WO2017217006A1

WO2017217006A1 - 半田印刷検査装置

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Publication number: WO2017217006A1
Application number: PCT/JP2017/004569
Authority: WO
Inventors: 学奥田; 信行梅村
Original assignee: Ckd株式会社
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US10679332B2; MX2018013966A; CN109564087A; JP2017223509A; JP6225222B1; CN109564087B; US20190114764A1

Abstract

スルーホールに充填されたクリーム半田の状態をより確実にかつより容易に検査可能な半田印刷検査装置を提供する。半田印刷検査装置Ｐ１３は、プリント基板１の搬送や位置決め等を行う搬送機構２と、プリント基板１の下面側の検査を行うための下面検査ユニット４とを備えている。下面検査ユニット４は、プリント基板１の下面の所定の検査範囲に対し斜め下方から三次元計測用の所定の光を照射する第１下面検査照明４Ａ及び第２下面検査照明４Ｂと、プリント基板１の下面の所定の検査範囲を真下から撮像する下面検査カメラ４Ｃとを備えている。そして、下面検査カメラ４Ｃによって撮像されたプリント基板１の下面の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲におけるクリーム半田に係る検査を実行する。

Description

半田印刷検査装置

　本発明は、プリント基板に印刷されたクリーム半田、特にスルーホールに充填されたクリーム半田の印刷状態を検査する半田印刷検査装置に関するものである。

　プリント基板に実装される電子部品には、大きく分けて表面実装部品と挿入部品の２種類の部品が存在する。そのため、従来では、表面実装部品に係る半田付け工程と、挿入部品に係る半田付け工程とがそれぞれ別工程で行われていた。

　より詳しく説明すると、プリント基板に対し表面実装部品と挿入部品の２種類の電子部品を実装する従来の製造ラインにおいては、まず半田印刷機によりプリント基板に対しクリーム半田を印刷する（半田印刷工程）。続いて、かかるプリント基板に対し表面実装部品を載置する（表面実装工程）。その後、かかるプリント基板をリフロー炉へ導き、表面実装部品に係る半田付けを行う（リフロー工程）。次に、プリント基板のスルーホールに対し挿入部品のリード端子を挿入する（挿入実装工程）。その後、かかるプリント基板を半田漕（噴流漕又はディップ漕）へ導き、挿入部品に係る半田付けを行う（フロー工程）。

　これに対し、近年では、スルーホールを有したプリント基板に対しクリーム半田を印刷した後、かかるスルーホールに対し挿入部品のリード端子を挿入し、リフロー方式により挿入部品に係る半田付けを行う技術も提案されている。これにより、表面実装部品と挿入部品の２種類の電子部品を実装する上記製造ラインにおいては、挿入部品に係る従来のフロー工程を省略でき、生産工程の簡素化及び生産性の向上を図ることができる。

　また、従来の製造ラインにおいては、通常、プリント基板に印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査するための半田印刷検査装置が設けられている。かかる半田印刷検査装置としては、例えばクリーム半田を印刷したプリント基板の印刷面側を三次元計測し、これに基づきクリーム半田の印刷状態の良否判定を行うものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

　しかしながら、上記特許文献１のような従来技術は、表面実装を前提とした半田印刷に対応したものであり、クリーム半田を印刷したプリント基板の印刷面側から検査を行っているため、スルーホールに対し適切にクリーム半田が充填されているか否かを判別することができなかった。

　スルーホールに十分なクリーム半田が充填されていない場合には、挿入部品の半田付け不良や接合強度の低下など種々の不具合が発生するおそれがある。

　これに対し、近年では、クリーム半田の印刷の前後にプリント基板の重量計測を行い、その重量差である半田重量を求めることで、クリーム半田の印刷状態の良否判定を行う技術（例えば、特許文献２参照）や、Ｘ線を照射してスルーホール内における挿入部品の半田付け状態を検査する技術（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。

特開２００６－３１３１００号公報特開２００７－２２７６２４号公報特開２０１１－１６９７９１号公報

　しかしながら、上記特許文献２の構成では、プリント基板全体の重量で総合的に判断しているため、個々のスルーホールに対し適切にクリーム半田が充填されているか否かを判別することができない。

　一方、引用文献３のようなＸ線検査装置を用いる場合には、検査速度が著しく低下すると共に、半田印刷検査装置として十分な解像度を得ることが困難となるおそれがある。さらに、Ｘ線検査装置を用いる場合には、作業者による取り扱いや周辺環境への配慮なども大変となる。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スルーホールに充填されたクリーム半田の状態をより確実にかつより容易に検査可能な半田印刷検査装置を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

　手段１．挿入部品のリード端子が挿入されるスルーホールを有した基板に対し印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査する半田印刷検査装置であって、
　前記基板の表裏両面のうち前記クリーム半田が印刷された印刷面側（例えば表面側）とは反対側にあたる非印刷面側（例えば裏面側）の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの非印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な非印刷面側撮像手段と、
　前記非印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能な検査手段とを備えたことを特徴とする半田印刷検査装置。

　上記手段１によれば、基板の表裏両面のうち半田印刷機によりクリーム半田を印刷した印刷面側とは反対側にあたる非印刷面側から検査を行うことにより、印刷されたクリーム半田が非印刷面側に達しているか否かなど、個々のスルーホールに対し適切にクリーム半田が充填されているか否かを個別に判別することができる。

　結果として、スルーホールに充填されたクリーム半田の検査をより確実にかつより容易に行うことができる。ひいては検査精度の向上及び検査速度の向上を図ることができる。

　手段２．挿入部品のリード端子が挿入されるスルーホールを有した基板に対し印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査する半田印刷検査装置であって、
　前記基板の表裏両面のうち前記クリーム半田が印刷された印刷面側（例えば表面側）とは反対側にあたる非印刷面側（例えば裏面側）の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの非印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な非印刷面側撮像手段と、
　前記基板の印刷面側の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な印刷面側撮像手段と、
　前記非印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能、かつ、前記印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能な検査手段とを備えたことを特徴とする半田印刷検査装置。

　上記手段２によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。加えて、上記手段２によれば、基板の印刷面側からも検査を行うため、両面検査に基づいた総合的な判断を行うことができ、さらなる検査精度の向上を図ることができる。

　例えば半田印刷機においてスキージの圧力が強い場合や、スキージのアタック角度が大きい場合には、スキージの先端がスクリーンマスクの開口部内に入り込み、充填されたクリーム半田を抉ってしまうため、基板の印刷面側のランド上に載るクリーム半田の量が不足するおそれがある。かかる場合、本手段によれば、基板の非印刷面側からの検査により良品判定された場合であっても、基板の印刷面側からの検査により不良品判定でき、総合的に不良品として取り扱うことができる場合がある。

　逆にスキージの圧力が弱い場合や、スキージのアタック角度が小さい場合には、クリーム半田をスクリーンマスクの開口部に押し込む力が不足するため、スルーホール内に充填されるクリーム半田の量が不足し、十分に基板の非印刷面側まで達しないおそれがあるが、その不足分を補うクリーム半田が印刷面側に存在している場合がある。かかる場合、本手段によれば、基板の非印刷面側からの検査により不良品判定された場合であっても、基板の印刷面側からの検査により良品判定でき、総合的に良品として取り扱うことができる場合がある。

　また、上記「背景技術」で例示したように、挿入部品のみならず、表面実装部品を実装する基板の製造ラインにおいては、本手段に係る半田印刷検査装置を用いることにより、表面実装部品に係る半田印刷部分についても同時に検査を行うことができる。そのため、表面実装部品用の半田印刷検査装置を別途設ける必要もない。さらに、表面実装部品に係る半田付け工程と、挿入部品に係る半田付け工程をリフロー工程により同時に行うことができる。結果として、生産工程の簡素化及び生産性の向上に寄与する。

　手段３．前記非印刷面側照射手段は、前記所定の光として三次元計測用の光（例えば縞状の光強度分布を有するパターン光）を照射可能に構成され、
　前記検査手段は、
　前記三次元計測用の光を照射して前記非印刷面側撮像手段によって撮像された画像データを基に前記クリーム半田の三次元計測を行う三次元演算手段と、
　前記三次元演算手段による計測値に基づき、前記クリーム半田の良否判定を行う判定手段とを備えていることを特徴とする手段１又は２に記載の半田印刷検査装置。

　上記手段３によれば、三次元計測を行うことにより、スルーホールに対し適切にクリーム半田が充填されているか否かを、二次元計測で検査を行う場合よりも精度良く判別することができる。結果として、検査精度の向上を図ることができる。

　二次元計測で検査を行った場合には、例えば基板の非印刷面側の平面視でスルーホールの開口部の大きさ（面積）よりも該スルーホールに係るクリーム半田の大きさ（面積）が小さい場合には不良品判定されることとなる。しかし、かかる場合であっても、例えばスルーホールからのクリーム半田の突出長（高さ）が所定長以上ある場合や、スルーホールから突出している部分のクリーム半田の量（体積）が所定量以上ある場合には、適切な半田付けを行うのに必要な十分な量を有しているとみなすことができ、三次元計測により、これを良品判定することができる。

　尚、三次元計測方法としては、例えば位相の異なる複数通りのパターン光の下で撮像された複数通りの画像データを基に三次元計測を行う位相シフト法が一例に挙げられる。

　手段４．前記基板を、前記非印刷面が下側となるように配置可能に構成され、
　前記非印刷面側照射手段は、前記基板に対し下側から前記所定の光を照射可能に配置され、
　前記非印刷面側撮像手段は、前記基板の下側から撮像可能に配置されていることを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の半田印刷検査装置。

　仮に検査装置において、非印刷面側が上側となるように基板が配置されてしまうと、検査過程において、スルーホールに充填されたクリーム半田が自重により印刷面側へ移動しやすくなるため、不良品発生率が高まるおそれがある。これに対し、上記手段４によれば、このような不具合の発生を低減することができる。

半田印刷検査装置を模式的に示す概略構成図である。プリント基板の製造ラインの構成を示すブロック図である。半田印刷検査装置の電気的構成を示すブロック図である。半田印刷前のプリント基板を示す部分拡大断面図である。半田印刷中のプリント基板を示す部分拡大断面図である。半田印刷後のプリント基板を示す部分拡大断面図である。半田印刷不良のプリント基板を示す部分拡大断面図である。リフロー後のプリント基板を示す部分拡大断面図である。第２実施形態に係る半田印刷検査装置を模式的に示す概略構成図である。第２実施形態に係る半田印刷検査装置の電気的構成を示すブロック図である。

　〔第１実施形態〕
　以下、半田印刷検査装置の一実施形態について説明する。まず半田印刷検査装置の検査対象となるプリント基板の構成について図４～図６を参照して説明する。但し、本実施形態において検査対象となるプリント基板１は、挿入部品のみを実装するタイプのものである。

　図４は半田印刷前のプリント基板１を示す部分拡大断面図であり、図５は半田印刷中のプリント基板１を示す部分拡大断面図であり、図６は半田印刷後のプリント基板１を示す部分拡大断面図である。

　プリント基板１は、ガラスエポキシ樹脂等からなる平板状のベース基板５２の表裏両面に、銅箔からなるパターン（図示略）やランド５３が形成されてなる。ベース基板５２の表裏両面には、ランド５３を除く部分にレジスト膜５４がコーティングされている。

　また、プリント基板１の所定位置には、表裏のランド５３を貫通するようにスルーホール５５が形成されている。スルーホール５５は、挿入部品６０のリード端子６０ａを挿入するためのものである（図８参照）。そして、図５，６に示すように、ランド５３上及びスルーホール５５内には、計測対象となるクリーム半田５７が印刷（載置及び充填）される。

　次にプリント基板１を製造する製造ラインについて図２を参照して説明する。図２は、プリント基板１の製造ラインＰ１０の構成を示すブロック図である。本実施形態における製造ラインＰ１０では、その正面側から見て左から右へプリント基板１が搬送されるように設定されている。

　製造ラインＰ１０には、その上流側（図２左側）から順に、半田印刷機Ｐ１２、半田印刷検査装置Ｐ１３、部品実装機Ｐ１４及びリフロー装置Ｐ１５が設置されている。

　半田印刷機Ｐ１２は、プリント基板１のランド５３上及びスルーホール５５内に対しクリーム半田５７を印刷（載置及び充填）するためのものである。例えば図５に示すように、半田印刷機Ｐ１２は、平板状のスクリーンマスク９０と、該スクリーンマスク９０の上面に沿って摺動するスキージ９２とを備えている。スクリーンマスク９０には、プリント基板１の表面側の各ランド５３に対応して複数の開口部９０ａが形成されている。

　そして、半田印刷を行う場合には、まずプリント基板１の表面側にスクリーンマスク９０を重ねて配置する。次にスクリーンマスク９０の上面にクリーム半田５７を供給する。続いて、スキージ９２をスクリーンマスク９０の上面に沿って所定方向へ摺動させる。

　このようにして、スクリーンマスク９０の開口部９０ａ内にクリーム半田５７が充填された結果、ランド５３上及びスルーホール５５内にクリーム半田５７が印刷（載置及び充填）されることとなる。最後に、スクリーンマスク９０とプリント基板１とを離間させ、クリーム半田５７を開口部９０ａから抜くことにより、半田印刷が完了する。

　半田印刷検査装置Ｐ１３は、上記のように印刷されたクリーム半田５７の状態を検査するためのものである。半田印刷検査装置Ｐ１３の詳細については後述する。

　部品実装機Ｐ１４は、クリーム半田５７が充填されたスルーホール５５内に挿入部品６０のリード端子６０ａを挿入するためのものである。

　リフロー装置Ｐ１５は、クリーム半田５７を加熱溶融させて、ランド５３と、挿入部品６０のリード端子６０ａとを半田接合（半田付け）するためのものである（図８参照）。図８はリフロー後のプリント基板１を示す部分拡大断面図である。

　尚、製造ラインＰ１０には、半田印刷機Ｐ１２と半田印刷検査装置Ｐ１３との間など、上記各装置間において、プリント基板１を移送するためのコンベアＰ１６等が設けられている（図２参照）。また、図示は省略するが、半田印刷検査装置Ｐ１３と部品実装機Ｐ１４との間には分岐装置が設けられている。そして、半田印刷検査装置Ｐ１３にて良品判定されたプリント基板１は、その下流側の部品実装機Ｐ１４へ案内される一方、不良品判定されたプリント基板１は分岐装置により不良品貯留部へと排出される。

　次に、半田印刷検査装置Ｐ１３の構成について図１を参照して詳しく説明する。図１は、半田印刷検査装置Ｐ１３を模式的に示す概略構成図である。

　半田印刷検査装置Ｐ１３は、プリント基板１の搬送や位置決め等を行う搬送機構２と、プリント基板１の下面（裏面）側の検査を行うための下面検査ユニット４と、搬送機構２や下面検査ユニット４の駆動制御など半田印刷検査装置Ｐ１３内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置６（図３参照）とを備えている。制御装置６が本実施形態における検査手段を構成する。

　搬送機構２は、プリント基板１の搬送方向に沿って配置された一対の搬送レール２ａと、各搬送レール２ａに対し回転可能に配設された無端のコンベアベルト２ｂと、該コンベアベルト２ｂを駆動するモータ等の駆動手段（図示略）と、プリント基板１を所定位置に位置決めするためのチャック機構（図示略）と備え、制御装置６により駆動制御される。

　上記構成の下、半田印刷検査装置Ｐ１３へ搬入されたプリント基板１は、搬送方向と直交する幅方向の両側縁部がそれぞれ搬送レール２ａに挿し込まれると共に、コンベアベルト２ｂ上に載置される。続いて、コンベアベルト２ｂが動作を開始し、プリント基板１が所定の検査位置まで搬送される。プリント基板１が検査位置に達すると、コンベアベルト２ｂが停止すると共に、チャック機構が作動する。このチャック機構の動作により、コンベアベルト２ｂが押し上げられ、コンベアベルト２ｂと搬送レール２ａの上辺部によってプリント基板１の両側縁部が挟持された状態となる。これにより、プリント基板１が検査位置に位置決め固定される。検査が終了すると、チャック機構による固定が解除されると共に、コンベアベルト２ｂが動作を開始する。これにより、プリント基板１は、半田印刷検査装置Ｐ１３から搬出される。勿論、搬送機構２の構成は、上記形態に限定されるものではなく、他の構成を採用してもよい。

　下面検査ユニット４は、搬送レール２ａ（プリント基板１の搬送路）の下方に配設されている。下面検査ユニット４は、プリント基板１の下面の所定の検査範囲に対し斜め下方から三次元計測用の所定の光（縞状の光強度分布を有するパターン光）を照射する非印刷面側照射手段としての第１下面検査照明４Ａ及び第２下面検査照明４Ｂと、プリント基板１の下面の所定の検査範囲を真下から撮像する非印刷面側撮像手段としての下面検査カメラ４Ｃと、Ｘ軸方向への移動を可能とするＸ軸移動機構４Ｄ（図３参照）と、Ｙ軸方向への移動を可能とするＹ軸移動機構４Ｅ（図３参照）とを備え、制御装置６により駆動制御される。

　尚、プリント基板１下面の「検査範囲」は、下面検査カメラ４Ｃの撮像視野（撮像範囲）の大きさを１単位としてプリント基板１の下面に予め設定された複数のエリアのうちの１つのエリアである。

　制御装置６は、Ｘ軸移動機構４Ｄ及びＹ軸移動機構４Ｅを駆動制御することにより、下面検査ユニット４を、検査位置に位置決め固定されたプリント基板１の下面の任意の検査範囲の下方位置へ移動することができる。そして、プリント基板１の下面に設定された複数の検査範囲に下面検査ユニット４を順次移動させつつ、該検査範囲に係る検査を実行していくことで、プリント基板１の下面全域の検査を実行する構成となっている。

　第１下面検査照明４Ａは、所定の光を発する第１光源４Ａａや、該第１光源４Ａａからの光を縞状の光強度分布を有する第１パターン光に変換する第１格子を形成する第１液晶シャッタ４Ａｂを備え、制御装置６により駆動制御される。

　第２下面検査照明４Ｂは、所定の光を発する第２光源４Ｂａや、該第２光源４Ｂａからの光を縞状の光強度分布を有する第２パターン光に変換する第２格子を形成する第２液晶シャッタ４Ｂｂを備え、制御装置６により駆動制御される。

　上記構成の下、各光源４Ａａ，４Ｂａから発せられた光はそれぞれ集光レンズ（図示略）に導かれ、そこで平行光にされた後、液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂを介して投影レンズ（図示略）に導かれ、プリント基板１に対しパターン光として投影されることとなる。また、本実施形態では、各パターン光の位相がそれぞれ４分の１ピッチずつシフトするように、液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂの切替制御が行われる。

　尚、格子として液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂを使用することにより、理想的な正弦波に近いパターン光を照射することができる。これにより、三次元計測の計測分解能が向上する。また、パターン光の位相シフト制御を電気的に行うことができ、装置のコンパクト化を図ることができる。

　下面検査カメラ４Ｃは、レンズや撮像素子等を備えてなる。本実施形態では、撮像素子としてＣＣＤセンサを採用している。勿論、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳセンサなど、他の撮像素子を採用してもよい。

　下面検査カメラ４Ｃは、制御装置６により駆動制御される。より詳しくは、制御装置６は、両下面検査照明４Ａ，４Ｂによる照射処理と同期をとりながら、下面検査カメラ４Ｃによる撮像処理を実行する。

　下面検査カメラ４Ｃによって撮像された画像データは、該下面検査カメラ４Ｃ内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置６に転送され、後述する画像データ記憶装置２４に記憶される。そして、制御装置６は、該画像データを基に、後述するような画像処理や演算処理等を実施する。

　次に、制御装置６の電気的構成について説明する。図３に示すように、制御装置６は、半田印刷検査装置Ｐ１３全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１（以下、「ＣＰＵ等２１」という）、キーボードやマウス、タッチパネル等で構成される「入力手段」としての入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置２３、下面検査カメラ４Ｃにより撮像された画像データなどを記憶するための画像データ記憶装置２４、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５、ガーバデータなどの各種情報を予め記憶しておくための設定データ記憶装置２６などを備えている。尚、これら各装置２２～２６は、ＣＰＵ等２１に対し電気的に接続されている。

　次に半田印刷検査装置Ｐ１３により行われるプリント基板１の検査ルーチンについて詳しく説明する。かかる検査ルーチンは、制御装置６（ＣＰＵ等２１）により実行されるものである。

　本実施形態では、プリント基板１の下面側の各検査範囲に係る検査において、第１下面検査照明４Ａから照射される第１パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第１パターン光の下で４回の撮像処理を行った後、第２下面検査照明４Ｂから照射される第２パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第２パターン光の下で４回の撮像処理を行い、計８通りの画像データを取得する画像取得処理を実行する。以下、詳しく説明する。

　上述したように、半田印刷検査装置Ｐ１３へ搬入されたプリント基板１が所定の検査位置に位置決め固定されると、制御装置６は、まずＸ軸移動機構４Ｄ及びＹ軸移動機構４Ｅを駆動制御して下面検査ユニット４を移動させ、下面検査カメラ４Ｃの撮像視野（撮像範囲）をプリント基板１の下面の所定の検査範囲に合わせる。

　併せて、制御装置６は、両下面検査照明４Ａ，４Ｂの液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂを切替制御し、該両液晶シャッタ４Ａｂ，４Ｂｂに形成される第１格子及び第２格子の位置を所定の基準位置に設定する。

　第１格子及び第２格子の切替設定が完了すると、制御装置６は、第１下面検査照明４Ａの第１光源４Ａａを発光させ、第１パターン光を照射すると共に、下面検査カメラ４Ｃを駆動制御して、該第１パターン光の下での１回目の撮像処理を実行する。

　その後、制御装置６は、第１パターン光の下での１回目の撮像処理の終了と同時に、第１下面検査照明４Ａの第１光源４Ａａを消灯すると共に、第１液晶シャッタ４Ａｂの切替処理を実行する。具体的には、第１液晶シャッタ４Ａｂに形成される第１格子の位置を前記基準位置から、第１パターン光の位相が４分の１ピッチ（９０°）ずれる第２の位置へ切替設定する。

　第１格子の切替設定が完了すると、制御装置６は、第１下面検査照明４Ａの光源４Ａａを発光させ、第１パターン光を照射すると共に、下面検査カメラ４Ｃを駆動制御して、該第１パターン光の下での２回目の撮像処理を実行する。以後、同様の処理を繰り返し行うことで、９０°ずつ位相の異なる第１パターン光の下での４通りの画像データを取得する。

　続いて、制御装置６は、第２下面検査照明４Ｂの第２光源４Ｂａを発光させ、第２パターン光を照射すると共に、下面検査カメラ４Ｃを駆動制御して、該第２パターン光の下での１回目の撮像処理を実行する。

　その後、制御装置６は、第２パターン光の下での１回目の撮像処理の終了と同時に、第２下面検査照明４Ｂの第２光源４Ｂａを消灯すると共に、第２液晶シャッタ４Ｂｂの切替処理を実行する。具体的には、第２液晶シャッタ４Ｂｂに形成される第２格子の位置を前記基準位置から、第２パターン光の位相が４分の１ピッチ（９０°）ずれる第２の位置へ切替設定する。

　第２格子の切替設定が完了すると、制御装置６は、第２下面検査照明４Ｂの光源４Ｂａを発光させ、第２パターン光を照射すると共に、下面検査カメラ４Ｃを駆動制御して、該第２パターン光の下での２回目の撮像処理を実行する。以後、同様の処理を繰り返し行うことで、９０°ずつ位相の異なる第２パターン光の下での４通りの画像データを取得する。

　そして、制御装置６は、各パターン光の下でそれぞれ撮像した４通りの画像データを基に公知の位相シフト法によりクリーム半田５７の三次元計測（高さ計測）を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置２５に記憶する。かかる処理を行う機能により本実施形態における三次元演算手段が構成される。尚、本実施形態では、２方向からパターン光を照射して三次元計測を行っているため、パターン光が照射されない影の部分が生じることを防止することができる。

　次に、制御装置６は、三次元計測結果に基づき、各スルーホール５５に充填されたクリーム半田５７の良否判定処理を行う。かかる処理を行う機能により本実施形態における判定手段が構成される。

　例えば本実施形態では、まず制御装置６は、上記計測結果に基づいて、基準面（例えばプリント基板１の裏面のランド５３）より突出したクリーム半田５７の印刷範囲を検出し、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、基準面より突出したクリーム半田５７の体積を算出する。

　続いて、制御装置６は、このようにして求めたクリーム半田５７の体積データを、予め設定データ記憶装置２６に記憶されている基準データと比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、各スルーホール５５に充填されたクリーム半田５７の状態の良否を判定する。

　ここで、例えば図６に示すように、クリーム半田５７がスルーホール５５から突出し、プリント基板１の裏面のランド５３に接触しているような場合には「良品判定」され、図７に示すように、クリーム半田５７がスルーホール５５から突出せず、プリント基板１の裏面のランド５３に接触していないような場合には「不良品判定」されることとなる。

　かかる処理が行われている間に、制御装置６は、下面検査ユニット４を次の検査範囲へと移動させる。以降、上記一連の処理が、プリント基板１の下面の全ての検査範囲で繰り返し行われることで、プリント基板１の下面全体の検査が終了する。

　制御装置６は、各スルーホール５５毎に「良品判定」又は「不良品判定」を行う。そして、プリント基板１の下面の全てのスルーホール５５におけるクリーム半田５７の状態について良品判定された場合には、該プリント基板１に対し「良品判定」を行う。一方、１つでも「不良品判定」がなされた場合には、該プリント基板１に対し全体として「不良品判定」を行う。

　上述したように、良品判定されたプリント基板１は、その下流側の部品実装機Ｐ１４へ案内され、不良品判定されたプリント基板１は不良品貯留部へと排出される。

　以上詳述したように、本実施形態では、プリント基板１の表裏両面のうち半田印刷機Ｐ１２によりクリーム半田５７を印刷した印刷面側とは反対側にあたる非印刷面側から検査を行うことにより、印刷されたクリーム半田５７が非印刷面側に達しているか否かなど、個々のスルーホール５５に対し適切にクリーム半田５７が充填されているか否かを個別に判別することができる。

　結果として、スルーホール５５に充填されたクリーム半田５７の検査をより確実にかつより容易に行うことができる。ひいては検査精度の向上及び検査速度の向上を図ることができる。

　また、本実施形態によれば、三次元計測を行うことにより、スルーホール５５に対し適切にクリーム半田５７が充填されているか否かを、二次元計測で検査を行う場合よりも精度良く判別することができる。結果として、さらなる検査精度の向上を図ることができる。

　二次元計測で検査を行った場合には、例えばプリント基板１の裏面側の平面視でスルーホール５５の開口部の大きさ（面積）よりも該スルーホール５５に係るクリーム半田５７の大きさ（面積）が小さい場合には不良品判定されることとなる。しかし、かかる場合であっても、例えばスルーホール５５からのクリーム半田５７の突出長（高さ）が所定長以上ある場合や、スルーホール５５から突出している部分のクリーム半田５７の量（体積）が所定量以上ある場合には、適切な半田付けを行うのに必要な十分な量を有しているとみなすことができ、三次元計測により、これを良品判定することができる。

　〔第２実施形態〕
　以下、第２実施形態について図９，図１０を参照しつつ説明する。但し、第１実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。図９は第２実施形態に係る半田印刷検査装置Ｐ１３を模式的に示す概略構成図であり、図１０は第２実施形態に係る半田印刷検査装置Ｐ１３の電気的構成を示すブロック図である。

　尚、本実施形態において検査対象となるプリント基板１は、表面実装部品（図示略）と挿入部品６０の２種類の電子部品を実装するタイプのものである。

　本実施形態の製造ラインＰ１０には、上記第１実施形態と同様、半田印刷機Ｐ１２、半田印刷検査装置Ｐ１３、部品実装機Ｐ１４及びリフロー装置Ｐ１５が設置されている。

　但し、本実施形態における半田印刷検査装置Ｐ１３は、プリント基板１の表裏両面（上下両面）からクリーム半田５７の印刷状態を検査する構成となっている。半田印刷検査装置Ｐ１３の詳細については後述する。

　また、部品実装機Ｐ１４は、ランド５３上に印刷されたクリーム半田５７上に表面実装部品を載置する機構（マウンタ）と、クリーム半田５７が充填されたスルーホール５５内に挿入部品６０のリード端子６０ａを挿入する機構（インサータ）を備えている。

　リフロー装置Ｐ１５は、クリーム半田５７を加熱溶融させて、ランド５３と表面実装部品の半田付け、並びに、ランド５３と挿入部品６０の半田付けを行う。

　次に、本実施形態に係る半田印刷検査装置Ｐ１３の構成について詳しく説明する。図９に示すように、半田印刷検査装置Ｐ１３は、プリント基板１の搬送や位置決め等を行う搬送機構２と、プリント基板１の上面（表面）側の検査を行うための上面検査ユニット３と、プリント基板１の下面（裏面）側の検査を行うための下面検査ユニット４と、搬送機構２や両検査ユニット３，４の駆動制御など半田印刷検査装置Ｐ１３内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置６（図１０参照）とを備えている。

　上面検査ユニット３は、搬送レール２ａ（プリント基板１の搬送路）の上方に配設され、下面検査ユニット４は、搬送レール２ａ（プリント基板１の搬送路）の下方に配設されている。

　上面検査ユニット３は、プリント基板１の上面の所定の検査範囲に対し斜め上方から三次元計測用の所定の光（縞状の光強度分布を有するパターン光）を照射する印刷面側照射手段としての第１上面検査照明３Ａ及び第２上面検査照明３Ｂと、プリント基板１の上面の所定の検査範囲を真上から撮像する印刷面側撮像手段としての上面検査カメラ３Ｃと、Ｘ軸方向への移動を可能とするＸ軸移動機構３Ｄ（図１０参照）と、Ｙ軸方向への移動を可能とするＹ軸移動機構３Ｅ（図１０参照）とを備え、制御装置６により駆動制御される。

　制御装置６は、Ｘ軸移動機構３Ｄ及びＹ軸移動機構３Ｅを駆動制御することにより、上面検査ユニット３を、検査位置に位置決め固定されたプリント基板１の上面の任意の検査範囲の上方位置へ移動することができる。そして、プリント基板１の上面に設定された複数の検査範囲に上面検査ユニット３を順次移動させつつ、該検査範囲に係る検査を実行していくことで、プリント基板１の上面全域の検査を実行する構成となっている。

　第１上面検査照明３Ａは、所定の光を発する第１光源３Ａａや、該第１光源３Ａａからの光を縞状の光強度分布を有する第１パターン光に変換する第１格子を形成する第１液晶シャッタ３Ａｂを備え、制御装置６により駆動制御される。

　第２上面検査照明３Ｂは、所定の光を発する第２光源３Ｂａや、該第２光源３Ｂａからの光を縞状の光強度分布を有する第２パターン光に変換する第２格子を形成する第２液晶シャッタ３Ｂｂを備え、制御装置６により駆動制御される。

　上面検査カメラ３Ｃは、レンズや撮像素子等を備えてなり、制御装置６により駆動制御される。上面検査カメラ３Ｃによって撮像された画像データは、制御装置６の画像データ記憶装置２４に記憶される。プリント基板１上面の「検査範囲」は、上面検査カメラ３Ｃの撮像視野（撮像範囲）の大きさを１単位としてプリント基板１の上面に予め設定された複数のエリアのうちの１つのエリアである。

　下面検査ユニット４は、プリント基板１の下面の所定の検査範囲に対し斜め下方から三次元計測用の所定の光（縞状の光強度分布を有するパターン光）を照射する非印刷面側照射手段としての第１下面検査照明４Ａ及び第２下面検査照明４Ｂと、プリント基板１の下面の所定の検査範囲を真下から撮像する非印刷面側撮像手段としての下面検査カメラ４Ｃと、Ｘ軸方向への移動を可能とするＸ軸移動機構４Ｄ（図１０参照）と、Ｙ軸方向への移動を可能とするＹ軸移動機構４Ｅ（図１０参照）とを備え、制御装置６により駆動制御される。

　下面検査カメラ４Ｃは、レンズや撮像素子等を備えてなり、制御装置６により駆動制御される。下面検査カメラ４Ｃによって撮像された画像データは、制御装置６の画像データ記憶装置２４に記憶される。プリント基板１下面の「検査範囲」は、下面検査カメラ４Ｃの撮像視野（撮像範囲）の大きさを１単位としてプリント基板１の下面に予め設定された複数のエリアのうちの１つのエリアである。

　次に本実施形態の半田印刷検査装置Ｐ１３により行われるプリント基板１の検査ルーチンについて説明する。

　本実施形態では、プリント基板１の上面側の各検査範囲に係る検査において、第１上面検査照明３Ａから照射される第１パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第１パターン光の下で４回の撮像処理を行った後、第２上面検査照明３Ｂから照射される第２パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第２パターン光の下で４回の撮像処理を行い、計８通りの画像データを取得する画像取得処理を実行する。

　同様に、プリント基板１の下面側の各検査範囲に係る検査において、第１下面検査照明４Ａから照射される第１パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第１パターン光の下で４回の撮像処理を行った後、第２下面検査照明４Ｂから照射される第２パターン光の位相を変化させつつ、位相の異なる第２パターン光の下で４回の撮像処理を行い、計８通りの画像データを取得する画像取得処理を実行する。

　尚、本実施形態におけるプリント基板１の上面側及び下面側の各検査範囲に係る画像取得処理（８通りの画像データを取得する画像取得処理）の流れは、それぞれ上記第１実施形態におけるプリント基板１の下面側の各検査範囲に係る画像取得処理の流れと同様であるため、詳細な説明は省略する。

　そして、制御装置６は、プリント基板１の上面側及び下面側において各パターン光の下でそれぞれ撮像した４通りの画像データを基に公知の位相シフト法によりクリーム半田５７の三次元計測（高さ計測）を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置２５に記憶する。

　次に、制御装置６は、三次元計測結果に基づき、プリント基板１の上面側について各ランド５３上に印刷されたクリーム半田５７の良否判定処理を行い、プリント基板１の下面側において各スルーホール５５に充填されたクリーム半田５７の良否判定処理を行う。

　そして、プリント基板１の上面及び下面の全てのランド５３及びスルーホール５５におけるクリーム半田５７の状態について良品判定された場合には、該プリント基板１に対し「良品判定」を行う。一方、１つでも「不良品判定」がなされた場合には、該プリント基板１に対し全体として「不良品判定」を行う。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、本実施形態によれば、プリント基板１の表面側からも検査を行うため、両面検査に基づいた総合的な判断を行うことができ、さらなる検査精度の向上を図ることができる。

　例えば半田印刷機Ｐ１２においてスキージ９２の圧力が強い場合や、スキージ９２のアタック角度が大きい場合には、スキージ９２の先端がスクリーンマスク９０の開口部９０ａ内に入り込み、充填されたクリーム半田５７を抉ってしまうため、プリント基板１の表面側のランド５３上に載るクリーム半田５７の量が不足するおそれがある。かかる場合、本実施形態によれば、プリント基板１の裏面側からの検査により良品判定された場合であっても、プリント基板１の表面側からの検査により不良品判定でき、総合的に不良品として取り扱うことができる場合がある。

　逆にスキージ９２の圧力が弱い場合や、スキージ９２のアタック角度が小さい場合には、クリーム半田５７をスクリーンマスク９０の開口部９０ａに押し込む力が不足するため、スルーホール５５内に充填されるクリーム半田５７の量が不足し、十分にプリント基板１の裏面側まで達しないおそれがあるが、その不足分を補うクリーム半田５７が表面側に存在している場合がある。かかる場合、本実施形態によれば、プリント基板１の裏面側からの検査により不良品判定された場合であっても、プリント基板１の表面側からの検査により良品判定でき、総合的に良品として取り扱うことができる場合がある。

　また、本実施形態のように、表面実装部品と挿入部品６０の２種類の電子部品を実装するプリント基板１の製造ラインＰ１０においては、本実施形態に係る半田印刷検査装置Ｐ１３を用いることにより、表面実装部品に係る半田印刷部分についても同時に検査を行うことができる。そのため、表面実装部品用の半田印刷検査装置を別途設ける必要もない。さらに、表面実装部品に係る半田付け工程と、挿入部品に係る半田付け工程をリフロー工程（リフロー装置Ｐ１５）により同時に行うことができる。結果として、生産工程の簡素化及び生産性の向上に寄与する。

　尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

　（ａ）上記第１実施形態では、挿入部品６０のみを実装するプリント基板１の製造ラインＰ１０において、該プリント基板１を下面側（非印刷面側）からのみ検査する半田印刷検査装置（片面検査装置）Ｐ１３を採用している。

　これに限らず、挿入部品６０のみを実装するプリント基板１の製造ラインＰ１０において、上記第２実施形態のような半田印刷検査装置（両面検査装置）Ｐ１３を設け、クリーム半田５７の印刷状態をプリント基板１の表裏両面から検査する構成としてもよい。

　（ｂ）上記第２実施形態では、表面実装部品と挿入部品６０の２種類の電子部品を実装するプリント基板１の製造ラインＰ１０において、該プリント基板１の表裏両面から検査する半田印刷検査装置（両面検査装置）Ｐ１３を採用している。

　これに限らず、表面実装部品と挿入部品６０の２種類の電子部品を実装するプリント基板１の製造ラインＰ１０において、例えば表面実装用（表面側用）の従来の半田印刷検査装置と、挿入実装用（裏面側用）の上記第１実施形態に係る半田印刷検査装置Ｐ１３を別々に設けた構成としてもよい。

　（ｃ）上記各実施形態では、各スルーホール５５において、プリント基板１の表裏両面のランド５３が電気的に接続されていない構成となっているが、これに限らず、例えばスルーホール５５内にメッキ加工等を施すことにより、プリント基板１の表裏両面のランド５３が電気的に接続された構成としてもよい。

　（ｄ）上記各実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行う上で、各パターン光の位相が９０°ずつ異なる４通りの画像データを取得する構成となっているが、位相シフト回数及び位相シフト量は、これらに限定されるものではない。位相シフト法により三次元計測可能な他の位相シフト回数及び位相シフト量を採用してもよい。

　例えば位相が１２０°（又は９０°）ずつ異なる３通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよいし、位相が１８０°（又は９０°）ずつ異なる２通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよい。

　（ｅ）上記各実施形態では、位相シフト法により三次元計測を行う構成となっているが、これに限らず、例えば光切断法や空間コード法など、他の三次元計測法を採用することとしてもよい。

　（ｆ）上記各実施形態では、クリーム半田５７の良否判定を行うにあたり、基準面より突出したクリーム半田５７の体積を求め、該体積データと基準データと比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かを判定する構成となっているが、クリーム半田５７の良否判定処理はこれに限定されるものではない。

　例えばスルーホール５５からのクリーム半田５７の突出長（ピーク高さ又は平均高さ）が所定長以上あるか否かを判定することよって、クリーム半田５７の状態の良否判定を行う構成としてもよい。

　（ｇ）上記各実施形態では、プリント基板１の検査を行うに際し、パターン光を照射して三次元計測を行う構成となっているが、これに代えて又は加えて、二次元計測を行う構成としてもよい。

　例えば下面検査ユニット４において、第１下面検査照明４Ａ及び第２下面検査照明４Ｂ並びに下面検査カメラ４Ｃに加えて、二次元検査用の照明装置を備えた構成としてもよい。また、第１下面検査照明４Ａ及び第２下面検査照明４Ｂを省略し、三次元計測を行わず、二次元計測のみ実施する構成としてもよい。尚、第２実施形態においては、上面検査ユニット３についても同様の構成とすることができる。

　二次元計測で検査を行う場合、例えばプリント基板１の下面（非印刷面）側の平面視でスルーホール５５の開口部の大きさ（面積）よりも該スルーホール５５に係るクリーム半田５７の大きさ（面積）が小さい場合には不良品判定とすることができる。

　（ｈ）上記各実施形態では、プリント基板１の下面に設定された複数の検査範囲に下面検査ユニット４を順次移動させつつ、該検査範囲に係る検査を実行していくことで、プリント基板１の下面全域の検査を実行する構成となっているが、これに限らず、下面検査ユニット４が固定された構成の下、プリント基板１を連続搬送しつつ、プリント基板１を検査する構成としてもよい（第２実施形態の上面検査ユニット３についても同様）。

　（ｉ）上記各実施形態では、プリント基板１の裏面（非印刷面）側が下側を向くように配置し、スルーホール５５に係るクリーム半田５７の印刷状態を下側から検査する構成となっているが、これに限らず、プリント基板１の裏面（非印刷面）側が上側を向くように配置し、スルーホール５５に係るクリーム半田５７の印刷状態を上側から検査する構成としてもよい。

　１…プリント基板、２…搬送機構、４…下面検査ユニット、４Ａ…第１下面検査照明、４Ｂ…第２下面検査照明、４Ｃ…下面検査カメラ、６…制御装置、５３…ランド、５５…スルーホール、５７…クリーム半田、６０…挿入部品、６０ａ…リード端子、Ｐ１３…半田印刷検査装置。

Claims

　挿入部品のリード端子が挿入されるスルーホールを有した基板に対し印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査する半田印刷検査装置であって、
　前記基板の表裏両面のうち前記クリーム半田が印刷された印刷面側とは反対側にあたる非印刷面側の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの非印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な非印刷面側撮像手段と、
　前記非印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能な検査手段とを備えたことを特徴とする半田印刷検査装置。
　挿入部品のリード端子が挿入されるスルーホールを有した基板に対し印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査する半田印刷検査装置であって、
　前記基板の表裏両面のうち前記クリーム半田が印刷された印刷面側とは反対側にあたる非印刷面側の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの非印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な非印刷面側撮像手段と、
　前記基板の印刷面側の所定の検査範囲に対し所定の光を照射可能な少なくとも１つの印刷面側照射手段と、
　前記所定の光が照射された前記基板の印刷面側の所定の検査範囲を撮像可能な印刷面側撮像手段と、
　前記非印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の非印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能、かつ、前記印刷面側撮像手段によって撮像された前記基板の印刷面側の所定の検査範囲に係る画像データを基に、該検査範囲における前記クリーム半田に係る検査を実行可能な検査手段とを備えたことを特徴とする半田印刷検査装置。
　前記非印刷面側照射手段は、前記所定の光として三次元計測用の光を照射可能に構成され、
　前記検査手段は、
　前記三次元計測用の光を照射して前記非印刷面側撮像手段によって撮像された画像データを基に前記クリーム半田の三次元計測を行う三次元演算手段と、
　前記三次元演算手段による計測値に基づき、前記クリーム半田の良否判定を行う判定手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半田印刷検査装置。
　前記基板を、前記非印刷面が下側となるように配置可能に構成され、
　前記非印刷面側照射手段は、前記基板に対し下側から前記所定の光を照射可能に配置され、
　前記非印刷面側撮像手段は、前記基板の下側から撮像可能に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半田印刷検査装置。