JPH10256800A

JPH10256800A - 実装済プリント基板検査装置における判定基準自由設定方法

Info

Publication number: JPH10256800A
Application number: JP9063217A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正徳加藤
Original assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-17
Also published as: JP2939876B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プリント基板に電子部品を半田付けする企業
において、良品として判断するか、不良品として判断す
るかの判断基準は、各企業毎に異なることが多いが、従
来においては、検査装置における前記した判断基準は、
検査装置の製造メーカ側で標準のものを製作しているた
め、前記企業毎の要望に一致しないものとなっていて不
便であった。【解決手段】半田面に対してレーザ光を照射し、その
反射光の反射方向を受光手段で検知し、あるいは、カメ
ラによって半田面の輝度値や輝度面積を比較するなどに
よってプリント基板に実装された電子部品の半田付け状
態を検査する方法において、予め設定した自由設定判定
項目の一覧表によって複数の検査項目からなる判定式を
作成し、その判定式における前記各検査項目の論理との
一致を判断した後、前記判定式全体における判断を実施
し、半田付け状態が正常か否かを判定することを特徴と
する実装済プリント基板検査装置における判定基準自由
設定方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板に実装
された電子部品とプリント基板上のパッドとの半田付け
状態が正常か否かを検出する検査装置において、前記正
常か否かの判断基準をユーザーが自由に設定できるよう
にした実装済プリント基板検査装置における判定基準自
由設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における実装済プリント基板の半田
付け状態を検査する装置としてレーザ光を照射し、その
反射光を受光手段で受光して電子部品のリードがプリン
ト基板のパッドに対して正常な状態か、浮いている状態
か、あるいは、未半田の状態であるか否かを検査するも
のがあった。

【０００３】例えば、図３に示す検査装置がある。以
下、この検査装置について説明する。１はレーザ光を放
射するHe-Ne レーザ銃等のレーザ光源、２はビームスポ
ットを十分に絞るため、前記レーザ光源１が放射するレ
ーザ光を一旦５mm径程度の平行ビームに拡張するための
エキスパンダである。

【０００４】３はＸ−ＹステージＳ上に載置された被検
査用のプリント基板Ｐに実装された電子部品のリードを
横切る方向にビームスポットが掃引されるようにレーザ
光を走査するＹ軸回転ミラー３ａと、前リードの長さ方
向にビームスポットが掃引されるようにレーザ光を走査
するＸ軸回転ミラー３ｂとを備えたガルバノメータにし
て、各回転ミラー３ａ，３ｂの可動範囲に基づく立体角
内でレーザ光が走査される。

【０００５】また、各ミラー３ａ，３ｂは、組み込まれ
たエンコーダの信号によりサーボ制御されるが、この
時、プリント基板Ｐに照射されるビームＢの位置はエン
コーダ信号により決定される。

【０００６】４は前記ガルバノメータ３によって走査さ
れたレーザ光をミラー５、ハーフミラー６を介して印刷
配線板Ｐ上に集光する集光レンズ、７は後述する受光手
段９の孔９ａから真上に抜けてくる半田面からの反射光
を受光する受光素子、８は前記孔９ａから抜けてくる前
記反射光を前記受光素子７に集光するためのレンズであ
る。

【０００７】受光手段９は下面が開放された箱状に形成
され、内側の上面および側面の全面に受光素子９ｂ，９
ｃが取付けられ、かつ、上面の中央部にハーフミラー６
から反射されたレーザ光を通過させるためのレーザ光照
射孔９ａが形成されると共に、上面における前記受光素
子９ｂは前記孔９ａを均等な幅で包囲する受光領域で分
割され、また、側面における受光素子９ｃは上下方向が
均等な幅の受光領域で分割されている（図４を参照）。

【０００８】なお、説明の便宜上、受光手段９における
上面と側面の受光素子を縦方向に分割したものを示した
が、実際には受光素子を横方向にも分割しており、ま
た、形状としては箱型のものを示したが、ドーム状であ
ってもよく、さらに、受光素子を内面に張り付ける以外
に、本出願人会社が出願した特願平８−９９６２１号に
開示した水平方向に複数段取付けるようにしてもよい。

【０００９】次に、本装置における制御系を図５のブロ
ック図と共に説明する。なお、前記した符号と同一符号
は同一部材を示し、説明は省略する。１０は処理装置を
示し、図示を省略した記憶装置に記録されたデータやデ
ィスプレイ等の端末装置１１および操作部１２から入力
されるデータに基づいて実装済プリント基板Ｐのリード
浮き検査等の制御を行い、受光手段９、受光素子７の入
力に基づいて各種検査の結果を判定する。１３は前記レ
ーザ光による検査結果を印刷するプリンタである。

【００１０】１４はサーボ制御部を示し、ガルバノメー
タ３を駆動制御するサーボ制御回路１４ａとガルバノ駆
動回路１４ｂとで構成されている。１５はＸ−Ｙステー
ジＳを制御するＸ−Ｙステージ制御部を示し、処理装置
１０から出力される位置座標に基づいてＸ−Ｙステージ
Ｓを駆動し、プリント基板Ｐを所定の位置に移動させる
ものである。

【００１１】すなわち、Ｘ−ＹステージＳの図示を省略
したプリント基板設置部にはＸ方向とＹ方向の２次元座
標系が設定されており、処理装置１０の出力する２次元
座標系上の点が、ビームスポットの初期設定位置などの
固定点に一致するようにＸ−ＹステージＳを駆動する。

【００１２】次に、動作を説明するに、先ず、検査を開
始する前に被検査用プリント基板Ｐの種類などを識別す
る基板名などの検査用データが予め記憶装置などに登録
され、検査を行なう時には、被検査用プリント基板Ｐを
Ｘ−ＹステージＳに載置して基板名などを操作部１２か
ら入力すると予め記録された検査箇所の位置情報などの
検査用データに基づいて自動的に検査が行なわれるよう
になっている。

【００１３】そして、１枚の被検査用プリント基板Ｐは
Ｘ−ＹステージＳ上にコンベア等で送られストッパ等に
よって所定の位置で停止しロックされる。この状態でＸ
−ＹステージＳは、被検査用プリント基板Ｐに実装され
ている電子部品のリード部が受光手段９における孔９ａ
の真下に位置するように制御される。

【００１４】次いで、ビームスポットを照射する位置情
報が処理装置１０からサーボ制御回路１４ａに出力され
ると、該サーボ制御回路１４ａはガルバノ駆動回路１４
ｂにＸ制御信号とＹ制御信号を出力するので、該ガルバ
ノ駆動回路１４ｂはＸ軸回転ミラー３ｂ、Ｙ軸回転ミラ
ー３ａを制御して、前記位置情報に基づいた正確な位置
にビームＢの照射および掃引を行う。

【００１５】従って、ビームＢは図４，７に示すよう
に、被検査用プリント基板Ｐに実装された電子部品Ｅに
おけるリードＥ₁および該リードＥ₁が半田付けされる
パッドＰ₁の先端部分に対して掃引を行い、その反射光
を受光手段９によって受光するが、受光する受光手段９
における受光素子の位置、すなわち、受光手段９の開口
部から天井に向かう受光素子に対して一定のルールで記
号化し、受光結果による前記記号の並びがどのようにな
っているかで、半田の形状、すなわち、半田付け状態を
判断する。

【００１６】例えば、パッドＰ₁に対するリードＥ₁の
半田付け状態の例としては、半田付けが全く行われない
未半田状態（図８ａ）と、半田付けは行われているがリ
ードＥ₁がパッドＰ₁に対して浮いているリード浮き状
態（図８ｂ）および正常な半田付け状態（図８ｃ）の３
つがある。そして、図８ａの未半田にあっては反射光は
受光手段９の真上で受光し、また、図８ｂのリード浮き
にあっては反射光は受光手段９の斜め上方と真上で受光
し、さらに、図８ｃの正常な半田状態にあっては受光手
段９の下側から斜め上方および真上で受光することとな
る。従って、反射光が受光手段９のどの受光位置で受光
するかを判断することで半田付けが正常か否かを判断で
きる。

【００１７】図８のような未半田か、浮きか、正常かな
どの半田付け状態の外、図９に示すフィレット高さ、フ
ィレット長さ、半田高さ、半田長さ等について順次判断
を行う。すなわち、図６に示すように、半田付け状態が
正常か（ステップＳ１）、フィレット高さがしきい値よ
り大きいか等しいか（ステップＳ２）、フィレット長さ
がしきい値より大きいか等しいか（ステップＳ３）、半
田高さがしきい値より大きいか等しいか（ステップＳ
４）および半田長さがしきい値より大きいか等しいか
（ステップＳ５）をそれぞれ判断し、全てが大きいか等
しかった場合に正常（良品）と、また、何れか１つでも
小さい場合に異常（不良品）と判断するものであった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した判
断において不良品と判断されたものにおいて、例えば、
リードの先端側の半田が不十分であっても、リードの側
面側に半田が十分付着している場合や、リードがパッド
からずれていても半田が十分付着していれば半田付けの
品質として支障がないものであり、過剰な品質管理とい
うことになる。

【００１９】また、プリント基板に電子部品を半田付け
する企業において、良品として判断するか、不良品とし
て判断するかの判断基準は、各企業毎に異なることが多
いが、従来においては、検査装置における前記した判断
基準は、検査装置の製造メーカ側で標準のものを製作し
ているため、前記企業毎の要望に一致しないものとなっ
ているか、もしくは、各検査項目毎の判定しかできない
ものであった。

【００２０】本発明は前記した問題点を解決せんとする
もので、その目的とするところは、電子部品を半田付け
する各企業が、自社に適した判断基準を容易に設定で
き、過剰検査を防止して、正確で適切な良品を選別でき
るようにした実装済プリント基板検査装置における判定
基準自由設定方法を提供せんとするにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の実装済プリント
基板検査装置における判定基準自由設定方法は前記した
目的を達成せんとするもので、その手段は、半田面に対
してレーザ光を照射し、その反射光の反射方向を受光手
段で検知し、あるいは、カメラによって半田面の輝度値
や輝度面積を比較するなどによってプリント基板に実装
された電子部品の半田付け状態を検査する方法におい
て、予め設定した自由設定判定項目の一覧表によって複
数の検査項目からなる判定式を作成し、その判定式にお
ける前記各検査項目の論理との一致を判断した後、前記
判定式全体における判断を実施し、半田付け状態が正常
か否かを判定することを特徴とする。

【００２２】また、前記判定式を複数個作成し、信頼の
高い検査項目の論理からなる判定式から順次検査を実行
し、条件を満足した段階で前記検査を中止するようにす
ることが望ましい。例えば、ユーザーの希望する最低基
準の内の信頼性の高い測定データが得られる検査項目の
論理を含む判定式から順に検査を実行する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実装済プリン
ト基板検査装置における判定基準自由設定方法の実施の
形態について説明する。先ず、判定式の作成方法につい
て説明するに、半田状態を検出する場合の判定式は、例
えば、以下の判定式のように設定する。Ｐ１，α１＜２５０＆α２＜５０＆α１０＜６０＆α１
１＞５０＄ＮＧ（Ｕｂ）；

【００２４】ここで、「Ｐ１」判定フローの最初に挿入する判定式。「Ｐ２」前記Ｐ１の判定式において不一致の場合に、
別の角度からの判定を行うための論理から構成された判
定式、例えば、図７に示すレーザ光の照射をリードの幅
方向ではなく、リードの長さ方向に行うことで同じ検査
を別の検査項目からなる判定式によって評価する。「Ｐｎ」前記と別の判定を行うための論理から構成さ
れた判定式。「＆」論理和である。「α」の後は判定項目一覧表〔表１〕の位置情報を入力
する。なお、Ｐ２，Ｐｎについての判定式は前記Ｐ１の検査項
目とは異なる論理によって判定式を作成したものであ
り、例示は省略する。

【００２５】また、自由判定項目の一覧は表１に示す如
くであり、例えば、半田高さの場合は、α１であり、半
田ボリュームの場合はα１０である。「＄」結果「；」終了とする。また、ＮＧ論理にする場合は、「ＮＧ（Ｕ
ｎ）」と入力し、ＯＫ論理にする場合は、「ＯＫ（Ｕ
ｎ）」と入力し、ｎにａ〜ｚまでの任意の値を入力す
る。なお、前記ａ〜ｚの値とは検査項目を表示するもの
であり、例えば、欠品、１回目のトライにおける浮きや
未半田、リトライにおける浮きや未半田、面データによ
る浮きや未半田をａ〜ｚの文字を用いて表示する。

【００２６】

【表１】

【００２７】すなわち、前記した判定式Ｐ１の意味は、
α１とは、前記表１における縦欄の０と横欄１とが交差
する「半田高さ」を示し、その高さが２５０未満で、ま
た、α２は同じく縦欄の０と横欄２とが交差する「断面
指数」を示し、その断面指数が５０未満で、さらに、α
１０は同じく横欄の１０と縦欄０とが交差する「半田ボ
リューム」を示し、その半田ボリュームが６０未満で、
また、α１１は同じく横欄の１０と縦欄１とが交差する
「パッド上の６％」を示し、そのパッド上の６％が５０
％を越えて、全ての条件が一致した場合にＮＧというこ
とを表している。

【００２８】なお、前記した判定は、反射方向を記号
（０，１，２，──，Ａ，Ｂ，Ｃ，──等）で表した測
定データ中の特定の記号の個数や％および所定の演算結
果などによって実行されるものであるが、検査項目およ
び判定基準の設定は任意なため、本判定式の各論理の詳
細については説明を省略する。

【００２９】次に、前記した判定式による自由設定の検
査判定を図１、図２のフローチャートと共に説明する。
図１はユーザが書いた前記判定式を解析し、中間ファイ
ルに落とすフローチャートであり、図２は前記中間ファ
イルを元に、実際の測定データとの大小比較を実行し、
条件に合っているか否かを判断し結果を出力するフロー
チャートである。

【００３０】以下、図１の中間ファイルのフローチャー
トについて説明する。先ず、前記判定式の１行を指示し
（ステップＳ１）、判定式が有るか否かを判断し（ステ
ップＳ２）、判定式が有る場合には第１番目の論理（前
記した判定式中のα１＜２５０）を指示する（ステップ
Ｓ３）。次いで、論理が無しか否かを判定し（ステップ
Ｓ４）、無しの場合は判定結果をメモリする（ステップ
Ｓ５）。

【００３１】また、有りの場合には前記第１番目の論理
の第１項（α１）、大小指示部（＜）第２項（２５０）
に分けて指示エリアにメモリする（ステップＳ６）。次
いで、最終の論理か否かの判定を行い（ステップＳ
７）、最終の論理でない場合には次のエリアを確保し
（ステップＳ８）、前記したステップＳ３に戻り、第２
番目の論理について前記ステップＳ７までの判定を行
い、ステップＳ７において最終の論理と判断するとステ
ップＳ５において判定結果をメモリし、さらに、前記し
た判定式Ｐ１以外の判定式Ｐ２，Ｐ３が無しか否かを判
断し（ステップＳ９）、無しの場合には終了し、Ｐ２，
Ｐ３の判定式が有る場合にはステップＳ１に戻って前記
したと同じ動作を繰り返し行い、判定式Ｐ２，Ｐ３につ
いての判断を行う。

【００３２】前記した中間ファイルを基に実際のデータ
とを大小比較する判断について、図２と共に説明する。
先ず、図２における実際の測定データを読み込み前記し
た判定式Ｐ１についての判断を行う。すなわち、判定式
Ｐ１における第１論理分の判定を行い、その結果を順次
確保する（ステップＳ１１０）。

【００３３】ここで、前記１論理分の判定とは、前記図
１においてメモリされた１論理分の検査項目に対する判
定データと、検査プリント基板で測定した該当検査項目
のデータとを比較し、その結果をメモリすることであ
る。そして、判定式Ｐ１の全ての論理の判定が終了した
か否かを判断し、次の論理が有る場合には、ステップＳ
１１０に戻って２番目以降の論理の判定を行う（ステッ
プＳ１２０）。

【００３４】そして、判定式Ｐ１の全ての論理における
判定が終了したなら、全ての論理が合致しているか否か
の判断を行い（ステップＳ１３０）、合致していると判
断したならばＯＫかＮＧを判断してコードを出力する
（ステップＳ１４０）。

【００３５】一方、前記ステップＳ１３０における判断
において、合致していないと判断すると、判定式がＰ１
のみか、Ｐ２，Ｐ３が有るか否かの判断を行い（ステッ
プＳ１５０）、他の判定式が有ると判断した場合には、
次の判定式であるＰ２を選択して（ステップＳ１６
０）、ステップＳ１１０に戻って前記したと同様に各論
理における判定を行う。

【００３６】そして、判定式Ｐ２の全ての論理が合致し
ていると判断するとＯＫかＮＧを判断してコードを出力
し（ステップＳ１４０）、判定式Ｐ２の全ての論理が合
致していない場合には判定式Ｐ３を選択して前記したと
同じ判断を行い、それでも、全ての論理が合致しない場
合には、判定を終了するものである。

【００３７】このように、必要な検査項目からなる判定
式を先に実行し、不明またはＮＧの場合には、別の判定
式による救済判定を実行することで、従来の見すぎによ
る検査を改善することができる。

【００３８】なお、前記した実施の形態は、集積回路の
リードの半田付け状態を判定する方法について説明した
が、抵抗等のチップ部品の半田付け状態についても、自
由設定判定項目の前記した表１のような一覧表を作成
し、かつ、判定式を自由に作成することにより半田付け
検査を行うことができる。

【００３９】また、本実施の形態にあっては、レーザ光
をプリント基板面に垂直に照射し、リードや半田等から
の反射光を受光手段で受光して反射方向の集計データか
ら半田形状を求める方法について説明したが、段差照明
として知られるところの多段のリングライトとその中心
に配置したカメラによって照射角度の異なるリングライ
トによる半田面からの反射光をカメラで受光し、その輝
度データから検出する方法（例えば、特開平７−２７５
３１号公報）や、色相パターンから半田不足を検出する
方法（例えば、特開平５−３５８９４９号）等の多段照
明とカラーカメラを利用した半田検出方法にも応用でき
る。

【００４０】すなわち、輝度データから検出する方法に
あっては、輝度データから求められたユーザーが任意の
半田長さやフィレット長さを判定式に置き換えることに
より、また、高さのような３次元形状についても斜光角
度に対する反射面積の変化から判定することが可能であ
る。さらに、高さの測定にはレーザ光やスリット光を半
田面に照射し、その断面形状をカメラで検出する手法を
用いてもよい。また、本発明にあっては、従来の１検査
項目毎に判定を行い、ＯＫかＮＧかの出力を送出して検
査を終了する検査方法と組み合わせて利用する、すなわ
ち、従来の方法においてＮＧと判断された時に、本発明
の手法によってさらに検査を行うようにすることも勿論
可能である。

【００４１】また、色相パターンから検出する方法にあ
っては、ユーザーが任意のパターンを設定し判定式に置
き換えることにより、本発明による方法で判定すること
が可能である。以上のように、本発明の提案するテーブ
ルの形式を用いてユーザーが任意の判定理論を構築する
手法は、レーザ光の方法に限定されるものではなく、画
像処理を含む各種の半田形状検査方法に応用することが
可能である。さらに、本発明の手法は、従来の１件さ項
目毎に判定を行う従来の検査方法と組み合わせて利用す
ることも勿論可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明は前記したように、ユーザ側にお
いて半田付け状態の判定基準を自由に設定することがで
きると共に、ユーザーの希望する複数の判定基準からな
る任意の半田付け検査を行うことができるので、従来の
１つの検査基準の不一致によって不良品でないものを不
良品と判定するようなことがなくなり、また、請求項２
の方法を用いることによって検査時間の短縮を図ること
ができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ユーザが書いた前記判定式を解析し、中間ファ
イルに落とすフローチャートである。

【図２】同上の中間ファイルを元に、実際の測定データ
とを大小比較をし、条件に合っているか否かを判断し結
果を出力するフローチャートである。

【図３】半田付け検査方法に用いる光学系の斜視図であ
る。

【図４】受光手段の斜視図である。

【図５】半田付け検査方法に用いる装置全体の構成を示
すブロック図である。

【図６】従来の半田付け（未半田、リード浮き）検査を
行うためのフローチャートである。

【図７】リードとパッドの平面図である。

【図８】リードとパッドとの半田付け状態を示すリード
側から見た正面図である。

【図９】リードとパッドの側面図である。

【符号の説明】

Ｐプリント基板Ｐ₁ パッドＥ電子部品Ｅ₁ リード１レーザ銃９受光手段１０処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半田面に対してレーザ光を照射し、その
反射光の反射方向を受光手段で検知し、あるいは、カメ
ラによって半田面の輝度値や輝度面積を比較するなどに
よってプリント基板に実装された電子部品の半田付け状
態を検査する方法において、予め設定した自由設定判定項目の一覧表によって複数の
検査項目からなる判定式を作成し、その判定式における
前記各検査項目の論理との一致を判断した後、前記判定
式全体における判断を実施し、半田付け状態が正常か否
かを判定することを特徴とする実装済プリント基板検査
装置における判定基準自由設定方法。
【請求項２】前記判定式を複数個作成し、信頼の高い
検査項目の論理からなる判定式から順次検査を実行し、
条件を満足した段階で前記検査を中止するようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の実装済プリント基板検査
装置における判定基準自由設定方法。