(57)【要約】【課題】微小はんだ領域と通常サイズのはんだ箇所とが混在するクリームはんだ印刷基板に対して、高分解能３次元検査と基板全面のはんだ箇所３次元検査とを実用的な検査時間において実現する。【解決手段】基板に対してそれぞれ斜め姿勢の高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと、基板を直上方向から照明する第３色相光光源と、高分解能撮像用カメラよりも低い位置にあってカメラと同じ方向からクリームはんだを照明する第１色相光光源と、基板全面撮像用カメラよりも低い位置にあってカメラと同じ方向からクリームはんだを照明する第２色相光源によって照明装置を構成し、微小はんだ領域についてはスキャン撮像による高分解能３次元検査を、又その他の通常サイズはんだ箇所については基板全面のスキャン撮像による３次元検査をすることによって、検査時間が実用的な範囲に収まるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリームはんだ印刷品質の検査を、微小はんだ領域の高分解能検査と基板全面検査に大別して行う検査装置であって、
高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラとを備え、高分解能用１次元カラーイメージセンサカメラは、基板の微小はんだ領域を斜めに見下ろして３次元撮像し、基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラは、基板全面を斜めに見下ろして３次元撮像する撮像手段と、
基板上のクリームはんだを上方から照明する第３色相光光源と、高分解能撮像用カメラよりも低い位置にあってそのカメラと同じ方向からクリームはんだの側方を照明する第１色相光光源と、基板全面撮像用カメラよりも低い位置にあってそのカメラと同じ方向からクリームはんだの側方を照明する第２色相光源とを備えた照明手段と、
基板を載置して移動するＸＹテーブルと、
基板上の微小はんだ領域を高分解能撮像用カメラの撮像範囲に移動してその領域をスキャン撮像する微小はんだ領域画像獲得ステップの動作と、基板全面撮像用カメラが基板全面をスキャン撮像する全面画像獲得ステップの動作とを統合的に制御する制御手段と、
基準基板の微小はんだ領域画像と全面画像とをそれぞれ保存する保存手段と、
保存した基準基板の微小はんだ領域画像と検体基板の同一領域画像との間で差分画像処理を行い、更に保存した基準基板の全面画像と検体基板の全面画像との間でも差分画像処理を行う画像処理手段と、
微小はんだ領域画像の差分画像処理と全面画像の差分画像処理において、それぞれの設定閾値を超える差分のある画素を異同画素として検出する検出手段と、
検出された微小はんだ領域と基板全面の異同画素から、それぞれのクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う判定手段と、
微小はんだ領域検査の結果と基板全面検査の結果とを統合して報告する報告手段と
より成る検査装置。
【請求項２】
前記高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラ及び基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラは、それぞれ専用のテレセントリックレンズを備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス工場等において、イメージセンサカメラによりクリームはんだ印刷基板を３次元撮像して外観検査を行う検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のプリント基板への部品組みつけ工法はほぼ表面実装方式になり、素基板にクリームはんだを謄写版式に印刷塗布し、その上に部品を自動マウントし、クリームはんだをリフロー炉で加熱溶融して、基板への部品のはんだ付を完了する。この方式における部品実装不良は、クリームはんだ印刷工程、部品マウント工程、はんだ溶融工程で発生し得るので、それぞれの工程において品質を検査・確認する必要性が一般的に認識されるようになった。
中でもクリームはんだ印刷工程における印刷不良は、重篤なはんだ付不良の原因になるため、検査装置によるはんだ印刷品質の自動検査が必須になってきている。従来のこの種検査装置は、大別、２次元検出方式と３次元計測方式とがあり、前者は基板に対して垂直方向から撮った平面画像で印刷の平面方向の不良を検出する。また後者は３次元計測により、印刷はんだの高さ計測を行う。
３次元計測法は、はんだに斜め方向からレーザ光を投射して高さによる反射スポットの位置変化量から算出する方法や、既知のパタンを持つ構造光を投光して、その変形分から算出する方法などが開示されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−０９７６３１
【特許文献２】特開２００５−３３７９４３
【特許文献３】特開２００８−１５７７４９
【０００３】
一方、本出願人は、先に傾斜カメラと角度と色相の異なる２種の光源を備えたクリームはんだ３次元検査技術を考案し、出願している。この技術は、基板に対して斜め撮像角度の１次元カラーイメージセンサが、第１色相光光源がほぼ真上から照明し、かつ第２色相光光源が撮像角度よりも浅い斜め角度で照明する基板を撮像して、第１色相光と第２色相光で二重照明されたクリームはんだ印刷基板の全面３次元画像を獲得し、基準基板画像と検体基板画像の差画像処理によって異常箇所を検出し、かつ異常箇所についてクリームはんだの３次元画像計測を行うものである（特許文献３参照）。
【０００４】
ところが近年、携帯電話のような電子製品の小型化・薄型化に伴って、集積回路部品も極めて小型化しており、ＣＳＰと呼ばれるチップ規模のパッケージ部品では、はんだ接合部の直径が１００マイクロメートル以下となるものが増加している。この部品も基板との接合にはクリームはんだを用いるため、微小なクリームはんだ印刷品質の外観検査を欠かすことができない。
しかしながら、そのために分解能５マイクロメートルの画像を獲得するようにすると、例えば３３０×２５０ミリメートル・スクエアの標準サイズ基板全面画像の画素数は３３億画素となり、実用的な検査時間内に画像処理できるレベルをはるかに超えてしまう。このことから、従来の検査法では、今後増大することが確実になっている、基板上の微小はんだを外観検査することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、クリームはんだ３次元検査装置において、直径１００マイクロメートル以下の微小はんだの３次元検査あるいは３次元計測をしようとすると、基板全面の他のはんだ付箇所の検査ができなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明になる検査装置は、高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラとを備え、高分解能用１次元カラーイメージセンサカメラは、基板の微小はんだ領域を斜めに見下ろして３次元撮像し、基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラは、基板全面を斜めに見下ろして３次元撮像する撮像手段と、基板上のクリームはんだを上方から照明する第３色相光光源と、高分解能撮像用カメラよりも低い位置にあってそのカメラと同じ方向からクリームはんだの側方を照明する第１色相光光源と、基板全面撮像用カメラよりも低い位置にあってそのカメラと同じ方向からクリームはんだの側方を照明する第２色相光源とを備えた照明手段と、基板を載置して移動するＸＹテーブルと、基板上の微小はんだ領域を高分解能撮像用カメラの撮像範囲に移動してその領域をスキャン撮像する微小はんだ領域画像獲得ステップの動作と、基板全面撮像用カメラが基板全面をスキャン撮像する全面画像獲得ステップの動作とを統合的に制御する制御手段と、基準基板の微小はんだ領域画像と全面画像とをそれぞれ保存する保存手段と、保存した基準基板の微小はんだ領域画像と検体基板の同一領域画像との間で差分画像処理を行い、更に保存した基準基板の全面画像と検体基板の全面画像との間でも差分画像処理を行う画像処理手段と、微小はんだ領域画像の差分画像処理と全面画像の差分画像処理において、それぞれの設定閾値を超える差分のある画素を異同画素として検出する検出手段と、検出された微小はんだ領域と基板全面の異同画素から、それぞれのクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う判定手段と、微小はんだ領域検査の結果と基板全面検査の結果とを統合して報告する報告手段とより成ることを主要な特徴とする。
また本発明になる検査装置の高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラ及び基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラは、それぞれ専用のテレセントリックレンズを備えることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の検査装置は、高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラが微小クリームはんだ領域を撮像して検査し、また基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラが基板全面のはんだを撮像して検査するので、微小はんだ領域を含む全はんだ箇所の自動検査を実用的な水準の検査処理時間で行うことができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
微小はんだ領域を含むクリームはんだ印刷基板の全はんだ箇所を自動検査するという目的を、高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラで微小はんだ領域を撮像検査し、基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラで基板全面のはんだ箇所を撮像検査することによって実現した。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明検査装置の第１実施例の全体構成図であって、基板１上にはクリームはんだ２が印刷され、基板１はＸＹテーブル３に水平姿勢で保持されている。
【００１０】
基板１の上方には、撮像装置として高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラ４−１と基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラ４−２、および照明装置として第１色相光源５−１と第２色相光源５−２と第３色相光源５−３が配置されている。
【００１１】
カメラ４−１は高倍率テレセントリックレンズを備え、第１色相光源５−１がカメラ４−１よりも低い位置で同じカメラ４−１と方向から基板を照明し、第３色相光源５−３が基板を直上方向から照明する。
【００１２】
カメラ４−２は基板全面用撮像用のテレセントリックレンズを備え、第２色相光源５−２がカメラ４−２よりも低い位置でカメラ４−２と同じ方向から基板を照明し、第３色相光源５−３が基板を直上方向から照明する。
【００１３】
図２（Ａ）の光学配置模式図に示すように、照明・撮像系の構成は、下記のようになっている：
第１色相光源５−１は、カメラ４−１よりも下方に設置され、第１色相光例えば赤色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を赤色に着色する。
第２色相光源５−２は、カメラ４−２よりも下方に設置され、第２色相光例えば緑色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を緑色に着色する。
第３色相光源５−３は、カメラ視野直上に設置され、第３色相光例えば青色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの上面を青色に着色する。
【００１４】
この幾何光学配置で、第１色相光源５−１と第３色相光源５−３の間に設置された斜め姿勢のカメラ４−１が基板をスキャン撮像すると、図２（Ｂ）の画像模式図に示すように、微小クリームはんだの３次元画像が得られ、はんだの上面は青色画像領域となり、また側面は赤色画像領域となる。
赤色領域の奥行き（図２（Ｂ）長方形領域の横幅に相当）は微小クリームはんだの側面画像の奥行きであるので、微小クリームはんだの高さに比例し、青色領域は微小クリームはんだの上面画像であるので、微小クリームはんだの面積に比例する。
【００１５】
又第２色相光源５−２と第３色相光源５−３の間に設置された斜め姿勢のカメラ４−２が基板をスキャン撮像すると、図２（Ｂ）の画像模式図に示すように、通常サイズのクリームはんだの３次元画像が得られ、はんだの上面は青色画像領域となり、また側面は緑色画像領域となる。
緑色領域の奥行き（図２（Ｂ）長方形領域の横幅に相当）はクリームはんだの側面画像の奥行きであるので、クリームはんだの高さに比例し、青色領域はクリームはんだの上面画像であるので、クリームはんだの面積に比例する。
【００１６】
以上の説明では、微小はんだ領域撮像用のカメラ４−１と基板全面撮像用のカメラ４−２が対向する構造を取り、第３光源を共通としている。しかしながら、カメラ４−１と４−２が、それぞれ専用の直上光源と側方光源とを備えてもよいことは勿論である。
【００１７】
クリームはんだのはみ出しやブリッジは、いずれのカメラの画像においても青色領域の広がり異常として検出される。
【００１８】
図１の全体構成図において、カメラ４−１と４−２は、制御装置６に接続され、制御装置６は、高分解能撮像ユニット７、基板全面撮像ユニット８、画像データ保存ユニット９、画像処理ユニット１０、はんだ良否判定ユニット１１、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１２を有し、各ユニット７乃至１２は、バス１７を通じてデータの交換を行う。
【００１９】
又、制御装置６には、教示データ等の入力を行う入力ユニット１３と、検査結果等を印字する出力ユニット１４と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１５と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１６が接続されている。
【００２０】
次に、図３（Ａ）のフロー図に従って、この実施例検査装置の教示ステップを説明する。まずクリームはんだが正しく印刷された基準基板１（図１）をテーブルに装填し（ＳＴ１）、基板のＩＤデータを教示し（ＳＴ２）、基板全面をカメラ４−２でスキャン撮像して画像データを保存する（ＳＴ３）。この画像において基板領域を教示する（ＳＴ４）。基板領域は、図４の基板模式図に示した分割用基板全面の領域である。
【００２１】
次に基板上の微小はんだ領域を教示する（ＳＴ５）。微小はんだ領域は、例えば図４の１０分割用基板においては、１〜１０の数字で示した１０個片に１個ずつＣＳＰ部品が搭載された場合、１基板あたり１０の微小はんだ領域が存在する。この領域ははんだサイズが直径１００マイクロメートル以下と微小であるため、例えば５マイクロメートルの分解能で撮像しなければ検査ができない。従ってこの実施例では、これらの１０領域を高分解能撮像するための領域として、教示している。教示後、微小はんだ領域をカメラ４−１でスキャン撮像して画像データを保存し（ＳＴ６）、基準基板をステージから除去する（ＳＴ７）。
【００２２】
以上の操作によって検査領域の教示が終了したので、次にテスト基板をステージに装填（ＳＴ８）し、まずカメラ４−２で基板全面をスキャン撮像した（ＳＴ９）後、保存していた基準基板全面画像との差画像処理を行い、その結果を見ながら差画像処理に適用する画像精度と検出感度を調整する（ＳＴ１０）。
【００２３】
次に、テスト基板の微小はんだ領域をカメラ４−１でスキャン撮像した（ＳＴ１１）後、保存していた基準基板微小はんだ領域画像との差画像処理を行い、その結果を見ながら差画像処理に適用する画像精度と検出感度を調整する（ＳＴ１２）。
【００２４】
教示ステップが完了したら、テスト基板を除去する（ＳＴ１３）。
【００２５】
次に、この実施例における自動検査の動作を、図３（Ｂ）のフロー図に沿って説明する。
まず、図１において検体基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ２１）、検体基板のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ２２）、制御装置６の指令で検体基板１を１次元移動し、基板全面撮像ユニット８の制御によってカメラ４−２で検体基板１の全面をスキャン撮像する（ＳＴ２３）。
【００２６】
次に画像処理ユニット１０が、保存した基準基板全面画像と検体基板全面画像の差画像処理を行い（ＳＴ２４）、検出された異同画素についてはんだ良否判定ユニット１１がはんだ品質を判定する（ＳＴ２５）。
【００２７】
次に、制御装置６の指令で検体基板１をＸＹ移動して微小はんだ領域に到達したら、高分解能撮像ユニット７の制御によって検体基板１を１次元移動してカメラ４−１で微小はんだ領域をスキャン撮像する（ＳＴ２６）。
【００２８】
次に画像処理ユニット１０が、保存した基準基板微小はんだ領域画像と検体基板微小はんだ領域画像の差画像処理を行い（ＳＴ２７）、検出された異同画素についてはんだ良否判定ユニット１１がはんだ品質を判定する（ＳＴ２８）。
図４の基板模式図に示すように、検体基板１に微小はんだ領域が複数個存在する場合は、検体基板１をＸＹ移動して各領域に到達し、上記撮像・差画像処理・良否判定の動作を繰返して行う。
【００２９】
基板の全面検査とすべての微小はんだ領域の検査が終了したら、その結果を統合して報告し（ＳＴ２９）、検体基板を除去する（ＳＴ３０）。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
基板に対してそれぞれ斜め姿勢の高分解能撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと基板全面撮像用１次元カラーイメージセンサカメラと、基板を直上方向から照明する第３色相光光源と、高分解能撮像用カメラよりも低い位置にあってカメラと同じ方向からクリームはんだを照明する第１色相光光源と、基板全面撮像用カメラよりも低い位置にあってカメラと同じ方向からクリームはんだを照明する第２色相光源によって照明装置を構成し、微小はんだ領域を高分解能検査した上、基板全面のその他のはんだ箇所をも全数検査する検査装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】検査装置の全体構成を示した説明図である。（実施例１）
【図２】検査装置における撮像の幾何光学配置と差画像処理を説明する図である。（実施例１）
【図３】検査装置における教示と自動検査の動作を示したフロー図である。（実施例１）
【図４】基板の微小はんだ領域とその他のはんだ箇所を示した説明図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００３２】
１    基板
２    クリームはんだ
４    １次元カラーイメージセンサカメラ
５    照明装置
６    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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