(57)【要約】【課題】追加の検査工程が不要であり、かつ誤判定を低減できるはんだ接合部の評価方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るはんだ接合部評価装置に含まれる制御部１０５は、はんだ付け処理の条件を各部に設定する条件設定部１０５ａと、各部の動作を制御する装置制御部１０５ｂと、温度波形をはんだ付け処理の工程ごとに分離する工程分離部１０５ｃと、工程ごとに分離された温度波形から特徴量を算出する特徴量演算部１０５ｄと、特徴量に基づいてはんだ接合部の評価を行う良否判定部１０５ｅとを有する。はんだ接合部の良否判定には、温度波形の一部、例えば工程の切り替わり時の特徴量を抽出して評価を行うことによって、誤判定を低減することができる。【選択図】図４
2013251488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の加熱を用いるはんだ付け処理によって形成されるはんだ接合部の評価方法であって、
前記接合部の温度波形を取得するステップと、
前記温度波形の一部から、特徴量を算出するステップと、
前記特徴量に基づいて前記接合部の良否を判定するステップと、
を備えることを特徴とするはんだ接合部の評価方法。
【請求項２】
前記はんだ付け処理は少なくとも２つの工程を有し、
前記特徴量を算出する前記ステップでは、前記少なくとも２つの工程が切り替わる時点の前記温度波形から、前記特徴量を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合部の評価方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの工程は、前記基板の予熱を行う工程と、前記はんだ接合部にはんだを供給する工程と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のはんだ接合部の評価方法。
【請求項４】
前記接合部の良否を判定する前記ステップでは、予め取得されている特徴量と、前記特徴量を算出する前記ステップで算出される前記特徴量とを比較し、前記予め取得されている特徴量と前記算出される前記特徴量との間で差異がある場合に、不良品であると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合部の評価方法。
【請求項５】
前記特徴量は、前記温度波形の傾きの値であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合部の評価方法。
【請求項６】
前記特徴量は、前記温度波形から換算される放射エネルギーの積分値であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ接合部の評価方法。
【請求項７】
基板の加熱を用いるはんだ付け処理によって形成されるはんだ接合部の評価装置であって、
前記接合部の温度波形を取得する温度計と、
前記温度波形の一部から、特徴量を算出する特徴量演算部と、
前記特徴量に基づいて前記接合部の良否を判定する良否判定部と、
を備えることを特徴とするはんだ接合部の評価装置。
【請求項８】
前記はんだ付け処理は少なくとも２つの工程を有し、
前記特徴量演算部は、前記少なくとも２つの工程が切り替わる時点の前記温度波形から、前記特徴量を算出する、
ことを特徴とする請求項７に記載のはんだ接合部の評価装置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの工程は、前記基板の予熱を行う工程と、前記はんだ接合部にはんだを供給する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載のはんだ接合部の評価装置。
【請求項１０】
前記良否判定部は、予め取得されている特徴量と、前記特徴量演算部により算出される前記特徴量とを比較し、前記予め取得されている特徴量と前記算出される前記特徴量との間で差異がある場合に、不良品であると判定する
ことを特徴とする請求項７に記載のはんだ接合部の評価装置。
【請求項１１】
前記特徴量は、前記温度波形の傾きの値であることを特徴とする請求項７に記載のはんだ接合部の評価装置。
【請求項１２】
前記特徴量は、前記温度波形から換算される放射エネルギーの積分値であることを特徴とする請求項７に記載のはんだ接合部の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱により形成されるはんだ接合部の評価方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
糸はんだと基板とを近接させた状態で、局所的に加熱を行うことによってはんだ接合部を形成するはんだ付け処理においては、はんだ付け処理ごとの条件や材料のばらつきの影響により、はんだ接合部に欠陥、不良が生じることがある。例えば、はんだが基板表面に設けられたランド部を十分に覆っていないと、ランド部に錆が生じうる。また、はんだがターミナル（端子）を通す孔の中に十分に入らずに表面に流れてしまうと、回路の短絡が発生しうる。近年の微細化および複雑化した回路では、外観検査による不良品の判別が難しい場合がある。また、電気の導通に変化が無いような不良については電気導通検査では判別ができない。そのため、新たなはんだ接合部の評価方法が求められている。
【０００３】
特許文献１に記載されている技術においては、はんだ付け処理の終了後に、はんだ接合部に改めてレーザ光を照射して加熱する。その際に、はんだ接合部の温度上昇値を取得し、所定のしきい値と比較することによって良否の評価を行う。
【０００４】
特許文献２に記載されている技術においては、はんだ付け処理中に、はんだ接合部の温度を計測することにより、温度波形を取得する。その温度波形から、所定の温度に到達するまでの時間と、所定の温度以上になっている間の時間とを導出し、それらの時間を単一の指標に統合して所定のしきい値と比較することによって良否の評価を行う。
【０００５】
特許文献１および２に記載されている技術では、はんだ接合部の温度変化を用いているため、従来の外観検査や電気導通検査では発見できなかった不良を判別することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６１１３７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、はんだ接合部の形成後に、レーザ照射を含む追加の検査工程が必要になる。そのため、製造工程が増加する問題、また不良品の発見からはんだ付け条件へフィードバックを行うまでに時間が掛かるという問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載されている技術は、はんだ付け処理と並行して取得する温度波形から良否の評価を行うため、追加の検査工程が不要という利点を有する。しかしながら、本発明者は、特許文献２に記載されている技術は、はんだ付け処理の温度波形が特定の形状を有する場合に、不良を正しく判別できないことを新たに見出した。
図１に、例示的な良品および不良品の温度波形のグラフを示す。横軸ははんだ付け処理開始からの経過時間であり、縦軸ははんだ接合部の温度である。実線のグラフは良品の温度波形を表し、破線のグラフは不良品の温度波形を表す。図１から、全体的な温度波形が類似していても、局所的に良品と不良品との間で差異が発生していることがわかる。
特許文献２に記載されている技術は、所定の温度に到達するまでの時間と、所定の温度以上になっている間の時間とに基づいて、はんだ接合部の評価を行う。例として、図１においてはんだ接合部の温度がＴ０度以上になっている時間に着目すると、符号Ａで示される範囲では不良品の時間が良品に比べて増加している一方で、符号Ｂで示される範囲では不良品の時間が良品に比べて減少している。その結果、Ｔ０度以上になっている時間は、全体として良品と不良品とでほぼ同一となる。また、加熱開始後にＴ０度に到達するまでの時間も、良品と不良品とでほぼ同一である。そのため、このような温度波形を有する不良品に対しては、特許文献２に記載されている技術は、良品であるとの誤判定を行ってしまう。すなわち、特許文献２に記載されている技術は、はんだ付けの開始から終了までの温度波形全体から特徴量を導出しているため、不良品を良品と誤判定してしまう問題がある。
また、はんだ付け処理開始から終了までの温度波形全体を用いて特徴量を算出するため、はんだ付け処理の途中ではんだ接合部の評価を行うことはできない。
【０００９】
本発明の目的は、追加の検査工程が不要であり、かつ誤判定を低減できるはんだ接合部の評価方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、基板の加熱を用いるはんだ付け処理によって形成されるはんだ接合部の評価方法であって、前記接合部の温度波形を取得するステップと、前記温度波形の一部から、特徴量を算出するステップと、前記特徴量に基づいて前記接合部の良否を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様は、基板の加熱を用いるはんだ付け処理によって形成されるはんだ接合部の評価装置であって、前記接合部の温度波形を取得する温度計と、前記温度波形の一部から、特徴量を算出する特徴量演算部と、前記特徴量に基づいて前記接合部の良否を判定する良否判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るはんだ接合部の評価方法および装置によれば、良否の評価にはんだ接合部の温度変化を用いているため、外観検査や電気導通検査では判別できないような不良を判別することができる。また、はんだ付け処理と並行して温度波形を取得して評価を行うことができるため、追加の検査工程が不要となる。さらに、従来では判定できなかったような温度波形に対しても正しく良否判定を行うことができるため、誤判定を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】はんだ接合部の温度波形のグラフを示す例示的な図である。
【図２】はんだ接合部の温度波形のグラフを示す例示的な図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、はんだ接合部評価装置の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、はんだ接合部の評価を行う制御部のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、はんだ接合部の評価方法のフローチャートを示す図である。
【図６】良品と不良品との間で、温度波形の傾きの差異を示す図である。
【図７】良品と不良品との間で、放射エネルギーの積分値の差異を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００１５】
（実施形態）
一般的に、はんだ付け処理は複数の工程を含む。これは、はんだの供給および溶融を一度に行ってしまうと、はんだが基板表面にダマ状になってしまう、またはターミナルを通す孔を通って基板裏面まできちんとはんだが行き渡らない等の異常が発生することにより、はんだ接合部において良好な接合状態が得られないためである。ここで、良好な接合状態とは、基板のランド部に対してはんだが全面に覆い被さり、ターミナルとはんだがフィレット形状の盛り上がりを形成し、貫通孔を通って基板裏面まで溶融はんだが流れ、基板裏面のランド部に対してもはんだが全面に覆い被さっていることを指す。そこで、はんだ付けを複数の工程に分け、各工程のレーザ出力や照射時間等を調整することによって、良好な接合状態を得ることができることが知られている。
【００１６】
例示的なレーザ照射によるはんだ付け処理の工程を以下に説明する。最初に、はんだ付けにより基板に接続する部材のターミナルを、基板上ではんだ接合部を形成する位置に配置する。次に、予熱工程として、はんだ接合部のターミナルおよび基板の周辺に対してレーザ光の照射を開始し、予熱を行う（工程Ｐ１）。次に、第１のはんだ供給工程として、糸はんだをはんだ接合部に近接させ、レーザ光により溶融されたはんだをはんだ接合部に供給する（工程Ｐ２）。その後、加熱工程として、糸はんだの供給を停止して、溶融はんだの形状を整える（工程Ｐ３）。さらに、第２のはんだ供給工程として、糸はんだをはんだ接合部に近接させ、レーザ光により溶融されたはんだをはんだ接合部に再度供給する（工程Ｐ４）。その後、後加熱工程として、糸はんだの供給を停止して、溶融はんだの形状を再度整え、レーザ光の照射を停止する（工程Ｐ５）。
【００１７】
図２は、工程Ｐ１〜Ｐ５を含むはんだ付け処理を行う際の例示的なはんだ接合部の温度波形を示すグラフである。横軸ははんだ付け処理開始からの経過時間であり、縦軸ははんだ接合部の温度である。さらに、図中の両矢印によって工程Ｐ１〜Ｐ５の時間の範囲が示されている。
【００１８】
本発明者は、温度波形の全体ではなく、部分的な違いを見ることによって、はんだ接合部の良否判定を良好に行うことができることを見出した。レーザ照射等により局所的に熱量を与えて溶融および凝固させるはんだ付け処理においては、各工程の温度の立上がりや立下りの変化度合いや、工程ごとに与える熱量等がはんだ付けの品質に大きく影響すると考えられる。図１に示すように、はんだ付け処理の開始から終了まで総合的に良品と同じだけの熱量を与えても、工程ごとに与える熱量や熱量の与え方が変化すると、結果としてはんだが基板裏面まで十分流れることができない不良や、逆にはんだが焦げてしまう不良が発生すると考えられる。したがって、はんだ付けの品質には各工程での温度変化が影響するため、はんだ接合部の良否判定には、温度波形の一部、例えば工程の切り替わり時の特徴量を抽出して評価を行うことによって、誤判定を低減することができる。
【００１９】
図３は、本実施形態に係るはんだ接合部評価装置１００の概略図である。はんだ接合部評価装置１００は、基板１０９に向けてレーザ光を照射することによってはんだを加熱融解させるレーザ発振器１０１と、はんだ接合部の温度を測定する放射温度計１０２と、はんだ接合部の撮像を行う高速度カメラ１０３と、はんだ接合部に糸はんだを供給するはんだ供給機構１０４と、各部の統合的な制御や演算処理を行う制御部１０５と、を備える。制御部１０５は、さらにデータを記録する記憶部１０６と、情報を表示する表示部１０７と、ユーザからの入力を受け付ける入力部１０８とを備える。
【００２０】
はんだ付けを行う基板１０９において、はんだ接合部が形成される予定の位置に、基板１０９にはんだ接合する部材のターミナル（端子）１１２を通すための貫通孔１１１が設けられている。貫通孔１１１の側面および貫通孔１１１周囲の基板１０９の表面および裏面には、導電性のランド部１１０が設けられている。なお、基板１０９の表面とはレーザ光が照射される面とし、裏面とは該表面の反対面とする。
本実施形態ではターミナルを貫通孔に通してはんだ付けを行っているが、基板とターミナルとの導通が得られるようにはんだ付けできれば、この形態に限定されない。例えば、基板上に貫通孔を設けず、基板の表面のみにランド部を設け、ターミナルが基板表面のランド部に接するようにはんだ付けを行ってもよい。
【００２１】
レーザ発振器１０１からのレーザ光は、基板１０９上ではんだ接合部が形成される位置、つまりランド部１１０およびターミナル１１２の周辺に向けて照射され、該位置が加熱される。その位置にはんだ供給機構１０４によって糸はんだ１０４ａが近づけられると、糸はんだ１０４ａは融解し、融解はんだ１１３となってランド部１１０とターミナル１１２との間を充填する。これにより形成される、ランド部１１０、ターミナル１１２および融解はんだ１１３の複合体を、はんだ接合部と呼ぶ。なお、本明細書では、はんだ付け処理の前および途中における、はんだ接合部が形成される予定の位置も、同様にはんだ接合部と呼ぶ。例えば、「はんだ接合部の温度を測定する」と言う場合には、はんだ付け処理の前、途中、および完了後のいずれかの時点において、はんだ接合部が形成される予定の位置、またははんだ接合部が形成された位置の温度を測定することを意味する。
【００２２】
レーザ発振器１０１は、レーザ光を出射するレーザ光源１０１ａと、はんだ接合部に該レーザ光を集光する集光レンズ１０１ｂとを有する。レーザ発振器１０１は、基板１０９上のはんだ接合部が形成される位置にレーザ光を照射できるように設けられる。レーザ光源１０１ａとしては、はんだを加熱融解できれば、任意のレーザを用いてよい。
【００２３】
はんだ供給機構１０４は、糸はんだ１０４ａを保持可能であり、糸はんだ１０４ａを、はんだ接合部に近づける、またははんだ接合部から遠ざけるように、移動させることができる。はんだ供給機構１０４は、例えばアクチュエータ等の駆動手段を有している。はんだ供給機構１０４の動作は制御部１０５によって制御され、その結果、糸はんだ１０４ａの移動が制御される。
なお、はんだ供給機構１０４としては、はんだ接合部への糸はんだ１０４ａの供給が制御できれば、糸はんだ１０４ａとはんだ接合部との相対的な距離を変更可能な任意の手段を用いることができる。駆動手段を基板１０９に対して設け、基板１０９を糸はんだ１０４ａに近づける、または糸はんだ１０４ａから遠ざけるように移動させてもよい。
【００２４】
放射温度計１０２は、はんだ接合部の放射エネルギーを非接触で経時的に測定できるように設けられる。放射エネルギーは、電圧情報として取得される。さらに制御部１０５により電圧情報は温度情報に換算され、経過時間に紐付く一連の温度情報（つまり、温度波形）として記憶部１０６に記録される。なお、電圧情報をそのまま記憶部１０６に記録し、後で使用する際に温度情報に換算してもよい。
放射温度計１０２としては、はんだ接合部の温度情報が取得できれば、任意の温度計を用いてよい。電圧情報の記録および温度情報への換算は、放射温度計１０２の内部で行われてもよい。
【００２５】
高速度カメラ１０３は、はんだ接合部の状態を側方から経時的に撮像できるように設けられる。取得される像は、制御部１０５を介して記憶部１０６に経過時間に紐付く一連の像として記録される。
高速度カメラ１０３としては、はんだ接合部の状態を高速（例えばミリ秒単位）で撮像できれば、任意のカメラを用いてよい。
【００２６】
制御部１０５は、はんだ接合部評価装置１００に含まれる各部の条件設定、起動および停止、ならびに取得される情報の記録、演算および判定を行う。
制御部１０５は、記憶部１０６、表示部１０７、入力部１０８およびＣＰＵ（不図示）等を有している。該ＣＰＵは、記憶部１０６に記憶されたプログラム等に基づいて、はんだ接合部評価装置１００を統括的に制御する。記憶部１０６は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、及び上記プログラムやシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。本実施形態では、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクドライブに記憶された本実施形態に係る処理などの制御プログラムに従って、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行することができる。制御部１０５としては、例えば、パーソナルコンピュータや組み込みシステムを用いることができる。
【００２７】
制御部１０５は、表示部１０７を用いて、ユーザに対して高速度カメラ１０３により取得される像、設定された条件、および良否判定結果等の情報を表示することができる。表示部１０７としては、ディスプレイやインジケータランプ等の任意の表示手段を用いてよい。
ユーザは、入力部１０８を用いて、制御部１０５に対して開始指示、終了指示、および条件設定等を行うことができる。入力部１０８としては、キーボードやスイッチ等の任意の入力手段を用いてよい。
【００２８】
図４は、はんだ接合部の良否判定を行うための制御部１０５の構成を示すブロック図である。なお、制御部１０５は単一の装置に限られるものではなく、制御部１０５に含まれる各部は複数の装置に分離して実装されてもよい。
【００２９】
制御部１０５は、はんだ付け処理の条件を各部に設定する条件設定部１０５ａと、各部の動作を制御する装置制御部１０５ｂと、温度波形をはんだ付け処理の工程ごとに分離する工程分離部１０５ｃと、工程ごとに分離された温度波形から特徴量を算出する特徴量演算部１０５ｄと、特徴量に基づいてはんだ接合部の評価を行う良否判定部１０５ｅとを有する。
【００３０】
条件設定部１０５ａは、工程毎にはんだ付け処理の条件をはんだ接合部評価装置１００に含まれる各部に設定する。例えば、条件設定部１０５ａは、レーザ発振器１０１に対して、レーザ照射の出力、パルス幅、および繰り返し周波数等、所定の工程に即したレーザ照射条件を設定することができる。また、条件設定部１０５ａは、はんだ供給機構１０４に対して、糸はんだ１０４ａの移動方向、および移動速度等、所定の工程に即したはんだ供給条件を設定することができる。
条件設定部１０５ａは、はんだ付け処理開始からの経過時間を測定し、所定の経過時間になるとはんだ付け処理の条件を変更する。それによって、はんだ付け処理の工程の切り替えが行われる。例えば、はんだ供給工程（工程Ｐ２）では、はんだ供給機構１０４が糸はんだ１０４ａを所定の速度ではんだ接合部に近づけるように、はんだ供給条件が設定される。その後、所定の経過時間になると、はんだ供給機構１０４は糸はんだ１０４ａを所定の速度ではんだ接合部から遠ざける、または糸はんだ１０４ａの移動を停止させるように、条件が設定される。その結果、はんだ供給工程（工程Ｐ２）からはんだ溶融工程（工程Ｐ３）に切り替わることになる。同時に、工程の切り替わり時に、レーザ発振器１０１のレーザ照射条件を異なる条件に設定してもよい。また、工程の途中に各種条件を変更してもよい。
はんだ付け処理の条件は、予め記憶部１０６に記憶されている条件を用いてもよいし、ユーザが入力部１０８から入力する条件を用いてもよい。
【００３１】
装置制御部１０５ｂは、はんだ接合部評価装置１００に含まれる各部の動作を制御する。具体的には、レーザ発振器１０１、放射温度計１０２、高速度カメラ１０３、およびはんだ供給機構１０４の動作の開始および終了を指示する。
【００３２】
工程分離部１０５ｃは、放射温度計１０２を用いて取得される温度波形、および高速度カメラ１０３を用いて取得されるはんだ接合部の像から、温度波形を工程ごとに分離する。
糸はんだの供給を開始するために、はんだ供給機構１０４を用いて糸はんだ１０４ａをはんだ供給部に近づける際に、糸はんだの１０４ａの設置位置や端面の状態等により、糸はんだ１０４ａがはんだ接合部に近接して融解が始まる（つまり、はんだの供給が開始される）までの時間にばらつきが生じる。同様に、糸はんだの１０４ａの移動を停止する、またははんだ供給部から遠ざける際にも、糸はんだ１０４ａの融解が止まる（つまり、はんだの供給が停止される）までの時間にばらつきが生じる。したがって、はんだ供給機構１０４に対する所定の動作の開始や終了を指示するタイミングを各はんだ付け処理の間で同一にしても、はんだの実際の融解の開始や停止が起こるタイミングは異なることがある。すなわち、ユーザにより決定されたタイムテーブル（プログラム上では、装置制御部１０５ｂから出力されるコマンドの出力タイミング）上でははんだの融解の開始や停止が各はんだ付け処理間で同じであっても、温度波形上でははんだの融解の開始や停止のタイミング（つまり、工程の切り替え時点とすべきタイミング）が各はんだ付け処理間で異なることがある。よって、上記出力タイミングにより各工程の切り替えタイミングを決めると、実際にはんだの融解の開始や停止が起こっていない時をそのときとしてしまうので、工程の切り替えを正確に特定できないことがある。
これに対して、本実施形態では、温度波形に加えて、高速度カメラ１０３により取得されるはんだ接合部の像から、現実にはんだの供給が開始される時点、およびはんだの供給が停止される時点を決定している。よって、上記様々な原因によるばらつきがあったとしても、実際のはんだの溶融状態から溶融の開始や停止を判断するので、工程の切り替わり時を正確に特定することができる。
はんだ付け処理が開始される時点は、該像において、レーザ光による発光が観測される時点により定義できる。はんだ供給が開始される時点は、該像において、糸はんだ１０４ａが、ランド部１１０、ターミナル１１２、および融解はんだ１１３に接触する時点により定義できる。はんだ供給が停止される時点は、該像において、糸はんだ１０４ａが、ランド部１１０、ターミナル１１２、および融解はんだ１１３から離れる時点として定義できる。はんだ付け処理が終了される時点は、該像において、レーザ光による発光が観測されなくなる時点により定義できる。
【００３３】
工程分離部１０５ｃは、まず、記憶部１０６から、放射温度計１０２により取得される温度波形および高速度カメラ１０３により取得される像を読み出す。次に、該像から、工程の切り替わりを判定する。
ユーザが、表示部１０７に表示される像を参照することによって工程の切り替わりの判定を行い、入力部１０８から工程分離部１０５ｃに対して工程の切り替わりの時点を入力してもよい。または、工程分離部１０５ｃが、情報処理を用いた画像解析によって自動的に工程の切り替わりの判定を行ってもよい。１つのはんだ付け処理は１〜２秒程度の時間で終了する。特にはんだ付け処理の途中に良否判定を行う場合には、切り替わりの判定をユーザがリアルタイムに手動で行うことは難しいため、工程分離部１０５ｃが自動的に行うことが望ましい。はんだ付け処理の終了後に良否判定を行う場合には、像のスロー再生またはコマ送り等によって、ユーザが容易に工程の切り替わりの判定を行うことができる。
その後、該像からはんだ付け処理の開始、終了および各工程の切り替わりと判定される時間を、該温度波形におけるはんだ付け処理の開始、終了および各工程の切り替わりの時間とみなして、該温度波形を工程ごとに分離する。
【００３４】
特徴量演算部１０５ｄは、工程分離部１０５ｃにより工程ごとに分離される温度波形から、良否判定に使用される特徴量を演算する。本実施形態では、特徴量として、温度波形の傾きの値、および温度波形から導出される放射エネルギー波形の積分値の少なくとも一方を用いる。特徴量は、工程の開始時または終了時に差異が発生しやすいため、各工程の開始時または終了時（工程の切り替え時）の近傍で求められることが好ましい。
特徴量を取得するタイミングは、各工程の中で１つずつ設定されてもよいし、各工程の中で複数設定されてもよい。また、全ての工程ではなく一部の工程、例えば最初の工程と最後の工程のみに設定されてもよい。
特徴量としては、温度波形の傾きの値および放射エネルギーの積分値に限られるものではなく、温度波形から求められる指標であって、良品と不良品とを判別できる指標であれば、任意のものを用いることができる。また、複数の種類の指標を組み合わせて良否判定を行ってもよい。
【００３５】
良否判定部１０５ｅは、特徴量演算部１０５ｄで求められる特徴量に基づいて、はんだ接合部の評価を行う。はんだ付け処理を行う前に、予めはんだ接合部が良好な接合状態である（つまり、良品である）場合の特徴量の値を、特徴量を取得するタイミングのそれぞれについて記憶部１０６に記録しておく。良否判定部１０５ｅは、良否判定を行う際に、記録部１０６から良品の特徴量の値を読み出し、はんだ付け処理時の特徴量の値と比較する。特徴量の値の比較は、特徴量を取得するタイミングのそれぞれについて行われる。その結果、特徴量を取得するタイミングの少なくとも１つにおいて、良品の特徴量とはんだ付け処理時の特徴量との間で所定の値または割合以上の差異がある場合には、はんだ接合部は良好な接合状態でない（つまり、不良品である）と判定することができる。また、特徴量を取得するタイミングのうち差異のある箇所が所定の数以上の場合に、不良品であると判定してもよい。
【００３６】
本実施形態では、温度波形の分離、特徴量の演算、および良否判定は、はんだ付け処理の終了後に行われている。
本実施形態では、温度波形の一部における特徴量により良否判定を行っているので、温度波形の分離、特徴量の演算、および良否判定は、はんだ付け処理の終了を待たずに、はんだ付け処理の実行と並行して行うことができる。その場合には、はんだ付け処理の途中で不良品を判別して、はんだ付け処理を途中で停止させることができ、その結果無駄な処理を削減することができる。
【００３７】
図５は、本実施形態に係るはんだ接合部評価装置１００を用いてはんだ接合部の評価を行う方法のフローチャートである。最初に、条件設定部１０５ａは、はんだ接合部評価装置１００に含まれる各部に対してレーザ照射条件を設定する（ステップＳ１０１）。このとき設定される条件は、ユーザが入力部１０８から入力してもよいし、予め記憶部１０６に記録されている条件を読み出してもよい。
次に、装置制御部１０５ｂは、放射温度計１０２による温度測定および高速度カメラ１０３による撮像を開始させ（ステップＳ１０２）、続いてレーザ発振器１０１からのレーザ照射を開始させて基板の予熱を行う（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。
【００３８】
その後、所定の時間が経過すると、装置制御部１０５ｂははんだ供給機構１０４を用いて糸はんだ１０４ａを基板１０９に近づけるように移動させ、はんだの供給を行う（ステップＳ１０５）。その後、所定の時間が経過すると、装置制御部１０５ｂははんだ供給機構１０４を用いて糸はんだ１０４ａの移動を停止、または基板１０９から遠ざけるように移動させ、はんだの溶融を行う（ステップＳ１０６）。装置制御部１０５ｂは、はんだ供給および溶融が所定の回数（本実施形態においては２回ずつ）行われるまで、ステップＳ１０５およびＳ１０６を繰り返す（ステップＳ１０７）。
【００３９】
所定の回数のはんだ供給および溶融が終わった後に、装置制御部１０５ｂは、レーザ発振器１０１からのレーザ照射を終了させる（ステップＳ１０８）。はんだ接合部が冷却されてはんだ付け処理が終了した後、装置制御部１０５ｂは、放射温度計１０２による温度測定および高速度カメラ１０３による撮像を終了させる（ステップＳ１０９）。
【００４０】
工程分離部１０５ｃは、放射温度計１０２により取得された温度波形と高速度カメラ１０３により取得された像から、温度波形を工程ごとに分離する（ステップＳ１１０）。その後、特徴量演算部１０５ｄは、工程ごとに分離された温度波形を用いて、工程の切り替え時における特徴量を各々算出する（ステップＳ１１１）。
【００４１】
良否判定部１０５ｅは、算出された特徴量を良品の特徴量と比較することによって、はんだ接合部の評価を行う（ステップＳ１１２、Ｓ１１３）。その結果、今回のはんだ付け処理で形成されたはんだ接合部が良品であると判定された場合には、処理を終了する。
今回のはんだ付け処理で形成されたはんだ接合部が不良品であると判定された場合には、次回のはんだ付け処理のためにレーザ照射条件にフィードバックする（ステップＳ１１４）。フィードバックの方法としては、特徴量および判定結果を表示部１０７に表示し、次回のはんだ付け処理を開始するときに、ユーザが表示部１０７を参照して新たなレーザ照射条件を設定する。別の方法としては、制御部１０５が特徴量および判定結果に基づいて新たなレーザ照射条件を算出して記憶部１０６に記録し、次回のはんだ付け処理を開始するときに、条件設定部１０５ａが記憶部１０６から該新たなレーザ照射条件を読み出して設定する。
【００４２】
なお、図５に示すフローチャートでは温度波形の分離（ステップＳ１１０）、特徴量の算出（ステップＳ１１１）、および良否判定（ステップＳ１１２）は、はんだ付け処理の終了後に行われているが、温度測定およびカメラ撮像の開始（ステップＳ１０２）から終了（ステップＳ１０９）までの間の任意の時点で行われてもよい。その際に、良否判定で不良品と判定された場合には、その時点ではんだ付け処理を停止することができる。
【００４３】
特徴量演算部１０５ｄにより求められる特徴量としては、温度波形の傾きの値を用いることができる。例えば、温度波形の傾きは、所定の時間間隔の温度変化量を該所定の時間間隔で除算することで求められる。該所定の時間間隔は、温度波形の短期的な変化が確認できるよう、十分に短いことが望ましい。その他、温度波形の傾きは周知の手法で求めることができる。
良品と不良品との差異は工程の切り替わり時に発生することが多いため、傾きの値は各工程の開始時のものを用いることが望ましい。また、工程の切り替わり時以外においても、はんだ付けに影響を与える何らかの操作を行う場合には、その直後の傾きの値を取ることが望ましい。
本実施形態では、工程の切り替わり時直後の傾きの値を取得することに加えて、後加熱工程である工程Ｐ５の途中でレーザ照射を停止させる（図５のステップＳ１０８）ため、その直後の傾きの値を取得する。
【００４４】
図６は、本実施形態により取得される、例示的なはんだ接合部の温度波形を示すグラフである。横軸ははんだ付け処理開始からの経過時間であり、縦軸ははんだ接合部の温度である。実線のグラフは良品の温度波形を表し、破線のグラフは不良品の温度波形を表す。さらに、図中の両矢印によって、良品および不良品のそれぞれについて、はんだ付け処理の工程である工程Ｐ１〜Ｐ５の時間の範囲が示されている。
【００４５】
温度波形の傾きを算出して良品と不良品とで比較を行うと、工程Ｐ２の開始直後、および工程Ｐ５の途中（具体的には、レーザ照射の停止直後）において差異が発生していることがわかる。図６において、工程Ｐ２の開始直後および工程Ｐ５の途中のそれぞれについて、良品の温度波形の傾きを線分Ｃ１、Ｄ１で示し、不良品の温度波形の傾きを線分Ｃ２、Ｄ２で示している。工程Ｐ２について、不良品の傾きの絶対値は良品の傾きより小さい。これは、はんだ供給工程である工程Ｐ２でのレーザ出力が不足しているものと考えられる。工程Ｐ５について、不良品の傾きの絶対値は良品の傾きより大きい。これは、後加熱工程である工程Ｐ５においてレーザ照射停止後の冷却が速すぎるものと考えられる。図６の不良品は、これらの工程の差異に起因して発生しているものと考えられる。したがって、本実施形態に係るはんだ接合部の評価方法において温度波形の傾きの値を特徴量として用いることによって、良否の判定を行うことができる。
【００４６】
また、特徴量演算部１０５ｄにより求められる特徴量としては、放射エネルギーの積分値を用いることができる。放射エネルギーは、温度波形から換算できる指標である。
放射エネルギーＬｂは、以下の式（１）を用いることによって、放射温度計１０２により測定される温度Ｔから導出することができる。
【００４７】
【数１】
2013251488.tif 000003
【００４８】
ここで、Ｌｂは放射エネルギー（W・μm-1m-2sr-1）であり、Ｔは温度（K）であり、λは波長（μm）であり、Ｃ１は放射の第１定数（1.1911×108 W・μm4m-2sr-1）であり、Ｃ２は放射の第２定数（1.4388×104 μm・K）である。このＬｂをはんだ付け処理の経過時間に対して積分することで、放射エネルギーの積分値が求められる。
本実施形態では、工程Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれの全域で放射エネルギーの積分値を求める。
【００４９】
図７は、本実施形態により取得される、例示的なはんだ接合部の放射エネルギー波形を示すグラフである。横軸ははんだ付け処理開始からの経過時間であり、縦軸ははんだ接合部の放射エネルギーである。実線のグラフは良品の放射エネルギー波形を表し、破線のグラフは不良品の放射エネルギー波形を表す。さらに、図中の両矢印によって、良品および不良品のそれぞれについて、はんだ付け処理の工程である工程Ｐ１〜Ｐ５の時間の範囲が示されている。
【００５０】
工程Ｐ１〜Ｐ５について、それぞれ放射エネルギーの積分値を算出すると、工程Ｐ２〜Ｐ４についてはあまり差異が無いが、工程Ｐ１と工程Ｐ５については差異が発生していることがわかる。図７において、工程Ｐ１およびＰ５のそれぞれについて、良品の放射エネルギーの積分値に対応する面積を斜線の領域Ｅ１、Ｆ１で示し、不良品の放射エネルギーの積分値に対応する面積を灰色の領域Ｅ２、Ｆ２で示している。工程Ｐ１について、不良品の面積は良品の面積より大きい。これは、予熱工程ではんだ接合部にエネルギーを与えすぎているものと考えられる。工程Ｐ５について、不良品の面積は良品の面積より小さい。これは、後加熱工程が短すぎるものと考えられる。図７の不良品は、これらの工程の差異に起因して発生しているものと考えられる。したがって、本実施形態に係るはんだ接合部の評価方法において放射エネルギーの積分値を特徴量として用いることによって、良否の判定を行うことができる。
【００５１】
放射エネルギーの積分は各工程の全域に対して行ってもよいし、各工程の一部の領域に対して行ってもよい。例えば、図７に示されるような不良品の場合には、はんだ付け処理の各工程の切り替わり時近傍の所定の時間範囲について放射エネルギーの積分値を取得し、良品の値と比較すれば、不良品の判別を行うことができる。
また、放射エネルギーの積分は全ての工程について行わずに、一部の工程について行ってもよい。例えば、図７に示されるような不良品の場合には、最初の工程および最後の工程の少なくとも一方で放射エネルギーの積分値を取得し、良品の値と比較すれば、不良品の判定を行うことができる。
【００５２】
本発明で用いられる特徴量としては、温度波形の傾きの値および放射エネルギーの積分値に限られるものではなく、温度波形から求められる指標であって、良品と不良品とを判別できる指標であれば、任意のものを用いることができる。また、複数の種類の指標を組み合わせて良否判定を行ってもよい。
【００５３】
本発明において、はんだ付け処理のどの時点の特徴量を用いて良否判定を行うかは、用いられる材料や装置により適宜定めることができる。ユーザは、用いられる材料および装置について予め試験やシミュレーションを行い、はんだ接合部の良否判定が適切に行われるように、特徴量を算出する時点を定めればよい。
本発明においては、温度波形（または温度波形から換算できる値）の中で、少なくとも良否判定に有効な一部の特徴量を用いて良品との比較が行うことが重要である。そのため、上述の実施形態では工程の切り替わり時の特徴量を算出しているが、本発明はそれに限られるものではない。例えば、所定の時間間隔ごとに特徴量を算出し、良否判定を行ってもよい。または、良否判定に特に有効な任意の一時点を定め、該時点で特徴量を算出し、良否判定を行ってもよい。
【００５４】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  はんだ接合部評価装置
１０１  レーザ発振器
１０１ａ  レーザ光源
１０１ｂ  集光レンズ
１０２  放射温度計
１０３  高速度カメラ
１０４  はんだ供給機構
１０４ａ  糸はんだ
１０５  制御部
１０５ａ  条件設定部
１０５ｂ  装置制御部
１０５ｃ  工程分離部
１０５ｄ  特徴量演算部
１０５ｅ  良否判定部
１０６  記憶部
１０７  表示部
１０８  入力部
１０９  基板
１１０  ランド部
１１１  貫通孔
１１２  ターミナル（端子）
１１３  融解はんだ
【図１】
2013251488.tif 000004
【図２】
2013251488.tif 000005
【図３】
2013251488.tif 000006
【図４】
2013251488.tif 000007
【図５】
2013251488.tif 000008
【図６】
2013251488.tif 000009
【図７】
2013251488.tif 000010