(57)【要約】【課題】従来の画像検査方法では検査不可能なはんだ付けの検査を可能とする、画像式とレーザー式を併用した電子部品のはんだ接合部検査方法を提供することを課題とする。【解決手段】レーザーではんだ接合部を加熱し、前記はんだ接合部における熱容量から前記はんだ接合部の良否判定を行なう。前記熱容量値からの前記はんだ接合部の良否判定は、計測された前記熱容量値と良品サンプルの基準熱容量値の許容範囲との比較により行なわれ、前記熱容量値は、被加熱部からの放射パワーの測定値から演算される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーではんだ接合部を加熱し、前記はんだ接合部における熱容量値から前記はんだ接合部の良否判定を行なうことを特徴とする電子部品のはんだ接合部検査方法。
【請求項２】
前記熱容量値からの前記はんだ接合部の良否判定は、計測された前記熱容量値と良品サンプルの基準熱容量値の許容範囲との比較により行なわれる請求項１に記載の電子部品のはんだ接合部検査方法。
【請求項３】
前記熱容量値は、被加熱部からの放射パワーの測定値から演算される請求項１又は２に記載の電子部品のはんだ接合部検査方法。
【請求項４】
前記レーザーによるはんだ接合部の加熱は、被加熱部からの放射パワーが設定値に達するまで行なうことにより、レーザー加熱時の吸収率の影響を排除することを特徴とする請求項１に記載の電子部品のはんだ接合部検査方法。
【請求項５】
前記レーザーによるはんだ接合部の加熱中に測定する放射パワー変移から放射率の補正係数を求め、前記放射率補正係数で、自然減熱時の放射パワー測定値を補正することを特徴とする請求項３に記載の電子部品のはんだ接合部検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のはんだ接合部検査方法、より詳細には、電気回路基板のはんだ付け等による接合箇所の接合状態を熱容量により検査する電子部品のはんだ接合部検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能小型化に伴い、電子部品の小型化と高密度実装が進み、それに伴い信頼性の高い高度なはんだ付けが要求されている。電子部品の接合部、例えば電気回路基板のはんだ付け部の欠陥としては、ブリッジ、端子浮き、はんだ濡れ不足（はんだ不足）等を挙げることができる。
【０００３】
ブリッジは、はんだ量過多、はんだペースト印刷ズレ・にじみ、部品端子曲がり、パッド・レジストの寸法違い・精度不足等による、隣接パッド、部品端子間にはんだが付着する不良であり（図１０参照）、端子浮きは、部品端子の変形、はんだ厚不整合、搭載機の押圧不整合、部品の規格不良による端子の浮きによりはんだ未接続が生じる不良であり（図１１参照）、はんだ濡れ不足（はんだ不足）は、部品端子の変形、はんだ厚不整合、搭載機の押圧不整合、部品の規格不良等による、パッドと端子間のはんだ未溶着不良である（図１２参照）。
【０００４】
これらのはんだ付け部の欠陥の検査方法として種々の方法が提唱されているが、国内外で商品化されている検査装置としては、はんだ量を外観から評価してはんだ付けの良否判定を行なうものが一般的で、これには大別して画像処理方式とＸ線方式とがある。
【０００５】
画像処理方式は、ＲＧＢ三原色のＬＥＤ光源の高さを変えて照射する照明によるはんだ接合部表面の画像により、あるいは、赤色ＬＥＤ光源照射によるはんだ接合部表面の画像により、あるいは、通常の白色光源照射によるはんだ接合部表面の画像により、それぞれはんだ接合部の状態の良否判断を行なうものである。
【０００６】
この画像処理方式によるはんだ接合部検査方法の場合は、自動検査機能は充実しているが、当然のことながら画像として見える部分の検査しかできないため、はんだ濡れ不足による微妙なはんだ未溶着等の検査は不可能である。
【０００７】
画像処理方式に次いで広く使用されているＸ線式はんだ接合部検査方法には、大別すると、三次元式と垂直透過式とがある。このうち三次元式の電子部品のはんだ接合部検査方法は、Ｘ線の透過角度を変えたり、Ｘ線強度を変えたりすることにより、三次元イメージを画像化するものであるが、この装置は非常に高価で、はんだ接合部の検査用としてよりも観察手段としての利用が主流である。但し、この装置の場合は、ＢＧＡパッケージ（表面実装型パッケージの一種で、プリント配線基盤の裏面に球型のはんだをアレイ状に並べてリードの代わりにするもので、画像による上部からの観察は不可能である。）のはんだ接合部の透過映像を観察することができるという優位性がある。
【０００８】
垂直透過式の電子部品のはんだ接合部検査方法は、Ｘ線を垂直に透過して画像化するもので、三次元式よりも低価格であるが、やはり自動検査用よりも観察手段用用途のものが多い。この場合も、ＢＧＡパッケージのはんだ接合部の透過映像を観察することができるという利点がある。
【０００９】
このＸ線方式はんだ接合部検査方法は、透過画像を見ることはできるが、透過画像は画像が複雑で、自動検査よりは、はんだ接合部の観察装置としての用途に向いており、その用途に使用されることが多い。
【００１０】
更に、一部研究試作段階の技術ではあるが、レーザー方式のはんだ接合部検査方法がある。これは、画像式で見ることが不可能なはんだ付け状態の検査ができる方法で、温度比較式と温度分布式に大別できる。
【００１１】
温度比較式の電子部品のはんだ接合部検査方法は、レーザーではんだ接合部を加熱し、その時のはんだ接合部の温度を比較してはんだ付け状態の良否評価を行なおうとするものであり、また、温度分布式の電子部品のはんだ接合部検査方法は、レーザーではんだ接合部を加熱し、その時のはんだ接合部の温度分布を評価してはんだ付け状態の良否評価を行なおうとするものである。
【００１２】
これらのレーザー方式はんだ接合部検査方法は、画像方式の欠点をカバーすることが可能なものではあるが、はんだ接合部の表面状態に起因するレーザー吸収率の影響や温度測定時の赤外線放射率の影響などのために光学的な難易度が高いものとなるところ、これらの影響を回避するための対策が講じられるに至っていないため、この方法は実用化されるに至っていない。
【００１３】
このように、画像処理方式は検査能力が不十分で、Ｘ線方式は高コストで自動検査機能が不十分であり、更に、レーザー方式は光学的難易度が高く、製品化に至らないという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開平５−０５２７８５号公報
【特許文献２】特開平５−１７２７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、上記画像式の外観検査装置やＸ線式の検査装置は、あくまで実装検査の自動化を目的とするものであって、はんだ接合部の検査装置としては、検査機能や検査信頼性、更にはコスト面等の全てが満足なものとはなり得ておらず、検査信頼性の高いはんだ接合部の自動検査装置が要望されているところである。
【００１６】
本発明はかかる要望に応えるためになされたもので、従来の画像検査方法では検査不可能であったはんだ付け状態の良否検査を可能とする、画像式とレーザー式を併用した電子部品のはんだ接合部検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、レーザーではんだ接合部を加熱し、前記はんだ接合部における熱容量値から前記はんだ接合部の良否判定を行なうことを特徴とする電子部品の接合部検査方法を提唱する。
【００１８】
前記熱容量値からの前記はんだ接合部の良否判定は、計測された前記熱容量値と良品サンプルの基準熱容量値の許容範囲との比較により行なわれる。
【００１９】
好ましくは、前記熱容量値は、被加熱部からの放射パワーの測定値から演算され、前記レーザーによるはんだ接合部の加熱は、被加熱部からの放射パワーが設定値に達するまで行なうことにより、レーザー加熱時の吸収率の影響を排除する。
【００２０】
また、好ましくは、前記レーザーによるはんだ接合部の加熱中に測定する放射パワー変移から放射率の補正係数を求め、前記放射率補正係数で、自然減熱時の放射パワー測定値を補正する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法は上記のとおりであって、カメラ画像で見えない部品端子とパッド間のはんだ濡れ不足等によるはんだ未溶着を、レーザー式との併用で検査すると共に、レーザー加熱時の吸収率の影響や赤外線パワー測定時の放射率の影響を無視できる方法を採用することにより、はんだ接合部の表面状態の影響を受けることなく高精度の検査が可能であり、はんだ接合部の検査信頼性の大幅な向上に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法は、レーザーではんだ接合部を加熱し、その部分の熱容量値からそのはんだ接合部の良否判定を行なうことを特徴とする。そこにおける熱容量を示す値は、下記のように、はんだ付け部加熱後の減熱温度の変移状態を加味して求め、これを基準良品の熱容量を示す値と比較する。
Ｃ＝ｍｃ＝ΔＱ／ΔＴ
（Ｃ；熱容量、ｍ；質量、ｃ；比熱、ΔＱ；熱量、ΔＴ；温度変化）
【００２３】
この方法を実施するためには、はんだ付け部に対する熱の供給手段と温度測定手段とが必要となる。また、一箇所当りの検査速度向上のために、熱容量の測定は短時間の内に行なう必要がある。そこで本発明においては、熱の供給手段として、非接触で高速にパワー可変とオンオフ制御を行なうことができる半導体レーザーを用いることとしている。
【００２４】
しかるに、この半導体レーザーの場合は、被照射部の吸収率の影響が大きいという欠点がある。即ち、レーザーの吸収率は、はんだ表面状態が平坦だと小さく、粗いと大きくなり、その吸収率ははんだ表面状態によって左右されることになる。この欠点を解消するため、本発明においては、後に詳述するように、レーザー加熱点より放射される赤外線放射パワーを測定することにより加熱温度（表面温度）の均一化を図り、以て、吸収率の変動によって招来される加熱温度誤差を小さくすることとしている。但し、その場合においても、赤外線放射パワー測定時の放射率の影響は避けられず、その影響で実際の加熱温度は放射率（放射率＝吸収率）に反比例して低くなる（図７参照）。
【００２５】
また、温度の測定手段としては赤外線センサを用い、これで赤外線放射パワーを測定することとしている。この赤外線センサの場合は、非接触で高速に放射パワー（温度と相関）の測定ができるという利点がある。
【００２６】
しかるに、この赤外線センサの場合は、放射率の影響を大きく受けるという欠点がある。即ち、放射率は、吸収率と同様に、はんだ表面状態が平坦だと小さく、粗いと大きくなる。この欠点を解消するため、本発明においては、後に詳述するように、減熱時の放射率を補正して温度測定の精度を上げることとしている。
【００２７】
次いで、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面に依拠して説明する。図１乃至図３は、本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法を実施するための装置の構成を示しており、それは、高画素ＣＣＤカメラ４、テレセントリックレンズ５、及び赤色無影ＬＥＤ照明６で構成される画像検査光学系１（図１参照）と、加熱用レーザー７、赤外線センサ８、及び赤外線透過フィルタ９で構成される放射パワー計測光学系２（図２参照）と、画像検査光学系１及び照射パワー計測光学系２を制御する制御コンピュータ１０、Ｘ−Ｙステージ１１、及び半導体レーザー制御電源１２で構成される検査制御系３（図３参照）から成る。
【００２８】
先ず、画像検査光学系１による検査について説明する。回路基板の多くは緑色の表面銅箔保護膜が印刷されているので、赤色の光を照射することにより、はんだ接合部と非はんだ付け部（基板絶縁基材部やグリーンマスク印刷部）のコントラストが向上する。
【００２９】
そこで、画像検査光学系１においては、赤色無影ＬＥＤ光源６を照射することによって、はんだ接合部と非はんだ付け部のコントラストを上げた反射光量の分布を、基準良品の反射光量分布と比較することにより、はんだ付け状態の良否判定をすることとする。そこにおける検査アルゴリズムは、登録された部品情報と部品搭載位置情報を基に、はんだ接合領域の画素濃度分布解析情報と、登録された基準品の画素濃度分布解析情報とを比較し、その許容範囲情報で最終的な良否判定を行なうというものである。
【００３０】
検査制御系３の制御コンピュータ１０は、少なくともディスプレイ、キーボード、マウス等の周辺機器を備える。Ｘ−Ｙステージ１１は、駆動アンプ１３と位置センサ１４を含めて構成され、被検査基板が、Ｘ−Ｙステージ１１上に配置される。
【００３１】
上記画像検査だけで発見できないはんだ接合不良を検査するための、本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法を、図４乃至図９を参照して説明する。本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法では、極小径に集光されたレーザーではんだ接合部を加熱し、その後の赤外線放射パワーを赤外線センサで計測し、その熱容量を比較してはんだ接合部の良否判定を行なうものである。
【００３２】
この方法によれば、画像検査光学系１だけでは検査不可能な、部品端子とパッド間のはんだ濡れ不足やはんだ不足等の検査が可能となる。また本発明に係る方法は、従来のレーザー式の検査装置と異なり、はんだ接合部の表面状態によって起こる赤外線放射パワー測定の測定誤差を補正することができるという特徴を有する。
【００３３】
本発明に係る検査方法を、図４に示すフローチャートに従って説明する。該方法においてはレーザー照射開始後、規定の赤外線放射パワーが測定されるに至るまで、レーザー照射が継続され（図４のＳ１０１〜Ｓ１０３）、規定値に達するとレーザー照射は停止される（Ｓ１０４）。このレーザーによる加熱は、熱容量の測定用熱源確保のために行なわれるものである。ここで、吸収率をα、レーザーパワーをＰ、熱伝導率をＫ、スポット径をｄとすると、連続的にレーザーが照射されたときのはんだ接合部の表面温度Ｔｃは、近似的に、ＴＣ＝２αＰ／πＫｄ
（安永暢男著「レーザーが変える加工技術」海文堂出版株式会社  第４０頁参照）となる。
【００３４】
上記式から明らかなように、はんだ接合部のレーザー加熱時の表面温度は吸収率が支配的、即ち、上記式中π、Ｋは定数、Ｐ、ｄは任意の規定値のため、表面状態（ラフ、平滑等）の違いによる吸収率に大きく影響され、吸収率が増加するに伴って倍速的に温度が高くなる。例えば、図６のグラフに示すように、実線で示す標準品サンプルの放射パワーの時間変移を基準値とすると、それよりも放射パワー変移の小さい場合には吸収率が小さく、逆に、放射パワー変移の大きい場合には吸収率が大きいということである。
【００３５】
しかし、図７のグラフに示すように、規定の放射パワー値になったときにレーザー照射を止めると、理論上は、標準品サンプルと表面温度が同じになるはずが、実際には、吸収率の違いにより、照射停止時の表面温度に誤差が生じている。この、はんだ接合部の加熱温度（表面温度）誤差は、以下の式からも分かるように、はんだの表面状態に起因する放射率の影響による測定誤差のみとなる。
Ｗ＝σＴ４ε＝σＴＣ４ε
（σ＝ステファン・ボルツマン定数、Ｔ＝絶対温度、ε＝放射率、ＴＣ＝レーザー照射点の表面温度）
【００３６】
そこで、レーザー照射停止後、放射率の補正演算をする（Ｓ１０５）。先に述べたように、赤外線放射パワー測定は、材質や表面状態等で変動する放射率の影響を大きく受けるため、放射率の補正を行なうことが測定精度を向上させる上で重要である。例えば、放射パワー減衰の時間変移を示す図８のグラフに示されるように、実線で示す標準良品サンプルの放射パワーの時間変移を基準値とすると、それよりも放射率が大きい場合にはパワー減衰に時間がかかり、逆に、放射率が小さい場合には、減衰に時間がかからないということになる。
【００３７】
本発明に係る電子部品のはんだ接合部検査方法では、この補正演算に、加熱時に測定されたはんだ接合部の赤外線放射パワー（Ｗ＝σＴ４）を微分することにより求められる、放射率の補正係数を用いる。
【００３８】
放射率の補正係数で補正されたはんだ接合部の放射パワーＷを、微小時間間隔で数回測定し（Ｓ１０６）、測定された放射パワーを微分することで、はんだ接合部の熱容量値（Ｃ＝ΔＱ／ΔＴ）を演算したことになる（Ｓ１０７）。
【００３９】
演算により求められたはんだ接合部の熱容量値を基準良品の熱容量値と比較することにより、はんだ接合状態の良否を判定する（Ｓ１０８）。例えば、図９に示すグラフにおいて、実線で示す標準良品サンプルの放射パワーの時間変移を基準値とすると、それよりも熱容量が大きい場合には、はんだ溶着量過多か、はんだブリッジ不良で、逆に、熱容量が小さい場合には、はんだ溶着不足かはんだ濡れ不足による不良であると判定する。
【００４０】
このような本発明に係る電子部品の接合部検査方法によった場合は、画像検査光学系１と放射パワー計測光学系２を併用して検査するので、特に、ブリッジ、端子浮き、及びはんだ濡れ不足・はんだ不足等の従来の検査方法では発見し難かったはんだ不良について、精度の高い検査結果を得ることができる。
【００４１】
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る検査制御系を示す図である。
【図２】本発明に係る画像検査光学系を示す図である。
【図３】本発明に係る放射パワー計測光学系を示す図である。
【図４】本発明に係る検査フローチャートである。
【図５】レーザー加熱と赤外線放射パワー測定を説明するための図である。
【図６】レーザー加熱点の放射パワーの時間変移を示すグラフである。
【図７】レーザー加熱点の表面温度の時間変移を示すグラフである。
【図８】減熱時の赤外線放射パワーの時間変移を示すグラフである。
【図９】放射率の影響を補正された減熱時の放射パワーの時間変移を示すグラフである。
【図１０】ブリッジの不良を説明するための図である。
【図１１】端子浮きの不良を説明するための図である。
【図１２】はんだ濡れ不足・はんだ不足の不良を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 画像検査光学系
２ 放射パワー計測光学系
３ 検査制御系
４ 高画素ＣＣＤカメラ
５ テレセントリックレンズ
６ 赤色無影ＬＥＤ照明
７ 加熱用レーザー
８ 赤外線センサ
９ 赤外線透過フィルタ
１０ 制御コンピュータ
１１ Ｘ−Ｙステージ
１２ 半導体レーザー制御電源
１３ 駆動アンプ
１４ 位置センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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