(57)【要約】【課題】  ピンスルー実装の半田印刷を伴うプリント回路板における半田の品質を検査する。【解決手段】  ピンスルー実装を行うプリント配線板αにおいて、半田印刷する印刷機２０、部品を実装するマウンタ４０、リフロー加熱するリフロー装置６０の各工程の間に上記要素の実施前後の重量を測定する第１の重量測定装置１０、第２の重量測定装置３０、第３の重量測定装置５０、第４の重量測定装置７０を設ける。各工程の測定値を利用して半田の重量を測定することで挿入部品を含む半田の品質管理を可能とする。【選択図】  図１
2007227624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスルーホールを有したプリント配線板の重量を測定する第１の測定手段と、
前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷手段と、
前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板の重量を測定する第２の測定手段と、
前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装手段と、
前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板の重量を測定する第３の測定手段と、
前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱手段と、  前記加熱手段によりリフロー加熱されたプリント配線板の重量を測定する第４の測定手段と、
前記第１乃至第４の測定手段により測定された測定値を内、少なくとも２つ以上を参照してプリント配線板上に印刷された半田の量を算出する算出手段
を具備することを特徴とする半田品質検査システム。
【請求項２】
前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷手段と、
前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装手段と、
前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱手段と、を備え、
前記印刷手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第１の測定手段と、
前記実装手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第２の測定手段と、
加熱実装手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第３の測定手段と、
前記第１乃至第３の測定手段により測定された測定値を内、少なくとも１つを参照してプリント配線板上に印刷された半田の量を算出する算出手段
を備えたことを特徴とする半田品質検査システム。
【請求項３】
少なくとも１つのスルーホールを有したプリント配線板の重量を測定する第１の測定ステップと、
前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷ステップと、
前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板の重量を測定する第２の測定ステップと、
前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装ステップと、
前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板の重量を測定する第３の測定ステップと、
前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱ステップと、
前記加熱ステップによりリフロー加熱されたプリント配線板の重量を測定する第４の測定ステップと
を具備することを特徴とする半田品質検査方法。
【請求項４】
前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷ステップと、
前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装ステップと、
前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱ステップと、
を備え、
前記印刷ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第１の測定ステップと、
前記実装ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第２の測定ステップと、
加熱実装ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第３の測定ステップとを備えたことを特徴とする半田品質検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田品質検査システムに係り、特にピンスルー実装を行う場合の半田品質検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）における半田印刷の検査には以下のようなものがある。例えば、２次元検査装置では、プリント配線板の鉛直上からカメラにより撮影し、その撮影されたプリント配線板の撮像より半田印刷面積を検査する手法がある。また、３次元検査装置では、さらにプリント配線板上の半田印刷の状態を半田の高さ、体積等といった観点から測定が可能である。
【０００３】
現状、半田印刷の検査の最終工程にはいわゆるリフロー加熱後に半田接合部の接合の有無や実装不良を検査することとなる。しかし、半田接合不良の多くは半田の量のばらつきに起因しており、これは半田の重量を正確に測定することで精度の良い検査が可能である。
【０００４】
特許文献１には半田印刷前と印刷後に重量計測を行って重力差である半田量を求め基準重量範囲と比較して良否を判断する提案がなされている。
【特許文献１】特開２００３−４２９２１（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年いわゆるピンスルー実装という技術が開発されている。これは、電極部分として棒状のピンの電極を有したいわゆる挿入部品において、このピンをプリント配線板のスルーホールに貫通させて、フロー半田ではなく、リフローにより加熱する形式のものである。即ち、フローや手付け用のスルーホール部品も半田印刷し、ＳＭＴで実装する（以後、ピンスルー実装）手法である。
【０００６】
しかし、上述した特許文献１の技術は表面実装部品における半田実装測定の開示であり、ピンスルー実装を考慮したものではない。即ち、表面実装部品の半田印刷は基板表面に印刷された半田印刷量を面積、高さおよび体積で測定するのみで問題ない。しかし、ピンスルー実装は、挿入部品をプリント配線上のスルーホール部分に貫通させる為、場合によりスルーホール部内に充填されていた半田の一部がたれ落ちて、落下してしまう場合がある。上記特許文献１の技術は挿入部品用半田印刷については考慮されておらず、ピンスルー実装の半田印刷で重要な部分の１つであるリフロー前後の半田重量の測定は考慮されていない。
【０００７】
ピンスルー実装においては、挿入部品については基板内部や裏面にまで半田が入り込むため、従来の検査装置ではその量を測定することができない。しかも印刷に使用する半田ペーストは経時変化が激しく、安定したピンスルー実装の品質確保には半田量の安定供給が必須である。
【０００８】
そこで、本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、ピンスルー実装の半田印刷を伴うプリント回路板における半田の品質を検査することを可能とする半田品質検査システム及び半田品質検査方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る半田品質検査システムは、少なくとも１つのスルーホールを有したプリント配線板の重量を測定する第１の測定手段と、前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷手段と、前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板の重量を測定する第２の測定手段と、前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装手段と、前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板の重量を測定する第３の測定手段と、前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱手段と、前記加熱手段によりリフロー加熱されたプリント配線板の重量を測定する第４の測定手段と、前記第１乃至第４の測定手段により測定された測定値を内、少なくとも２つ以上を参照してプリント配線板上に印刷された半田の量を算出する算出手段を具備することを特徴としてる。
【００１０】
また、本発明に係る他の半田品質検査システムは、前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷手段と、前記印刷手段により半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装手段と、前記実装手段により部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱手段とを備え、前記印刷手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第１の測定手段と、前記実装手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第２の測定手段と、加熱実装手段の実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第３の測定手段と、前記第１乃至第３の測定手段により測定された測定値を内、少なくとも１つを参照してプリント配線板上に印刷された半田の量を算出する算出手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る半田品質検査方法は、少なくとも１つのスルーホールを有したプリント配線板の重量を測定する第１の測定ステップと、前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷ステップと、前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板の重量を測定する第２の測定ステップと、前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装ステップと、前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板の重量を測定する第３の測定ステップと、前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップによりリフロー加熱されたプリント配線板の重量を測定する第４の測定ステップとを具備することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る半田品質検査方法は、前記プリント配線板の所定領域に半田を印刷する印刷ステップと、前記印刷ステップにより半田が印刷されたプリント配線板に少なくとも挿入部品を含む部品を実装する実装ステップと、前記実装ステップにより部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する加熱ステップとを備え、前記印刷ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第１の測定ステップと、前記実装ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第２の測定ステップと、加熱実装ステップの実施前及び実施後のプリント配線板の重量を測定する第３の測定ステップとを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
ピンスルー実装の半田印刷を伴うプリント回路板における半田の品質を検査することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る半田品質検査システムの実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態である半田品質検査システムのブロック図である。
【００１５】
この外観検査システム１は、第１の重量測定装置１０と、印刷機２０と、第２の重量測定装置３０と、マウンタ４０と、第３の重量測定装置５０と、リフロー装置６０と、第４の重量測定装置７０とを主たる構成する要素とする。ここで第１の重量測定装置１０と第２の重量測定装置３０とは接続されており、同様に第２の重量測定装置３０と第３の重量測定装置５０、第３の重量測定装置５０と第４の重量測定装置７０も夫々接続されている。
【００１６】
次に各要素の説明をする。
【００１７】
第１の重量測定装置１０は、少なくとも挿入部品のピンが挿入されるスルーホールを有したプリント配線板（プリント配線板α）の重量（Ｗ１）を測定し、このプリント配線板αを印刷機２０に引き渡す。また、測定した重量値を第２の重量測定装置３０に送信する。
【００１８】
印刷機２０は、ペースト状の半田をプリント配線板α上に載せ、たとえば半田印刷用マスクやスキージ等の治具を用いてプリント配線板α上の所望の位置に半田印刷を行い、このプリント配線板αを第２の重量測定装置３０に引き渡す。
【００１９】
第２の重量測定装置３０は、半田が印刷されたプリント配線板αの重量（Ｗ２）を測定し、このプリント配線板αをマウンタ４０に引き渡す。また、測定した重量値（Ｗ２）を第３の重量測定装置５０に送信する。更に、第１の重量測定装置１０からの測定値（Ｗ１）と第２の重量測定装置３０が測定した測定値（Ｗ２）とから実際にプリント配線板α上に印刷された半田の重量を算出する。算出方法は後述する。
【００２０】
マウンタ４０は、印刷機２０により半田が印刷されたプリント配線板α上の所望の位置に部品を実装してプリント回路板βとし、このプリント回路板βを第３の重量測定装置５０に引き渡す。ここで部品とは、挿入部品だけでなく、場合により表面実装部品を含んでいても良い。
【００２１】
第３の重量測定装置５０は、プリント回路板βの重量（Ｗ３）を測定し、このプリント回路板βをリフロー装置６０に引き渡す。また、測定した重量値（Ｗ３）を第４の重量測定装置７０に送信する。更に、第２の重量測定装置３０からの測定値（Ｗ２）と第３の重量測定装置５０が測定した測定値（Ｗ３）とを参照し実際にプリント回路板β上に印刷されている半田の重量を算出する。算出方法は後述する。
【００２２】
リフロー装置６０は、プリント回路板βを加熱し、半田接続を行う。そして、このプリント回路板βを第４の重量測定装置７０に引き渡す。
【００２３】
第４の重量測定装置７０は、リフロー加熱後のプリント回路板βの重量（Ｗ４）を測定し、その後の工程に引き渡す。また、第３の重量測定装置５０からの測定値（Ｗ３）と第４の重量測定装置７０が測定した測定値（Ｗ４）とを参照し実際にプリント回路板β上に残っている半田の重量を算出する。算出方法は後述する。尚、第４の重量測定装置７０が算出した半田重量を、印刷機２０にフィードバックさせるような構成にしても良い。この場合、印刷機２０は、第４の重量測定装置７０から得た半田量を考慮してプリント配線板αに印刷する半田量を制御することとなる。
【００２４】
次に本発明に係る半田品質検査システムの品質検査の流れを図１〜図３を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態である半田品質検査の流れを示すフローチャートである。図３は、図２の流れにおけるプリント配線板の変化の様子を示した図である。
【００２５】
この半田品質検査システムは、まず、第１の重量測定を行う（ステップＳ１０）。即ち、第１の重量測定装置１０が、図３（ａ）に示すような、少なくとも挿入部品のスルーホールを有したプリント配線板αの重量（Ｗ１）を測定する。第１の重量測定装置１０は、測定値であるＷ１を第２の重量測定装置３０に送信する。
【００２６】
次に、半田印刷を行う（ステップＳ２０）。即ち、印刷機２０は第１の重量測定装置１０から引き渡されたプリント配線板α上にペースト状の半田を載せ、半田印刷用マスクやスキージ等の治具を用いてプリント配線板α上に半田印刷を行い、図３（ｂ）のようなプリント配線板αとする。
【００２７】
次に、第２の重量測定を行う（ステップＳ３０）。即ち、第２の重量測定装置３０が、図３（ｂ）に示すプリント配線板αの重量（Ｗ２）を測定する。第２の重量測定装置３０は、測定値であるＷ２を第３の重量測定装置５０に送信する。
【００２８】
次に、第１の算出を行う（ステップＳ４０）。即ち、第２の重量測定装置３０は、第２の重量測定装置３０が測定した測定値（Ｗ２）から第１の重量測定装置１０が測定した測定値（Ｗ１）を差し引く算出を行う。このＷ２−Ｗ１の値は、実際にプリント配線板α上に印刷された半田の重量が算出されることとなる。
【００２９】
次に、部品を実装する（ステップＳ５０）。即ち、マウンタ４０は、印刷機２０により半田が印刷されたプリント配線板α上の所望の位置に部品を実装し、図３（ｃ）に示すようなプリント回路板βとする。尚、図３（ｃ）では、挿入部品を１つのみ示している。本システムは挿入部品が実装された場合における半田の品質検査を行うものである。従ってステップＳ５０では少なくとも１つの挿入部品が実装されていることが望ましい。その他は挿入部品が複数実装していても良いし、表面実装部品を実装していても良い。
【００３０】
次に、第３の重量測定を行う（ステップＳ６０）。即ち、第３の重量測定装置５０が、図３（ｃ）に示すプリント回路板βの重量（Ｗ３）を測定する。第３の重量測定装置５０は、測定値であるＷ３を第４の重量測定装置７０に送信する。
【００３１】
次に、第２の算出を行う（ステップＳ７０）。即ち、第３の重量測定装置５０は、第３の重量測定装置５０が測定した測定値（Ｗ３）から第２の重量測定装置３０が測定した測定値（Ｗ２）と搭載した部品の総重量（Ｂ１）を差し引く算出を行う。このＷ３−Ｗ２―Ｂ１の値は、部品実装によってもプリント回路板β上に残っている半田の重量が算出されることとなる。従って従来多用されてきたマウント後の検査装置による検査を割愛することも可能となる。
【００３２】
次に、リフロー加熱を行う（ステップＳ８０）。即ち、リフロー装置６０は、プリント回路板βを加熱し、半田接続を行い、図３（ｄ）のようなプリント回路板βとする。
【００３３】
次に、第４の重量測定を行う（ステップＳ９０）。即ち、第４の重量測定装置７０が、図３（ｄ）に示すプリント回路板βの重量（Ｗ４）を測定する。
【００３４】
次に、第３の算出を行う（ステップＳ１００）。即ち、第４の重量測定装置７０は、第３の重量測定装置５０が測定した測定値（Ｗ３）から第４の重量測定装置７０が測定した測定値（Ｗ４）を差し引く算出を行う。このＷ３−Ｗ４の値は、リフロー加熱によプリント配線板、半田、部品からガスやフラックス等が蒸発した後の半田の重量が算出されることとなる。ここで、Ｗ３−Ｗ４の値は新たな不具合を確認できる。即ち、この値で算出される半田の重量が、ガス等の蒸発では想定されないほどの大きな値を示す場合には半田の脱落、若しくは部品の落下などの品質の不具合であると判断できる。また、予め評価をして得たデータから蒸発分を補正する機能を有する構成とすれば更に精度を上げることが可能である。
【００３５】
次に、外観検査を行う（ステップＳ１１０）。この外観検査は目視で行っても良いし、所定の撮像カメラ等を用いて確認しても良い。また、外観検査装置自体を本半田品質検査システム１の中に組み込むような構成としても良い。尚、本ステップＳ１１０の実行は任意であり、上述したステップＳ１０〜Ｓ１００までの処理でも半田品質の管理は十分行えるが、更に精度を高めたい場合にはステップＳ１１０を行うことが望ましい。
【００３６】
図４は半田ペーストの重量測定の実験値、図５は半田ペーストの印刷高さを測定した実験値を示したものである。図４及び図５は、同じ形のプリント回路板上に同じ挿入部品を実装したプリント回路板を用意した。そしてこのプリント回路板を半田印刷スピードや印刷回数等の印刷条件を変化させて実験を行った場合の実験結果である。また、図５における印刷の高さとは、プリント配線板上のスルーホール部に充填された側の裏面（即ち、挿入部品のピンが突出する面）を基準としてた半田の高さ（図３（ｅ）におけるｈの高さ）を測定したものである。
【００３７】
図４、図５において、条件Ａは、スキージを所定速度で動作させてプリント配線板上の半田の印刷を２回行った場合。条件Ｂは、条件Ａと同じ速度で１回印刷を行った場合。条件Ｃは、条件Ａよりスキージの速度を速めて１回印刷を行った場合。条件Ｄは条件Ｃの印刷速度を更に速めて１回印刷した場合である。
【００３８】
図４、図５からわかる通り、半田の重量と挿入部品の部品実装面裏側に接続された半田の高さは、ほぼ対応していることがわかる。これにより、プリント配線板αの表面上の半田印刷量だけでなく、スルーホールに充填された半田量も把握できる。即ち、半田の重量を測定すれば挿入部品の裏面に半田が狙い通り付いているかを確認することができる。
【００３９】
従来、スルーホール部品における基板内部や裏面にまで半田が入り込むことによる半田品質の検査は、高精度の印刷形状検査装置がなければ実現できなかった。
【００４０】
しかし、本システムを利用すれば、ピンスルー実装の半田印刷を伴うプリント回路板における半田の品質を容易に検査することが可能となる。また、この結果を利用して印刷機２０で印刷する半田量にフィードバックさせることで、安定した品質を確保できる。
【００４１】
（変形例）
上述した半田品質検査システム１は、図６に示すような構成にしても良い。図６は本発明の実施の形態である半田品質検査システムの変形例のブロック図である。
【００４２】
この半田品質検査システム１ａは、印刷機２１と、マウンタ４１と、リフロー装置６１とを主たる構成する要素とする。
【００４３】
印刷機２１は、半田品質検査システム１における印刷機２０の機能の他に第１の重量測定装置１０及び第２の重量測定装置３０の一部の機能も有している。
【００４４】
即ち、印刷機２１はペースト状の半田をプリント配線板α上に載せ、半田印刷用マスクやスキージ等の治具を用いてプリント配線板α上に半田印刷を行うだけでなく、半田印刷前重量（Ｗ１）と、印刷後の重量（Ｗ２）を測定し、上述した第１の算出も行う。また、Ｗ２の値をマウンタ４１に送信する。
【００４５】
マウンタ４１は、半田品質検査システム１におけるマウンタ４０の機能の他に第２の重量測定装置３０及び第３の重量測定装置５０の一部の機能も有している。尚、印刷機２１が第２の重量測定装置３０の機能を有している場合は、マウンタ４１は第２の重量測定装置３０の機能を有していない構成にしても良い。
【００４６】
即ち、マウンタ４１は、印刷機２１により半田が印刷されたプリント配線板α上の所望の位置に部品を実装してプリント回路板βとするだけでなく、部品実装前のプリント配線板αの重量（Ｗ２）と、部品実装後のプリント回路板βの重量（Ｗ３）を測定し、上述した第２の算出も行う。また、Ｗ３の値をリフロー装置６１に送信する。
【００４７】
リフロー装置６１は、半田品質検査システム１におけるリフロー装置６０の機能の他に第３の重量測定装置５０及び第４の重量測定装置７０一部の機能も有している。尚、マウンタ４１が第３の重量測定装置５０の機能を有している場合は、リフロー装置６１は第３の重量測定装置５０の機能を有していない構成にしても良い。
【００４８】
即ち、リフロー装置６１は、プリント回路板βを加熱し、半田接続を行うだけでなく、リフロー前のプリント回路板βの重量（Ｗ３）と、リフロー後のプリント回路板βの重量（Ｗ４）を測定し、上述した第３の算出も行う。
【００４９】
以上のような構成においても、ピンスルー実装の半田印刷を伴うプリント回路板における半田の品質を検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態である半田品質検査システムのブロック図。
【図２】本発明の実施の形態である半田品質検査の流れを示すフローチャート。
【図３】図２の流れにおけるプリント配線板の変化の様子を示した図。
【図４】半田ペーストの重量測定の実験値。
【図５】半田ペーストの印刷高さを測定した実験値。
【図６】本発明の実施の形態である半田品質検査システムの変形例のブロック図。
【符号の説明】
【００５１】
１，１ａ  半田品質検査システム
１０  第１の重量測定装置
２０，２１  印刷機
３０  第２の重量測定装置
４０，４１  マウンタ
５０  第３の重量測定装置
６０，６１  リフロー装置
７０  第４の重量測定装置
α  プリント配線板
β  プリント回路板
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４  重量
【図１】
2007227624.tif 000003
【図２】
2007227624.tif 000004
【図３】
2007227624.tif 000005
【図４】
2007227624.tif 000006
【図５】
2007227624.tif 000007
【図６】
2007227624.tif 000008