JP4667681B2

JP4667681B2 - 実装検査システムおよび実装検査方法

Info

Publication number: JP4667681B2
Application number: JP2001301968A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎上田; 大資佐藤; 崇行深江; 靖司水岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003110299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上に印刷されたクリーム半田や実装部品のずれや有無を高速に検査する検査装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気製品の小型軽量化により、電気製品の主たる構成要素であるプリント基板における小型化は著しいものが有り、プリント基板の小型化に伴う部品の実装密度が増大し、上記部品の小型化により人間の目視による検査を困難にしてきている。そのため、これらプリント基板を自動で検査する検査装置が切望されているが、生産タクトの向上に伴いより高速な検査装置が求められている。
【０００３】
例えば、特開平０５−００６４２２号公報で開示された画像検査装置は、こうした要求にこたえるものある。図１３にあるように、当該画像検査装置は、撮像素子にエリアセンサと比べて広範な撮像範囲が確保できるラインセンサを使用し、画像データを取り込みながら各種検査項目を並列して検査することで高速な検査を実現するものであった。図１３を参照しながら、従来例の検査機の構成と動作を簡潔に説明する。
【０００４】
当該画像検査装置は、検査対象物と相対移動しながら、この検査対象物の画像データを取り込むカラーラインセンサカメラ１０と、検査対象物との相対移動距離を測定するリニアスケール３９と、これから得られた上記検査対象物の相対移動距離を基に、カラーラインセンサカメラ１０からの画像データ取り込みの開始および終了を行う取込メモリ４４と、取り込まれた画像データから、検査対象物の検査対象エリアの画像データを切り出して記憶する切り出しメモリ４５と、切り出された画像データを処理して画像処理データとする画像処理回路４６と、この画像処理データによって、各種検査項目についての検査を行う複数の検査処理回路４７とを備えている。そして、当該画像検査装置は、上記画像データを取り込みながら、各種検査項目を並列して検査する。こうした画像検査装置を用いて、従来はクリームはんだ印刷後にはんだの印刷状態を検査するクリームはんだ印刷検査機、部品実装後に部品の装着状態を検査する実装部品検査装置、およびリフロー等によるはんだ付け後にはんだ接合状態を検査する外観検査装置によりプリント基板の品質検査を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検査機では、チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージ実装後は、チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージの下（チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージと基板との間）を検査できないという課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するために、本発明の実装検査システムは、基板を撮像する撮像手段と、撮像手段によって得られた撮像画像を処理して基板上に実装された部品の実装状態を検査する部品検査手段と、撮像画像を処理して基板上に印刷もしくは塗布されたはんだを検査するはんだ検査手段とを備える実装検査装置と、チップ部品を実装する第１実装機と、チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する第２実装機と、から構成され、第１実装機と第２実装機との間に実装検査装置が配置され、はんだ検査手段は、第２実装機がチップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する基板上の領域において、はんだの面積に基づいて異物の有無を検査する機能を有する手段であることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の実装検査方法は、基板上の第１実装領域にチップ部品を実装する第１実装工程と、第１実装工程後に基板を検査する検査工程と、検査工程後に基板上の第２実装領域にチップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する第２実装工程とを有し、検査工程は、第１実装領域では部品の実装状態を検査し、第２実装領域でははんだを検査する工程であり、検査工程は、第１実装領域では部品の実装状態を検査し、第２実装領域でははんだを検査すると共にはんだの面積に基づいて異物の有無を検出する工程であることを特徴とするものである。
【０００８】
以上のように、本発明によれば、チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージ実装後においても、チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージの下（チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージと基板との間）を検査することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る検査機について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例と同一構成品には、同一の参照符号を付して説明を省略する。図１は本発明の一実施形態に係る検査機の構成による部品実装ラインを示し、図５は当該検査機における検査対象物であるプリント基板の一部を示す。
【００１０】
当該検査機８は、図１（ｂ）および図５に示すように、印刷機７でプリント基板３０にクリームはんだ２５を印刷し、ついでチップマウンタ５で主に小型チップ部品２４を実装した後のプリント基板３０を検査対象物とし、部品実装ラインの検査工程に使用される。
【００１１】
次に、上記検査機８が行う検査項目の例について説明する。なお、図１０は検査機８が行う部品実装関連の検査項目例を示し、図１１は検査機８が行うはんだ状態関連の検査項目例を示している。
【００１２】
図１０および図１１において、部品実装関連の検査項目として、検査機８は、チップマウンタ５が実装した小型部品２４の部品有無（図１０（ａ））、小型部品２４の位置ずれ（図１０（ｂ））、および小型部品２４の回転ずれ（図１０（ｃ））の検査を行う。それらと共に、検査機８は、はんだ状態関連の検査項目として、下流工程にて実装されるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）やクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）のクリームはんだ２５のにじみ（図１１（ａ））、クリームはんだ２５のかすれ（図１１（ｂ））、クリームはんだ２５の印刷ずれ（図１１（ｃ））、およびＣＳＰやＱＦＰのクリームはんだ２５上に飛散した異物検出（図１１（ｄ））の検査を行うものである。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態に係る検査機の外観図を示している。図２に示すように、当該検査機は、２台の設備を単純に合体させたものではなく、１台の制御ユニットで従来の２台相当分の検査を実現している。
【００１４】
図３は、本発明の一実施形態に係る検査機の制御構成図を示している。図３において、当該検査機は、カラーラインセンサカメラ１０を駆動して順次画像を取り込む。上記画像は、カラー画像処理ボード１６に順次送られ、カラー画像処理ボード１６内の画像転送機構（図４）を用いて、ＣＰＵボード１７に画像が転送される。
【００１５】
なお、上記画像は、カラーラインセンサカメラ１０の特性上、１ライン毎に画像を取り込むため、１ライン取り込む毎にＣＰＵボード１７に上記画像を順次転送すればよいが、本実施形態では、カラー画像処理ボード１６に６４ラインの画像が溜まる毎に転送を行うようにしている。
【００１６】
さらに、カラーラインセンサカメラ１０は、画像取込中に等速駆動が必要であり、画像取込中に駆動を停止することができない。そこで、図４に示すように、カラー画像処理ボード１６は、６４ライン分の画像転送中もカラーラインセンサカメラ１０の画像を蓄積するため、メモリＡ２２およびメモリＢ２３を備え、６４ライン分のデータをそれぞれ蓄積している。そして、カラー画像処理ボード１６は、この蓄積メモリＡ２２およびメモリＢ２３を順次切替ながら、画像蓄積と画像転送とを交互に行う。
【００１７】
また、ＣＰＵボード１７に転送された画像は、ＣＰＵボード１７内でカラーラインセンサカメラ１０が取り込みCPUボード１７に転送した画像の位置を管理しており、リアルタイムでＣＰＵボード１７に転送された画像の位置がわかるようになっている。また、図６に示すように、ＣＰＵボード１７では、予め検査用に記述された検査データ２６が読み込んであり、この検査データ２６には、検査したい対象物が取り込んだ画像上に存在している場所がわかるように位置座標が記述されている。このような検査データ２６に記述されている検査対象物が、カラーラインセンサカメラ１０に取り込まれ、ＣＰＵボード１７に画像が転送された瞬間、ＣＰＵボード１７は、この検査対象物の検査を行う。そのため、検査データ２６は、画像が取り込まれる順番で検査する対象物が記述されるのが好ましい。
【００１８】
一般的に、検査する対象物である基板一枚あたりの検査点数は、部品の場合は１０００点、はんだの場合で１００００点程度になる。この場合、上記検査データ２６には、１０００点の部品検査用のデータおよび１００００点のはんだ検査用のデータが含まれる。上記検査データ２６は、上述したように、上記部品検査用のデータおよびはんだ検査用のデータが画像取込順に記述され、部品あるいははんだの位置データ、外形寸法、検査のアルゴリズムを示す検査モード、部品あるいははんだを見分けるためのフラグ、およびはんだ検査用のデータに含まれるはんだの基準面積等から構成されている。図６（ａ）で示した検査データ２６はその一例であり、１０点のはんだ検査用のデータおよび２点の部品検査用のデータを示している。この検査データ２６に基づいて、検査機８は、通し番号順に検査を実行する。すなわち、検査機８は、図６（ｂ）に示す部品およびはんだの配置図上の番号に基づいて、その数字の昇順に検査する。
【００１９】
検査機８は、検査機８の起動時あるいは品種切替時に、プリント基板３０の品種に応じた検査データ２６をＣＰＵボード１７接続のハードディスク２１からＣＰＵボード１７のメモリ２０に展開する。検査機８は、そのメモリ展開時に部品検査用のテンプレートデータは角度サーチ用に展開し、はんだを抽出するパラメータをカラー画像処理ボード１６に設定する。
【００２０】
次に、検査機８が行う具体的な検査実行時の動作を図７〜図９を用いて説明する。なお、図７は検査機８が行う検査実行時の処理動作を示すフローチャートである。
【００２１】
図７において、検査機８は、検査データ２６の上記フラグに基づいて、検査対象物が部品２４あるいははんだ２５であることを識別し（ステップＳ１）、検査データ２６の上記外形寸法値に基づいて検査エリアを設定する（ステップＳ２）。次に、検査対象物が部品２４の場合、検査機８は、検査データ２６とリンクした部品データに記述されたテンプレートを用いて検査エリア内をサーチする（ステップＳ３）。そして、検査機８は、評価値が最も高いポイントの評価値を閾値判定し、閾値以下の場合は部品無しと判定する（ステップＳ４）。次に、評価値が閾値以上の場合、検査機８は、評価値が最も高い検出点と検査データ２６の位置座標とを比較し、ずれ判定値以上の場合はずれと判定する（ステップＳ５）。そして、検査機８は、ステップＳ１に戻り、処理を繰り返す。
【００２２】
図８は、上述した検査機８の処理動作を説明する部品サーチの概略図およびテンプレートデータを示す概略図である。図８において、検査機８は、予め設定したモデルデータをサーチエリア内を順次サーチして、最も近しいパターンがある位置を検出する。
【００２３】
図７に戻り、検査機８は、上記フラグに基づいて、検査対象物がはんだ２５であることを識別した場合、検査エリア内で予め設定したクリームはんだ２５の色と同じ成分のみを抽出し（ステップＳ６）、その抽出された部分の境界追跡を行うことによって、その重心位置および面積を算出する（ステップＳ７）。
【００２４】
図９は、上述した検査機８の処理動作を説明するはんだ抽出の概略図およびその拡大図である。図９において、検査機８は、はんだ２５として抽出された部分を１、抽出されていない部分を０として、１である部分を処理の対象とする。検査機８は、上記処理対象部分の境界追跡を行うことによって、上記処理対象部分の重心位置および面積を算出する。
【００２５】
図７に戻り、検査機８は、上記処理対象部分に基づいて算出された重心位置と検査データ２６の位置座標エリアとを比較し、所定のずれ判定値以上であれば印刷ずれと判定する（ステップＳ８）。次に、はんだ２５のかすれおよびにじみに対して、検査機８は、上記ステップＳ７で算出された上記処理対象部分の面積データと検査データ２６のはんだの基準面積との比較を行い、所定のかすれ判定値以下の場合はかすれ、所定のにじみ判定値以上の場合はにじみと判断する（ステップＳ９）。そして、検査機８は、ステップＳ１に戻り、処理を繰り返す。
【００２６】
なお、検査機８の上流工程であるチップマウンタ５の状態によって、装着仕損じのチップ部品２４や部品供給カセットのテープカット片等の異物が、プリント基板上に載ることがある。ＣＳＰ等が実装されるはんだ２５上にこうした異物が載っている場合、下流工程でのＣＳＰ実装時に上記異物が噛み込み不良となるが、通常ＣＳＰ等で部品実装後の接合部が見えないため、上記異物の発見が困難であり、不良の検出が製品の機能検査まで遅れてしまうことがある。本発明では、ＣＳＰ等が実装される前にその実装位置である印刷されたはんだ２５の面積を計測するため、はんだ２５上に異物が載っている場合、正常なはんだ面積が算出されない。したがって、本発明では、このようなはんだ２５上の異物の検出が実装前に可能である。
【００２７】
また、プリント基板３０の品種によっては、高密度実装が不要なためＣＳＰやＱＦＰが実装されないものがある。このような基板の場合、印刷機７が一定のコンディションを保っていれば、印刷状態の不良は発生しにくいが、クリームはんだ２５の含有フラックスの揮発にともなうローリング性の悪化や、長期間の使用によるマスクの劣化などから印刷状態が悪くなることがあるため、印刷機７のコンディション確認は必要である。しかしながら、不良発生頻度が低いため、印刷機７の下流にはんだ検査機を設置することは、投資効果の面で困難である。そこで、こうしたプリント基板３０では、図１２に示すように部品２４を実装しない部分にテストパターン２８を設け、このテストパターン２８のはんだ検査を、部品装着後の工程で部品検査と同時に行うことで部品検査機でありながら、印刷機のコンディションの監視を行うことができる。
【００２８】
したがって本発明の構成によれば、1台の検査装置で、高い装着精度が要求される小型部品の実装状態の検査と、印刷状態の不良による接合不良が部品実装後は確認ができないチップサイズパッケージ（CSP）などの印刷状態を同時に検査でき、もっとも効果的にプリント基板の品質不良の原因を検出することが可能である。さらにデータ構造を共通化してシーケンシャルに検査データを解読しながら、部品とはんだの検査を対象に応じて自動切換えで検査を行うことで、一度の動作で検査が可能で、部品の検査とはんだの検査を二回にわけて行う必要がなく、検査にかかる時間が短縮できる。
【００２９】
また、一般にCSPやQFP、あるいは極小部品以外のはんだ印刷は不良発生の確率が著しく低下するため、はんだ印刷状態の検査の効果が低いが、あらかじめプリント基板上にテスト用の印刷パターンを設け、この印刷パターンを常時検査することで印刷機の状態変化を早期に知ることが出来る。以上のように本発明の構成によれば、実装における品質維持をもっとも効果的に実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査機の構成による部品実装ラインと従来の部品実装ライン例とを示した図である。
【図２】図１における検査機８の外観図である。
【図３】図１における検査機８の制御構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図３におけるカラー画像処理ボード１６に含まれる画像転送構成部を示す機能ブロック図である。
【図５】図１における検査機８の検査対象であるプリント基板の一部を示す概略図である。
【図６】図１における検査機８が用いる検査データ例とその配置図を示す図である。
【図７】図１における検査機８が行う検査実行時の処理動作を示すフローチャートである。
【図８】図１における検査機８が行う部品検査の概略図である。
【図９】図１における検査機８が行うはんだ検査の概略図である。
【図１０】図１における検査機８が行う部品検査項目の例を示す概略図である。
【図１１】図１における検査機８が行うはんだ検査項目の例を示す概略図である。
【図１２】図１における検査機８が用いるはんだ検査用テストパターンを示す概略図である。
【図１３】従来の画像検査装置における機能構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１…外観検査機
２…リフロー
３…多機能機
４…部品検査機
５…チップマウンタ
６…はんだ検査機
７…印刷機
８…検査機
９…シグナルタワー
１０…カラーラインセンサカメラ
１１…モニタ
１２…搬送部
１３…操作盤
１４…受電盤
１５…コントローラ
１６…カラー画像処理ボード
１７…ＣＰＵボード
１８…ＰＬＣ／ＮＣボード
１９…Ｃ−ＰＣＩバス
２０…メモリ
２１…ＨＤＤ
２２…メモリＡ
２３…メモリＢ
２４…部品
２５…はんだ
２６…検査データ
２７…ランド
２８…テストパターン
２９…マーク
３０…プリント基板
３１…メモリボード
３２…マンマシンインターフェイス
３３…モニタテレビ
３４…キーボード
３５…入出力装置
３６…照明器具
３７…モータ
３８…エンコーダ
３９…リニアスケール
４０…リニアスケールカウント回路
４１…取込メモリアドレス発生回路
４２…切り出しメモリアドレス発生回路
４３…画像処理タイミング発生回路
４４…取込メモリ
４５…切り出しメモリ
４６…画像処理回路
４７…検査処理回路

Claims

基板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって得られた撮像画像を処理して前記基板上に実装された部品の実装状態を検査する部品検査手段と、前記撮像画像を処理して前記基板上に印刷もしくは塗布されたはんだを検査するはんだ検査手段とを備える実装検査装置と、
チップ部品を実装する第１実装機と、
チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する第２実装機と、から構成され、
前記第１実装機と前記第２実装機との間に前記実装検査装置が配置され、
前記はんだ検査手段は、前記第２実装機が前記チップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する前記基板上の領域において、前記はんだの面積に基づいて異物の有無を検査する機能を有する手段であることを特徴とする、実装検査システム。
基板上の第１実装領域にチップ部品を実装する第１実装工程と、前記第１実装工程後に前記基板を検査する検査工程と、前記検査工程後に前記基板上の第２実装領域にチップサイズパッケージまたはクワッドフラットパッケージを実装する第２実装工程とを有し、
前記検査工程は、前記第１実装領域では部品の実装状態を検査し、前記第２実装領域でははんだを検査する工程であり、
前記検査工程は、前記第１実装領域では部品の実装状態を検査し、前記第２実装領域でははんだを検査すると共に前記はんだの面積に基づいて異物の有無を検出する工程であることを特徴とする、実装検査方法。