JPH0894332A - 電子基板上の実装部品検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板に反りが発生している場合でも、該基板
の反りに伴う撮像倍率の変化の影響を受けることなく、
画像上の被検査対象物の設計搭載位置を正確に設定し、
信頼性の高い検査を実現可能な電子基板上の実装部品検
査装置の提供。 【構成】 スポットまたはスリット状の光を基板および
被検査対象物に照射する手段と、該照射方向と異なる方
向から反射光像を撮像し、該撮像光像より３角測量の原
理により基板表面高さを求める高さ算出手段と、該算出
した基板表面高さを介して検出光学系のレンズと基板表
面間の距離を求め、反射光画像の撮像倍率を求める倍率
算出手段と、撮像された反射光画像を処理して、被検査
対象物の画像上での位置を求める画像処理手段と、該求
めた被検査対象物の画像上での位置と、前記求めた反射
光画像の撮像倍率とを介して被検査対象物の設計搭載位
置からのずれを検出する位置検出手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子基板上に実装され
た電子部品の検査装置に係り、特に、基板の反りに影響
を受けることなく設計搭載位置に対する電子部品のリー
ドや電極の位置ずれ量を検出し、信頼性の高い検査を実
現するのに好適な電子基板上の実装部品検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子基板上に実装された電子部品の外観
検査方法および装置としては、被検査対象物に対して、
その上方に配置された照明手段により角度を異ならしめ
て光照射を行い、被検査対象物の表面からの反射光を上
方から撮像し、該反射光の撮像の画像分布パターンを画
素ごとに演算処理し、被検査対象物の大きさと形状とを
求めて良品と不良品とを判定すると共に、被検査対象物
の上方に配置されたスリット光発生手段により光切断線
を抽出し、被検査対象物の位置と形状とを求めて良品と
不良品とを判定し、この両方の判定結果を併用して被検
査対象物の状態を認識判定する方法および装置（例え
ば、特開平６−３１２３号公報）が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術では、基板の反りにより検出光学系と被検査対象物間
の距離が変化するような場合には、検出光学系と被検査
対象物間の距離の変化に伴い撮像倍率が変化すると、検
査装置内部のソフトウェア処理に用いている画素サイズ
と、画像上における被検査対象物の設計上の搭載位置と
が実際のものと異なってしまうという現象が発生する。
例えば、基板の反りを考慮しない設計倍率によって設定
された画像上での被検査対象物のリードの設計搭載位置
と、基板の反りによって前記設計倍率とは異なる倍率で
撮像された画像上のパッド位置とは、一致せず撮像倍率
の異なる分だけずれる現象が発生する。このため、画像
上における両者間の正確な位置ずれ量が検出出来なくな
ると共に、はんだフィレットの形状を検出するための検
査ウインドウがパッド位置からずれてしまい、信頼性の
高い欠陥判定ができなくなる問題点を有していた。

【０００４】特に、最近は電子部品の小形化が急速に進
展してきたことから、電子部品の電極やリードは微細化
され、それに伴い位置ずれの許容量も小さくなってい
る。したがって、検出画像上における被検査対象物の搭
載位置が、基板の反りに起因して設計搭載位置からずれ
てしまうと、虚報や見逃しが多発して不良の原因とな
り、信頼性の高い検査を実現することができない問題点
を有していた。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
基板に反りが発生している場合でも、該基板の反りに伴
う撮像倍率の変化の影響を受けることなく、画像上にお
ける被検査対象物の設計搭載位置に対する位置ずれ量を
検出して設計搭載位置を正確に設定し、信頼性の高い検
査を実現することができる電子基板上の実装部品検査装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基板上に実装された被検査対象物に対し
て任意に設定された角度から光を照射する照明手段、該
照明手段の反射光を撮像する反射光画像撮像手段、およ
び該反射光画像撮像手段により撮像された反射光画像の
分布パターンを介して被検査対象物の画像上位置を求め
る画像処理手段とを備えた電子基板上の実装部品検査装
置において、（１）スポットまたはスリット状の光を前
記基板および被検査対象物に照射する前記照明手段とは
異なる照明手段と、（２）該照明手段の照射方向と異な
る方向からその光像を撮像する光像撮像手段と、（３）
該撮像光像より３角測量の原理により前記基板表面高さ
を求める基板表面高さ算出手段と、（４）該算出した基
板表面高さを介して、基板反り量の大きさにより変動す
る前記反射光画像撮像手段のレンズと基板表面との間の
距離を求め、前記反射光画像の撮像倍率を求める撮像倍
率算出手段と、（５）前記画像処理手段にて求めた被検
査対象物の画像上での位置と、前記求めた反射光画像の
撮像倍率とを介して被検査対象物の設計搭載位置からの
ずれを検出する位置検出手段と、を備える構成にしたも
のである。

【０００７】そして、前記画像処理手段における画像処
理の範囲を示す検査ウインドウを、各被検査対象物の設
計搭載位置と前記撮像倍率算出手段にて求めた反射光画
像の撮像倍率とをもとに設定される構成にするとよい。

【０００８】

【作用】上記構成としたことにより、スポットまたはス
リット状の光を検査基板に照射し、これを照射方向と異
なる方向から撮像することにより、３角測量の原理より
基板表面高さを求めることができる。ここで、検出光学
系の位置は設計情報より求めることができるため、検出
光学系と基板表面間の距離を求めることができる。この
求めた距離と、反射光を撮像する検出系のレンズの特性
をもとにその焦点合わせと撮像倍率が求められ、その求
めた撮像倍率をもとに、画素サイズと、画像上における
被検査対象物の設計搭載位置とが求められる。これによ
り、画像上における被検査対象物の設計搭載位置と、検
査基板の反りによって設計倍率と異なる倍率で撮像され
た画像上のパッド位置とがずれるという現象を防止する
ことが可能となる。

【０００９】このため、たとえ基板に反りが発生してい
る場合でも、基板の反りに伴う撮像倍率の変化の影響を
受けることなく、画像上における被検査対象物の設計搭
載位置に対する位置ずれ量を検出して設計搭載位置を正
確に設定し、信頼性の高い検査を実現することが可能に
なる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１および図
２を参照して説明する。図１は本発明の実装部品検査装
置の全体構成の１例を示す図、図２は図１に示す構成の
実装部品検査装置の検査シーケンスを示す図である。

【００１１】図１において、１０１はプリント基板（以
下、単に基板という）に実装された検査対象となる電子
部品（以下、被検査対象物という）である。基板はＸＹ
テーブル１０２に固定されており、Ｘ，Ｙ方向に任意に
移動させることが可能である。これにより、基板上の複
数のあらゆる位置の被検査対象物１０１が画像検出位置
に移動可能である。１０３は基板の反り検出用の基板表
面の高さ検出器で、スポット状の光を基板に照射し、そ
の反射光を受光し、３角測量の原理に基づき、基板表面
の高さを検出する。１０４はリング照明で、被検査対象
物１０１に対して所定の角度から照明を行なう。１０５
はＴＶカメラで、リング照明１０４により照明された被
検査対象物１０１の反射光を撮像する。１０６はＴＶカ
メラ制御手段で、高さ検出器１０３により求めた基板表
面高さをもとに、ＴＶカメラ１０５の焦点合わせを行な
う。この焦点合わせは以下の関係式をもとに行う。

【００１２】被検査対象物１０１からＴＶカメラ１０５
のレンズの第１主平面までの距離をａ、第２主平面から
ＴＶカメラ１０５の撮像面までの距離をｂと置き、ＴＶ
カメラ１０５のレンズの焦点距離をｆとすると、 １／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ ……（１） となる。ここで、ａは高さ検出器１０３で求める基板高
さより算出可能である。上記式（１）が成り立つように
ＴＶカメラ１０５のレンズ位置を変化させることで、焦
点合わせを行なうことが出来る。１０７はＴＶカメラ撮
像倍率算出手段で、高さ検出器１０３で求めた基板表面
高さをもとにＴＶカメラ１０５の撮像倍率を求める。前
記式（１）のａ，ｂを用いると、撮像倍率は、 倍率＝ｂ／ａ ……（２） により求まる。

【００１３】上記撮像倍率の変化に伴って発生する画面
上での設計搭載位置の変化は、次式のように検査視野の
中心と被検査対象物位置との距離に比例し、 Δｄ＝ｄ×（Δｂａ） ……（３） ただし、Δｄ …画像上での視野中心と被検査対象物の
位置との距離の変化 ｄ …画像上での視野中心から被検査対象物の位置ま
での距離 Δｂａ…基板表面高さの変化に伴い発生した撮像倍率の
変化率 となる。

【００１４】上式（３）により、検査視野の中心では撮
像倍率が変化した場合でも被検査対象物の撮像画像上の
位置はほとんど変化しないが、視野の端では大きく変化
することが判る。具体的には、例えば、１５ｍｍ×１５
ｍｍの検査視野の場合に、撮像倍率が２％変化すると、
該検査視野の端では被検査対象物の撮像画像上の位置は
１５０μｍ変化する。このため、リード間隔が０．５ｍ
ｍのＩＣのような位置ずれ許容範囲の小さな部品では、
撮像倍率の変化を考慮に入れなければ信頼性の高い欠陥
検出は実現できないことになる。しかし、式（２）を用
いることにより、基板に反りが発生してＴＶカメラ１０
５と基板間の距離が変化したような場合であっても正確
な撮像倍率を求めることができる。

【００１５】１０８は検査ウインドウ設定手段で、被検
査対象物１０１の設計搭載位置データと、ＴＶカメラ１
０５の撮像倍率とをもとに、画像処理を行う範囲を示す
検査ウインドウを設定する。この検査ウインドウは、各
被検査対象物１０１ごとに設定されたウインドウサイズ
を有するように画像上における被検査対象物１０１の設
計搭載位置を中心とした領域とすればよい。１０９は画
像入力手段で、ＴＶカメラ１０５の出力する電気信号を
２次元画像に変換する。１１０は画像処理手段で、検査
ウインドウ設定手段１０８にて設定された検査ウインド
ウ内における上記２次元画像を処理し、被検査対象物１
０１の画像上での位置を求める。

【００１６】上記画像処理の一例としては、被検査対象
物１０１となるフラットパッケージの部品エッジを画像
上で検出し、これに予め登録されているフラットパッケ
ージのリード長さから、画像上でのフラットパッケージ
のリード先端位置を決めてリード位置を検出する手法
（例えば、特開平４−３５５３１２号公報）を適用する
ことが可能である。

【００１７】１１１は被検査対象物１０１の設計搭載位
置からのずれ量を検出する位置検出手段で、検査ウイン
ドウ設定手段１０８にて得られた被検査対象物１０１の
画像上での位置と、ＴＶカメラ撮像倍率算出手段１０７
にて得られた被検査対象物１０１の反射光画像の撮像倍
率とをもとに検出する。ここで、被検査対象物１０１
が、許容範囲を越えて設計搭載位置よりずれて実装され
ていたものは欠陥として判定される。検査ウインドウ設
定手段１０８における検査ウインドウは、その中心が被
検査対象物１０１の設計搭載位置となるように設定され
ているため、検査ウインドウ中心からの被検査対象物１
０１のずれを求めることにより、該被検査対象物１０１
の設計搭載位置からのずれ量を容易に求めることができ
る。

【００１８】図２は、図１に示す構成の実装部品検査装
置の検査シーケンスを示した図である。まず、被検査対
象物１０１の設計搭載位置が撮像されるようにＸＹテー
ブル１０２を移動させる。次に、被検査対象物１０１の
搭載されていない部分で基板表面の高さを測定し、その
測定位置におけるＴＶカメラ１０５の撮像倍率を前記式
（１），（２）により算出する。次に、ＴＶカメラ１０
５でリングライト照明画像を撮像する。次に、画像中で
検査が可能な全ての被検査対象物１０１に対して、それ
ぞれの検査ウインドウを、既に求めたＴＶカメラ１０５
の撮像倍率と、設計搭載位置とをもとに設定し、各検査
ウインドウ内の画像を処理して、被検査対象物１０１の
形状と画像上での位置とを求める。最後に、被検査対象
物１０１の画像上での位置より求めた検査対象位置が、
許容範囲内か否かを検出する。そしてその結果、検査対
象位置が設計搭載位置より許容範囲を超えてずれていた
場合には欠陥と判定される。

【００１９】つぎに、本発明の第２の実施例を図３を参
照して説明する。図３は本発明の実装部品検査装置の全
体構成の１例を示す図である。

【００２０】図３において、３０１は基板に実装された
被検査対象物である電子部品である。基板はＸＹテーブ
ル３０２に固定されており、任意にＸ，Ｙ方向に移動さ
せることが可能である。これにより、基板上に多数実装
されているあらゆる位置の被検査対象物３０１が画像検
出位置に移動可能となっている。３０３はスリット光プ
ロジェクタで、シート状の光をガルバノミラー３０４を
介して被検査対象物３０１に照射する。ガルバノミラー
３０４は角度制御が任意に可能であり、スリット光の照
射角度を自由に変化させることが出来る。３０５はＴＶ
カメラで、照射されたスリット光の反射光を、照射角度
とは異なる方向から撮像する。なお、本実施例では、前
記スリット光プロジェクタ３０３、ガルバノミラー３０
４およびＴＶカメラ３０５とにより被検査対象物３０１
の高さ検出器を構成している。

【００２１】３０６は光切断線抽出ユニットで、ＴＶカ
メラ３０５で検出されたスリット光の反射光より光切断
線を抽出し、三角測量の原理により、被検査対象物３０
１の断面形状波形データを求める。３０７は基板高さ演
算手段で、前記光切断線抽出ユニット３０６で求めた断
面形状波形データに基づいて基板高さを求める。３０８
は被検査対象物３０１の位置・形状検出手段で、検出し
た１本あるいは複数本の断面形状波形データをもとに被
検査対象物３０１またはそのはんだ付部の位置および形
状を検出する。３０９は欠陥判定手段で、位置・形状検
出手段３０８により求めた被検査対象物３０１の位置・
形状をもとに欠陥判定を行なう。３１０はリング照明、
３１１はＴＶカメラ、３１２はＴＶカメラ制御手段、３
１３はＴＶカメラ撮像倍率算出手段、３１４は検査ウイ
ンドウ設定手段、３１５は画像入力手段、３１６は画像
処理手段、３１７は位置検出手段で、それぞれ前記図１
で説明したものと同様の機能を持つ。３１８はシステム
バスであり、これを通して情報伝達の送受が可能であ
る。

【００２２】つぎに、本発明の第３の実施例を図４を参
照して説明する。図４は前記図３と異なる高さ検出器を
使用した１例を示す図である。

【００２３】図４において、４０１は基板上に多数実装
されている被検査対象物、４０２はＸＹテーブルで、基
板を固定して自由にＸ，Ｙ方向に移動させることが可能
である。４０３はスポット光プロジェクタで、任意に角
度制御が可能なミラー４０４ａ、４０４ｂを介して、被
検査対象物４０１にスポット光を照射する。４０５はス
ポット光撮像手段で、スポット光の照射と異なる方向か
ら撮像を行なう。ミラー４０４ａ、４０４ｂの角度を変
化させることにより、スポット光の照射位置を制御する
ことが出来る。

【００２４】なお、前記図３ではスリット光プロジェク
タ３０３と、ＴＶカメラ３０５とを組合せて高さ検出器
を構成したが、これは他の組合せでも実現可能で、本実
施例においては、スポット光プロジェクタ４０３、ミラ
ー４０４ａ、４０４ｂおよびスポット光撮像手段４０５
により、被検査対象物３０１に対する高さ検出器が構成
されている。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板に反
りが発生している場合でも、該基板の反りに伴う撮像倍
率の変化の影響を受けることなく、画像上における被検
査対象物の設計搭載位置に対する位置ずれ量を検出して
設計搭載位置を正確に設定し、信頼性の高い検査を実現
することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の実装部品検査装置の全
体構成例を示す図である。

【図２】図１に示す構成の実装部品検査装置の検査シー
ケンスを示した図である。

【図３】本発明の第２の実施例の実装部品検査装置の全
体構成例を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施例の実装部品検査装置の高
さ検出器の構成説明図である。

【符号の説明】 １０１，３０１，４０１…被検査対象物、１０２，３０
２，４０２…ＸＹステージ、１０３…高さ検出器、１０
４，３１０…リング照明、１０５，３０５，３１１…Ｔ
Ｖカメラ、１０６，３１２…ＴＶカメラ制御手段、１０
７，３１３…ＴＶカメラ撮像倍率算出手段、１０８，３
１４…検査ウインドウ設定手段、１０９，３１５…画像
入力手段、１１０，３１６…画像処理手段、１１１，３
１７…位置検出手段、３０３…スリット光プロジェク
タ、３０４…ガルバノミラー、３０６…光切断線抽出ユ
ニット、３０７…基板高さ演算手段、３０８…被検査対
象物の位置・形状検出手段、３０９…欠陥判定手段、３
１８…システムバス、４０３…スポット光プロジェク
タ、４０４ａ，４０４ｂ…角度制御可能なミラー、４０
５…スポット光撮像手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に実装された被検査対象物に対し
   て任意に設定された角度から光を照射する照明手段、該
   照明手段の反射光を撮像する反射光画像撮像手段、およ
   び該反射光画像撮像手段により撮像された反射光画像の
   分布パターンを介して被検査対象物の画像上位置を求め
   る画像処理手段とを備えた電子基板上の実装部品検査装
   置において、（１）スポットまたはスリット状の光を前
   記基板および被検査対象物に照射する前記照明手段とは
   異なる照明手段と、（２）該照明手段の照射方向と異な
   る方向からその光像を撮像する光像撮像手段と、（３）
   該撮像光像より３角測量の原理により前記基板表面高さ
   を求める基板表面高さ算出手段と、（４）該算出した基
   板表面高さを介して、基板反り量の大きさにより変動す
   る前記反射光画像撮像手段のレンズと基板表面との間の
   距離を求め、前記反射光画像の撮像倍率を求める撮像倍
   率算出手段と、（５）前記画像処理手段にて求めた被検
   査対象物の画像上での位置と、前記求めた反射光画像の
   撮像倍率とを介して被検査対象物の設計搭載位置からの
   ずれを検出する位置検出手段と、を備えたことを特徴と
   する電子基板上の実装部品検査装置。
2. 【請求項２】 前記画像処理手段における画像処理の範
   囲を示す検査ウインドウが、各被検査対象物の設計搭載
   位置と前記撮像倍率算出手段にて求めた反射光画像の撮
   像倍率とをもとに設定される請求項１記載の電子基板上
   の実装部品検査装置。