JPS63271144A - プリント板スル−ホ−ルの検査装置 - 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、プリント板に設けられたスルーホールの内面
に施されているメッキ層に存在する断線やピンホール等
の欠陥を光学的に検出する装置に関するものである。

〔従来技術〕

電子部品を搭載する両面プリント板や多層プリント板に
は、それらの基板に形成されている表裏のプリント配線
間や各層プリント配線間の電気的接続のために、スルー
ホールが形成されている。

上記スルーホールは、基板の両面に（例えば銅箔からな
る）配線パターンを形成したのち、スルーホール内壁に
無電解メッキ法により例えば銅等の層を形成し、この上
に更に電解メッキ法により例えば半田層を積層して完成
される。

電子部品実装技術の進歩に伴ってプリント配線が高密度
化し、スルー・ホール径が微細化するに従い、内壁への
メッキ層の形成が困難となり、導通不良などの欠陥が生
じる原因となり易い。また、メッキの不完全さくより、
部分的にピンホールやクラック等が発生し１部品が搭載
されて稼動を開始した後に導通不良を生じる場合がある
。このような不良は当初に発見し難く、実稼動中におい
て装置の障害として現れるために、極めて重大な事故に
つながる場合が少なくない。従って、予めこのような潜
在的な不良を検出して排除することが重要である。

上記のような、スルーホール内壁における断線や切れか
かり等の微小欠陥を検出する方法として、従来第６図に
示すような方法が用いられていた。

同図において、スルーホール２ｍ、２ｂが形成されてい
るプリント板１の表面に対して平行光線束からなる照明
光が図の下方から投射され、被検対象となるスルーホー
ル２ｂ内には直接照明光が投射されないようにするため
、ローラマスクＲｍが設けられている。プリント板１＆
Ｃ投射された照明光の１部はプリント板１の内部に侵入
し、散乱しながら拡散する。ローラマスクＲｍによって
遮光されているスルーホール２ｂの内部を、レンズ１７
及びＣＣＤイメージセンサ３ｂから成る検出光学系によ
り観測すると、スルーホール２ｂの内壁に形成されてい
るメッキ層に前記欠陥が存在しない場合には、暗い状態
、即ち光が検出されない状態であるが、該メッキ層に欠
陥が存在する場合には、プリント板１の内部を拡散した
光が上記の欠陥からスルーホール２ｂ内に漏洩し、その
結果スルーホール２ｂの内部は、明るい状態、即ち光が
検出される状態となる。このようにして、ローラマスク
Ｒｍとレンズ１７及びＣＣＤイメージセンサ５ｂから成
る検出光学系との間をすべての被検対象スルーホールが
順次に通過するようにプリント板１を移動させ、その間
に各スルーホール内への漏洩光の有無を検出して前記欠
陥の存在を探知する。ＣＯＤイメージセンサ３ａは、ス
ルーホールが有る位置を検出し、検査信号のＳ　／　Ｎ
を上げるものである。０００５ｍは、ローラマスクのな
いスルーホール２ａからの直接透過光を検知し。

スルーホール位置を検知する。この信号は、被検査スル
ーホール２ａが２ｂの位置まで移動する時間Δｔたけ遅
延回路により遅らされる。被検査スルーホール２ａが２
ｂの位置に到着すると、ＣＣＤ３ｂは上記漏洩光を検知
する。そこで、漏洩光信号と遅延スルーホール位置信号
との論理積を求め、論理積が１ならば欠陥の存在を示す
。なお、この種の装置として関連するものには、例えば
特開昭５９−１２５６９５．電子材料Ｐ１２７〜ｐ１５
０（１９８５年１０月）等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のプリント板スルーホール検査装置第６図にお
げろ問題点の一つは、第７図に示すように、スルーホー
ル２の内部がメッキ層２１で塞がれている場合、照明光
がスルーホール２内を透過しないので、スルーホール位
置信号が出力されず、このような極めて重大な欠陥を見
逃してしまうことである。スルーホール内に異物等が混
入しても、照明光は透過しｔｃいので、致命的な穴づま
り欠陥を検出できず、検査の信頼性は極めて低いものと
なってしまう。

また、他の問題点は、第８図（ａ）に示すように。

スルーホール２の内壁のメッキ層２１に発生した膜減り
といった欠陥２３においては、スルーホール２内への漏
洩光が全く検出できず、見逃してしまうことである。更
に、第８図（ｂ）に示すように。

多層プリント板１の各層の配線パターン２４が、プリン
ト板内部での光の進行を防げ、スルーホール２内への漏
洩光が極めて微弱になるという問題があった。また、多
層プリント板の層数の増加によっても、スルーホール２
内への漏洩光が微弱になり、その結果、検査速度が落ち
るという問題があった。

また、従来のスルーホール検査装置は透光性を有するプ
リント板を対象としており、透光性を持たない被検対象
に適用できないことは言うまでもない。

また、更に他の問題点は、上記穴詰まりと膜減りといっ
た異種の欠陥を識別できず、欠陥を無（すためプロセス
・設備への適切なフィードバックが困難であることであ
る。

本発明の目的は、上記問題点を全て解消したスルーホー
ル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〕

上述の目的を達成する為忙創作した検査装置に係る第１
の発明は、（ａ）スルーホールを斜め方向から照明する
手段と、（ｂ）上記スルーホール内部で散乱された光を
、上記照明手段と反対側で、斜め方向から検出する手段
と、（ｃ）スルーホール位置のＣＡＤデータとスルーホ
ール座標とが一致した時の前記散乱された光の強度の大
小を判定する手段と、（ｄ）上記スルーホールを通過し
てくる反射光を直接的に検出する手段と、（ｅ）スルー
ホール位置のＣＡＤデータとスルーホール座標とが一致
した時の上記透過光の強度の大小を判定する手段とを設
けたものである。

また、前記と同一の目的を達成するために創作した第２
の発明は、（ａ）スルーホールを斜め方向から照明する
手段と、（ｆ）上記スルーホール内部で反射された光を
該スルーホールの軸心方向から検出する手段と、億）検
出された光学像のうち、検出方向と照明方向とに平行な
平面上にあり、かつ、検出方向に垂直な方向の光学像を
電気信号に変換する手段と、（ｈ）上記の電気信号から
、そのピーク位置を検出する手段と、（１）上記ピーク
位置から一定距離の位置に対応する電気信号の強度を取
り出す手段と、（ｊ）上記の取り出された電気信号の強
度が、予め定められた値よりも小さいことを検出する手
段とを設けたものである。

〔作用〕

前記のように構成された第１の発明について。

その作用、効果の原理を、第９図、第１０図を参照しつ
つ次に述べる。

先ず、散乱光と透過光とについて、その挙動と特性とを
説明する。第９図に示すように、スルーホール２内部に
斜めに光を照射する照明装置により入射した光は、スル
ーホール内壁のメッキ層２１で反射を繰返しながら、ス
ルーホール内壁を伝播し１反対側に達する。このスルー
ホール内部からの散乱光を検出する散乱光検出装置（本
図において図示省略）により、散乱光の強度をモニタリ
ングする。スルーホール２内壁途中に欠陥があれば、メ
ッキ層２１が形成されていないので、散乱光強度は小さ
くなる。スルーホール２を透過してくる反射光を直接検
出する透過光検出装置（本図において図示省略）は、プ
リント板１に設けられているスルーホール位置に対応し
てスルーホールがあれば大きな透過光強度、なければ小
さい透過光強度を検出する。また穴詰まりのスルーホー
ル光射しては小さい透過光強度を検出するので、穴詰ま
り以外のスルーホールでのみ透過光強度は大きくなる。

上記性質を利用して穴詰まり検出装置は第１０図（ＳＷ
：Ａ側）Ｋ示したようなスルーホール穴づまりを検出す
るもので、プリント板の被検査領域の座標をスケール１
５から読みとり。

スルーホール位置ＣＡＤデータと一致し、かつ透過光強
度が大きくない場合、そこに穴詰まりが存在すると判定
する。本構成により、致命的な欠陥である穴詰まりが検
出できる。

また、上記穴詰まり欠陥を含めて長期的な信頼性を損う
欠陥をも判定するには、第１０図に示した切換スイッチ
Ｓ　Ｗｔ−Ｂ側に操作した状態において、プリント板の
被検査領域の座標をスケール１５から読みとり、スルー
ホール位置ＣＡＤデータと一致し、かつ検出した散乱光
強度が大きくない場合、そこに欠陥が存在すると判定す
る。本構成により、穴詰まりを含めて全ての欠陥を検出
できる。なお、散乱光強度の大小によっても穴詰まりを
弁別できるが、散乱光はスルーホール壁面の状態を反映
しているので、精度の高い弁別は困難である。従って、
上記穴詰まり欠陥の検出と、穴詰まりを含めた欠陥の検
出とを組み合せることにより、穴詰まりとそれ以外の欠
陥の識別が可能になる。特に１本方式（第１の発明）は
スルーホール位置ＣＡＤデータを用いることで始めて欠
陥の識別を可能くした点に大きな特長がある。

第１１図は第２の発明に係る検査装置の原理的説明図で
ある。本第１１図の（ａ）図に示すように。

スルーホール２内部に斜めに光を照射する照明装置によ
り入射した光５７は、スルーホール内壁のメッキ層２１
で反射を繰返しながら、スルーホール内壁を伝播し、反
射側に達する。スルーホール内壁途中に断線、ピンホー
ルなどの欠陥２２があれば、メッキ層２１が形成されて
いないので、反射光は弱くなり、散乱光強度５８は小さ
くなる。

また、欠陥２２がメッキ層２１の膜減りのような場合に
も、メッキ層２１の反射率が正常部よりも小さく、その
結果散乱光強度５８は小さくなる。

従って、スルーホール内部からの散乱光を検出する検出
装置により、散乱光を検出し、その強弱により欠陥の有
無を判定できる。

本方式によれば、プリント板の内層パターンなどの内部
構造、或いは材質によらず、微小欠陥を検出できる。

また、入射光５７がスルーホール内壁で１回目に反射し
た点の散乱光５９は、複数回反射した散乱光に比べ１％
に光量が大きい。すなわち、第１１図（ａ）に示す仮想
直線６０を横切る散乱光強度は、第１１図（ｂｌの如く
になる。すなわち、２つのピーク６１．６２を持った分
布となる。この性質を利用すると、入射光５７がスルー
ホール２に正しく入射し、その散乱光を捉えているか否
かの識別が可能になる。すなわち、第１のピーク６１．
第２のピーク６２が予め設定された閾値Ｔｈよりも大で
、かつ、第１１図−）の紙面に垂直な方向く仮想直線１
０を動かし同様な散乱光強度分布をとった場合、第１の
ピーク６１の高さが最も高くなる位置が、スルーホール
２の中央部に入射光が入射し。

それを検出できているとすればよい。そのときピーク６
１又は６２から距離ａだけ離れた点での散乱光強度６３
ａ、ｄ３ｂによって、上に述べた原理に基づいて、欠陥
の有無が識別できる。

〔実施例〕

次に、第１の発明の１実施例を第１図について説明する
。プリント板１のスルーホール２を、照明光学系（第２
図について詳細後述）によって照明する。イメージセン
サ３ａ、３ｂは、それぞれ透過光強度、散乱光強度を検
出するもので、そのアナログ出力をＡ／Ｄ変換器５ｍ　
、５ｂでディジタル信号に変換したのち、ラッチ６ｍ、
６ｂでそれぞれラッチする。ラッチのタイミングは、ス
ケール１５により読みとったプリント板１の被検査領域
の座標がメモ１Ｊ１２ａＫ格納されたスルーホール位置
ＣＡＤデータ１３と一致したときである。

一致の検出は、コンパレータ１１により行われる。

ラッチ６ａ、６ｂの出力はその後２値化回路７ａ。

７ｂでそれぞれ２値化される。２値化回路７ｂの出力は
穴詰まりを含めて欠陥の有無を表わす。２値化回路７ａ
の出力は欠陥のうち穴詰まりの有無を表わす。

プリント板のスルーホール位置は、第３図に示すように
ピッチが一定であるため、このグリッド座標２′５上の
スルーホールの有無を記憶しておけばメモリ容量を減ら
すことができる。

そこで、ＣＡＤ座標データ１３から、スルーホールグリ
ッド座標２３（第３図）上のスルーホールの有無データ
を得、メモリ１２ｂに格納した後。

座標変換回路１１により再び元の座標に戻す。

通常、メモリ１２ｂでスルーホールグリッド座標上のス
ルーホールの有無データを記憶しておけば、膨大なＣＡ
Ｄデータを取扱う手間が省ける。

勿論、ＣＡＤデータが最初からグリッド座標２３の形で
あっても上記の機能は成り立つ。

このようにして、第１図に示した実施例では、スルーホ
ール位置ＣＡＤデータを用いることにより初めて穴詰ま
りが検出でき、信頼性の高い検査が可能になるという大
きな特長がある。勿論、長期的な信頼性を損う第８図（
ａ）のような欠陥も検出できる。また、穴詰まりとそれ
以外の欠陥とを分類することもできる。

第２図は、照明光学系の説明図である。

同図において、半導体レーザ４、シリンドリカルレンズ
１４，１５．１６からなる照明光学系により、例えばス
リット長４０■、スリット幅５０μｍのレーザスリット
を形成し、プリント板１のスルーホール内壁を多数同時
に照射する。ここで、シリンドリカルレンズ１４により
、レーザスポットを一方向に広げ、シリンドリカルレン
ズ１５により平行光束とし、シリンドリカルレンズ１６
によりスリット状に集光している。スルーホール内壁の
メッキ層で反射した結果得られる散乱光を。

対物レンズ１７ｂ、リニアイメージセンサ５ｂからなる
散乱光検出光学系により、斜めから複数個分同時に検出
する。このようにして、半導体レーザとシリンドリカル
レンズから成る照明光学系と。

対物レンズとリニアイメージセンナから成る散乱光検出
光学系との間をすべての被検対象スルーホールが通過す
るようにプリント板１を移動させ。

散乱光強度により欠陥の存在を探知する。

次に、第１０発明においてＣＡＤデータを更に少なくし
た実施例について第４図を用いて説明する。プリント板
に搭載する部品の多くは第３図に示すＬＳＩ２０．５Ｓ
Ｉ２１若しくは、抵抗２２であり、これらの実装エリア
のスルーホール位置は、それぞれ、定まっている場合、
従って、ＣＡＤデータ１３として実装エリアの種類と位
置情報を使用し、例えば部品１ヶ分のエリアをコンパレ
ータ１１で発生させ、カウンタ８を動作させる。

カウンタ８は透過光強度の２値化回路７ａの出力をカウ
ントし、コンパレータ９で正規のスルーホール数と比軟
すれば、その部品のエリアに穴詰まりが存在するかどう
か分かる。この場合、穴詰まりのあるスルーホールを特
定することはできないが、どの部品エリアにあるかが分
る。品種は限られているのでメモリ１２は非常に小さい
容量で足りる。また、検出散乱光のラッチは、透過光の
２値化出力が“Ｈｌｇｈ”になりたときに行うこととす
る。上記ＣＡＤデータとしてはスルーホール数。

スルーホールが存在するエリアの座標、たけとし。

スルーホール位置の座標を全て用意することはしない。

これにより実用的かつ簡便な方法で穴詰まりを含めた欠
陥検出ができる。

次に、第２の発明に係る検査装置の１実施例を第１２図
について説明する。

投光光学系１０６に設けられたＨｅ−Ｎｅレーザ１０１
から発せられたレーザ光１００は、スルーホール２内を
斜め方向に照明する。

図示の角θは。

に設定する。

スルーホール２内で散乱した元は結像レンズ１０２によ
って集光され、ラインセンサ１０３上に像を形成、する
。結像レンズ１０２の光軸は、スルーホールの回転対称
軸に平行になるようにし。

また、結像レンズ１０２は、プリント板１の下の面、す
なわち投光光学系１０６のある側のスルーホール端の像
をラインセンサ１０３上に結像するように配置する。ま
た、検出光学系１０５のＮ、Ａ。

は、スルーホールの長さをｔ、内径をｄとしたとき。

とする。このような光学系の構成をとることによって、
第１１図（ｂ）に示したような光強度分布の像をライン
センサ１０３上に得ることができる。より理想的には、
可能な限り、　Ｎ、Ａ、を大きくとることである。ただ
し、この場合、検出光学系１゜５とプリント板１との距
離に変動があった場合。

ボケが生じ、第１１図（ｂ）のピーク６１，６２が鮮明
に現われなくなる場合があるので、この距離の変動状態
とピークの検出状態とを考慮し、式（２）の条件を満た
す範囲で可能な限り大きなＮ、Ａ、に決定すると良い。

光学系１０５及び１０６又はプリント板１を紙面に垂直
に移動させながらラインセンサ１０３を連続動作させる
ことによって、プリント板１上の複数のスルーホールに
関して、同様の動作を繰返す。ラインセンサ１０３で光
電変換された電気信号は、ピーク位置検出回路２００で
。

閾値Ｔｈを越える第１番目のピーク位置が検出される。

ピーク位置検出回路２００は公知技術に係るものを適宜
選定して適用することが出来る。ピーク位置検出回路２
００の出力は、１ライン分の信号が同回路に入力された
後、直ちに出力され、ラインセンサ１０５の出力アナロ
グ信号をＡ／Ｄ変換した後、１ライン分の明るさデータ
を格納したラインメモリ２０２ａから、その部分の明る
さ情報を取り出す。すなわち、これらは、第１１図（ｂ
）のピーク位置６１を検出し、その部分の明るさを取り
出したことに相当する。さて、このピーク位置明るさ情
報は、比較器２０４ａに入力され、ラッチ２０３ｃに格
納された前ラインまでの最大値と比較される。もし、そ
のラインで検出された値の方が太きいか等しかった場合
、その値がラッチ２０５ｃに格納される。逆に、小さか
った場合は、前ラインの明るさ情報を格納したラインメ
モリ２０２ｂから、前ラインのピーク位置を格納したラ
ッチ２０３ｂの値から特定の値ａ′を引いた部分の明る
さ情報を取り出し、ラッチ２０３ｄに格納する。この操
作は、第１１図（ｂ）に示した６５ａの位置の明るさ情
報を取り出すことに相当する。

さて、この値は比較器２０４ｂによって、予め定められ
た閾値Ｔｈｄと比較され、もし入力された値Ａの方が小
さければ、欠陥があったとして５信号が発せられる。な
お、ラッチ２０３ｄに値が格納されると同時に、ラッチ
２０３Ｃは０にクリアされるものとする。

以上の構成をとることによって、スルーホールの位置を
予め知らなくてもスルーホール位置を自動的に検出し、
その部分の欠陥の有無を出力できるので、装置の取り扱
いが容易になるという効果がある。また、レーザ光１０
０の径を大きくとることによって、プリント板１と光学
系１０５又は光学系１０６との位置関係に微小な変動が
あっても安定な欠陥検出が可能になる。これは、自動焦
点機構等の複雑な装置が必要でないことを意味し、装置
を安価に構成できるという効果がある。

第１３図は、前記の投光光学系１０６に係る部分につい
ての別の実施例を示したもので、対称な方向からもう一
つのＨ・−Ｎ・レーザ１０１ｂで照明する。このような
構成をとることによって、ピーク６１．６２をより鮮明
に出すことができ、また、照明系の死角が小さくなるの
で、欠陥検出率が上がるという効果がある。

以上の説明では、照明にＨｅ−Ｎｏレーザを用いたが１
本発明の原理から明らかなように、照明光はレーザ光に
限らない。即ち、水銀灯とコリメータレンズによる光源
、半導体レーザ、発光ダイオードなど、いかなる公知の
光源を用いても良い。

また、平行光、収束光、非収束光いずれでも良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によればプリント板に設け
られたスルーホール内壁における断線や切れかかり等の
欠陥を、プリント板の内部構造、材質の如何に拘らず、
しかも高速に検出できろという効果がある。また、スル
ーホール内壁メッキ層の膜減りといった欠陥も見逃すこ
となく検出可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は、第１の発明に係るものであって
、第１図はその１実施例を示す系統図、第２図は照明系
統の説明図、第３図はグリッド座標を説明するための図
表、第４図は上記と異なる実施例を説明するための系統
図、第３図は本発明の検査装置の検査対象である部品の
種類を示す平面図、第６図は従来のスルーホール検査装
置の構成を示す説明図、第７図及び第８図は、それぞれ
、従来装置の欠点を説明するための説明図であって、第
８図（ａ）は第１の欠陥例、（ｂ）は第２の欠陥例であ
る。第９図及び第１０図は、それぞれ、本発明の欠陥検
出原理を示す図である。 第１１図は第２の発明の詳細な説明図であって（ａ）は
欠陥と／ｌ、ｌｆＢの位置関係を示し、（ｂ）は散乱光
の強度分布を示す。第１２図は、第２の発明の１実施例
の系統図、第１３図は第２の発明に係る上記と異なる実
施例の説明図である。 １・・・プリント板、２・・・スルーホール、３・・・
イメージセンサ、５・・・Ａ　／　Ｄ変換器％　６・・
・ラッチ、７・・・２値化回路、１０，１１・・・コン
パレータ、１３・・・ＣＡＤデータ、１５・・・スケー
ル、２３・・・グリッド座標、１０１・・・Ｈｅ−Ｎｏ
レーザ、　１０２・・・結像レンズ、１０３・・・ライ
ンセンサ、２００・・・ピーク位置検出回路、２０１・
・・Ａ／Ｄコンバータ、２０２・・・ラインメモリ、２
０３・・・ラッチ、２０４・・・比較器、２０５・・・
引算回路、２０６・・・欠陥信号。 ７・′−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）スルーホールを斜め方向から照明する手段と
   、（ｂ）上記スルーホール内部で散乱された光を、上記
   照明手段と反対側で、斜め方向から検出する手段と、（
   ｃ）スルーホール位置のＣＡＤデータとスルーホール座
   標とが一致した時の前記散乱された光の強度の大小を判
   定する手段と、（ｄ）上記スルーホールを通過してくる
   反射光を直接的に検出する手段と、（ｅ）スルーホール
   位置のＣＡＤデータとスルーホール座標とが一致した時
   の上記通過光の強度の大小を判定する手段とを設けたこ
   とを特徴とするプリント板スルーホールの検査装置。 ２、前記（ｅ）項の通過光強度の大小を判定する手段は
   、予め定められた値以上の通過光を検出した個数をカウ
   ントする手段を備えたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のプリント板スルーホールの検
   査装置。 ３、（ａ）スルーホールを斜め方向から照明する手段と
   、（ｆ）上記スルーホール内部で反射された光を該スル
   ーホールの軸心方向から検出する手段と、（ｇ）検出さ
   れた光学像のうち、検出方向と照明方向とに平行な平面
   上にあり、かつ、検出方向に垂直な方向の光学像を電気
   信号に変換する手段と、（ｈ）上記の電気信号から、そ
   のピーク位置を検出する手段と、（ｉ）上記ピーク位置
   から一定距離の位置に対応する電気信号の強度を取り出
   す手段と、（ｊ）上記の取り出された電気信号の強度が
   、予め定められた値よりも小さいことを検出する手段と
   を設けたことを特徴とするプリント板スルーホールの検
   査装置。 ４、前記のスルーホールを、反射光の検出方向と垂直、
   かつ、照明方向と垂直な方向に移動させる手段を設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のプリン
   ト板スルーホールの検査装置。