JPS62144008A - 印刷回路板のパタ−ン検査装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的方式による印刷回路板の外観検査装置
に係り、特に印刷回路板に対する焦点合せを自動化する
パターン検査装置に関する。

〔従来の技術〕

印刷回路板のパターン検査を行うために光学的方法を使
った検査装置が知られている（たとえば特開昭５６−１
５８０４号公報など）。この方法は印刷回路板の表面を
撮像手段によって撮像し、得られた配線パターンの像か
らその良否を判定するものである。この場合印刷回路板
表面について視野の明るさを充分確保するために、対物
レンズの開口径は大きいものが用いられる。さらに配線
パターンが高密度化しているため充分な解像度を得る必
要があり、一般に撮像手段の焦点深度は小さい。たとえ
ば印刷回路板用の外観検査装置として焦点深度が大きく
なるよう設計しても±３００μｒＩＬ（精度±５μｍの
とき）程度である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

外観検査装置の焦点深度は一般に上記のようなものであ
るが、一方印刷回路板にはそりやねじれがある。たとえ
ば日本プリント基板工業会規格によれば、そりやねじれ
によるプリント基板面と垂直な方向への変位は長さが２
ＱＱｍｍの両面プリント基板の場合、その長さの１．３
％以下と規定されている。（１９８５年合成樹脂工業会
発行の印刷配線板規格対照集による）。従って長さ２０
０ｍｍのプリント基板の場合最大２．６瓢程度の変位が
生じている可能性がある。このためそりの大きい印刷回
路板について上記のように小さい焦点深度をもつ撮像手
段の焦点？調整しないで印刷回路板全体を連続走査しな
がら外観検査を行うことはほとんど不可能な状態であっ
た。

本発明の目的は、そりやねじれのある印刷回路板に巨視
的に追随して自動的に焦点合せを行いながら外観検査を
行うパターン検査装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、印刷回路板の配線パターンを撮像する撮像手
段についてその配線パターンに対する焦点を合わせる方
向にこの撮像手段を駆動する手段と、この撮像手段と一
体に駆動され印刷回路板と撮像手段との間の間隔を計測
し電気量の大きさで出力する変位センサと、この変位セ
ンサの出力を焦点に対応する所定の電気量と比較しその
差分をＯとする方向に撮像手段を駆動するよう制御する
手段とを設けた印刷回路板のパターン検査装置を特徴と
する。

さらに本発明は、撮像手段によって撮像され２値化して
画像メモリに格納された配線パターンの画像を識別し、
変位センサが配線パターン上に位置付けられているとき
には上記の制御手段が撮像手段を駆動するの？抑止する
手段を設けた印刷回路板のパターン検査装置を特徴とす
る。

〔作用〕

本発明のパターン検査装置は、変位センサを設け、この
変位センサの検出出力が印刷回路板の撮像手段に対する
焦点からずれているかどうか検出し、この焦点ずれを補
正するように自動焦点合せを行うので、印刷回路板のそ
りやねじれによって生じる焦点ずれに対し動的な補正を
しながらパターン検査を行うものである。

さらに本発明のパターン検査装置は、変位センサが配線
パターン上に位置付けられているときに上記の補正を一
時中止する。これによって印刷回路板の配ＩＪ　パター
ンやスルーホールのように３次元的な凹凸のある印刷回
路板に対して精度よく変位センサ号適応でき、上記の焦
点ずれの補正が高い精度で行える。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す印刷回路板のパター
ン検査装置の概略構成を示す構成図である。１は検査対
象となる印刷回路板、５はその上に印刷回路板を載置し
図でＸ方向に移動するＸテーブル、７はＸテーブル５を
Ｘ方向に駆動するＸ軸モータ、６はＸテーブルより上の
部分を載置し図でＹ方向に移動するＹテーブル。

８はＹテーブル６をＹ方向に駆動するＹ軸モータ、９は
ベースとなる架台である。１０はＸ軸上−タ７およびＹ
軸モータ８ご駆動するモータ制御回路である。モータ制
御回路１０はＸ軸上−タ７を介してＸテーブル５を連続
送りし、Ｘ方向の送りが一方の終端に達するごとにＹ軸
モータ８を介してＹテーブル６をステップ送りする。

２は一次元センサであり、Ｘ方向と垂直な方向（Ｙ軸方
向）に沿ってたとえば１０２４個の画像センサ素子が並
べられており、対物レンズ（図示せず）を介して反射光
による印刷回路板１上の配線パターンの像をとらえるも
のである（照射光ご供給する光源は図示していない）。

４は−次元センサ２を図でＺ方向（上下方向）すなわち
焦点を合せる方向に駆動するＺ軸モータである。−次元
センサ２にはＸ方向に沿って２つの変位センサ３−１．
３−２が取り付けられている。−次元センサ２　、変位
センサ６−１および変位センサ３−２の中心はＸ方向を
向いた一直線上にある。変位センサ３−１．３−２は印
刷回路板１と該変位センサとの間の間隔を計測する装置
である０たとえば光学式の変位センサの場合、印刷回路
板１上に光を照射し、その反射光３リニアセンサによっ
てとらえるものである。印刷回路板と変位センサとの間
の間隔が変動すると、反射光をとらえるリニアセンサの
素子が変わるから、リニアセンサを走査することによっ
てその走査時間の変化を電圧の大きさに置き換えること
ができる。いずれにしても変位センサ３−１．３−２は
印刷回路板と該変位センサとの間の間隔に応じた電気量
を出力する。

なお変位センサは２つあり、後述するように印刷回路板
１を図で右方向に駆動するときには変位センサ５−２の
出力を選択し・左方向に駆動するときには変位センサ３
−１の出力を選択する。１８はモータ制御回路１０が出
力するＸテーブル５の移動方向についての情報に応じて
変位センサ５−１．３−２いずれかの出力を選択し、選
択された出力をＺ軸モータ４を駆動するためのパルスに
変換し、Ｚ軸モータ４を駆動するモータ制御回路である
。この回路は、変位センサ３−１またはろ−２が検出す
る印刷回路板１と該変位センサとの間の間隔の変動に追
晒して一次元センサ２の焦点が合うように一次元センサ
２をＺ軸モータ４の駆動によって移動させ、その焦点距
離を調整する。なおモータ制御回路１８の詳細について
は後述する。１１は一次元センサ２がとらえた印刷回路
板１表面の画像信号を２値化する２値化回路である。１
２は２値化された１次元画像を２次元画像として一時的
に蓄積するための画像メモリである。画像メモリ１２は
シフトレジスタ構成となっており、Ｘテーブル５の移動
速度すなわち一次元センサ２の走査速度に合わせてたと
えば新たに人力された画像情報が１０２４ビツトずつ順
次格納され、古い画像情報力１０２４ピツトずつ順次シ
フトアウトされるようになっている。１３は画像メモリ
１２から画像情報を読み出し、その配線パターンの像か
らその良否を判定する欠陥判定回路であり、その詳細は
すでに知られているから詳細説明を省略する。１４は欠
陥判定回路１３が欠陥と判定した場合に出力する信号に
応じてモータ制御回路１０がそのレジスタに保持する現
在のＸ座標およびＸ座標をモータ制御回路１０から読み
出して外部に出力する回路である。

第１図に示すパターン拡大回路１５．形状判定回路１６
および遅延回路１７について詳細説明する前にここで印
刷回路板１に変位センサを適用する場合の問題点につい
て説明する。

第２図（α）は、印刷回路板１ご板面に対して垂直に切
断した切り口を示す斜視図であり１１−１は配線パター
ン、１−２はスルーホール、１−３はスルーホール１−
２を囲むパッド、３−３はＸテーブル５による印刷回路
板１のＸ方向の移動に従って変位センサ３−１．３−２
が検出する検出対象の軌跡である。第２図（ｂ）は第２
図（ａ）の印刷回路板１に対応して変位センサ３−１．
３−２が検出する間隔ｄの電圧値ｄ′を示すもので、横
軸は軌跡３−３上のＸ位置、縦軸は各Ｘ位置に対応する
変位センサの、出力ｄを示す。第２図（ｂ）に示すよう
に、配線パターン１−１の端部（肩部）あるいはパッド
１−３の端部では変位センサの計測値３−４が不安定に
なる。

またスルーホール１−２部分では計測値３−４はしばし
ばオーバーレンジする。従って変位センサによって印刷
回路板のそりによるｄの変動を精度よく計測するために
は配線パターン１−１やパラ　ド１−３の端部およびス
ルーホール１−２部分を除外して計測するのがよい◇あ
るいは配線パターン１−１．パッド１−１およびスルー
ホール１−２の全体を除外して、印刷回路板１の基材が
存在する部分のみを変位センサの計測対象とするのがよ
い。パターン拡大回路１５゜形状判定回路１６および遅
延回路１７はモータ制御回路１８に対してこのような除
外部分についての情報を与えるための回路である。

第３図は、画像メモリ１２およびパターン拡大回路１５
の構成を示すブロック図である。画像メモリ１２は１０
２４ピツトのシフトレジスタ３１がｍ列並び、直列に接
続されているメモリである。パターン拡大回路１５は微
小部切出回路３２と画像メモリ３３とから構成される。

微小部切出回路３２は３ビツトのシフトレジスタ３４が
３列とオア回路３５によって構成される。画像メモリ１
２に入力される最新の３ビツトが最初のシフトレジスタ
６４にも入力され、画像メモリ１２の最初のシフトレジ
スタ３１からシフトアウトしたデータビットが２列目の
シフトレジスタ３１に入力されると同時に２列目のシフ
トレジスタ３４にも入力され、２列目のシフトレジスタ
３１からシフトアウトしたデータビットが３列目のシフ
トレジスタ５１に入力されると同時に６列目のシフトレ
ジスタ５４にも入力される。シフトレジスタ３４のすべ
てのデータビットはオア回路３５に入力され論理和がと
月並べてこれらを直列に接続したメモリである。

オア回路３５の出力は画像メモリ３３の最初のシフトレ
ジスタ３１に順に入力される。第３図に示す回路の動作
は、画像メモリ１２に１ビツトのデータビットが入力さ
れかつシフトレジスタ３１のデータビットがシフトされ
るタイミングで微小部切出回路３２のシフトレジスタ３
４に１ビツトのデータビットが人力されかつシフトレジ
スタ３４のデータビットが１ビツトシフトされる。この
同じタイミングで微小部切出回路３２から１ビツトのデ
ータビットが出力されて画像メモリ３３に入力されかつ
画像メモリ６ろのシフトレジスタ３１が１ビツトずつシ
フトする。本例では３ビツトのシフトレジスタ６４を３
列設けたことにより、３×３ビツトの微小領域を切り出
すことになる。

オア回路５５によってこの領域の全ビットの論理和がと
られるので、この領域内の少なくとも１つのデータビッ
トが　１　であればオア回路６５は−１−を出力する。

このようにして３×３ビツトの微小領域は、画像メモリ
１２に入力される全データビットが１回ずつ該領域の中
心ビット部を通過するように全領域を走査するので、画
像メモリ１２に入力された画像情′＠３１ビットだけ拡
大または膨張させた画像情報を画像メモリ３３に出力下
る。一般に微小部切出回路５２にルビットのシフトレジ
スタＸｒＬ列を設けることにヨリ、画像メモリ１２に人
力された画像情報を（ＦＬ−１）／２ピント拡大させた
画像情報を画像メモリ３３に出力する。なお画像メモリ
１２を構成するシフトレジスタ列の数ｍ（ｍ〉ｎ−１）
は、欠陥判定回路１５が行う欠陥判定処理が必要とＴる
だけ述べる形状判定回路１６が行う処理が必要とするだ
けの数であればよい。

第４図は画像メモリ１２上の画像情報がパターン拡大回
路１５によって拡大される様子ご示す図である。第４図
←）は画像メモリ１２上の原画像情報を示すものであり
、１９は印刷回路板１の基材部分であり値が　０１２０
は配線パターンの部分であり値が　１．２１はスルーホ
ール部分であり値が　０　である。第４図（ｋ＋）は画
像メモリ肩上の画像情報を示すもので、２つの配線パタ
ーン２０はつながって１つの配線パターン２０−１に変
形し、スルーホール２１はふさがれてし・まっている。

すなわちパターン拡大回路１５によっ　て第２図に示す
配線パターン１−１の端部およびスルーホール１−２が
消去された画像が得られる。

第１図に示す形状判定回路１６は、画像メモリ３３上の
パターンの中心のドツト情報を順次読み出す回路である
。すなわち画像メモリ３０上で一次元センサ２の中心に
相当するドツト情報を、順次読みとり、その反転情報を
順次出力する回路である。第４図（→の例によれば、実
線部分２２−１は　１　が出力され・変位センサによる
計測が可能な領域を指示する。また破線部分２２−２は
０　が出力され、変位センサによる計測が不可能な領域
を指示する。

遅延回路１７は形状判定回路１６が出力する計測可否を
示す２値情報を遅延させる回路である。

−次元センサ２の中心と変位センサ３−１まなは３−２
の中心との距離をｔとし、Ｘテーブル５の送り速度をＳ
とすると、形状判定回路１６から遅延回路１７に入力さ
れる信号をｔ／Ｓだけ遅延させて出力する必要がある。

すなわち−次元センサ２がとらえた印刷回路板１上の同
一位置がｔ／Ｓだけ遅れて変位センサ３−１または３−
２によってその間ＩＪｄが検出されることになる０ 第５図は、モータ制御回路１８の構成を示すブロック図
である。セレクタ４１はモータ制御回路１０からの信号
によって変位センサ３−１またはる−２のいずれか一方
を選択する回路であるＯＸテーブル５が第１図の右方向
に移動しているときにはモータ制御回路１０から右方向
な示す２値信号が送られ、変位センサ３−２が選択され
る。Ｘテーブル５が左方向に移動しているときにはモー
タ制御回路１０から左方向を示す２値信号が送られ、変
位センサ３−１が選択される。

差動増幅器４２は選択された変位センサ３−１または３
−２の出力電圧を所定の電圧値と比較しその差を出力す
る回路、ＡＤ変換器４３は差動増幅器４２の出力を符号
付きのディジタル値に変換する回路、パルス変換回路４
４はこのディジタル値を０とするようにＺ軸モータ４を
駆動するためのパルスに変換する回路、ゲート４５は遅
延回路１７の出力によってＺ軸モータ４の駆動をオンま
たはオフするゲートである。遅延回路１７が０を出力す
るときゲート４５は閉じられＺ軸モータ４駆動を停止す
る。モータ制御回路１８の動作は、モータ制御回路１０
がセレクタ４１に与える信号に応じて変位センサ５−１
または３−２のいずれか一方の電圧出力が選択され、選
択された間隔ｄに対応する電圧ｄが差動増幅器４２によ
って所定の電圧値と比較され、その差分がＡＤ変換器４
３によって符号つきのディジタル値に変換され、パルス
変換回路４４によってこの値を０とする方向にＺ軸モー
タ４を駆動するためのパルスに変換され・ゲート４５を
介して遅延回路１７が一１″を出力する期間だけゲート
４５を開いて上記差分を０とする方向にＺ軸モータ４を
駆動する。

なおモータ制御回路１０は上述したように、Ｘ軸上−タ
７およびＹ軸モータ８分駆動制御するのであるが、Ｘ軸
上−タ７およびＹ軸モータ８に対してそれぞれＸテーブ
ル５およびＹテーブル６を右方向に駆動するか左方向に
駆動するかを示す信号を与える。このうちＸテーブル５
に対する方向を示す２値信号を上述したようにモータ制
御回路１８にも送出する。またモータ制御回路１０は現
在の一次元センサ２の位置号示すＸ座標およびＸ座標を
保持するレジスタを有し、欠陥出力回路１４に該情報を
提供する。

以下本実施例の動作について説明する。モータ制御回路
１０の制御の下にＸ軸上−タ７によってＸテーブル５が
連続送りされ、Ｘテーブル５上に載置された印刷回路板
１がＸ方向に移動する。−次元センサ２は印刷回路板１
上の配線パターンの像を各々のセンサ素子の電圧値によ
ってとらえる。この電圧値は２値化回路１１によって２
値化され、たとえば１０２４ビツトずつの画像情報が順
次画像メモリ１２に格納され２次元の画像情報として一
時的に蓄積される。欠陥判定回路１３は画像メモリ１２
からこの画像情報を読み出し、その配線パターンの像か
らその良否を判定する。欠陥判定回路１３が配線バタ・
−ンの像に欠陥部分を検出したとき、欠陥出力回路１４
に信号が送られ、欠陥出力回路１４は現在のＸ座標およ
びＸ座標をモータ制御回路１０から読み出して外部へ出
力する。

パターン拡大回路１５は、画像メモリ１２から画像情報
を順次読み出し、微小部切出回路３２によって１ビツト
ごとに拡大操作を行って、拡大された画像情報を画像メ
モリ３乙に格納する。形状判定回路１６は画像メモリ３
３上のパターンの中心に相当するビット位置から１ビツ
トずつドツト情報を読み出して、その反転情報を出力す
る。

すなわち変位センサによる計測が可能な領域は１１′が
出力され、計測不可能な領域は　０　が出力される。こ
の出力は一次元センサ２によってとらえた印刷回路板１
上の同一位置が遅延回路１７によって変位センサ３−１
または３−２の中心に位置付けられるまでの時間だけ遅
延されて、モータ制御回路１８に供給される。モータ制
御回路１８はモータ制御回路１０が与えるＸテーブル５
の移動方向を示す情報に応じて変位センサ３−１または
３−２のいずれか一方を選択し、この変位センサの出力
電圧を所定の電圧値と比較しその差分がＡＤ変換器４３
を介してパルス変換回路４４によってＺ軸モータ４号駆
動するためのパルスに変換されて、遅延回路１７が　１
　を出力する期間、すなわち選択された変位センサが計
測可能領域に位置付けられたときだけ、所定の間隔な維
持するようにＺ軸モータ４にフィードバックが加えられ
る。この結果印刷回路板１のそりまたはねじれによる一
次元センサ２の焦点ずれは補正され、自動的に焦点合せ
が行われる。

なお−次元センサ２の中心と変位センサ３−１または５
−２の中心とはｔだけ離れているからプリント基板長さ
の最大１．３％のそりがあるとすればこの間に最大ｔ　
Ｘ　１．３　／１００のずれあるいは誤差が生じる。焦
点深度を±３００μｍとすれば、このずれを焦点深度の
範囲内に収めるためにはど ｔΔ”２”ｒｍｍにする必要がある。なおプリント基板
のそりまたはねじれはプリント基板上の長さとともに漸
増しており、このｔの間隔で急激な変化をしているわけ
ではないので、言い換えれば巨視的なそり状態を示すの
で、このような遅れを伴なう検出方式で充分実用になる
。

本発明の他の実施例として、−次元センサ２の代りに２
次元的な視野で画像をとらえるカメラを用いてもよい。

この場合モータ制御回路１０は１回にカメラがとらえる
フレームの幅に合わせてＸテーブル５をステップ送りす
る。またカメラの中心と変位センサ３−１または６−２
の中心との間の距離ｔはこのフレーム幅の整数倍（−倍
）でなければならない。また画像メモリ１２は（ｒｒＬ
＋１）フレーム分の画像情報を格納できる記憶容量が必
要である。同様に画像メモリ３３も（ｉ＋１）フレーム
分の画像情報を格納できる記憶容量が必要である。遅延
回路１７は不要であるが、形状判定回路１６は画像メモ
リ１２に人力された最新のフレームからｍ番目の最も古
いフレームについて変位センサの計測可能な領域と計測
不可能な領域を示す信号をモータ制御回路１８に送出す
る。モータ制御回路１８の構成および動作は先に説明し
たものと同じである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、印刷回路板の基材部分を変位センサの
検出対象とし、そりやねじれのある印刷回路板に対して
撮像手段の焦点を自動的に合わせながら印刷回路板の外
観検査を行えるので、精度の高い検査が行えるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である検査装置の概略構成？
示す構成図、第２図は印刷回路板の表面パターンに対応
する変位センサの出力を示す図、第６図はパターン拡大
回路の構成を示すブロック図、第４図は画像情報がパタ
ーン拡大回路によって拡大される様子？示す図、第５図
はモータ制御回路１８の構成を示すブロック図である。 １・・・印刷回路板 ２・・・−次元センサ ５−１．３−２・・・変位センサ ４・・・Ｚ軸モータ １５・・・パターン拡大回路 １６・・・形状判定回路 １７・・・遅延回路 １８・・・モータ制御回路 と　・ ＼　、′ ＼、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、印刷回路板の配線パターンを撮像する撮像手段と、
   該撮像手段によって撮像された画像信号を２値化する手
   段と、該２値化された画像情報を格納する画像メモリと
   、該画像メモリから該画像情報を読み出して前記配線パ
   ターンの良否を判定する手段とを有するパターン検査装
   置において、前記撮像手段の前記配線パターンに対する
   焦点を合わせる方向に該撮像手段を駆動する手段と、該
   撮像手段と一体に駆動され前記印刷回路板と該撮像手段
   との間の間隔を計測し電気量の大きさで出力する変位セ
   ンサと、該変位センサの出力を前記焦点に対応する所定
   の電気量と比較しその差分を０とする方向に前記撮像手
   段を駆動するよう制御する手段とを設けたことを特徴と
   する印刷回路板のパターン検査装置。 ２、前記画像メモリ中に格納された前記配線パターンの
   画像を識別し、前記変位センサが該配線パターン上に位
   置付けられているときには前記制御手段が前記撮像手段
   を駆動するのを抑止する手段を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の印刷回路板のパターン検査
   装置。