JP3972941B2 - 部品実装基板用のはんだ印刷検査方法およびはんだ印刷検査用の検査機 - Google Patents

Description

この発明は、部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちのはんだ印刷工程を経た基板を対象に、基板上の各ランドに印刷されたはんだの状態の適否を検査する方法およびこの方法を用いた検査機に関する。

部品実装基板の一般的な製造工程には、プリント配線板にクリームはんだを印刷する工程（はんだ印刷工程）、クリームはんだが塗布された位置に部品を搭載する工程（部品実装工程）、部品登載後の基板を加熱して部品を基板にはんだ付けする工程（はんだ付け工程）が含められる。これらの工程を一連に実行するようにした基板製造ラインでは、一般に、各工程で生じた不良基板が下流に流れないように、工程毎に検査を実行するようにしている。

この種の検査にＸ線透過画像を利用することが従来より提案されている。たとえば、下記の特許文献１には、Ｘ線透過画像を用いて基板のはんだ付け状態を検査するようにした検査機が開示されている。

特開平６−２３７０７６号公報

また、下記の特許文献２には、両面実装基板を製造する場合に、片方の面の実装が完了した時点での基板のＸ線透過画像と両面の実装が完了した時点での基板のＸ線透過画像との差分画像を求め、得られた差分画像を用いて、後で処理された方の基板面のはんだ付け状態を検査することが記載されている。

特開２００１−５０７３０号公報

しかし、完成後の部品実装基板では、はんだの大部分がランドに重ね合わせられ、またはんだの上方には部品が重ね合わせられる。このような重なり部分から各部材の状態を切り分けて判別することは困難である。この問題を解決するものとして、ラミノグラフィを使用した検査機が提案されているが、装置構造が複雑であるため、コストが高くなり、容易に導入できないという問題がある。

この発明は上記問題に着目してなされたもので、単純なＸ線透過画像を生成するタイプの安価な検査機を用いて、はんだ印刷工程における処理の結果を精度良く検査できるようにすることを目的とする。

この発明にかかるはんだ印刷検査方法は、部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちの少なくともはんだ印刷工程に、Ｘ線透過画像の生成装置を含む検査機を配備し、前記はんだ印刷工程後に当該工程実行後の基板を受け付けて、前記Ｘ線透過画像の生成装置により当該基板のＸ線透過画像を生成するとともに、この基板につきはんだ印刷工程が実行される前に生成されたＸ線透過画像を入力し、自機で生成されたＸ線透過画像と入力されたＸ線透過画像との差分画像を用いて前記はんだの印刷状態を検査するもので、差分画像中の各ランドに対応する領域に検査ウィンドウを設定するのに必要な設定データと、差分画像上の濃度をはんだの厚みを表す値に換算するのに必要な換算用データと、各検査ウィンドウにおける基準のはんだ量とを、検査に先立ち登録しておき、以下の第１〜第６のステップを実行することを特徴とする。

第１ステップでは、前記設定データを用いて差分画像に複数の検査ウィンドウを設定する。第２ステップでは、第１ステップで設定された各検査ウィンドウにおいて、それぞれエッジを抽出する。第３ステップでは、第２ステップで抽出されたエッジを膨張させ、その膨張部分にランドのＸ線透過画像に相当する濃度を設定したマスク画像を作成する。

第４ステップでは、前記マスク画像と元の差分画像とを対応する画素毎に比較し、マスク画像の対応画素よりも濃度の低い画素の濃度がゼロに置き換えられ、マスク画像の対応画素よりも濃度の高い画素の濃度が維持されるように、前記差分画像を補正する。

第５ステップでは、補正後の差分画像の各検査ウィンドウにおいて、それぞれ当該ウィンドウ内の各画素の濃度を前記換算用データに基づきはんだの厚みを示す値に換算し、各画素における換算後の値の積算値をはんだ量として求める。

第６ステップでは、各検査ウィンドウについて、それぞれ第５ステップで求めたはんだ量を前記登録された基準のはんだ量と比較することにより、各ランドに印刷されたはんだ量の適否を判別する。

前記Ｘ線透過画像の生成装置は、Ｘ線の透過量を対数変換した画像を生成するように構成されるのが望ましい。Ｘ線の透過量は指数関数で表されるため、対数変換画像を生成すると、差分処理によりＸ線透過量の差を簡単に抽出することができるからである。このような画像を生成するには対数変換カメラを使用するのが望ましいが、これに代えて、たとえば、普通のカメラで露光時間を段階的に変えながら撮像を行う方法によって、対数変換したのと同様の画像を生成するようにしてもよい。
なお、検査機では、あらかじめ、入力される画像に対し、同一の試料にかかる画像の濃度が同一になるように、Ｘ線の照射量や画像のゲインを調整しておくのが望ましい。

上記の方法において、はんだ印刷工程の実行前の基板（すなわちプリント配線板）のＸ線透過画像は、Ｘ線透過画像の生成装置（前記検査機に組み込まれているのとは別体のもの）により生成することができる。またプリント配線板の検査を行う場合には、その検査を担当する検査機で生成されたはんだ印刷前の基板のＸ線透過画像を入力して、上記の方法を実行することができる。

上記のような差分画像によれば、プリント配線板に形成されていた構成（ランド、レジストパターン、スルーホールなど）の影響を受けずに、はんだ印刷工程において付加された構成（すなわちクリームはんだ）により変化した画像を切り出すことができる。さらに、差分画像中のはんだのエッジ付近に画像間の位置ずれによるノイズが生じている場合でも、このノイズが除去されるように差分画像を補正してからはんだ量を求めるので、はんだ量を精度良く求めることが可能になり、クリームはんだの印刷状態を精度良く検査することが可能になる。

つぎに、この発明にかかるはんだ印刷用の検査機は、X線透過画像の生成装置を具備するもので、部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちのはんだ印刷工程を経た基板を受け付けて、前記Ｘ線透過画像の生成装置により当該基板のＸ線透過画像を生成するとともに、この基板につきはんだ印刷工程が実行される前に生成されたＸ線透過画像を入力し、自機で生成されたＸ線透過画像と入力されたＸ線透過画像との差分画像を用いて前記はんだの印刷状態を検査する。

上記の検査機には、前記差分画像中の各ランドに対応する領域に検査ウィンドウを設定するのに必要な設定データと、差分画像上の濃度をはんだの厚みを表す値に換算するのに必要な換算用データと、各検査ウィンドウにおける基準のはんだ量とが、それぞれ登録される登録手段；前記設定データを用いて差分画像に複数の検査ウィンドウを設定するウィンドウ設定手段；ウィンドウ設定手段により設定された各検査ウィンドウにおいて、それぞれエッジを抽出するエッジ抽出手段；エッジ抽出手段により抽出されたエッジを膨張させ、その膨張部分にランドのＸ線透過画像に相当する濃度を設定したマスク画像を作成するマスク画像作成手段；マスク画像と元の差分画像とを対応する画素毎に比較し、マスク画像の対応画素よりも濃度の低い画素の濃度がゼロに置き換えられ、マスク画像の対応画素よりも濃度の高い画素の濃度が維持されるように、前記差分画像を補正する画像補正手段；補正後の差分画像の各検査ウィンドウにおいて、それぞれ当該ウィンドウ内の各画素の濃度を前記換算用データに基づきはんだの厚みを示す値に換算し、各画素における換算後の値の積算値をはんだ量として求めるはんだ量計測手段；各検査ウィンドウについて、それぞれはんだ量計測手段が求めたはんだ量を前記登録された基準のはんだ量と比較することにより、各ランドに印刷されたはんだ量の適否を判別する判別手段；前記判別手段による判別結果を出力する出力手段；の各手段が設けられる。

この発明によれば、はんだ印刷工程が完了した後の基板について、その工程終了後のＸ線透過画像と工程実行前のＸ線透過画像との差分画像を用いて精度の高い検査を行うことが可能になる。また単純なＸ線透過画像を生成するタイプの検査機を使用すれば良いので、コストをかけずに、高精度の検査を実行することが可能になる。

図１は、この発明が適用された基板製造ラインの構成を示す。
この実施例の基板製造ラインは、はんだ印刷機３、高速マウンタ４、異形マウンタ５、リフロー炉６の各製造装置のほか、複数台の検査機１を含む。検査機１は、はんだ印刷機３の前、はんだ印刷機３と高速マウンタ４との間、異形マウンタ５とリフロー炉６との間、リフロー炉６の後の計４箇所に配備される。なお、図１では、各検査機１を、配置の順に１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの符号により示す。以下の説明でも、検査機１を個別に示す必要がある場合には、これらの符号で示す。

各検査機１は、Ｘ線透過画像を用いて基板検査を行うもので、ＬＡＮ回線などのネットワーク回線２を介して相互に通信可能な状態に設定される。また、各検査機１およびはんだ印刷機３、マウンタ４，５、リフロー炉６は、基板搬送用のコンベア装置（図示せず。）を介して図示の順序で配置される。

はんだ印刷機３は、プリント配線板の供給を受けて、各部品のはんだ付け位置にクリームはんだを塗布するはんだ印刷工程を実行する。高速マウンタ４は、チップ部品を高速で実装し、異形マウンタ５は、チップ部品以外の部品を実装する。これら２種類のマウンタ４，５により、部品実装工程が実行される。リフロー炉６は、部品実装工程後の基板を加熱することにより、はんだ付け工程を実行する。

はんだ印刷機３の上流側の検査機１Ａは、この基板製造ラインに送り込まれるベア基板（はんだ印刷前のプリント配線板であって、レジストパターンやランドなどが形成されている。）を対象として、ランドの状態などを検査する。はんだ印刷機３と高速マウンタ４との間の検査機１Ｂは、はんだ印刷工程を経た基板を対象として、はんだ量や印刷位置の適否などを検査するためのものである。以下、検査機１Ａを「ベア基板検査機１Ａ」、検査機１Ｂを「はんだ印刷検査機１Ｂ」という。

異形マウンタ５とリフロー炉６との間の検査機１Ｃは、部品実装工程を経た基板を対象として、部品の有無、位置ずれ、方向の適否などを検査する。以下、この検査機１Ｃを「部品実装検査機１Ｃ」という。また、リフロー炉６の下流の検査機１Ｄは、はんだ付け工程を経た基板を対象として、溶融後のはんだの分布状態の適否などを検査する。以下では、この検査機１Ｄを「はんだ付け検査機１Ｄ」という。

上記した各検査機１は、いずれも、検査対象の基板を支持する基板ステージ（図示せず。）を具備し、Ｘ線照射装置１１、対数変換カメラ１２（いずれも図２に示す。）、画像処理機能を持つコンピュータなどを用いて検査を実行するものである。各検査機１には、検査に先立ち、検査領域の設定データ、前記検査領域内の被検査部位毎に設定される小領域（以下、「ウィンドウ」という。）、前記検査領域やウィンドウに対する計測データの基準値などが登録される。以下、これら検査のために登録される情報を、「検査情報」という。

なお、前記検査情報のうち、検査領域やウィンドウの設定データについては、各検査機１に共通のデータが教示される。また、この実施例では、あらかじめ、各検査機１で同じ試料（所定の厚みを持つ鉛板など）を用いた画像生成処理を行って、前記試料に対応する画像の濃度が同一になるように、各検査機１におけるＸ線の照射量やカメラ１２の出力ゲインなどを調整するようにしている。

この実施例では、ラインに送り込まれた１枚の基板を、各検査機１が順に検査していくことになる。各検査機１は、ネットワーク回線２を介した通信により、他の検査機１と通信を行いながら検査を実行するように構成される。特に、はんだ印刷検査機１Ｂ、部品実装検査機１Ｃ、はんだ付け検査機１Ｄは、自機の検査対象の基板について、１つ前工程の検査機１からその検査機１で生成したＸ線透過画像の提供を受け、提供された画像と自機で生成した画像の双方を用いた検査を実行するようにしている。

なお、Ｘ線透過画像の授受のために、基板の適所には、その基板の識別コードを表すバーコードラベル（図示せず。）が貼付されている。各検査機１は、このバーコードラベルのコードを読み取るためのバーコードリーダー１３（図２に示す。）を具備している。検査の際には、前記バーコードリーダー１３により基板の識別コードを読み取った後、この識別コードを含む画像要求信号を作成して前工程の検査機１に送信する。また、自機で生成したＸ線透過画像については、該当する基板の識別コードを対応づけた状態でメモリ内に保存している。そして、他の検査機１からの画像要求信号を受けると、その信号内の識別コードに該当する画像をメモリから読み出し、要求を出した検査機１に返送するようにしている。

図２は、前記各検査機１に共通する構成を示す。
この実施例の検査機１は、コンピュータによる制御部１０に、前記したＸ線照射装置１１、対数変換カメラ１２（以下、単に「カメラ１２」という。）、バーコードリーダー１３のほか、入力部１４、モニタ１５、作業用メモリ（ＲＡＭ）１６、検査情報記憶部１７、検査結果蓄積部１８、通信インターフェース１９などが接続されたものである。なお、前記制御部１０には、ＣＰＵのほか、基本的なプログラムが格納されたＲＯＭが含まれるものとする。また、ここには図示していないが、カメラ１２と制御部１０との間には、画像入力用のインターフェース回路やＡ／Ｄ変換回路などが配備される。

Ｘ線照射装置１１とカメラ１２とは、基板ステージを挟んで配備される。バーコードリーダー１３は、基板ステージの上方であって、前記バーコードラベルを撮像できる位置に配備される。なお、カメラ１２により生成されたＸ線透過画像は、前記Ａ／Ｄ変換回路によりディジタル変換された後、作業用メモリ１６に格納される。なお、作業用メモリ１６には、自機で生成されたＸ線透過画像のほか、前工程の検査機１から送信されたＸ線透過画像や後記する差分画像について、それぞれ専用の記憶領域が設定される。

入力部１４は、キーボードやマウスなどであって、検査開始時に検査対象の基板の種類を入力したり、ティーチング時に各種設定データを入力するなどの目的に使用される。モニタ１５は、ティーチング時のユーザーインターフェース、検査対象の画像、検査結果などの表示に用いられる。

検査情報記憶部１７は、前記した検査情報を格納するためのメモリである。なお、検査情報は、基板の種類毎にファイル化されており、検査時に、入力部から基板種名を入力することにより、その入力に応じた検査情報ファイルが読み出され、作業用メモリ１６にセットされる。また、各検査機１の画像間における基板の大きさに若干のばらつきがある場合には、このばらつきを補正するのに必要なパラメータとして、現時点の画像に対する補正後の画像の倍率などを求めるが、この倍率も検査情報記憶部１７に保存される。また、はんだ印刷検査機１Ｂやはんだ付け検査機１Ｄでは、あらかじめ、はんだの厚みとＸ線透過画像上の濃度との関係をキャリブレーションによって求め、その関係を表す式またはテーブルを検査情報記憶部１７に保存するようにしている。

検査結果蓄積部１８は、検査結果や検査が終了した基板のＸ線透過画像を保存するためのもので、大容量のハードディスク装置により構成される。この実施例では、基板毎に、その基板の識別コードをフォルダ名とするフォルダを設定し、このフォルダ内に、該当する基板の画像や検査結果を格納するようにしている。
通信インターフェース１９は、前記ネットワーク回線２を介して他の検査機１と通信を行うためのものである。

上記構成において、制御部１０は、検査対象の基板が搬入されると、バーコードリーダー１３を用いて基板の識別コードを読み取った後、Ｘ線照射装置１１およびカメラ１２を駆動して前記基板のＸ線透過画像を生成する。以下では、この検査対象の基板のＸ線透過画像を「検査用画像」という。

図３および図４は、前記各検査機１に送り込まれる基板の外観と、その検査機１で生成した検査用画像とを左右に対応づけて示す。なお、いずれの図も、同一の基板を表したものであり、各時点の基板に対し、時間軸に沿って、１０１，１０２，１０３，１０４の通し番号を付けて示す。また、各時点での検査用画像は、１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａとする。一方、基板上の各構成については、符号を統一するが、画像中の構成は末尾にａを付した符号をもって示す。

図３の（１）は、ベア基板検査機１Ａに送り込まれるはんだ印刷前のベア基板１０１およびその検査用画像１０１ａを示す。この時点の基板１０１には、ランド１１０、レジストパターン１１１、スルーホール１１２、位置決め用のマーク１１３などが形成されている。検査用画像１０１ａにも、これらの構成に対応する画像１１０ａ，１１１ａ，１１２ａ，１１３ａが現れている。ベア基板検査機１Ａでは、この検査用画像１０１ａからランドの画像１１０ａを抽出し、その位置、大きさ、向きなどの適否を検査する。なお、このランドの検査や、後段のはんだ印刷検査およびはんだ付け検査では、ランド毎にウィンドウを設定して検査を実行する（以下、このウィンドウを「ランドウィンドウ」という。）。

図３の（２）は、はんだ印刷検査機１Ｂに送り込まれるはんだ印刷後の基板１０２およびその検査用画像１０２ａを示す。この時点の基板１０２は、ランド１１０上にはんだ１１４が塗布された状態となる。このため、検査用画像１０２ａでは、前記ランドの画像１１０ａとはんだの画像１１４ａとが重なった状態となる。

図４の（１）は、部品実装検査機１Ｃに送り込まれる部品実装後の基板１０３およびその検査用画像１０３ａを示す。この時点の基板１０３は、ランド１１０間に部品１１５が配備された状態となる。このため、検査用画像１０３ａでは、前記ランドの画像１１０ａやはんだの画像１１４ａに、さらに部品の画像１１５ａが重ね合わせられた状態となる。

図４の（２）は、はんだ付け検査機１Ｄに送り込まれるはんだ付け後の基板１０４およびその検査用画像１０４ａを示す。図面上の基板１０４は、部品実装後の基板１０３と大差ない状態に示しているが、実際には、溶融によってはんだの厚みが変化し、特に、表面張力によって部品の電極側に片寄った分布状態を示すようになる。このため、検査用画像１０４ａ上でも、はんだの部分の濃度分布状態に変化が現れている。

この実施例の先頭のベア基板検査機１Ａを除く検査機１では、それぞれ検査対象の基板について、１つ前の工程の検査機１から、その検査機１で生成した前記基板の検査用画像を入力するようにしている。この画像入力は、前記画像要求信号を用いた通信により行われる。そして、入力した検査用画像と自機で生成した前記検査用画像との差分画像を生成することによって、被検査部位の画像を抽出し、必要な検査を実行するようにしている。

なお、この実施例では、検査用画像の生成のために対数変換カメラ１２を使用しているので、差分処理によって画像間のＸ線の透過量の差を精度良く抽出することができる。特に、ランド１１０上のはんだ１１４など、被検査部位が他の部位に重ね合わせられている場合でも、その重ね合わせ前の画像と重ね合わせ後の画像との差分をとることになるから、被検査部位によって生じたＸ線透過量の差を反映した画像を得ることができる。よって、被検査部位の位置や形状などを、その被検査部位の背面側の部位による影響を受けることなく、計測することができる。

以下、この検査の詳細について、順を追って説明する。まずは、上流側から送り込まれた基板に対し、各検査機１Ｂ，１Ｃ、１Ｄが共通して実行する手順について、図５を用いて説明する。
最初のＳＴ１（ＳＴは「ＳＴＥＰ（ステップ）」の略である。以下も同じ。）では、検査対象の基板を基板ステージ上に搬入する。つぎのＳＴ２では、前記バーコードリーダー１３を用いて、基板の識別コードを読み取る処理を実行する。

つぎのＳＴ３では、前工程の検査機１に対し、前記ＳＴ２で読み取った識別コードを含む画像要求信号を送信する。この画像要求信号を受けた前工程の検査機１が、前記検査結果蓄積部１８から前記画像要求信号に該当する検査用画像を読み出して返送してくると、その返送された検査用画像を前記作業用メモリ１６に格納し、ＳＴ４に進む。

つぎのＳＴ４では、前記Ｘ線照射装置１１およびカメラ１２を駆動して、自機における検査用画像を生成する。ここで生成された検査用画像も作業用メモリ１６に格納される。ＳＴ５では、ＳＴ４で生成した検査用画像とＳＴ３で入力した検査用画像との間の位置ずれや、画像間の大きさの違いを補正する処理を実行する。なお、位置ずれは、水平方向（ｘ方向）および垂直方向（ｙ方向）におけるずれのほか、回転ずれを含む。これらのずれ量は、画像間における相関演算、または後記する部品実装検査と同様のエッジコードを用いたマッチング処理によって、抽出することができる。また、画像の大きさの違いを補正するためのパラメータとして、前記した倍率を使用することができる。また画像の補正は、アフィン変換により行うことができる。

検査用画像の補正処理が終了すると、ＳＴ６では、補正後の検査用画像の対応する画素毎に、その画像データの差を求め、これら画素毎の差分データによる画像（差分画像）を作成する。なお、ここで生成された差分画像も前記作業用メモリ１６に格納される。

つぎのＳＴ７では、作成された差分画像を用いて検査を実行する。ＳＴ８では、検査結果、およびＳＴ４で生成した検査用画像を、ＳＴ２で読み取った識別コードに対応づけ、検査結果蓄積部１８に保存する。さらに、ＳＴ９において、検査結果を出力した後、ＳＴ１０で、検査対象の基板を搬出し、処理を終了する。

つぎに、前記ＳＴ７で実行される検査の具体的な内容について、検査機１の種類毎に説明する。
＜はんだ印刷検査＞
図６は、前記はんだ印刷検査機１Ｂが検査に使用する差分画像の例を示す。この差分画像は、ベア基板検査装置１Ａから入力した検査用画像１０１ａと自機で生成した検査用画像１０２ａとの差分画像であって、ランド、レジストパターンなど、画像間に共通する構成が消失し、はんだ印刷工程で新たに付加されたはんだの画像１１４ａが残されている。なお、図６において、１２１は、部品毎の検査領域であり、１２２はランド毎に設定されるランドウィンドウである。

図７は、はんだ印刷検査機１Ｂにおける検査の手順を示す。この手順では、まず、最初のＳＴ１０１において、前記差分画像上に前記検査領域１２１やランドウィンドウ１２２を設定する。

つぎのＳＴ１０２およびＳＴ１０３は、前記差分画像上に生じたノイズを除去するための処理である。この実施例では、前記したように、あらかじめ、同一の試料を用いて、各検査機の画像の濃度が一定になるように調整したり、差分処理の前に、画像間の位置ずれや倍率などを補正するようにしている。しかし、画像間の濃度や大きさには、なお、微小な差異が生じている可能性があり、その差異が差分画像上にノイズとして出現する可能性がある。特に、はんだの画像１１４ａのエッジ付近に、画像間の位置ずれによるノイズが生じると、はんだ量の計測に誤りが生じる。このため、ＳＴ１０２，１０３のような処理が必要となってくるのである。

ＳＴ１０２では、前記差分画像の各ランドウィンドウ１２２にエッジ抽出処理を施し、抽出されたエッジを数画素程度膨張させ、その膨張部分にあらかじめ設定されたゲインをかけたり、所定のオフセット値を加算するなどして、図８に示すようなマスク画像を作成する。ついで、ＳＴ１０３では、前記マスク画像と元の差分画像とを対応する画素毎に比較し、差分画像上でマスク画像の対応画素よりも濃度の小さい画素について、その濃度をゼロに置き換える処理を実行する。一方、マスク画素より濃度の大きい画素については、その濃度を維持する。このような処理により、はんだのエッジ付近にランドの画像などと同等の濃度を持つ部分がある場合には、その部分をノイズとみなして除去することができる。

上記のノイズ除去処理が終了すると、ＳＴ１０４では、そのノイズ除去後のはんだの画像に対するランドウィンドウ１２２の位置ずれを調整する。なお、このランドウィンドウ１２２の位置ずれ調整を行う前に、はんだの画像１１４ａを若干膨張させて、前記ノイズ除去処理で削減された面積を回復するようにしてもよい。

この後、ＳＴ１０５では、ランドウィンドウ１２２の１つに着目する。そして、前記キャリブレーションにより登録されたデータを用いて、ウィンドウ１２２内の各画素毎に、その濃度をはんだの厚みに置き換える。さらに、ウィンドウ１２２内の全画素にかかる厚みを積算し、その積算値をはんだ量とする。ＳＴ１０６では、ＳＴ１０５で求めたはんだ量をあらかじめ登録された基準データと比較し、はんだ量の適否を判別する。

以下、着目するランドウィンドウ１２２を順に変更しながら、ＳＴ１０５，１０６を実行する。すべてのランドウィンドウ１２２に対する処理を終了すると、ＳＴ１０７が「ＹＥＳ」となり、処理を終了する。

＜部品実装検査＞
図９は、部品実装検査機１Ｃの検査に使用される差分画像の一例を示す。この差分画像は、はんだ印刷検査機１Ｂで生成された部品実装前の基板の検査用画像１０２ａと部品実装検査機１Ｃ自身が生成した部品実装後の検査用画像１０３ａとを差分処理して得られたもので、各検査用画像に共通する構成が消失し、部品の画像１１５ａが残されている。なお、この差分画像にも、前記図６と同様の条件で検査領域１２１が設定される。

図１０は、前記部品実装機１Ｃにおける検査の手順を示す。この検査では、まず、ＳＴ２０１において、上記の差分画像上の部品毎に検査領域１２１を設定する。そして、各検査領域１２１において、以下のＳＴ２０２〜２０６を順に実行する。

ＳＴ２０２では、前記検査領域１２１内のエッジ抽出処理を実行する。つぎのＳＴ２０３では、検査領域１２１内の各画素の画素データをエッジコードに置き換えた疑似画像（以下、「エッジコード画像」という。）を作成する。

なお、エッジコードとは、エッジ画素を基準に濃度勾配が変化する方向を示す角度データである（詳細については、下記の特許文献３を参照されたい。）。この実施例では、前記ＳＴ２０２のエッジ抽出処理により抽出されたエッジ画素についてのみ、エッジコードを算出し、エッジ画素以外の画素のエッジコードを０に設定するようにしている。

特開２００２−２０３２３３号公報

ＳＴ２０４では、前記ＳＴ２０３で作成されたエッジコード画像について、基準のエッジコード画像を用いたマッチング処理を実行する。基準のエッジコード画像は、あらかじめ、モデルの基板の部品実装前後のＸ線透過画像の差分画像から部品の画像を抽出し、その部品の画像を構成する各画素のエッジコードを求めたものである（この場合も、エッジ画素以外のエッジコードはゼロに設定される。）。ＳＴ２０４では、この基準のエッジコード画像を処理対象のエッジコード画像上に走査しつつ、各走査位置において、対応する画素毎にエッジコードの差を求め、さらにこれらの差の総和を求める。走査が終了すると、ＳＴ２０５に進み、前記エッジコードの差の総和が最小の値になった位置を部品の位置として特定する。

ＳＴ２０６では、前記部品の位置として特定された位置の座標を基準の座標と比較することにより、部品の位置の適否を判別する。ただし、前記特定された位置におけるエッジコードの差の総和が所定のしきい値よりも大きい場合には、基準の実装方向に対し、部品が正しい方向に実装されていないものとして、実装不良であると判別する。また、この図には示していないが、ＳＴ２０２のエッジ抽出処理において、エッジ画素の抽出数が所定値以下であった場合は、ＳＴ２０３〜２０５の処理をスキップし、ＳＴ２０６で、部品が欠落しているものと判別する。

以下、同様に、検査領域毎にＳＴ２０２〜２０６を実行する。すべての検査領域１２１に対する処理が終了すると、ＳＴ２０７が「ＹＥＳ」となり、部品実装検査にかかる手順を終了する。

＜はんだ付け検査＞
図１１は、はんだ付け検査機１Ｄの検査に使用される差分画像の一例を示す。この差分画像は、部品実装検査機１Ｃで生成されたはんだ付け前の基板の検査用画像１０３ａとはんだ付け検査機１Ｄ自身が生成したはんだ付け後の基板の検査用画像１０４ａとを差分処理して得られたものである。この例では、部品やランドなどの固定された構成が消失し、はんだの部分について、溶融による厚みの変化を反映した画像１１４ｂが抽出されている。前記したように、溶融後のはんだは、表面張力によって部品の電極側に偏るので、前記画像１１４ｂは、部品の電極の近傍位置に沿ったパターンとなる。

はんだ付け検査機１Ｄでは、このような差分画像に対し、前記はんだ印刷検査機１Ｂと同様のランドウィンドウ１２２を設定し、ランドウィンドウ１２２内の各画素について、はんだの厚みを抽出する。さらに、この検査では、ランドウィンドウ１２２内のはんだの分布パターンをあらかじめ登録した基準のパターンと比較することによって、はんだ付けの適否を判別する。

以上述べたように、はんだ印刷検査機１Ｂ、部品実装検査機１Ｃ、はんだ付け検査機１Ｄでは、１つ前の工程の検査機１から入力した検査用画像と自機で生成した検査用画像との差分画像を求めることによって、被検査部位の画像を精度良く抽出し、検査を行うことができる。

なお、先頭のベア基板検査機１Ａでは、他の検査機１Ｂ，１Ｃ，１Ｄで生成された検査用画像を用いた検査を実行することはできないが、これに代えて、基板のＣＡＤデータを利用した検査を実行することができる。すなわち、ＣＡＤデータが示すランドやレジストのパターンと、これらの構成にかかるＸ線の透過量とを用いて、Ｘ線透過画像の理論データを作成し、この理論データと実際に生成した検査用画像との差分をとることができる。この場合には、差分画像上に抽出された差異部分の面積を求め、その面積が所定の基準値を超えている場合に、「不良あり」と判別することができる。

つぎに、図１の基板製造ラインにおいて、両面実装基板を製造する場合には、まず、基板の片方の面について、各工程および検査を順に実行した後、基板を反転させて、再度、基板製造ラインに投入し、同様に各工程および検査を順に実行することになる。この場合において、ベア基板検査機１Ａでは、２回目の検査を実行せずに、基板を通過させるだけとなる。また、はんだ印刷検査機１Ｂでは、２回目の検査時には、検査用画像の入力先をはんだ付け検査機１Ｄに変更する。そして、はんだ付け検査機１Ｄから入力した画像を１８０°回転させた後、その回転後の画像と自機で生成した検査用画像とを用いて、前記画像補正処理や差分処理を実行する。

はんだ印刷検査機１Ｂで２回目の検査時に生成される検査用画像には、検査対象とする上面側の構成のみならず、裏面側の構成も現れてしまう。しかし、上記のように、裏面側の最終工程終了後の検査用画像との差分処理を行うようにすれば、裏面側の構成を消失させ、被検査部位である上面側のはんだの画像を抽出することができる。よって、基板のいずれの面についても、はんだの印刷状態を精度良く検査することができる。

一方、部品実装検査機１Ｃやはんだ付け検査機１Ｄでは、２回目の検査でも、１回目と同様に、１つ前の工程の検査機１Ｂ，１Ｃから検査用画像を入力する。ただし、ここで入力するのは、２回目の検査にかかる検査用画像であるから、差分処理により、検査の直前に基板に付加された構成（部品）や変化（はんだの変化）を抽出することができる。よって、この場合にも、各面の被検査部位について、精度の良い検査を実行することができる

この発明が適用された基板製造ラインの一例を示す説明図である。 検査機のブロック図である。 ベア基板検査機、はんだ印刷検査機に導入される基板と検査用画像とを対応づけて示す説明図である。 部品実装検査機、はんだ付け検査機に導入される基板と検査用画像とを対応づけて示す説明図である。 はんだ印刷検査機、部品実装検査機、はんだ付け検査機に共通する手順を示すフローチャートである。 はんだ印刷検査機で作成される差分画像を示す説明図である。 はんだ印刷検査の手順を示すフローチャートである。 ノイズ除去のためのマスク画像の例を示す説明図である。 部品実装検査機で作成される差分画像を示す説明図である。 部品実装検査の手順を示すフローチャートである。 はんだ付け検査機で作成される差分画像を示す説明図である。

符号の説明

１ 検査機
２ ネットワーク回線
３ はんだ印刷機
４ 高速マウンタ
５ 異形マウンタ
６ リフロー炉
１０ 制御部
１１ Ｘ線照射装置
１２ 対数変換カメラ
１７ 検査情報記憶部
１８ 検査結果蓄積部
１９ 通信インターフェース
１０１，１０２，１０３，１０４ 基板
１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ Ｘ線透過画像（検査用画像）

Claims (3)

1. 部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちの少なくともはんだ印刷工程に、Ｘ線透過画像の生成装置を含む検査機を配備し、前記はんだ印刷工程後に当該工程実行後の基板を受け付けて、前記Ｘ線透過画像の生成装置により当該基板のＸ線透過画像を生成するとともに、この基板につきはんだ印刷工程が実行される前に生成されたＸ線透過画像を入力し、自機で生成されたＸ線透過画像と入力されたＸ線透過画像との差分画像を用いて前記はんだの印刷状態を検査する方法であって、
   前記差分画像中の各ランドに対応する領域に検査ウィンドウを設定するのに必要な設定データと、差分画像上の濃度をはんだの厚みを表す値に換算するのに必要な換算用データと、各検査ウィンドウにおける基準のはんだ量とを、検査に先立ち登録しておき、
   前記設定データを用いて差分画像に複数の検査ウィンドウを設定する第１ステップと、
   第１ステップで設定された各検査ウィンドウにおいて、それぞれエッジを抽出する第２ステップと、
   第２ステップで抽出されたエッジを膨張させ、その膨張部分にランドのＸ線透過画像に相当する濃度を設定したマスク画像を作成する第３ステップと、
   前記マスク画像と元の差分画像とを対応する画素毎に比較し、マスク画像の対応画素よりも濃度の低い画素の濃度がゼロに置き換えられ、マスク画像の対応画素よりも濃度の高い画素の濃度が維持されるように、前記差分画像を補正する第４ステップと、
   補正後の差分画像の各検査ウィンドウにおいて、それぞれ当該ウィンドウ内の各画素の濃度を前記換算用データに基づきはんだの厚みを示す値に換算し、各画素における換算後の値の積算値をはんだ量として求める第５ステップと、
   各検査ウィンドウについて、それぞれ第５ステップで求めたはんだ量を前記登録された基準のはんだ量と比較することにより、各ランドに印刷されたはんだ量の適否を判別する第６ステップとを、実行することを特徴とする、はんだ印刷検査方法。
2. 請求項１に記載された方法において、
   前記はんだ印刷工程の前工程であるプリント配線板の製造工程にも、Ｘ線透過画像の生成装置を含む検査機を配備し、この検査機において生成されたはんだ印刷前の基板のＸ線透過画像を入力するようにした、はんだ印刷検査方法。
3. Ｘ線透過画像の生成装置を具備する検査機であって、部品実装基板の製造のために実行される複数の工程のうちのはんだ印刷工程を経た基板を受け付けて、前記Ｘ線透過画像の生成装置により当該基板のＸ線透過画像を生成するとともに、この基板につきはんだ印刷工程が実行される前に生成されたＸ線透過画像を入力し、自機で生成されたＸ線透過画像と入力されたＸ線透過画像との差分画像を用いて前記はんだの印刷状態を検査する検査機において、
   前記差分画像中の各ランドに対応する領域に検査ウィンドウを設定するのに必要な設定データと、差分画像上の濃度をはんだの厚みを表す値に換算するのに必要な換算用データと、各検査ウィンドウにおける基準のはんだ量とが、それぞれ登録される登録手段と、
   前記設定データを用いて差分画像に複数の検査ウィンドウを設定するウィンドウ設定手段と、
   ウィンドウ設定手段により設定された各検査ウィンドウにおいて、それぞれエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
   エッジ抽出手段により抽出されたエッジを膨張させ、その膨張部分にランドのＸ線透過画像に相当する濃度を設定したマスク画像を作成するマスク画像作成手段と、
   前記マスク画像と元の差分画像とを対応する画素毎に比較し、マスク画像の対応画素よりも濃度の低い画素の濃度がゼロに置き換えられ、マスク画像の対応画素よりも濃度の高い画素の濃度が維持されるように、前記差分画像を補正する画像補正手段と、
   補正後の差分画像の各検査ウィンドウにおいて、それぞれ当該ウィンドウ内の各画素の濃度を前記換算用データに基づきはんだの厚みを示す値に換算し、各画素における換算後の値の積算値をはんだ量として求めるはんだ量計測手段と、
   各検査ウィンドウについて、それぞれはんだ量計測手段が求めたはんだ量を前記登録された基準のはんだ量と比較することにより、各ランドに印刷されたはんだ量の適否を判別する判別手段と、
   前記判別手段による判別結果を出力する出力手段とを、具備することを特徴とするはんだ印刷検査用の検査機。

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