JPH0668442B2 - 印刷回路板のパタ−ン検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的方式による印刷回路板の外観検査装置
に係り、特に印刷回路板に対する焦点合せを自動化する
パターン検査装置に関する。

〔従来の技術〕

印刷回路板のパターン検査を行うために光学的方法を使
った検査装置が知られている（たとえば特開昭56−1680
4号公報など）。この方法は印刷回路板の表面を撮像手
段によって撮像し、得られた配線パターンの像からその
良否を判定するものである。この場合印刷回路板表面に
ついて視野の明るさを充分確保するために、対物レンズ
の開口径は大きいものが用いられる。さらに配線パター
ンが高密度化しているため充分な解像度を得る必要があ
り、一般に撮像手段の焦点深度は小さい。たとえば印刷
回路板用の外観検査装置として焦点深度が大きくなるよ
う設計しても±300μｍ（精度±５μｍのとき）程度で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

外観検査装置の焦点深度は一般に上記のようなものであ
るが、一方印刷回路板にはそりやねじれがある。たとえ
ば日本プリント基板工業会規格によれば、そりやねじれ
によるプリント基板面と垂直な方向への変位は長さが20
0mmの両面プリント基板の場合、その長さの1.3％以下と
規定されている。（1983年合成樹脂工業会発行の印刷配
線板規格対照集による）。従って長さ200mmのプリント
基板の場合最大2.6mm程度の変位が生じている可能性が
ある。このためそりの大きい印刷回路板について上記の
ように小さい焦点深度をもつ撮像手段の焦点を調整しな
いで印刷回路板全体を連続走査しながら外観検査を行う
ことはほとんど不可能な状態であった。

本発明の目的は、そりやねじれのある印刷回路板に巨視
的に追随して自動的に焦点合せを行いながら外観検査を
行うパターン検査装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、印刷回路板の配線パターンを撮像する撮像手
段についてその配線パターンに対する焦点を合わせる方
向にこの撮像手段を駆動する手段と、この撮像手段と一
体に駆動され印刷回路板と撮像手段との間の間隔を計測
し電気量の大きさで出力する変位センサと、この変位セ
ンサの出力を焦点に対応する所定の電気量と比較しその
差分を０とする方向に撮像手段を駆動するよう制御する
手段とを設けた印刷回路板のパターン検査装置を特徴と
する。

さらに本発明は、撮像手段によって撮像され２値化して
画像メモリに格納された配線パターンの画像を識別し、
変位センサが配線パターン上に位置付けられているとき
には上記の制御手段が撮像手段を駆動するのを抑止する
手段を設けた印刷回路板のパターン検査装置を特徴とす
る。

〔作用〕

本発明のパターン検査装置は、変位センサを設け、この
変位センサの検出出力が印刷回路板の撮像手段に対する
焦点からずれているかどうか検出し、この焦点ずれを補
正するように自動焦点合せを行うので、印刷回路板のそ
りやねじれによって生じる焦点ずれに対し動的な補正を
しながらパターン検査を行うものである。

さらに本発明のパターン検査装置は、変位センサが配線
パターン上に位置付けられているときに上記の補正を一
時中止する。これによって印刷回路板の配線パターンや
スルーホールのように３次元的な凹凸のある印刷回路板
に対して精度よく変位センサを適応でき、上記の焦点ず
れの補正が高い精度で行える。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す印刷回路板のパター
ン検査装置の概略構成を示す構成図である。１は検査対
象となる印刷回路板、５はその上に印刷回路板を載置し
図でＸ方向に移動するＸテーブル、７はＸテーブル５を
Ｘ方向に駆動するＸ軸モータ、６はＸテーブルより上の
部分を載置し図でＹ方向に移動するＹテーブル、８はＹ
テーブル６をＹ方向に駆動するＹ軸モータ、９はベース
となる架台である。10はＸ軸モータ７およびＹ軸モータ
８を駆動するモータ制御回路である。モータ制御回路10
はＸ軸モータ７を介してＸテーブル５を連続送りし、Ｘ
方向の送りが一方の終端に達するごとにＹ軸モータ８を
介してＹテーブル６をステップ送りする。２は一次元セ
ンサであり、Ｘ方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿って
たとえば1024個の画像センサ素子が並べられており、対
物レンズ（図示せず）を介して反射光による印刷回路板
１上の配線パターンの像をとらえるものである（照射光
を供給する光源は図示していない）。４は一次元センサ
２を図でＺ方向（上下方向）すなわち焦点を合せる方向
に駆動するＺ軸モータである。一次元センサ２にはＸ方
向に沿って２つの変位センサ３−1,3−２が取り付けら
れている。一次元センサ2,変位センサ３−１および変位
センサ３−２の中心はＸ方向を向いた一直線上にある。
変位センサ３−1,3−２は印刷回路板１と該変位センサ
との間の間隔を計測する装置である。たとえば光学式の
変位センサの場合、印刷回路板１上に光を照射し、その
反射光をリニアセンサによってとらえるものである。印
刷回路板と変位センサとの間の間隔が変動すると、反射
光をとらえるリニアセンサの素子が変わるから、リニア
センサを走査することによってその走査時間の変化を電
圧の大きさに置き換えることができる。いずれにしても
変位センサ３−１、３−２は印刷回路板と該変位センサ
との間の間隔に応じた電気量を出力する。なお変位セン
サは２つあり、後述するように印刷回路板１を図で右方
向に駆動するときには変位センサ３−２の出力を選択
し、左方向に駆動するときには変位センサ３−１の出力
を選択する。18はモータ制御回路10が出力するＸテーブ
ル５の移動方向についての情報に応じて変位センサ３−
1,3−２いずれかの出力を選択し、選択された出力をＺ
軸モータ４を駆動するためのパルスに変換し、Ｚ軸モー
タ４を駆動するモータ制御回路である。この回路は、変
位センサ３−１または３−２が検出する印刷回路板１と
該変位センサとの間の間隔の変動に追随して一次元セン
サ２の焦点が合うように一次元センサ２をＺ軸モータ４
の駆動によって移動させ、その焦点距離を調整する。な
おモータ制御回路18の詳細については後述する。11は一
次元センサ２がとらえた印刷回路板１表面の画像信号を
２値化する２値化回路である。12は２値化された１次元
画像を２次元画像として一時的に蓄積するための画像メ
モリである。画像メモリ12はシフトレジスタ構成となっ
ており、Ｘテーブル５の移動速度すなわち一次元センサ
２の走査速度に合わせてたとえば新たに入力された画像
情報が1024ビットずつ順次格納され、古い画像情報が10
24ビットずつ順次シフトアウトされるようになってい
る。13は画像メモリ12から画像情報を読み出し、その配
線パターンの像からその良否を判定する欠陥判定回路で
あり、その詳細はすでに知られているから詳細説明を省
略する。14は欠陥判定回路13が欠陥と判定した場合に出
力する信号に応じてモータ制御回路10がそのレジスタに
保持する現在のＸ座標およびＹ座標をモータ制御回路10
から読み出して外部に出力する回路である。

第１図に示すパターン拡大回路15,形状判定回路16およ
び遅延回路17について詳細説明する前にここで印刷回路
板１に変位センサを適用する場合の問題点について説明
する。

第２図（ａ）は、印刷回路板１を板面に対して垂直に切
断した切り口を示す斜視図であり、１−１は配線パター
ン、１−２はスルーホール、１−３はスルーホール１−
２を囲むパッド、３−３はＸテーブル５による印刷回路
板１のＸ方向の移動に従って変位センサ３−1,3−２が
検出する検出対象の軌跡である。第２図（ｂ）は第２図
（ａ）の印刷回路板１に対応して変位センサ３−1,3−
２が検出する間隔ｄの電圧値ｄ′を示すもので、横軸は
軌跡３−３上のＸ位置、縦軸は各Ｘ位置に対応する変位
センサの出力ｄ′を示す。第２図（ｂ）に示すように、
配線パターン１−１の端部（肩部）あるいはパッド１−
３の端部では変位センサの計測値３−４が不安定にな
る。またスルーホール１−２部分では計測値３−４はし
ばしばオーバーレンジする。従って変位センサによって
印刷回路板のそりによるｄの変動を精度よく計測するた
めには配線パターン１−１やパッド１−３の端部および
スルーホール１−２部分を除外して計測するのがよい。
あるいは配線パターン１−1,パッド１−３およびスルー
ホール１−２の全体を除外して、印刷回路板１の基材が
存在する部分のみを変位センサの計測対象とするのがよ
い。パターン拡大回路15,形状判定回路16および遅延回
路17はモータ制御回路18に対してこのような除外部分に
ついての情報を与えるための回路である。

第３図は、画像メモリ12およびパターン拡大回路15の構
成を示すブロック図である。画像メモリ12は1024ビット
のシフトレジスタ31がｍ列並び、直列に接続されている
メモリである。パターン拡大回路15は微小部切出回路32
と画像メモリ33とから構成される。微小部切出回路32は
３ビットのシフトレジスタ34が３列とオア回路35によっ
て構成される。画像メモリ12に入力される最新の３ビッ
トが最初のシフトレジスタ34にも入力され、画像メモリ
12の最初のシフトレジスタ31からシフトアウトしたデー
タビットが２列目のシフトレジスタ31に入力されると同
時に２列目のシフトレジスタ34にも入力され、２列目の
シフトレジスタ31からシフトアウトしたデータビットが
３列目のシフトレジスタ31に入力されると同時に３列目
のシフトレジスタ34にも入力される。シフトレジスタ34
のすべてのデータビットはオア回路35に入力され論理和
がとられる。画像メモリ33もシフトレジスタ31をＲ列並
べてこれらを直列に接続したメモリである。オア回路35
の出力は画像メモリ33の最初のシフトレジスタ31に順に
入力される。第３図に示す回路の動作は、画像メモリ12
に１ビットのデータビットが入力されかつシフトレジス
タ31のデータビットがシフトされるタイミングで微小部
切出回路32のシフトレジスタ34に１ビットのデータビッ
トが入力されかつシフトレジスタ34のデータビットが１
ビットシフトされる。この同じタイミングで微小部切出
回路32から１ビットのデータビットが出力されて画像メ
モリ33に入力されかつ画像メモリ33のシフトレジスタ31
が１ビットずつシフトする。本例では３ビットのシフト
レジスタ34を３列設けたことにより、３×３ビットの微
小領域を切り出すことになる。オア回路35によってこの
領域の全ビットの論理和がとられるので、この領域内の
少なくとも１つのデータビットが“1"であればオア回路
35は“1"を出力する。このようにして３×３ビットの微
小領域は、画像メモリ12に入力される全データビットが
１回ずつ該領域の中心ビット部を通過するように全領域
を走査するので、画像メモリ12に入力された画像情報を
１ビットだけ拡大または膨張させた画像情報を画像メモ
リ33に出力する。一般に微小部切出回路32にｎビットの
シフトレジスタXn列を設けることにより、画像メモリ12
に入力された画像情報を（ｎ−１）／２ビット拡大させ
た画像情報を画像メモリ33に出力する。なお画像メモリ
12を構成するシフトレジスタ列の数ｍ（ｍｎ−１）
は、欠陥判定回路13が行う欠陥判定処理が必要とするだ
けの数であればよい。同様に画像メモリ33を構成するシ
フトレジスタ列の数Ｒ（Ｒ１）も後に述べる形状判定
回路16が行う処理が必要とするだけの数であればよい。

第４図は画像メモリ12上の画像情報がパターン拡大回路
15によって拡大される様子を示す図である。第４図
（ａ）は画像メモリ12上の原画像情報を示すものであ
り、19は印刷回路板１の基材部分であり値が“0"、20は
配線パターンの部分であり値が“1"、21はスルーホール
部分であり値が“0"である。第４図（ｂ）は画像メモリ
33上の画像情報を示すもので、２つの配線パターン20は
つながって１つの配線パターン20−１に変形し、スルー
ホール21はふさがれてしまっている。すなわちパターン
拡大回路15によって第２図に示す配線パターン１−１の
端部およびスルーホール１−２が消去された画像が得ら
れる。

第１図に示す形状判定回路16は、画像メモリ33上のパタ
ーンの中心のドット情報を順次読み出す回路である。す
なわち画像メモリ33上で一次元センサ２の中心に相当す
るドット情報を順次読みとり、その反転情報を順次出力
する回路である。第４図（ｂ）の例によれば、実線部分
22−１は“1"が出力され、変位センサによる計測が可能
な領域を指示する。また破線部分22−２は“0"が出力さ
れ、変位センサによる計測が不可能な領域を指示する。

遅延回路17は形状判定回路16が出力する計測可否を示す
２値情報を遅延させる回路である。一次元センサ２の中
心と変位センサ３−１または３−２の中心との距離をｌ
とし、Ｘテーブル５の送り速度をＳとすると、形状判定
回路16から遅延回路17に入力される信号をｌ／Ｓだけ遅
延させて出力する必要がある。すなわち一次元センサ２
がとらえた印刷回路板１上の同一位置がｌ／Ｓだけ遅れ
て変位センサ３−１または３−２によってその間隔ｄが
検出されることになる。

第５図は、モータ制御回路18の構成を示すブロック図で
ある。セレクタ41はモータ制御回路10からの信号によっ
て変位センサ３−１または３−２のいずれか一方を選択
する回路である。Ｘテーブル５が第１図の右方向に移動
しているときにはモータ制御回路10から右方向を示す２
値信号が送られ、変位センサ３−２が選択される。Ｘテ
ーブル５が左方向に移動しているときにはモータ制御回
路10から左方向を示す２値信号が送られ、変位センサ３
−１が選択される。差動増幅器42は選択された変位セン
サ３−１または３−２の出力電圧を所定の電圧値と比較
しその差を出力する回路、AD変換器43は差動増幅器42の
出力を符号付きのディジタル値に変換する回路、パルス
変換回路44はこのディジタル値を０とするようにＺ軸モ
ータ４を駆動するためのパルスに変換する回路、ゲート
45は遅延回路17の出力によってＺ軸モータ４の駆動をオ
ンまたはオフするゲートである。遅延回路17が“0"を出
力するときゲート45は閉じられＺ軸モータ４駆動を停止
する。モータ制御回路18の動作は、モータ制御回路10が
セレクタ41に与える信号に応じて変位センサ３−１また
は３−２のいずれか一方の電圧出力が選択され、選択さ
れた間隔ｄに対応する電圧ｄ′が差動増幅器42によって
所定の電圧値と比較され、その差分がAD変換器43によっ
て符号つきのディジタル値に変換され、パルス変換回路
44によってこの値を０とする方向にＺ軸モータ４を駆動
するためのパルスに変換され、ゲート45を介して遅延回
路17が“1"を出力する期間だけゲート45を開いて上記差
分を０とする方向にＺ軸モータ４を駆動する。

なおモータ制御回路10は上述したように、Ｘ軸モータ７
およびＹ軸モータ８を駆動制御するのであるが、Ｘ軸モ
ータ７およびＹ軸モータ８に対してそれぞれＸテーブル
５およびＹテーブル６を右方向に駆動するか左方向に駆
動するかを示す信号を与える。このうちＸテーブル５に
対する方向を示す２値信号を上述したようにモータ制御
回路18にも送出する。またモータ制御回路10は現在の一
次元センサ２の位置を示すＸ座標およびＹ座標を保持す
るレジスタを有し、欠陥出力回路14に該情報を提供す
る。

以下本実施例の動作について説明する。モータ制御回路
10の制御の下にＸ軸モータ７によってＸテーブル５が連
続送りされ、Ｘテーブル５上に載置された印刷回路板１
がＸ方向に移動する。一次元センサ２は印刷回路板１上
の配線パターンの像を各々のセンサ素子の電圧値によっ
てとらえる。この電圧値は２値化回路11によって２値化
され、たとえば1024ビットずつの画像情報が順次画像メ
モリ12に格納され２次元の画像情報として一時的に蓄積
される。欠陥判定回路13は画像メモリ12からこの画像情
報を読み出し、その配線パターンの像からその良否を判
定する。欠陥判定回路13が配線パターンの像に欠陥部分
を検出したとき、欠陥出力回路14に信号が送られ、欠陥
出力回路14は現在のＸ座標およびＹ座標をモータ制御回
路10から読み出して外部へ出力する。

パターン拡大回路15は、画像メモリ12から画像情報を順
次読み出し、微小部切出回路32によって１ビットごとに
拡大操作を行って、拡大された画像情報を画像メモリ33
に格納する。形状判定回路16は画像メモリ33上のパター
ンの中心に相当するビット位置から１ビットずつドット
情報を読み出して、その反転情報を出力する。すなわち
変位センサによる計測が可能な領域は“1"が出力され、
計測不可能な領域は“0"が出力される。この出力は一次
元センサ２によってとらえた印刷回路板１上の同一位置
が遅延回路17によって変位センサ３−１または３−２の
中心に位置付けられるまでの時間だけ遅延されて、モー
タ制御回路18に供給される。モータ制御回路18はモータ
制御回路10が与えるＸテーブル５の移動方向を示す情報
に応じて変位センサ３−１または３−２のいずれか一方
を選択し、この変位センサの出力電圧を所定の電圧値と
比較しその差分がAD変換器43を介してパルス変換回路44
によってＺ軸モータ４を駆動するためのパルスに変換さ
れて、遅延回路17が“1"を出力する期間、すなわち選択
された変位センサが計測可能領域に位置付けられたとき
だけ、所定の間隔を維持するようにＺ軸モータ４にフィ
ードバックが加えられる。この結果印刷回路板１のそり
またはねじれによる一次元センサ２の焦点ずれは補正さ
れ、自動的に焦点合せが行われる。

なお一次元センサ２の中心と変位センサ３−１または３
−２の中心とはｌだけ離れているからプリント基板長さ
の最大1.3％のそりがあるとすればこの間に最大ｌ×1.3
／100のずれあるいは誤差が生じる。焦点深度を±300μ
ｍとすれば、このずれを焦点深度の範囲内に収めるため
にはｌ23mmにする必要がある。なおプリント基板のそ
りまたはねじれはプリント基板上の長さとともに漸増し
ており、このｌの間隔で急激な変化をしているわけでは
ないので、言い換えれば巨視的なそり状態を示すので、
このような遅れを伴なう検出方式で充分実用になる。

本発明の他の実施例として、一次元センサ２の代りに２
次元的な視野で画像をとらえるカメラを用いてもよい。
この場合モータ制御回路10は１回にカメラがとらえるフ
レームの幅に合わせてＸテーブル５をステップ送りす
る。またカメラの中心と変位センサ３−１または３−２
の中心との間の距離ｌはこのフレーム幅の整数倍（ｍ
倍）でなければならない。また画像メモリ12は（ｍ＋
１）フレーム分の画像情報を格納できる記憶容量が必要
である。同様に画像メモリ33も（ｍ＋１）フレーム分の
画像情報を格納できる記憶容量が必要である。遅延回路
17は不要であるが、形状判定回路16は画像メモリ12に入
力された最新のフレームからｍ番目の最も古いフレーム
について変位センサの計測可能な領域と計測不可能な領
域を示す信号をモータ制御回路18に送出する。モータ制
御回路18の構成および動作は先に説明したものと同じで
ある。

〔発明の効果〕 本発明によれば、印刷回路板の基材部分を変位センサの
検出対象とし、そりやねじれのある印刷回路板に対して
撮像手段の焦点を自動的に合わせながら印刷回路板の外
観検査を行えるので、精度の高い検査が行えるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である検査装置の概略構成を
示す構成図、第２図は印刷回路板の表面パターンに対応
する変位センサの出力を示す図、第３図はパターン拡大
回路の構成を示すブロック図、第４図は画像情報がパタ
ーン拡大回路によって拡大される様子を示す図、第５図
はモータ制御回路18の構成を示すブロック図である。 １……印刷回路板 ２……一次元センサ ３−1,3−２……変位センサ ４……Ｚ軸モータ 15……パターン拡大回路 16……形状判定回路 17……遅延回路 18……モータ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の速度Ｓで移動するテーブル上に載置
   された印刷回路板の配線パターンを撮像する撮像手段
   と、該撮像手段によって撮像された画像信号を２値化す
   る手段と、該２値化された画像情報を格納する画像メモ
   リと、該画像メモリから該画像情報を読み出して前記配
   線パターンの良否を判定する手段とを有するパターン検
   査装置であって、前記撮像手段の前記配線パターンに対
   する焦点を合わせる方向に該撮像手段を駆動する駆動手
   段と、前記撮像手段と所定の距離Ｌだけ離れて一体に駆
   動され前記印刷回路板と該撮像手段との間の間隔を計測
   し電気量の大きさで出力する変位センサと、該変位セン
   サの出力を前記焦点に対応する所定の電気量と比較しそ
   の差分を０とする方向に前記撮像手段を駆動するように
   前記駆動手段を制御する制御手段とを設けたパターン検
   査装置において、前記画像メモリ中に格納された前記配
   線パターンの画像を識別する識別手段と、前記所定速度
   Ｓと前記所定距離Ｌから前記変位センサが前記識別され
   た配線パターン上に位置付けられていることを判別する
   手段と、前記変位センサが前記識別された配線パターン
   上に位置付けられているときには前記駆動手段が前記撮
   像手段を駆動するのを抑止する手段とを設けたことを特
   徴とする印刷回路板のパターン検査装置。