JPS60257227A - 接合状態検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＬＳＩなどの電気部品のはんだ付は部におい
て、そのはんだ付けが確実に行なわれているかどうかを
検査する方法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

電気製品において、はんだ付の不良は、製品不良に直接
つながるものであるので・絶対に許されない。

ことに大型電算機など、多数の部品を高密度に実装する
ような場合は、はんだ何部の点数も厖大な数となり、製
品の信頼性を高くするためには、これらをことごとく検
査する必要がある又上記信頼性と共に生産性の向上も同
時に満足させる必要があり、厖大な数のはんだ何部を効
率よく検査する必要がある。

このような理由で、現在では、はんだ何部の自動外観検
査の要求が高まってきている。特にフラットパッケージ
形部品のはんだ付は部の検査が困難である。

例えば第１図に示すように、フラットノぐツケージ形部
品のはんだ付は部１とか、Ｌ　Ｓ　Ｉなどのワイヤボン
ディング２とか、フラットな物体１と２を接合する場合
の接合部５などは、はんだ付は部の良否の検査が困難で
あるＯ 即ち、はんだ付は部の欠陥としては、接合部が完全に離
れているもの、接触しているのみで完全には接合してい
ないもの、接合部がずれているものなどがある。

第１図に例示したフラットな外観をした接合部では、完
全に離れているものや接触してし）るのみで完全には接
合していないものは、外観上あたかも接合しているよう
に観察され、欠陥を発見するのは、頗る困難である。

従来ノフラットパッケージ部品のはんり付ケ部の外観検
査には、二つの方式がある・第１の方式としては、振動
子をはんだ付は部に直接接触させることにより、６０Ｈ
ｚ〜２００　ＫＨｚの周波数ではんだ付は部を加振し、
そのときのはんだ何部の振動を振動検出器で検出し、こ
の時の振動の状態をもとにして欠陥の判定を行なうもの
である（米国特許第４，２１８，９２２号）。

第２の方式は、振動子をはんだ付は部に直接接触して、
２　ｒｌ　Ｈｚ〜Ｉ　ＭＨｚ又は１５０ＫＨコロ　５０
ＫＨｚの範囲で、はんだ付は部に与える振動周波数を変
化させてはんだ付は部を加振し、このときの振動の大き
さを振動検出器で検出することにより、はんだ付は部の
周波数応答を測定し、この周波数応答をもとに、はんだ
付は部の欠陥判定を行なうようにしたものがある（米国
特許第４゜２８７．７６６号）０ 然しなからこれらの方式はいずれも、次の欠点を有する
。即ち、上記の従来方式では、はんだ付は部に直接振動
子を接触させて、はんだ付は部を加振すること、及び振
動の検出は、振動検出器をもって行なうようにしている
ことから、 （１）はんだ付は部のことごとくに振動子を正確に接触
しなければならず、検査速度が遅し１こと。

（２）はんだ付は部と振動子及び振動検出器の接触状態
を一定に保つことが困難であり、信頼性が低いという欠
点がある。

従って、従来の上記方式では、大型電算機のように多く
の部品を実装するし）わゆる高密度化への対応が不可能
であり、信頼性と生産性を満した検査方法乃至は装置の
開発が急がれてしするのが実情である０ 〔発明の目的〕 本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、信頼性
と生産性の両方を同時に満足した＆まんだ付は部の検査
方法とその装置を提供せんとするものである０ 〔発明の概要〕 即ち本発明は、従来のように、しまんだ付は部に振動子
を接触させる直接加振でを家なく、間接的にはんだ付は
部を振動させ、この振動検出器ではなく、レーザ光を利
用してし１んだ付は部の欠陥の判定を行なうようにした
ものであって、その検査方法は、被検査対象物を間接的
に振動させ、これにレーザビーム光を照射し、このレー
ザビーム光を光学系を通してのリニア・センサで観測し
、被検査対象物のレーザ・スペックルの状態観測により
、接合状態の良否を判定するようにしたものである＠ 上記検査方法を実施するための装置として、被検査対象
物を、間接的に振動させるための加振系を設け、レーザ
光源から発生するレーザ光を照射光学系とハーフミラ−
を通して振動している被検査対象物にレーザ光を照射す
るためのレーザ照射光学系を設け、集光光学系によって
照射された被検査部よりレーザ光を集光しＩＪ　ニアセ
／すによりレーザ・スペックルを検出する検出光学系を
設け、リニアセンサ駆動回路、リニアセンサで観測した
レーザ・スペックルヲ判断する欠陥判定部、加振系を制
御する加振制御部、レーザ光を制御するレーザ制御部及
び被検査部の位置決めをする被検査部位置決め制御部を
内蔵した制御部を設けたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

先ず、本発明に至った経緯について説明する。

発明者らはますます高密度化していく趨勢の中で、信頼
性と生産性の観点より、はんだ付は部の検査について検
討した。

即ち、発明者らは、従来のようにはんだ付は部を直接加
振せずに間接的に加振して、はんだ付は部への加振条件
を各被検査部に対して同一にすることにより信頼性と検
査速度を向上し、これに対応してはんだ付は部の振動を
も間接的に検出して判定することを技術的な課題として
検討した。

この検討において、検査対象物にレーザ光を照射し、こ
れをセンサ等で観察するとレーザ・スペックルと呼ばれ
るコントラストの強い斑点が観測される。

このレーザ・スペックルというのは、ランダムな回折格
子と見なせる微少な凹凸を持つ対象物表面に照射された
レーザ光が、この回折格子により回折を起し、この回折
光が相互に干渉を起したものである。

このレーザ・スペックルは、対象物が移動すると、それ
につれて移動する性質を有し、この性質を利用して、こ
のレーザ・スペックルの移動を光学センサで観測するこ
とにより、はんだ付は部の振動を検出することを見出し
た。

第３図は、そのときの原理を示す図である・図において
レーザ光源１０から発せられるレーザ光を、ハーフミラ
−１１を通して対象物１２に照射し、そのとき生ずるレ
ーザ・スペックルを集光光学系１３で集光し、光学セン
サ１４にて観察するようにしたものである＠この光学系
において、Ｘ方向へのレーザスペックルの移動量Ａｘは
、次式で表わされる。

ここでａ：対象物とレンズとの間の間隔ｂ：レンズと結
像位置との間の間隔 Δ：結像位置からのデフォーカス量 ａｘ二対象物のＸ方向への移動量 Ωｙ：対象物のｙ軸回りの回転量、 上式（１）式の関係から、センサを結上面上（Δ＝０）
に配置すれば、スペクトルの移動量は、対象物の移動量
に倍率を乗じたものと等しくなる。

これに対し、センサを結像面からΔだけ離れたディフォ
ーカス位置に置くことにより、対象物の回転移動に対し
てもレーザ・スペックルは移動し、しかも、ディフォー
カス量ｌを大きくとることにより、微弱な回転移動をも
大き朴レーザ・スペックル量としてとらえることが可能
になる。

又レーザ・スペックルは、結像位置においては狭い範囲
にとどまっているが、ディフォーカス位置においては拡
がってしまう。

この場合、検査対象物が小さなピッチで並んでいるとき
は、レーザ・スペック等が拡がっていると、それぞれの
検査対象物からのレーザ・スペックルが重なってしまい
、これを識別するのが困難となるの そこでこれを防止するために、シリンドリカルレンズを
挿入して、検査対象物の並びの方向には結像関係を保ち
、これと直交する方向に、ディフォーカスを行なえば、
それぞれの対象よりのレーザ・スペックルを充分に分離
し、しかもディフォーカス量を大きくとり、振動検出感
度を充分にあげることが可能となる。

又シリンドリカル・レンズの代りに、回折格子を使用す
れば、回折像を観察することとなり、この場合も、一方
向のみにディフォーカスすることができる。

又一般に、光学センサには蓄積形のものと非蓄積形の二
種類がある。このうぢ、蓄積形センサは、入射光量を一
定時間積分したものを検出する形式であり、一方弁蓄積
形センサは、入射光量の時間変動を検出する形式である
。

第４図に示すものは、非蓄積形センサによるものであり
、非蓄積形センサによって振動しているレーザ・スペッ
クルを検出した場合、レーザ・スペックル斑の位置が振
動しているときは、（ｂ）に示すように検出光量も振動
して観察され、又振動していないレーザスペンクルに対
しては、（ａ）に示すように検出光量は一定に観察され
る。

−力蓄積形センサの場合は、第５図に示すように、振動
しているレーザ・スペックルヲ検出すれば、レーザ・ス
ペックル斑が振動しているため（ｂ）に示すようにぼや
けた像が観察され、レーザ・スペックルが振動していな
い場合は、（ａ）に示すようにコントラストの強いレー
ザスペックル像が観察される。なお、蓄積形センサの場
合の蓄積時間は、振動周波数以上にとる必要がある。

このように、はんだ付は部の振動は、レーザ・スペック
ルとして検出され、このレーザ・スペックルを光学セン
サによって観察することによって、はんだ付は部の良否
判断が可能であることを確認した。

以下本発明の一実施例について詳細に説明するＯ 第６図において、検査装置は、加振系１６．レーザ照射
系２０．検出光学系２３及び、制御部３１により構成さ
れている。

先ず加振糸１６は、ＬＳＩなどの部品７のリード部８に
対し間接的に振動を与えるものであり、この実施例では
、空気ノズル１５よりはんだ付部に向けて乱流空気を噴
流し、リード部８に振動を与えるようにしている。

レーザ照射糸２０は、照射光学系１８とハーフミラ−１
９を備え、レーザ光源１７からのレーザ光をはんだ付は
部に照射する。

光学検圧系２３は、レーザ・スペックルを検出するため
のディフォーカス位置に像面を設定した集光光学系２１
と蓄積形リニアセンサ２２を備え、レーザ・スペックル
を検出して蓄積形リニアセンサ２２により観察する・ 制御装置３１は、検査対象物を位置決めするＸ−Ｙテー
ブル２４を制御するテーブルコントローラ２７．空気ノ
ズル１５より噴出する空気噴流を制御する噴流制御部２
５．センサ駆動回路２６．レーザ制御回路２８．欠陥判
定部２９及び全体制御部３０を内蔵しＣいる。

以上のように構成した本実施例において、全体の動作は
、次のようにして行なわれる（第７図参照）。

検査に先立って先ず、全体制御部３０より指令してＸ−
Ｙテーブル２４を検査開始位置へ移動し、検査対象物へ
のレーザビームの照射を開始すると共に、空気ノズル１
５より空気噴出を開始する。

このようにして、検査前の準備が完了し次に検査が開始
される。先ず、Ｘ−Ｙテーブル２４をテーブルコントロ
ーラ２７により駆動して、フラットパッケージ部品７の
位置決めを行なうことにより、検査対象物であるリード
８のはんだ付部にレーザビームが照射されると同時にＩ
Ｊ　−ト８のはんだ付は部に、空気が噴出されることに
なる。

この状態で、はんだ付が完全に行なわれている良品のり
一ド８は振動しないが、はんだ付が不完全な場合は、リ
ード８が振動する。

このようにして、検査対象物に照射されたレーザビーム
は、集光光学系２１により集光され、レーザ・スペック
ルは、蓄積形リニアセンサ２２により観察される。

この蓄積形リニアセンサ２２で得たレーザ・スペックル
は、第８図に示すように、良品リード８の場合は、リー
ド８が振動しないためにピッチが細く凹凸の激しい像３
２が観察される。−万年良品の場合は、リード８が振動
しているので、レーザ・スペックルも振動し、これを積
分した形で検出しているため、ピッチが大きく、なだら
かな像３３が観察される。

このように、はんだ付部の良、不良によって、蓄積形リ
ニアセンサでとらえられる像が異る。

この像の差異をもとにして、欠陥判定部２９で判定する
。

即ち、検査対象物である各リード８に対応して表われる
レーザ・スペックル像の光量の山数を計測し、その数が
、予め定めた域値より多いか少ないかによって判定する
。

又は、レーザスペックル像の光量の極大値間のピッチ（
山と山の間の間隔）の平均値を計算し、この値か予め定
めた域値より小さいかどうかで判定するとか、或は、レ
ーザ・スペックル像の光量の微分値の絶対値の平均値を
計算し、この値が予め定めた域値より大きいか小さいか
で判定することもできろ・ 例えば、良品のリード８の場合は、細い凹凸の像となる
ので、予め定めた域値よりも、山数が多ければ良品であ
り、少なければ不良品として判定される。

この判定において、リード８の加振、蓄積形リニアセン
サ２２でのレーザスペックルの観察及びレーザ光の照射
は、制御装置によって制御され、かつ、被検査物に対し
て間接的に行なわれるので・検査されるすべてのり一ド
８に対し、すべて同一条件であり、はんだ付は部の良否
に完全に即応した検査判定が可能となる。

又乱流を利用した空気噴流で加振することにより、はん
だ付けが完全に離れた状態のり一ド８の固有振動数を含
む幅広い周波数にわたる振動数で加振することになり、
振幅の大きな振動となる。

又蓄積形リニアセンサ２２を用いているため、微弱な信
号をとし）えろことが可能であり、出力の小さなレーザ
光でも検出するに充分なレーザ・スペックルを得られ、
上記の振幅の増加と合せ正確な検出が可能である。

第９図は他の実施例であり、第６図に示した実施例と異
る点は、加振系１６に交流磁石３４を用いた点、及び、
検出光学系２３にＸ方向には結像関係を保ったままＸ方
向のみにデフォーカスさせるためのシリンドリ力ルレン
スー３５ヲ附加し、小さなピッチで配置されたり一ド８
でも検査を可能にした点及び、欠陥の判定方法を異にす
る点である。

このように構成した本実施例において、装置の全体動作
と欠陥判定法の点で第６図と相違するところは、第１０
図に示すように先ずリード８に加振を与えない状態でレ
ーザ光を照射し、蓄積形リニアセンサ２２により、同一
波形の像を観察する（第１１図参照）。次に交流磁石６
４を作動して、リード８を加振し、加振前後のレーザ・
スペックル像の変化を確認し、はんだ付は部の欠陥を判
定する。

例えば加振前のレーザ・スペックルの像は、第１１図の
ようになり、加振後のその像が第８図のように変った場
合は、加振前後のレーザ・スペックル像の微分値を二値
化して、加振前後のものの相互相関をとることにより比
較して、相関係数が予め定められた域値よりも大きいか
小さいかで判定する。この場合小さいものを欠陥として
判定する。

又これ以外の判定方法として、例示すれば、（１）加振
前後のレーザ・スペックル光量ノ極大点の平均ピッチの
比又は差を計算し、この値が予め定めた域値より大きい
ものを欠陥として判定する方法。

（２）加振前後のレーザ・スペックル光量の極大値数の
比又は差を計測し、この値が予め定めた域値より小さい
ものを欠陥として判定する方法。

（３）加振前後のレーザ・スペックル光量を高速フーリ
エ変換し、周波数領域における最大値をとる周波数の比
又シま差を計算し、この値が予め定めた域値より小さい
ものを欠陥と判定する方法０ （４）加振前後のレーザ・スペックル光量の微分値の絶
対値の平均値の比又は差を計算し、この値が予め定めた
域値より小さ゛いものを欠陥と判定する方法。

などがあげられる。

本実施例の場合は、シリンドリカルレンズ３５を挿入し
ているので、リード８相互Ｍ　（ＩＪ　−）−８を複数
個並設したような部品）のレーザ・スペックルを充分に
分離し、かつ、振動検出感度を充分大きくとることが可
能である。

第１２図に更に他の実施を示す。この実施例において、
第６図及び第９図に示した実施側と相違する点は、加振
系１６に空気ノズル１５と併せてシリンドリカルレンズ
３５を用い、制御部には、レーザ・スペックルの時間変
動を蓄積しておくためのバッファ４０を設け、この蓄積
されたレーザ・スペックルの時間変動をスペクトルアナ
ライザにて分析し、はんだ付は部の良否を判定するよう
にした点である。

即ち検査装置は、空気ノズル１５を有する加振系１６と
、レーザ光源１７．照射光学系１８．及びノ・−フミラ
１９を備えたレーザ照射系２０と、集光光学系２１．シ
リンドリカルレンズ３５及び非蓄積形リニアセンサ３９
を備えた光学検出糸２３と、テーブルコントローラ２７
．空気噴流側Ｗａ　ｍ　２５．　セｙす駆動回路２６．
レーザ制御回路２８．欠陥判定部２９、全体制御部６０
及びバッフ１４０を内蔵した制御装置３１とで構成され
ている０ この検査装置の全体動作は、次のようにして行なわれる
（第７図参照）。先ず、検査に先立って、全体制御部５
０よりの指令により、Ｘ−Ｙテーブル２４を検査開始位
置へ移動させ、リード８上面へのレーザビームの照射を
開始する０次に、テーブルコントローラ２７によって、
Ｘ−Ｙテーブル２４を駆動して、フラットパッケージ形
部品７の１辺（この１辺には多数のリード８が並列して
設けられている）分のリード８を検査位置へ位置決めし
、空気ノズル１５より、はんだ付は部に向けて空気噴射
を開始する◎このように空気を噴流することにより、は
んだ付けの不良品は、間接的に振動させられる。

この場合、はんだ付の良好なものは、振動しない。この
状態を非蓄積形の並列出力リニアセンサ３９で観測し、
第４図に示すようなレーザ・スペックルの時間変動を得
る〇 このようにして得られた各リードに対応するレーザ・ス
ペックルの時間変動ヲバツファ４０に蓄積しておき、こ
の蓄積されたレーザ・スペックルの時間変動をもとに欠
陥判定を行なう・即ち、非蓄積形の並列出力のリニア・
センサ５９で得たレーザ・スペックルは、良品のり−ド
８は振動しないために第４図（ａ）図に示すように検出
光量がほとんど変化しないが、不良品のリード８はリー
ド８自体の固有振動数で振動しているために、第４図（
ｂ）図に示すように検出光量も振動する◎ このレーザ・スペックルの時間変動をスペクトルアナラ
イザで分析し、第１３図を得る。

この周波数領域におけるピーク周波数の位置が、予め定
めた域値より高かどうかで判定し、この場合、高いリー
ドを不良として判定するＯこの判定法として次のものが
考えられる。

（１）レーザ・スペックルの時間変動を浮動形で２値化
し、０から１まで又は１から０に変る数を計算し、この
値が予め定められた域値より大きいリードを不良と判定
する・ （２）上記（１）と同様に浮動形で２値化し、０→１゜
又は１→０に変るピッチの平均値を計算し、この値が予
め定めた域値より小さいリードを不良と判定する。

又この実施例で使用するセンサとして次のようなものが
ある。

（１）イメージ・ディセクタなどを用いたランダムスキ
ャンが可能なセンサ。このセンサを用いた場合は、並列
に設けられている多数のリードを順番に走査して、入射
光量の時間変動を検出することが可能である。

（２）フォトマルなどのポイントセンサ。このセンサを
用いた場合は、リード１個づつステップアンドリピート
でＸ−Ｙテーブルを駆動して検査を行なう。

本実施例のように、レーザ・スペックル（７）時間変動
を計測して行なう場合は、被検査対象物の振動周波数を
知ることができ、それだけ良否を判定するための情報が
多くなり、少しの欠陥も見逃さず、信頼性が高い。

又第６図に示した実施例で説明したと同様、流量を変え
て空気を噴流することにより、振動させた乱流空気噴流
を得、これによって被検査対象物を加振するため、例え
ば、接続されていないはんだ付は部が、固有振動数で振
動できない場合でも、噴出されている空気の振動数で振
動を起すので、これを検出すればよいことは勿論である
・ 又、シリンドリカルレンズについては、第９図に示した
実施例で説明したと同様の効果があることは勿論である
。

以上の説明において、加振糸として空気噴流及び交流磁
石を例に説明したが、間接的に加振できるものであれば
何でもよく、これに限定されるものではない。例えば、
空気以外の気体でもよい。

又ディフォーカスさせる光学部品としてシリンドリカル
レンズを例に説明したが、これに限定されるものではな
く、回折格子を用いてもよしＡｏ 又光学センサとして、蓄積形と非蓄積形について説明し
たが、これに限定されるものではなく、例えば２次元セ
ンサを用いてもよいことは勿論である〇 以上に示した三つの実施例は代表された一実施例であり
、上記した加振糸の要素、検出光学系の要素、及び判定
法の組合せは、これに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り本発明によれば、被検査対象物を間接
的に振動させ、これにレーザ光線を照射して、光センサ
によりそのレーザ・スペックルを観察し、はんだ付けの
良否を判定するようにしたので、被検査対象物を常に同
一の条件で振動させることができ、更に光学的に且つ自
動的に検出可能であり、反復くり返し行なっても検出誤
差は生じない。

又これと相まって、これまで発見できなかった不良品の
検出が可能であり、信頼性を大巾に向上することができ
た・ 更に間接的に被検査対象物を加振し、光学的に観察して
判定するので、検査時間が大巾に短縮されると共に検査
の自動化が可能である〇このように、検査に対する信頼
性の向上、検査時間の短縮及び自動化は、大型電算機の
ように高密度化していく趨勢に対応できるものであり、
産業上果す効果は多大なものがある０

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、説明用図であり、第１図（ａ）は
フラットパッケージ形部品のはんだ付は斜視図、艷舎七
ミ第２図はフラットパッケージ部品がはんだ付けされて
いる状態を示す斜視図である。 第３図乃至第１３図は本発明の一実施例である。 先ず第３図は、本発明の原理を示す斜視図、第４図は非
蓄積形センサによるスペックル検出波を示す線図であり
、（ａ）は、はんだ付けが良い場合、（＋））ははんだ
付は部が不良の場合の検出波を示ス。第５図は、蓄積形
センサによるスペックルの検出像を示す図であり、（ａ
）は良品、（ｂ）は不良品の場合に現われる像である。 第６図は、検査装置の主要部を示す構成図、第７図は、
第６図に示す検査装の作動ブロック図、第８図は、第６
図に示す検査装置によって得られるスペックル検出波形
、第９図は、他の実施例であり、検査装置の主要部を示
す構成図、第１０図は、第９図に示す検査装置の作動ブ
ロック図、第１１図は第９図に示す検査装置により得ら
れるスペックル検出波形、第１２図は、他の実施側であ
り、検査装置の主要部を示す構成図、第１６図は第１２
図に示す検査装置で得られるスペックル検出波形であり
、（ａ）は良品、（１））は不良品の波形を示す０８・
・・リード、１５川空気ノズル、 １６・・・加振系、　１７・・・レーザ光源、１８・・
・照射光学系、、１９・・・ハーフミラ、２０・・・レ
ーザ照射光学系、２１・・・集光光学系、２２・・・蓄
積形リニアセンサ、 ２３・・・検出光学系、　２５・・・噴流制御部、２６
・・・センサ駆動回路、２７・・・テーブルコントロ２
８・・・レーザ制御回路、　−ラ、 ２９・・・欠陥判定部、　５ｏ・・・全体制御部、３４
・・・交流磁石、 ３５・・・シリンドカルレンズ、 ４０・・・検出信号を蓄積するバッファ。 代理人弁理士　高　橋　明　夫 第　／　図 （ＣＬ） （Ｃ） 第　２　図 第３図 第　４−　図 １２） 時間 （ｆｆ） 時間 第　７　図 第８図 場所 第　９　区 第　ｌＯ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　被検査対象物を間接的に振動させ、これにレーザ
   ビーム光を照射し、このレーザビーム光を光学系を通し
   てリニアセンサで観測し、被検査対象物のレーザ・スペ
   ックルの状態観測により、接合状態の良否を判定するよ
   うにした接合状態検出方法。 ２、　被検査対象物を間接的に振動させる加振系と、レ
   ーザ光を被検査対象物に照射するためのレーザ光源、照
   射光学系及びハーフミラ−とから戊るレーザ照射光学系
   と、レーザ光を照射した被検査部よりレーザ・スペック
   ルを横用するために設けられた集光光学系及びリニアセ
   ンサとから成る検出光学系と、リニアセンサ駆動回路、
   リニアセンサで観測したレーザ・スペックルを判断する
   欠陥判定部、加振系を制御する加振制御部、レーザ光を
   制御するレーザ制御部及び被検査部の位置決めをする被
   検査部位置決め制御部を内蔵する制御部とから成る接合
   状態検出装置。