JPH04212005A - 半田ペーストの印刷状態検査装置 - 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、部品実装のためにプリント基板に印刷された
半田ペーストの印刷状態を検査する印刷状態検査装置に
関する。

（従来の技術） プリント基板への電子部品の表面実装を自動化する場合
、まずプリント基板上の所定位置に半田ペーストを印刷
し、次にこのプリント基板に部品を仮止めし、最後にリ
フロー炉を通して半田付けを行うようにしている。そし
て、これまでは、プリント基板の半田付け状態をこのリ
フロー炉による半田付け工程の終了後に検査していた。

しかしながら、プリント基板の高密度実装化のため、例
えばＪリードを有するＬＳＩ等のように電子部品の裏面
側で半田付けを行うものが使用されるようになり、この
場合には、半田付け工程の終了後に検査を行うことが困
難となる。また、電子部品の半田付け状態は、プリント
基板に半田ペーストを印刷したときの印刷状態の良否に
大いに影響を受けるものである。このため、従来におい
ても、リフロー炉による半田付け工程の前に、半田ペー
ストの印刷状態を検査する必要が生じていた。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような半田ペーストの印刷状態を検査員
による目視によって検査していたのでは、不良を見過ご
す可能性を完全に排除することができず、検査員への負
担も大きくなる。しかも、検査員の目視検査では、作業
効率が悪いために、半田ペーストの印刷から部品の取り
付け及び半田付けに至る作業を一連の自動化工程とする
ことができない。そこで、このような半田ペーストの印
刷状態を迅速かつ確実に検査する自動装置が従来から要
請されていた。

また、半田ペーストの印刷状態を検査する装置としては
、スリット光をプリント基板に投影して、その投影パタ
ーンを撮像し、得られた画像信号から半田の欠落、位置
ずれ等を判定するものが使用されていた。しかし、従来
のスリット光投影法は、検出分解能は視野範囲に依存し
ている、即ち精度と速度が完全なトレードオフであり、
しかも座標値はスリット上でしか得られないので計測点
の密度が粗いという欠点を有している。また、測定対象
面の三次元的形状に依存したスリット光のズレ量を検出
する際に１つのスリットが隣接するスリットと重なるこ
とがあるため、正確なズレ量が得られないという欠点も
有している。そのため、リトライを行ったり、スリット
に色を付ける等の空間コード化等に於ける工夫が必要で
ある。このため、従来の印刷状態検査装置では、計測時
間短縮には限度がある。

本発明は、上記事情に鑑み、プリント基板に光を照射し
てその反射面の高さを検出し、これを基準データと比較
することにより、半田ペーストの印刷状態を迅速かつ確
実に検査することができる半田ペーストの印刷状態検査
装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明の半田ペーストの印刷状態検査装置は、プリント
基板上に印刷された半田ペーストの印刷状態を検査する
印刷状態検査装置であって、プリント基板に斜め上方か
ら光パターンを投影する投影手段、該投影された光パタ
ーンによってプリント基板上に形成されたパターンを撮
像する撮像手段、及び該撮像手段が出力した画像信号に
基づいて、プリント基板上に印刷されている半田ペース
トの量又は厚さを得て、印刷状態の良否を判定する判定
手段を備えており、そのことにより上記目的が達成され
る。

前記光パターンは、縞状とすることもできる。

この縞状パターンの強度は、正弦波状に変化しているの
が好ましい。

また、前記光パターンは、格子状とするのが好適である
。

前記投影手段は、液晶ライトバルブを備えているのが好
ましい。

本発明の他の半田ペーストの印刷状態検査装置は、プリ
ント基板に光パターンを投影する投影手段を備えており
、プリント基板上に印刷された半田ペーストの印刷状態
を検査する印刷状態検査装置であって、該投影手段中の
光路の光学要素が反射面で構成されており、そのことに
より上記目的が達成される。

（実施例） 本発明を実施例について以下に説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は印刷状態検査装置の構成を示す図、第２図
（イ）〜（ニ）はそれぞれ４画面分の画像メモリに記憶
された各画像を示す図である。

本実施例の印刷状態検査装置は、第１図に示すように、
プリント基板１０を載置するＸＹテーブル１と、このプ
リント基板１０にスリット光パターンを照射する照明装
置２と、このプリント基板１０を上方から撮像するＣＣ
Ｄカメラ３とを備えている。プリント基板１０上には、
半田ペースト１０ａが基板面よりも僅かに盛り上がって
印刷されている。ＸＹテーブル１は、パルスモータ１ａ
、１ｂの駆動により、載置したプリント基板１０をＸ−
Ｙ方向の任意位置に移動させる装置である。

照明装置２は、プリント基板１０に斜め方向から光を照
射する照明装置であり、光源からの光を液晶パネルを介
して照射することにより、Ｘ方向又はＹ方向に沿って照
度が正弦波状に変化する縞状パターンをプリント基板１
０上に写し出すようになっている。また、この縞状パタ
ーンは、液晶パネルを制御することによりその位相を任
意に移動させることができるようになっている。

照明装置２は、冷却装置を有する液晶ライトバルブを備
えるようにすることもできる。液晶ライトバルブに冷却
装置を設けることにより、投影パターンのコントラスト
が安定するので、検査精度がより向上する。

ＣＣＤカメラ３は、ＸＹテーブル１によって設定された
プリント基板１０上の検査エリアを撮像し、画像信号を
出力する撮像装置である。上記ＸＹテーブル１は、ＸＹ
テーブルコントローラ４を介して、コンピュータ装置５
にプリント基板１０の移動を制御するようになっている
。また、照明装置２も、照明コントローラ６を介して、
コンピュータ装置５によって縞状パターンの位相を制御
されるようになっている。このコンピュータ装置５は、
ＸＹテーブルコントローラ４に指示信号を送ることによ
りプリント基板１０上の検査エリアの移動を行うと共に
、照明コントローラ６に指示信号を送ることにより各検
査エリアごとに縞状パターンの位相を４分の１ピッチず
つシフトさせた４種類の照明を行うようにプログラムさ
れている。

ＣＣＤカメラ３から出力された画像信号は、ディジタル
信号に変換されて、分配器７を介し画像メモリ８に送ら
れ記憶される。画像メモリ８は、検査エリアの画像信号
を４画面分記憶することができる記憶装置である。そし
て、分配器７は、各検査エリアごとにＣＣＤカメラ３か
ら順に送られて来る縞状パターンの異なる４画面の画像
信号をこの画像メモリ８の各領域に順次記憶させる回路
である。このようにして画像メモリ８に記憶された画像
信号は、上記コンピュータ装置５に送られる。コンピュ
ータ装置５は、送られて来たこの４画面分の画像信号を
画像処理することにより、検査エリア内における各部の
高さを検出すると共に、これに基づいてプリント基板１
０の基板面よりも盛り上がった半田ペースト１０ａの印
刷範囲や印刷半田の量等のデータを算出し、このデータ
を予め記憶しておいた基準データと比較して半田ペース
ト１０ａの印刷状態の良否を判定するようにプログラム
されている。

上記構成の印刷状態検査装置の動作を説明する。

プリント基板１０がＸＹテーブル１上に載置されると、
まずコンピュータ装置５がＸＹテーブルコントローラ４
に移動量等のデータと共に指示信号を送り、プリント基
板１０を最初の検査エリアに移動させる。この検査エリ
アは、例えばＣＣＤカレラ視野の大きさを単位としてプ
リント基板１０上を予め分割して定めておいたものであ
る。次に、コンピュータ装置５は、照明コントローラ６
に縞状パターン等のデータと共に指示信号を送り、照明
装置２に格子パターンの照明を開始させると共に、この
縞状パターンの位相を４分の１ピッチずつシフトさせて
４種類の照明を順次切り換えさせる。また、このように
して縞状パターンの位相がシフトする照明が行われてい
る間に、ＣＣＤカメラ３は、これら各照明ごとに検査エ
リアを撮像し、それぞれ４画面分の画像信号を順次出力
する。すると、画像メモリ８が分配器７を介してこれら
の画像信号を順次記憶すると共に、この記憶した画像信
号をコンピュータ装置５に送り出す。

ここで、縞状パターンの位相が４分の１ピッチずつシフ
トした際の検査エリアの画像は、第２図（イ）〜（ニ）
のようになる。この図から明らかなように、プリント基
板１０に写し出された格子パターンは、基板面上と半田
ペースト１０ａ上との間でもその高さの相違から僅かな
位相のずれを生じる。そこで、コンピュータ装置５では
、これら４画面の画像信号をもとに、位相シフト法（縞
走査法）によって検査エリア内の各部の反射面の高さを
算出する。また、この各部の高さのデータに基づいて、
基板面より高くなった半田ペースト１０ａの印刷領域が
占める範囲を検出し、この範囲内での各部の高さを積分
することにより印刷半田の量を算出する。そして、この
ようにして求めた印刷半田の量等のデータを予め記憶し
ておいた基準データと比較し、この比較結果が許容範囲
内かどうかによって、その検査エリアにおける半田ペー
スト１０ａの印刷状態の良否を判定する。なお、この基
準データは、例えば良品のプリント基板１０について同
様の画像処理を施して予めコンピュータ装置５内のＲＯ
Ｍ等に記憶しておいたものを用いる。

このようにして最初の検査エリアの検査が終わると、再
びコンピュータ装置５がＸＹテーブルコントローラ４に
指示信号を送り、プリント基板１０を次の検査エリアに
移動させ、以下全ての検査エリアの検査が完了するまで
同様の処理を繰り返す。この結果、本実施例の印刷状態
検査装置は、コンピュータ装置５の制御により検査エリ
アを移動しながら順次画像処理を行うことにより、プリ
ント基板１０上の半田ペースト１０ａの印刷状態を高速
かつ確実に検査することができる。

以上説明したように、本実施例では、縞状パターンの位
相をずらせて得た画像信号にもとづき位相シフト法によ
り半田ペースト１０ａの相対的な高さを検出している。

第３図及び第４図に、本発明の他の実施例を示す。第３
図は印刷状態検査装置の構成を示す図、第４図はＣＣＤ
カメラによって撮像された画像を示す図である。なお、
上記第１図及び第２図に示した実施例と同様の機能を有
する構成部材には同じ符号を付する。

本実施例の印刷状態検査装置の場合も、第３図に示すよ
うに、プリント基板１０を載置するＸＹテーブル１と、
このプリント基板１０に格子パターンの光を照射する照
明装置２と、このプリント基板１０を上方から撮像する
ＣＣＤカメラ３とを備えている。そして、ＸＹテーブル
１は、第１図及び第２図の実施例の場合と同様に、コン
ピュータ装置５によってＸＹテーブルコントローラ４を
介しプリント基板１０上の検査エリアの移動を制御され
る。

ただし、照明装置２は、プリント基板１０に斜め方向の
格子パターンの光を照射する光源を２つ持ち、これらは
互いに直交する方向から光を照射するようになっている
。また、この格子パターンも、線状のパターンが等間隔
に密に並んだものであり、位相の変化しない固定された
ものであるため照明コントローラを介したコンピュータ
装置５による制御は行っていない。この結果、プリント
基板１０上には、第５図に示すように、等間隔の多数の
線が直交して碁盤の目状に写し出されることになる。ま
た、半田ペースト１０ａが印刷された領域では、反射面
が基板面よりも高くなるため、図示のように格子パター
ンの線が連続せずに間隔ｐのずれを生じる。ＣＣＤカメ
ラ３は、このプリント基板１０上に写し出された格子パ
ターンを撮像し、画像信号を画像メモリ８に送るように
なっているが、１画面分の画像信号のみで処理を行うた
め分配器は不要となる。

上記画像メモリ８に記憶された画像信号は、第１図及び
第２図の実施例の場合と同様にコンピュータ装置５に送
られる。しかし、コンピュータ装置５では、送られて来
た１画面分の画像信号に基づいて画像処理を行う。即ち
、まず画像信号における格子パターンの各線を順に追跡
し、その不連続部分で上記第４図に示した格子パターン
の線のずれ量ｐを検出する。このずれ量ｐ（μｍ）は、
画像信号上において何画素（ピクセル）分のずれがある
かによって検出される。そして、格子パターンの照明の
照射角度をαとし、画素間のピッチをｎとして、下記の
式により反射面の高さの差Ｈ（μｍ）を算出する。

（ここで、ｎは１画素の長さ（μｍ））この反射面の高
さの差Ｈが半田ペースト１０ａの厚さとなるため、以下
は第１図及び第２図の実施例の場合と同様の処理により
、この半田ペースト１０ａの印刷状態を検査することが
可能となる。

以上説明したように、本実施例では、格子パターンの線
のずれを検出することにより半田ペースト１０ａの相対
的な高さを検出している。

第５図及び第６図に、本発明のさらに他の実施例を示す
。第５図は印刷状態検査装置の光学系の構成を示す斜視
図、第６図は同じく光学系の構成を示す正面図である。

なお、上記第１図乃至第４図に示した実施例と同様の機
能を有する構成部材には同じ符号を付する。

本実施例の印刷状態検査装置は、第５図に示すように、
ＸＹテーブルに代えて往復移動のみが可能な検査ステー
ジ１１を用い、この上にプリント基板１０を載置するよ
うになっている。また、このプリント基板１０の上方に
は、第５図及び第６図に示すように、再帰型結像光学系
１２が配置されている。

この再帰型結像光学系１２は、レーザヘッド１２ａから
照射されたレーザビームＡをミラー１２ｂ、１２ｂを介
してポリゴンミラー１２ｃに導くようになっている。レ
ーザヘッド１２ａは、変調素子とビームエキスパンダが
内蔵されている。ポリゴンミラー１２ｃは、各側面が鏡
面となる正多角形の角柱であり、図示しないモータによ
って回転され、反射したレーザビームＡを一方向に繰り
返し走査させる。そして、この走査を行うレーザビーム
Ａは、さらにミラー１２ｄ、台形ミラー１２ｅ、凹面鏡
１２ｆ、凸面鏡１２ｇ及び前記台形ミラー１２ｅで反射
されて、プリント基板１０上に照射されるようになって
いる。従って、このレーザビームＡは、ポリゴンミラー
１２ｃによって主走査を行うと共に検査ステージ１１の
移動によって副走査が行われ、これによってプリント基
板１０上の全領域に順次照射されることになる。

このようにしてプリント基板１０上に照射されたレーザ
ビームＡの反射光Ｂは、ほぼ垂直に配置された垂直ミラ
ー１２ｈでまず反射された後、台形ミラー１２ｅから上
記とは逆の経路を経てこの再帰型結像光学系１２を逆行
する。ただし、この反射光Ｂは、第６図に示すように、
先のレーザビームＡとは光軸にずれがあるため、ポリゴ
ンミラー１２ｃで反射されてからは、レーザヘッド１２
ａ側には戻らず、ミラー１２ｉを介してＰＳＤ１２ｊに
再結像されるようになっている。この際、反射光Ｂとレ
ーザビームＡの光軸のずれ量は、レーザビームＡが反射
された反射面の高さに比例する。従って、このＰＳＤ１
２ｊ上での結像位置の変化を調べれば、プリント基板１
０上の各部の反射面の相対的な高さを検出することがで
きる。そして、本実施例の印刷状態検査装置は、上記レ
ーザビームＡの走査を行いながら、反射光Ｂの結像位置
から順次プリント基板１０上の各部の反射面の高さを検
出し、これを予め良品のプリント基板１０についての各
部の高さの基準データと比較することにより、リアルタ
イムで半田ペースト１０ａの印刷状態の検査を行う。ま
た、上記第１図乃至第４図に示した実施例と同様の画像
処理により検査を行ってもよい。

以上説明したように、本実施例では、プリント基板１０
にレーザビームＡを照射して、この反射光Ｂの光軸のず
れによって半田ペースト１０ａの相対的な高さを検出し
ている。また、本実施例における再帰型結像光学系１２
では、全て反射面によって光学系を構成しているので収
差が発生せず、しかも、反射面の数も少ない構成として
いるのでフレアーを抑制することができ、ＰＳＤ１２ｊ
上での結像コントラストが高くなり精密な検査を行うこ
とができるようになる。

（発明の効果） 以上の説明から明かなように、本発明の印刷状態検査装
置によれば、迅速かつ確実に半田ペーストの印刷状態を
検査することができるようになるので、生産ラインにお
けるプリント基板の実装工程を停めることなく連続した
自動処理が可能となり、しかも、正確な検査によって半
田付け不良を未然に防止し、生産性の向上を図ることが
できる。

また、本発明によれば、半田ペーストの印刷状態を高精
度に計測することができるようになるので、高速検査が
可能となる。

４、図面の簡単な説明 第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は印刷状態検査装置の構成を示す図、第２図
（イ）〜（ニ）はそれぞれ４面分の画像メモリに記憶さ
れた各画像を示す図、第３図及び第４図は、本発明の他
の実施例を示すものであって、第３図は印刷状態検査装
置の構成を示す図、第４図はＣＣＤカメラによって撮像
された画像を示す図、第５図及び第６図は、本発明のさ
らに他の実施例を示すものであって、第５図は印刷状態
検査装置の光学系の構成を示す斜視図、第６図は同じく
光学系の構成を示す正面図である。

２…照明装置、３…ＣＣＤカメラ、５…コンピュータ装
置、８…画像メモリ、１０…プリント基板、１０ａ…半
田ペースト、１２…再帰型結像光学系。

以上 出願人　シャープ株式会社 代理人　弁理士　山本秀策

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板上に印刷された半田ペースト
   の印刷状態を検査する印刷状態検査装置であって、プリ
   ント基板に斜め上方から光パターンを投影する投影手段
   、 該投影された光パターンによってプリント基板上に形成
   されたパターンを撮像する撮像手段、及び 該撮像手段が出力した画像信号に基づいて、プリント基
   板上に印刷されている半田ペーストの量又は厚さを得て
   、印刷状態の良否を判定する判定手段 を備えている半田ペーストの印刷状態検査装置。
2. 【請求項２】前記光パターンが縞状である請求項１に記
   載の半田ペーストの印刷状態検査装置。
3. 【請求項３】前記縞状パターンの強度が正弦波状に変化
   している請求項２に記載の半田ペーストの印刷状態検査
   装置。
4. 【請求項４】前記光パターンが格子状である請求項１に
   記載の半田ペーストの印刷状態検査装置。
5. 【請求項５】前記投影手段が、液晶ライトバルブを備え
   ている請求項１に記載の半田ペーストの印刷状態検査装
   置。
6. 【請求項６】プリント基板に光パターンを投影する投影
   手段を備えており、プリント基板上に印刷された半田ペ
   ーストの印刷状態を検査する印刷状態検査装置であつて
   、 該投影手段中の光路の光学要素が反射面で構成されてい
   る半田ペーストの印刷状態検査装置。