JPH04212047A - プリント基板の半田付検査装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板上に実装
された電子部品の半田付け状態を検査するプリント基板
の半田付検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板に電子部品を実装した場合
、この電子部品への半田付けの有無や半田の量が正常か
どうかを検査する必要がある。しかしながら、このよう
な検査を検査員の目視で行ったのでは、検査に長時間を
要し作業能率が悪い上に、検査員への負担も大きなもの
となる。また、このような目視検査では、半田付けの異
常を見過ごしたり見誤ったりするおそれを完全になくす
ことができず、信頼性も低下することになる。

【０００３】そこで、このようなプリント基板の半田付
け状態の検査を自動化する半田付検査装置が従来から開
発されている。この装置は、電子部品を実装したプリン
ト基板に各方向からＸ線を照射することにより透過Ｘ線
の画像を得て、半田付け部におけるこのＸ線の透過量の
データに基づき、半田付けの状態の良否を判定するもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｘ線はエネ
ルギーの高い放射線であるため、これを使用する装置で
はＸ線の被曝防止対策が必要となる。このため、従来の
半田付検査装置は、プリント基板に照射するＸ線が外部
に漏れないようにするための設備が必要となり、装置が
大型化しかつ価格も高くなり、しかも取り扱いが面倒に
なるという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、ＬＥＤ等の通
常光やレーザ光を用いて安価で簡単にプリント基板の半
田付け状態を検出することができる半田付検査装置を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプリント基板の
半田付検査装置は、プリント基板上に実装された部品の
半田付け状態を検査する半田付検査装置であって、プリ
ント基板に複数の角度から光を照射することができる照
明装置、該照明装置による光の照射角度を切り換える照
明制御手段、該照明装置によって照明されたプリント基
板の反射光を撮像し、画像データを出力する撮像装置及
び該撮像装置が出力した画像データを基準データと比較
して半田付け状態の判定を行う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。

【０００７】また、前記照明装置は、レーザ光を照射す
るものとすることもできる。

【０００８】

【作用】照明装置は、ＬＥＤやハロゲンランプ等からの
通常光又は半導体レーザ等からのレーザ光を照射角度を
変えて照射することができる装置である。この場合、照
射角度ごとにＬＥＤ等の光源を設けてもよいし、光源を
移動させて照射角度を変化させるようにすることもでき
る。この照明装置を半導体レーザ等を備えたレーザ光を
照射する装置とすることもできる。

【０００９】照明制御手段は、照明装置によるプリント
基板への光の照射角度を１の検査エリアの検査において
順次切り換える。また、検査エリアを移動するたびに最
適な照射角度に切り換えるようにしてもよい。この際、
撮像手段は、各照射角度ごとにプリント基板の反射光を
撮像し、それぞれの画像データを出力する。そして、こ
の各照射角度ごとの画像データは、判定手段により基準
データと比較され、半田付けの状態の判定が行われる。

【００１０】ここで、プリント基板上における各部品の
半田付け部では、半田付けが正常に行われている場合と
全く行われていない場合、又は、半田が不足の場合や半
田が過剰な場合で、各照射角度ごとに反射光の状態がそ
れぞれ異なる。特に、ある照射角度では反射光の状態が
半田付けの正常なものと類似の態様を示す場合でも、他
の照射角度においては反射光の状態が全く異なる場合が
ある。従って、１の検査エリアにおいて複数の照射角度
における反射光の画像データをそれぞれ基準データと比
較すれば、半田付けの良否を容易かつ確実に判定するこ
とができるようになる。

【００１１】また、半田付け状態が正常な場合を最も容
易に判定し得る照射角度が分かっている場合には、この
１の照射角度のみの照射とすることも可能である。ただ
し、プリント基板上の各部品は形状等が異なることが多
いことから、検査エリアごとにこの最適な照射角度にも
相違が生じる。従って、この場合にも、照明制御手段が
検査エリアを移動するたびに照明装置による光の照射角
度を切り換えれば、いずれの検査エリアにおいても半田
付けの良否を容易かつ確実に判定することができるよう
になる。

【００１２】さらに、照明装置が半導体レーザ等からの
レーザ光を照射できるようにすれば、照射するレーザ光
を精密な平行光線とすることが容易に可能となる。従っ
て、この平行光線となったレーザ光をより正確な角度で
照射することができるので、この照射角度の微妙な相違
による反射光の変化を鋭敏に検出することもできるよう
になり、さらに確実な判定が可能となる。

【００１３】この結果、本発明の半田付検査装置は、プ
リント基板上での通常光やレーザ光による反射を利用し
て半田付け状態の良否を検査することができるため、Ｘ
線を利用する従来装置に比べ、安価で簡単な装置とする
ことができる。また、複数の照射角度における反射光、
又は、検査エリアごとに最適な照射角度での反射光の画
像信号に基づいて比較を行うので、Ｘ線を利用した場合
と同様に確実な検出が可能となる。しかも、目視検査の
場合に比べ、迅速かつ信頼性の高い検査が可能になると
いう特徴を失うこともない。

【００１４】なお、照明制御手段による照射角度の切り
換えは、例えばプリント基板に対して照明装置からの光
が高角度から低角度に連続的に変化するようにしてもよ
いが、予め良品のプリント基板について半田付け部での
反射光が最も明るくなる角度や最も暗くなる角度等のよ
うに、半田付け状態の特徴が抽出され易い１又は２以上
の照射角度を検査エリアごとに装置にティーチングして
おいて、その角度だけ切り換えるようにすることもでき
る。また、判定手段の基準データは、半田付け状態が正
常な良品のプリント基板を同装置で検査することにより
得ることができるが、他の手段によって作成したデータ
であってもよい。さらに、この基準データは、撮像装置
から出力される画像データそのものの他、画像処理を施
したものを用いることもできる。

【００１５】

【実施例】本発明を実施例について以下に説明する。

【００１６】図１乃至図１８は本発明の一実施例を示す
ものであって、図１は半田付検査装置の構成図、図２は
照明装置の構成を示す縦断面図、図３乃至図１０はそれ
ぞれプリント基板上の電子部品の半田付け状態を示す部
分拡大平面図及び部分拡大縦断面図、図１１乃至図１８
はそれぞれプリント基板上に高角度と低角度の照明が行
われた場合の画像信号を示す図と検査エリアの部分拡大
縦断面図である。

【００１７】本実施例の半田付検査装置は、図１に示す
ように、プリント基板１０を載置するＸ−Ｙテーブル１
と、このプリント基板１０に高角度から低角度までの通
常光を照射する照明装置２と、このプリント基板１０を
上方から撮像する撮像カメラ３とを備えている。プリン
ト基板１０上には、ここでは図示しない電子部品のチッ
プが縦横に多数実装され半田付けされている。

【００１８】Ｘ−Ｙ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。

【００１９】照明装置２は、図２に示すように、半球状
の球殻２ａの内面にＬＥＤ２ｂを多数配列したものであ
る。球殻２ａは、プリント基板１０の上方で半球殻を伏
せたように配置された支持体であり、この半球殻の頭頂
部に開口部２ｃが形成されている。ＬＥＤ２ｂは、指向
性の高い高輝度の発光ダイオードであり、球殻２ａの内
面に開口部２ｃを中心にして同心円状に複数段にわたっ
て多数が配列され、それぞれが球殻２ａの中心を向くよ
うに固定されている。従って、これらのＬＥＤ２ｂが例
えば開口部２ｃに近い方から各段ごとに、又は複数段ず
つ順に点灯すると、プリント基板１０上における球殻２
ａの中心付近に位置する検査エリアに、高角度から低角
度にかけて連続的に照射角度を変化させながら照明が行
われることになる。なお、この照明装置２は、光源とし
てＬＥＤ２ｂを使用しているが、ハロゲンランプ等の他
の通常光の光源を用いることも可能である。

【００２０】撮像カメラ３は、ＣＣＤカメラが用いられ
、照明装置２における球殻２ａの開口部２ｃを通してプ
リント基板１０上の検査エリアを撮像するようになって
いる。即ち、照明装置２からの各照射角度の光がプリン
ト基板１０上の検査エリアで反射した光のパターンをア
ナログの画像信号に変換して出力することになる。

【００２１】この撮像カメラ３の出力は、Ａ／Ｄ変換器
４を介して画像処理部５に送られる。Ａ／Ｄ変換器４は
、アナログの画像信号をディジタルデータに変換する回
路である。画像処理部５は、送られて来たディジタルデ
ータに基づいて、光量、光の分布及び照射角度による光
量の変化等の画像データを検出する回路である。この画
像処理部５で検出された画像データは、制御回路６に送
られる。この制御回路６は、マイクロコンピュータから
なり、内部のＲＯＭやＲＡＭに記憶された基準データと
送られて来た画像データとを比較し半田付け状態の判定
を行うようにプログラムされている。基準データは、半
田付けが正常に行われたプリント基板１０について検査
時と同様に照明の照射角度を変えて撮像し画像処理を行
うことによって得たデータを予め記憶しておいたもので
ある。制御回路６による判定結果は、ＣＲＴによる表示
装置７に送られ表示されるようになっている。また、こ
の制御回路６は、Ｘ−Ｙテーブル駆動回路８を介してＸ
−Ｙテーブル１を制御すると共に、ＬＥＤ点灯回路９を
介して照明装置２を制御するようにプログラムされてい
る。Ｘ−Ｙテーブル駆動回路８は、制御回路６からの指
示に基づいて、Ｘ−Ｙテーブル１におけるパルスモータ
１ａ、１ｂにそれぞれ任意数のパルスを送る回路である
。ＬＥＤ点灯回路９は、制御回路６からの指示に基づい
て、照明装置２における任意段のＬＥＤ２ｂを点灯させ
る回路である。

【００２２】上記構成の半田付検査装置の動作を説明す
る。

【００２３】プリント基板１０がＸ−Ｙテーブル１上に
載置されると、制御回路６がＸ−Ｙテーブル駆動回路８
に信号を送り、プリント基板１０を最初の検査エリアに
移動させる。この際、プリント基板１０は、照明装置２
における球殻２ａの中心部に最初の検査エリアが位置す
るように移動する。この移動が完了すると、制御回路６
がＬＥＤ点灯回路９に信号を送り、照明装置２のＬＥＤ
２ｂを開口部２ｃに最も近い段から順に点灯する。従っ
て、プリント基板１０の当該検査エリアには、高角度か
ら低角度にかけて照射角度が連続的に変化する照明が行
われる。また、撮像カメラ３は、このＬＥＤ２ｂの点灯
が行われている間に、プリント基板１０上の当該検査エ
リアを撮像し、各照射角度ごとの画像信号を順次出力す
る。撮像カメラ３から出力された画像信号は、Ａ／Ｄ変
換器４によってディジタルデータに変換されて画像処理
部５に送られる。画像処理部５では、このディジタルデ
ータに基づいて、当該検査エリアにおける光量、光の分
布及び照射角度による光量の変化等の画像データを検出
し、これを制御回路６に送る。制御回路６は、この画像
データを基準データと比較し、この比較結果が許容範囲
内かどうかにより半田付け状態の判定を行うと共に、こ
の判定結果を表示装置７に表示させて当該検査エリアの
検査を終了する。そして、再び制御回路６がＸ−Ｙテー
ブル駆動回路８に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ると、上記と同様の処理が繰り返さ
れ、最後の検査エリアの検査が終了することによりプリ
ント基板１０の全ての半田付け状態の検査が完了する。

【００２４】ここで、半田付けが正常に行われている場
合には、図３及び図４に示すように、プリント基板１０
上のランド部１２と電子部品１３の電極１３ａとの間に
適当な角度（４５°前後）をなして半田１１が溶着され
ることになる。しかし、半田付けが全く行われなかった
場合には、図５及び図６に示すように、ランド部１２や
電極１３ａが露出したままとなり、半田１１が溶着して
いない。また、半田付けは行われても半田１１が不足し
ている場合には、図７及び図８に示すように、この半田
１１が電子部品１３の電極１３ａに十分溶着せず、ラン
ド部１２に対する角度が小さくなる。さらに、半田１１
が過剰な場合には、図９及び図１０に示すように、この
半田１１がランド部１２上で球状に膨らんで溶着される
ことになる。そして、これら種々の半田付け状態のプリ
ント基板１０に上記照明装置２からの光を照射角度を変
化させて照射すると、その反射光やこれによる画像信号
がそれぞれ図１１乃至図１８に示すような態様を呈する
。

【００２５】即ち、半田付けが正常に行われている場合
に高角度の光が照射されると、図１２の右側に示すよう
に、適当な角度をなした半田１１によって光が横方向に
反射され、撮像カメラ３側にはほとんど戻らないことに
なる。そして、この撮像カメラ３が撮像した画像信号は
、図１１の右側に示すように、半田１１部分の輝度のみ
が暗く（低く）なる。また、低角度の光が照射されると
、図１２の左側に示すように、適当な角度をなした半田
１１によって光が上方に反射されるので、撮像カメラ３
からの画像信号は、図１１の左側に示すように、半田１
１部分の輝度のみが明るく（高く）なる。上記制御回路
６における基準データは、このような画像信号について
の光量、光の分布及び照射角度による光量の変化等の画
像データを予め記憶しておいたものである。

【００２６】これに対して、半田付けが全く行われなか
った場合に高角度の光が照射されると、図１４の右側に
示すように、露出したランド部１２での反射光が上方を
向くので、画像信号は、図１３の右側に示すように、本
来半田１１が溶着されるべきランド部１２での輝度が明
るくなる。また、低角度の光が照射されると、図１４の
左側に示すように、ランド部１２（及び電極１３ａ）で
の反射光が横方向に向かうので、画像信号は、図１３の
左側に示すように、ランド部１２での輝度が暗くなる。 このため、半田付けが行われていない状態では、照射角
度の高低による半田１１部分（実際にはランド部１２）
の画像信号の輝度変化が正常な場合と全く逆になるので
、画像処理部５において光量、光の分布及び照射角度に
よる光量の変化等の画像データを検出し制御回路６にお
いて基準データと比較すれば、これらを容易に判別する
ことができる。

【００２７】また、半田１１が不足した場合に高角度の
光が照射されると、図１６の右側に示すように、低角度
で溶着した半田１１により反射光が斜めに向かうため、
画像信号は、図１５の右側に示すように、半田１１部分
の輝度のみが中間調となる。そして、低角度の光が照射
されたときも、図１６の左側に示すように、半田１１で
の反射光が斜めに向かうので、画像信号は、図１５の左
側に示すように、半田１１部分の輝度のみが中間調とな
る。しかも、この場合には、図１６から明らかなように
、半田１１での反射光が上向きとなり画像信号の輝度が
明るくなる光の照射角度が高角度と低角度との中間に生
じる。このため、半田１１が不足する半田付け状態では
、高角度と低角度で照射した場合の半田１１部分の画像
信号の輝度がほとんど同じ中間調で、間に高輝度となる
照射角度が存在することになるので、容易に他の場合と
判別することができる。特に、高角度の光を照射した場
合の画像信号は、上記図１１の右側に示した正常な場合
と類似したものとなるが、照射角度が低角度になるに従
って半田１１部分の輝度が一旦明るくなり再び暗くなる
という変化を生じるため、基準データの光量変化等に基
づく比較を行えばこれらが誤判定されるおそれはない。 なお、上記から明らかなように、照射角度の変化によっ
て半田１１部分の輝度が大きく変化する場合、この輝度
が最も明るくなるときの照射角度を検出すれば、この半
田１１の角度、即ち半田量を知ることができる。そして
、この輝度が最も明るくなる照射角度が高角度であるほ
ど半田量か少ないことになる。

【００２８】さらに、半田１１が過剰な場合には、図１
８に示すように、照射角度によらず球状の半田１１によ
って光が様々な方向に反射されるため、画像信号は、図
１７に示すように、半田１１部分の一部のみが高輝度と
なる。このため、半田１１が過剰な半田付け状態では、
高輝度となる部分が照射角度の変化によってある程度移
動するだけで類似の画像信号となり、容易に他の場合と
判別することができる。特に、正常な場合も含めて他の
半田付け状態では、照射角度の変化によって必ず画像信
号の輝度に大きな変化が生じるので、基準データの光量
変化等に基づいて比較を行えば、これらが誤判定される
おそれはない。

【００２９】従って、本実施例の半田付検査装置は、プ
リント基板１０上での通常光の反射を利用して半田付け
状態の良否を検査することができるため、安価で簡単な
装置とすることができる。また、複数の照射角度におけ
る反射光の画像信号に基づいて基準データとの比較を行
うので、確実な検出が可能となる。しかも、制御回路６
のマイクロコンピュータによって迅速かつ信頼性の高い
検査が可能になる。

【００３０】なお、上記実施例では、プリント基板１０
上の各検査エリアごとに、照明装置２による光の照射角
度を高角度から低角度に向けて連続的に変化させたが、
半田付け状態を確実に判定し得る、例えば正常な半田付
け状態の場合にのみ半田１１部分の輝度が最も明るくな
るような照射角度を予め選択し、この照射角度でのみＬ
ＥＤ２ｂを点灯させるようにしてもよい。ただし、上記
では、半田付け状態における反射光の変化の標準的な場
合を示したが、これは電子部品１３の大きさやランド部
１２の面積等によってそれぞれある程度変化するもので
ある。このため、１の照射角度でのみ判定を行う場合に
も、検査エリアごとにこの照射角度は変更する必要が生
じる。従って、この際には、半田付け状態が正常な良品
のプリント基板１０について予め高角度から低角度まで
の照射角度で検査を行い、それぞれの検査エリアごとに
操作により最適な照射角度を装置にティーチングするよ
うにしてもよい。ここで、ティーチングされた照射角度
のデータは、基準データと共に制御回路６内のＲＡＭに
記憶され、各検査エリアごとにこのデータを読み出して
ＬＥＤ点灯回路９を制御することになる。もっとも、こ
のように照射角度を限定する場合にも、この照射角度を
複数に設定することにより検査の信頼性をより向上させ
ることができる。

【００３１】本発明の他の実施例を図１９及び図２０に
基づいて説明する。

【００３２】本実施例は、図２０に示すように、照明装
置２における前記図１に示したＬＥＤ２ｂを半導体レー
ザ素子２ｄに代えたものである。半導体レーザ素子２ｄ
は、照射するレーザ光を正面に向けてコリメートした光
源であり、球殻２ａの内面に開口部２ｃを中心にして同
心円状に複数段にわたって多数が配列され、それぞれが
球殻２ａの中心を向くように固定されている。従って、
プリント基板１０上におけるこの球殻２ａの中心位置の
検査エリアでは、各半導体レーザ２ｄからのレーザ光が
ＬＥＤ２ｂの場合よりもさらに正確な角度で平行光線と
して照射されるようになる。また、本実施例では、図１
９に示すように、照明装置２を制御するためにレーザ点
灯回路１４が用いられている。このレーザ点灯回路１４
も、前記図１に示したＬＥＤ点灯回路９と同様に、制御
回路６からの指示に基づいて、照明装置２における任意
段の半導体レーザ素子２ｄを点灯させる回路である。

【００３３】上記構成によれば、図１乃至図１８に示し
た実施例の場合に加えて、照明装置２の半導体レーザ素
子２ｄがより精密な平行光線をプリント基板１０の検査
エリアに照射することができるので、照射角度の微妙な
相違による反射光の変化を鋭敏に検出することができる
ようになり、さらに確実な判定が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の
プリント基板の半田付検査装置によれば、安価でかつ簡
単な装置によって確実に半田付け状態の良否を検査する
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】図１の実施例に於ける照明装置の構成を示す縦
断面図である。

【図３】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に正常な半田付けが行われた
場合の部分拡大平面図である。

【図４】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に正常な半田付けが行われた
場合の部分拡大縦断面図である。

【図５】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に半田付けが行われなかった
場合の部分拡大平面図である。

【図６】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に半田付けが行われなかった
場合の部分拡大縦断面図である。

【図７】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に半田付けが不足した場合の
部分拡大平面図である。

【図８】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に半田付けが不足した場合の
部分拡大縦断面図である。

【図９】図１の実施例を説明するためのものであって、
プリント基板上の電子部品に過剰な半田付けが行われた
場合の部分拡大平面図である。

【図１０】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に過剰な半田付けが行われ
た場合の部分拡大縦断面図である。

【図１１】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に正常な半田付けが行われ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの画像信号
を示す図である。

【図１２】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に正常な半田付けが行われ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの部分拡大
縦断面図である。

【図１３】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に半田付けが行われなかっ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの画像信号
を示す図である。

【図１４】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に半田付けが行われなかっ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの部分拡大
縦断面図である。

【図１５】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に半田付けが不足した場合
に高角度と低角度の照明を行ったときの画像信号を示す
図である。

【図１６】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に半田付けが不足した場合
に高角度と低角度の照明を行ったときの部分拡大縦断面
図である。

【図１７】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に過剰な半田付けが行われ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの画像信号
を示す図である。

【図１８】図１の実施例を説明するためのものであって
、プリント基板上の電子部品に過剰な半田付けが行われ
た場合に高角度と低角度の照明を行ったときの部分拡大
縦断面図である。

【図１９】本発明の他の実施例の構成を示す図である。

【図２０】図１９の実施例に於ける照明装置の構成を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

２　　照明装置 ３　　撮像カメラ（撮像装置） ５　　画像処理部 ６　　制御回路（判定手段） ９　　ＬＥＤ点灯回路（照明制御手段）１０　　プリン
ト基板 １１　　半田 １３　　電子部品

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板上に実装された部品の半田付
   け状態を検査する半田付検査装置であって、プリント基
   板に複数の角度から光を照射することができる照明装置
   、該照明装置による光の照射角度を切り換える照明制御
   手段、該照明装置によって照明されたプリント基板の反
   射光を撮像し、画像データを出力する撮像装置、及び該
   撮像装置が出力した画像データを基準データと比較して
   半田付け状態の判定を行う判定手段を備えているプリン
   ト基板の半田付検査装置。
2. 【請求項２】前記照明装置がレーザ光を照射するもので
   ある、請求項１に記載の半田付検査装置。