(57)【要約】【課題】  従来プリント基板毎に特別注文により、設計されていた検査装置を用いていたのに対し、画像取り込み装置とデジタル画像処理ソフトウェアを用いて、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を搭載するクリームはんだ印刷の未はんだを容易に検査できる方法の提供がプリント基板製造現場から求められている。【解決手段】  デジタルカメラでクリームはんだの印刷状態範囲全体を撮影し、はんだすべき部位を残して他の場所をマスクし、かつ、所定面積以上の部位を選定して残すデジタル処理の後、２値化処理により得られるクリームはんだ印刷画像上のピクセル数から未はんだ部分の有無の判定を行う検査方法及びかかる方法を使用可能とする検査装置を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板のパッド上にクリームはんだを印刷した後に、クリームはんだ印刷面をデジタル画像撮影し、得られた光学的画像情報を以下に述べる（１）〜（４）のデジタル画像処理を行うことにより未はんだ部の画像のみを得、該未はんだ部の面積を基準と比較することにより未はんだを判定することを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出方法。
（１）  プリント基板の光学的画像情報とマスクとをOR処理し、はんだ指定部のみのOR画像を作成する処理。
（２）  （１）で作成されたOR画像と、基板を含めたOR画像のRGB三原色のヒストグラムから作成された色フィルタとの差分により得られた未はんだ部のみを表示する差分画像を作成する処理。
（３）  該差分画像をグレイスケール変換により白黒画像に変換する処理。
（４）  ２値化処理により、未はんだ部を黒表示する処理。
【請求項２】
請求項１において、（４）２値化処理の後にモフォロジカル処理を行うことを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出方法。
【請求項３】
プリント基板のパッド上に印刷されたクリームはんだの印刷状態を、光学的画像情報として入手するデジタル撮影手段、かかる光学的画像情報をデジタル画像処理する画像演算処理手段、印刷の不良を判定する判定部および演算処理結果に基づいての良・不良信号を発生する制御装置を備えたクリームはんだ印刷の不良検出装置であって、上記の画像演算処理手段が以下の(５)から（８）に記載の機能を備えることを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出装置。
（５）  プリント基板の光学的画像情報とデジタル画像処理により作成されたデジタルマスクとのOR処理によるフィルタリング機能。
（６）  （５）で作成されたOR画像と、基板を含めたOR画像のRGB三原色のヒストグラムから作成された色フィルタとの差分を行い、未はんだ部のみを表示する機能。
（７）  該未はんだ部をグレイスケール変換により白黒画像に変換する機能。
（８）  ２値化処理により未はんだ部を黒表示する機能。
【請求項４】
請求項３において、（５）〜（８）の機能に加えてモフォロジカル機能を備えることを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板上の縦横に一定間隔で配置されたパッド上に印刷されるクリームはんだ印刷の不良検査方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールグリッドアレイ（Ball Grid Array、以下BGAという）は多ピンのICを表面実装できるパッケージであり，多ピン化してもバンプピッチの間隔は比較的広く設計される。プリント基板への実装はパッケージの下部に面配置しているはんだバンプと基板上に縦、横に多数配置されたパッド上のクリームはんだとを接合することにより容易に行うことができる。ＢＧＡは超小型ＬＳＩ部品として電気・電子機器の分野におけるダウンサイジングを支えるための重要な実装技術である。したがって近年携帯電話やデジタル家電などの多種多様な電気・電子機器に使用され、急速に普及している。
【０００３】
プリント基板にＢＧＡを実装する技術において、基板のパッド上にクリームはんだを印刷する工程は品質保証、歩留まりや修理における経済面から非常に重要である。ＢＧＡを実装したプリント基板に不良が発生した場合には通常基板ごと交換されるため、その修理は高額となる。この不良の発生要因のなかでもＢＧＡを基板に接合するために必要な基板にクリームはんだを印刷する際に発生する不良が最も大きいといわれている。
【０００４】
このプリント基板におけるクリームはんだの印刷状態を検査する方法としては、印刷されたクリームはんだ上にＢＧＡを載せてリフローしてＢＧＡが付着した後にＸ線を用いる方法、超音波、熱画像、磁気などを用いる方法などが提案されている。
なかでもＸ線を用いる方法は、ＢＧＡに対する単純透過画像による非破壊検査であり、非接触で分解能が良く、検査速度も比較的早く、さらに焦点が５μｍ程度の小焦点で断層画像なども検出できることから、最も良く普及している。しかし、このＸ線による検査方法は、ＢＧＡが非常に小さな物体であり（ピッチ: 約1.00〜1.27mm）、クリームはんだの正常部分と異常部分とでＸ線の吸収差がほとんど出ないために、正常部分と異常部分との識別が困難であり、にじみ、未はんだ、かすれ、内部空白などの異常部分を発見できない場合がある。またＸ線による方法を用いる装置は、大型で高価である。このようなことからＸ線を用いる検査方法は比較的小型のＢＧＡ実装プリント基板向けや比較的生産規模が小さい生産ラインへの応用には適合し難い点がある。
【０００５】
このような事情からクリームはんだ後の印刷状態を簡便、迅速に、かつ精度良く検査する方法およびかかる方法を実現する小型で経済的な汎用検査装置が必要とされており、いろいろな提案がなされている。例えば特許文献１には、プリント基板上の銅箔からなる電極上に形成されたクリームはんだを斜め上方から波長６００ｎｍ以下の光を照射し、プリント基板からの反射光を上方のカメラに入射させて明暗画像を入手し、この明暗画像をもとに予め定めた基準判定式に照らしてクリームはんだの塗布面積の良否を決定する方法が開示されている。
【０００６】
この方法は、はんだレベラーなどのはんだコーティングの有無に拘わらず、電極上のクリームはんだ一個一個の２次元面積の良否判定を行うものであり、縦横に多数のしかも微小なパッドが配列されたＢＧＡを搭載してはんだ付けするためのクリームはんだ印刷の未はんだを検査するものではない。
【０００７】
また、特許文献２や非特許文献1には、クリームはんだの横方向に設置された少なくとも相対向する２方向から交互に切換え光照射可能な照明手段を介してクリームはんだを光照射し、該クリームはんだよりの反射光をカメラで撮影し、前記少なくとも２つの明暗画像の差分を行ってその輝度値からクリームはんだにおける側面傾斜部分を求めて、側面傾斜部分の値とあらかじめ設定した良否判定の基準値との比較を行い、クリームはんだの形状の良否判定を行うようにしたクリームはんだの外観検査方法が記載されている。
【０００８】
この特許文献２や非特許文献１のものは、クリームはんだ形状から正常に塗布されているか否かを検査するものであり、ＢＧＡを搭載してはんだ付けするためのクリームはんだ印刷がされていない未はんだを検査するものではない。
【０００９】
さらに、特許文献３には、プリント基板に形成されたシルク印刷の無はんだ部分の略横方向に配置された照明手段を介して少なくとも相対向する２方向から無はんだ部分に交互に光を照射し、前記無はんだ部分よりの反射光を上方に配置したカメラで撮影し、前記少なくとも２つの明暗画像の差分を行って無はんだ部分を画像中から除去することを特徴とするプリント基板における無はんだ部分の除去方法が開示されている。
【００１０】
この特許文献のものは、検査部位の近傍にシルク印刷、配線パターン、ベアパッド等のはんだが乗っていない部分、すなわち無はんだ部分が存在した場合に、クリームはんだ部分の撮影画像中にはんだ部分と同様な反射を生じる無はんだ部分を除去することを目的として、この２つの明暗画像の差分を行って無はんだ部分を画像中から除去するものである。この目的とするところは、無はんだ部分に対して少なくとも２方向からクリームはんだに交互に光を照射して反射光をカメラで撮影し、前記少なくとも２つの明暗画像の差分を行って無はんだ部分を除去し、クリームはんだの形状検査を無はんだ部分の存在に関係なしに行うことである。したがって、ＢＧＡをはんだ付けするためのクリームはんだ印刷がされていない無はんだを検査するものではない。
【特許文献１】特開平５−２９６７４６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５７６号公報
【特許文献３】特開２００２−１５８４３７号公報
【非特許文献１】村越貴行、エレクトロニクス実装技術, Vol.16, No.12,80-84頁, 2    000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は未はんだ部と他部との色調の相違に着目して、上記課題を解決するためになされたものであり、計測対象範囲をデジタル撮影して得られる光学的画像情報をデジタル画像処理及び演算処理することにより、計測対象範囲にある一個の未はんだ部を簡単、迅速、かつ精度よく検出する検査方法を提供することを目的とする。また本発明は上記の検査方法に基づく多品種少量生産ラインに好適なクリームはんだの印刷の不良検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下に述べる手段により上記の課題を解決する。
【００１３】
本発明は、プリント基板のパッド上にクリームはんだを印刷した後に、クリームはんだ印刷面をデジタル画像撮影し、得られた光学的画像情報を以下に述べる（１）〜（４）のデジタル画像処理を行うことにより未はんだ部の画像のみを得、該未はんだ部の面積を基準と比較することにより未はんだを判定することを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出方法を提供する。
（１）プリント基板の光学的画像情報とデジタルマスクとをOR処理し、はんだ指定部のみのOR画像を作成する処理。
（２）（１）で作成されたOR画像と、基板を含めたOR画像のRGB三原色のヒストグラムから作成されたデジタル色フィルタとの差分により得られた未はんだ部のみを表示する差分画像を作成する処理。
（３）該差分画像をグレイスケール変換により白黒画像に変換する処理。
（４）２値化処理により、未はんだ部を黒表示する処理。
【００１４】
また本発明は、プリント基板のパッド上に印刷されたクリームはんだの印刷状態を、光学的画像情報として入手するデジタル撮影手段、かかる光学的画像情報をデジタル画像処理する画像演算処理手段、印刷の不良を判定する判定部および演算処理結果に基づいての良・不良信号を発生する制御装置を備えたクリームはんだ印刷の不良検出装置であって、上記の画像演算処理手段が以下の(５)から（８）に記載の機能を備えることを特徴とするクリームはんだ印刷の不良検出装置を提供する。
（５）プリント基板の光学的画像情報とデジタル画像処理により作成されたデジタルマスクとのOR処理によるフィルタリング機能。
（６）（５）で作成されたOR画像と、基板を含めたOR画像のRGB三原色のヒストグラムから作成されたデジタル色フィルタとの差分を行い、未はんだ部のみを表示する機能。
（７）該未はんだ部をグレイスケール変換により白黒画像に変換する機能。
（８）２値化処理により未はんだ部を黒表示する機能。
【００１５】
上記の（５）〜（８）の機能は画像演算処理手段を具体化する画像演算処理装置のコンピュータに予め組み込まれるソフト技術として、及び/又はコンピュータに使用時にセットされるソフト技術として提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来技術のように個々のクリームはんだの形状に着目することなしに、複数個のクリームはんだ部位を含む計測対象画像範囲内に一つでも未はんだがあれば識別して不良と判定し、不良信号を発生して不良プリント基板を取り除くことができる。従って、製造ラインで最も要求されているオンラインでの未はんだ検出を簡便、迅速、正確に、かつ安価に行うことができる検査方法および検査装置を提供することが可能となる。また、不良品を製造ラインの川下に流すことを防ぎ製造コストを下げることができる。さらに、市場に出荷された後のクレーム対策を少なくすることが可能になるため、プリント基板の信頼性向上を図ることができる。またかかる方法を採用することにより、Ｘ線検査装置のようにクリームはんだ量を検出するための３次元解析などの多機能を備えた、大がかりで高価な装置ではなく、未はんだ検査に焦点を絞った、多品種少量生産ラインに好適な安価な検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明になるクリームはんだの印刷不良状態は以下のような方法で検査される。図１に検査装置の概略図を示す。クリームはんだ印刷機８で印刷されて送られてくるベルトコンベア９上のクリームはんだ印刷基板１を上方からのリング照明装置２で照明し、ベルトコンベア上方に設置されたデジタルカメラ３で計測対象のクリームはんだすべき部位（以下はんだ指定部ということもある。）を含む基板全体を撮影する。撮影範囲は制御装置４によりカメラの平面位置（Ｘ、Ｙ方向）、クリームはんだ印刷基板からの距離（Ｚ方向）を制御することにより行う。撮影された画像はコンピュータファイルに取り込まれ、演算処理装置５に送られる。ここでこの撮影画像とマスクとを重ね合わせてOR処理をする。このマスクははんだ指定部のみに黒い穴をあけた白いマスクであり、コンピュータ上で作成されたマスクである。このOR処理によりはんだ指定部以外は白色に統一される。従ってOR処理により得られた画像は、はんだ部は銀色、未はんだ部は金色、その他は白色を呈する。
【００１８】
このOR処理画像の色の相異に着目して、RGB三原色によるヒストグラムを作成する。このとき各色の輝度値は２５６のレベル（０〜２５５）で数値化される。求めたヒストグラムよりRGB三原色が未はんだ部の最大値となる色フィルタを作成する。この結果未はんだ部の輝度はゼロとなる。この色フィルタと上記OR処理画像を画像差分演算すると金色の未はんだ部以外は全て黒となる。
【００１９】
上記の処理により黒の背景の中に未はんだ部のみの金色の画像が得られる。この差分画像をグレイスケール変換により白黒画像とする。引き続いて一定のしきい値を設けて各未はんだ部位の濃度を２値化処理し、未はんだ部は黒に、その他は白となす。この黒領域の面積をピクセル数により算定して基準値より小さい面積であればはんだ不良と判定する。クリームはんだの印刷状態を検査し、処理結果に基づいて良・不良信号を発生し、不良品７はベルトコンベアから除外する。良品６は次工程１０に送られてクリームはんだが印刷されたパッド上にＩＣパッケージを搭載した後、リフロー工程でＢＧＡを基板に接着する。
【００２０】
また必要に応じてモフォロジカル処理を行い、２値化処理により得られた画像内の明るいオブジェクトを収縮させ、暗いオブジェクトを膨張させることにより、必要な部分のみを残すことにより、判定精度をより一層高めることができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
以下、図２に示されるフローチャートにそって、予めクリームはんだ付着不良を含むＢＧＡプリント基板の場合について本発明の不良品を識別する方法、その原理及び装置について詳細に説明する。
【００２３】
（撮影・画像処理）
デジタルカメラ３（Ｆuji：ＦiｎeＰix４９００Ｚ）を用いて予め不良を含むクリームはんだ印刷基板１を撮影する。クリームはんだ基板表面からカメラまでの距離は１０ｃｍであり、この中間にリング照明装置２を取り付けており、基板表面の明るさは３９０ルックスである。図３には印刷すべきクリームはんだの総数が３２４個（縦１８×横１８）であるプリント基板を示しているが、ここでは便宜上計測対象領域として画面中央部に、本発明の検出対象となるクリームはんだ印刷不良である１個の未はんだ部を有する総数４個（縦２×横２）のクリームはんだ指定部を選ぶ。得られた撮影画像をデジタル画像処理することにより、プリント基板上のはんだを印刷する部分のみが残るように画像を作成する。このデジタル画像処理は画像解析ソフト（Image-Pro Plus）を用いて行う。本発明でいうデジタル画像処理は、a．マスク処理、b．色フィルタ画像作成、c．画像差分、d．グレイスケール処理、e．2値化処理、f．未はんだ部抽出、g．画質改善処理（モフォロジカル処理）による画質改善処理からなる。なおaからｇの処理は画像演算処理装置５において行われる。演算処理の内容を図４によって説明する。
【００２４】
（マスク処理）
はんだ指定部のみを黒く、それ以外の部分を白い画像としてマスク作成し（図４．２）、それを実際のクリームはんだ画像（図４．１）と重ね合わせてOR処理することにより背景画像を除去し、はんだ部と未はんだ部であるパッド（Pads）部分のみを残す画像を作成することができる。OR処理とは、論理和演算のことである。この処理を行うとどちらか一方のオペランドが「1」であるビット数が、演算結果で「1」となる。
【００２５】
（色フィルタ画像作成）
マスク処理により抽出した印刷すべき部位であるはんだ指定部画像（図４．３）から金メッキパッドのままの未はんだ部を抽出するための色フィルタ画像（図４．４）を作成する。色フィルタ画像は検査対象基板画像に基づいて作成する。検査対象プリント基板の各部位、すなわちはんだ部、未はんだ部及びその他の基板部のRGB三原色ヒストグラムに着目する。表１に各部分のRGB三原色ヒストグラムの最大値と最小値を示す。
【表１】
2008112882.tif 000002
【００２６】
各色の輝度値は２５６のレベル（０〜２５５）で数値化されている。未はんだ部をはんだ部と比較すると、赤成分は多いが、青成分がきわめて少なく、緑成分もやや少ないことから、これら三原色成分を合成することにより、金色フィルタ画像を三原色輝度値から合成できることがわかる。色フィルタ画像の三原色成分としては各部位の中でヒストグラムの最大値がもっとも小さい値、すなわち赤２５０、青１８４、緑２３４を選んだ。ヒストグラムより求めた色フィルタのRGB三原色輝度値は表２に示されている。マスク処理によって検査対象画像からはんだ印刷部位のみを抽出した画像（図４．３）と輝度値より作成した色フィルタ画像（図４．４）との画像差分を行うことによって、未はんだ部の輝度値はゼロとすることができる。
【表２】
2008112882.tif 000003
【００２７】
マスク処理によって基板部分の背景画像情報を消去し、はんだ指定部を抽出した画像と上記手法によって作成した色フィルタ画像との画像差分によって、未はんだ部位を検出する（図４．５）。
【００２８】
（グレイスケール処理）
画像差分処理により得られた未はんだ部のカラー画像をグレイスケール処理し、画像を８ビットの階調をもつ白黒画像にする（図４．６）。この処理をすることにより、次に示す２値化処理を簡便にすることができる。
【００２９】
（２値化処理）
ある適当なしきい値を設け、各画素の濃度を１または０に変換する処理を２値化処理という。画像の２値化は、その結果としての対象の情報を圧縮し、その後の処理の単純化を図ることができることから実用化価値が高い。この処理により画質改善処理を簡便に行うことができる。未はんだ部の周辺には多少の黒部分が残るので（図４．７）、これを除去するために画質改善処理をする。なお、この周辺部の黒い画像は撮影時のカメラの位置、光照射の角度等により発生すると考えられるので、基本的には装置の設定条件により解消することが可能である。
【００３０】
（画質改善処理）
画質改善処理としてモフォロジカル処理を行う。この処理は、２値化処理により得られた２値画像（図４．７）をエロード（Erode（収縮））またはダイレート（Dilate（膨張））させることにより必要な部分のみを残す画像を得ることができる。なお、エロードとは「画像内の明るいオブジェクトを収縮させ、暗いオブジェクトを膨張させる処理」をいい、ダイレートとは「画像内の明るいオブジェクトを膨張させ、暗いオブジェクトを収縮させる処理」をいう。この処理はオブジェクトを逆にすることも可能である。本実施の態様では全ての画像に対してエロードのモフォロジカル処理を行う。
【００３１】
（未はんだ部の面積測定）
画質改善を行った画像の一部分の周辺には金メッキパッドの一部が残ったり、照明による陰などにより、はんだが印刷された部位の画像の一部には２値化後に黒の部分が多少含まれるため、未はんだ検出精度をあげるために未はんだ部とクリームはんだ印刷部のおのおの面積を測定する。面積は、その部位の画素数（ピクセル数）で示す。上記のデジタル画像処理を行った未はんだ部（未はんだ画像上の黒い部分）とクリームはんだ部のピクセル数を画像解析ソフト（Image-Pro Plus）を用いて求める。面積測定結果の一例を表３に示す。検査対象である４つの各部位の面積はピクセル数で示されている。各部位の基準面積はマスクのピクセル数（１３７１）を用いた。表３のNo. ２（図４．３の右上）が未はんだ部位であり、NO.１（図４．３の左上），No.3（図４．３の左下），No.4（図４．３の右下）は、クリームはんだが正常に印刷された部位である。各部位の面積を標準面積と比較すると、未はんだ部が１００％であるに対して、クリームはんだ部が正常に印刷された部位の面積は２５％以下となる。この測定結果に示されるように、２５％以下を良品と判定レベルに選ぶことにより、未はんだ部を高精度で検出することができる。
【表３】
2008112882.tif 000004
【００３２】
ただし、今回の実験ではデジタルカメラによる撮影は１方法のみ行い、デジタル画像処理過程中で用いたマスクは手作業で作成した。標準円は目視で真円に近いものを選別したことから、真円の大きさは用いたマスクの黒い部分とほぼ等しい。
【００３３】
本発明の一実施態様において、１回の検査対象内にある未はんだを検出することができた。
カメラの分解能、照明条件などを変更することにより、図３に示される検査対象内において、１回の検査で撮影できる総はんだ数を増加すれば、検査時間の短縮が可能になり、本発明の有効性をより一層示すことができる。
【００３４】
以上、デジタルカメラによるプリント基板撮影後、デジタル画像処理することによりＢＧＡクリームはんだ印刷の未はんだの欠陥を簡便、迅速、正確に検査する本発明の光学的方法について詳述した。その結果、未はんだ部が１箇所以上あることを正確に検出には、計測対象とする総はんだ数をどのように設定するかの関係が明確とされ、本発明になるデジタル撮影によるＢＧＡクリームはんだ印刷の不良検査の方法が実施可能であり、極めて有用であることが確立された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、個々のクリームはんだの形状に着目することなしに、一定の計測領域内にある任意数のクリームはんだを対象とする画像のデジタル画像処理によって、対象画像内に一つでも未はんだがあれば識別して不良と判定することができる、極めて簡便、迅速、かつ正確なプリント基板のクリームはんだ検査方法およびかかる検査方法を採用する低価格の一般汎用装置を提供することを可能とする。従って、プリント基板製造ラインに用いられてプリント基板の信頼性向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るクリームはんだ印刷検査装置の一使用形態を示す概念図
【図２】本発明に係るはんだ付着状態の検査における処理手順のフローチャート図
【図３】クリームはんだ印刷後の状態を示すプリント基板の図
【図４】本発明の一実施態様における測定領域の一例と演算処理を示す図、        図４．１は測定領域となる基板の画像、図４．２はマスクを示す図、        図４．３はOR処理後の画像を示す図、        図４．４は色フィルタを示す図、        図４．５は差分後の画像を示す図、        図４．６はグレイスケール変換後の画像を示す図、        図４．７は２値化処理後の画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      はんだ印刷基板
２      リング照明装置
３      デジタルカメラ
４      制御装置
５      演算処理装置
６      良品
７      不良品
８      印刷機
９      ベルトコンベア
１０    次工程
【図１】
2008112882.tif 000005
【図２】
2008112882.tif 000006
【図３】
2008112882.tif 000007
【図４】
2008112882.tif 000008