加熱型Ｘ線観察装置
【課題】 加熱炉内に収容されている電子部品などのワークに最も近接した位置でＸ線照射を行うことで、実際の加熱条件下におけるワークの挙動をリアルタイム且つ詳細に観察することのできる加熱型Ｘ線観察装置を提供することである。
【解決手段】 ハンダ付けの対象物であるワーク２０を収容して加熱処理を施す加熱炉１２と、前記ワーク２０にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニット１３とを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、前記Ｘ線検査ユニット１３は、加熱処理中の加熱炉１２内に突出し、先端部のＸ線ターゲット部４０が前記ワーク２０の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管３０を備えた。
【解決手段】 ハンダ付けの対象物であるワーク２０を収容して加熱処理を施す加熱炉１２と、前記ワーク２０にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニット１３とを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、前記Ｘ線検査ユニット１３は、加熱処理中の加熱炉１２内に突出し、先端部のＸ線ターゲット部４０が前記ワーク２０の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管３０を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフロー処理中のプリント基板及びこのプリント基板上に実装される電子部品の状態をＸ線透過によって観察する加熱型Ｘ線観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路パターンが形成されたプリント基板上にハンダを介して各種の電子部品、例えば、表面実装型の半導体素子やコネクタ類などを複数一括して実装するためにリフロー処理が行われる。このリフロー処理を行うためのリフロー装置は、ハンダ付が施される電子部品が配置されたプリント基板などの対象物（ワーク）を収容する加熱炉と、この加熱炉内及び前記ワークの温度等を測定するための観察及び測定手段と、この測定手段に基づいて温度制御を行う制御手段とを備える。
【０００３】
前記加熱炉内やワークの加熱温度等は、加熱炉内に設置され、あるいは、ワークと共に投入される温度計測部材などを介して外部に数値データとして出力される。一方、加熱に伴うプリント基板の反りや変形、あるいは電子部品のプリント基板に対するハンダの溶融状態や接合状態などの挙動は、前記加熱炉の一部に設けられるのぞき窓から目視やカメラによって観察するようになっているものが多い（特許文献１参照）。
【０００４】
通常のリフロー処理を行わせるためには、前記加熱炉内の温度が常温〜３００℃程度の高温状態が維持される。このような高温環境下においては、前記ワークに大きなストレスがかかることとなる。このため、前記ワークの加熱中の状態を目視やカメラ等を用いた観察によって、加熱温度や加熱時間を制御及び管理することで、ワークの変形やハンダによる接合不良の防止が図られることになる。また、環境問題の観点から、前記ハンダが鉛を含まない非鉛系のハンダ合金（鉛フリーハンダ）に置き換えられようとしている。このような鉛フリーハンダは、従来一般的に使用されてきた鉛系のハンダ合金に比べて融点が２０〜３０℃程度と高いものとなるため、この鉛フリーハンダに対応させるためには、前記ワークをさらに詳細に観察する必要性が増している。
【０００５】
また、近年の微細加工技術の進展によって、ＩＣ、ＬＳＩなどの電子デバイスもさらに微細化されているが、このような電子デバイスにおけるリフロー処理中における熱的内部挙動は、前述したような観察方法では十分に把握することが困難となっている。このような問題を解決するために、Ｘ線を用いてリフロー処理中のワークを詳細に観察する装置が提案されている（特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開平１０−５１１２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４１９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３５３７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に示したＸ線観察装置では、ワークである電子部品を取り囲む第１の熱源と、前記電子部品の一部をスポット的に暖める第２の熱源とを備え、前記第１及び第２の熱源によって暖められた電子部品にＸ線を透過して観察するようになっている。しかしながら、前記第１及び第２の熱源による加熱状態は、実際のリフロー炉（加熱炉）内における熱風の対流を伴った加熱状態とは異なる。このため、所定の温度に達した際における電子部品の内部挙動は観察することはできるが、加熱炉内における熱風の対流の変化に伴う温度の伝わり方に対応して変化する電子部品の内部挙動をリアルタイムに観察することは困難である。
【０００７】
一方、特許文献３に示したＸ線による観察装置は、実際の加熱炉内に収容した電子部品などのワークを加熱し、このときの状態をＸ線によって観察するため、前記ワークを実際の加熱条件の下で観察できるが、Ｘ線をワークに向けて照射するためのＸ線照射管が加熱炉の外部に設けられている。このため、前記ワークに対するＸ線の照射距離が長くなり、有効な観察倍率を得ることが難しくなるとともに、観察部位に正確に焦点を合わせることが容易でない。特に、ＩＣやＬＳＩなどは微細加工が進んでいるため、より有効な観察倍率及び正確な焦点調整の可能な観察手段が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加熱炉内に収容されている電子部品などのワークに最も近接した位置でＸ線照射を行うことで、実際の加熱条件下におけるワークの挙動をリアルタイム且つ詳細に観察することのできる加熱型Ｘ線観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の加熱型Ｘ線観察装置は、ハンダ付けの対象物を収容して加熱処理を施す加熱炉と、前記対象物にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニットとを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、前記Ｘ線検査ユニットは、加熱処理中の加熱炉内に突出し、先端部が前記対象物の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置によれば、Ｘ線照射管の先端部を加熱中の加熱炉の内部に突出させて、対象物の検査部位に最も近接させた状態でＸ線を照射することができるので、Ｘ線透過による前記検査部位の観察倍率をより向上させることが可能となった。これによって、ＬＳＩなどの高集積化及び微細加工に対応した配線パターン及び電子部品が実装された基板からなるワークの細部を忠実且つ鮮明に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置の実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の加熱型Ｘ線観察装置１０の全体構成を示したものであり、図１は正面方向、図２は側面方向から見たときの内部の構成を示したものである。この加熱型Ｘ線観察装置１０では、図３に示すようなプリント基板２１及びこのプリント基板２１上にクリーム状に印刷されたハンダ２２を介して配置される電子素子やコネクタなどの各種の電子部品２３からなるワーク２０を主な検査の対象物としている。ワーク２０の一例としては、厚みが１〜２ｍｍのエポキシ樹脂やベークライトなどの絶縁板からなり、表面に３０〜４０μｍ程度の厚みの銅箔による配線パターンが形成されたプリント基板２１であり、ハンダ２２に関しては、従来のスズ-鉛を用いた共晶ハンダの他に、鉛を含まないスズ-銀-銅を用いた鉛フリーハンダなどの使用も可能である。また、前記プリント基板２１上にハンダ２２を介してリフロー実装される電子部品２３は、微細加工及び多ピンのＬＳＩにも対応可能となっている。
【００１２】
図１及び図２に示したように、前記加熱型Ｘ線観察装置１０は、ワーク２０を収容して加熱処理を施す加熱炉１２と、この加熱炉１２を挟んで上下方向に配設されるＸ線検査ユニット１３を中心に備え、その周囲を密閉する筐体１１内に収容されている。この筐体１１内には、前記加熱炉１２及びＸ線検査ユニット１３を駆動制御するための電源装置２５、制御装置２６や観察用のカメラ２４などが配設されている。また、前記筐体１１の外部には、図示しない電源部、制御盤、圧縮エアー用の配管などが備えられている。
【００１３】
前記筐体１１は、Ｘ線の漏出を防止するため、金属パネルで四方が密閉された箱型に形成され、内部には台座部（ＸＹテーブル）１７によって上下方向に大きく仕切られた下側収容スペース１１ａ及び上側収容スペース１１ｂが設けられる。前記下側収容スペース１１ａにはＸ線検査ユニット１３の構成要素の一つであるＸ線発生器３１が配置され、上側収容スペース１１ｂには加熱炉１２及び前記Ｘ線発生器３１と対向するＸ線検出器３２が配置される。また、この筐体１１には、金属パネルの一部に前記上側収容スペース１１ｂ内を覗くための透過ガラス１４ａがはめ込まれた観察窓１４が設けられている。この観察窓１４は前記加熱炉１２が配置を基準として上下動スライド可能に取り付けられている。
【００１４】
前記加熱炉１２は、図４に示すように、前記ワーク２０を収容して加熱処理を行う炉本体部１５と、この炉本体部１５の左右両側に設けられる熱風供給部１６と、前記炉本体部１５の底部に開放部を有して前記ＸＹテーブル１７上を移動可能とする可動テーブル１８とを備えている。また、前記Ｘ線照射管３０は、図１、図２及び図４に示されるように、ＸＹテーブル１７の略中央部に開設されている孔部１９を通して配置される。なお、前記筐体１１には、熱風供給部１６に備わるヒータ部の温度調整を行うための温度調整ユニットや加熱型Ｘ線観察装置１０全体の制御や状態を表示するための制御表示パネルなどが設けられる。
【００１５】
前記Ｘ線検査ユニット１３は、Ｘ線発生器３１と、このＸ線発生器３１から照射されるＸ線を加熱炉１２内のワーク２０を介して透過させて検出するためのＸ線検出器３２とを備えて構成されている。前記Ｘ線検出器３２には、前記ワーク２０を透過したＸ線を検出するＸ線検出面３３を備えており、このＸ線検出面３３と前記Ｘ線発生器３１に備わるＸ線照射管３０及びワーク２０との位置関係に基づいて決定される拡大倍率で、前記ワーク２０の検査部位を拡大表示するようになっている。
【００１６】
図５に示すように、前記Ｘ線発生器３１は、エネルギービーム（電子線）３４を発生するカソード３５と、このカソード３５によって発生させた電子線３４を加速するアノード３６と、このアノード３６によって加速された電子線３４を集束させるコンデンサレンズ３７と、このコンデンサレンズ３７に対向して設けられる対物レンズ３８と、この対物レンズ３８によって集束された電子線３４が照射されてＸ線３９を発生させるＸ線ターゲット部４０とを備える。
【００１７】
前記Ｘ線ターゲット部４０は、図６に示すように、内部に中空部４２を有する細長いステンレス管４１の先端部に溶接固定される。このＸ線ターゲット部４０は、ベリリウムからなる円盤状のターゲット基板４３と、このターゲット基板４３の表面に接合され、電子線３４が照射されることによりＸ線３９を発生するタングステンからなるターゲット膜４４とで構成される。
【００１８】
前記ターゲット基板４３は、ステンレス管４１の先端部に設けられた溝部に嵌め込まれ、低温溶接によって固定することで前記中空部４２が真空状態に保持されるようになっている。
【００１９】
図６に示したように、ターゲット膜４４に対して、集束された電子線３４が照射されることにより、焦点位置に対応する点状のＸ線源４６から所定の広がり角度を有してＸ線３９が発生する。Ｘ線発生器３１における電子線３４の通路である中空部４２は密閉され、真空ポンプ（図示せず）などで真空状態に保たれている。Ｘ線３９の広がり角度は、特に限定されないが、たとえば４５度〜１５０度の範囲内で、好ましくは１００度〜１４０度程度が適正である。
【００２０】
図１及び図２に示したように、前記Ｘ線発生器３１と対向して設けられるＸ線検出器３２は、加熱炉１２の上方に上下移動可能に配置される。このＸ線検出器３２は、前記Ｘ線照射管３０と対向する位置にＸ線検出面３３を備え、このＸ線検出面３３が加熱炉１２の上方において、前記Ｘ線照射管３０との距離を短くしたり、長くしたりするための昇降機構部４８が筐体１１の天板部４７に備えられている。前記昇降機構部４８には、回転軸４９が設けられ、この回転軸４９によって前記Ｘ線検出器３２を加熱炉１２の上面に近接した位置から天板部４７の近くまで離間した位置までの間で移動可能となっている。このように、Ｘ線検出器３２を上下方向に移動可能とすることで、前記Ｘ線照射管３０から照射されるＸ線による透過倍率を可変させることができる。
【００２１】
前記加熱炉１２は、図４に示したように、上面部５１、前方側面（正面部）５２、下面部５３、背面部５４及び左右方向に面した一対の側壁部５５，５６とで構成された加熱空間５７を有しており、図３に示したようなＡ４サイズ版までのプリント基板２１からなるワーク２０がワーク支持部５８を介して略中央部に浮かせた状態で配置される。このワーク支持部５８は、前記ワーク２０の左右の縁部を載せ置く略Ｌ字状の一対のガイドレール５９と、このガイドレール５９を加熱空間５７の中間位置の高さで支持すると共に、互いに離間及び近接可能となるようにスライド可能に配置される一対の支持脚６０とを有して構成されている。前記支持脚６０をスライドさせることによって、Ｂ５やＡ５サイズ等のＡ４サイズ以下のワークにも対応させることができる。このスライド移動は、加熱炉１２の前面側に備わるダイヤルつまみ６１によって操作される。なお、前記支持脚６０のスライド移動は、左右方向の移動量が対称となるように構成されているため、Ｂ５やＡ５などのサイズのワークに対しても加熱空間５７内の略中心部に位置するようになっている。
【００２２】
図７に示すように、前記Ｘ線照射管３０は、Ｘ線ターゲット部４０が炉本体部１５内に載置されているワーク２０の下面に近接するような高さとなるようにＸ線発生器３１の先端部から延びている。このＸ線照射管３０は、前記加熱炉１２内における熱風の対流を乱さないように可能な限り細くして形成するのが望ましいが、実際に製造可能なＸ線ターゲット部４０の直径は５〜１０ｍｍ程度となる。また、Ｘ線照射管３０は、Ｘ線発生器３１を上下駆動することによって、前記ワーク２０が載置されている位置に応じて突出する高さの調整が可能となっており、ワーク２０の所定の検査部位にＸ線ターゲット部４０を接触した状態でＸ線を照射して観察する。このように、前記Ｘ線ターゲット部４０を検査部位に接触させた状態でＸ線を照射できるため、前記検査部位のＸ線透過像をＸ線検出器３２によって高倍率で検出することができ、検査精度を飛躍的に向上させることが可能となる。なお、前記ワーク２０を移動させて別の検査部位に前記Ｘ線ターゲット部４０によるＸ線照射位置を合わせる際には、ワーク２０に接触しないようにＸ線照射管３０の突出量が低く調整される。
【００２３】
また、前記Ｘ線照射管３０は、Ｘ線発生器３１と独立した構成になっているため、高さの異なるＸ線照射管を複数用意しておき、前記加熱炉１２内に支持されるワーク２０の高さ位置に合わせて適宜交換することもできる。このＸ線照射管３０は、ＸＹテーブル１７に開設されている孔部１９を通して固定され、加熱炉１２がＸＹテーブル１７上を滑るように移動させることで、ワーク２０の任意の検査部位にＸ線ターゲット部４０の照準を合わせるようになっている。
【００２４】
図８は、前記ＸＹテーブル１７の構造を示したものである。このＸＹテーブル１７上には前方側面及び後方側面に対向して延びる一対のＸ軸レール６２と、このＸ軸レール６２の間に架け渡される一対のＹ軸レール６３が設けられている。前記Ｘ軸レール６２はＸＹテーブル１７上に固定されており、Ｙ軸レール６３は、それぞれの両端がＸ軸レール６２上をスライド可能となるように取り付けられている。前記加熱炉１２の底部を支える可動テーブル１８は、一対のＹ軸レール６３上をスライド移動可能となるように取り付けられる。前記加熱炉１２は、Ｙ軸レール６３上をスライドすることによって、Ｙ軸方向の移動が可能となり、さらに、前記Ｙ軸レール６３をＸ軸レール６２に沿ってスライドすることによって、Ｘ軸方向の移動が可能となる。したがって、前記Ｙ軸レール６３上の可動テーブル１８の移動と、Ｘ軸レール６２上のＹ軸レール６３の移動とによって、前記加熱炉１２をＸＹテーブル１７上の任意の位置に移動させることができる。
【００２５】
前記加熱炉１２の移動範囲は、図９に示すように、前記ＸＹテーブル１７の略中央部に突出して固定されているＸ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０が炉本体部１５の底部のＸ線照射用開口部６４を全て走査可能な範囲となるように設定される。このＸ線照射用開口部６４は、前記Ｘ線照射管３０が突出可能な検査エリアであり、本実施形態では、Ａ４サイズ（３００ｘ２１０ｍｍ）までのワーク２０をＸ線検査可能とするため、前記Ｘ線照射用開口部６４のサイズを３５５ｘ２５５ｍｍに設定した。
【００２６】
前記ワーク２０は、リフロー処理が可能な温度に加熱された環境下において、目視では確認できないような微小な検査部位をＸ線検査ユニット１３によって、仔細に観察することが可能である。また、前記加熱炉１２には、図４に示したように、上面部５１、正面部５２にそれぞれ窓部７１ａ，７１ｂが設けられているので、筐体１１の正面に設けられている観察窓１４（図１参照）を通して外部から加熱中のワーク２０の状態を目視によっても観察することができる。なお、前記加熱炉１２の下面部５３にも窓部を設けることで、ワーク２０の下面側からも観察することが可能である。
【００２７】
次に、前記ワーク２０を収容してリフロー処理を行う加熱炉１２の構造を図７に基づいて詳細に説明する。この加熱炉１２は、熱風による対流を発生することによって、ワーク２０全体をムラなく均等に加熱するための構造を備えている。炉本体部１５内の加熱空間５７は、熱風の対流を考慮して、図４に示した前記ワーク支持部５８を介して載置されるワーク２０の上面側及び下面側に約４０ｍｍ程度の空間スペースが確保される。前記炉本体部１５の側壁部５５，５６及び背面部５４は、耐熱性の金属面で構成され、上面部５１、正面部５２及び下面部５３には、加熱空間５７の状態が視認可能な透過性を有した窓部７１ａ，７１ｂがそれぞれ設けられている。この窓部７１ａ，７１ｂは、耐熱性を有する合成石英ガラスの二重構造となっており、前記ワーク２０の表裏の両平面及び正面側の側面が全て見渡せる広さに形成されている。このような窓部７１ａ，７１ｂを設けることで、加熱中の前記ワーク２０の表面側及び裏面側に配置されている電子部品２３の実装状態やプリント基板２１の反りや変形などを三方向から観察することができる。なお、前記窓部７１ａが設けられている炉本体部１５の上面部は、ワーク２０を出し入れさせるため、スライド開閉可能となっている。
【００２８】
前記加熱炉１２内の側壁部５５，５６には、図４に示したように、前記ワーク支持部５８に支持されるワーク２０の表面及び裏面に熱風を吹き付けるための噴出部７２，７３と、吹き付けた後の熱風を外部に排出する排出部７４が設けられる。前記噴出部７２，７３は、図７に示すように、前記側壁部５５，５６の上辺部と下辺部に沿って設けられ、排出部７４は前記上辺部及び下辺部に設けられている各噴出部７２，７３の中間部に設けられる。この排出部７４は、前記ワーク支持部５８に支持されているワーク２０の高さと略同じ高さ位置に設定されている。また、前記噴出部７２，７３及び排出部７４は、側壁部５５，５６を丸孔状に貫通して形成され、一列に等間隔ごとに配列されているが、前記排出部７４の方が噴出部７２，７３よりも密に形成されるのが望ましい。前記噴出部７２，７３から噴出される熱風は、ワーク２０の表面及び裏面のそれぞれの端部から中心部に向かって対流させた後、左右の側壁部５５，５６に設けられている排出部７４から加熱炉１２の外部に自然排出されることによって、加熱空間５７内を一定の流量で循環するようになっている。
【００２９】
前記炉本体部１５の左右側に設けられているそれぞれの熱風供給部１６には、前記排出部７４を挟んだ上段と下段に加熱室７５及び加圧室７６が設けられている。加熱室７５には、前記噴出部７２，７３に通じる空気の攪拌路７７と、この各攪拌路７７に対して熱した空気を供給するヒータ部７８とを備える。このヒータ部７８は、前記側壁部５５，５６の長手方向に沿って延びる複数の細長い発熱管と、この発熱管を所定の温度に設定調整するためのコントローラ（図示せず）とを備える。また、加圧室７６では、前記加熱室７５を通して炉本体部１５内に熱風を噴出させるための圧縮空気が生成される。前記各加圧室７６に通じる空気の配管（図示せず）には、バルブ及びエアフローコントローラ（図示せず）が取り付けられ、加圧室７６に送り込まれる空気の流量が適宜調整される。本実施形態の加熱炉１２にあっては、炉本体部１５を挟んで配設される４基の加圧室７６のそれぞれに対応して設けられるエアフローコントローラによって、空気の流量を制御する。これによって、炉本体部１５内の４箇所の噴出部７２，７３からの熱風の噴出量を均一にし、ワーク２０をムラなく均等に加熱させることができる（図７参照）。
【００３０】
次に、上記加熱型Ｘ線観察装置１０による実際の操作について説明する。最初に筐体１１の観察窓１４を開いた後、加熱炉１２の上面部５１をスライド開放（図４）し、各種の電子部品やコネクタ類が配置されたプリント基板２１からなるワーク２０をワーク支持部５８の上に載置する。このワーク２０の配置高さは、加熱空間５７の略中間に位置するように設定されている。前記ワーク２０を所定位置にセットした後、上面部５１を前方側にスライド移動させて炉本体部１５内を密閉する。この密閉は加熱炉内を加熱する際に熱が外部に漏れないようにするためのものであり、加熱中の内部も通常の大気圧状態に置かれる。最後に前記観察窓１４を閉じて筐体１１内部を完全に密閉する。
【００３１】
前記ワーク２０のセット作業が完了した後、筐体１１内に備わる温度調整ユニット（図示せず）によって加熱炉１２内の温度設定を行う。この温度は、鉛フリー実装を行う場合、最大３００℃までの間で行われ、１℃刻みで設定される。ここで設定された温度は、炉本体部１５内に備わる温度センサ（図示せず）で感知され、設定された温度を維持するように自動制御される。
【００３２】
図１０は、上記操作によって、加熱炉１２内に流れる熱風の循環状態を断面図に示したものである。ここに示すように、前記各噴出部７２，７３からは、ワーク２０の中心部に向かって熱風が排出される。この熱風は、前記ワーク２０の中心部に到達した後、このワーク２０と略同じ高さ位置に設けられた排出部７４から自然排気されることで炉本体部１５内を対流する。本実施形態では、前記噴出部７２，７３が前記ワーク２０を中心とした左右側面の上辺部及び下辺部の計４箇所に設けられているため、ワーク２０の上面及び下面を所定の温度に熱せられた熱風によって、ムラなく加熱することができる。
【００３３】
前記熱風によって加熱中のワーク２０をＸ線検査する際には、その検査する箇所にＸＹテーブル１７から突出するＸ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０を近接させ、このＸ線ターゲット部４０を通してＸ線を照射する。前記ワーク２０の検査部位へのＸ線照射は、図８及び図９に示したように、可動テーブル１８を介して載置されている加熱炉１２を前記ＸＹテーブル１７上で平面方向にスライド移動させながら行われ、その際に、Ｘ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０をワーク２０の任意の検査部位に近接させる。前記ワーク２０の下面側から照射したＸ線は、炉本体部１５の上側の窓部７１ａを通し、この窓部７１ａの上方に配置されているＸ線検出器３２によって検出され、そのときの透過画像を外部に設置してあるモニタ等（図示せず）に映し出す。また、前記Ｘ線照射管３０を中心として移動するワーク２０の状態は、筐体１１内に設置されているカメラ２４によって観察することもできる（図１及び図２参照）。
【００３４】
前記カメラ２４は、加熱炉１２の外側で前記Ｘ線照射管３０を中心とした回転半径内に設置される。このカメラ２４は、静止画像あるいは動画像の撮影が可能なＣＣＤからなる撮像素子、レンズ部、自動あるいは手動式の焦点調節部とを備えている。前記レンズ部は、図３に示したようなワーク２０全体から電子部品２３の一つ一つまでを撮影可能となるように、標準で８〜６４倍、高倍率で３２〜２５６倍の性能を有するものが好ましい。カメラ２４によって、ワーク２０の検査部位を任意の角度及び倍率によって撮影され、外部に備わるモニタ等に映し出すことができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の加熱型Ｘ線観察装置では、Ｘ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０を加熱中の炉本体部１５の内部に挿入し、ワーク２０の検査部位に最も近接させた状態でＸ線を照射することができるので、Ｘ線透過による観察倍率をより向上させることが可能となった。特に、Ｘ線ターゲット部４０を含むＸ線照射管３０が非常に細く形成されているため、本実施形態のような熱風によってワークを加熱するようなタイプの加熱炉内に挿入した場合であっても、前記熱風の対流を乱したり、妨げたりするようなことがない。このため、リフロー処理に影響を与えることなく、ＬＳＩなどの高集積化及び微細加工に対応した電子部品や配線パターンが微細化した基板からなるワークの細部を忠実且つ鮮明に観察することができる。
【００３６】
また、前記加熱炉には、加熱中のワークを肉眼で観察可能な窓部やこの窓部の周囲にカメラが移動可能に設置されているため、前記Ｘ線透過によるワークの細部とワーク全体の観察も同時に行うことができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、Ｘ線発生器３１及びＸ線検出器３２からなるＸ線検査ユニット１３を固定にしておき、加熱炉１２を移動させることによって、ワーク２０の任意の検査部位にＸ線を照射させる構成となっている。これに対して、加熱炉１２を固定にしておいて、Ｘ線検査ユニット１３の方を前記加熱炉１２内に載置されているワーク２０の任意の検査部位に移動させるような構成にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置の正面側から見た内部構成図である。
【図２】上記加熱型Ｘ線観察装置の側面側から見た内部構成図である。
【図３】ワークの一例を示す斜視図である。
【図４】加熱炉の構造を示す斜視図である。
【図５】Ｘ線発生器の構造を示す要部断面図である。
【図６】Ｘ線照射管の構造を示す要部断面図である
【図７】加熱炉の内部構造を示す断面図である。
【図８】ＸＹテーブルの構成を示す斜視図である。
【図９】上記ＸＹテーブルの平面図である。
【図１０】上記加熱炉内の熱風の対流を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 加熱型Ｘ線観察装置
１１ 筐体
１１ａ 下側収容スペース
１１ｂ 上側収容スペース
１２ 加熱炉
１３ Ｘ線検査ユニット
１４ 観察窓
１４ａ 透過ガラス
１５ 炉本体部
１６ 熱風供給部
１７ ＸＹテーブル（台座部）
１８ 可動テーブル
１９ 孔部
２０ ワーク（対象物）
２１ プリント基板
２２ ハンダ
２３ 電子部品
２４ カメラ
２５ 電源装置
２６ 制御装置
３０ Ｘ線照射管
３１ Ｘ線発生器
３２ Ｘ線検出器
３３ Ｘ線検出面
３４ 電子線
３５ カソード
３６ アノード
３７ コンデンサレンズ
３８ 対物レンズ
３９ Ｘ線
４０ Ｘ線ターゲット部
４１ ステンレス管
４２ 中空部
４３ ターゲット基板
４４ ターゲット膜
４６ Ｘ線源
４７ 天板部
４８ 昇降機構部
４９ 回転軸
５１ 上面部
５２ 正面部
５３ 下面部
５４ 背面部
５５，５６ 側壁部
５７ 加熱空間
５８ ワーク支持部
５９ ガイドレール
６０ 支持脚
６１ ダイヤルつまみ
６２ Ｘ軸レール
６３ Ｙ軸レール
６４ Ｘ線照射用開口部
７１ａ，７１ｂ 窓部
７２，７３ 噴出部
７４ 排出部
７５ 加熱室
７６ 加圧室
７７ 攪拌路
７８ ヒータ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフロー処理中のプリント基板及びこのプリント基板上に実装される電子部品の状態をＸ線透過によって観察する加熱型Ｘ線観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路パターンが形成されたプリント基板上にハンダを介して各種の電子部品、例えば、表面実装型の半導体素子やコネクタ類などを複数一括して実装するためにリフロー処理が行われる。このリフロー処理を行うためのリフロー装置は、ハンダ付が施される電子部品が配置されたプリント基板などの対象物（ワーク）を収容する加熱炉と、この加熱炉内及び前記ワークの温度等を測定するための観察及び測定手段と、この測定手段に基づいて温度制御を行う制御手段とを備える。
【０００３】
前記加熱炉内やワークの加熱温度等は、加熱炉内に設置され、あるいは、ワークと共に投入される温度計測部材などを介して外部に数値データとして出力される。一方、加熱に伴うプリント基板の反りや変形、あるいは電子部品のプリント基板に対するハンダの溶融状態や接合状態などの挙動は、前記加熱炉の一部に設けられるのぞき窓から目視やカメラによって観察するようになっているものが多い（特許文献１参照）。
【０００４】
通常のリフロー処理を行わせるためには、前記加熱炉内の温度が常温〜３００℃程度の高温状態が維持される。このような高温環境下においては、前記ワークに大きなストレスがかかることとなる。このため、前記ワークの加熱中の状態を目視やカメラ等を用いた観察によって、加熱温度や加熱時間を制御及び管理することで、ワークの変形やハンダによる接合不良の防止が図られることになる。また、環境問題の観点から、前記ハンダが鉛を含まない非鉛系のハンダ合金（鉛フリーハンダ）に置き換えられようとしている。このような鉛フリーハンダは、従来一般的に使用されてきた鉛系のハンダ合金に比べて融点が２０〜３０℃程度と高いものとなるため、この鉛フリーハンダに対応させるためには、前記ワークをさらに詳細に観察する必要性が増している。
【０００５】
また、近年の微細加工技術の進展によって、ＩＣ、ＬＳＩなどの電子デバイスもさらに微細化されているが、このような電子デバイスにおけるリフロー処理中における熱的内部挙動は、前述したような観察方法では十分に把握することが困難となっている。このような問題を解決するために、Ｘ線を用いてリフロー処理中のワークを詳細に観察する装置が提案されている（特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開平１０−５１１２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４１９４号公報
【特許文献３】特開２００５−３５３７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に示したＸ線観察装置では、ワークである電子部品を取り囲む第１の熱源と、前記電子部品の一部をスポット的に暖める第２の熱源とを備え、前記第１及び第２の熱源によって暖められた電子部品にＸ線を透過して観察するようになっている。しかしながら、前記第１及び第２の熱源による加熱状態は、実際のリフロー炉（加熱炉）内における熱風の対流を伴った加熱状態とは異なる。このため、所定の温度に達した際における電子部品の内部挙動は観察することはできるが、加熱炉内における熱風の対流の変化に伴う温度の伝わり方に対応して変化する電子部品の内部挙動をリアルタイムに観察することは困難である。
【０００７】
一方、特許文献３に示したＸ線による観察装置は、実際の加熱炉内に収容した電子部品などのワークを加熱し、このときの状態をＸ線によって観察するため、前記ワークを実際の加熱条件の下で観察できるが、Ｘ線をワークに向けて照射するためのＸ線照射管が加熱炉の外部に設けられている。このため、前記ワークに対するＸ線の照射距離が長くなり、有効な観察倍率を得ることが難しくなるとともに、観察部位に正確に焦点を合わせることが容易でない。特に、ＩＣやＬＳＩなどは微細加工が進んでいるため、より有効な観察倍率及び正確な焦点調整の可能な観察手段が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加熱炉内に収容されている電子部品などのワークに最も近接した位置でＸ線照射を行うことで、実際の加熱条件下におけるワークの挙動をリアルタイム且つ詳細に観察することのできる加熱型Ｘ線観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の加熱型Ｘ線観察装置は、ハンダ付けの対象物を収容して加熱処理を施す加熱炉と、前記対象物にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニットとを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、前記Ｘ線検査ユニットは、加熱処理中の加熱炉内に突出し、先端部が前記対象物の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置によれば、Ｘ線照射管の先端部を加熱中の加熱炉の内部に突出させて、対象物の検査部位に最も近接させた状態でＸ線を照射することができるので、Ｘ線透過による前記検査部位の観察倍率をより向上させることが可能となった。これによって、ＬＳＩなどの高集積化及び微細加工に対応した配線パターン及び電子部品が実装された基板からなるワークの細部を忠実且つ鮮明に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置の実施形態を詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の加熱型Ｘ線観察装置１０の全体構成を示したものであり、図１は正面方向、図２は側面方向から見たときの内部の構成を示したものである。この加熱型Ｘ線観察装置１０では、図３に示すようなプリント基板２１及びこのプリント基板２１上にクリーム状に印刷されたハンダ２２を介して配置される電子素子やコネクタなどの各種の電子部品２３からなるワーク２０を主な検査の対象物としている。ワーク２０の一例としては、厚みが１〜２ｍｍのエポキシ樹脂やベークライトなどの絶縁板からなり、表面に３０〜４０μｍ程度の厚みの銅箔による配線パターンが形成されたプリント基板２１であり、ハンダ２２に関しては、従来のスズ-鉛を用いた共晶ハンダの他に、鉛を含まないスズ-銀-銅を用いた鉛フリーハンダなどの使用も可能である。また、前記プリント基板２１上にハンダ２２を介してリフロー実装される電子部品２３は、微細加工及び多ピンのＬＳＩにも対応可能となっている。
【００１２】
図１及び図２に示したように、前記加熱型Ｘ線観察装置１０は、ワーク２０を収容して加熱処理を施す加熱炉１２と、この加熱炉１２を挟んで上下方向に配設されるＸ線検査ユニット１３を中心に備え、その周囲を密閉する筐体１１内に収容されている。この筐体１１内には、前記加熱炉１２及びＸ線検査ユニット１３を駆動制御するための電源装置２５、制御装置２６や観察用のカメラ２４などが配設されている。また、前記筐体１１の外部には、図示しない電源部、制御盤、圧縮エアー用の配管などが備えられている。
【００１３】
前記筐体１１は、Ｘ線の漏出を防止するため、金属パネルで四方が密閉された箱型に形成され、内部には台座部（ＸＹテーブル）１７によって上下方向に大きく仕切られた下側収容スペース１１ａ及び上側収容スペース１１ｂが設けられる。前記下側収容スペース１１ａにはＸ線検査ユニット１３の構成要素の一つであるＸ線発生器３１が配置され、上側収容スペース１１ｂには加熱炉１２及び前記Ｘ線発生器３１と対向するＸ線検出器３２が配置される。また、この筐体１１には、金属パネルの一部に前記上側収容スペース１１ｂ内を覗くための透過ガラス１４ａがはめ込まれた観察窓１４が設けられている。この観察窓１４は前記加熱炉１２が配置を基準として上下動スライド可能に取り付けられている。
【００１４】
前記加熱炉１２は、図４に示すように、前記ワーク２０を収容して加熱処理を行う炉本体部１５と、この炉本体部１５の左右両側に設けられる熱風供給部１６と、前記炉本体部１５の底部に開放部を有して前記ＸＹテーブル１７上を移動可能とする可動テーブル１８とを備えている。また、前記Ｘ線照射管３０は、図１、図２及び図４に示されるように、ＸＹテーブル１７の略中央部に開設されている孔部１９を通して配置される。なお、前記筐体１１には、熱風供給部１６に備わるヒータ部の温度調整を行うための温度調整ユニットや加熱型Ｘ線観察装置１０全体の制御や状態を表示するための制御表示パネルなどが設けられる。
【００１５】
前記Ｘ線検査ユニット１３は、Ｘ線発生器３１と、このＸ線発生器３１から照射されるＸ線を加熱炉１２内のワーク２０を介して透過させて検出するためのＸ線検出器３２とを備えて構成されている。前記Ｘ線検出器３２には、前記ワーク２０を透過したＸ線を検出するＸ線検出面３３を備えており、このＸ線検出面３３と前記Ｘ線発生器３１に備わるＸ線照射管３０及びワーク２０との位置関係に基づいて決定される拡大倍率で、前記ワーク２０の検査部位を拡大表示するようになっている。
【００１６】
図５に示すように、前記Ｘ線発生器３１は、エネルギービーム（電子線）３４を発生するカソード３５と、このカソード３５によって発生させた電子線３４を加速するアノード３６と、このアノード３６によって加速された電子線３４を集束させるコンデンサレンズ３７と、このコンデンサレンズ３７に対向して設けられる対物レンズ３８と、この対物レンズ３８によって集束された電子線３４が照射されてＸ線３９を発生させるＸ線ターゲット部４０とを備える。
【００１７】
前記Ｘ線ターゲット部４０は、図６に示すように、内部に中空部４２を有する細長いステンレス管４１の先端部に溶接固定される。このＸ線ターゲット部４０は、ベリリウムからなる円盤状のターゲット基板４３と、このターゲット基板４３の表面に接合され、電子線３４が照射されることによりＸ線３９を発生するタングステンからなるターゲット膜４４とで構成される。
【００１８】
前記ターゲット基板４３は、ステンレス管４１の先端部に設けられた溝部に嵌め込まれ、低温溶接によって固定することで前記中空部４２が真空状態に保持されるようになっている。
【００１９】
図６に示したように、ターゲット膜４４に対して、集束された電子線３４が照射されることにより、焦点位置に対応する点状のＸ線源４６から所定の広がり角度を有してＸ線３９が発生する。Ｘ線発生器３１における電子線３４の通路である中空部４２は密閉され、真空ポンプ（図示せず）などで真空状態に保たれている。Ｘ線３９の広がり角度は、特に限定されないが、たとえば４５度〜１５０度の範囲内で、好ましくは１００度〜１４０度程度が適正である。
【００２０】
図１及び図２に示したように、前記Ｘ線発生器３１と対向して設けられるＸ線検出器３２は、加熱炉１２の上方に上下移動可能に配置される。このＸ線検出器３２は、前記Ｘ線照射管３０と対向する位置にＸ線検出面３３を備え、このＸ線検出面３３が加熱炉１２の上方において、前記Ｘ線照射管３０との距離を短くしたり、長くしたりするための昇降機構部４８が筐体１１の天板部４７に備えられている。前記昇降機構部４８には、回転軸４９が設けられ、この回転軸４９によって前記Ｘ線検出器３２を加熱炉１２の上面に近接した位置から天板部４７の近くまで離間した位置までの間で移動可能となっている。このように、Ｘ線検出器３２を上下方向に移動可能とすることで、前記Ｘ線照射管３０から照射されるＸ線による透過倍率を可変させることができる。
【００２１】
前記加熱炉１２は、図４に示したように、上面部５１、前方側面（正面部）５２、下面部５３、背面部５４及び左右方向に面した一対の側壁部５５，５６とで構成された加熱空間５７を有しており、図３に示したようなＡ４サイズ版までのプリント基板２１からなるワーク２０がワーク支持部５８を介して略中央部に浮かせた状態で配置される。このワーク支持部５８は、前記ワーク２０の左右の縁部を載せ置く略Ｌ字状の一対のガイドレール５９と、このガイドレール５９を加熱空間５７の中間位置の高さで支持すると共に、互いに離間及び近接可能となるようにスライド可能に配置される一対の支持脚６０とを有して構成されている。前記支持脚６０をスライドさせることによって、Ｂ５やＡ５サイズ等のＡ４サイズ以下のワークにも対応させることができる。このスライド移動は、加熱炉１２の前面側に備わるダイヤルつまみ６１によって操作される。なお、前記支持脚６０のスライド移動は、左右方向の移動量が対称となるように構成されているため、Ｂ５やＡ５などのサイズのワークに対しても加熱空間５７内の略中心部に位置するようになっている。
【００２２】
図７に示すように、前記Ｘ線照射管３０は、Ｘ線ターゲット部４０が炉本体部１５内に載置されているワーク２０の下面に近接するような高さとなるようにＸ線発生器３１の先端部から延びている。このＸ線照射管３０は、前記加熱炉１２内における熱風の対流を乱さないように可能な限り細くして形成するのが望ましいが、実際に製造可能なＸ線ターゲット部４０の直径は５〜１０ｍｍ程度となる。また、Ｘ線照射管３０は、Ｘ線発生器３１を上下駆動することによって、前記ワーク２０が載置されている位置に応じて突出する高さの調整が可能となっており、ワーク２０の所定の検査部位にＸ線ターゲット部４０を接触した状態でＸ線を照射して観察する。このように、前記Ｘ線ターゲット部４０を検査部位に接触させた状態でＸ線を照射できるため、前記検査部位のＸ線透過像をＸ線検出器３２によって高倍率で検出することができ、検査精度を飛躍的に向上させることが可能となる。なお、前記ワーク２０を移動させて別の検査部位に前記Ｘ線ターゲット部４０によるＸ線照射位置を合わせる際には、ワーク２０に接触しないようにＸ線照射管３０の突出量が低く調整される。
【００２３】
また、前記Ｘ線照射管３０は、Ｘ線発生器３１と独立した構成になっているため、高さの異なるＸ線照射管を複数用意しておき、前記加熱炉１２内に支持されるワーク２０の高さ位置に合わせて適宜交換することもできる。このＸ線照射管３０は、ＸＹテーブル１７に開設されている孔部１９を通して固定され、加熱炉１２がＸＹテーブル１７上を滑るように移動させることで、ワーク２０の任意の検査部位にＸ線ターゲット部４０の照準を合わせるようになっている。
【００２４】
図８は、前記ＸＹテーブル１７の構造を示したものである。このＸＹテーブル１７上には前方側面及び後方側面に対向して延びる一対のＸ軸レール６２と、このＸ軸レール６２の間に架け渡される一対のＹ軸レール６３が設けられている。前記Ｘ軸レール６２はＸＹテーブル１７上に固定されており、Ｙ軸レール６３は、それぞれの両端がＸ軸レール６２上をスライド可能となるように取り付けられている。前記加熱炉１２の底部を支える可動テーブル１８は、一対のＹ軸レール６３上をスライド移動可能となるように取り付けられる。前記加熱炉１２は、Ｙ軸レール６３上をスライドすることによって、Ｙ軸方向の移動が可能となり、さらに、前記Ｙ軸レール６３をＸ軸レール６２に沿ってスライドすることによって、Ｘ軸方向の移動が可能となる。したがって、前記Ｙ軸レール６３上の可動テーブル１８の移動と、Ｘ軸レール６２上のＹ軸レール６３の移動とによって、前記加熱炉１２をＸＹテーブル１７上の任意の位置に移動させることができる。
【００２５】
前記加熱炉１２の移動範囲は、図９に示すように、前記ＸＹテーブル１７の略中央部に突出して固定されているＸ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０が炉本体部１５の底部のＸ線照射用開口部６４を全て走査可能な範囲となるように設定される。このＸ線照射用開口部６４は、前記Ｘ線照射管３０が突出可能な検査エリアであり、本実施形態では、Ａ４サイズ（３００ｘ２１０ｍｍ）までのワーク２０をＸ線検査可能とするため、前記Ｘ線照射用開口部６４のサイズを３５５ｘ２５５ｍｍに設定した。
【００２６】
前記ワーク２０は、リフロー処理が可能な温度に加熱された環境下において、目視では確認できないような微小な検査部位をＸ線検査ユニット１３によって、仔細に観察することが可能である。また、前記加熱炉１２には、図４に示したように、上面部５１、正面部５２にそれぞれ窓部７１ａ，７１ｂが設けられているので、筐体１１の正面に設けられている観察窓１４（図１参照）を通して外部から加熱中のワーク２０の状態を目視によっても観察することができる。なお、前記加熱炉１２の下面部５３にも窓部を設けることで、ワーク２０の下面側からも観察することが可能である。
【００２７】
次に、前記ワーク２０を収容してリフロー処理を行う加熱炉１２の構造を図７に基づいて詳細に説明する。この加熱炉１２は、熱風による対流を発生することによって、ワーク２０全体をムラなく均等に加熱するための構造を備えている。炉本体部１５内の加熱空間５７は、熱風の対流を考慮して、図４に示した前記ワーク支持部５８を介して載置されるワーク２０の上面側及び下面側に約４０ｍｍ程度の空間スペースが確保される。前記炉本体部１５の側壁部５５，５６及び背面部５４は、耐熱性の金属面で構成され、上面部５１、正面部５２及び下面部５３には、加熱空間５７の状態が視認可能な透過性を有した窓部７１ａ，７１ｂがそれぞれ設けられている。この窓部７１ａ，７１ｂは、耐熱性を有する合成石英ガラスの二重構造となっており、前記ワーク２０の表裏の両平面及び正面側の側面が全て見渡せる広さに形成されている。このような窓部７１ａ，７１ｂを設けることで、加熱中の前記ワーク２０の表面側及び裏面側に配置されている電子部品２３の実装状態やプリント基板２１の反りや変形などを三方向から観察することができる。なお、前記窓部７１ａが設けられている炉本体部１５の上面部は、ワーク２０を出し入れさせるため、スライド開閉可能となっている。
【００２８】
前記加熱炉１２内の側壁部５５，５６には、図４に示したように、前記ワーク支持部５８に支持されるワーク２０の表面及び裏面に熱風を吹き付けるための噴出部７２，７３と、吹き付けた後の熱風を外部に排出する排出部７４が設けられる。前記噴出部７２，７３は、図７に示すように、前記側壁部５５，５６の上辺部と下辺部に沿って設けられ、排出部７４は前記上辺部及び下辺部に設けられている各噴出部７２，７３の中間部に設けられる。この排出部７４は、前記ワーク支持部５８に支持されているワーク２０の高さと略同じ高さ位置に設定されている。また、前記噴出部７２，７３及び排出部７４は、側壁部５５，５６を丸孔状に貫通して形成され、一列に等間隔ごとに配列されているが、前記排出部７４の方が噴出部７２，７３よりも密に形成されるのが望ましい。前記噴出部７２，７３から噴出される熱風は、ワーク２０の表面及び裏面のそれぞれの端部から中心部に向かって対流させた後、左右の側壁部５５，５６に設けられている排出部７４から加熱炉１２の外部に自然排出されることによって、加熱空間５７内を一定の流量で循環するようになっている。
【００２９】
前記炉本体部１５の左右側に設けられているそれぞれの熱風供給部１６には、前記排出部７４を挟んだ上段と下段に加熱室７５及び加圧室７６が設けられている。加熱室７５には、前記噴出部７２，７３に通じる空気の攪拌路７７と、この各攪拌路７７に対して熱した空気を供給するヒータ部７８とを備える。このヒータ部７８は、前記側壁部５５，５６の長手方向に沿って延びる複数の細長い発熱管と、この発熱管を所定の温度に設定調整するためのコントローラ（図示せず）とを備える。また、加圧室７６では、前記加熱室７５を通して炉本体部１５内に熱風を噴出させるための圧縮空気が生成される。前記各加圧室７６に通じる空気の配管（図示せず）には、バルブ及びエアフローコントローラ（図示せず）が取り付けられ、加圧室７６に送り込まれる空気の流量が適宜調整される。本実施形態の加熱炉１２にあっては、炉本体部１５を挟んで配設される４基の加圧室７６のそれぞれに対応して設けられるエアフローコントローラによって、空気の流量を制御する。これによって、炉本体部１５内の４箇所の噴出部７２，７３からの熱風の噴出量を均一にし、ワーク２０をムラなく均等に加熱させることができる（図７参照）。
【００３０】
次に、上記加熱型Ｘ線観察装置１０による実際の操作について説明する。最初に筐体１１の観察窓１４を開いた後、加熱炉１２の上面部５１をスライド開放（図４）し、各種の電子部品やコネクタ類が配置されたプリント基板２１からなるワーク２０をワーク支持部５８の上に載置する。このワーク２０の配置高さは、加熱空間５７の略中間に位置するように設定されている。前記ワーク２０を所定位置にセットした後、上面部５１を前方側にスライド移動させて炉本体部１５内を密閉する。この密閉は加熱炉内を加熱する際に熱が外部に漏れないようにするためのものであり、加熱中の内部も通常の大気圧状態に置かれる。最後に前記観察窓１４を閉じて筐体１１内部を完全に密閉する。
【００３１】
前記ワーク２０のセット作業が完了した後、筐体１１内に備わる温度調整ユニット（図示せず）によって加熱炉１２内の温度設定を行う。この温度は、鉛フリー実装を行う場合、最大３００℃までの間で行われ、１℃刻みで設定される。ここで設定された温度は、炉本体部１５内に備わる温度センサ（図示せず）で感知され、設定された温度を維持するように自動制御される。
【００３２】
図１０は、上記操作によって、加熱炉１２内に流れる熱風の循環状態を断面図に示したものである。ここに示すように、前記各噴出部７２，７３からは、ワーク２０の中心部に向かって熱風が排出される。この熱風は、前記ワーク２０の中心部に到達した後、このワーク２０と略同じ高さ位置に設けられた排出部７４から自然排気されることで炉本体部１５内を対流する。本実施形態では、前記噴出部７２，７３が前記ワーク２０を中心とした左右側面の上辺部及び下辺部の計４箇所に設けられているため、ワーク２０の上面及び下面を所定の温度に熱せられた熱風によって、ムラなく加熱することができる。
【００３３】
前記熱風によって加熱中のワーク２０をＸ線検査する際には、その検査する箇所にＸＹテーブル１７から突出するＸ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０を近接させ、このＸ線ターゲット部４０を通してＸ線を照射する。前記ワーク２０の検査部位へのＸ線照射は、図８及び図９に示したように、可動テーブル１８を介して載置されている加熱炉１２を前記ＸＹテーブル１７上で平面方向にスライド移動させながら行われ、その際に、Ｘ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０をワーク２０の任意の検査部位に近接させる。前記ワーク２０の下面側から照射したＸ線は、炉本体部１５の上側の窓部７１ａを通し、この窓部７１ａの上方に配置されているＸ線検出器３２によって検出され、そのときの透過画像を外部に設置してあるモニタ等（図示せず）に映し出す。また、前記Ｘ線照射管３０を中心として移動するワーク２０の状態は、筐体１１内に設置されているカメラ２４によって観察することもできる（図１及び図２参照）。
【００３４】
前記カメラ２４は、加熱炉１２の外側で前記Ｘ線照射管３０を中心とした回転半径内に設置される。このカメラ２４は、静止画像あるいは動画像の撮影が可能なＣＣＤからなる撮像素子、レンズ部、自動あるいは手動式の焦点調節部とを備えている。前記レンズ部は、図３に示したようなワーク２０全体から電子部品２３の一つ一つまでを撮影可能となるように、標準で８〜６４倍、高倍率で３２〜２５６倍の性能を有するものが好ましい。カメラ２４によって、ワーク２０の検査部位を任意の角度及び倍率によって撮影され、外部に備わるモニタ等に映し出すことができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の加熱型Ｘ線観察装置では、Ｘ線照射管３０のＸ線ターゲット部４０を加熱中の炉本体部１５の内部に挿入し、ワーク２０の検査部位に最も近接させた状態でＸ線を照射することができるので、Ｘ線透過による観察倍率をより向上させることが可能となった。特に、Ｘ線ターゲット部４０を含むＸ線照射管３０が非常に細く形成されているため、本実施形態のような熱風によってワークを加熱するようなタイプの加熱炉内に挿入した場合であっても、前記熱風の対流を乱したり、妨げたりするようなことがない。このため、リフロー処理に影響を与えることなく、ＬＳＩなどの高集積化及び微細加工に対応した電子部品や配線パターンが微細化した基板からなるワークの細部を忠実且つ鮮明に観察することができる。
【００３６】
また、前記加熱炉には、加熱中のワークを肉眼で観察可能な窓部やこの窓部の周囲にカメラが移動可能に設置されているため、前記Ｘ線透過によるワークの細部とワーク全体の観察も同時に行うことができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、Ｘ線発生器３１及びＸ線検出器３２からなるＸ線検査ユニット１３を固定にしておき、加熱炉１２を移動させることによって、ワーク２０の任意の検査部位にＸ線を照射させる構成となっている。これに対して、加熱炉１２を固定にしておいて、Ｘ線検査ユニット１３の方を前記加熱炉１２内に載置されているワーク２０の任意の検査部位に移動させるような構成にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る加熱型Ｘ線観察装置の正面側から見た内部構成図である。
【図２】上記加熱型Ｘ線観察装置の側面側から見た内部構成図である。
【図３】ワークの一例を示す斜視図である。
【図４】加熱炉の構造を示す斜視図である。
【図５】Ｘ線発生器の構造を示す要部断面図である。
【図６】Ｘ線照射管の構造を示す要部断面図である
【図７】加熱炉の内部構造を示す断面図である。
【図８】ＸＹテーブルの構成を示す斜視図である。
【図９】上記ＸＹテーブルの平面図である。
【図１０】上記加熱炉内の熱風の対流を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 加熱型Ｘ線観察装置
１１ 筐体
１１ａ 下側収容スペース
１１ｂ 上側収容スペース
１２ 加熱炉
１３ Ｘ線検査ユニット
１４ 観察窓
１４ａ 透過ガラス
１５ 炉本体部
１６ 熱風供給部
１７ ＸＹテーブル（台座部）
１８ 可動テーブル
１９ 孔部
２０ ワーク（対象物）
２１ プリント基板
２２ ハンダ
２３ 電子部品
２４ カメラ
２５ 電源装置
２６ 制御装置
３０ Ｘ線照射管
３１ Ｘ線発生器
３２ Ｘ線検出器
３３ Ｘ線検出面
３４ 電子線
３５ カソード
３６ アノード
３７ コンデンサレンズ
３８ 対物レンズ
３９ Ｘ線
４０ Ｘ線ターゲット部
４１ ステンレス管
４２ 中空部
４３ ターゲット基板
４４ ターゲット膜
４６ Ｘ線源
４７ 天板部
４８ 昇降機構部
４９ 回転軸
５１ 上面部
５２ 正面部
５３ 下面部
５４ 背面部
５５，５６ 側壁部
５７ 加熱空間
５８ ワーク支持部
５９ ガイドレール
６０ 支持脚
６１ ダイヤルつまみ
６２ Ｘ軸レール
６３ Ｙ軸レール
６４ Ｘ線照射用開口部
７１ａ，７１ｂ 窓部
７２，７３ 噴出部
７４ 排出部
７５ 加熱室
７６ 加圧室
７７ 攪拌路
７８ ヒータ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンダ付けの対象物を収容して加熱処理を施す加熱炉と、前記対象物にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニットとを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、
前記Ｘ線検査ユニットは、加熱処理中の加熱炉内に突出し、先端部が前記対象物の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管を備えていることを特徴とする加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項２】
前記Ｘ線照射管は、前記加熱炉が載置される台座部の略中央部から上方に向けて突出して設けられる請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項３】
前記加熱炉は、前記対象物を浮かせた状態で支持するとともに、前記Ｘ線照射管を中心として、前記台座部上をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド移動可能な密閉した加熱空間を備える請求項１又は２記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項４】
前記Ｘ線照射管は、その先端部が前記加熱炉内に支持されている対象物の任意の検査部位に近接するように上下移動可能に配置される請求項１又は２記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項５】
前記Ｘ線照射管は、ベリリウムで形成されたターゲット基板と、このターゲット基板の表面に設けられ、電子線が照射されることによりＸ線を発生するタングステンで形成されたターゲット膜とからなるＸ線ターゲット部を備える請求項１、２、４のいずれかに記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項６】
前記Ｘ線ターゲット部は、内部に中空部が形成された細長いステンレス管の先端部に溶接接合される請求項５記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項７】
前記加熱炉には、左右方向に前記対象物を挟んで対向する一対の側壁部を有し、それぞれの側壁部の上辺部及び下辺部に加圧室及び加熱室を経た圧縮空気による熱風の噴出部が設けられると共に、前記上辺部と下辺部の中間に前記熱風の排出部が設けられ、熱風を前記対象物の上面側及び下面側の加熱空間内で対流させることによって、対象物の表面を均等に加熱する請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項８】
前記加熱炉には、前記対象物を外部から観察するための透過窓部を備える請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項９】
前記透過窓部の外周には、この透過窓部を通して前記加熱炉内の対象物を撮影するためのカメラを移動可能に配置した請求項８記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項１０】
前記対象物は、ハンダを介して電子部品が配置されたプリント基板である請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項１】
ハンダ付けの対象物を収容して加熱処理を施す加熱炉と、前記対象物にＸ線を照射してハンダ付けの状態を検査するＸ線検査ユニットとを備えた加熱型Ｘ線観察装置において、
前記Ｘ線検査ユニットは、加熱処理中の加熱炉内に突出し、先端部が前記対象物の検査部位に近接した位置でＸ線を照射するＸ線照射管を備えていることを特徴とする加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項２】
前記Ｘ線照射管は、前記加熱炉が載置される台座部の略中央部から上方に向けて突出して設けられる請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項３】
前記加熱炉は、前記対象物を浮かせた状態で支持するとともに、前記Ｘ線照射管を中心として、前記台座部上をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライド移動可能な密閉した加熱空間を備える請求項１又は２記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項４】
前記Ｘ線照射管は、その先端部が前記加熱炉内に支持されている対象物の任意の検査部位に近接するように上下移動可能に配置される請求項１又は２記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項５】
前記Ｘ線照射管は、ベリリウムで形成されたターゲット基板と、このターゲット基板の表面に設けられ、電子線が照射されることによりＸ線を発生するタングステンで形成されたターゲット膜とからなるＸ線ターゲット部を備える請求項１、２、４のいずれかに記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項６】
前記Ｘ線ターゲット部は、内部に中空部が形成された細長いステンレス管の先端部に溶接接合される請求項５記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項７】
前記加熱炉には、左右方向に前記対象物を挟んで対向する一対の側壁部を有し、それぞれの側壁部の上辺部及び下辺部に加圧室及び加熱室を経た圧縮空気による熱風の噴出部が設けられると共に、前記上辺部と下辺部の中間に前記熱風の排出部が設けられ、熱風を前記対象物の上面側及び下面側の加熱空間内で対流させることによって、対象物の表面を均等に加熱する請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項８】
前記加熱炉には、前記対象物を外部から観察するための透過窓部を備える請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項９】
前記透過窓部の外周には、この透過窓部を通して前記加熱炉内の対象物を撮影するためのカメラを移動可能に配置した請求項８記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【請求項１０】
前記対象物は、ハンダを介して電子部品が配置されたプリント基板である請求項１記載の加熱型Ｘ線観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１２３８５８（Ｐ２００９−１２３８５８Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９５１７８（Ｐ２００７−２９５１７８）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（５０１４１１３８５）株式会社 コアーズ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【出願人】（５０１４１１３８５）株式会社 コアーズ (6)
【Ｆターム（参考）】
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