JPH04283607A - 半田未着検出方法及び半田検出装置 - 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、表面実装部品などの半
田付け部分における適否を検査する半田未着検出方法及
び半田検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の実装部品の小型化により、その実
装状態および半田付けの良否を検査する工程においては
検査対象が微細化し、従来のような人間による目視検査
では対応が不可能となりつつある。そこで、検査工程を
自動化するために、より高速で信頼性の高い自動外観検
査装置が強く求められている。

【０００３】図２に従来の実装部品半田検査装置におけ
る計測データ処理系ブロック図を示す。図２の光源１か
ら出た照射ビームＬは、検査対象部品３の半田部に当た
る。その反射光Ｒは、例えば斜め上方に配置される撮影
系２で撮像され、撮像出力が信号処理回路４を経て、画
像入力回路５から画像メモリ６に入力される。この画像
メモリ６の画像データをＣＰＵ７及び画像処理回路８で
処理することにより、種々の検査を行う。図３及び図４
に計測原理図を示す。検査対象部品３の真上から照射さ
れた照射ビームＬ（例えば、レーザ光）は、基板３ｂ上
のフットパターン３ｃに半田付けされたチップ部品３ａ
及び半田斜面で反射され、レンズ２ａを介して斜め方向
に設置された撮影系２に入射する。撮影系２の光センサ
としてＰＳＤ（位置センサ素子）を用いた場合、反射光
の強度に対応した輝度を有する画像が反射光の入射位置
に対応して得られる。従ってＰＳＤの出力により反射点
の高さ位置を計算することができ、半田面の高さが規定
範囲外であれば、半田付け不良（半田未着）と判定でき
る。

【０００４】なおＰＳＤは、方形受光面を持つフォトダ
イオードの四辺に４つの電極（Ｘ，Ｙ二対）を設け、光
スポットが当たった位置に生成された電荷が、光電流と
して各電極までの距離に反比例して受光面の抵抗層によ
って分割されて各電極から取出されるように構成された
周知の素子であってよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田斜面にお
ける反射光はその材質から、部品表面や基板表面におけ
る反射光よりかなり強く、また半田斜面で反射した後、
半田斜面以外で１回以上反射したいわゆる多重反射光も
センサにとって十分な光強度を持っている。したがって
、本来１ケ所しかない反射位置が複数個存在し、計測を
擾乱してしまうことになる。

【０００６】多重反射によって高さ計測値がどのように
擾乱されるかを図５及び図６に示す。なお、図７（ａ）
は検査対象であるチップ部品３ａの平面図であり、図７
（ｂ）は７図（ａ）の視点矢印の方向から見た半田部分
３ｄの拡大側面図である。半田部分３ｄは部分球と考え
ることができる。図５（ａ）は撮影系２の側に多重反射
光が生じる場合で、光源１からの照射光Ｌは、半田面が
鏡面であることから、そのほとんどが半田斜面手前側の
基板面への反射光となり、残りのごく一部が正しい位置
での反射光として撮影系に入射する。基板面では乱反射
に近い状態で反射するので、その一部が多重反射光とし
て撮影系２に入射する。撮影系２から見ると、この多重
反射光はその延長線と照射光入射方向の延長線との交点
からの反射光として観測されるために、実際の高さより
ｈ１　だけ低い高さでの反射光であると計測される。

【０００７】また、図６（ａ）の場合、半田斜面での反
射光は、撮影方向と反対側の基板面に当たる。このとき
は、逆に実際の高さよりｈ２　だけ高い位置での反射光
と見なされることになる。これらの例のように２つ以上
の入射光がある場合には、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に
示すようにＰＳＤでは入射光量の積分値の中央に入射し
ているものと検知される。したがって、正しい高さが計
測されず、半田部分全体の高さ計測値は図８のように計
測される。

【０００８】即ち、部品３ａの左側では、半田部分３ｄ
よりも高い値が観測され、部品の右側では基板３ｂより
も低い値が観測される。以上のような理由により、半田
表面の形状が正しく計測できないため、半田量の計量が
困難で半田未着欠陥かどうかの判定が難しかった。図１
９に、図１３に対応した従来の半田不良検査のデータ処
理手順を参考に示す。図１３と同様にステップＳ１で部
品位置を認識し、次にステップＳ２で半田高さ計測位置
を決定する。この際、図８の半田部分３ｄの中央部を計
測位置とし、他の多重反射のある領域を除外する。次に
ステップ半田高さの計測をステップＳ３で行い、計測値
が所定値より高いか否かをステップＳ５で判定し、部品
と半田未着欠陥品とを区別する（ステップＳ６，Ｓ７）
。このように、従来では、多重反射の情報を除外してい
るので、計測位置の精度が十分でないことに起因して誤
判定が生じ易かった。

【０００９】本発明は上述の問題にかんがみ、多重反射
の存在下において半田未着欠陥を検出することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は各発明に対応する
原理を説明するための半田未着検出系である。同図にお
いて請求項１記載の半田未着検出方法は、表面実装され
た部品の半田部分に対し照明光を走査し、その反射光に
基いて半田部分の高さデータを求め、高さデータから多
重反射を示す情報を抽出し、抽出された多重反射情報に
基いて半田未着欠陥を検出するものである。

【００１１】また、請求項７記載の半田未着検出装置は
、表面実装された部品３ａの半田部分３ｄに対し照明光
を走査する光源１と、その反射光を撮影系２で撮影して
得た信号に基いて半田部分の高さデータを求める計測手
段８ａと、高さデータから多重反射を示す情報を抽出す
る抽出手段８ｂと、抽出された多重反射情報に基いて半
田未着欠陥を検出する検出手段８ｃとを備えるものであ
る。

【００１２】

【作用】半田部分３ｄは鏡面に近いので多重反射が生じ
、高さ計測データに多重反射による誤データが混入する
。この誤データと真データを分離するには高精度の位置
決定座標系を必要とするが、本各発明では、多重反射の
状態と半田部分３ｄの形状とが相関を持つことを利用し
、多重反射データを含む高さ計測データの処理（統計的
処理など）により多重反射情報を抽出し、抽出された多
重反射を示す情報に基いて半田未着欠陥を抽出する。

【００１３】

【実施例】図９は高さ計測領域を示すチップ部品３ａの
平面図で、半田部分３ｄの全体を含むように高さ計測領
域３ｅが設定されている。この領域３ｅの位置、大きさ
は部品サイズや電極部の形状および正常に半田付けされ
ている場合の半田量などを勘案して、部品ごとに設定さ
れている。

【００１４】設定された高さ計測領域において、照射ビ
ームを走査する。そしてＰＳＤ２の受光位置及び光量に
対応して計測された図８の高さ計測値に対して、高さ頻
度（データ個数）の分布図（ヒストグラム）を作成する
。図１０（ａ）は、半田付けが良品の場合の頻度分布図
であり、同図（ｂ）は不良品（半田未着欠陥のあるもの
）の頻度分布図である。

【００１５】図１０（ａ）に示すように良品の場合には
電極部の半田によって多重反射が起きているため、同図
（ｂ）の未着欠陥の場合と比較して、高さ計測値の分布
が広がることがわかる。この両者の高さ計測値の分布を
比較すると、良品の高さ計測値の方が（１）分散が大き
くなる、（２）最大値そのものが大きくなる、（３）最
小値そのものが小さくなる、（４）最大値と最小値の差
が大きくなる、という性質があることがわかる。したが
って、各々の項目に対して半田未着時と正常時の値から
、あらかじめ良否判定のしきい値を設定しておくことに
よって、半田未着欠陥かどうかの判定ができる。

【００１６】また、図１１に示すように高さ計測領域を
例えば２つに分割して、それぞれの領域３ｆ，３ｇ内で
の高さを計測し、その値とエリアの位置関係から欠陥判
定を行うこともできる。図５（ａ）および図６（ａ）か
らわかるように、撮影方向側の高さ計測値が低くなり、
反対側が高く計測される傾向があるので、領域３ｆ，３
ｇごとの高さの代表値（単純平均値あるいは重み付け平
均値など）を求め、その大小関係と位置関係の組み合わ
せから未着欠陥かどうかの判定ができる。例えば、図１
２（ａ）に示すように、良品では領域３ｆ，３ｇの代表
値は高、低の関係を有し、図１２（ｂ）に示すように欠
陥品では領域３ｆ，３ｇの代表値は中、中（差が小さい
）の関係を有する。

【００１７】図１３は、実施例の半田不良検査のデータ
処理手順を示す概略動作フローチャートである。まずス
テップＳ１で部品位置を認識し、次に、図９に示すよう
な半田高さ計測領域３ｅを部品位置に基いて決定する。 次に図３，図４に示した計測原理に基いて、ステップＳ
３で半田高さの計測を行い、図８に示した位置、高さの
計測データに基いてステップＳ４で多重反射の有無又は
多重反射の量を検出する。そしてステップＳ４の検出結
果に基いてステップＳ５で多重反射の状態（明瞭に識別
できる多重反射があるか否か）が判定される。その結果
で、半田付け部分の良品と未着欠陥品とを弁別する（ス
テップＳ６，Ｓ７）。

【００１８】図１４は、図１３における多重反射の検出
ステップＳ４の検出アルゴリズムの一例を示す動作フロ
ーチャートで、この例では高さ計測値の分散の大小を判
定パラメータとしている。まずステップＳ４−１で領域
内の高さ平均値を求め、次にステップＳ４−２で領域内
の各データの平均値との差分を求め、その積分により分
散を計算する。次にステップＳ４−３の判定で、求まっ
た分散が所定値より大きいとき多重反射があるとし（ス
テップＳ４−４）、小さいとき多重反射がないとする（
ステップＳ４−５）。

【００１９】図１５は、多重反射検出の別のアルゴリズ
ムを示す動作フローチャートで、この例では高さ最大値
と最小値とをステップＳ４−１０，Ｓ４−１１で求め、
ステップＳ４−１２で最大値が所定値よりも大きいか又
は最小値が所定値より小さいことを判定し、これらの何
れかが成立したとき、多重反射があるとし（ステップＳ
４−１３）、何れも成立しないとき多重反射がないと判
定する（ステップＳ４−１４）。

【００２０】図１６は、多重反射検出の更に別の動作フ
ローチャートを示す。この例では、高さ最大値と高さ最
小値をステップＳ４−２０及びＳ４−２１で求め、更に
ステップＳ４−２２で最大値と最小値の差分を求めて、
差分が所定値より大きいか否かをステップＳ４−２３で
判定している。差分が所定値より大きい場合には、多重
反射があるとし（ステップＳ４−２４）、所定値に達し
ない場合には、多重反射がないとする（ステップＳ４−
２５）。

【００２１】図１７は、多重反射検出の更に別の動作フ
ローチャートを示す。この例では、図１２に示すように
、検出領域を複数の領域３ｆ，３ｇに分割し、各分割領
域ごとに高さを代表する値（単純平均値、重み付け平均
値、最大値）を求める（ステップＳ４−３０）。次に、
ステップＳ４−３１で分割領域に関する高さ高低分布の
組合せパターンを求め、ステップＳ４−３２でその分布
が所定の分布パターンと一致するか否かを判定する。一
致すれば、多重反射があると判定し（ステップＳ４−３
３）、一致しなければ、多重反射がないと判定する（ス
テップＳ４−３４）。

【００２２】図１８は、多重反射検出のもう１つのアル
ゴリズムを示す。この例では、複数（例えば３つ以上）
の分割領域ごとに高さ平均値を計算する（ステップＳ４
−４０）。次にステップＳ４−４１及びＳ４−４２で、
平均値が最大の領域と、平均値が最小の領域とを夫々特
定し、所定の高低分布パターンと一致するか否かをステ
ップＳ４−４２で判定する。そして一致の判定があれば
、多重反射があるとし（ステップＳ４−４３）、一致し
なければ、多重反射なしとする（ステップＳ４−４４）
。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上述のように、光の反射を利用
して計測した半田部分の高さデータから多重反射情報を
抽出し、抽出した多重反射情報に基いて半田未着欠陥を
検出するように成されている。従って、高さデータから
多重反射に影響されていない真のデータを分離するため
の高精度の位置座標決定系を必要とせずに、高さデータ
の処理のみで半田未着欠陥を検出することができ、半田
不良の検査システムを簡略にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す半田未着欠陥検出系のブロ
ック図である。

【図２】計測データの処理系を示すブロック図である。

【図３】反射光による半田高さ計測の原理図である。

【図４】反射光による半田高さ計測の原理図である。

【図５】（ａ）は多重反射光の光路を示す図で、（ｂ）
は検出出力を示す図である。

【図６】（ａ）は多重反射光を示す図で、（ｂ）は検出
出力を示す図である。

【図７】（ａ）は検出対象のチップ部品の平面図で、（
ｂ）は半田部分の拡大側面図である。

【図８】半田部分と高さ計測値との対応を示す分布図で
ある。

【図９】高さ計測領域を示すチップ部品の平面図である
。

【図１０】高さ測定値の頻度分布図で、（ａ）は半田良
品、（ｂ）は半田未着欠陥品である。

【図１１】分割された高さ計測領域を示すチップ部品の
平面図である。

【図１２】分割領域の半田高さデータの分布図であり、
（ａ）は半田良品、（ｂ）は半田未着欠陥品である。

【図１３】半田不良検査のデータ処理手順を示す動作フ
ローチャートである。

【図１４】図１３の多重反射検出のアルゴリズムの１つ
を示す動作フローチャートである。

【図１５】図１３の多重反射検出のアルゴリズムの１つ
を示す動作フローチャートである。

【図１６】図１３の多重反射検出のアルゴリズムの１つ
を示す動作フローチャートである。

【図１７】図１３の多重反射検出のアルゴリズムの１つ
を示す動作フローチャートである。

【図１８】図１３の多重反射検出のアルゴリズムの１つ
を示す動作フローチャートである。

【図１９】図１３に対応した従来の半田不良検査のデー
タ処理手順を示す動作フローチャートである。

【符号の説明】

１…光源 ２…撮影系 ３…検査対象部品 ３ａ…チップ部品 ３ｄ…半田部分 ４…信号処理回路 ５…画像入力回路 ６…画像メモリ ７…ＣＰＵ ８…画像処理回路 ８ａ…高さ計測手段 ８ｂ…多重反射情報抽出手段 ８ｃ…半田未着欠陥検出手段

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面実装された部品の半田部分に対し
   照明光を走査し、その反射光に基いて半田部分の高さデ
   ータを求め、高さデータから多重反射を示す情報を抽出
   し、抽出された多重反射情報に基いて半田未着欠陥を検
   出することを特徴とする半田未着検出方法。
2. 【請求項２】　　上記多重反射情報が上記高さデータの
   分散であることを特徴とする請求項１記載の半田未着検
   出方法。
3. 【請求項３】　　上記多重反射情報が上記高さデータの
   最大値及び最小値であることを特徴とする請求項１記載
   の半田未着検出方法。
4. 【請求項４】　　上記多重反射情報が、上記高さデータ
   の最大値と最小値との差であることを特徴とする請求項
   １記載の半田未着検出方法。
5. 【請求項５】　　上記高さデータが上記半田部分を複数
   に分割した各分割領域に割当てられていると共に、上記
   多重反射情報が各分割領域での高さデータの代表値に基
   く領域全体の高低パターン情報であることを特徴とする
   請求項１記載の半田未着検出方法。
6. 【請求項６】　　上記高さデータが上記半田部分を複数
   に分割した各分割領域に割当てられていると共に、上記
   多重反射情報が各分割領域での高さデータの平均値につ
   いてその最大値及び最小値に対応する分割領域の領域全
   体に関する分布パターン情報であることを特徴とする請
   求項１記載の半田未着検出方法。
7. 【請求項７】　　表面実装された部品の半田部分に対し
   照明光を走査する光源と、上記半田部分からの反射光に
   基いて半田部分の高さデータを求める計測手段と、当該
   高さデータから多重反射を示す情報を抽出する抽出手段
   と、当該抽出された多重反射情報に基いて半田未着欠陥
   を検出する検出手段とを備えることを特徴とする半田未
   着検出装置。
8. 【請求項８】　　上記多重反射情報が上記高さデータの
   分散であることを特徴とする請求項７記載の半田未着検
   出装置。
9. 【請求項９】　　上記多重反射情報が上記高さデータの
   最大値及び最小値であることを特徴とする請求項７記載
   の半田未着検出装置。
10. 【請求項１０】　　上記多重反射情報が、上記高さデー
    タの最大値と最小値との差であることを特徴とする請求
    項７記載の半田未着検出装置。
11. 【請求項１１】　　上記高さデータが上記半田部分を複
    数に分割した各分割領域に割当てられていると共に、上
    記多重反射情報が各分割領域での高さデータの代表値に
    基く領域全体の高低パターン情報であることを特徴とす
    る請求項７記載の半田未着検出装置。
12. 【請求項１２】　　上記高さデータが上記半田部分を複
    数に分割した各分割領域に割当てられていると共に、上
    記多重反射情報が各分割領域での高さデータの平均値に
    ついてその最大値及び最小値に対応する分割領域の領域
    全体に関する分布パターン情報であることを特徴とする
    請求項７記載の半田未着検出装置。