JPH10253550A - 実装基板の半田付け検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純にＸ線を照射して得られる透視画像に
は、半田接合部分以外に配線パターンなどの情報も含ま
れるため、目視検査する場合の障害になるとともに自動
検査ができなかった。 【解決手段】 主制御部３１は、Ｘ線管２１に印加する
管電圧を管電圧制御部２２にて制御することにより、異
なる光量子エネルギーのＸ線を検査基板に照射して複数
の透視画像を得るとともに、それぞれの透視画像におけ
る半田以外の部分のコントラストが同じになるようにコ
ントラスト調整を行なってから差分を取っており、検査
基板Ｋ上の構成物質のＸ線吸収特性の違いを利用して画
像の分離を行うことができ、半田付け部分を強調した画
像を求めることができる。この画像には、プリント基板
の配線パターンなどの情報を含まないことから、目視に
よって検査する場合でも、比較的容易に半田付けの良否
を判断することができるし、この画像を使って自動検査
を確立すれば、検査の効率化、検査精度の向上を実現で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装部品のよ
うな電子部品を搭載した実装基板の半田付け検査装置に
属し、詳しくはＢＧＡ（ball grid array ）、ＣＳＰ
（chip size package ）のように部品の裏側にアレイ状
に並んだ半田端子で実装する部品に対し、Ｘ線を照射し
て得られた複数の画像から半田接合部分を強調した透視
画像を求め、これをもとに半田付けの良否を判定する電
子部品を搭載した実装基板の半田付け検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子機器製品の小型化、薄型化に伴い、
プリント基板の実装の高密度化が進んでいる。それに伴
い、実装する部品も小型化が進み、ＬＳＩ部品に関して
は部品の裏側にアレイ状に並んだ半田端子で実装するＢ
ＧＡ、ＣＳＰといった新しいパッケージタイプの部品が
量産されるようになってきた。これらの部品の実装後の
半田付け検査は、半田接合部が部品の裏側にあるために
難しく、従来のレーザーや画像処理を用いた外観検査方
式は使えない状況にある。

【０００３】現在のところ、これらの部品の半田接合部
が外側から見えないことから、Ｘ線を用いた透視方式に
よって検査を行うのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の実装基
板の半田付け検査装置においては、次のような課題があ
った。単純にＸ線を照射して得られる透視画像には、半
田接合部分以外に基板の配線パターンなどの情報も含ま
れるため、目視検査する場合の障害になっている。

【０００５】また、ＢＧＡ、ＣＳＰ部品を実装した基板
を量産するには、検査効率を考えると検査の自動化が必
要である。しかし、前記のように単純にＸ線を照射して
得られる画像には、半田接合部分以外に配線パターンな
どの情報も含まれるため、自動検査アルゴリズムを確立
する上で問題になっている。従って、ＢＧＡ、ＣＳＰ部
品の半田接合部分の検査を実現するには、Ｘ線を照射し
て得られる画像から何らかの方法を用いてプリント基板
の配線パターンなどの情報を除去し、半田接合部分を強
調した画像を求めることが必要である。

【０００６】本発明は、上記課題にかんがみてなされた
もので、Ｘ線を照射する投射方式を採用しつつ半田接合
部分以外の基板の配線パターンなどの情報を除去して、
目視検査や自動検査を容易に行えるようにすることが可
能な実装基板の半田付け検査装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、電子部品を搭載した実装
基板の半田付け検査装置であって、上記実装基板上の半
田付け部分にＸ線を照射するためのＸ線発生手段と、上
記実装基板を透過したＸ線を検出し撮像するための撮像
手段と、この撮像手段にて撮像したＸ線画像を演算処理
するための演算手段と、上記Ｘ線画像あるいは検査結果
を表示するための表示手段とを備えた構成としてある。
そして、かかる構成のもと、Ｘ線源の管電圧を変化させ
てＸ線を照射して得られた複数の画像を相互演算処理す
ることにより、半田接合部分を強調した透視画像を求
め、この画像をもとに半田付けの良否を判定する。

【０００８】また、請求項２にかかる発明は、電子部品
を搭載した実装基板の半田付け検査装置であって、上記
実装基板上の半田付け部分にＸ線を照射するためのＸ線
発生手段と、特定のエネルギー範囲のＸ線だけを透過さ
せるフィルター手段と上記実装基板を透過したＸ線を検
出し撮像するための撮像手段と、この撮像手段にて撮像
したＸ線画像を演算処理するための演算手段と、上記Ｘ
線画像あるいは検査結果を表示するための表示手段とを
備えた構成としてある。

【０００９】そして、かかる構成のもと、Ｘ線吸収特性
の異なる複数のフィルターを通して得られるエネルギー
分布の異なるＸ線を照射して得られた複数の画像を相互
演算処理することにより、半田接合部分を強調した透視
画像を求め、この画像をもとに半田付けの良否を判定す
る。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｘ線を照
射する投射方式を採用しながら特定の物質の分布画像だ
けを残すことができるので、部品の裏側にアレイ状に並
んだ半田端子で実装する部品についても、半田接合部分
以外の基板の配線パターンなどを除去して同半田接合部
分を強調した透視画像を求め、目視検査や自動検査を容
易に行えるようにすることが可能な実装基板の半田付け
検査装置を提供することができる。

【００１１】特に、請求項１にかかる発明によれば、Ｘ
線源の管電圧を制御してＸ線を照射すれば良く、既存の
ものを転用しやすくすることができる。また、請求項２
にかかる発明によれば、フィルタの特性を利用して必要
となる帯域などを選択可能となり、照射するＸ線の絞り
込みが容易となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かる実装基板の半田付け検査装置を概略的なブロック図
により示している。本半田付け検査装置１０は、機能的
な構成としてＸ線撮像部２０と、画像処理部３０とから
構成されている。また、被写体となる検査基板Ｋは、基
板基材上に配線パターンを形成しつつベアチップＰなど
を実装したものであり、半田（Pb, Sn）と基板基材（ガ
ラスエポキシ）と配線パターン（Cuなど）とベアチップ
（Si）などで構成されている。また、ベアチップはＢＧ
ＡチップやＣＳＰパッケージを採用しており、その半田
接合部位は直接的には目視困難な位置となっている。

【００１３】図１において、Ｘ線撮像部２０は、Ｘ線を
発生するＸ線管２１と、このＸ線管２１に対する管電圧
を供給する管電圧制御部２２と、上記Ｘ線管２１に対し
て検査基板Ｋを間に挟んで対峙して透過Ｘ線をイメージ
インテンシファイアにて結像しつつ同画像を撮影するＣ
ＣＤカメラを備えた撮像部２３とを備えている。Ｘ線管
２１は管電圧制御部２２から供給される管電圧によって
Ｘ線を発生可能であり、その発生するＸ線の光量子エネ
ルギーの分布を図２に示している。同図に示すように管
電圧制御部２２にて印加せしめる管電圧を３０ｋＶ、４
０ｋＶ、５０ｋＶというように変化させることにより、
発生するＸ線の光量子エネルギーの分布は徐々に変化す
る。すなわち、この管電圧制御部２２にて管電圧を変化
させることにより、異なる光量子エネルギーのＸ線を検
査基板Ｋに照射可能となっている。なお、図２には各管
電圧を印加したときに発生されるＸ線の量を相対的に示
している。

【００１４】一方、検査基板Ｋを透過したＸ線は撮像部
２３のイメージインテンシファイア上に到達し、蛍光体
を発光させる。この明るさは透過したＸ線の強さに比例
するため、検査基板Ｋ上の物質の吸収量に応じた濃淡画
像となる。ＣＣＤカメラはこの濃淡画像を撮像し、ドッ
トマトリクス状の輝度値からなるイメージデータを生成
する。すなわち、異なる光量子エネルギーのＸ線を検査
基板Ｋに照射するとともに、それぞれの場合の透視画像
を撮像可能となっている。

【００１５】本実施形態においては管電圧を制御するこ
とによって異なる光量子エネルギーのＸ線を発生させて
いるが、図１の二点鎖線で示すように、Ｘ線の露光経路
に所定の吸収特性を有するフィルタ２４を介在させつつ
同フィルタ２４を交換するフィルタ交換器２５を備える
ことにより、検査基板Ｋに照射されるＸ線の光量子エネ
ルギーを変化させるようにしても良い。この場合、Ｘ線
管２１には一定の管電圧を供給しておいても良いし、フ
ィルタ２４の吸収特性と組み合わせて所望の光量子エネ
ルギーとなるように管電圧を制御するようにしても良
い。

【００１６】吸収特性の異なるフィルタ２４を交換する
ための概略構成を図３に示している。同図に示すように
吸収特性の異なる四つのフィルタ２４ａ〜２４ｄをトレ
イ２５ａに装着してあり、駆動モータ２５ｂにて同トレ
イ２５ａを所定回転角度に変更可能となっている。この
場合、トレイ２５ａを回転させるといずれかのフィルタ
２４ａ〜２４ｄがＸ線管２１の開口２１ａに対面するこ
とになり、フィルタ２４を通過したＸ線が検査基板Ｋに
照射される。

【００１７】この例では、フィルタ２４は同一素材から
なる板材の厚みを変化させて吸収量を異なるようにして
吸収特性に差異を設けている。しかしながら、透過させ
る光量子エネルギーの帯域がそれぞれに異なるような吸
収特性としたフィルタ２４を採用しても良い。管電圧を
変化させる場合もフィルタ２４の吸収特性を変化させる
場合も、照射させるＸ線の光量子エネルギーは被写体に
おいて分布画像を得ようとする素材の吸収係数に応じて
決定している。

【００１８】図４は照射する光量子エネルギーと質量吸
収係数との関係を示している。図において実線は鉛の質
量吸収係数（μ／ρ）を示し、一点鎖線は銅の質量吸収
係数（μ／ρ）を示している。図から明らかなように素
材毎に吸収特性は異なっている。従って、異なる強さの
光量子エネルギーを照射したときに透視画像が異なるの
は当然であるが、その場合のそれぞれの素材に応じた画
像の変化率も異なることになる。

【００１９】この場合の画像の変化率とは撮像部２３に
て撮像されたイメージデータの変化率であり、より具体
的にはドットマトリクス状の各輝度値の変化率に相当す
る。なお、本実施形態においては処理の効率化のために
撮像部２３にイメージインテンシファイアとＣＣＤカメ
ラとを採用し、ドットマトリクス状のイメージデータを
生成可能としているが、透視画像をフィルムに撮像する
とともにスキャナなどを利用してイメージデータを生成
することも可能である。

【００２０】図１に示す画像処理部３０はかかる画像の
変化率に着目して画像処理を行うものであり、撮像部２
３にて撮像した画像を画像処理する主制御部３１と、所
定の画像を表示する表示部３２とを備えている。主制御
部３１は通常のＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭなどの他、画像
メモリなどを備えており、画像処理を実行可能となって
いる。なお、主制御部３１については後述するようなソ
フトウェアで各部を制御する関係上、Ｘ線撮像部２０に
おける光量子エネルギーも制御しており、その意味でＸ
線撮像部２０の一部も兼ねている。

【００２１】図５は画像処理を説明するために画像の輝
度分布を模式的に示しており、同図（Ａ）（Ｂ）は異な
る光量子エネルギーのＸ線を照射した場合に得られる透
視画像の輝度分布であり、同図（Ｃ）は画像処理後の輝
度分布を示している。図４に示すように鉛の質量吸収係
数には非連続領域（図中Ａの部分のＸ線吸収端）があ
る。従って、Ｘ線の強度がこの非連続領域の直前と直後
となる場合、銅による透視画像の輝度分布はわずかに変
化するだけであるものの、鉛による透視画像の輝度分布
は大きく異なる。図５（Ａ）および（Ｂ）において鉛に
対する輝度分布はさほど変化していないが銅に対する輝
度分布は大きく変化している。従って、少なくとも銅の
輝度分布が変化しないように明るさのパラメータを均一
化させる処理を行った後、差分を求めれば鉛に起因する
輝度分布だけが残ることになる。

【００２２】すなわち、主制御部３１はこのような複数
の強度の光量子エネルギーとなるように上記管電圧制御
部２２に指示するとともに、撮像部２３にて撮像された
複数の画像のコントラストを調整しつつ差分を求める。
なお、検査基板Ｋにおいては半田接合部位の面積と全面
積との比では圧倒的に半田接合部位の面積が小さいの
で、画像としての全体のコントラストを一致させる調整
を行えばよい。また、差分として得られた画像において
も基本的にはＸ線の吸収量に応じた濃淡の画像であるか
ら、鉛の量は概ね輝度に比例しており、半田の多少が画
面の濃淡で確認できることになる。

【００２３】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を図６に示す主制御部３１の実施する検査処理のフロー
チャートを参照しつつ説明する。先ず、主制御部３１は
画像を撮像するための前準備を実行し（Ｓ１０５）、Ｘ
線管２１に対して第一の管電圧を設定するように管電圧
制御部２２を制御して（Ｓ１１０）、Ｘ線を照射させる
とともに（Ｓ１１５）、そのときに撮像部２３にて撮像
された透視画像を取り込んで保存する（Ｓ１２０）。

【００２４】続いて、主制御部３１はＸ線管２１に対し
て第二の管電圧を設定するように管電圧制御部２２を制
御して（Ｓ１２５）、Ｘ線を照射させるとともに（Ｓ１
３０）、そのときに撮像部２３にて撮像された透視画像
を別画像として取り込んで保存する（Ｓ１３５）。これ
らの場合における第一の管電圧と第二の管電圧は図４に
示す非連続領域を挟んで隣接するような光量子エネルギ
ーを照射させるようなものが好ましい。また、この場合
は管電圧を変化させて光量子エネルギーを変化させてい
るが、フィルタ２４を使用する場合にはフィルタ交換器
２５に指示して交換させる。

【００２５】また、撮像時にはＸ線を短時間だけ照射さ
せるように迅速に管電圧を変化させたりフィルタ２４を
交換する。従って、フィルタ２４の交換にあたっては図
３の一点鎖線で示すように互いに隣接せしめておくよう
にしても良い。単純化のために検査基板Ｋ内の物質を半
田と半田以外に分けて考え、二つの透視画像を比較し、
それぞれの透視画像において半田以外の部分のコントラ
ストが同じになるようにコントラスト調整を行う（Ｓ１
４０）。これは、第一の透視画像における半田以外の部
分のコントラストに等しくなるように第二の透視画像に
一定の定数を乗ずるような処理が該当する。

【００２６】引き続き、定数を乗じた第二の透視画像
と、撮像した第一の透視画像との差分処理を実行する
（Ｓ１４５）。すると、半田以外の部分の画像成分は相
殺され、残った画像は半田部分が強調されたものとな
り、主制御部３１はかかる画像を表示部３２にて表示さ
せる（Ｓ１５０）。Ｘ線の吸収は透過した物質の厚みや
密度に依存することから、半田接合の良否は得られた半
田接合部分の強調画像において輝度差として現れ、この
画像の輝度分布から正常接合と異常接合を特徴づける特
徴量（パラメータ）を求め、半田付けの良否の判定が可
能になる。

【００２７】なお、Ｘ線の吸収特性はエネルギー依存性
を示すことから、管電圧を制御した場合でもフィルタを
変更した場合でも、ともにコントラスト調整や差分処理
を実行して半田と半田以外の部分の画像の分離が行え
る。このように、主制御部３１は、Ｘ線管２１に印加す
る管電圧を管電圧制御部２２にて制御することにより、
異なる光量子エネルギーのＸ線を検査基板に照射して複
数の透視画像を得るとともに、それぞれの透視画像にお
ける半田以外の部分のコントラストが同じになるように
コントラスト調整を行なってから差分を取っており、検
査基板Ｋ上の構成物質のＸ線吸収特性の違いを利用して
画像の分離を行うことができ、半田付け部分を強調した
画像を求めることができる。この画像には、プリント基
板の配線パターンなどの情報を含まないことから、目視
によって検査する場合でも、比較的容易に半田付けの良
否を判断することができるし、この画像を使って自動検
査を確立すれば、検査の効率化、検査精度の向上を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる実装基板の半田付
け検査装置の概略的なブロック図である。

【図２】Ｘ線管における管電圧と照射するＸ線の光量子
エネルギーの関係を示す図である。

【図３】フィルタとフィルタ交換器を示す概略図であ
る。

【図４】鉛と銅における光量子エネルギーと質量吸収係
数との関係を示す図である。

【図５】輝度分布とその要因の関係を示す図である。

【図６】主制御部における検査処理のフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０…半田付け検査装置 ２０…Ｘ線撮像部 ２１…Ｘ線管 ２２…管電圧制御部 ２３…撮像部 ２４…フィルタ ２５…フィルタ交換器 ３０…画像処理部 ３１…主制御部 ３２…表示部 Ｋ…検査基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を搭載した実装基板の半田付け
   検査装置であって、 上記実装基板上の半田付け部分にＸ線を照射するための
   Ｘ線発生手段と、 上記実装基板を透過したＸ線を検出し撮像するための撮
   像手段と、 この撮像手段にて撮像したＸ線画像を演算処理するため
   の演算手段と、 上記Ｘ線画像あるいは検査結果を表示するための表示手
   段とを備え、 Ｘ線源の管電圧を変化させてＸ線を照射して得られた複
   数の画像を相互演算処理することにより、半田接合部分
   を強調した透視画像を求め、この画像をもとに半田付け
   の良否を判定することを特徴とする実装基板の半田付け
   検査装置。
2. 【請求項２】 電子部品を搭載した実装基板の半田付け
   検査装置であって、 上記実装基板上の半田付け部分にＸ線を照射するための
   Ｘ線発生手段と、 特定のエネルギー範囲のＸ線だけを透過させるフィルタ
   ー手段と 上記実装基板を透過したＸ線を検出し撮像するための撮
   像手段と、 この撮像手段にて撮像したＸ線画像を演算処理するため
   の演算手段と、 上記Ｘ線画像あるいは検査結果を表示するための表示手
   段とを備え、 Ｘ線吸収特性の異なる複数のフィルターを通して得られ
   るエネルギー分布の異なるＸ線を照射して得られた複数
   の画像を相互演算処理することにより、半田接合部分を
   強調した透視画像を求め、この画像をもとに半田付けの
   良否を判定することを特徴とする実装基板の半田付け検
   査装置。