JPH03504417A - 実装済みプリント回路用基板の検査、特に該基板のはんだ付けの検査を行う方法、並びにこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 実装済みプリント回路用基板の検査、特に該基板のはんだ付けの検査を行う方法 、並びにこの方法を実施するための装置 本発明は、実装済みプリント回路用基板を検査する方法、特に該基板のはんだ付 けを検査する方法に係わる。実装済みプリント回路用基板というのは、エポキシ 樹脂のような絶縁材の層の周りにアーキテクチャが構築されており且つ幾つかの 電子部品が具備されているプリント回路用基板のことである。前記電子部品は、 抵抗器及びコンデンサのような受動部品、並びにダイオード、トランジスタ及び 集積回路のような能動部品の２つに分かれる。

これらの構成部品は一般的なはんだ付は方法、例えば波はんだ付け（ｓｏｕｄａ ｇｅ龜１ａ　ｖａｇｕｅ）又はリフローはんだ付け、特に蒸気を使用する方法に よってはんだ付けされる。一般的に使用されているはんだ材はスズ−鉛合金をベ ースとするものである。はんだ付は終了後は、プリント回路用基板に電圧を印加 して機能テストを行う前に、該基板に欠陥がないか否か、特にはんだ付けの機械 的及び電気的状態が良好であるか否かを検査することが重要である。実際、現在 では、実装済みプリント回路用基板（搭載部品は除く）の欠陥の大部分がはんだ 付けに起因すると考えられている。成る種の部品の不在、配置不備又は機能不備 に起因する欠陥もあるが、これはそれほど多くない、前記検査には、現在、仏語 でプランシュ・ア・クル（ｐｌａｎｅｈｅ　Ａ　ｃｌｏｕｓ）と称する装置が一 般的に使用されている。この装置は多数のビンを備えたボードからなり、これら のビンが検査すべき回路の特定点と接触することになる。この種の装置は信頼で きる結果をもたらすが、検査すべき各基板モデル毎に調節しなければならないた め、製造及び使用が比較的離しい。

また、この種の装置でははんだ付けを厳密に検査することはできず、回路の種々 の点の間の導電性が良好な状態にあるか否かをその回路の設計図と対比して調べ ることしかできない、（実際、はんだ付は部分を直接検査するには双眼鏡による 視覚検査を行うしかないが、これには拘束及び制限がある）。

一方、表面実装部品（ｃｏｍｐｏｓａｎｔｓ　Ａ　ｍｏｎｔａｇｅ　ｅｎ　５ｕ ｒｆａｃｅ＝　ＣＭＳ）と称する新技術の導入によってプリント回路及びその部 品の小型化が可能になったが、「プランシュ・ア・クル」タイプの装置でＣＭＳ 基板を検査する場合には、この小型化によって現実的な問題が生じる。即ち、ビ ンの支持体の大きさを最小限にしても、ビンを基板の著しく接近したゾーンにア クセスさせることができないのである１例えば、ＣＭＳ基板で使用される平均ピ ッチは一般的基板で使用されている２、５４ｍ論ではな（１，２７ｍ−である、 　ＣＭＳ基板に０．３１という新しい標準値を適用した場合には、「プランシュ ・ア・クル」タイプの検査装置の使用は全く不適当になり、不可能にさえなる。

はんだ付は検査をＸ線写真によって行う試みもなされた。

この方法は理論的には信頼できる結果をもたらすが、実用面では値段が高く使用 が難しいという欠点を有する。

その他、レーザサーモグラフィを用いてはんだ付けを単位毎に検査する方法も知 られている。この方法では、はんだ付は点を形成する基本的操作が終了する毎に 検査を逐一断続的に行う、従ってこの方法は、完全に装備したプリント回路用基 板をはんだ付は完了後に検査する場合には適用できない。

以上の説明から明らかなように、実装済みプリント回路基板の検査、特にはんだ 付けの検査を行う方法には、主として下記の条件が必要とされる： −この方法は非破壊的でなければならない。即ち、基板及びその部品を劣化させ る危険を伴わずに使用できるものでなければならない。

−この方法は、効率を上げると共にオペレータ毎に差異を生じる人間による評価 を取り除くために、自動化が可能でなければならない。

−この方法は、成る一点で局部的に修理を実施できるように、基板上の欠陥地点 の位置を即座に検知できるようなものでなければならない −この検査方法はまた、性能を高めるために、実施が容易であり、種々の基板モ デルに適合し、検査に時間がかからず且つ比較的低コストなしのでなければなら ない。

そこで本発明では、実装済みプリント回路用基板の検査、特に該基板のはんだ付 けの検査を行う方法であって、少なくとも下記の操作ステップを含むことを特徴 とする方法を提案するニ ー　基板（又はそのかなりの部分）を短時間加熱する。

−前記加熱を停止してから、好ましくは停止した１後に、サーモグラフィによっ て基板（又はそのかなりの部分）の像を写す（撮像）。

−基板の検査すべき領域、例えばはんだ配置部分の温度と、予め決定した標準値 との温度差を検出することによって前記像を処理する。

本発明では、インパルス的又は短時間の加熱の使用によって、検査すべき種々の はんだ配置部分°におけるはんだの量及び質（亀裂、接ぎばり等）を評価するこ と（並びにはんだの不在を検知すること）ができる。また、各部品の質量が適切 であるため、これら部品の不在又は配置不備を検出することもできる０本発明の 一変形例では、検査の反復性を良好にするために、はんだ付は検査にとって許容 し得るとみなされる温度偏差の所定閾値を、加熱停止時に基板の表面が示す平均 加熱温度に応じて選択する。

本発明の方法では、平均加熱温度約７０℃で許容温度偏差閾値を３℃にすると、 特に良好な結果が得られる。

本発明の方法の別の変形例では、基板の目標点の表面温度が例えば７０℃の目標 値に到達した時点で加熱を停止させる。この場合は、基板毎に温度偏差を生じる 傾向が殆どない信頼できる基板ゾーンを目標点として選択すれば、はぼ完璧な基 準が得られる。

更に別の変形例では、基板の加熱を層流的に実施する。

このようにすれば、基板に大きな温度偏差をもたらし得るはんだ付は検査にとっ て望ましくない乱流加熱ゾーンが回避される。好ましくは、石英による熱パネル ランプによって基板を加熱する０本発明の別の変形例では、撮像を赤外線カメラ によりリアルタイムで行う、有利には、８〜１２ミクロンのスペクトル範囲で作 動する量子検出器（光励起）を含むタイプの赤外線カメラを使用する。

本発明の方法の別の変形例では、プリント回路の選択された点及び基板に装備さ れた構成部品の実際位置を二次元で地理学的に位置決めすることによって、各基 板モデル毎に標準像を決定する。有利には、赤外線カメラの空間視域に各々対応 する複数の単位探査ゾーンへの基板の仮想切断に前記地理学的位置決めを組合わ せる。この地理学的位置決めは、検査すべき種々の領域、特にはんだ配置部分の 各探査ゾーン内における実際位置も決定する。また、はんだ付けに欠陥があるこ とが確認されたはんだ付は部分の実際位置は、（欠陥があることが確認された他 の領域の場合と同様に）像の処理の後で表示されるようになっている。

本発明の方法の別の変形例では、カメラの視域を基板に対して側方に移動させる ことにより、基板（又はそのかなりの部分）を完全に撮像する。各カメラ／基板 位置はカメラの視域による単位探査ゾーンのカバレッジに対応する。

本発明の方法の更に別の変形例では、許容し得るとみなされた同一モデルの基準 基板から得た複数の像を混合することによって標準像を作成する。

本発明は、前述の方法を実施するための装置にも係わる。

この装置は、 −基板上の任意の点の二次元での地理学的位置決め、即ち以後実際位置決定と称 する操作を行う装置を備えた基板支持体と、 −加熱装置と、 −赤外線カメラ及び変換器を含み、この変換器が単位像の作成によって１ブロツ クの情報、即ちカメラの目標視域の各像点毎に対応像位置とカメラの基本視域で カバーされる基板対応点の温度を表す測定信号とを含む情報を発生させるように なっている撮像装置と、 −前記基板支持体に接続されてカメラの視域の照準を行う装置とを含み、前記地 理学的位置決め装置が基板に対するカメラの位置を決定するように構成されてお り、更に、 −単位像の作成に対応する情報ブロックを記憶する手段と、前記地理学的位置決 め装置に接続されて所与の情報ブロックの所与の像位置に対応する目標点の実際 位置を決定し且つ各測定信号に実際位置を組合わせるく対にする）手段と、各々 が基板の目標点の実際位置と対になっている複数の標準信号を集合して構成した 標準像を記憶する手段と、同一実際位置の測定信号と標準信号とを比較する手段 と、問題の実際位置及び比較操作の結果を表示する手段とを含む像処理装置も含 むことを特徴とする。

本発明で使用する前述のごとき装置は、実施例の１つでは、加熱操作の停止とサ ーモグラフィによる基板撮像操作の開始とと制御するように構成された制御ステ ーションを含む、有利には、加熱装置が、高温計から発生する温度測定信号に悪 巧する調整装置によって制御される加熱モジュールを含む。このようにすれば、 高温計で測定された温度が所定の目標値に到達した時点で前記制御ステーション が加熱操作の停止を制御できる。高温計の空間領域を基板の予め選択した目標点 に合わせて配置すべく、基板支持体には高温計調整器が接続されている。制御ス テーションは有利には、目標点の実際位置に従って前記調整器を自動的に制御す る装置を含む。

本発明の装置の特定実施例の１つでは、基板支持体が前記地理学的位置決め装置 の他に、カメラの視域の照準装置を担持し且つ基板誘導手段を備えた固定フレー ムを含む。

地理学的位置決め装置は有利には三次元タイプであり、カメラの視域の位置を決 定し且つ誘導手段及び照準装置の駆動手段を制御して基板とカメラの視域とを相 対的に移動させるパイロットステーションを含む、また、前記誘導手段は、基板 を２つの直交し合う方向に移動させるべく一組の誘導レールと基板担持キャリジ とを含む。

本発明の装置の別の特定実施例では、パイロットステーションが撮像装置及び像 処理装置を制御し、且つ単位像でカバーされるカメラの目標視域に対応する複数 の基本探査ゾーンに基板を仮想切断することによって単位像の作成及び処理繰作 を逐次管理する。このパイロットステーションは、有利には、基板の所定の地理 学的探査プログラムに応じて単位像作成オーダを発生させる。このパイロットス テーションは単位像の作成時に、前記像処理装置内に配置されていて各測定信号 を実際位置と組合わせる機能を果たす手段に向けて、使用基板に対するカメラの 視域の瞬間的位置に関する情報を送出する。このパイロットステーションはまた 、単位像の作成終了後に、基板とカメラの視域との相対移動を制御する。

本発明の装置の更に別の特定実施例では、パイロットステーション、制御ステー ション及び像処理装置がデジタル計算機タイプである。有利には、パイロットス テーション及び制御ステーションが共通のデジタル計算機の中央処理装置を介し て協働するようにする。

ここで、添付図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

図面の簡単な説明 添付図面中、第１図は質の異なるはんだ付けの温度曲線を時間の関数として示す グラフである。

第２図は基板上の所与の点の地理学的位置決めを明らかにすべく実装済みプリン ト回路用基板を簡単に示した説明図である。

第３図は本発明の方法を実施するための装置を簡単に示す説明図である。

第４図は本発明の基板検査の過程を示すクロノグラムで実装済みプリント回路用 基板のはんだ付は検査では通常、「欠陥」はんだ付けが、所定のはんだ付はゾー ンに配置したはんだの量が不十分であるか又は全く配置されていないという量的 特徴によって定義される。「欠陥」はんだ付けはまた、はんだ分布レベルの質的 な欠陥（例えば亀裂、接ぎばり、ひび等）によっても定義できる。これらの欠陥 （量的及び質的）はいずれも、時間がたつと、はんだ付けの機械的破損及び／又 は電気接続レベルの欠陥を招来し得る０本発明のサーモグラフィによる検査方法 では、はんだ付は配置部分に配置されたはんだの質量又は分布の前述のごとき誤 差を検出する１本発明の方法の基礎は、部分的には、検査すべき基板の短時間の 加熱（仏語でｅｈａｕｆｆａｇｅ　ｉ＋１ｐｕｌｓｉｏｎ−ｎｅｌとも称する） の結果、配置したはんだのＩ及び／又は分布に応じて、所与のはんだ配置部分の 表面温度が変化するという現象にある（加熱時間は温度が基板全体にわたって平 衡化しないように十分に短くする）、加熱期間終了時のはんだの表面温度は通常 、配置したはんだの量が少ない時の方が配置したはんだの量が多い時より低い、 また、はんだに蓄積される熱エネルギも、存在するはんだの質量に比例するとい う理由からやはり小さい、この現象を第１図にグラフで示した。このグラフの２ つの曲線は、表面取付け構成部品の「許容し得る」はんだ付け（曲線ＣＩ）及び 「欠陥」はんだ付け（曲線Ｃ１１＞について、加熱時及び冷却時の温度変化を時 間の関数として簡単に示している。このグラフの横座標は、試料加熱期間（０〜 ｔｃ）の測定時間と、冷却期間（ｔｅ〜ｔｖ）中の実施した測定の妥当性検査窓 の時間とを秒で表している。この窓の間に、例えば時点Ｌｍでサーモグラフィに よる撮像が行われる。縦座標は測定した温度の値を表している。温度の原点は検 査台の周りのスペースの室温ＴＯに対応し、前記２つの曲線のゼロ点となってい る。

温度上昇曲線には通常、種々のパラメータ、特に基板及びその構成部品の物理的 特性と加熱操作モードとが作用する。加熱を所定の基板に合わせて適切に調整す れば、所定の形状の曲線を得ることができる。温度が基板全体にわたって安定す るのを回避すべく加熱は短時間にしなければならないが（長時間でははんだが同 一温度になる）、この加熱時間は一方で、基板が加熱終了後の過渡状態で基板表 面に有窓な温度偏差を発生させるのに適した目標温度に到達するように（且つ、 特に欠陥はんだ付けの最小熱的慣性に起因して加熱の冒頭で観察される温度反転 の作用を回避すべく）十分に長くしなければならない、非限定的４例として、該 特表平３−５０４４１７　（５） 実施例では加熱エネルギが目標温度、この場合は７０℃の近傍で漸減した。また 、平均時間１０秒で２０℃から７０℃まで加熱すると、約５℃の偏差が検出され た。冷却期間中は前記２つの曲線がほぼ平行に変化しており、次いて互いに接近 しながら値Ｔｏに漸近的に向かっている。°本発明では、後述のように、検査す べきはんだ付は地点の質の決定に使用される検出温度偏差がはんだの使用量の不 足又は不均一を十分に反映するように時点ｔｖを選択する。

本発明の方法は前述の物理的現象を利用する。より詳しく言えば、本発明の検査 方法は少なくとも下記の３つのステップを含むニ ー　例えば表面実装部品（ＣＭＳ）を装備したプリント回路用基板（又はこの基 板のかなりの部分）を短時間加熱し、−加熱を停止した後で、好ましくは加熱停 止直後に、サーモグラフィによる撮像を行い、 −基板の検査すべき領域、例えばはんだ配置部分に関して、所定の標準と比較し た温度偏差の検出により像を処理する。

非限定的実施例としてここに記述する本発明の実施態様では、撮像が、８〜１２ ミクロンのスペクトル範囲でｉｉする量子（光励起）検出器を含むタイプの赤外 線カメラによりリアルタイムで行われる。このカメラは赤外スペクトル範囲で基 板の種々の地点、特にはんだ付は部分で放射される熱エネルギを測定し、基本的 探査面の温度に対応する測定信号を送出する。搭載部品の寄生放射を回避すべく 、基板には電圧を印加しないでおく。ここで留意すべきこととして、この種のカ メラを使用すると、基板又はその部品を損傷する危険を伴わずに、例えば約７０ ℃程度の余り高くない温度範囲で測定を行うことができると共に、基板が冷却し すぎないうちに撮像を迅速に繰返し行うことができる。「許容し得る」はんだ付 けの場合は、７０℃の目標温度で許容温度偏差が好ましくは３℃以下でなければ ならない。このような条件では、測定妥当窓Ｖｍａｘを約１００秒にする。

また、検査の反復性を高め且つ局部的乱流性の加熱に起因する測定のばらつきと いう開題を回避するために、石英り正確には、加熱を均一にし、場合によっては 高温計を用いて基板の目標地点の表面で測定した瞬間的温度に基づき予めプログ ラムする１例えば、目標温度の近くで熱エネルギを漸減させるようにできる。目 標温度に到達したら、加熱を停止させて撮像操作を開始する。目標温度は約７０ ℃が好ましい。ここで留意すべきこととして、温度面で信頼性のある目標地点を 選択すれば（色の濃い物体は熱放射率が高く、実装済みプリント回路用基板の製 造の不確実性に作用されにくい）、このタイプの相対検査に必要な良好な基準ベ ースが得られる。

本発明の変形例の１つでは、撮像が、基板（又はその加熱部分）をカメラでカバ ーされる空間領域に対応する単位探査ゾーンに仮想切断した後で逐次実施される 。例えば、後述の装置は、最大寸法５００　ｘ　４００＋＊＋１１の基板の場合 に３５　ｘ　２６ｍｍに等しい大きさの基板基本ゾーンで作動する。第２図は、 局部的実際座標の軸０１Ｘ１．０１Ｙ１と、任意の支持体（例えば基板上に部品 を取り付けるステーションのフレーム）に対する基板の位置合わせ基準点Ｒ１〜 Ｒ２とを有する基板を簡単に示している。第２図には更に、高温計の目標点１０ と、２つのはんだ配置部分１４及び１６を有する表面実装部品１２（例えば抵抗 器）とが示されている。基本ゾーンは符号ＺＥＯ、、、。

ＺＥｉで示した。これらの各ゾーンには、地理学的位置決めによって種々のゾー ン及び／又は検査すべきはんだ付は部分が局在するようになっている。より正確 には、各基色モデル毎に地理学的格子を作成し、これを検査すべき基板の像と比 較されることになる標準像の基礎として使用する。

この基礎格子は、実際の操作では、コンピュータを用いた設計（ＣＡＤ）のプロ グラムによりプリント回路及び完全実装基板を設計した時に作成したデータに基 づいて形成する。

標準像は、同一モデルの基準基板に基づいて得た複数の像を混合して形成する。

場合によっては、標準像をパラメータで表す。

本発明では、加熱停止直後に基板を熱パネルの空間領域の外に移動させ、ゾーン ＺＥＯをカメラの視域に対して配置する。次いで、羊位熱像を作成する。基板に 対するカメラの視域の相対位置は像処理装置に伝えられ、その結果この装置が１ つの像点を基板上の１つの実際位置に結びつける。

このようにして、欠陥はんだ付は部分かく他の総ての欠陥領域と同様に）識別さ れ、その位置が検出され且つ表示される。探査すべきゾーンＺＥｉがなくなるま で撮像を繰り返すことができるように、羊位像の処理が終わったらその都度基板 をカメラの視域に対して側方に移動させる。

勿論、本発明の方法は実験者の意志に従って、且つ実際的情況を１つ１つ考慮し ながら様々に変形し得る。但し、これらの変形は本発明の特徴である前述の３つ の操作ステップを順守するものでなければならない。

以上の説明から、本発明の方法の極めて興味深い利点を幾つか指摘することがで きる。中でも注目すべきは、本発明の方法が基板の完全性、特にはんだ付けの完 全性の検査をより高度に自動化せしめるという利点である。自動化が進めば、は んだ付けの欠陥の評価に人間を介在させる必要がなくなる。また、光学的検査の 原理によって、検査すべき２つの領域又は２つのはんだ付は部分の間が、［プラ ンシュ・ア・クル」タイプの装置では不可能な１１以下の値に達する極めて細か い値で空間分割される。更に、検査すべき基板を設計すべ（ＣＡＤで使用した情 報プログラムとファイルと　　。

を利用すれば、基板モデルの検査すべき領域の格子を補正することができ、且つ 標準像も重大な問題又は大きな遅延を伴わずに補正することができる。本発明の 他の利点は以下の説明、より特定的には本発明の方法を実施するための装置の一 実施例の説明で明らかにされよう。

第３図に簡単に示した本発明の装置は、花崗岩で作った振動防止光学テーブルの ようなフレーム２２からなる基板支持体の周りに物理的に構築されている。前記 テーブルの表面には、検査台の種々の部品の固定と空間位置決めと分行うための ねじ立てインサートアレイが具備されてｔ）る。フレーム２２には基板２６を誘 導する手段２４が固定されてし）る。

この誘導手段はＸ状のレール、より正確には２つの垂直レール２８及び３０と、 これらのレールに担持された水平レーｌし３２とを含む。この水平レール上では 、基板２６を担持して直交し合う２つの方向に移動する可動キャリジ（第３図に は示さず〉も移動し得る。このキャリジは、基板の位置合わせ基準点Ｒ１〜Ｒ２ と協働してフレーム２２に対する基板２６の保持と極めて正確な配置とを実施せ しめる調心点を有する。

このような構造では、Ｏｂを原点とし座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚからなる三次元の位置合 わせ基準点を規定することができる。

Ｘ軸は水平レール３２と平行に延び、Ｚ軸（即ち垂直軸〉はレール２８及び３０ と平行に延びる。レール３Ｚ上の基板担持キャリジには、位置検知器に接続され た２つのステ・ンビングモータが具備されている（レール３２上の可動キャリジ の移動に係わるＨχ及びＣＸ、基板２６の垂直方向での配置に係わるＭＺ及びＣ Ｚ）、これらのモータ及び検知器（第３図には符号だけ示した）はデジタル計算 機タイプのパイロットステーション５Ｐ３４に接続されている。従って、パイロ ・ノドステーション３４は基板の原点０１に対する点Ｏｂの実際位置を決定する ことができ、そのため基板の各点、特にはんだ付は検査な実施しなければならな いはんだ付は部分の位置を決定することができる。パイロットステーションはま たステッピングモータＭＸ及びＮＺを制御して、平面ｏｂｘ、ｏｂｚと平行な平 面上で基板を並進移動させる。

フレーム２２はカメラの視域の照準と行う装置３８に取付けられた赤外線カメラ ３６も担持し、前記照準装置３８はＹ軸と平行に延びるようにフレーム２２に固 定されたスライダ４０上を滑動するように取り付けられている。カメラの視域の 照準装置３８の移動（該実施例ではカメラ自体の移動）も、対応検知器ＣＹによ って与えられる情報に応じてパイロットステーション３４に制御されるステッピ ングモータＮＹ（図示せず）を介して実施される。従って、パイロットステーシ ョン３４は基板に対するカメラの視域の相対位置を瞬時に決定することができる 。本発明を実施する上で重要なこの特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、 前記方法（基板とカメラとの間の側方相対変位）以外の方法で、特にカメラのレ ンズ／基板の光路上に適切に配置した走査形光学装置を介して得ることもできる 。カメラは後で詳述するように、ビデオスクリーン及び／又はプリンタ及び／又 はプロッタのような表示装置４４を備えたデジタル計算機タイプの像処理装置Ｃ ＴＩ　４２に接続される。

フレーム２２はその他に、加熱装置の部品、より特定的には石英熱パオ・ルラン ブ４４と位置調整（ｅａｌａｇｅ）装置４８に取付けられた高温計４６とを担持 している。熱パネル４４は、第３図ではフレーム２２と直角に配置された耐熱材 容器５０の中に配置されている。このようにすれば、基板の加熱が容器５０内で 行われ、熱的撮像は、加熱装置からの寄生放射を回避すべく基板をカメラ方向に 移動させた後で、即ちフレームの左方に移動させた後で実施される。基板の周り には、誘導レール及びモータを熱パネルから放射される熱エネルギから防護すべ く熱遮蔽（図示せず）が配置される。ここで説明する検査装置は、加熱時間を十 分に短くするために加熱電力が十分に太きく２０に−である（その半分のエネル ギで基板は１０秒以内に２０℃から７０℃になる）、この加熱は調整器５２によ って制御され、この調整器自体は制御ステーションＳＣ５４の制御を受ける。従 ってオペレータは、使用する装置が局部的熱乱流のない層流加熱を行うため、検 査すべき基板の大きさに応じて加熱曲線と石英ランプの使用数とを予めプログラ ムすることができる。

高温計４６は８〜１２ミクロンのスペクトルバンドで作動する熱電性検出器を含 むタイプの高温計である。基板の目標点１０に合わせて正確に配置した前記検出 器は、その目標点く平均直径５１）の表面から放出されるエネルギを検出し。

この表面の温度に対応する出力電圧を送出する。この信号は前記調整器に送られ 、前記温度が制御ステーションによって表示された目標温度（７０℃）に到達す るとすぐにこの調整器が加熱を停止させる。この装置では、ＳＣＩ（Ｌｔ１ＭＢ ＥＲＣＥＲ社から商標ＬＡＮＤで市販されている高温計及び変換器−表示器を使 用して０．５℃以下の精度が得られる。高温計の位置調整装置４８は３６０°回 転する台座を含み、ステッピングモータ（全体を符号ＭＰで示す）と、高温計の 位置を高さ方向（Ｚ軸）及び方角（回転角度へＮＧ）で検知する検知器（ＣＰ） とを具備する。

モータＭＰ及び検知器ＣＰは、所与の基板モデルに関して高温計の位置調整が自 動的に行われるように、パイロットステーション３４に適当に接続される。

パイロットステーション３４及び制御ステーション５４は１つにまとめられて、 適当に制御用ソフトウェアを備えたマイクロコンピュータＢＵＬＬ　ＭＩＣＲＡ Ｌモデル４０（ＢＭ　４０）の中央処理装置の制御下に配置される。誘導手段２ ４及びスライダ４０の作動行程がかなり長く、Ｘ　＝　１２５０ｍ５ｉ、Ｙ　＝ 　６３０輪−１Ｚ−４００＋＊ｍであるにも拘わらず、移動の単位ピッチが０． １２７ｍｍのモータを使用して得られる地理学的精度は約０．０１ｍ−である。

ここで使用する赤外線カメラ３６はＢｅｄｆ　ｏｒｄ　（Ｌｌ　、Ｓ　、＾、） のＩＮＦＲＡＭＥＴＲＩＣＳ社から商品名「モデル６００」で市販されているも のである。より詳細には、このカメラは飛び越し約２で走査を行うタイプのカメ ラであり、液体窒素で冷却されて８〜１２ミクロンのスペクトルバンドで作動す るＨｇ−Ｃｄ−Ｔｅ１子検出器を備える。このカメラの視域は前記検出器の走査 角度、即ち２０°Ｈ（水平）及び１５°Ｖ（垂直）によって決定される。

この条件では、線数２４０で２５６の像点という解像度が得られる。カメラが３ ５　ｘ　２６ｍ５の探査単位ゾーンをカバーするようにカメラの調整を行えば、 基板の実際の解像度は０．１３ｍｍ／Ｈ及び０．１１ｍｍ／Ｖになる。各像点か ら送出される測定信号は７ビツトでデジタル化される。これは、１２８の測定可 能熱輝度レベルに対応する。得られる精度は約０，１℃である。熱的撮像の速度 はかなり速く、フレーム当たり約２０ミリ秒、ライン当たり約５５マイクロ秒で ある。

このカメラは単位像作成オーダを受けると、デジタル変換器を介して装置ＣＴＩ 　４２に１ブロツクの情報を送出する。

この情報は、基板上の一点の温度の測定値を表す「ビデオ」信号と、ライン走査 及びフレーム走査の冒頭の位置を決める（従って像点の位置決めを行う）ための 同期信号とを含む。

像処理装置ＣＴＩ　４２は、後述のごとくパイロットステーション３４によって 制御される、即ちマイクロＢＭ　４０によって制御されるマイクロコンピュータ ＢＵＬＬ　ＨＩＣＲＡＬモデル６０（８Ｍ６０）を中心に構築される。装置ＣＴ Ｉ　４２を構成する情報サブシステムは、各単位毎に１２８にバイトの使用可能 容量を必要とする基板の「像」を処理し且つ記憶するのに十分な中央及び周辺記 憶容量を有する。この情報サブシステムは更に、カメラの変換器からの情報ブロ ックを記憶する手段と、パイロットステーション３４から送出される像作成オー ダ番号を表す信号に基づいて各像点に対応する点の実際位置を決定し且つ基板上 の実際位置を各測定信号に組合わせるハードウェア及びソフトウェア手段とを含 む、像処理の第１ステツプは、このようにして再処理された像又はこの像の所定 部分を装置ＣＴＩ　４２のファイル内に存在する予め形成した地理学的格子に従 って記憶することで終了する。

装置ＣＴＩは更に、所定の基板モデルに対応する同一の格子に従って形成した標 準像も記憶している。この標準像はプログラミングにより個々の像で構成し得る が、許容し得るとみなされた１０以上の基板の探査に基づき、例えば測定値を平 均することによって、同一条件でサーモグラフィによって得た複数の像を混合し て形成すると有利であり且つより速いことが判明した６勿論、本発明では、種々 のパラメータを使用するソフトウェアを用いてこの標準像を修正することもでき る０例えば、検査すべき領域を占める物体の物理的構造を考慮するためには、特 定の標準値をパラメータで表すと有利である。実際、はんだ付は検査に関して３ ℃に決めた偏差閾値は、存在と正確な配置（位置及び方角）とを確認したい特定 の部品には必ずしも適していない。これらの部品、例えば抵抗器、コンデンサ、 トランジスタもしく集積回路のケーシング（固定脚部も含む）は、対応する検査 領域の熱偏差閾値を修正する方がよいと判断されるはんだ付けの熱特性とはかな り異なる種々の熱特性（熱容量及び放射率）を有する。

そのため装置ＣＴＩは、測定信号と基準値との比較（格子の所定点に限定）を逐 一実施し、欠陥領域、例えば基板の少なくとも１つの基本探査点（０，１３ｘ　 ０．１１１）の表面温度が同一点における標準温度より３℃以上低いはんだ付は 部分の識別結果及び位置を表示手段４４を介して表示することができる。

このようにして実施される分析は極めて精密である。何故なら、はんだ配置部分 が平均して１．５ｍｍ２の表面積、即ち検査装置の解像度の１００倍に相当する 表面積を有するからである。従って、本発明の装置を用いれば、欠陥の質（亀裂 、接ぎばつ、ひび）と、はんだ付は部分における欠陥の位置とに関する情報を得 ることができ、且つ必要であればはんだ付けの準備及び操作時に修正を行うべき であることも予知できる０本発明の装置では更に、自動的製造プロセスの実現及 び制御を促進するために望まれる総ての計数操作及び統計操作を簡単に実施する ことができる。

オペレータは新しい基板モデル毎に下記の予備操作を行うニ ー　基板の設計図に対応するファイル及びＣ３＾６０，１０グラムに基づいて、 特にはんだ配置部分のような検査すべき領域の地理学的格子を決定し、特定の「 格子」ファイルを装置４２の情報サブシステムＢＭ　６０に記憶する。

−前記ｒ格子」ファイルに基づζ・て目標点の位置を求め、この位置を記憶する 。この記憶はサブシステムＢＭ　６０又はサブシステムＢＭ　４０のいずれで行 ってもよい。

−前記「格子」ファイルに基づいて基板を複数の基本探査ゾーンに仮想切断し、 各単位探査ゾーンのカメラ／基板相対位置のシーケン２をサブシステムＢＭ４０ 及びＢＮ　６０に記憶する。

−制御ステーション５４の目標温度を選択する。

−許容し得るとみなされる基板を１０個選択し、対応する基準サーモグラフィッ ク像の作成を行う。

−基準像を混合し、且つ任意にパラメータ化して標準像を作る。（基準像を標準 像に対してテストし且つ検査すべき領域、特にはんだ配置部分によるばらつきを 調べることができる。） −標準像を記憶する。

このようにして、情報サブシステム８８４０及び８Ｍ６０に検査すべき種々の基 板モデルに適合した夫々の検査用ソフトウェア及びファイルが記憶される。従っ て、製造後に予めリストされたモデルに従うシリーズの基板の検査が可能になる 。

ここで、この検査の方法な第４図のクロノグラムに基づいて説明する６ 基板分キャリジ上に配置した後で、オペレータは制御ステーションＳＣ５４に手 動信号（ＥＮＶ・１）を与える。この制御ステーションはパイロットステーショ ンＳＰ　３４と協働して、耐熱容器５０内での基板の初期配置ＩＮＩＴを行い（ ＰＯＳ＝１）、且つ基板の目標点１０に合わせて高温計４６の位置調整を正確に 行う（ＣＡＬ・１）、パイロットステーション３４から制御ステーション５４に 準備完了信号（ＣＡＬ・０、ＰＯＳ・０）が送出されると、制御ステーションが いわゆる加熱操作を開始させる（ＣＨＡ［ＩＦ・１）。

目標点の表面温度が目標温度に達するとすぐに、制御ステーション５４からパイ ロットステーション３４に向けて加熱終了信号＜ＣＨＡＩＪＦ＝Ｏ）が送出され 、パイロットステーションがあとの操作を担うことになる（ＰＯＳ・１）。基板 が耐熱容器５０の外に移動すると、パイロ・／トステーシゴン３４は基本ゾーン ＺＥＯがカメラによってカバーされるように基板をカメラに対して配置する６そ の結果、移送終了信号（ＰＯ２−４）がパイロットステーション３４から送出さ れる。パイロットステーションは次いで装置ＣＴＩ　４２にカメラによる撮像信 号＜ｐ、ｒ、・１）を送る１本発明の装置は高度に自動化されているため、加熱 終了信号（ＣＨ＾υＦ・０ンと第１撮像信号（Ｐ、１．・ｌ〉との間の時間間隔 は数秒以下である。このようにして、カメラの像がリアルタイムで作成され、像 処理装置ＣＴＩ　４２に送られる。この装置は更に、パイロットステーションか ら撮像信号（Ｐ、Ｔ、・１）と共にカメラの視域によって探査されるゾーンのオ ーダ番号を表す信号も受容する。この信号によって、装置ＣＴＩ　４２は探査さ れた各目標点の実際位置を再生する。

カメラ３６のデジタル変換器は前記目標点毎に測定信号を発生する１次いで装置 ＣＴＩ　４２からパイロットステーション３４に像作成終了信号（Ｐ、１．・０ ）が送られ、その結果パイロットステーションが基板の並進移動により基板の新 しい探査ゾーンに対してカメラを配置させる（ＰＯＳ・１）、その間に、装置Ｃ ＴＩ　４２が実際位置での像の再生と比較テストとを行う（Ｔ、１．・１）、こ の比較テストの結果は、後で表示できるようにバッファメモリに記憶される。こ れに対し、いわゆる像処理が終了すると、処理終了信号（Ｔ、ｌ・０）が装置Ｃ ＴＩ　４２によりパイロットステーション３４に送られる０図面の実施例では、 処理時間の理由だけで、この信号が移送終了信号（ＰＯＳ＝Ｏ）の発生後に生じ る。

像処理終了信号（Ｔ、１．・０）及び移送終了信号（ＰＯＳ・０）という２つの 信号がパイロットステーション３４によって検出されると、このパイロットステ ーション３４から新しい撮像合図信号（Ｐ、！、・ｌ）が探査すべき新しいゾー ンＺＥＩのオーダ番号と共に送出される。この動作は、加熱終了信号（Ｃ）ＩＡ ＵＦ・０）の発生から経過した時間が妥当性検査時間Ｖｍａｘ　（例えば１００ 秒）を超えない限り、検査ゾーンシーケンスＺＥｉがなくなるまで繰り返される 。前記時間が妥当性検査時間を超えた場合には、パイロットステーション３４が 基板の新たな加熱操作を命令してこの基板のサーモグラフィによる探査を続行さ せる。

勿論、本発明の装置は前述の実施例には限定されず、加熱に関しても赤外線カメ ラに関しても別の装置を使用し得る。本発明ではまた、電荷転送型（ＣＣＤ型） カメラ又は直線走査型カメラを用いることもできる。直線走査型カメラを使用す る場合には、基板がカメラの走査と同期してカメラの前を通過するようにする。

但し、カメラは基板の高さ又は長さを完全にカバーする十分な大きさの視域を有 していなければならない。

ＩＧ−３ 国際調査報告 □□１“Ｋテ／陀％１０００３９ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実装済みプリント回路用基板の検査、特に該基板のはんだ付けの検査を行う 方法であって、少なくとも基板２６（又はそのかなりの部分）を短時間加熱する ステップと、 前記加熱を停止してから、好ましくは停止した直後に、サーモグラフィによって 基板（又はそのかなりの部分）の像を写す撮像ステップと、 基板の検査すべき領域、例えばはんだ配置部分（１４、１６）について、予め決 定した標準値に対する温度偏差を検出することにより前記像を処理するステップ とを含むことを特徴とする方法。 ２．はんだ付け検査にとって許容し得るとみなされる温度偏差の所定閾値を、加 熱停止時に基板（２６）の表面が示す平均加熱温度に応じて選択することを特徴 とする請求項１に記載の方法。 ３．約７０℃の平均加熱温度では、許容し得る温度偏差閾値が３℃に決定される ことを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４．基板の目標点（１０）の表面温度が目標値、特に約７０℃という目標値に到 達した時点で加熱停止命令が出されることを特徴とする請求項１から３のいずれ か一項に記載の方法。 ５．基板の加熱が、特に目標点（１０）の温度の瞬間的測定値に基づいて、例え ば目標温度の近傍で加熱エネルキが漸減する所定の温度上昇曲線が得られるよう に調整されることを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．基板（２６）（又は基板のかなりの部分）の加熱が、例えば石英ランプ熱パ ネルによって、層流的に実施されることを特徴とする請求項１から５のいずれか 一項に記載の方法。 ７．撮像が、８〜１２ミクロンのスペクトル範囲で作動する赤外線カメラ（３６ ）によってリアルタイムで実施されることを特徴とする請求項１から６のいずれ か一項に記載の方法。 ８．撮像が妥当性検査期同Ｖｍａｘの間しか許可されず、この妥当性検査期間が 加熱操作停止時点から始まり、その持続時間が温度偏差の所定閾値に依存し、平 均加熱温度が７０℃であり且つ選択した閾値が３℃の場合には好ましくは１００ 秒であることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載の方法。 ９．プリント回路の選択した点及び基板に実装された回路部品の位置を二次元で 地理学的に位置決めしながら、各基板モデル毎に標準像を決定することを特徴と する請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。 １０．地理学的位置決めを、赤外線カメラ（３６）の空間視域に対応する単位探 査ゾーン（ＺＥｉ）への基板の仮想切断と組合わせ、前記地理学的位置決めによ って基板の検査すべき種々の領域、例えば検査すべきはんだ配置部分の各探査ゾ ーン（ＺＥｉ）内の実際位置を決定することを特徴とする請求項７又は９に記載 の方法。 １１．欠陥があることが認められた領域、例えばはんだに欠陥があることが判明 したはんだ配置部分の実際位置が表示されるようになっていることを特徴とする 請求項１０に記載の方法。 １２．温度偏差検出操作が、基板の検査すべき領域、例えば検査すべきはんだ配 置部分の予め決定した地理学的格子に対応する像点についてのみ実施されること を特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。 １３．基板（２６）（又は基板のかなりの部分）の完全な撮像が、カメラの視域 を基板に対して側方に相対移動させることによって得られ、各カメラ／基板位面 がカメラの視域による単位探査ゾーン（ＺＥｉ）のカバレッジに対応することを 特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。 １４．標準像が、許容し得るとみなされた同一モデルの基準基板に基づいて得た 複数の像の混合によって形成され、この標準像が任意にパラメータ化し得ること を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。 １５．表面実装部品（１２）（ＣＭＳ）を搭載したプリント回路用基板のはんだ 付けを検査するのに使用されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一 項に記載の方法。 １６．請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であ って、 基板上の任意の点の二次元での地理学的位置決め、即ち以後実際位置決定と称す る操作を行うための装置（ＣＸ、ＣＹ、ＣＺ、３４）を備えた基板支持体（２０ ）と、加熱装置（４４、４６、４８、５２）と、赤外線カメラ（３６）及び変換 器を含み、この変換器が単位像の作成によって１ブロックの情報、即ちカメラの 視域の各像点毎に対応像位置とカメラの基本目標視域でカバーされる基板目標点 の温度を表す測定信号とを含む情報を発生させるようになっている撮像装置と、 前記基板支持体（２０）に接続されてカメラの視域の照準を行う装置（３８）と を含み、前記地理学的位置決め装置（ＣＸ、ＣＹ、ＣＺ、３４）が基板に対する カメラの視域の位置を決定するように構成されており、 更に、単位像の作成に対応する情報ブロックを記憶する手段と、 前記地理学的位置決め装置（ＣＸ、ＣＹ、ＣＺ、３４）に接続されて、所与の単 位像作成に対応する情報ブロックの所与の像位置に対応した目標点の実際位置を 求め、且つ各測定信号と実際位置とを対にする手段と、各々が基板の目標点の実 際位置と対になっている複数の標準信号を集合して構成した標準像を記憶する手 段と、 同一実際位置の測定信号と標準信号とを比較する手段と、 問題の実際位置及び比較操作の結果を表示する手段（４４）とを含む像処理装置 （４２）も含むことを特徴とする装置。 １７．基板支持体（２０）が、カメラの視域の照準を行う装置を担持し且つ基板 誘導手段（２４）を具備した固定フレーム（２２）も含むことを特徴とする請求 項１６に記載の装置。 １８．地理学的位置決め装置が三次元タイプ（ＣＸ、ＣＹ、ＣＺ、３４）であり 、カメラの視域の位置を決定し且つ誘導手段（２４）及び照準装置（３８）の駆 動手段（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）を制御して基板（２６）とカメラ（３６）の視域と を相対的に移動させるパイロットステーション（３４）を含むことを特徴とする 請求項１７に記載の装置。 １９．基板の誘導手段（２４）が、基板を２つの直交し合う方向（Ｘ、Ｚ）に移 動させるべく一組の誘導レール（２８、３０、３２）と基板（２６）を担持する キャリジとを含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。 ２０．カメラの視域の照準を行う装置（３８）がキャリジの移動平面（Ｘ、Ｚ） と直角な方向（Ｙ）に従って移動し得るようになっていることを特徴とする請求 項１９に記載の装置。 ２１．パイロットステーション（３４）が撮像装置及び像処理装置（３６、４２ ）を制御し、且つ単位像でカバーされるカメラの目標視域に対応する複数の基本 探査ゾーン（ＺＥｉ）への基板の仮想切断に基づいて単位像の作成及び処理操作 を逐次管理するようになっていることを特徴とする請求項１８から２０のいずれ か一項に記載の装置。 ２２．パイロットステーション（３４）が基板の所定の地理学的探査プログラム に応じて単位像作成オーダを発生させるようになっていることを特徴とする請求 項２１に記載の装置。 ２３．パイロットステーション（３４）が、像処理装置内に配置されていて各測 定信号と実際位置とを対にする機能を果たす手段に向けて、各単位像形成時の使 用基板に対するカメラの視域の瞬間的位置に関する情報を送出するようになって いることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の装置。 ２４．パイロットステーション（３４）が、単位像の作成終了毎に、基板（２６ ）とカメラ（３６）の視域との間の相対移動を命令するようになっていることを 特徴とする請求項２１から２３のいずれか一項に記載の装置。 ２５．パイロットステーション（３４）が、制御ステーション（５４）から送出 された開始信号を受容した時点で撮像及び像処理操作を開始するようになってい ることを特徴とする請求項６又は１２に記載の装置。