JPH0395443A - はんだ付検査装置 - 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、プリン１一基板等におけるはんだ付部検査装
置に関する。

〔従来の技術〕

ブリンＩ・基板等に電子部品を実装する際、はんだ付に
より実装されるが、はんだ付状態が電子回路の信頼性を
大きく左右するため、はんた付部の検査が必要である。

従来のはんだ付検査は、第２図に示す方式の装置によっ
て行っていた。図中１は、電子部品のリード、２ははん
だ付部、３はプリント基板、４はランド部、５は、はん
だ付部フィレット、６は光源、７は、ＴＶカメラ、８は
欠陥判定部である。はんだ付部２において斜面となって
いる部分をフィレソトと呼ぶ。従来装置では、１つまた
は複数の光源６で斜方向からフイレツ１一部５を照明し
、プリント基板３の上方に配置したＴＶカメラ７でフイ
レット部５からの反射光を検出する。フィレット部の法
線方向をｎとすると、光源６とｎのなす角と、ＴＶカメ
ラとｎのなす角度が等しくなる時、光源６からの光がＴ
Ｖカメラ７に正反射し、最も明るく検出される。正常な
はんだ付部フィレッ１〜中央部の法線方向は、ある範囲
内におさまっているので、正常なはんだ付部フィレット
部の法線方向をはさんで等しい角度位置に光源とＴＶカ
メラを配置しておけば、ＴＶカメラには、フィレット部
のある決まった位置に光源の正反射像が明るく検出され
る。第３図に正常はんだ付部の理想的な検出像の一例を
示す。図中９はリード、１０ははんだ付フィレット部、
ｌ１は光源の反射光の検出像である。光源正反射光部が
最も明るく、次にリード，プリント基板の順に明るく検
出されフィレット部分は光源の正反射光部分を除いて暗
く検出される。

はんだ付量に過不足があるとフィレッ１一部形状が変化
し傾斜角も変わる。その結果、反射光はＴＶカメラ側に
反射せず、検出されない。

従って、フィレット相当部からの反射光の有無により、
はんだ付の良否を判定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

はんだ付部の信頼性を正碓に把握するには、はんだ量と
、り−１くおよびランド部とはんだとの濡れ状態を知る
必要がある。従来方式では、フイレットに、ある傾斜角
を持った部分があるか否かのみで良否を判定しており、
定量的なはんだ量の測定や、濡れ状態が測定できず、検
査の信頼性か低かった。

また、実際のプリン１へ基板には多くの電子部品が高い
密度で実装されるため、注目するはんだ付部のすぐ近く
に別のはんだ付部や金属部分などの反射率の高い鏡面が
存在する。従来技術では、光源の方向と検出器であるＴ
Ｖカメラとの角度か一定であるので，フィレッｌ・部か
らの反射光かあれは、フィレッＩ・部がある良品範囲山
の傾きを右しているとみなして、良否を判定していた。

これに対し、近くに鏡面が存在すると、その鏡面からの
反射光がはんだフィレット部に再び反射することになり
、ＴＶカメラ検出イ象の中に複数の反射光輝点が検出さ
れたり，本来、欠陥があるため、何の反射光も得られな
いはずのフィレットから反射光が検出されることかあり
、正しい欠陥判定ができないという欠点があった。

本発明の目的は、これらはんだ付部フィレッｈ部におけ
る光源の直接反射光以外の別の部品からの反射光（以降
、２次反射光と呼ぶ）を除去し、高密度に実装されたプ
リン１へ基板においても、はんだ付フィレット部の形状
が定量的な測定を可能にしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するために、第７図に示す構或をとる。

第７図中ｌは光源群、２はライトガイド群、３は偏光板
、４はハーフミラー、５は偏光板、６はミラー、７，８
はカメラ、９は二値化回路、１０はマスキング回路、２
１ははんだ付された部品のリード、２２ははんだ付部フ
ィレット、２０は検査部品が搭載されているプリント基
板である。

偏光板３は、検査対象であるはんだ付部を有するプリン
ト基板２０に対して平行、または、垂直いずれか一方の
方向に光源１の光を偏光させる。

偏光板５は、偏光面が、偏光板３の偏光面と直交するよ
うにする。

光源およびライトガイドを複数個用い、それぞれの先端
を検査しようとするフィレッ１・部を中心に、基板に苅
して異なる角度で、基板２０と直角、リードと平行面内
に縦一列に配置する。ライトカイ１・先端は、フィレッ
１へと等距離になるようにそろえる。光源はそれぞれ独
立に点灯可能とする。

はんだのような電磁波を吸収する表面に、Ｐ偏光または
、Ｓ偏光成分のどちらか一方の成分をもか った光が入射した場合には、反射光の偏光面は回転せず
、その結果、反射光の入射光の偏光面と直交する偏光面
方向の成分がゼロとなるが、Ｐ偏光でもＳ偏光でもない
光が入射すると、偏光面が回転するため、種々の偏光方
向成分をもつだ円偏光となることを利用し、フィレッ１
へ反射光から２次反射光を除去するようにしたものであ
る。

また、複数の光源を用いて複数の角度でフイレットを照
明し、それぞれの反射光輝点位置を求める。各々の輝点
位置とそれに対応する光源の方向から、複数の位置での
フィレッ１一面傾きを求めることにより、フィレット形
状、ならびに、はんだ量を測定することにより、定量的
に、はんだ付状態の良否を判定しようとするものである
。

〔作用〕

第８図により金属面での偏光の反射光強度について説明
する。第８図に示すように、入射光の偏光方向と入射面
とのなす角をψ１，反射光側の偏光板の偏光透過軸方向
と入射面とのなす角をφ２、Ｐ偏光の振幅反射率をｒ．
．Ｓ偏光の振幅反射率をｒ５、Ｐ偏光のエネルギー反射
率をＲ，，偏光板を通過した光の強度を■。．Ｐ偏光成
分とＳ偏光成分との反剖先の位相差を△φとすると、偏
光板を通過した反則光の強度■は次式で与えられる。

■（ψ１，ψ２）＝ＴｏＲｐ　（ρ２Ｓ１ｎ”ψ１゜ｓ
ｉｎ２ψ，＋ｃｏｓ２ψ１’ｃｏｓ２ψ２１　， 十一ρｓｌｒ１・２ψ１・ｓｉｎ２φ２・Ｃｏｔ！Δφ
）（１）２ ここでρ＝−　である。

ｒｐ ψ，＝９０’即ち光源にＰ偏光をかけるとＩ　（９０’
　，ψ２）　＝　ＩワＲ，ρ”ｓｉｎ２ψ２（２）とな
る。従って、反射側の偏光板をψ２＝Ｏ゜のとき、反射
強度がＯ、ψ２＝９０゜のとき反射強度が最大の工（９
０゜，９０゜）＝Ｉ。Ｒ，ρ２となる。すなわち、光源
からの直接反射（１次反射）？は、光源をフィレットに
対してＰ変更した場合、検出側偏光板をψ２＝０にすれ
ば、反射光が全く検出されず、ψ２＝９０゜にすれば最
も明るく検出される。

一方、光源の光が一旦、別の部品に反射したあとフィレ
ットに反射する場合、光源の偏光方向とフィレットに対
してＰ偏光にしているので、別の部品の反射面に対して
は、Ｐ偏光にはならない。

従って、（１）式においてψ■≠Ｏ゜となり、反射光は
偏光方向が回転し、かつ、Ｐ偏光方向以外の偏光成分を
もつ。さらに、この反射光かフィレッ１一部に入射する
ので、ディレット部にとっても、Ｐ偏光にはならず、も
はや、フィレット部反射光にψ２＝○゜となる方向の偏
光板を通しても、透過光強度はＯとならない。従って、
他部品からの２次反射光のみが検出される。

以上から第７図中偏光板３をフィレットに対してＰまた
はＳ偏光になるように設置し、偏光板５の偏光面を偏光
板３と直交するように設置するとＴＶカメラ７には他部
品からの２次反射光のみが検出される。一方ＴＶカメラ
８には偏光板をつけていないので、フィレットからの直
接反射光も２次反射夕Ｃも検出される。従って、ＴＶカ
メラ８の出力から、ＴＶカメラ７で明るく検出されてい
る部分をマスキングすれば、直接反射光のみが検出され
る。例えは、第９図に示すような直接反射光３工と２次
反射光３２がＴＶカメラ８で検出されたどき、ｉ’　Ｖ
カメラ７では、第ｌｏｌ１に示すように２次反射光成分
３２のみが検出される。これを第７図中９に示した２値
化回路で明るい部分を検出し、ＴＶカメラ８の出力（第
６図）に対してマスクをかけれは、その出力には、第１
１図レこ示すように、直接反射光のみが残り、２次反射
光を除去することができる。

次に、第１２図にて、複数光源によるはんだ量、フィレ
ット形状測定方法について述人る。光源は第４図に示し
たように、それぞれ異なった角度で入射する。フィレッ
ト部の傾斜は場所によって異なるので、それぞれ異なっ
た位置で正反射による輝点が観測される。それぞれの光
源の入射角を第？２図に示すようにＯ。，０１，θ２・
・・，それに対応する輝点の位置を（Ｘｏ＋　ｙｏ）　
ｒ　　（Ｘ■，ｙエ），（　Ｘ２１　ｙ２）　”’とす
ると、（Ｘｏ＋　ｙｏ）＋　　（Ｘ＋＋Ｖ．）＋　（Ｘ
２＋　：Ｙ２）でのフイレツ１〜傾斜角はそれぞれＯ。

，０１，θ２　・・となる。基板からはんだ表面までの
高さを２とすると、 である。輝点の間隔を△Ｘとすると、△Ｘが十分小さく
なるように光源角度θのステップを小さくとれば で表わせる。またＯははんだ表面に沿ってなめらかに変
化するから、△Ｘの区間の平均傾き０を△Ｘの両端での
θの平均値と近似てきるから、Ｚはの漸化式により、次
々に求めることができる。

これによって、フィレット部の断面形状を求めることが
できる。

また、光源はリードの延長方向、基板に垂直な面内に並
んでいるから、ｙ方向の断面を第１３図に示すと、常に
峰部で正反射状態となり、最高の反射光強度を示すはず
である。正常なはんだ付部はリードおよびランド中央か
らまっすぐ峰がのびているはずであり、もし、輝点がＸ
軸方向に直線上に並らんでいなかったり、リードとラン
ドの中央からずれた位置にある場合は、リードずれ、ま
たは、ボイド等の欠陥があることが判定できる。

リードおよびランド表面は基板に対してほぼ平行である
ので第７図で示した基板上方から、基板に対して垂直に
照明することにより、容易に求めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図中
、１ａはＬＥＤ　（発光ダイオード）による光源群、１
ｂはリング照明装置、２は光ファイバ群、３は偏光板、
４はハーフミラー、５は偏光板６はミラー、７，８はＴ
Ｖカメラ、９は二値化回路、１０はマスキング回路、１
工はウィンＩくウ発生回路、１２はゲート回路、工３は
Ａ／Ｄコンバータ、１４はフレームメモリ、王５は同期
信号発生回路、１６はステージ位置決め回路、コ−７は
ＸＹステージ、工８はマイクロコンピュータシステム、
１９ははんだ付部位置情報、２０は検査対象が搭載され
たプリン１〜基板、２１は、２０上に実装された部品，
２２は検査対象であるはんだ付部フィレッ１〜である。

光ｉｌ７Ｘｌａの光は、ライトガイド２により、偏光板
３を通してはんだ付部フィレッ１−に入射する。

ライトガイドの角度は、プリント裁板垂直方向から、５
°毎に１５゜〜８００とする。光′＃ＸｌａのＬＥＤは
マイクロコンピュータシステムの指示により、１つ１つ
独立に点灯される。

フィレッ１・２２からの反射光は、ハーフミラー４で分
岐され、プリント基板２０に垂直方向の光路に偏光板５
、その後方にＴＶカメラ７を配置する。ハーフミラー４
のもう一方の分岐光はミラー６でハーフミラーによって
鏡像になった画像を元にもどし、ＴＶカメラ８て検出す
る。偏光板３の偏光方向はプリント基板に垂直、偏光板
５の偏光方向は、入射面と平行とする。ＴＶカメラ７と
８は同一視野を同一倍率で検出するように位置決めする
。さらに、同期信号発生回路１５により、同一同期で暉
動する。従って、ＴＶカメラ７と８は同一時刻には、同
一場所の検出信吐を出力する。

マイクロコンピュータシステム１８は、あらかじめ教示
されたはんだ付位置情報ｌ９すなわち、ブリン１・基板
２０内でのＸ＋　ｙ座標を読み込み、ステージ位置決め
回路に、指令を出して、ステージ１７を肚動し、検査す
べきフイレット２２が、ライトガイド２の光軸延長線」
二に来るように位置決めする。

ＴＶカメラ７は、偏光板５を通すため直接反射光以外の
光、すなわち、２次反射光が検出される。

ＴＶカメラ７の出力信号を二値化回路９で二値化し、光
っている部分を１、そうでない部分をＯとする。ＴＶカ
メラ８は、全偏光成分、すなわち、直接反射光および２
次反射光か検出されている。

ＴＶカメラ８の出力をマスキング回路上０に入力する。

マスキング回路１０は、二値化回路９の出力が工のとき
○、二値化回路７の出力がＯのとき、ＴＶカメラ８の出
力をそのまま出力する。ウインドウ発生回路工１は、マ
イクロコンピュータシステム１８から検査すべきフィレ
ットのＴＶカメラ視野内における位置を入力し、検査対
象フィレッ１−に対して、第２図中２３で示したような
１つのフィレッ１−のみを含むようなウィンドウを設定
し、同期発生回路１５のタイミングにより、」二記ウィ
ンドウ部を検出中１を、その他の部分を検出中０をゲー
１・回路１２に対して出力する。ゲー１・回路１２の出
力は、Ａ／Ｄ変換され、フレームメモリ１４に２次元画
像として入力される。

マイクロコンピュータエ８により、光源１ａを１つずつ
点灯させては、フレームメモリ１４に輝点を入力し、マ
イクロコンピュータ１８により、フレームメモリ１４内
の最大値のＸ＋　ｙ座標をもとめる。以上により、各光
源毎の輝点座標列をもとめる。次に光源１ａをすべて消
しリングライ１〜？ｂを点灯させる。このとき、二値化
回路９の出力が常にＯになるようにしきい値を上げ、マ
スキング回路１０は、ＴＶカメラの出力を隼１こそのま
ま、ウィンドウ回路ｌ２に出力するようにする。

この状態でフレームメモリ１４に画像を入力すると、第
３図に示すような画像が得られる。マイクロコンピュー
タｌ８により、Ｘ軸への投影を求める。第４図にＸ軸へ
の投影波形例を示す。リード根元力向から先端方向に向
かって波形イ直をしらべ、あるしきい値以下になった点
Ｘ，により、リード先端を求め、ｘ　＜　ｙ　Ｌの範囲
でｙ軸への投影波形を求める。第５図にｙ軸への投影波
形例を示す。

波形の立上りｙ，■および立下り点ｙ，■がリートの両
わきである。ｙＬ２とｙｔｚの中点と、前述の光源１ａ
を次々に点灯して得られる輝点のｙ座標を比較し、ある
しきい値と上の差があれば、リードすれ、があると判断
する。また、輝点ｙ座標のばらつきがある一定値以上の
場合、ボイドがあると判断する。また、輝点Ｘ座標列を
使って、（３）式からフィレッ１〜形状Ｚ　（ｘ）を求
め、あらかじめ教示してあるフィレッ１〜形状ＺＴ（Ｘ
）との距離ＤＤ三Σ　（Ｚ　（ｘ）　一（ｘ）　）　　
　　　（４）がある正のしきい値以上である場合をはん
た過剰、ある負のしきい値以下である場合をはんだ不足
と判定する。

マイクロコンピュータ１８は、」二記判定処理が終了す
ると次のフィレット２４を検査すべく、ウィン１・ウ回
路１１に次のウィンドウ２５の座｛票をセットする。以
下、ＴＶカメラ視野内の全フィレッｌヘの検査が終了す
るまで、ウィンｌ＜ウを移動させては検査を行う。ＴＶ
カメラ視野内の全フィレットの検査が終了したら、ステ
ージ暉動回路上６に新ため指令を出し、ステージｌ７を
移動させ、ＴＶカメラに新しいフィレッ１〜が検出でき
るようにする。

以上の動作を繰返し、同一方向の全リードのフィレット
部について検査する。他方向のリード・フィレッ１へ部
については、第６図に示すように、偏光板５を光源１ａ
とライトガイド２を９０゜ず１５ つ回して検査を行う。

本実施例では光源としてＬＥＤを用い、順次点灯させた
が、それぞれ波長の異なる光原を用いカラーカメラを用
いて独立に検出してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、他部品からの２次反射光が除去され、
かつ、フィレット形状が定量的に検出できるので、従来
のような欠陥の見落が低減され、検査信頼性が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第上図は本発明の一尖施例の錨成図、第２図はウィント
ウ発生回路の発生するウィンドウ位置の説明図、第３図
は、リングライ１へによる照明例を示す説明図、第４図
はＸ軸への投影波形例の説明図、第５図はｙ軸への投影
波形例の説明図、第６図は、他方向リードの検出例の説
明図、第７図は本発明の原理説明図、第８図は２次反射
防止の原理図、第９図は、フィレノト形状測定の原理図
、第１０図はフィレット上面図、第ｔ１図はｙ方向フィ
レッ１〜断面図、第１２図は複数光源によるは■６ んだ量フィレッ１・形状測定方法の説明図、第ｌ３図は
ｙ方向断面の場合の説明図である。 １ａ・・・光源、ｌｂ　　リングライト、２　ライＩ〜
ガイド、３・・・偏光板、４・ハーフミラー、５　・偏
光板、６・・・ミラー、７，８　・ＴＶカメラ、９値化
回路、１０・・マスキンク回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．金属から成る対象物を斜方から照明する手段と、対
   象物からの正反射光を検出する手段を有する装置におい
   て、照明光を対象物に対してＰまたはＳ偏光となるよう
   に偏光する手段と、対象物からの反射光のうち、照明光
   の偏光面と直交する偏光成分のみを検出する手段と、反
   射光のうち、すべての偏光成分を検出する手段と、すべ
   ての偏光成分の検出信号から、前述の偏光方向のみの成
   分の検出信号において、明るく検出された部分に対応す
   る部分の信号を、除去する手段を有し、対象物以外の物
   体からの２次反射光を除去し、光源の直接反射光のみを
   検出することを特徴とするはんだ付検査装置。