の良品と不良品の累積度数分布を示し、横軸に輝度の
階級を、縦軸に輝度の累積度数を表している。良品の半
田部は、輝度の高い部分が多いために皮部分の累積度数
分布８０１のような分布特性を示す。不良の半田部は、
輝度の暗い部分が多いために不良部分の累積度数分布８
０２のような分布特性を示す。第８図に示すように、良
品と不良品の分布特性が異なるために区別ができるとい
うものである。

発明が解決しようとする課題 しかし、従来例で示した検査方法では、部品の位置ずれ
や半田の量等によって累積度数分布のカーブが異なり、
十分に信頼性のある判定ができない。また、最適な照明
条件下でないと良否の特性の差がでにくいという課題が
ある。さらに、プリント基板上の位置による照明むらや
照明条件を最適化するために微小面積で分割して撮像し
なければならないという課題もある。

本発明は、部品の位置ずれや照明条件に左右されること
なく、第１の目的は半田付は部の高さデータを測定し、
直接半田の体積を評価することであり、第２の目的は、
半田付は部のより正確な抽出を行い、より信頼性の高い
判定を行うことである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は
、第１に部品が実装されたプリント基板を移動させる搬
送手段と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラー
とｆθレンズにより前記プリント基板上に走査するレー
ザ光走査手段と、前記レーザ光の走査により前記ペリン
ト基板上から反射して得られる散乱光を、前記プリント
基板と前記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射さ
せ、前記ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させ
る散乱光反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光
を集光レンズで位置検出素子に集光し位置信号を出力す
る位置検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号に
より前記プリント基板およびプリント基板上に実装され
た部品の高さデータを演算する画像演算手段と、実装さ
れた部品の半田付は部位置に予め定めた任意サイズの複
数のマスク処理をするマスクデータを格納するマスク記
憶手段と、前記画像演算手段で演算された高さデータを
前記マスク記憶手段からのマスクデータ内のみ累積加算
する半田量演算手段と、前記半田量演算手段で演算され
た半田の体積と、予め定めた基準半田量とを前記マスク
記憶手段からのマスクデータごとに比較し、前記プリン
ト基板上の部品の半田付状態の良否を判定する判定処理
手段とを有し、とりわけ半田量演算手段において、入力
されてくる高さデータの変化量を計算する差分計算回路
と、前記差分計算回路で計算される差分値により前記高
さデータを累積加算するかしないか制御される累積加算
回路を設けている。また第２に、半田量演算手段におい
てマスク記憶手段からのマスクデータ内の高さデータを
ｍ×ｎの任意サイズで平均する平均演算回路を設けてい
る。

作用 本発明は、第１に部品が実装されたプリント基板をレー
ザ光で全面走査し、プリント基板から反射して得られる
散乱光を反射ミラーで位置検出手段に導き、プリント基
板上の高さの凹凸に従って変化する位置検出素子上の散
乱光の集光位置を検出し、その位置信号から画像演算処
理手段によりプリント基板上に実装された部品や半田付
は部の高さデータを演算し、演算された高さデータを半
田量演算手段により半田付は部に設定されたマスク記憶
手段からのマスクデータ内のみ累積加算し、累積加算さ
れた半田付は部の高さデータと予め定めた基準半田量と
を判定処理手段で比較し、部品の半田付状態の良否を判
定するものであり、半田量演算手段において、差分計算
回路により入力されてくる高さデータの変化量（差分値
）を計算し、その差分値の大小によって高さデータを累
積加算回路で累積加算するかしないかの制御を行い、基
板や部品の上等の高さデータを除外した、良好な半田付
は部の高さデータのみを累積加算し、半田付は部の良否
を判定する。

また第２に、半田量演算手段において、マスク記憶手段
からのマスクデータ内の高さデータを、平均演算回路内
でｍ　Ｘ　ｎの任意サイズで平均し、その高さ平均値を
差分計算回路及び累積加算回路に出力して同様に半田付
は部の半田の体積を求め、半田付は部の良否を判定する
。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第１図は、本発明の実装基板検査装置の一実施例を示す
ブロック結線図である。第１図において、１ｏ１はプリ
ント基板、１０２はプリント基板１０１上に実装されて
いる部品、１０３はプリント基板１０１を移動させる搬
送手段、１０４はその移動方向を示す矢印である。１０
６はレーザ光源、１０６はレーザ光源１０５からのレー
ザ光、１０７はポリゴンミラー、１０Ｂはレーザ光をポ
リゴンミラー１０７に導くための反射鏡、１０９はｆθ
レンズ、１１０は反射ミラーである。１１１は集光レン
ズ、１１２は位置検出素子、１１３は位置検出素子１１
２からの位置信号、１１４はその位置信号１１３から部
品等の高さデータに変換演算をする画像演算処理手段、
１１６は画像演算処理手段１１４からの高さデータを用
いて半田付は部の半田の量を計算する半田量演算手段、
１１６はプリント基板１ｏ１上の部品１０２０半田付は
状態の良否を判定する判定処理手段、１１７は部品１０
２の半田付は部位置上に予め定めた複数のマスクデータ
を格納するマスク記憶手段である。

以下にその動作を説明する。

部品１０２が実装されているプリント基板１０１を搬送
手段１０３により移動方向１０４の方向に移動させつつ
、レーザ光源１０５からのレーザ光１０６を反射鏡１０
Ｂを３個用いて、回転しているポリゴンミラー１０７に
導き、ポリゴンミラー１０７とｆθレンズ１０９により
レーザ光１０６をプリント基板１０１上に垂直に照射す
る。これにより、プリント基板１０１上にレーザ光１０
６を二次元的に全面走査する。

レーザ光１０６の走査によりプリント基板１０１上から
反射してくる散乱光を、検査対象物であるプリント基板
１０１とｒθレンズ１０９との間に設けた反射ミラー１
１０で反射させ、ｆθレンズ１０９とポリゴンミラー１
０７を介して、さらに集光レン１゜ ズ１１１を通して、位置検出素子１１２上に集光する。

位置検出素子１１２からの位置信号１１３は、画像演算
処理手段１１４に入力される。

画像演算処理手段１１４では、同時信号のタイミングで
入力された位置信号１１３をプリント基板１０１やプリ
ント基板１０１上に実装された部品１０２および部品１
０２０半田付は部の高さデータに変換する演算を行い、
実測高さデータを半田量演算手段１１５へ出力する。

半田量演算手段１１５では、画像演算処理手段１１４で
演算された実測高さデータのうち、半田付は領域の位置
に設定されたマスク記憶手段１１７かものマスクデータ
内の高さデータのみ高さデータの差分値で制御して累積
加算し、その累積加算値を判定処理手段１１６へ出力す
る。判定処理手段１１６では、半田量演算手段１１６で
累積加算された半田付は領域全体の高さデータとあらか
じめ定めておいた基準半田量とをマスクごとに比較し、
プリント基板１０１上の部品１０２０半田付は状態の良
否を判定するものである。

以上の動作を繰り返し、順次行うことによりプリント基
板１０１上全面について検査することができる。この一
連の動作は、適当な信号により同期して行う必要がある
が、本実施例の場合ポリゴンミラー１０７の回転に合わ
せた同期信号を用いて同期を取った。

このような構成にすることにより、ガルバノミラ−等の
手段でレーザ光をスポット走査する構成に比べ、より高
速・高精度な高さ測定を行うことができる。

次に、画像演算処理手段１１４と半田量演算手段１１５
および判定処理手段１１６について、第２図と第３図を
用いてさらに詳しく説明する。

画像演算処理手段１１４は、第２図に示すように位置検
出素子１１２からの位置信号１１３をＡ／Ｄコンバータ
２０１でデジタル信号に変換し位置演算回路２０２に入
力する。本実施例では、位置検出素子にＰＳＤ（ポジシ
ョン−センシティブ　デテクタ；　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ−
８ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　；半導体装
置検出素子）を用いており、ＰＳＤに入射する入射位置
は、素子の両端電極に流れる電流が各電極間との距離に
反比例するものを用いている。位置演算回路２０２では
、デジタル信号に変換された画電極からの電流■１およ
び工２を第（１）式を用いて高さデータを演算する。（
但し、Ｋは、正規化するための係数である６） 高さデーターＫ・（１１−Ｉ２）／（１１＋　Ｉ２）・
・・・・・（１） 位置演算回路２０２で得られた高さデータは、−旦測定
高さデータ格納メモ１Ｊ２０３に格納され、半田量演算
手段１１６に出力される。

半田量演算手段１１６では、測定高さデータ格納メモ１
Ｊ２０３からの測定高さデータのうち、半田付は領域の
位置に設定されたマスク記憶手段１１７かものマスクデ
ータ内の高さデータのみ高さデータの差分値で制御して
累積加算し、その累積加算値を判定処理手段１１６へ出
力する。

判定処理手段１１６では、半田量演算手段１１６で累積
加算された半田付は領域全体の高さデータと基準半田量
記憶手段２０６からの基準半田量と３ をマスク記憶手段１１７からのマスクデータに応じ比較
回路２０４で比較し、その差分を比較データとして判定
回路２０５に出力する。判定回路２０５では、比較回路
２０４からの比較データを基にその差分の大小によって
部品の半田付は部の良否を判定するものである。

第３図に半田量演算手段１１６の詳細ブロック結線図を
示し、さらに詳しく説明する。

第３図において、３０２は画像演算処理手段で演算され
た高さデータ、３０３は減算回路、３０４は基板の平均
高さ記憶手段、３０５はマスク記憶手段からのマスクデ
ータ３０７に基づいて減算回路３０３から出力されるデ
ータの差分を計算する差分計算回路、３０６は差分計算
回路３０５から出力される差分値によって減算回路３０
３から出力されるデータを累積するかしないか制御され
る累積加算回路、３０Ｂは累積加算回路３０６から出力
される累積加算値である。

以下にその動作を説明する。

画像演算処理手段からの高さデータ３０２と基４ 板の平均高さ記憶手段３０４からの基板の平均高さデー
タとを減算回路３０３で減算し、基板からの高さデータ
に変換し、差分計算回路３０６及び累積加算回路３０６
に出力する。

差分計算回路３０５では、入力されてくる高さデータの
変化量（差分）を計算し、その差分値を累積加算回路３
０６へ出力する。累積加算回路３０６では、差分計算回
路３０６からの差分の値によって減算回路３０３からの
高さデータの累積加算が制御されている。即ち本実施例
においては、差分計算回路３０５から出力されてくる差
分値が正の値でかつ、閾値Ａより小さい時のみ減算回路
３０３からの高さデータの累積加算を行い、差分値が閾
値Ａ以上もしくは０もしくは負の値の時は累積加算は行
わないという制御をしている。ここでは、閾値Ａは部品
の高さの１．／３の値を設定した。なお差分計算回路３
０５及び累積加算回路３０６はマスク記憶手段からのマ
スクデータ３０７内のみ計算を行い、差分計算回路３０
６では、高さデータが基板から部品に向かう方向での差
分を計算している。

１６　、 以上の動作により累積加算回路３０６から半田付は領域
の半田の体積に相当する累積加算値３０８が出力され、
この半田体積を直接評価することにより部品の半田付は
状態の良否を検査することができる。

即ち第４図（ｂ）の上部に示した様な、基板４０１に実
装された部品４０３０半田部４０２が良好な状態であっ
た場合、第４図（ｂ）の下部に示した高さデータのＸ方
向の差分プロフィール４０４のうち、０より大きく閾値
Ａより小さい範囲（４０５）の高さデータを累積加算す
ることができ、半田部４０２の体積を求めることができ
る。なお二重矢印（牛ユ）４０６で示した範囲が、半田
付は部に設定されたマスク記録手段からのマスクデータ
の範囲を示しており、上方からの図である第４図（ａ）
に示した様に、基板４ｏ１、半田部４０２、部品４０３
上にマスク４０７（斜線部）が設定され、このマスク内
のみの高さデータが演算に用いられる。

以上の様に本実施例によれば、高さデータの変化量を計
算する差分計算回路と差分計算回路からの差分値により
制御される累積加算回路を設けることにより、照明条件
や部品の位置ずれに影響される輝度データを用いること
なく、半田付は部が基板から部品に向けて緩やかな正の
勾配を持って形成されている所のみ半田の体積として直
接評価するため、半田の形状（プロフィール）までも細
かく検査することができる。

なお、本実施例では差分値が緩やかな正の値のみ累積加
算したが、第６図に示した様に、累積加算回路を２つ設
け、累積加算回路Ｂでは本実施例と同様に差分値が緩や
かな正の値のみ累積加算し、累積加算回路Ｃでは差分値
が負の場合、高さデータを累積加算する構成にしてもよ
い。第６図の様な構成にすることにより、第６図上部に
示した様な、基板６０１に実装された部品６０３０半田
部６０２がいわゆるイモ半田状態であった場合でも、第
６図下部に示した高さデータのＸ方向の差分プロフィー
ル６０４のうち、負の部分ｅｏａ　（斜線部）の範囲の
高さデータを累積加算回路Ｃで累積加算することができ
、累積加算回路Ｂ及びＣからの累７ 積加算値５０４及び５０５を用いて評価することにより
、半田の量が少ない状態なのかイモ半田状態なのかをよ
り詳細に検査することができる。

次に第７図を参照しながら本発明の第２の実施例につい
て説明する。

第７図は、本発明の実装基板検査装置の第２の実施例の
半田量演算手段を示すブロック結線図である。本発明の
第２の実施例では、第７図に示した半田量演算手段以外
は本発明の第１の実施例で示した第１図の構成と同一で
あるため説明及び図を省略する。

第７図において、３０２は画像演算処理手段で演算され
た高さデータ、３０３は減算回路、３０４は基板の平均
高さ記憶手段、７０２は平均演算回路、３０５はマスク
記憶手段からのマスクデータ３０７に基づいて平均演算
回路７０２かも出力される高さ平均値の差分を計算する
差分計算回路、３０６は差分計算回路３０５から出力さ
れる差分値によって平均演算回路７０２から出力される
高さ平均値を累積するかしないか制御される累積加算８ 回路、７０３は累積加算回路３０６から出力される累積
加算値である。なお、平均演算回路７０２及び累積加算
値７０３以外は第３図に示した本発明の第１の実施例の
半田量演算手段の構成と同一であるため同一番号を付し
た。

以下にその動作を説明する。

画像演算処理手段からの高さデータ３０２と基板の平均
高さ記憶手段３０４かもの基板の平均高さデータとを減
算回路３０３で減算し、基板からの高さデータに変換し
、平均演算回路７０２に出力する。

平均演算回路７０２では、入力されてくる高さデータを
１Ｘｍの任意サイズで平均し、測定高さデータのノイズ
を軽減している。平均演算回路７０２で計算された高さ
平均値は差分計算回路３０５及び累積加算回路３０６に
出力する。本実施例では差分を計算する方向に２つ、そ
れに直交する方向に６つの２×６のサイズで高さデータ
を平均した。

差分計算回路３０５では、入力されてくる高さ１９ 平均値の変化量（差分）を計算し、その差分値を累積加
算回路３０６へ出力する。累積加算回路３０６では、差
分計算回路３０５からの差分値によって平均演算回路７
０２からの高さ平均値の累積加算が制御されている。な
お平均演算回路７０２、差分計算回路３０５及び累積加
算回路３０６はマスク記憶手段からのマスクデータ３０
７内のみ計算を行っている。また、累積加算回路３０６
の差分値による制御及び差分計算回路３０６での差分の
計算方向は本発明の第１の実施例と同じである。

以上の動作により累積加算回路３０６から半田付は領域
の半田の体積に相当する累積加算値７０３が出力され、
この半田の体積を直接評価することにより部品の半田付
は状態の良否を検査することができる。

以上の様に本実施例によれば、高さデータをｎＸｍの任
意サイズで平均する平均演算回路を設け、平均演算回路
から出力される高さ平均値を差分計算回路及び累積加算
回路へ出力することにより、測定高さデータのノイズを
軽減させ、かつ基板上や部品上の様な平らな部分での差
分計算回路からの出力をゼロに安定させることができる
。これにより、半田付は部の半田のみの高さをより正確
に累積することができ、より精度の高い判定を可能にし
ている。

発明の効果 以上述べてきたように本発明の効果としては、第１にプ
リント基板上の部品や半田付は領域全面の高さデータを
測定し、半田付は部の位置に設定したマスク内のみ高さ
データを高さの差分値で制御して累積加算し、その累積
加算値と基準半田量との比較をし、部品の半田付状態を
判定することにより、入間の目視に頼ることなく、また
照明条件や部品の位置ずれに左右されずに直接半田の体
積を精度よく評価することができ、さらに高さデータの
変化量を計算する差分計算回路を設け、半田付は部の形
状才でとらえることにより、より詳細な半田付は状態の
検査が可能となり、また差分値がゼロとなる基板や部品
上の高さデータは累積加算しないように制御できるため
、多少マスクが部品上にかかる程大きめであっても半田
付は部のみを評価することができ、検査精度を向上させ
ることができる。

第２に、マスク内の高さデータをｎＸｍの任意サイズで
平均する平均演算回路を設けることにより、高さデータ
の測定ノイズを軽減させ、良好な半田付は部の検出をよ
り正確に行い、より信頼性の高い判定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における実装基板検査装
置のブロック結線図、第２図、第３図及び第５図は第１
図の要部詳細ブロック結線図、第４図は良好な半田付状
態の高さプロフィールを示す図、第６図は本発明の第２
の実施例における実装基板検査装置の要部詳細ブロック
結線図、第７図は不良半田付状態の高さプロ７づ−ルを
示す図、第８図は従来の半田付は部検査の累積度数分布
の特性図である。 １０１・・・プリント基板、１ｏ２・・・部品、１０３
・・・搬送手段、１０６・・・レーザ光源、１０７・・
・ポリコンミ２ ラー　１０９・・・ｆθレンズ、１１ｏ・・・反射ミラ
ー１１１・・・集光レンズ、１１２・・・位置検出素子
、１１４・・・画像演算処理手段、１１６・・・半田量
演算手段、１１６・・・判定処理手段、１１７・・・マ
スク記憶手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送
   手段と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーと
   ｆθレンズにより前記プリント基板上を走査するレーザ
   光走査手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント
   基板上から反射して得られる散乱光を、前記プリント基
   板と前記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射させ
   、前記ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させる
   散乱光反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光を
   集光レンズで位置検出素子に集光し位置信号を出力する
   位置検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号によ
   り前記プリント基板やプリント基板上に実装された部品
   及び半田付け部の高さデータを演算する画像演算手段と
   、実装された部品の半田付け部位置に予め定めた任意サ
   イズの複数のマスク処理をするマスクデータを格納する
   マスク記憶手段と、前記画像演算手段で演算された高さ
   データを前記マスク記憶手段からのマスクデータ内のみ
   累積加算する半田量演算手段と、前記半田量演算手段で
   演算された半田の体積と、予め定めた基準半田量とを前
   記マスク記憶手段からのマスクデータごとに比較し、前
   記プリント基板上の部品の半田付状態の良否を判定する
   判定処理手段とを具備し、前記半田量演算手段は入力さ
   れてくる高さデータの変化量を計算する差分計算回路と
   、前記差分計算回路で計算される差分値により前記高さ
   データを累積加算するかしないかを制御される累積加算
   回路とを有することを特徴とする実装基板検査装置。
2. （２）半田量演算手段は、マスク記憶手段からのマスク
   データ内の高さデータをｍ×ｎの任意サイズで平均する
   平均演算回路を設け、前記平均演算回路からの高さ平均
   値を差分計算回路及び累積加算回路に出力することを特
   徴とした請求項１記載の実装基板検査装置。