(57)【要約】【課題】例えばＸ線画像を使用して基板検査を行う際、Ｘ線画像では半田と部品の区別がつかない部品など、Ｘ線画像と光学画像とを検査対象に応じて組み合わせて検査することで最適な検査を行う基板検査装置、基板検査方法を提案することを目的とする。【解決手段】Ｘ線源１から、部品を実装する被検査対象物５へ照射されたＸ線の透過Ｘ線画像を撮像するＸ線撮像部３と、この被検査対象物５を撮像する可視光撮像部２とを備え、Ｘ線画像及び光学画像によりこの被検査対象物５の検査を行う基板検査装置において、このＸ線撮像部３で得られるＸ線画像及びこの可視光撮像部２で得られる光学画像を、合成する画像処理手段１３を備えるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から、部品を実装する被検査対象物へ照射されたＸ線の透過Ｘ線画像を撮像するＸ線撮像部と、前記被検査対象物を撮像する可視光撮像部とを備え、Ｘ線画像及び光学画像により前記被検査対象物の検査を行う基板検査装置において、
前記Ｘ線撮像部で得られるＸ線画像及び前記可視光撮像部で得られる光学画像を合成する画像処理手段を備える
ことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板検査装置において、
前記画像処理手段は、前記Ｘ線画像のＸ線透過率に応じた輝度分布により、前記部品の半田の有無及び半田形状を算出する
ことを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の基板検査装置において、
前記画像処理手段は、前記Ｘ線画像の輝度分布より半田部立体図を作成する
ことを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の基板検査装置において、
前記被検査対象物に実装される部品に応じて、前記Ｘ線画像、または前記光学画像、または前記Ｘ線画像及び前記光学画像の合成画像、による検査を選択する選択手段を備える
ことを特徴とする基板検査方法。
【請求項５】
Ｘ線源から、部品を実装する被検査対象物へ照射されたＸ線の透過Ｘ線画像を撮像するＸ線撮像部と、前記被検査対象物を撮像する可視光撮像部とを備え、Ｘ線画像及び光学画像により前記被検査対象物の検査を行う基板検査方法において、
前記Ｘ線撮像部で得られるＸ線画像と前記可視光撮像部で得られる光学画像を合成する
ことを特徴とする基板検査方法。
【請求項６】
請求項５記載の基板検査方法において、
前記Ｘ線画像のＸ線透過率に応じた輝度分布により、前記部品の半田の有無及び半田形状を算出する
ことを特徴とする基板検査方法。
【請求項７】
請求項６記載の基板検査方法において、
さらに、前記Ｘ線画像の輝度分布より半田部立体図作成する
ことを特徴とする基板検査方法。
【請求項８】
請求項５記載の基板検査方法において、
前記被検査対象物に実装される部品に応じて、前記Ｘ線画像、または前記光学画像、または前記Ｘ線画像及び前記光学画像の合成画像、による検査を選択する
ことを特徴とする基板検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ等の部品が実装されるプリント基板の検査に適用して好適な、基板検査装置、基板検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線を利用したＸ線基板検査装置は、例えば、高密度基板実装に使用されるＩＣパッケージのＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）内部の半田状態の検査等の目的に使用されている。実装基板の検査はそれだけでは完結せず、実装する部品チップの部品極性や位置ずれ、品種違いは可視光を利用しての光学画像による光学基板検査装置で行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９５２４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学画像では見にくい半田フィレットを全てＸ線で見ようとすると、部品と半田の区別がつかず、検査できないものも存在するという問題があった。また、光学基板検査装置とＸ線基板検査装置を、二台シリーズに配置すると、コスト・スペースに大変不利であった。
【０００５】
斯かる点に鑑み、本発明は、例えばＸ線画像を使用して基板検査を行う際、Ｘ線画像では半田と部品の区別がつかない部品など、Ｘ線画像と光学画像とを検査対象に応じて組み合わせて検査することで最適な検査を行う基板検査装置、基板検査方法を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板検査装置は、Ｘ線源から、部品を実装する被検査対象物へ照射されたＸ線の透過Ｘ線画像を撮像するＸ線撮像部と、この被検査対象物を撮像する可視光撮像部とを備え、Ｘ線画像及び光学画像によりこの被検査対象物の検査を行う基板検査装置において、このＸ線撮像部で得られるＸ線画像及びこの可視光撮像部で得られる光学画像を合成する画像処理手段を備えるものである。
【０００７】
斯かる本発明によれば、光学画像及びＸ線画像を組み合わせ加工し、加工された合成画像により、例えば、Ｘ線画像では半田か部品か区別のつかない部品の半田または部品の判別を行う。
【０００８】
また、本発明は、画像処理手段が、Ｘ線画像のＸ線透過率に応じた輝度分布により、部品の半田の有無及び半田形状を算出するものである。
【０００９】
本発明によれば、Ｘ線照射によって、基板上の広範囲にわたる輝度分布を一回に得て、、この輝度分布により算出される半田状態により半田付けの良否を判定する。
【００１０】
また、本発明は、画像処理手段が、Ｘ線画像の輝度分布より半田部立体図を作成するものである。
【００１１】
本発明によれば、上述の輝度分布による半田状態に、半田部立体図を加えて視覚的に半田状態を確認できる。
【００１２】
また、本発明は、被検査対象物に実装される部品に応じて、Ｘ線画像、または光学画像、またはＸ線画像及び光学画像の組み合わせ、による検査を選択する選択手段を備えるものである。
【００１３】
本発明によれば、選択手段が、基板に実装される部品の種類に応じて、それぞれＸ線画像、光学画像、合成画像、またはこれらの組み合わせによる最適な検査を選択する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１１を参照して、本発明の基板検査装置の一実施の形態の例、及び、この例に適用される基板検査方法について説明する。
【００１５】
図１は本例の基板検査装置の概略機器構成図である。１は被検査対象物の画像データを収集し、データ処理装置へと供給するデータ収集装置を示す。Ｘ線が出射されるＸ線源６を、ＩＣチップ等の部品が搭載される検査対象基板（以下、単に基板と称する。）５下方に配置する。検査対象基板５上方には、光学撮像部としての光学ＣＣＤカメラ２及びＸ線撮像部としてのＸ線受光ＣＣＤカメラ３を配置する。光学ＣＣＤカメラ２及びＸ線受光ＣＣＤカメラ３は、例えば機構部４を備え、自動的にまたは利用者の操作により、紙面と垂直方向の平面上を移動し、位置決めが行われるとする。あるいは、基板５を紙面と垂直方向の平面上を移動可能な図示しないＸＹステージ上に載置し、ＸＹステージを動かして基板５の位置決めを行うようにしてもよい。また、Ｘ線源６に機構部を設けて移動可能としてもよい。
【００１６】
Ｘ線を利用する装置はもれ放射線を防ぐために密閉したケース内に収められるため、ケース内は真っ暗であるので、可視光線を得る手段として通常照明が必要であるが、ここでは記載を省略している。
【００１７】
１０はデータ処理装置を示し、データ収集装置１で撮像されて送られた画像データの処理や加工、データの解析、操作手段としてのＧＵＩを介してＸ線源１の照射Ｘ線の制御や、機構部４等の制御、あるいは基板５に実装される部品の種類に応じて適切な検査方法を選択するなどの制御を行う。このデータ処理装置１０は、パーソナルコンピュータ等種々のものが考えられる。
【００１８】
１１はデータ収集装置の制御・演算を司るＣＰＵ、１２はＣＰＵ１１の制御プログラム等を格納したＲＯＭ及びワークエリアとして機能するＲＡＭよりなるメインメモリ、１３は光学ＣＣＤカメラ２及びＸ線受光ＣＣＤカメラ３から送信される画像データを処理、加工する画像処理手段としての画像ボード、１４は装置に必要な入出力を行うためのＩ／Ｏボード、１５は機構部４などの位置決めを制御するモータボードである。また、１６は、例えばＬＣＤなどの表示手段と、キーボードやマウス、あるいはタッチパネル等の操作手段とから構成されるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）である。これらのデバイスは、システムバス１７により接続されデータの送受信が行われる。なお、データ収集装置１の各機器からデータ処理装置１０の各ボードへの配線の表現は省略している。
【００１９】
上述構成の基板検査装置において、検査対象基板５のＸ線画像を得る場合、機構部４を制御して、Ｘ線源１、検査対象基板５、Ｘ線受光ＣＣＤカメラ３が一直線上になるよう配置する。そして、Ｘ線源６から基板５に対しＸ線を照射すると、Ｘ線は基板５を透過し、基板５の上方に設けられたＸ線受光ＣＣＤ３が透過Ｘ線を撮像する。そして、Ｘ線受光ＣＣＤカメラ３で撮像した画像データを画像ボード１３へ送信し、画像処理を行い、ＧＵＩ１６の表示画面にＸ線画像を表示する。
【００２０】
一方、検査対象基板５の光学画像を得る場合、機構部４を制御して、光学ＣＣＤカメラ２及び検査対象基板５が適切な位置関係になるよう配置する。そして、基板５を光学ＣＣＤカメラ２にて撮像し、光学ＣＣＤカメラ２が撮像した画像データを画像ボード１３へ送信し、画像処理を行い、ＧＵＩ１６の表示画面に光学画像を表示する。
【００２１】
画像ボード１３は、Ｘ線画像及び光学画像を合成する画像処理手段としても機能し、必要に応じてＣＰＵ１１からの指令により、メインメモリ１２等に保持されたＸ線画像及び光学画像を使用して、合成処理を行い、作成した合成画像をＧＵＩ１６の表示画面に表示させることができる。
【００２２】
以下に、上述のような基板検査装置を用いて、基板上に実装されたチップ部品の半田付け状態を検査するのに、半田形状検査による半田付け良否判定方法について説明する。
【００２３】
基板上のチップ部品、例えばチップ抵抗のＸ線画像を利用した半田形状検査について述べる。図２に、チップ部品が実装された基板の一部を撮像した光学画像の例を示す。図中、４つの部品があるように見えるが、両側がチップ部品あり、中央部はチップ部品が欠品している状態である。図３は、図２と同じ部位をＸ線により撮像したＸ線画像である。
【００２４】
図３のＸ線画像を基に、Ｘ線画像スレッシュ表示したものを、図４に示す。Ｘ線画像スレッシュ表示は、図２に示すＸ線画像の輝度分布を表し、具体的には、８ｂｉｔ、２５６階調の輝度表示を、１０階調毎に色分けして表示したものである。輝度の高い部分は、Ｘ線透過率の低いところ、つまり半田部分であってこの例では黄色または緑色で表示される。
【００２５】
例えば、桃色以上の色を半田がある部分として、半田がある部分の半田全体の重心位置（＋部）２０ａと、黄色以上の高輝度部の重心位置（＋部）２０ｂとのそれぞれの位置の差を計算することで、半田形状を検査することができる。重心位置の算出は、一例として、輝度分布から対象部分の面積を求めてその中心を算出することができ、例えば、画像処理ソフトウェアエンジンの関数を使用して求めることができる。また、Ｘ線画像の輝度分布から、チップ部品横の半田部断面の高さや半田のせり上がり具合がわかるので、半田フィレットの体積（半田量）を算出したりすることができる。
【００２６】
レーザ光を半田部に照射して、その反射レーザ光を測定することで、半田部の高さを測る方法が知られているが、この従来の方法は、極小面積のレーザスポット単位で半田部の高さを測定するため、時間がかかっていた。本例のＸ線の輝度分布を利用した方法では、Ｘ線を基板全体に照射して、各部品の半田高さ測定処理がまとめてできるので、効率がよく、測定時間が短くてすむといる利点がある。
【００２７】
図４のチップ部品の半田がある重心位置２０ａとこの部品上の対向する重心位置との距離をＡとし、高輝度部の重心位置２０ｂとこの部品上の対向する重心位置との距離をＢとするなどとして、各パッド内の最高点どうしの距離を測定することで部品の有無を検査することが可能である。例えば、正常な半田フィレットａ部は、最上点２０ｂが画像のより外側に存在するが、チップ浮きや欠品のあるｂ部では最上点２０ｂが中心、即ち重心２０ａ近くに存在する。
【００２８】
図５Ａは、図４のａ部のチップ部品の半田フィレット断面の模式図を示すものである。基板５上に載置されたチップ部品２１に対し、正常な半田フィレット２２が形成されている様子を表している。また、図５Ｂは、図４のｂ部のチップ部品の半田フィレット断面の模式図を示すものである。基板５上に載置されたチップ部品２１に対し、不良な半田付けがなされた半田フィレット２３が形成され、チップ部品２１が浮いてしまっている様子を表している。このように、半田付けの良否を、面積、体積だけでなく、半田形状によって行い、より正確な判断が可能になる。
【００２９】
図６は、あるチップ部品の半田部の立体図（３Ｄ図）である。Ｘ線画像の輝度の違いから半田部の断面の高さを検出し、メッシュ状に表示した立体図を作成して、図２〜図５に示す平面図を、この立体図によって、半田部の形状を視覚的に表現する。例えば、上述平面図によっては検査することが難しいような場合に、利用者のＧＵＩ１６を介した指示によりまたは自動的に、ＣＰＵ１１から指令を出して立体図を作成し、半田形状を利用者が視覚的にチェックするときにこの立体図を合わせて使用することで、容易に半田形状が確認できる。
【００３０】
次に、Ｘ線画像と光学画像との組み合わせによる半田検査について、チップ部品として、例えばチップコンデンサを例として説明する。図７のＸ線画像及び光学画像同じチップコンデンサを撮像したものである。このＸ線画像からわかるように、Ｘ線では、チップコンデンサのようにいわゆる黒ぬけ状態となって、半田と部品の区別がつかない部品が存在する。このような場合、Ｘ線画像では正確に半田部分の検査を行うことはできない。そこで、光学画像を利用し、画像ボード１３にてＸ線画像及び光学画像を組み合わせ、Ｘ線画像から部品相当部分を切り抜き演算した加工画像を作成することで、半田部の正確な位置を知ることができる。図中、囲い部２０は加工画像の半田部を表す。
【００３１】
図８は、図７に示した加工画像を、実際の検査に使用できるレベルまで処理したものである。図中、囲い部２０は半田部を示す。図７のものは、基礎的な処理（人間が見てわかりやすい）を示していたが、実際の検査では、最終的には画像データを２値化し、輝度レベルのＨｉ、Ｌｏの２種類しか存在させないようにする。そのため、Ｘ線で検出した半田及び部品を含む輝度から、光学で求めた部品の部分を消去してＸ線半田のみに処理する。
式にすると、
Ｘ線（部品・半田）−光学（部品）＝Ｘ線（半田）
と表される。
【００３２】
次に、チップ部品として、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）を検査する場合を例として説明する。図９は、基板に実装されたＢＧＡ及びその周辺部の光学画像を表している。ここでの検査項目として、位置ずれ、極性、品種違いをチェックする。位置ずれチェックでは、基準位置として基板に設けられている、いわゆるフィデンシャルマークを検出して、補正する。これらのチェックは、タンタルコンデンサや電解コンデンサ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の各種ＩＣなど、その他、種々の部品に適用される。
【００３３】
図１０はＢＧＡのＸ線画像を表し、半田の有り無しのチェック及び半田形状のチェックを行う。
【００３４】
図１１に、本例の基板検査装置による検査のフローチャートを示す。まず、検査対象基板またはその基板の検査部位の光学画像を撮像できるように光学ＣＣＤカメラ２を設定し、光学画像の取り込みを行い（ステップＳ１）、取り込んだ光学画像により、図９及び図１０を参照して述べた検査を行う（ステップＳ２）。ここでは、光学画像検査の対象になっている、例えばＢＧＡ等各種部品の部品有り無し、部品極性、位置ずれなどを検査して、良品・不良品の判別を行う（ステップＳ３）。検査の結果、ＮＧであれば、その基板上の該当する部品は不良品であると判定する。
【００３５】
ステップＳ３の判別処理において、検査の結果ＯＫであれば、次のＸ線画像検査のステップに移行する。検査対象基板またはその基板の検査部位のＸ線画像を撮像できるように、Ｘ線源６、Ｘ線受光ＣＣＤカメラ３を設定し、Ｘ線画像の取り込みを行い（ステップＳ４）、取り込んだＸ線画像により、図４〜図６及び図１０を参照して述べた検査を行う（ステップＳ５）。ここでは、Ｘ線画像検査の対象になっている、例えばＢＧＡ内半田量及び半田形状、一般部品半田量などを検査して、良品・不良品の判別を行う（ステップＳ６）。検査の結果、ＮＧであれば、その基板上の該当する部品は不良品であると判定する。
【００３６】
ステップＳ６の判別処理において、検査の結果ＯＫであれば、次にＸ線画像と光学画像との加工処理に移行する。検査対象基板の上述光学画像及びＸ線画像を、例えばメインメモリ１２等の保存部から読み出し、図７に示したように互いの画像を組み合わせて画像を加工する（ステップＳ７）。そして、得られた加工画像により、図７及び図８を参照して述べた検査を行う（ステップＳ８）。ここでは、Ｘ線画像及び光学画像の加工画像の検査対象になっている、例えばコンデンサやその他部品の半田量を検査して、良品・不良品の判別を行う（ステップＳ９）。検査の結果、ＮＧであれば、その基板上の該当する部品は不良品であると判定する。
【００３７】
ステップＳ７の判別処理において、検査の結果ＯＫであれば、検査した基板は良品として、基板検査を終了する。
【００３８】
この、検査フローチャートは、同一装置内にＸ線系と光学系の検査手段を備えることで、選択手段としてのＣＰＵ１１が、基板に実装される部品の種類に応じて、それぞれＸ線画像及び光学画像の最適な方、または加工画像による検査方法を選択しながら、効率よく検査を行うことができる。例えば、部品によっては、ステップＳ１〜ステップＳ３の光学画像検査を行った後、Ｘ線画像検査が必要ないとなれば、ステップＳ７にスキップしてＸ線画像・光学画像の加工画像による検査を行う。あるいは、光学画像検査及びＸ線画像検査では検査できず、加工画像による検査を必要とする部品であれば、ステップＳ７の加工画像による検査から始めるなど、種々の組み合わせによる検査フローが考えられる。
【００３９】
上述のＣＰＵ１１の選択は、例えば、予めメインメモリ１２に完成品として実装される部品が登録されており、その登録内容に従って検査方法を選択する。または、最初に光学画像を取り込み、その光学画像から、どのような部品が実装されているかを判断して、検査方法を選択するようにすることも考えられる。
【００４０】
以上述べたように、本例によれば、部品実装基板検査において、Ｘ線画像検査と光学画像検査とを組み合わせることで、従来難しいとされた部品の検査が可能になる。
【００４１】
また、本例の基板検査装置により、Ｘ線検査装置と光学検査装置を単純にシリーズに配置するよりも、両画像を加工することで、これら検査装置の２台分以上に相当するような効果が得られる。つまり、検査には、部品の有り無し、部品極性、位置ずれ等を光学画像による光学検査装置で行うものと、また、半田フィレットやＢＧＡ内半田等をＸ線画像によるＸ線検査装置で行うものがある。２台をシリーズに配置すれば、双方の機能をそのまま加算して２台分の機能となる。しかし、半田フィレットを確認する場合、部品と半田の区別がつかないものが存在し、これは上述のそれぞれの検査装置単独では検査できない。今回の基板検査装置で、光学画像及びＸ線画像のそれぞれの画像を組み合わせ加工することで、検査することが実現可能となる。
【００４２】
尚、本発明は、上述実施の形態の例に限らず、その他、Ｘ線源から検査対象基板に対し照射するＸ線と、照明などからの光が検査対象基板にて反射された光とが同一軸上にあるような場合にも適用することができる。
【００４３】
また、本発明は上述した実施の形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
斯かる本発明によれば、光学画像及びＸ線画像を組み合わせ加工し、その加工された合成画像により、例えば、Ｘ線画像では半田か部品か区別のつかない部品でも、半田または部品の判別を行うことができ、従来困難であった部品の検査が実現可能となる効果がある。
【００４５】
また、半田付けの良否を、面積・体積だけでなく、Ｘ線照射によって基板上の広範囲にわたる輝度分布を一回に得て、この輝度分布により算出される半田形状など半田状態により行い、半田付けの良否をより正確に判定することができる効果がある。
【００４６】
また、Ｘ線画像の輝度分布により半田部立体図を作成することで、輝度分布により算出した半田状態に、この半田部立体図を加え、視覚的に半田状態を確認でき、半田付けのより正確な良否判定を行うことができる効果がある。
【００４７】
また、基板に実装される部品の種類に応じて、それぞれＸ線画像、光学画像、合成画像、またはそれらの組み合わせによる最適な検査が選択されるので、効率よく検査を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板検査装置の一実施の形態の例を示す機器構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態の例の説明に供する光学画像である。
【図３】本発明の一実施の形態の例の説明に供するＸ線画像である。
【図４】本発明の一実施の形態の例の説明に供するＸ線画像スレッシュ表示である。
【図５】本発明の一実施の形態の例の説明に供する半田フィレットの例を示す線図である。
【図６】本発明の一実施の形態の例の説明に供するＸ線画像３Ｄ図である。
【図７】本発明の一実施の形態の例の説明に供する加工画像である。
【図８】本発明の一実施の形態の例の説明に供する他の加工画像である。
【図９】本発明の一実施の形態の例の説明に供するＢＧＡ光学画像である。
【図１０】本発明の一実施の形態の例の説明に供するＢＧＡＸ線画像である。
【図１１】本発明の基板検査方法の説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
１…データ収集装置、２…光学カメラ、３…Ｘ線カメラ、４…機構部、５…検査対象基板、６…Ｘ線源、１０…データ処理装置、１１…ＣＰＵ、１２…メインメモリ、１３…画像ボード、１４…Ｉ／Ｏボード、１５…モータボード、１６…ＧＵＩ、１７…システムバス、２０…半田部分、２０ａ…半田部分重心位置、２０ｂ…高輝度部重心位置、２１…部品チップ、２２、２３…半田フィレット
【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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