印刷半田検査方法及び装置
【課題】印刷半田の状態を的確に検査することができる印刷半田検査方法及び装置を提供することにある。
【解決手段】基板１０に印刷された半田１０ｘの２次元画像を撮像する光学系２０、３０と、当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系２０、３０と、撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目６１を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目６２を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部５０、６０、８０とを備える。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形状を決定することが可能となると共に正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【解決手段】基板１０に印刷された半田１０ｘの２次元画像を撮像する光学系２０、３０と、当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系２０、３０と、撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目６１を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目６２を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部５０、６０、８０とを備える。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形状を決定することが可能となると共に正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に印刷された半田の検査方法及び装置に関し、特に該印刷半田の２次元測定結果及び３次元測定結果に基づいて検査する印刷半田検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷半田とは、メタルマスクと呼ばれる薄い金属板に設けられた開口部を通して、ペースト状のクリーム半田を基板のパッド上に転写する工程をいう。よって、基板に印刷されたクリーム半田（印刷半田）には、通常１００μｍ〜１５０μｍ位の厚みがある。このような厚み方向の転写状況までしっかり把握するためには、当然ながら３次元測定技術が必要である。
【０００３】
印刷半田検査方法における３次元測定において、印刷半田が転写されるパッド上面を高さ測定基準面として設定し、そこから突出した印刷半田の高さなり体積を測定できれば理想的である。しかし印刷済み基板においては、パッドは印刷半田で覆い隠されているので、高さ測定基準面としてパッド上面を検出することはできない。そこで、パッド以外のレジスト上面を高さ測定基準面とするのが一般的であるが、レジスト上面はパッド上面より高いのが一般的であり、従って高さ測定基準面より低い印刷半田の下部は測定できないことになる。
【０００４】
また仮に、パッド上面と高さが同じところを高さ測定基準面とできたとしても、その基準面が少しでも下側に設定されると、印刷半田下面の基板部の体積まで測定することとなり、測定結果が実体と大きく乖離してしまう。そこで、印刷半田検査方法における３次元測定にあたっては、精度限界が測定結果に大きな影響を及ぼさないよう、高さ測定基準面を検出したところから２０μｍ〜３０μｍほど上方向に設定するというのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０７９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
３次元測定による印刷半田検査方法では、上記２つの理由により、例えば印刷半田が薄く広がる「にじみ」と呼ばれる不良は検出できないという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、印刷半田の状態を的確に検査することができる印刷半田検査方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明の印刷半田検査方法では、基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形状を決定する工程とを含むことを特徴としている。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形状を決定することが可能となる。
【０００９】
上記目的達成のため、本発明の他の印刷半田検査方法では、基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形成合否を判定する工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
従来の印刷半田検査方法でも、２次元測定と３次元測定の併用について言及しているものがあるが、その内容は２次元で基板全面を測定して検査し、どうしても必要な部分のみ３次元で測定して検査するというものである。その趣旨、目的は、本来は３次元で基板全面を測定して検査したいのだが、測定速度の面で現実的ではなかったので、高速な２次元で基板全面を測定して検査し、どうしても厚さ方向の品質保証をしたい部分のみ３次元で測定して検査するという、やむを得ない消極的な共用という提案であった。
【００１１】
しかし、本発明の印刷半田検査方法では、２次元測定と３次元測定はお互いに補完するものであり、その両方を使うことで正確に印刷半田の形成合否を判断できるというものである。例えば、２次元測定を用いてにじみ検出等に有効な印刷半田の底部面積を測定し、３次元測定を用いてかすれ検出等に有効な印刷半田（高さ測定基準面より上方向に突出した部分）の高さを測定するという２段構えの測定を行い、両者から印刷半田の良否判定とその形状を的確に表現する用語を抽出し表示する。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【００１２】
また、前記２次元測定工程は、前記印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定する工程を含み、前記３次元測定工程は、該印刷半田の断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定する工程を含むことを特徴としている。そして、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて前記印刷半田の形成合否を判定することを特徴としている。これにより、より正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【００１３】
上記目的達成のため、本発明の印刷半田検査装置では、基板に印刷された半田の２次元画像を撮像する光学系と、当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系と、撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部とを備えたことを特徴としている。これにより、上記作用効果を奏する印刷半田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】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る印刷半田検査装置の全体構成を示す図である。この印刷半田検査装置１００は、検査対象基板１０に印刷されているクリーム半田（印刷半田）１０ａ、１０ｂ、１０ｃの２次元画像及び３次元画像を処理して２次元性状の項目及び３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状の決定及び形成合否の判断を行う機能を備えていることを特徴としている。このような印刷半田検査装置１００の構成について以下説明する。
【００１６】
この印刷半田検査装置１００は、照明装置（光学系）２０、撮像装置（光学系）３０、画像入力記憶部（検査部）５０、画像処理部（検査部）６０、ロボット７０、表示装置７４、全体制御部（検査部）８０等を備えている。
【００１７】
照明装置２０には、２次元測定用の赤緑色ＬＥＤ照明装置２１と青色ＬＥＤ照明装置２２が実装されている。赤緑色ＬＥＤ照明装置２１は、パッド１５（図３参照）を抽出するためのものである。青色ＬＥＤ照明装置２２は、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃを検出するためのものである。更に、３次元測定用のスリット照明装置２３が組み込まれている。スリット照明装置２３からはスリット光２４が照射される。スリット光２４の長さは約３０ｍｍで幅は約０．１ｍｍである。各照明装置２１、２２、２３は、全体制御部８０によってその点灯・消灯が制御される。
【００１８】
撮像装置３０は、照明装置２０の上方に設置されている。この撮像装置３０は、画像を撮像素子に結像するためのレンズ３２と、その結像画像を電子信号に変換するためのカメラ３１を備えている。カメラ３１は、エリアカメラであれば種類を問わないが、２次元測定と３次元測定の両方を効率よく実施するためＣＭＯＳエリアカメラが最適である。このカメラ３１による２次元測定の時の撮像範囲は、図２に示す撮像素子全面４０、例えば２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍの範囲を撮像する。また、３次元測定の時の撮像範囲は、スリット光２４が照射されている部分を含む図２に示す撮像領域４１、例えば２０．４８ｍｍ×０．６４ｍｍから２０．４８ｍｍ×５．１２ｍｍの間で必要な領域に限定して撮像する。どの範囲を撮像するかは、画像入力記憶部５０を経由して全体制御部８０から指示される。
【００１９】
画像入力記憶部５０には、カメラ３１から入力される２次元測定用半田撮像画像データ５１、２次元測定用パッド撮像画像データ５２と、３次元測定用撮像画像データ５３が格納されている。２次元測定の場合、青色ＬＥＤ照明装置２２のみ点灯して撮像した画像は、２次元測定用半田撮像画像データ５１として格納される。赤緑色ＬＥＤ照明装置のみを点灯して撮像した画像は、２次元測定用パッド撮像画像データ５２として格納される。３次元測定の場合、スリット照明装置２３のみを点灯し、かつ撮像範囲を図２に示す撮像領域４１に限定して撮像した画像は、３次元測定用撮像画像データ５３として格納される。更に、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた撮像画像が、３次元測定用撮像画像データ５３の２枚目、３枚目と次々に格納されていく。このように、３次元測定では、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた画像を多数枚撮像するので、３次元測定用撮像画像データ５３は、最低でも１０２４枚に及ぶ画像データで構成されている。
【００２０】
画像処理部６０は、画像入力記憶部５０からの２次元測定用半田撮像画像データ５１、２次元測定用パッド撮像画像データ５２及び３次元測定用撮像画像データ５３を処理する。そして、例えば印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目・データ６１を測定すると共に、断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目・データ６２を測定する。そして、詳細は後述するが、上記２次元測定項目・データ６１及び３次元測定項目・データ６２に基づいて印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形状を決定し、立体表示データ６３を求める。更に、上記２次元測定項目・データ６１及び３次元測定項目・データ６２から少なくとも２つを選択してマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４に基づいて、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形成合否を判定する。
【００２１】
ロボット７０は、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２、ロボット制御部７３を備えている。Ｘ軸ロボット７１は、Ｙ軸ロボット７２上に固定されている。また、Ｘ軸ロボット７１上には、検査対象基板１０が固定されている。Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２はロボット制御部７３と接続され、そのロボット制御部７３は全体制御部８０に接続されている。ロボット制御部７３は、全体制御部８０からの指示により、Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２を動作させて、検査対象基板１０をＸＹ平面上でカメラ３１、レンズ３２と照明装置２０に対して相対的に移動させることができる。これによって、カメラ３１は、検査対象基板１０の任意の位置を撮像することができる。
【００２２】
表示装置７４は、作業者が印刷半田検査装置１００を操作する上で必要不可欠な情報を表示する装置である。この表示装置７４には、撮像画像等も表示される。
【００２３】
全体制御部８０は、検査装置１００を構成する照明装置２０、画像入力記憶部５０、画像処理部６０、ロボット７０、表示装置７４を制御するためのものである。全体制御部８０内には、パッドデータ８１、視野割付データ８２、撮像データ記憶領域８３、検査データ作成プログラム８４、検査実行プログラム８５が存在する。
【００２４】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、検査対象基板１０の構造を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。基板基材１２の上には、銅による配線パターン１３が形成されている。この配線パターン１３のうち、搭載される電子部品の端子と接続する部分、即ち印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃが転写される部分は、パッド１５としてそのまま露出している。ただし、このパッド１５には、場合によっては導電性を高めるために金メッキされる場合もある。パッド１５以外の領域は、レジスト１４によって覆われ絶縁されている。レジスト１４に覆われた配線パターン１３の部分は、通常、内層パターン１６と呼ばれ、配線パターン１３の無いレジスト１４の部分と比較すると配線パターン１３の厚さ分だけ高くなっている。
【００２５】
以上のような構成の印刷半田検査装置１００において、先ず、印刷半田の２次元測定方法について説明する。検査対象基板１０をカメラ３１で撮像できるように、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を制御する。ここで、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、単に１０ｘとする）は、径が２０μｍ〜３０μｍ程度の半田粒の集合体なので、該表面はマクロ的に見ると乱反射面である。一方、パッド１５は、金あるいは銅で組成されているのが一般的であり、該表面は印刷半田１０ｘ表面と比較すると鏡面である。また、レジスト１４表面も相対的に鏡面である。
【００２６】
そこで、照明装置２０のうち、青色ＬＥＤ照明装置２２のみを点灯して、印刷半田１０ｘの画像を採取し、それを画像入力記憶部５０の中に２次元測定用半田撮像画像データ５１として記憶する。青色ＬＥＤ照明装置２２は、かなり低位置から照明するような構成になっているので、鏡面であるパッド１５表面及びレジスト１４表面からの反射光は、カメラ３１には向かわず、入射方向と反対側に逃げていく。それに対して、乱反射面である印刷半田１０ｘ表面からの反射光は、カメラ３１に向かう光成分が相対的に多い。よって、印刷半田１０ｘは、パッド１５、レジスト１４と比較してより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。このような原理で、２次元測定用半田撮像画像データ５１は、印刷半田１０ｘが相対的に明るく撮像された画像となる。
【００２７】
続いて照明装置２０のうち、赤緑色ＬＥＤ照明装置２１の赤色を点灯して、印刷半田１０ｘの画像を採取し、それを画像入力記憶部５０の中に２次元測定用パッド撮像画像データ５２として記憶する。レジスト１４表面もパッド１５表面も印刷半田１０ｘ表面と比較すると鏡面であるが、パッド１５は金ないしは銅でレジスト１４よりも反射率が高いので、パッド１５はレジスト１４よりもより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。更に、一般的にレジスト１４は緑色なので、照明色の赤色と補色の関係になって照明光をより多く吸収するのに対して、パッド１５は金あるいは銅という赤系の色なので照明光を反射する。このような作用が加わり、パッド１５はレジスト１４よりもより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。
【００２８】
また、赤緑色ＬＥＤ照明装置２１は、かなり高位置から照明するような構成になっているので、鏡面であるパッド１５表面及びレジスト１４表面からの反射光は、その多くが赤緑色ＬＥＤ照明装置２１とほぼ同じ方向のカメラ３１に向かう。それに対して、乱反射面である印刷半田１０ｘ表面からの反射光は、カメラ３１に向かう光成分は相対的に低下する。よって、パッド１５は、レジスト１４、印刷半田１０ｘと比較してより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。このような原理で、２次元測定用パッド撮像画像データ５２は、パッド１５が相対的に明るく撮像された画像となる。そして、２次元測定用半田撮像画像データ５１から印刷半田１０ｘの底部面積１０１（図１１参照）を得ることができる。また、２次元測定用パッド撮像画像データ５２からパッド１５の面積を得ることができる。
【００２９】
次に、印刷半田の３次元測定方法について説明する。検査対象基板１０にスリット光２４が当るように、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を制御する。図４に示すように、検査対象基板１０上の印刷半田１０ｘにスリット光２４が当ると、印刷半田１０ｘ上にはスリット光跡２４２が、検査対象基板１０上にはスリット光跡２４１が発生する。そして、カメラ３１が撮像した３次元測定用撮像画像５３には、印刷半田１０ｘ上のスリット光跡２４２はスリット光跡５３２として、検査対象基板１０上のスリット光跡２４１はスリット光跡５３１として、印刷半田１０ｘの高さ分だけ位置がずれたように撮像される。
【００３０】
スリット光２４の検査対象基板１０面からの取り付け角度をθとすると、印刷半田１０ｘの高さは、そのずれ量にｔａｎθを掛けたものになる。この考え方に基づき、３次元測定用撮像画像データ５３からスリット光跡５３２とスリット光跡５３１の画像上におけるＹ方向の座標差を求め、その値にｔａｎθを掛ければ印刷半田１０ｘの高さが計測できたことになる。しかし、これだけでは、スリット光２４が当った線分部分の高さしか計測できないので、印刷半田１０ｘの検査に最も求められる体積の測定ができない。そこで、カメラ３１とスリット光２４のユニットに対し、検査対象基板１０を相対的に動作させる。動作させる方向は、スリット光跡２４１、２４２の長さ方向に直交する方向とする。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、３次元測定したい範囲を高さ測定領域１１とする。図５（ｂ）に示すように、撮像領域４１内に高さ測定領域１１の上端である高さ測定基準ライン１１ａが入るように、Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２を制御する。そして、上記位置にて画像を撮像する。更に、撮像領域４１を検査対象基板１０に対して相対的に必要な測定分解能分（例えば２０μｍ）だけ移動させて画像を撮像する。この動作を、図５（ｃ）に示すように、高さ測定領域１１の下端である高さ測定基準ライン１１ｂが撮像領域４１内に入り、その画像を撮像するまで繰返し行う。高さ測定領域１１の範囲を２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍとし、２０μｍ単位で撮像を繰り返すとすると、３次元測定用撮像画像データ５３は、２０．４８／０．０２＝１，０２４枚撮像することになる。実際に撮像される画像イメージの一部を図６に示す。図６において、（ａ）の実画像データ５３ｃは検査対象基板１０の基板面、（ｂ）の実画像データ５３ｄは印刷半田１０ｘの高さが高い部分、（ｃ）の実画像データ５３ｅは印刷半田１０ｘの高さが低い部分の写り方である。
【００３２】
３次元測定用撮像画像データ５３において、図７に示す計測基準ライン５３３を定義する。この計測基準ライン５３３は、３次元測定用撮像画像データ５３の領域のどこに設定しても構わないが、この実施例では、スリット光跡５３１にほぼ合わせて設定するものとする。実際の３次元測定用撮像画像データ５３は、サイズが１，０２４画素×３２画素〜２５６画素、撮像枚数は１，０２４枚である。ここでは、以降の処理内容を判り易く説明するために、図８に示すように、３次元測定用撮像画像データ５３のサイズを、横方向（Ｘ方向）１０画素、縦方向（Ｙ方向）１０画素、撮像枚数１０枚として説明する。
【００３３】
３次元測定用撮像画像データ５３の１枚目から処理する。画像上におけるｘ＝０画素の時のスリット光跡５３１、５３２のｙ座標を求める。スリット光２４には約０．１ｍｍの幅があるので、画像上では最低でも５画素分の幅があることになる。この５画素は、同じ明度値をもっているわけではなく、中心が明るく外側に行くほど暗いという分布をしている。この５画素から２次あるいは４次曲線を求めることで、スリット光２４の幅方向の明度分布を正確に近似することができる。この曲線のピーク位置をｙ座標とすることで、ｘ＝０におけるスリット光のｙ座標値を１画素以下の単位で正確に求めることができる。ｙ座標は、計測基準ライン５３３を原点として測定する。このｙ座標にｔａｎθを掛けることにより、スリット光２４の当った部分の計測基準ライン５３３からの高さとなる。この処理をｘ＝１からｘ＝９まで繰り返す。更に同様の処理を、２枚目から９枚目の３次元測定用撮像画像データ５３について繰返し行う。すべて終了した時点で、高さ測定領域１１内のすべての点における高さが計測できたことになる。計測間隔は、この実施例ではＸＹ方向ともに２０μｍになる。
【００３４】
測定した高さデータは、３次元測定項目・データ６２に格納保存する。３次元測定項目・データ６２は、測定した全点の高さ情報が記録できるように（１０，１０）の２次元マトリックス構造を持っている。ｍ枚目のｘ＝ｎ（ｎ＝０〜９）における高さデータがｙｎ×ｔａｎθ（ｎ＝０〜９）の時、このデータは３次元測定項目・データ６２の（１０，１０）のどのセルに書き込むかについて説明する。ｘ＝ｎなので、明らかにＸ座標はＸ＝ｎとなる。ｍ枚目なので、Ｙ座標はＹ＝ｍが基本となる。しかしながら、図４から明らかなように、ｙｎ×ｔａｎθの高さを持った点は、計測基準ライン５３３よりもＹ方向に−ｙｎだけずれた位置にある。そこで、結果を格納するセルのＹ座標は、ｍ−ｙｎとなる。
【００３５】
３次元測定項目・データ６２は（１０，１０）の２次元マトリックスなので、セルのＸＹ座標値は単位（この実施例では２０μｍ）の整数倍となる。ｍ−ｙｎが単位の整数値と一致しない場合、もっとも近いＹ座標値のセルに書き込むことになる。まとめると、ｍ枚目の３次元測定用撮像画像データ５３のｘ＝ｎにおけるスリット光跡５３２のｙ座標がｙｎのとき、その高さデータｙｎ×ｔａｎθは、３次元測定項目・データ６２のセル（ｎ、＜ｍ−ｙｎ＞）に書き込むことになる。ただし、＜ｍ−ｙｎ＞は、ｍ−ｙｎと最も近い“単位の整数倍値”とする。こうして高さ測定領域１１の３次元測定項目・データ６２を得る。計測基準ライン５３３は、スリット光跡５３１に合わせてあるので、３次元測定項目・データ６２は、検査対象基板１０上面から測定した凹凸が記録されていることになる。このデータを積分することで、印刷半田１０ｘの体積を得ることができる。また、立体表示データ６３を３次元グラフィック処理することで図９に示すような画像を得ることができる。
【００３６】
以上のように、印刷半田１０ｘの高さは、検査対象基板１０の上面基準で測定できるが、正確にはパッド１５の上面基準で求める必要がある。３次元測定は、高さ測定領域１１単位に行われる。この高さ測定領域１１は、検査データ作成時に自動生成される。よって、高さ測定基準ライン１１ａと高さ測定基準ライン１１ｂも自動的に定義される。図１０に示すように、高さ測定基準ライン１１ａ上と高さ測定基準ライン１１ｂ上での検査対象基板１０上面高さを測定することにより、高さ測定基準面１７を求めることができる。これまで説明してきた印刷半田１０ｘの高さあるいは体積は、この高さ測定基準面１７を基準として測定したものである。
【００３７】
ここで、上述した同様の３次元測定を生基板で行う場合を考える。生基板は、クリーム半田が印刷されていない基板であるので、印刷半田の高さを測定しようとして得られる高さは、図１０に示すように、高さ測定基準面１７を測定基準としたパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面高さ１８ａ、１８ｂ、１８ｃとなる。このパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面高さ１８ａ、１８ｂ、１８ｃを、生基板を測定することで事前に測定してパッドデータ８１の基準面からの高さにパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に記憶しておく。そして、パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に印刷半田の高さ測定を行い、その結果に対しパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に記憶された基準面からの高さを減算する。これにより、印刷半田高さはパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面基準で測定した値となる。このように、検査データ作成時の最終段階で生基板を測定し、自動で生成した高さ測定基準面１７に対する各パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの基準面からの高さを測定・記憶しておくことで、パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面基準による印刷半田の高さ測定が行える。
【００３８】
以上の２次元測定方法により、図１１に示す印刷半田１０ｘの底部面積１０１やパッド面積という２次元性状の項目・データ６１を測定することができる。また、３次元測定方法により、図１１に示す印刷半田１０ｘの断面積１０２、突起面積１０３、平均高さ１０４、ピーク高さ１０５、体積１０６という３次元性状の項目・データ６２を測定することができる。即ち、これらの測定項目から、図１１に示すような印刷半田１０ｘの幾何学的形状をより正確に決定することが可能となる。尚、それぞれの測定項目・データ６１、６２は、上記したものに限定されるものでは無く、印刷半田１０ｘの２次元性状や３次元性状を表すものであれば良い。
【００３９】
一方、それぞれの測定項目・データ６１、６２で許容値に対して合格範囲内か否かを判定する検査であると、例えば底部面積１０１が許容値よりも大きいときは「底部面積が許容値よりも大きい不良」という検査結果が表示されるのみである。その他の測定項目・データ６１、６２についての判定も同様である。このような検査結果の表示は、印刷半田１０ｘの幾何学形状からは正しいが、印刷半田１０ｘの不良状態を言い表す概念と必ずしも一致しない。例えば、「底部面積が許容値よりも大きい不良」は「にじみ」と言い表すべきである。更に、「体積が許容値よりも少ない不良」は、平均高さが低くて（薄くて）少ないのか、欠けていて少ないのかによって、言い表すべき不良状態が明らかに違ってくる。「体積が少ない」＋「高さが低い」＋「底部面積が正常」は「かすれ」と言い表すべきであり、「体積が少ない」＋「高さは正常」＋「底部面積が少ない」は「欠け」と言い表すべきである。そこで、２次元測定方法と３次元測定方法で印刷半田１０ｘのすべての幾何学的要素を測定し、更に、それらの要素をすべて加味することで、印刷半田１０ｘの形成合否を判定して表示することが可能となる。
【００４０】
図１２は、印刷半田の底部面積とパッド面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。測定した印刷半田１０ｘの底部面積１０１を予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。一方、測定したパッド面積も予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。そして、上記過小、適正、過多をマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４を用いて、印刷半田１０ｘとそれに対応するパッドの区分が領域１〜９のどの領域に当てはまるかを判定する。
【００４１】
例えば、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多であり、パッド面積が過少もしくは適正であるとき（領域１もしくは領域２）は「にじみ」という検査結果を表示装置７４に表示する。同様に、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多もしくは適正であり、パッド面積が過多であるとき（領域３もしくは領域６）は「ずれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正であり、パッド面積が適正であるとき（領域５）は「良品」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過少であり、パッド面積が適正もしくは過多であるとき（領域８もしくは領域９）は「かすれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。
【００４２】
図１３は、印刷半田の体積と印刷半田の底部面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。測定した印刷半田１０ｘの体積を予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。一方、測定した印刷半田１０ｘの底部面積１０１も予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。そして、上記過小、適正、過多をマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４を用いて、印刷半田１０ｘの区分が領域１〜９のどの領域に当てはまるかを判定する。
【００４３】
例えば、印刷半田１０ｘの体積が過多であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正もしくは過多であるとき（領域２もしくは領域３）は「過多」という検査結果を表示装置７４に表示する。同様に、印刷半田１０ｘの体積が適正であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正であるとき（領域５）は「良品」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの体積が過少もしくは適正であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多であるとき（領域６もしくは領域９）は「にじみ」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの体積が過少であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過少もしくは適正であるとき（領域７もしくは領域８）は「かすれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。
【００４４】
尚、上述した実施形態では、判定テーブルは２次元マトリックスとしたが、これに限定されるものでは無く、３次元以上のマトリックスとして判定するようにしても良い。また、２次元測定と３次元測定のカメラを共用としているが、２次元測定用のカメラと３次元測定用のカメラをそれぞれ個別に実装しても発明の本質は全く変わらない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る印刷半田検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のカメラによる撮像範囲を示す斜視図である。
【図３】図１の検査対象基板の構造を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図４】検査対象基板にスリット光を当てて撮像した場合を示す図である。
【図５】検査対象基板上の３次元測定の撮像領域と撮像範囲の位置関係を示す平面図である。
【図６】３次元測定の撮像領域におけるスリット光の実際の写り方を模式的に示す図である。
【図７】カメラの撮像素子上における３次元測定の撮像領域を示す図である。
【図８】３次元測定項目の構造を示す図である。
【図９】立体表示データを３次元グラフィック処理した図である。
【図１０】高さ測定基準線、高さ測定基準面と、パッド表面高さの位置関係を示した図である。
【図１１】印刷半田の外観形状を示す斜視図である。
【図１２】印刷半田の底部面積とパッド面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。
【図１３】印刷半田の体積と印刷半田の底部面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 検査対象基板、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｘ 印刷半田、１１ 高さ測定領域、１１ａ、１１ｂ 高さ測定基準ライン、１２ 基板基材、１３ 配線パターン、１４ レジスト、１５ パッド、１６ 内層パターン、１７ 高さ測定基準面、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ パッド上面高さ、２０ 照明装置、２１ 赤緑色ＬＥＤ照明装置、２２ 青色ＬＥＤ照明装置、２３ スリット照明装置、２４ スリット光、３０ 撮像装置、３１ カメラ、３２ レンズ、４０ 撮像素子全面、４１ 撮像領域、５０ 画像入力記憶部、５１ ２次元測定用半田撮像画像データ、５２ ２次元測定用パッド撮像画像データ、５３ ３次元測定用撮像画像データ、５３１、５３２ スリット光跡、５３３ 計測基準ライン、６０ 画像処理部、６１ ２次元測定項目・データ、６２ ３次元測定項目・データ、６３ 立体表示データ、６４ 判定テーブル、７０ ロボット、７１ Ｘ軸ロボット７１、７２ Ｙ軸ロボット７２、７３ ロボット制御部、７４ 表示装置、８０ 全体制御部、８１ パッドデータ、８２ 視野割付データ、８３ 撮像データ記憶領域、８４ 検査データ作成プログラム、８５ 検査実行プログラム、１００ 印刷半田検査装置、１０１ 底部面積、１０２ 断面積、１０３ 突起面積、１０４ 平均高さ、１０５ ピーク高さ、１０６ 体積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に印刷された半田の検査方法及び装置に関し、特に該印刷半田の２次元測定結果及び３次元測定結果に基づいて検査する印刷半田検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷半田とは、メタルマスクと呼ばれる薄い金属板に設けられた開口部を通して、ペースト状のクリーム半田を基板のパッド上に転写する工程をいう。よって、基板に印刷されたクリーム半田（印刷半田）には、通常１００μｍ〜１５０μｍ位の厚みがある。このような厚み方向の転写状況までしっかり把握するためには、当然ながら３次元測定技術が必要である。
【０００３】
印刷半田検査方法における３次元測定において、印刷半田が転写されるパッド上面を高さ測定基準面として設定し、そこから突出した印刷半田の高さなり体積を測定できれば理想的である。しかし印刷済み基板においては、パッドは印刷半田で覆い隠されているので、高さ測定基準面としてパッド上面を検出することはできない。そこで、パッド以外のレジスト上面を高さ測定基準面とするのが一般的であるが、レジスト上面はパッド上面より高いのが一般的であり、従って高さ測定基準面より低い印刷半田の下部は測定できないことになる。
【０００４】
また仮に、パッド上面と高さが同じところを高さ測定基準面とできたとしても、その基準面が少しでも下側に設定されると、印刷半田下面の基板部の体積まで測定することとなり、測定結果が実体と大きく乖離してしまう。そこで、印刷半田検査方法における３次元測定にあたっては、精度限界が測定結果に大きな影響を及ぼさないよう、高さ測定基準面を検出したところから２０μｍ〜３０μｍほど上方向に設定するというのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０７９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
３次元測定による印刷半田検査方法では、上記２つの理由により、例えば印刷半田が薄く広がる「にじみ」と呼ばれる不良は検出できないという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、印刷半田の状態を的確に検査することができる印刷半田検査方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明の印刷半田検査方法では、基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形状を決定する工程とを含むことを特徴としている。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形状を決定することが可能となる。
【０００９】
上記目的達成のため、本発明の他の印刷半田検査方法では、基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形成合否を判定する工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
従来の印刷半田検査方法でも、２次元測定と３次元測定の併用について言及しているものがあるが、その内容は２次元で基板全面を測定して検査し、どうしても必要な部分のみ３次元で測定して検査するというものである。その趣旨、目的は、本来は３次元で基板全面を測定して検査したいのだが、測定速度の面で現実的ではなかったので、高速な２次元で基板全面を測定して検査し、どうしても厚さ方向の品質保証をしたい部分のみ３次元で測定して検査するという、やむを得ない消極的な共用という提案であった。
【００１１】
しかし、本発明の印刷半田検査方法では、２次元測定と３次元測定はお互いに補完するものであり、その両方を使うことで正確に印刷半田の形成合否を判断できるというものである。例えば、２次元測定を用いてにじみ検出等に有効な印刷半田の底部面積を測定し、３次元測定を用いてかすれ検出等に有効な印刷半田（高さ測定基準面より上方向に突出した部分）の高さを測定するという２段構えの測定を行い、両者から印刷半田の良否判定とその形状を的確に表現する用語を抽出し表示する。これにより、２次元測定と３次元測定をそれぞれ単独で実施するよりも、正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【００１２】
また、前記２次元測定工程は、前記印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定する工程を含み、前記３次元測定工程は、該印刷半田の断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定する工程を含むことを特徴としている。そして、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて前記印刷半田の形成合否を判定することを特徴としている。これにより、より正確に印刷半田の形成合否を判定することが可能となる。
【００１３】
上記目的達成のため、本発明の印刷半田検査装置では、基板に印刷された半田の２次元画像を撮像する光学系と、当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系と、撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部とを備えたことを特徴としている。これにより、上記作用効果を奏する印刷半田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】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る印刷半田検査装置の全体構成を示す図である。この印刷半田検査装置１００は、検査対象基板１０に印刷されているクリーム半田（印刷半田）１０ａ、１０ｂ、１０ｃの２次元画像及び３次元画像を処理して２次元性状の項目及び３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状の決定及び形成合否の判断を行う機能を備えていることを特徴としている。このような印刷半田検査装置１００の構成について以下説明する。
【００１６】
この印刷半田検査装置１００は、照明装置（光学系）２０、撮像装置（光学系）３０、画像入力記憶部（検査部）５０、画像処理部（検査部）６０、ロボット７０、表示装置７４、全体制御部（検査部）８０等を備えている。
【００１７】
照明装置２０には、２次元測定用の赤緑色ＬＥＤ照明装置２１と青色ＬＥＤ照明装置２２が実装されている。赤緑色ＬＥＤ照明装置２１は、パッド１５（図３参照）を抽出するためのものである。青色ＬＥＤ照明装置２２は、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃを検出するためのものである。更に、３次元測定用のスリット照明装置２３が組み込まれている。スリット照明装置２３からはスリット光２４が照射される。スリット光２４の長さは約３０ｍｍで幅は約０．１ｍｍである。各照明装置２１、２２、２３は、全体制御部８０によってその点灯・消灯が制御される。
【００１８】
撮像装置３０は、照明装置２０の上方に設置されている。この撮像装置３０は、画像を撮像素子に結像するためのレンズ３２と、その結像画像を電子信号に変換するためのカメラ３１を備えている。カメラ３１は、エリアカメラであれば種類を問わないが、２次元測定と３次元測定の両方を効率よく実施するためＣＭＯＳエリアカメラが最適である。このカメラ３１による２次元測定の時の撮像範囲は、図２に示す撮像素子全面４０、例えば２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍの範囲を撮像する。また、３次元測定の時の撮像範囲は、スリット光２４が照射されている部分を含む図２に示す撮像領域４１、例えば２０．４８ｍｍ×０．６４ｍｍから２０．４８ｍｍ×５．１２ｍｍの間で必要な領域に限定して撮像する。どの範囲を撮像するかは、画像入力記憶部５０を経由して全体制御部８０から指示される。
【００１９】
画像入力記憶部５０には、カメラ３１から入力される２次元測定用半田撮像画像データ５１、２次元測定用パッド撮像画像データ５２と、３次元測定用撮像画像データ５３が格納されている。２次元測定の場合、青色ＬＥＤ照明装置２２のみ点灯して撮像した画像は、２次元測定用半田撮像画像データ５１として格納される。赤緑色ＬＥＤ照明装置のみを点灯して撮像した画像は、２次元測定用パッド撮像画像データ５２として格納される。３次元測定の場合、スリット照明装置２３のみを点灯し、かつ撮像範囲を図２に示す撮像領域４１に限定して撮像した画像は、３次元測定用撮像画像データ５３として格納される。更に、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた撮像画像が、３次元測定用撮像画像データ５３の２枚目、３枚目と次々に格納されていく。このように、３次元測定では、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた画像を多数枚撮像するので、３次元測定用撮像画像データ５３は、最低でも１０２４枚に及ぶ画像データで構成されている。
【００２０】
画像処理部６０は、画像入力記憶部５０からの２次元測定用半田撮像画像データ５１、２次元測定用パッド撮像画像データ５２及び３次元測定用撮像画像データ５３を処理する。そして、例えば印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目・データ６１を測定すると共に、断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目・データ６２を測定する。そして、詳細は後述するが、上記２次元測定項目・データ６１及び３次元測定項目・データ６２に基づいて印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形状を決定し、立体表示データ６３を求める。更に、上記２次元測定項目・データ６１及び３次元測定項目・データ６２から少なくとも２つを選択してマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４に基づいて、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形成合否を判定する。
【００２１】
ロボット７０は、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２、ロボット制御部７３を備えている。Ｘ軸ロボット７１は、Ｙ軸ロボット７２上に固定されている。また、Ｘ軸ロボット７１上には、検査対象基板１０が固定されている。Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２はロボット制御部７３と接続され、そのロボット制御部７３は全体制御部８０に接続されている。ロボット制御部７３は、全体制御部８０からの指示により、Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２を動作させて、検査対象基板１０をＸＹ平面上でカメラ３１、レンズ３２と照明装置２０に対して相対的に移動させることができる。これによって、カメラ３１は、検査対象基板１０の任意の位置を撮像することができる。
【００２２】
表示装置７４は、作業者が印刷半田検査装置１００を操作する上で必要不可欠な情報を表示する装置である。この表示装置７４には、撮像画像等も表示される。
【００２３】
全体制御部８０は、検査装置１００を構成する照明装置２０、画像入力記憶部５０、画像処理部６０、ロボット７０、表示装置７４を制御するためのものである。全体制御部８０内には、パッドデータ８１、視野割付データ８２、撮像データ記憶領域８３、検査データ作成プログラム８４、検査実行プログラム８５が存在する。
【００２４】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、検査対象基板１０の構造を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。基板基材１２の上には、銅による配線パターン１３が形成されている。この配線パターン１３のうち、搭載される電子部品の端子と接続する部分、即ち印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃが転写される部分は、パッド１５としてそのまま露出している。ただし、このパッド１５には、場合によっては導電性を高めるために金メッキされる場合もある。パッド１５以外の領域は、レジスト１４によって覆われ絶縁されている。レジスト１４に覆われた配線パターン１３の部分は、通常、内層パターン１６と呼ばれ、配線パターン１３の無いレジスト１４の部分と比較すると配線パターン１３の厚さ分だけ高くなっている。
【００２５】
以上のような構成の印刷半田検査装置１００において、先ず、印刷半田の２次元測定方法について説明する。検査対象基板１０をカメラ３１で撮像できるように、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を制御する。ここで、印刷半田１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、単に１０ｘとする）は、径が２０μｍ〜３０μｍ程度の半田粒の集合体なので、該表面はマクロ的に見ると乱反射面である。一方、パッド１５は、金あるいは銅で組成されているのが一般的であり、該表面は印刷半田１０ｘ表面と比較すると鏡面である。また、レジスト１４表面も相対的に鏡面である。
【００２６】
そこで、照明装置２０のうち、青色ＬＥＤ照明装置２２のみを点灯して、印刷半田１０ｘの画像を採取し、それを画像入力記憶部５０の中に２次元測定用半田撮像画像データ５１として記憶する。青色ＬＥＤ照明装置２２は、かなり低位置から照明するような構成になっているので、鏡面であるパッド１５表面及びレジスト１４表面からの反射光は、カメラ３１には向かわず、入射方向と反対側に逃げていく。それに対して、乱反射面である印刷半田１０ｘ表面からの反射光は、カメラ３１に向かう光成分が相対的に多い。よって、印刷半田１０ｘは、パッド１５、レジスト１４と比較してより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。このような原理で、２次元測定用半田撮像画像データ５１は、印刷半田１０ｘが相対的に明るく撮像された画像となる。
【００２７】
続いて照明装置２０のうち、赤緑色ＬＥＤ照明装置２１の赤色を点灯して、印刷半田１０ｘの画像を採取し、それを画像入力記憶部５０の中に２次元測定用パッド撮像画像データ５２として記憶する。レジスト１４表面もパッド１５表面も印刷半田１０ｘ表面と比較すると鏡面であるが、パッド１５は金ないしは銅でレジスト１４よりも反射率が高いので、パッド１５はレジスト１４よりもより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。更に、一般的にレジスト１４は緑色なので、照明色の赤色と補色の関係になって照明光をより多く吸収するのに対して、パッド１５は金あるいは銅という赤系の色なので照明光を反射する。このような作用が加わり、パッド１５はレジスト１４よりもより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。
【００２８】
また、赤緑色ＬＥＤ照明装置２１は、かなり高位置から照明するような構成になっているので、鏡面であるパッド１５表面及びレジスト１４表面からの反射光は、その多くが赤緑色ＬＥＤ照明装置２１とほぼ同じ方向のカメラ３１に向かう。それに対して、乱反射面である印刷半田１０ｘ表面からの反射光は、カメラ３１に向かう光成分は相対的に低下する。よって、パッド１５は、レジスト１４、印刷半田１０ｘと比較してより多くの反射光をカメラ３１に返すこととなる。このような原理で、２次元測定用パッド撮像画像データ５２は、パッド１５が相対的に明るく撮像された画像となる。そして、２次元測定用半田撮像画像データ５１から印刷半田１０ｘの底部面積１０１（図１１参照）を得ることができる。また、２次元測定用パッド撮像画像データ５２からパッド１５の面積を得ることができる。
【００２９】
次に、印刷半田の３次元測定方法について説明する。検査対象基板１０にスリット光２４が当るように、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を制御する。図４に示すように、検査対象基板１０上の印刷半田１０ｘにスリット光２４が当ると、印刷半田１０ｘ上にはスリット光跡２４２が、検査対象基板１０上にはスリット光跡２４１が発生する。そして、カメラ３１が撮像した３次元測定用撮像画像５３には、印刷半田１０ｘ上のスリット光跡２４２はスリット光跡５３２として、検査対象基板１０上のスリット光跡２４１はスリット光跡５３１として、印刷半田１０ｘの高さ分だけ位置がずれたように撮像される。
【００３０】
スリット光２４の検査対象基板１０面からの取り付け角度をθとすると、印刷半田１０ｘの高さは、そのずれ量にｔａｎθを掛けたものになる。この考え方に基づき、３次元測定用撮像画像データ５３からスリット光跡５３２とスリット光跡５３１の画像上におけるＹ方向の座標差を求め、その値にｔａｎθを掛ければ印刷半田１０ｘの高さが計測できたことになる。しかし、これだけでは、スリット光２４が当った線分部分の高さしか計測できないので、印刷半田１０ｘの検査に最も求められる体積の測定ができない。そこで、カメラ３１とスリット光２４のユニットに対し、検査対象基板１０を相対的に動作させる。動作させる方向は、スリット光跡２４１、２４２の長さ方向に直交する方向とする。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、３次元測定したい範囲を高さ測定領域１１とする。図５（ｂ）に示すように、撮像領域４１内に高さ測定領域１１の上端である高さ測定基準ライン１１ａが入るように、Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２を制御する。そして、上記位置にて画像を撮像する。更に、撮像領域４１を検査対象基板１０に対して相対的に必要な測定分解能分（例えば２０μｍ）だけ移動させて画像を撮像する。この動作を、図５（ｃ）に示すように、高さ測定領域１１の下端である高さ測定基準ライン１１ｂが撮像領域４１内に入り、その画像を撮像するまで繰返し行う。高さ測定領域１１の範囲を２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍとし、２０μｍ単位で撮像を繰り返すとすると、３次元測定用撮像画像データ５３は、２０．４８／０．０２＝１，０２４枚撮像することになる。実際に撮像される画像イメージの一部を図６に示す。図６において、（ａ）の実画像データ５３ｃは検査対象基板１０の基板面、（ｂ）の実画像データ５３ｄは印刷半田１０ｘの高さが高い部分、（ｃ）の実画像データ５３ｅは印刷半田１０ｘの高さが低い部分の写り方である。
【００３２】
３次元測定用撮像画像データ５３において、図７に示す計測基準ライン５３３を定義する。この計測基準ライン５３３は、３次元測定用撮像画像データ５３の領域のどこに設定しても構わないが、この実施例では、スリット光跡５３１にほぼ合わせて設定するものとする。実際の３次元測定用撮像画像データ５３は、サイズが１，０２４画素×３２画素〜２５６画素、撮像枚数は１，０２４枚である。ここでは、以降の処理内容を判り易く説明するために、図８に示すように、３次元測定用撮像画像データ５３のサイズを、横方向（Ｘ方向）１０画素、縦方向（Ｙ方向）１０画素、撮像枚数１０枚として説明する。
【００３３】
３次元測定用撮像画像データ５３の１枚目から処理する。画像上におけるｘ＝０画素の時のスリット光跡５３１、５３２のｙ座標を求める。スリット光２４には約０．１ｍｍの幅があるので、画像上では最低でも５画素分の幅があることになる。この５画素は、同じ明度値をもっているわけではなく、中心が明るく外側に行くほど暗いという分布をしている。この５画素から２次あるいは４次曲線を求めることで、スリット光２４の幅方向の明度分布を正確に近似することができる。この曲線のピーク位置をｙ座標とすることで、ｘ＝０におけるスリット光のｙ座標値を１画素以下の単位で正確に求めることができる。ｙ座標は、計測基準ライン５３３を原点として測定する。このｙ座標にｔａｎθを掛けることにより、スリット光２４の当った部分の計測基準ライン５３３からの高さとなる。この処理をｘ＝１からｘ＝９まで繰り返す。更に同様の処理を、２枚目から９枚目の３次元測定用撮像画像データ５３について繰返し行う。すべて終了した時点で、高さ測定領域１１内のすべての点における高さが計測できたことになる。計測間隔は、この実施例ではＸＹ方向ともに２０μｍになる。
【００３４】
測定した高さデータは、３次元測定項目・データ６２に格納保存する。３次元測定項目・データ６２は、測定した全点の高さ情報が記録できるように（１０，１０）の２次元マトリックス構造を持っている。ｍ枚目のｘ＝ｎ（ｎ＝０〜９）における高さデータがｙｎ×ｔａｎθ（ｎ＝０〜９）の時、このデータは３次元測定項目・データ６２の（１０，１０）のどのセルに書き込むかについて説明する。ｘ＝ｎなので、明らかにＸ座標はＸ＝ｎとなる。ｍ枚目なので、Ｙ座標はＹ＝ｍが基本となる。しかしながら、図４から明らかなように、ｙｎ×ｔａｎθの高さを持った点は、計測基準ライン５３３よりもＹ方向に−ｙｎだけずれた位置にある。そこで、結果を格納するセルのＹ座標は、ｍ−ｙｎとなる。
【００３５】
３次元測定項目・データ６２は（１０，１０）の２次元マトリックスなので、セルのＸＹ座標値は単位（この実施例では２０μｍ）の整数倍となる。ｍ−ｙｎが単位の整数値と一致しない場合、もっとも近いＹ座標値のセルに書き込むことになる。まとめると、ｍ枚目の３次元測定用撮像画像データ５３のｘ＝ｎにおけるスリット光跡５３２のｙ座標がｙｎのとき、その高さデータｙｎ×ｔａｎθは、３次元測定項目・データ６２のセル（ｎ、＜ｍ−ｙｎ＞）に書き込むことになる。ただし、＜ｍ−ｙｎ＞は、ｍ−ｙｎと最も近い“単位の整数倍値”とする。こうして高さ測定領域１１の３次元測定項目・データ６２を得る。計測基準ライン５３３は、スリット光跡５３１に合わせてあるので、３次元測定項目・データ６２は、検査対象基板１０上面から測定した凹凸が記録されていることになる。このデータを積分することで、印刷半田１０ｘの体積を得ることができる。また、立体表示データ６３を３次元グラフィック処理することで図９に示すような画像を得ることができる。
【００３６】
以上のように、印刷半田１０ｘの高さは、検査対象基板１０の上面基準で測定できるが、正確にはパッド１５の上面基準で求める必要がある。３次元測定は、高さ測定領域１１単位に行われる。この高さ測定領域１１は、検査データ作成時に自動生成される。よって、高さ測定基準ライン１１ａと高さ測定基準ライン１１ｂも自動的に定義される。図１０に示すように、高さ測定基準ライン１１ａ上と高さ測定基準ライン１１ｂ上での検査対象基板１０上面高さを測定することにより、高さ測定基準面１７を求めることができる。これまで説明してきた印刷半田１０ｘの高さあるいは体積は、この高さ測定基準面１７を基準として測定したものである。
【００３７】
ここで、上述した同様の３次元測定を生基板で行う場合を考える。生基板は、クリーム半田が印刷されていない基板であるので、印刷半田の高さを測定しようとして得られる高さは、図１０に示すように、高さ測定基準面１７を測定基準としたパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面高さ１８ａ、１８ｂ、１８ｃとなる。このパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面高さ１８ａ、１８ｂ、１８ｃを、生基板を測定することで事前に測定してパッドデータ８１の基準面からの高さにパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に記憶しておく。そして、パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に印刷半田の高さ測定を行い、その結果に対しパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃ毎に記憶された基準面からの高さを減算する。これにより、印刷半田高さはパッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面基準で測定した値となる。このように、検査データ作成時の最終段階で生基板を測定し、自動で生成した高さ測定基準面１７に対する各パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの基準面からの高さを測定・記憶しておくことで、パッド１５ａ、１５ｂ、１５ｃの上面基準による印刷半田の高さ測定が行える。
【００３８】
以上の２次元測定方法により、図１１に示す印刷半田１０ｘの底部面積１０１やパッド面積という２次元性状の項目・データ６１を測定することができる。また、３次元測定方法により、図１１に示す印刷半田１０ｘの断面積１０２、突起面積１０３、平均高さ１０４、ピーク高さ１０５、体積１０６という３次元性状の項目・データ６２を測定することができる。即ち、これらの測定項目から、図１１に示すような印刷半田１０ｘの幾何学的形状をより正確に決定することが可能となる。尚、それぞれの測定項目・データ６１、６２は、上記したものに限定されるものでは無く、印刷半田１０ｘの２次元性状や３次元性状を表すものであれば良い。
【００３９】
一方、それぞれの測定項目・データ６１、６２で許容値に対して合格範囲内か否かを判定する検査であると、例えば底部面積１０１が許容値よりも大きいときは「底部面積が許容値よりも大きい不良」という検査結果が表示されるのみである。その他の測定項目・データ６１、６２についての判定も同様である。このような検査結果の表示は、印刷半田１０ｘの幾何学形状からは正しいが、印刷半田１０ｘの不良状態を言い表す概念と必ずしも一致しない。例えば、「底部面積が許容値よりも大きい不良」は「にじみ」と言い表すべきである。更に、「体積が許容値よりも少ない不良」は、平均高さが低くて（薄くて）少ないのか、欠けていて少ないのかによって、言い表すべき不良状態が明らかに違ってくる。「体積が少ない」＋「高さが低い」＋「底部面積が正常」は「かすれ」と言い表すべきであり、「体積が少ない」＋「高さは正常」＋「底部面積が少ない」は「欠け」と言い表すべきである。そこで、２次元測定方法と３次元測定方法で印刷半田１０ｘのすべての幾何学的要素を測定し、更に、それらの要素をすべて加味することで、印刷半田１０ｘの形成合否を判定して表示することが可能となる。
【００４０】
図１２は、印刷半田の底部面積とパッド面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。測定した印刷半田１０ｘの底部面積１０１を予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。一方、測定したパッド面積も予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。そして、上記過小、適正、過多をマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４を用いて、印刷半田１０ｘとそれに対応するパッドの区分が領域１〜９のどの領域に当てはまるかを判定する。
【００４１】
例えば、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多であり、パッド面積が過少もしくは適正であるとき（領域１もしくは領域２）は「にじみ」という検査結果を表示装置７４に表示する。同様に、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多もしくは適正であり、パッド面積が過多であるとき（領域３もしくは領域６）は「ずれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正であり、パッド面積が適正であるとき（領域５）は「良品」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過少であり、パッド面積が適正もしくは過多であるとき（領域８もしくは領域９）は「かすれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。
【００４２】
図１３は、印刷半田の体積と印刷半田の底部面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。測定した印刷半田１０ｘの体積を予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。一方、測定した印刷半田１０ｘの底部面積１０１も予め設定されている上限許容値及び下限許容値と比較することで、過小、適正、過多に区分する。そして、上記過小、適正、過多をマトリックス状に組み合わせた判定テーブル６４を用いて、印刷半田１０ｘの区分が領域１〜９のどの領域に当てはまるかを判定する。
【００４３】
例えば、印刷半田１０ｘの体積が過多であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正もしくは過多であるとき（領域２もしくは領域３）は「過多」という検査結果を表示装置７４に表示する。同様に、印刷半田１０ｘの体積が適正であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が適正であるとき（領域５）は「良品」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの体積が過少もしくは適正であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過多であるとき（領域６もしくは領域９）は「にじみ」という検査結果を表示装置７４に表示する。また、印刷半田１０ｘの体積が過少であり、印刷半田１０ｘの底部面積１０１が過少もしくは適正であるとき（領域７もしくは領域８）は「かすれ」という検査結果を表示装置７４に表示する。
【００４４】
尚、上述した実施形態では、判定テーブルは２次元マトリックスとしたが、これに限定されるものでは無く、３次元以上のマトリックスとして判定するようにしても良い。また、２次元測定と３次元測定のカメラを共用としているが、２次元測定用のカメラと３次元測定用のカメラをそれぞれ個別に実装しても発明の本質は全く変わらない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る印刷半田検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のカメラによる撮像範囲を示す斜視図である。
【図３】図１の検査対象基板の構造を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図４】検査対象基板にスリット光を当てて撮像した場合を示す図である。
【図５】検査対象基板上の３次元測定の撮像領域と撮像範囲の位置関係を示す平面図である。
【図６】３次元測定の撮像領域におけるスリット光の実際の写り方を模式的に示す図である。
【図７】カメラの撮像素子上における３次元測定の撮像領域を示す図である。
【図８】３次元測定項目の構造を示す図である。
【図９】立体表示データを３次元グラフィック処理した図である。
【図１０】高さ測定基準線、高さ測定基準面と、パッド表面高さの位置関係を示した図である。
【図１１】印刷半田の外観形状を示す斜視図である。
【図１２】印刷半田の底部面積とパッド面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。
【図１３】印刷半田の体積と印刷半田の底部面積を使った具体的な判定テーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 検査対象基板、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｘ 印刷半田、１１ 高さ測定領域、１１ａ、１１ｂ 高さ測定基準ライン、１２ 基板基材、１３ 配線パターン、１４ レジスト、１５ パッド、１６ 内層パターン、１７ 高さ測定基準面、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ パッド上面高さ、２０ 照明装置、２１ 赤緑色ＬＥＤ照明装置、２２ 青色ＬＥＤ照明装置、２３ スリット照明装置、２４ スリット光、３０ 撮像装置、３１ カメラ、３２ レンズ、４０ 撮像素子全面、４１ 撮像領域、５０ 画像入力記憶部、５１ ２次元測定用半田撮像画像データ、５２ ２次元測定用パッド撮像画像データ、５３ ３次元測定用撮像画像データ、５３１、５３２ スリット光跡、５３３ 計測基準ライン、６０ 画像処理部、６１ ２次元測定項目・データ、６２ ３次元測定項目・データ、６３ 立体表示データ、６４ 判定テーブル、７０ ロボット、７１ Ｘ軸ロボット７１、７２ Ｙ軸ロボット７２、７３ ロボット制御部、７４ 表示装置、８０ 全体制御部、８１ パッドデータ、８２ 視野割付データ、８３ 撮像データ記憶領域、８４ 検査データ作成プログラム、８５ 検査実行プログラム、１００ 印刷半田検査装置、１０１ 底部面積、１０２ 断面積、１０３ 突起面積、１０４ 平均高さ、１０５ ピーク高さ、１０６ 体積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、
当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形状を決定する工程とを含むことを特徴とする印刷半田検査方法。
【請求項２】
基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、
当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形成合否を判定する工程とを含むことを特徴とする印刷半田検査方法。
【請求項３】
前記２次元測定工程は、前記印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定する工程を含み、前記３次元測定工程は、該印刷半田の断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の印刷半田検査方法。
【請求項４】
少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて前記印刷半田の形成合否を判定することを特徴とする請求項３に記載の印刷半田検査方法。
【請求項５】
基板に印刷された半田の２次元画像を撮像する光学系と、
当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系と、
撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部とを備えたことを特徴とする印刷半田検査装置。
【請求項１】
基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、
当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形状を決定する工程とを含むことを特徴とする印刷半田検査方法。
【請求項２】
基板に印刷された半田を２次元測定すると共に３次元測定する工程と、
当該２次元測定結果及び当該３次元測定結果を利用して当該印刷半田の形成合否を判定する工程とを含むことを特徴とする印刷半田検査方法。
【請求項３】
前記２次元測定工程は、前記印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定する工程を含み、前記３次元測定工程は、該印刷半田の断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の印刷半田検査方法。
【請求項４】
少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて前記印刷半田の形成合否を判定することを特徴とする請求項３に記載の印刷半田検査方法。
【請求項５】
基板に印刷された半田の２次元画像を撮像する光学系と、
当該印刷半田の３次元画像を撮像する光学系と、
撮像した２次元画像及び３次元画像を処理して、該印刷半田の底部面積、パッド面積等の２次元性状の項目を測定すると共に断面積、突起面積、平均高さ、ピーク高さ、体積等の３次元性状の項目を測定し、当該測定項目に基づいて該印刷半田の形状を決定し、また、少なくとも２つの前記測定項目をマトリックス状に組み合わせて該印刷半田の形成合否を判定する検査部とを備えたことを特徴とする印刷半田検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−３６７３６（Ｐ２００９−３６７３６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０３７０７（Ｐ２００７−２０３７０７）
【出願日】平成１９年８月４日（２００７．８．４）
【出願人】（５０４１８４５０３）株式会社ＤＪＴＥＣＨ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月４日（２００７．８．４）
【出願人】（５０４１８４５０３）株式会社ＤＪＴＥＣＨ (9)
【Ｆターム（参考）】
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