JPH08288642A - プリント配線板実装状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フロンなどの洗浄を行わず、確実にプリント
配線板上の半田ボールや半田ブリッジを検出して除去可
能とする。 【構成】 所定位置に設けられた半田と半田に接続され
るチップ部品１３を有するプリント配線板１２を加熱部
１１で加熱し、赤外線操作カメラ１９で加熱されたプリ
ント配線板１２を所定の赤外線領域で撮像する。赤外線
撮像カメラ１９で撮像した画像と予め記憶されている画
像を画像処理装置２０で比較し半田ボールまたは半田ブ
リッジの有無を判定して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板にチッ
プ部品を実装する際に生じる有害な半田ボール、有害な
半田ブリッジを検出したり、チップ部品の異常実装状態
を検出するプリント配線板実装状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント配線板にチップ部品を実
装する際には、加熱炉の中に入れ半田を溶かすことでチ
ップ部品を実装するが、その際にプリント配線板上に付
着して短絡や絶縁不良等を起こす恐れのある有害な半田
ボールや半田ブリッジが発生することがあった。

【０００３】ここで、プリント配線板にチップ部品を実
装する際の手順を図９により説明する。図９において、
１はスクリーンであり、プリント配線板に半田を塗る際
に使用されるものであり、スクリーン１にはプリント配
線板上の半田を必要とする箇所に対応して孔２が複数開
けられている。

【０００４】まず、このスクリーン１をプリント配線板
３上に乗せ、スクリーン１上からクリーム状の半田を塗
る。これによりプリント配線板３上には必要な箇所に半
田４が塗られる。次に、半田４が塗られたプリント配線
板３上の必要な箇所にチップ部品５を乗せる。続いてプ
リント配線板３を加熱炉の中に入れ、半田４を溶かし、
チップ部品５をプリント配線板３上に固定する。

【０００５】このような方法でプリント配線板３にチッ
プ部品５を実装すると、加熱時において半田４が飛び散
り、球となってプリント配線板３の他の箇所に付着し、
回路の絶縁不良などの原因となることがある。この半田
の球を半田ボールという。半田ボールの例を図１０に示
す。図１０において、５ａはチップ部品５としてのトラ
ンジスタであり、トランジスタ５ａは３つの端子５ｂを
有する。３つの端子５ｂには半田４がそれぞれ塗られて
いる。この状態で加熱炉でプリント配線板を加熱する
と、半田４から少量の半田が飛び散り、球となって半田
ボール６となり、半田ボール６は、半田４の間などに飛
び散っている。

【０００６】また、半田４が飛び散り、回路をショート
させるものを半田ブリッジという。半田ブリッジの例を
図１１に示す。図１１において、５ａはトランジスタで
あり、トランジスタ５ａの３つの端子５ｂには半田４が
それぞれ塗られている。この状態で加熱すると、半田が
飛び散り、端子５ｂ間に飛び散った半田ブリッジ７によ
り端子５ｂ間が半田ブリッジ７を介して導通している。

【０００７】このため、従来はこの半田ボール６を除去
させるために、プリント配線板３にフロンをかけ洗浄
し、人の目視により検査していた。そして、半田ブリッ
ジに関しては、回路検査で異常がないか検査していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半田状態検出方法にあっては、フロンによる
洗浄、人による目視検査、回路検査を行っても半田ボー
ルや半田ブリッジが残ることがあり、プリント配線板が
製品に使用され市場にでてから、異常が起きることがあ
った。また、フロンガスは環境問題もあり、今後使用さ
れなくなることが考えられ、そのためフロンによる洗浄
ができなくなるので、従来よりさらに半田ボールや半田
ブリッジが残ることが考えられる。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、フロンなどの洗浄を行わず、
確実にプリント配線板上の半田ボールや半田ブリッジな
ど実装上の異常を検出することができるプリント配線板
実装状態検出装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は次のように構成する。本発明は、所定位置
に設けられた半田にて実装されるチップ部品を有するプ
リント配線板を加熱する加熱部と、加熱されたプリント
配線板を所定の赤外線領域で撮像する赤外線撮像カメラ
と、赤外線撮像カメラで撮像した画像と予め記憶されて
いる基準画像とを比較して実装上の異常の有無を判定し
て出力する画像処理部を備えたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明においては、画像処理部の判
定結果を表示し、異常の場合には異常位置を表示するモ
ニタ装置を設けている。また、本発明の画像処理部は、
赤外線撮像カメラで撮像したプリント配線板の各部分の
熱放射率に基づいて画像を二値化する二値化処理部と、
正常なプリント配線板の二値化された画像を基準画像と
して記憶しておく記憶部と、二値化処理部で二値化した
画像と記憶部に記憶されている二値化された基準画像と
を比較して正常、異常を判定する比較判定部を有する。

【００１２】また、本発明の画像処理部は、比較判定部
で異常であると判定したとき異常位置を表示する異常位
置合成出力部を有する。更に、本発明においては、プリ
ント配線板の赤外線撮像カメラに対する位置決めを指示
する可視光カメラと可視光カメラの指示で特定位置にプ
リント配線板を移動させる位置決め装置を設けている。

【００１３】

【作用】このような構成を備えた本発明の半田状態検出
装置によれば、所定位置に設けられた半田にて実装され
るチップ部品を有するプリント配線板を加熱し、加熱さ
れたプリント配線板を所定の赤外線領域で撮像し、赤外
線撮像カメラで撮像した画像と予め記憶されている基準
画像とを比較して実装上の異常の有無を判定して出力す
るので、プリント配線板上に存在する有害な半田ボール
や有害な半田ブリッジをその位置を含めて目視によらず
自動的にかつ確実に検出することができる。また、フロ
ンなどの洗浄工程を省略することができる。また、チッ
プ部品が所定の位置に正しく実装されていない場合に
は、その異常なチップ部品を確実に検出することができ
る。

【００１４】また、画像処理部の判定結果を表示し、異
常の場合には異常位置を表示するので、プリント配線板
の正常、異常、また異常の場合には異常位置を容易に確
認することができる。また、画像処理部は、赤外線撮像
カメラで撮像したプリント配線板の各部分の熱放射率に
基づいて画像を二値化する二値化処理部と、正常なプリ
ント配線板の二値化された画像を基準画像として記憶し
ておく記憶部と、二値化処理部で二値化した画像と記憶
部に記憶されている二値化された基準画像とを比較して
正常、異常を判定する比較判定部を有するので、二値化
された画像から正常、異常を簡単に検出することができ
る。

【００１５】また、比較判定部で異常であると判定した
とき異常位置を表示する異常位置合成出力部を設けたの
で、異常の場合、異常位置を容易に確認することができ
る。さらに、プリント配線板の赤外線撮像カメラに対す
る位置決めを指示する可視光カメラと可視光カメラの指
示で特定位置にプリント配線板を移動させる位置決め装
置を設けたので、プリント配線板の位置決めを人手によ
らず自動的にかつ確実に行うことができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る半田状態検出
装置の全体図である。図１において、１１は加熱部であ
り、加熱部１１はチップ部品を備えたプリント配線板１
２を加熱して熱画像として画像処理装置として取り込む
ためのものである。加熱部１１は、例えばヒーターまた
はリフロー式硬化炉などにより構成され、この加熱部１
１で半田を溶かしてチップ部品１３をプリント配線板１
２上に固定する。

【００１７】プリント配線板１２上に実装してもよく、
あるいは、実装後にプリント配線板の実装状態を検査す
るときに再度加熱する方法でもよい。ここでは加熱部１
１にてプリント配線板にチップ部品を実装する方法で説
明する。プリント配線板１２は、所定の箇所に半田を塗
っており、半田の塗られたプリント配線板１２の所定の
位置にはチップ部品１３が乗せられている。

【００１８】このように半田が塗られ、所定の位置にチ
ップ部品１３を乗せたプリント配線板１２の例を図２に
示す。図２において、プリント配線板１２の所定の位置
には半田１４が塗られており、この半田１４が塗られて
いる箇所に対応したプリント配線板１２上の所定の位置
にはチップ部品１３として例えばＬＳＩ１５、トランジ
スタ１６、抵抗１７などがプリント配線板１２上に乗せ
られている。

【００１９】プリント配線板１２上の所定の位置には配
線パターン（回路ライン部品）１８が形成され、チップ
部品１３同士を接続している。この状態で加熱部１１で
加熱すると、半田１４が溶けて、チップ部品１３はプリ
ント配線板１２に実装される。なお、３４は位置合わせ
用目印であり、位置合わせ用目印３４により、プリント
配線板１２の位置合わせを行うようにしている。

【００２０】再び図１を参照するに、９は赤外線撮像カ
メラであり、プリント配線板１２からの波長が１μｍ〜
２０μｍの任意の１範囲または任意の複数範囲の赤外線
領域に感度を有する。赤外線撮像カメラ１９は加熱した
プリント配線板１２を撮像し、画像信号を画像処理装置
２０に送出する。画像処理装置２０は、送られてきた画
像信号を処理するもので、プリント配線板１２上の各部
分、即ち、半田部分、チップ部品本体、チップ部品端
子、回路ライン部分（配線パターン）、プリント配線板
本体等の各熱放射率に基づいて画像を二値化処理し、半
田ボールや半田ブリッジが無く正常にチップ部品が実装
されたプリント配線板を同条件で加熱して二値化した基
準画像と比較し、半田ボールや半田ブリッジが存在する
かどうか、そして正常にチップ部品が実装されているが
どうか判定して、判定結果をモニタ装置１２に出力す
る。

【００２１】モニタ装置２１は表示部２１ａを有し、表
示部２１ａには、画像処理装置２０で二値化した画像が
表示されるとともに、正常、異常が表示され、また異常
の場合には異常位置が印をつけて表示される。なお、画
像処理装置２０からの作業員に対する正常、異常などの
通知は、モニタ装置２１に限らず、他の装置に行うよう
にしても良い。

【００２２】次に、図３は画像処理装置２０の内部構成
例を示すブロック図である。図３において、画像処理装
置２０内には、画像を二値化処理する二値化処理部２０
ａ、正常なプリント配線板の二値化された基準画像が予
め記憶されている記憶部２０ｂ、記憶部２０ｂからの基
準画像と二値化処理部２０ａで二値化処理した画像を比
較して正常、異常を判定する比較判定部２０ｃ、比較判
定部２０ｃで判定した判定結果をモニタ装置２１に出力
する判定出力部２０ｄおよび異常と判定されたときに異
常位置に印をつけて出力する異常位置合成出力部２０ｅ
がそれぞれ設けられている。

【００２３】二値化処理部２０ａは、赤外線撮像カメラ
１９で撮像した画像を、プリント配線板１２の各部分の
熱放射率に基づいて二値化処理する。プリント配線板１
２の各部分の熱放射率を図４に示す。図４において、
（ａ）は半田部分、チップ部品本体およびチップ部品端
子の熱放射率を、（ｂ）は回路ライン部分（配線パター
ン）の熱放射率を、（ｃ）はプリント配線板本体の熱放
射率を、それぞれ示す。

【００２４】半田部分、チップ部品本体およびチップ部
品端子の熱放射率はほぼ同じレベルとなり、回路ライン
部分やプリント配線板本体の熱放射率より高くなってい
る。したがって、二値化処理部２０ａは、半田部分、チ
ップ部品本体およびチップ部品端子の３つの部分と回路
ライン部分、プリント配線板本体とを分けて、点線で示
すようなレベルＬを設定し、このレベルＬ以上の熱放射
率のものは、例えば黒で表示し、レベルＬ未満の熱放射
率のものは、白と分けて表示する。

【００２５】次に、二値化処理の例を図５に基づいて説
明する。図５（Ａ）は赤外線操作カメラ１９で撮像する
プリント配線板１２の一部を示す。図５（Ａ）におい
て、２２はチップ部品本体、２３はチップ部品端子、２
４は半田部分、２５は回路ライン部分、２６はプリント
配線板本体を、それぞれ示す。

【００２６】このプリント配線板１２を加熱部１１で加
熱し、画像処理装置２０の二値化処理部２０ａで二値化
処理すると、図５（Ｂ）に示すように画像が変換され、
モニタ装置２１に表示される。このようにチップ部品本
体２２、チップ部品端子２３および半田部分２４は、熱
放射率がレベルＬ以上であるため、黒２７で表示され
る。回路ライン部分２５およびプリント配線板本体２６
は、熱放射率がレベルＬ未満であるため、白２８で表示
される。

【００２７】また、半田ボール２９がある場合には、半
田ボール２９は、熱放射率がレベルＬ以上であるため、
図５（Ｃ）のように表示され、また、半田ブリッジ３０
がある場合には、半田ブリッジ３０も熱放射率がレベル
Ｌ以上であるため、図５（Ｄ）のように表示される。再
び図３において、記憶部２０ｂには半田ボール２９、半
田ブリッジ３０が無く、チップ部品が所定位置に正しく
実装された正常なプリント配線板１２を二値化した画像
が基準画像として予め記憶されている。例えば、記憶部
２０ｂには、図５（Ｂ）に示すような白黒の二値化した
画像であって半田ボール２９、半田ブリッジ３０が無
く、チップ部品が所定位置に正しく実装されているもの
が記憶されている。

【００２８】比較判定部２０ｃは、二値化処理部２０ａ
で二値化した画像と記憶部２０ｂに予め記憶されている
二値化された基準画像を比較し、画像が一致したときは
正常であると判定し、画像に一致しない箇所があるとき
は、異常であると判定し、判定結果を判定出力部２０ｄ
に出力する。判定出力部２０ｄは比較判定部２０ｃの判
定結果をモニタ装置２１に出力する。また、比較判定部
２０ｃで異常であると判定したときは、異常位置合成出
力部２０ｅは、二値化処理部２０ａからの画像に異常位
置に印をつけて、例えば赤で印をつけて、モニタ装置２
１に出力する。

【００２９】図６はモニタ装置２１の表示例を示す図で
ある。図６（Ａ）は正常の表示を示す。図６（Ａ）にお
いて、比較判定部２０ｃで比較判定した結果が正常であ
る場合には、モニタ装置２１の表示部２１ａには「Ｏ
Ｋ」が表示される。この例では「ＯＫ」と表示される
か、「ＯＫ」の代りに「正常」などと表示しても良い。

【００３０】図６（Ｂ）は異常の表示を示す。図６
（Ｂ）において、比較判定部２０ｃで比較判定した結果
が異常である場合には、モニタ装置２１の表示部２１ａ
に「ＮＧ」が表示される。この例では「ＮＧ」と表示さ
れるか、「ＮＧ」の代りに「異常」などと表示しても良
い。図６（Ｃ）は異常の場合の異常位置の表示を示す。
図６（Ｃ）において、比較判定部２０ｃが異常であると
判定した場合、二値化された画像の異常位置を示す。例
えば、半田ボール２９を赤い印３１で囲んで示す。

【００３１】図６（Ｄ），（Ｅ）は正常、異常と二値化
画像を一緒に表示する例である。図６（Ｄ）において
は、比較判定部２０ｃで比較判定した結果が正常である
場合に、「ＯＫ」と二値化された画像がモニタ装置２１
の表示部２１ａに一緒に表示される。また、異常の場合
には「ＮＧ」「異常」などとともに二値化された画像が
表示され、さらに、異常位置が赤い印で表示される。

【００３２】図６（Ｅ）においては、モニタ装置２１、
表示部２１ａには二値化された画像が表示され、表示部
２１ａの下側に設けられた正常表示灯３２または異常表
示灯３３が比較判定部２０ａの比較判定結果により点灯
する。また、異常の場合には、二値化された画像の異常
位置が赤い印で表示される。図７は画像処理装置２０の
動作を説明するフローチャートである。まず、ステップ
Ｓ１で加熱されたプリント配線板１２が赤外線操作カメ
ラ１９の下にくると、赤外線操作カメラ１９はプリント
配線板１２を所定の赤外線領域において撮像する。赤外
線操作カメラ１９で撮像した画像は画像処理装置２０に
入力する。このときの赤外線操作カメラ１９の画像は、
プリント配線板１２の各部分の温度（熱放射率）の高さ
（強さ）に比例して、例えば白く表されるような画像で
ある。

【００３３】次に、ステップＳ２で赤外線撮像カメラ１
９の画像は、画像処理装置２０の二値化処理部２０ａに
入力され、二値化処理部２０ａは入力した画像を二値化
する。二値化処理部２０ａは、図４に示す熱放射率がレ
ベルＬ以上のもの、すなわち、半田部分、チップ部品本
体、チップ部品端子は、黒に変換して、黒で表示し、レ
ベルＬ未満のもの、すなわち、回路ライン部分、プリン
ト配線板本体は白に変換して、白で表示する。二値化さ
れた画像は、二値化処理部２０ａからモニタ装置２１に
出力される。

【００３４】次に、ステップＳ３で比較判定部２０ｃは
二値化処理部２０ａで二値化処理された画像と、記憶部
２０ｂに予め記憶されている半田ボール２９、半田ブリ
ッジ３０が無い正常なプリント配線板１２の二値化され
た基準画像を比較する。比較した結果、記憶部２０ｂの
基準画像と二値化処理部２０ａで二値化処理した画像が
一致しているときは、ステップＳ４で正常であると判定
し、ステップＳ５で判定出力部２０ｄからモニタ装置２
１に正常信号を出力する。モニタ装置２１は正常信号を
受信して正常であることを表示する。

【００３５】次に、記憶部２０ｂの二値化された基準画
像と二値化処理部２０ａで二値化された画像が一致しな
いときは、ステップＳ４で比較判定部２０ｃは異常であ
ると判定し、ステップＳ６で判定出力部２０ｄは異常信
号をモニタ装置２１に出力する。そして、異常の場合に
は、ステップＳ７で異常位置合成出力部２０ｅで二値化
処理部２０ａからの二値化された画像に異常位置を例え
ば赤い印で表してモニタ装置２１に出力する。

【００３６】このように、プリント配線板１２上に存在
する半田ボール２９や半田ブリッジ３０をその位置を含
めて目視によらず、自動的にかつ確実に検出することが
できる。また、フロンなどの洗浄工程も省略することが
できる。図８は本発明に係るプリント配線板実装状態検
出装置の他の実施例を示した全体図であり、この実施例
は、可視光カメラを使用して自動的にプリント配線板の
位置決めを行うようにしたことを特徴とする。

【００３７】図８において、４１は可視光カメラであ
り、可視光カメラ４１は、プリント配線板１２の赤外線
操作カメラ１９に対する位置決めのために設けられてい
る。可視光カメラ４１は、プリント配線板１２に設けら
れている位置合わせ用の目印（図２、参照）を撮像し、
焦点が合うまで移動指示信号を画像処理装置２０に出力
する。

【００３８】画像処理装置２０は、可視光カメラ４１か
らの画像により、プリント配線板１２をＸ方向およびＹ
方向に移動させる移動信号を位置決め装置４２に出力す
る。位置決め装置４２は画像処理装置２０からの移動信
号によりプリント配線板１２をＸ方向およびＹ方向に移
動する。可視光カメラ４１のプリント配線板１２の位置
合わせ用の目印と焦点が合うと、位置決め装置４２はプ
リント配線板１２の移動を停止する。

【００３９】赤外線操作カメラ１９は所定の位置に固定
されており、プリント配線板１２が所定の位置にくる
と、プリント配線板１２を撮像する。また、赤外線撮像
カメラ１９がプリント配線板１２の所定の位置で撮像を
終了すると、画像処理装置２０は可視光カメラ４１がプ
リント配線板１２上の他の位置合わせ用の目印に焦点を
合わせるよう再び所定の位置に移動させる。

【００４０】こうして、自動的にプリント配線板１２の
位置決めを行うことができる。また、本実施例において
も前記実施例と同様な効果を得ることは言うまでもな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、プリント配線板の実装状態をその位置を含めて目視
によらず自動的に確実に検出することができる。また、
フロンなどを使用したプリント配線板の洗浄工程を省略
することができる。さらに、プリント配線板の位置決め
を自動的に行うことで正確に実装状態の判定を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半田状態検出装置の全
体図

【図２】プリント配線板の一部分を示す図

【図３】画像処理装置の内部構成例を示すブロック図

【図４】プリント配線板の各部品と熱放射率の関係を示
すグラフ

【図５】二値化処理の説明図

【図６】モニタ装置の表示例を示す図

【図７】画像処理装置の動作を示すフローチャート

【図８】本発明の他の実施例に係る半田状態検出装置の
全体図

【図９】プリント配線板にチップ部品を実装する手順を
説明する図

【図１０】半田ボールの説明図

【図１１】半田ブリッジの説明図

【符号の説明】

１１：加熱部 １２：プリント配線板 １３：チップ部品 １９：赤外線撮像カメラ ２０：画像処理装置 ２０ａ：二値化処理部 ２０ｂ：記憶部 ２０ｃ：比較判定部 ２０ｄ：判定出力部 ２０ｅ：異常位置合成出力部 ２１：モニタ装置 ２１ａ：表示部 ２９：半田ボール ３０：半田ブリッジ ３４：位置合わせ用目印 ４１：可視光カメラ ４２：位置決め装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定位置に設けられた半田にて実装される
   チップ部品を有するプリント配線板を加熱する加熱部
   と、 加熱されたプリント配線板を所定の赤外線領域で撮像す
   る赤外線撮像カメラと、 該赤外線撮像カメラで撮像した画像と予め記憶されてい
   る基準画像とを比較して実装上の異常の有無を判定して
   出力する画像処理部を備えたことを特徴とするプリント
   配線板実装状態検出装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のプリント配線板実装状態検
   出装置において、 前記画像処理部の判定結果を表示し、異常の場合には異
   常位置を表示するモニタ装置を設けたことを特徴とする
   プリント配線板実装状態検出装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のプリント配線板実装状態検
   出装置において、 前記画像処理部は、前記赤外線撮像カメラで撮像したプ
   リント配線板の各部分の熱放射率に基づいて画像を二値
   化する二値化処理部と、 正常なプリント配線板の二値化された画像を基準画像と
   して記憶しておく記憶部と、 前記二値化処理部で二値化した画像と該記憶部に記憶さ
   れている二値化された基準画像とを比較して正常、異常
   を判定する比較判定部を有することを特徴とするプリン
   ト配線板実装状態検出装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のプリント配線板実装状態検
   出装置において、 前記比較判定部で異常であると判定したとき異常位置を
   表示する異常位置合成出力部を設けたことを特徴とする
   プリント配線板実装状態検出装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４記載のプリント配線板実装状
   態検出装置において、 前記プリント配線板の前記赤外線撮像カメラに対する位
   置決めを指示する可視光カメラと、該可視光カメラの指
   示で特定位置に前記プリント配線板を移動させる位置決
   め装置を設けたことを特徴とするプリント配線板実装状
   態検出装置。