JPS6073347A - 接合状態の検査方法及び検査装置 - Google Patents

接合状態の検査方法及び検査装置

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JPS6073347A
JPS6073347A JP18068783A JP18068783A JPS6073347A JP S6073347 A JPS6073347 A JP S6073347A JP 18068783 A JP18068783 A JP 18068783A JP 18068783 A JP18068783 A JP 18068783A JP S6073347 A JPS6073347 A JP S6073347A
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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、接合部を有する被検査物を加熱して加熱部の
昇温状態に基づいて接合欠陥の有無を判定する検査方法
、及び同倹査装置に関するものである。
〔発明の背景〕
この棟の$L食方法及び同装置が適用される被検査物の
例を第1図に示す。同図(a)はフラット・ぐツケーノ
部品の・・ンダ付部、同図(b)はLSI等におけるワ
イヤ・メンディング部分である。
同図(C)は接合部を模式化して示した説明図で、4と
5とは被接合部材、5は接合面、3は部材4における接
合面に対向する面である。 ′こうした接合物における
接合欠陥を大別すると、接合部が完全に離れているもの
、接触をしているのみであるもの、及び接合部がずれて
いるものがある。特に、これらの欠陥のうち、接合部が
完全に離れているもの、及び接触をしているのみである
ものは目視による検査が困難であるばかりでなく、検査
の自動化も困難である。
こうした欠陥を検出するための公知の技術には、はんだ
付は部をレーデで加熱して、その放射温度の変化を測定
して検査をおこなう方式がある。正常なら接合部の熱抵
抗が小さく、温度上昇は少ないが、はんだ付けがなされ
ていなかったり、または不十分であったりした場合には
、接合部の熱抵抗が大きりn1熱部は急激に温度上昇す
る。この原理を応用したバンゼツテイ(Vanzett
i)社の方式(米国・母テント3,803,413 )
がある。この方式の欠点は次のようなものである。表面
状態2表面の傾きの違いによってレーデ・エネルギの吸
収率および熱放射率が大きくばらつき検出された放射温
度の最大値と変化率のみを用いて良品と不良品との切り
分けをすることはできない。そこで上記バンゼツテイ社
の方式ではあらかじめ多環のサンプルを検査装置にかけ
て個々の検査部位について最高温度と温度上昇率との統
計的データを作成する。
そのデータを基に個々の検査部位のそれぞれについて欠
陥判定規準を作成しておく。+*査は検査対象の最高温
度と温度上昇率とをそれぞれの部位の欠陥判定規準と比
較することによって判定をおこなう。しかし、この方式
を用いても表面状態及び表面の傾きによる影響を充分に
取り除くことができず、その上、検査の準備に多大の時
間と労力とを費さねばならない。
〔発明の目的〕
本発明は上述の事情に鑑みて為され、検査準備に多大の
時間と労力とを費す必要が無く、しかも被検査物の表面
状態や表面の傾きによる影響を自動的に修、正して、迅
速かつ確実に接合欠陥の有無を判定できる検査方法、及
び上記方法の実施に好適な検査装置を提供しようとする
ものである。
〔究明の概要〕
上記の目的を達成するため、本発明の検査方法は、接合
部を有する検査対象物をカロ熱すると共にそのD1熱部
泣の放射温度を測定し、放射温度の測定結果に基づいて
接合部の欠陥の有無を判定する方法において、上記放射
温度の時間的変化を測定し、接合部位の欠陥の有無によ
って影響を受けない短時間の温度変化に基づいて当該検
査対象物の雰囲気条件を検出すると共に、前記接合部位
の欠陥の有無によって影響を受ける比較的長時間の温度
変化に、前記の雰囲気条件に基づく補正を加えて該接合
部の欠陥の有無を判定することを特徴とする。
また、上記の方法を容易に実施してその効果を充分に発
揮せしめるため、本発明の検査装置は、接合部位の欠陥
の有無による影響を受けない短時間の温度変化を検出し
て該検査対象物の雰囲気条件を算出する手段、及び、前
記接合部の欠陥の有無によって影響を受ける比較的長時
間の温度変化を検出する手段を設け、かつ、上記比較的
長時間の温度変化に前記雰囲気条件に基づく補正を加え
る演算手段を設け、雰囲気条件による誤差を生ずること
なく接合部の欠陥の有無を判定し得るようにしたことを
特徴とする。
次に、本発明の原理を第2図について説明する。
本図は接合された2個の部材の一方を加熱した場合の熱
流と時間の関係を示す説明図である。
4と6とは面付けされた部材であり、5はその接合面に
おける熱抵抗を表わしている。この熱抵抗は接合状態に
よって異なり、接合が不完全であると熱抵抗が大きくな
る。
このため、部材4の表面3に矢印Aの如く熱を加え、該
表面3かもの放射(矢印B)によって表面温度を測定す
ると、その昇温状態から接合欠陥の有無を推定できる。
即ち、接合が不完全であれば熱抵抗5が大きく、このた
め部材4は蓄熱されて急速に昇温する。従来技術におい
ては上記の原理を利用し、表面3の温度上昇状態から接
合状態の良否を判定していた。
一般に、熱が物体中を伝導するためにはある時間を必要
とする。従って第2図にふすように加熱部位からδだけ
離れた場所の状態を加熱部位で知るには熱がδだけ伝導
するのに要する時間の2倍の時間taを必要とする。熱
を用いて接合部の検査をする場合加熱部位(第2図の例
においては表面3)と、放射温度の測定個所とを同一と
し、加熱部位から接合部5までδの距離があるとすれば
、0〈tくLa の時間tでは接合部の状態によらずJ
JO熱部泣の表面状態で決定される放射温度が観測され
る。またta (tの時間tでは表面状態および接合部
の状態で決定される放射温度が観測される。
上述の現象を利用して、時間1aを経過した後に観測さ
れる温度変化に基づき、更に時間ti以前に観測された
温度変化を用いてこれを補正すると、表面状態や表面の
傾きの影響を取り除いて正確に接合状態を推定できる。
〔発明の実施例〕
次に、本発明のl実施例を第3図乃至第8図について説
明する。
第3図は本実施例における検査対象物を示し5基板7の
上に・ぞラド8が設けられ、リー19が上記のパッド8
にノ1ンダ付けされている。
本実施例ではノ・ンダ付部の検査のみに限定して説明す
るが、第1図(C)に示した構造を持つ対象物に対して
も同様に実施できる。
第4図は、本発明の検査方法を実施するために構成した
本発明の検査装置を示す概要的な斜視図である。
ハンダ付けしたり−ド9の検査部11を一定時間加熱す
るための加熱部12を設ける。本実施例においては本加
熱部12をYAGレーデで構成しであるが、本発明を実
施する際、例えば炭酸ガスV−デなど、任意の加熱手段
を用いることができる。
レーデ光を検査対象に照射させるための照射光学系14
よりなる照明系と検査対象表面の放射温度を測定するた
めのInAsまたはHgGaTeまたは■れsbまたは
pbsなどの波長λ=0.8μm〜15μmに感度を有
するディテクタ15、対象物の表面から放射される熱放
射をディテクタに導くためのカセグレイン系または軸は
すし系またはレンズを用いた検出光学系16、加熱光源
よりの熱放射の反射光のディテクタへの入射を防止する
フィルタ17よりなる検出系と検出系と検査対象を1臓
次走査するためのX−Yテーブル18およびコントロー
ル部19を設ける。上記コントロール部19のブロック
図を第5図に示す。
該コントロール部19はX−Yテーブルを駆動するX−
Yテーブル制呻部局、走置した部品の加熱をシャッタ7
を開閉することにエリ制御する加熱制御部21、検出部
よりの電気信号に変換された測定温度1言号を増幅する
増幅器22、増幅されたアナログ信号をデノタル信号に
変換するA/D変換器る、A/D変臭のタイミングを決
めるクロックを発生させるサンノル・クロック屑、サン
プル・クロックよりのトリがで加熱開始から一定時間内
の温度を取り込んで表面の傾きと表面状態を決定して後
述する補正系数Cをめる表面状態決定部25、求められ
た補正系数Cを用いて測定温度を補正するキャリブレー
ション部局、補正された測定温度の最高温度と温度変化
率を用いて欠陥を判定して表示記の表面状態決定部5.
キャリブレーション部が。
欠陥判定部nは、専用の・・−ドウエナ、若しくはマイ
コン等のソフトウェアを表わしており、全体制御部あは
マイコン又はミニコン等の計算機で構成する。
上記のように構成した検査装置を使用する場合、予め標
準的な良品と不良品とのサングルを選定し、それぞれに
ついて検査操作を行なった結果を全体制両部あのメモリ
に蓄えておく。
次に、ハンダ付は部の状態によって影響を受けないよう
な短時間1aを設定する。この時間taの設定方法の1
例として次のような方法が推奨される。即ち、前記の良
品サンプルと不良品サンプルとのそれぞれについて、極
めて短時間乃至比較的長時間の数種類の昇温状態を実測
し、双方のデータが有意差を示さない範囲でなるべく大
きい値をとってtaとする。
また、昇温状態の計測を行なうべき時間tbを次のよう
にして定める。
被検査物を加熱することによって該被検食物付近の構成
部材が熱影響を受け又は熱的影響を与える虞れのある最
小限の時間をtcとする。
検査継続時間tbは、ta<<J) << Lcの範囲
内で設定する。
検査のための操作を始めるに当たっては、まず次のよう
に準備を行う。全体制師部あけ初期化としてX−Yテー
ブル18の初期位置への移動、シャッタ7の閉鎖、加熱
源12の点灯、サングル・クロックあのリセットを行う
次Vc*X−Y−t−プル・コントロール部21よりの
指令でX−Yテーブル18を駆動して測定対象を動させ
た後、サングルクロック讃をリセットして検査対象の加
熱部11の放射温度の測定開始する。
その少し後で、シャッタ13を開けて加熱を開始する。
測定した放射温度をサンプルクロックMから送られるタ
イミングに従ってA/D変化器るを通し、デジタル化す
る。デジタル化した放射温度のうち、ハンダ付は部の状
態に影響されないで温度変化する時間toまでは、測定
温度データを表面状態決定部δに取り込む。表面状態決
定部5は取り込んだデータを基に後述する方法で補正係
数Cを計算してキャリプンーンヨン部26に補正係数C
を送る。
キャリブレーション部26では測定温度データに補正係
数Cを乗することにより補正された温度データを作成し
て欠陥判定部27に送る。欠陥判定部27では送られた
補正された温度データが正常なり−ドと著しく異なる場
合はこれを欠陥と判定して欠陥を表示する。
判定に必要な時間tbが経過したら全体制御部羽まりの
指令でサンプルクロックムラリセットし、X−Yテーブ
ル18を駆動して次の測定対象を検査位置に移動させる
。以下、同じ作業を繰り返し、全ての測定対象を検査し
て一枚の基板の検査を終rする。
次に、前記の表面状態決定部す、キャリブレーション部
あ、欠陥判定部27についてさらに詳細に説明する。
まず、表面状態決定部5ではハンダ付は部の状態によら
ない温度変化をするJJll熱開始から時間t。
を経過するまでにデジタル化した放射温度を少なくとも
2点以上取り込む。2点以上取り込む理由は以下の通り
である。(a)加熱直面の検査対象物の温度および対象
物が人っている雰囲気の状態をキヤリプレーショ/する
ために加熱直前の温度を測定する必要がある。(b)加
熱部の表面の傾きや表面状態による吸収率と熱放射率の
違いをキャリプV−ンヨンするために少くとも1点必要
である。(e)対象物が極めて小さいとき、または光学
系のN、A。
が十分に取れないときには次式で示すようにS/Nは悪
くなり1点のみでは誤差のばらつきが非常に大きくなる
S/N=べ・(N、A、)2・メサンプル間1 ・・・
・・・・・・ (1)ただしべ;比例定数 そこで、前記の放射温度を2点以上取りこめば、最小二
乗法などの手法を用いて種度よくキャリブレーションを
行なうことができる。
また、加熱部の表面の傾きや表面状態のみによって決定
されるモードで温度変化し、ノ・ンダ付は部の状態の影
4を受けないで温度変化rる時間taは、例えば厚さ0
.2i+m 、幅0.5關のリードを厚さ0.2門1幅
0.7羽の/ぞターン上にハンダ付けされている場合に
はta中0.3mgとなる。この値の評価は、−次元ス
テツブ加熱の場合の次式の計算式を用いて計算すること
もできる。
t、= 2”12K・厚さ (K:温度伝導度) ・・
・・・・・・・ (2)第6図に示す如く、前記のよう
にして取り込んだ放射温度四を順次に’r、 、’r、
 l・・・・・・ Tr とする。
(ここで、Toは7J[]熱直前の温度、TI+・・・
・・・Tnは順に各々のサングルクロックが発生したと
き、またはサンプル間の平均の温度でおり、必ずしも等
間隔にサンプリングをする必要はない。)あらかじめ定
めておいた良品の標準サンプルについても同様の時間間
隔で放射温度をとる。
第7図は良品サンプルの放射温度To’ + Tl’ 
+ T2・・Tnと、前記の放射温度TO、’r、 +
T2・・Tr+とを対比した図表である。
このように、良品サンプルの温度カーブ30と、検量対
象物の温度カーブ29とに差が有ることは、測定初期に
おいては表面状態や表向頑きの差に起因するものであっ
て、前述の時間taまでの微小時間11」においては接
合部の良否は現われてこない。
上に述べた表面状態や表面頌きの差による温度差を補正
して、上記2つのカーブ30と31とを時間to−tn
O間について重ね合わせる。この重ね合わせ操作の結果
を図表で示すと第8図の如くである。また、上記の重ね
合わせ操作を演算的に行なうには双方のカーブ間で換算
を行なうための補正係数Cをめる。補正係数Cをめるに
は最小二乗法、オロを比較する方法、重みをつけた和を
比較する方法があり、いずれかの方法で補正係数Cをめ
る。
最小二乗法を用いると補正係数は次式であられされる。
次に、キャリプV−’/ヨ/部がでは、表面状態決定部
δで決定した加熱部110表面の頑きと表面状態をあら
れす係数である補正係数CとA/D変・奥部るよりのデ
ジタル化した放射@ /fTn+i 、 Tn+z 、
・・・。
Tm(ta(t≦tb、それぞれのクロックが発生した
ときの温度または前クロックからの積分l11)より次
式で計算される補正された放射温[Tn++ 、Tn+
z。
・・・、 Tm を計算する。
Tk’ = C(Tk−T(1) (k=n+s 、n
+2、−、m)−(4)この補正された放射温度Tn+
t l Ty1+2 +・・、Tm および補正係数C
を欠陥判定部nに送る。
欠陥判定部27ではキャリプレー737部がより送られ
た補正係数Cと補正された放射温度Tn↓l。
Tn+2+・・・・・・、Tm より欠陥を判定する。
補正された放射rM IJeの最高温度’rm’ax、
及び全体11i11 両部側より指令のあったサンダル
・タイミング間の温度差ΔTkA = Tt′−Tkを
める。
(n+1≦にくt≦m) ここで、温度差を計算するサンダル・タイミングは、あ
らかじめ良品と不良品とを何回か入力し、容易に良品と
不良品の切!7分けのできるタイミングを捜しておく。
検量対象物からの放射温度を検出してコントロール部1
9に人力したとき、前述の演算を行なって、次式 の条件を満足すれば良品と判定し、仁の式 の条件を満
たさなければ不良品と判定する。ここで、Ca 、cb
 、’ra 、Tb 、ΔTa、ΔTbはあらかじめ良
品と不良品とを何回か人力し、不良品を良品と判定する
率が極めて低く、しかも良品を不良品と判定する率の低
い値に設定する。
これらの操作により、フラットハラケージ部品のハンダ
付は部の検査、特にリード浮き欠陥(完全に浮いている
もの、及び、接触はしているがハンダ付けがなされてい
ないものを含む)に関しては高速に信頼性良く検査をお
こなうことができる。
以上は第(3)式に基づいて最小二乗法を用いた実施例
について述べたが、上記と異なる実施例として、次記の
第(6)式のごとく和の比較によって補正係数Cをめる
こともできる。
この方式では、標準温度変化の和を記憶しておけば取り
込んだ温度変化の和または積分および1回の除lV、の
みにより補正係数をめることが可能であり、単純で高速
な方式である。をらに、式変形をほどこして と変形された補正係数C′を用いることにより、あらか
しめ標準温度変化をめる必要はないという特敞がある。
壕だ、重みをつけた和の比較では補正係数Cは次式でめ
られる。
ΣakSK c−−−−−・−・・−・・・・(8)Σak(Tk−
’ro) ただしakは予め決めた重みである。
上記第り8)式は最小二乗法を拡張した方式で、この式
によれば前述の他法式に比して正確な補正係数をめるこ
とができる。
第9図は前記の第5図と異なる実施例を示し、A/D変
美器乙、表面状態決定部5.キャリブレーション部26
、欠陥判定部27をそれぞれ相対温度計算部32、記憶
部33と槓昇部34と積分部35と、定数除算部36、
定数乗算部37、補正係数比較部あと最高温度計算・比
較部39と温度差計算・比較部40と置き婆えることに
よりアナログ喰ですべて扱う事ができる。
例えばキャリブレーション法と最小二乗法を用いる場合
は、それぞれの部分について欠配のような演算を行なう
相対温度計算部32は7JO熱直前の温度を基準とした
相対温度TreA(t) = T(e)−T(o+を計
算し、記憶部33ハ良品)標準温度K 化T ’(t)
 オL U f。” □r0(t)2dt(Σ(Tζ)
2の代り〕を記憶しておく、定数積禅部34は相対温度
Tret(t)と記憶している標準温度変化T’[tJ
の積を計算する、積分部35は「。”%z(t) T’
(tJdt(Σ(Tk−To ) ・THの代り)を割
算し、除鼻部36ハC= /、(−r’(t)2dt/
fLa(T(t)−T(o) : T ’(t) dt
 ヲita 算して補正係数をめ、定数乗算部37は’r’(t)=
C−Trel(t)を計算し、補正係数比収部、38、
最高温計算・比較部、39、温度差計算比較部40はそ
れぞれの量を計算し、式(5)を用いて欠陥を判」定す
る部分でおる。この実施例ではすべて13号をアナログ
量で扱っているため、オペアンプ及び1個のアナログ記
憶部で主要部分を構成でき安価で高速なコントa−ル部
となる。
又・キャリブレーション法を和の比較でおこない、式(
’7)を用いれば、さらに第10図に示すように表面状
態決定部5を場らに簡単化し、積分部41と逆数計算部
42とにより構成することができる。積J”r(t)d
t ヲ計算fル。
この実施例では主要部分をオペアンプのみで構成でき非
常に安価で単純な構成の装置となる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明の検査方法によれば、検査準
備に多大の時間と労力とを費す必委が無く、しかも検査
対象物の表面状態や表面の頌きによる影響を自動的に修
正して、迅速かつ確実に接合欠陥の有無を判定すること
ができる。
また、本発明の検査装置によれば、上記の検査方法を容
易に実施してその効果を充分に発揮せしめることかでき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図1a) 、 (b) 、 (c)は本発明におけ
る検査対象物である接合部材の例を示す斜視図、第2図
は本発明方法の原理を説明するための模式図である。第
3図乃至第8図は本発明装置の1例を用いて行なつ造本
発明方法の1実施例を示し、第3図は検査対象物の斜視
図、第4図は検査装置の概要的な斜視図、第5図は演算
部分のブロック図、第6図。 第7図及び第8図はそれぞれ放射温度の時間的変化を示
す図表である。第9図および第1O図はそれぞれ上記と
異なる実施例に係る検査装置のブロック図である。 l・・・フラットパック部品のはんだ付は部、2・・・
LSIなどのワイヤ・メンディング部、3・・・7JO
熱部および温度測定部、4・・・物体1.5・・・物体
lと物体2の接合部、6・・・物体2.7基板面、8・
・・基板面上の配線パターン、9・・・リード、10・
・・フラット・ぐツク形の電子部品、11・・・検査部
、12・・・加熱源、13・・・シャッタ、14・・・
加熱部、15・・・ディテクタ、16・・・検出光学系
、17・・・フィルタ、 18・・・X−Yテーブル、
19・・・コントロール部、加・・・X−Yテーブル制
御部、21・・・加熱制御部、22・・・増幅器、n・
・〜小麦換器、M・・・サングル・クロック、5・・・
表面状態決定部、26・・・キャリブレーション部、2
7・・・欠陥判定部、28・・・全体制御部、四・・・
測定した放射温度変化、加・・・良品の標準温度変化、
31・・・補正した放射温度変化、32・・・相対温度
計算部1.(3・・・記憶部、34・・・積算部、35
・・・積分部、36・・・定数除算部、37・・・定数
乗昇部、38・・・補正係数比較部、39・・・最高温
度計算・比較部、40・・・温度差計算・比較部、41
・・・積分部、42・・・逆数計算部。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第1図 (C) 第4図 第5図 9 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1゜ 接合部を有する検査対象物を加熱すると共にその
    加熱mbzの放射温度を測定し、放射温度の測定結果に
    基づいて接合部の欠陥の有無を判定する方法において、
    上記放射温度の時間的変化を測定し、接合部位の欠陥の
    有無によって影響を受けない短時間の温度変化に基づい
    て当該検査対象物の雰囲気条件を検出すると共に、前記
    接合部位の欠陥の有無によって影響を受ける比較的長時
    間の温度変化に、前記の雰囲気条件に基づく補正を加え
    て該接合部の欠陥の有無を判定することを特徴とする接
    合状態の検査方法。 2、接合部を有する検査対象物を加熱する手段と、該1
    芙査対捏物の放射温度を測定する手段とを備え、放射温
    度の測定結果によって接合部の欠陥の有無を判定できる
    ように構成した瑛査装置において、接合部位の欠陥の有
    無による影響を受けない短時間の温度変化を検出して該
    検査対象物の雰囲気条件を算出する手段、及び、前記接
    合部の欠陥の有無によって影響を受ける比較的長時間の
    温度変化を検出する手段を設け、かつ、上記比較的長時
    間の温度変化に前記雰囲気条件に基づく補正を加える演
    算手段を設け、雰囲気条件による誤差を生ずることなく
    接合部の欠陥の有無を判定し得るようにしたことを特徴
    とする接合状態の検査装置。 3、前記の演算手段は、検査対象物の表面状態を判定し
    て補正係数を定める表面状態決定部と、上記の補正係数
    によって前記長時間の温度変化に基づく演算に補正を加
    えるキャリプV−ジョン部とを有するものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の接合状態の検
    査装置。
JP18068783A 1983-09-30 1983-09-30 接合状態の検査方法及び検査装置 Granted JPS6073347A (ja)

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