検査装置
【課題】検被検査体を簡便に検査することができる放射線検査装置を提供する。
【解決手段】基板表面検出部３８は、基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する。疑似断面画像生成部４０は、前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する。検査部４２は、前記表面画像に映し出された前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する。
【解決手段】基板表面検出部３８は、基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する。疑似断面画像生成部４０は、前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する。検査部４２は、前記表面画像に映し出された前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査体の検査装置に関し、特に放射線を照射することにより得られる被検査体の透過画像を利用して被検査体を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装された基板（以下「基板」という。）には、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が実装されているものがある。これらの基板では、部品の電気接続部である端子は基板と部品との間に位置し、カメラを用いた従来の外観検査装置では部品と基板とを接合するはんだの状態を観察することが困難である。このため、基板に複数の異なる方向からＸ線を照射し、その透過画像に基づいて接合部分のはんだの立体形状を画像に再構成し、そこから任意断面を切り出した断面画像を用いて検査する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２６８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１等の技術によれば、接合部分のはんだの立体形状が複数の断層画像として得られるが、それらから基板とはんだとの接合状態を都度オペレータが判断する必要があり、検査工数が増加し得るという問題がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、検被検査体を簡便に検査することができる放射線検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は検査装置に関する。この装置は、基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する基板表面検出部と、前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する疑似断面画像生成部と、前記表面画像に映し出されてた前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する検査部とを含む。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検査体を簡便に検査することができる放射線検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる放射線検査装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１のＰＣが処理する各機能ブロックを図示したものである。
【図３】ＢＧＡ検査の流れを説明するフローチャートである。
【図４】多層基板において層間の回路を接続するためのスルーホールとその断面画像の関係を模式的に示した図である。
【図５】ＢＧＡはんだを含むようにスライス厚が設定された疑似透過画像の一部を模式的に示した図である。
【図６】溶融状態検査部の内部構成を模式的に示した図である。
【図７Ａ】はんだの溶融状態が良好で、基板と部品とがはんだによって十分に接合されている場合の、基板表面におけるＢＧＡの断面画像を模式的に示した図である。
【図７Ｂ】はんだの溶融状態が悪く、基板と部品とがはんだによって十分に接合されていない場合の、基板表面におけるＢＧＡはんだの断面画像を模式的に示した図である。
【図８】部品と基板とを接合するＢＧＡはんだの疑似透過画像およびその断面の位置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態の概要を述べる。実施の形態は、検査対象である基板上のはんだの接合状態を含む断面画像、およびその断面画像を積み上げて擬似的に厚みを持たせた疑似断面画像を画像解析することにより、はんだの接合状態を判断する。はんだの接合状態として、はんだ間のブリッジの有無、はんだの溶融状態、はんだ内のボイドの有無の検査が含まれる。
【００１１】
図１は実施の形態にかかる放射線検査装置１００を模式的に表した図である。放射線検査装置１００は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１０、モニタ１２、および撮像部３２を含む。撮像部３２はさらに、線質変更部１４、放射線発生器駆動部１６、基板保持部駆動部１８、検出器駆動部２０、放射線発生器２２、基板保持部２４、および検出器２６を含む。
【００１２】
放射線発生器２２はＸ線等の放射線を発生させる部分であり、これは例えば加速させた電子をタングステンやダイアモンド等のターゲットに衝突させることで放射線を発生する。
【００１３】
基板保持部２４は被検査体である基板を保持する。基板保持部２４に保持された基板に放射線発生器２２で発生させた放射線を照射し、基板を透過した放射線を検出器２６で画像として撮像する。以下、検出器２６で撮像された基板の放射線透過画像を「透過画像」という。
【００１４】
透過画像はＰＣ１０に送られ、例えばフィルタ補正逆投影法（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ法、ＦＢＰ法）等の既知の技術を用いて、接合部分のはんだの立体形状を含む画像に再構成される。再構成された画像や透過画像は、ＰＣ１０内のストレージや、図示しない外部のストレージに記憶される。以下、透過画像に基づいて接合部分のはんだの立体形状を含む３次元画像に再構成された画像を「再構成画像」という。また、再構成画像から任意の断面を切り出した画像を「断面画像」という。再構成画像および断面画像はモニタ１２に出力される。なお、モニタ１２は再構成画像や断面画像のみならず、後述するはんだの接合状態の検査結果等も表示する。
【００１５】
線質変更部１４は放射線発生器２２で発生される放射線の線質を変更する。放射線の線質は、ターゲットに衝突させる電子を加速するために印加する電圧（以下「管電圧」という）や、電子の数を決定する電流（以下「管電流」という）によって定まる。線質変更部１４は、これら管電圧と管電流とを制御する部分である。これは変圧器や整流器等、既知の技術を用いて実現できる。
【００１６】
ここで、放射線の線質は、放射線の輝度と硬さ（放射線のスペクトル分布）とで定まる。管電流を大きくすればターゲットに衝突する電子の数が増え、発生する放射線の光子の数も増える。その結果、放射線の輝度が大きくなる。例えばコンデンサ等の部品の中には他の部品と比較して厚みがあるものもあり、これらの部品の透過画像を撮像するには輝度の大きな放射線を照射する必要がある。このような場合に管電流を調整することで放射線の輝度を調整する。また、管電圧を高くするとターゲットに衝突する電子のエネルギーが大きくなり、発生する放射線のエネルギー（スペクトル）が大きくなる。一般に、放射線のエネルギーが大きいほど物質の貫通力が大きくなり、物質に吸収されにくくなる。そのような放射線を用いて撮像した透過画像はコントラストは低くなる。このため、管電圧は透過画像のコントラストを調整するのに利用できる。
【００１７】
放射線発生器駆動部１６は図示しないモータ等の駆動機構を有しており、放射線発生器２２をその焦点を通る軸に沿って上下に移動することができる。これにより放射線発生器２２と基板保持部２４に保持される被検査対象との距離を変えて照射野を変更し、検出器２６に撮像される透過画像の拡大率を変更することが可能となる。
【００１８】
検出器駆動部２０も図示しないモータ等の駆動機構を有しており、検出器回転軌道３０に沿って検出器２６を回転移動する。また、基板保持部駆動部１８も図示しないモータ等の駆動機構を有しており、基板回転軌道２８が張る平面上を、基板保持部２４を平行移動させる。基板保持部２４は、検出器２６の回転移動と連動して、基板回転軌道２８上を回転移動する構成となっている。これにより、基板保持部２４が保持する基板と放射線発生器２２との相対的な位置関係を変更させながら透過画像を撮像することが可能となる。
【００１９】
ここで、基板回転軌道２８と検出器回転軌道３０との回転半径は固定ではなく、自由に変更できる構成となっている。これにより、基板に配置される部品に照射する放射線の照射角度を変更することが可能となる。
【００２０】
ＰＣ１０は、上記の放射線検査装置１００の全動作を制御する。なお、図示されていないが、ＰＣ１０にはキーボードやマウス等の入力装置が接続されている。
【００２１】
図２は、ＰＣ１０が処理する各機能ブロックを図示したものである。ＰＣ１０は、記録部３４、断面画像生成部３６、基板表面検出部３８、疑似断面画像生成部４０、および検査部４２を含む。なお、図示はしないが、ＰＣ１０は線質変更部１４、放射線発生器駆動部１６、基板保持部駆動部１８、および検出器駆動部２０を制御する撮像制御部も含む。
【００２２】
記録部３４は、基板の透過画像や再構成断面画像、および後述する検査部４２の検査結果等を記憶する。
【００２３】
断面画像生成部３６は、記録部３４から取得した複数の透過画像に基づいて、断面画像を生成する。これは、例えばＦＢＰ法や最尤推定法等、既知の技術を用いて実現できる。再構成アルゴリズムが異なると、得られる再構成画像の性質や再構成に要する時間も異なる。そこで、あらかじめ複数の再構成アルゴリズムやアルゴリズムに用いられるパラメータを用意しておき、ユーザに選択させる構成としてもよい。これにより、再構成に要する時間が短くなることを優先したり、時間はかかっても画質のよさを優先したりするなどの選択の自由度をユーザに提供することができる。生成した断面画像は記録部３４に出力し、記録部３４に記録される。
【００２４】
基板表面検出部３８は、断面画像生成部３６が生成した複数の断面画像の中から、基板の表面を映し出している断面画像を特定する。以後、基板の表面を映し出している断面画像を「表面画像」という。表面画像の検出方法についての詳細は後述する。
【００２５】
疑似断面画像生成部４０は、断面画像生成部３６が生成した断面画像について、連続する所定枚数の断面画像を積み上げることにより、断面画像よりも厚い基板の領域を画像化する。積み上げる断面画像の枚数は、断面画像が映し出す基板の領域の厚さ（以後、「スライス厚」という。）と、疑似画像のスライス厚とによって定める。例えば、断面画像のスライス厚が５０μｍで、疑似画像としてＢＧＡのはんだボール（以後単に「はんだ」という。）の高さ（例えば５００μｍ）をスライス厚としようとするならば、５００／５０＝１０枚の断面画像を積み上げればよい。この際、はんだの位置を特定するために、基板表面検出部３８が特定した表面画像が用いられる。
【００２６】
検査部４２は、断面画像生成部３６が生成した断面画像、基板表面検出部３８が特定した表面画像、および疑似断面画像生成部４０が生成した疑似断面画像に基づいて、はんだの接合状態を検査する。基板と部品とを接合するはんだは基板表面付近にあるので、表面画像および表面画像に対して放射線発生器２２側の領域を映し出している断面画像を検査することで、はんだが基板と部品とを適切に接合しているか否かが判断できる。
【００２７】
ここで、「はんだの接合状態」とは、基板と部品とがはんだにより接合し、適切な導電経路が生成されているか否かのことをいう。はんだの接合状態の検査には、ブリッジ検査、溶融状態検査、およびボイド検査が含まれる。「ブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）」とは、はんだが接合することにより生じた導体間の好ましくない導電経路のことをいう。また、「溶融状態」とは、はんだの溶融不足により、基板と部品との間の接合が不足しているか否かの状態、いわゆる「浮き」か否かの状態をいう。「ボイド（ｖｏｉｄ）」とは、はんだ接合部内の気泡によるはんだ接合の不具合のことをいう。したがって検査部４２は、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８を含む。
【００２８】
ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８の動作の詳細は後述するが、ブリッジ検査部４４およびボイド検査部４８は、疑似断面画像生成部４０が生成した疑似断面画像に基づいてそれぞれブリッジおよびボイドの検査をし、溶融状態検査部４６は基板表面検出部３８が特定した表面画像に基づいてはんだの溶融状態を検査する。なお、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８における検査結果は記録部３４に記録される。
【００２９】
以上の各機能ブロックは、各種演算処理を実行するＣＰＵ、データの格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭなどのハードウェア、およびソフトウェアの連携によって実現される。したがって、これらの機能ブロックはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって様々な形で実現することができる。
【００３０】
図３は表面画像の特定から、はんだの接合状態を検査するまでの流れを示したフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば断面画像生成部３６が断面画像を生成したときに開始する。
【００３１】
基板表面検出部３８は、断面画像生成部３６から断面画像を受け取り、その中から表面画像を特定する（Ｓ１０）。ブリッジ検査部４４は、疑似断面画像生成部４０からはんだボールを映し出しているはんだボールと同程度のスライス厚の疑似断面画像を取得し、ブリッジの有無を検査する（Ｓ１２）。ブリッジを検出しない場合には（Ｓ１４Ｎ）、溶融状態検査部４６は基板表面検出部３８から表面画像を取得し、はんだが溶融しているか否かを検査する（Ｓ１６）。はんだが溶融している場合には（Ｓ１８Ｙ）、ボイド検査部４８は疑似断面画像生成部４０からはんだボールを部分的に映し出している疑似断面画像を取得し、ボイドが存在するか否かを検査する（Ｓ２０）。ボイドが見つからない場合には（Ｓ２２Ｎ）、ボイド検査部４８は、はんだの接合状態は正常と判断し（Ｓ２４）、その旨を記録部３４に出力する。ブリッジを検出した場合（Ｓ１４Ｙ）、はんだが溶融していない場合（Ｓ１８Ｎ）、またはボイドが存在する場合には（Ｓ２２Ｙ）、それぞれブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８ははんだの接合状態は異常と判断して（Ｓ２６）その旨を記録部３４に出力する。はんだの状態が記録部３４に出力されると、本フローチャートにおける処理は終了する。
【００３２】
図４は、多層基板において層間の回路を接続するためのスルーホール５６とその断面画像の関係を模式的に示した図であり、基板表面検出部３８が基板表面を検出するための原理を説明するための図である。部品５０と基板５２とがはんだ５４によって接合されている様子を拡大して模式的に図示している。
【００３３】
基板５２の内部を通る断面５８ｄ、基板表面を通る断面５８ｃ、基板の表側を通る断面５８ｂ、およびはんだ５４のほぼ中心を通る断面５８ａにおいて、スルーホール５６の断面を図示したものが、それぞれ第４の断面画像６０ｄ、第３の断面画像６０ｃ、第２の断面画像６０ｂ、および第１の断面画像６０ａである。
【００３４】
基板表面検出部３８は、第４の断面画像６０ｄから第１の断面画像６０ａまで順番に、画像に映し出されているスルーホール５６のエッジ強度を計算する。エッジ強度の計算には、例えばラプラシアンフィルタ等既知のエッジ抽出フィルタの出力値を利用すればよい。
【００３５】
断面５８ｂにおいてはスルーホール５６は存在しないが、基板表面に近い断面においては、断面画像が基板に対して垂直な方向の分解能が低いことの影響により、スルーホール５６が映し出される場合がある。そのため、第２の断面画像６０ｂにおいても、スルーホール５６が映し出されることはあり得る。しかしながら、第４の断面画像６０ｄや第３の断面画像６０ｃにおけるスルーホール５６のエッジ強度と、第２の断面画像６０ｂにおけるスルーホール５６とのエッジ強度とを比較すると、前者は後者に比べて顕著に大きい。そこで、基板表面検出部３８は、第４の断面画像６０ｄから第１の断面画像６０ａまで順番に、画像に映し出されているスルーホール５６のエッジ強度を計算し、エッジ強度が顕著に小さくなる直前の断面を表面画像として特定する。
【００３６】
以上の方法により、基板表面検出部３８は基板表面を特定できるのであるが、さらに特定の精度を上げる必要がある場合には、基板表面検出部３８は、スルーホール５６のエッジ強度を用いて基板表面として特定した断面を元にランドを検出することによって基板表面を特定することができる。ここで、「ランド」とは、基板表面上に存在する電導体である銅箔等の終端や中間に存在する丸や四角のパターン、あるいは銅箔そのもののパターンのことをいう。
【００３７】
スルーホール５６と比較してランドは薄いため、断面画像におけるコントラストが低く検出が難しい。しかし、上述の方法で特定した基板表面を検出の出発点とすることにより、基板表面に近い断面であることが保証されるので、高精度でランドを検出することが可能となる。ランドは基板表面に存在するため、ある断面においてランドが検出できれば、その断面が基板表面ということになる。
【００３８】
以上説明したとおり、実施の形態にかかる基板表面検出部３８は、断面画像のみに基づいて基板表面を特定することができる。レーザーを用いて基板表面を検出する手法など、断面画像以外の情報も利用することに基板表面を特定する場合に比べ、装置の小型化およびコストを削減できる点で有利である。特に、生産ラインの限られたスペースに検査装置を設置する場合には、装置が大型であることは時として導入の障害となることを考えると、装置の小型化は非常に重要である。また、レーザーを用いて基板表面を検出する場合には光学系の調整も必要となることと比較して、メインテナンスにかかるコストも抑えられる点で有利である。
【００３９】
図５は、はんだを含むようにスライス厚が設定された疑似透過画像の一部６６を模式的に示した図であり、ブリッジ検査部４４がブリッジを検出する原理を説明するための図である。
【００４０】
第１のウィンドウ６２ａ、第２のウィンドウ６２ｂ、第３のウィンドウ６２ｃ、および第４のウィンドウ６２ｄはそれぞれブリッジ検査用の検査ウィンドウであり、あらかじめオペレータ等によって設定されている。第１の輪郭６４ａ、第２の輪郭６４ｂ、第３の輪郭６４ｃ、および第４の輪郭６５ｄはそれぞれ、疑似スライス画像におけるＢＧＡの輪郭である。第３の輪郭６４ｃと第４の輪郭６５ｄとのはんだは接合状態が正常であり、ほぼ円または楕円状の輪郭形状となっており、かつそれぞれの検査ウィンドウである第３のウィンドウ６２ｃ、および第４のウィンドウ６２ｄの中に収まっている。
【００４１】
第１の輪郭６４ａのはんだと第２の輪郭６４ｂのはんだとが接合することにより、それぞれの間に好ましくない導電経路、すなわちブリッジが生じている。ブリッジが生じた場合、はんだの輪郭は検査ウィンドウからはみ出ることになる。図５において第１の輪郭６４ａは第１のウィンドウ６２ａからはみ出ている。
【００４２】
輪郭が検査ウィンドウからはみ出たとき、輪郭と検査ウィンドウとの間にふたつの交点が生じる。検査ウィンドウの中心からそれらふたつの交点を見込んだ角度をαとすると、αの大きさによりはんだの輪郭が検査ウィンドウからはみ出ている量を推定することが可能である。そこで、ブリッジ検査部４４は、疑似断面画像生成部４０からはんだが映し出されている疑似断面画を取得して角度αを計算し、角度αが所定の角度を超えたときブリッジが生じたと判断する。ここで「所定の角度」とは、ブリッジが生じたか否かを判断するための基準の角度である。この角度はあらかじめ実験によって定めておけばよく、例えば５度程度とすればよい。所定の角度は０度よりも大きいことはあり得ることである。輪郭が検査ウィンドウをはみ出たとしても、必ずしもブリッジが形成されるわけではないからである。
【００４３】
ブリッジ検査部４４がブリッジを検出した場合、その時点ではんだの接合状態は異常であると判断できるので、溶融状態検査およびボイド検査は省略する。これにより、溶融状態検査およびボイド検査にかかる時間を省略することができる。
【００４４】
図６は溶融状態検査部４６の内部構成を模式的に示した図である。溶融状態検査部４６は境界検出部６８と、直径測定部７０とを含む。
【００４５】
図７Ａは、はんだの溶融状態が良好で、基板と部品とがはんだによって十分に接合されている場合の、基板表面におけるはんだ７２を模式的に示した図である。図７Ｂは、はんだの溶融状態が悪く、基板と部品とがはんだによって十分に接合されていない場合の、基板表面におけるはんだ７２を模式的に示した図である。
【００４６】
はんだの溶融状態が良好な場合には、図７Ａに示すように、はんだ７２の表面付近とその内部との間にコントラストの差が生じる。その結果、はんだの境界部分にリング状の縁７４が出現する。一方、はんだの溶融状態が良好でない場合には、図７Ｂに示すように、はんだ７２の表面付近とその内部との間にコントラストの差は生じにくく、はんだの溶融状態が良好な場合ほど顕著にはリング状の縁７４生じない。リング状の縁７４が生じたことの主な原因は、断面画像の再構成に用いる透過画像の枚数が少ないことが原因で生じたアーティファクトであるが、リング状の縁７４ははんだの溶融状態を推定するための手がかりとなる。
【００４７】
そこで、境界検出部６８はリング状の縁７４に基づいて、はんだの溶融状態を推定する。具体的には、基板表面におけるはんだ７２に対してエッジ抽出処理を行い、所定の大きさ以上のエッジ強度を持つエッジを連結することにより、リング状の縁７４の生成を試みる。この結果、例えば半周以上のリング状の縁７４が生成された場合には、はんだの溶融状態は良好であると判断する。所定のエッジ強度やはんだの溶融状態の判断に際してのリング状の縁７４の連結度合いなどは、基板や撮像装置の状態に応じて実験的に定めればよい。また、一度定めたエッジ強度や度合いは記録部３４に格納しておき、そこから読み出して用いる構成としてもよい。
【００４８】
以上の方法により、境界検出部６８ははんだの溶融状態を推定することができるのであるが、さらに推定の精度を上げるために、基板表面におけるはんだ７２の直径７６を利用することもできる。
【００４９】
はんだの溶融状態が良好な場合の基板表面におけるはんだ７２と、良好でない場合における基板表面におけるはんだ７２とを比較すると、前者は後者よりも基板表面上で広く分布している。例えば、はんだの溶融状態が極端に悪い場合には、基板表面にはんだが存在しない場合もあり得る。そこで、直径測定部７０は、基板表面におけるはんだ７２の直径７６（はんだ７２が楕円形状の場合にはその長径）を計測することにより、はんだの溶融状態を推定する。部品が決まればそのはんだボールの大きさも決まるため、基板表面におけるはんだ７２の平均的な直径もあらかじめ調べることができる。直径測定部７０はこの平均的な直径を基準として計測した直径７６との比較をする。その結果、例えば計測した直径７６が平均的な直径以上の長さがあればはんだの溶融状態は良好と判断する。
【００５０】
上記でははんだ７２の基板表面上での分布をその直径を用いて推定する場合について説明したが、直径測定部７０は面積等、はんだ７２の基板表面上での分布状態を表す他の情報を用いてもよい。
【００５１】
境界検出部６８および直径測定部７０がともにはんだの溶融状態が良好であると判断した場合、溶融状態検査部４６として、はんだの溶融状態は良好であると判断する。このように、リング状の縁７４の検出と直径７６とのふたつの異なる観点からはんだの溶融状態を推定し、そのいずれもが良好であると推定された場合にはんだの溶融状態は良好であると判断する。このため、はんだの溶融状態が良好でない場合の見落としが少なくなる点で有利である。もし、境界検出部６８および直径測定部７０の推定精度が十分に高い場合には、いずれか一方のみを用いてもよい。その場合推定にかかる時間が省けるため、全体としての検査効率を上げられる点で有利である。
【００５２】
溶融状態検査部４６がはんだの溶融状態が悪いと判断した場合、その時点ではんだの接合状態は異常であると判断できるので、ボイド検査は省略する。これにより、ボイド検査にかかる時間を省略することができる。
【００５３】
図８は、部品５０と基板５２とを接合するはんだ５４の疑似透過画像およびその断面の位置を模式的に示した図である。はんだ５４を上部（記号７８ａ）、中部（記号７８ｂ）、下部（記号７８ｃ）の３つに分割し、対応する疑似透過画像がそれぞれ上部疑似透過画像８０ａ、中部疑似透過画像８０ｂ、下部疑似透過画像８０ｃである。疑似透過画像作成に際し、はんだ５４を上部７８ａ、中部７８ｂ、下部７８ｃに分割するのは、上部７８ａまたは下部７８ｃに存在するボイドははんだの接合状態としては異常であるが、中部７８ｂに存在するボイドははんだの接合状態としては正常と判断できる場合もあるからである。
【００５４】
ボイドは気泡（空気）であり、はんだと比較して放射線の吸収率が低い。したがって、放射線の吸収率を画像化したものである疑似透過画像において、はんだの中にボイドが存在するとその領域の画素値に明確な差が現れる。例えば、放射線の吸収率が大きいほど画素値が低くなるように画像化した場合には、ボイドの画素値は大きくなり、明るい領域として描画される。
【００５５】
そこで、ボイド検査部４８は、上部疑似透過画像８０ａ、中部疑似透過画像８０ｂ、下部疑似透過画像８０ｃそれぞれについて画素値が小さく暗い領域であるはんだの中から明るい領域の検出を試みる。その結果、上部疑似透過画像８０ａまたは下部疑似透過画像８０ｃから所定の面積以上の明るい領域が検出された場合、あるいは所定の個数以上の明るい領域が検出された場合には、ボイド検査部４８は、ボイドが存在すると判断し、はんだの接合状態が異常であると判断する。図８においては、上部疑似透過画像８０ａ中の空白領域（記号８２ａ）、中部疑似透過画像８０ｂ中の空白領域（記号８２ｂ）、下部疑似透過画像８０ｃ中の空白領域（記号８２ｃ）がそれぞれボイド領域を表す。
【００５６】
ここで所定の面積とは、ボイド検査部４８がはんだの中にボイドが存在するか否かを特定するための基準面積である。また所定の個数とは、ボイド検査部４８がはんだの中にボイドが存在するか否かを特定するためのボイド領域の個数である。基準面積やボイド領域の個数は、マウスやキーボード等の図示しない入力装置を介して、オペレータが自由に設定できる。また、一度設定した値は記録部３４に格納され、そこから読み出して設定することもできる。
【００５７】
基準面積としては、複数のボイド領域が検出された場合にはその領域の合計面積としてもよいし、その中の最大面積としてもよい。また、中部疑似透過画像８０ｂでボイドが検出された場合には、はんだの接合状態が異常であるとは判断しないが、中部疑似透過画像８０ｂでボイドが検出された旨をモニタ１２に表示し、オペレータに知らせるようにしてもよい。
【００５８】
前述したとおり、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８の検査結果は記録部３４に格納され、モニタ１２に表示される。オペレータはモニタ１２の表示を確認することにより、はんだの接合状態を確認することができる。ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８におけるそれぞれの検査結果は定量化されているため、閾値やそれに基づく判断等のアルゴリズムを導入することにより、はんだの接合状態を自動で確認することも可能となる。
【００５９】
以上の構成による動作は以下のとおりである。まず生産ライン中で、断面画像生成部３６は検査対象となる基板の断面画像を生成し、疑似断面画像生成部４０は疑似断面画像を生成する。検査部４２ははんだの接合状態を判断する。オペレータが検査部４２の判断結果を確認するようにしてもよいし、検査部４２の判断結果に基づいて自動的にはんだの接合状態を判別するようにしてもよい。
【００６０】
以上のように、実施の形態によれば、基板の断面画像からはんだの接合状態を簡便に判別することができる。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６２】
上記の説明においては、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８はこの順番で直列にはんだの接合状態を検査し、上流の検査結果によっては実行されないこともある場合について説明したが、上流の検査結果によらず、すべて実行することもできる。この場合、すべての検査対象について異なる観点から検査することになるため、検査の信頼性を高められる点で有利である。この場合、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８は同時に並列に実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０ ＰＣ、 ３４ 記録部、 ３６ 断面画像生成部、 ３８ 基板表面検出部、 ４０ 疑似断面画像生成部、 ４２ 検査部、 ４４ ブリッジ検査部、 ４６ 溶融状態検査部、 ４８ ボイド検査部、 ６８ 境界検出部、 ７０ 直径測定部、 １００ 放射線検査装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査体の検査装置に関し、特に放射線を照射することにより得られる被検査体の透過画像を利用して被検査体を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装された基板（以下「基板」という。）には、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が実装されているものがある。これらの基板では、部品の電気接続部である端子は基板と部品との間に位置し、カメラを用いた従来の外観検査装置では部品と基板とを接合するはんだの状態を観察することが困難である。このため、基板に複数の異なる方向からＸ線を照射し、その透過画像に基づいて接合部分のはんだの立体形状を画像に再構成し、そこから任意断面を切り出した断面画像を用いて検査する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２６８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１等の技術によれば、接合部分のはんだの立体形状が複数の断層画像として得られるが、それらから基板とはんだとの接合状態を都度オペレータが判断する必要があり、検査工数が増加し得るという問題がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、検被検査体を簡便に検査することができる放射線検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は検査装置に関する。この装置は、基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する基板表面検出部と、前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する疑似断面画像生成部と、前記表面画像に映し出されてた前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する検査部とを含む。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検査体を簡便に検査することができる放射線検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる放射線検査装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１のＰＣが処理する各機能ブロックを図示したものである。
【図３】ＢＧＡ検査の流れを説明するフローチャートである。
【図４】多層基板において層間の回路を接続するためのスルーホールとその断面画像の関係を模式的に示した図である。
【図５】ＢＧＡはんだを含むようにスライス厚が設定された疑似透過画像の一部を模式的に示した図である。
【図６】溶融状態検査部の内部構成を模式的に示した図である。
【図７Ａ】はんだの溶融状態が良好で、基板と部品とがはんだによって十分に接合されている場合の、基板表面におけるＢＧＡの断面画像を模式的に示した図である。
【図７Ｂ】はんだの溶融状態が悪く、基板と部品とがはんだによって十分に接合されていない場合の、基板表面におけるＢＧＡはんだの断面画像を模式的に示した図である。
【図８】部品と基板とを接合するＢＧＡはんだの疑似透過画像およびその断面の位置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態の概要を述べる。実施の形態は、検査対象である基板上のはんだの接合状態を含む断面画像、およびその断面画像を積み上げて擬似的に厚みを持たせた疑似断面画像を画像解析することにより、はんだの接合状態を判断する。はんだの接合状態として、はんだ間のブリッジの有無、はんだの溶融状態、はんだ内のボイドの有無の検査が含まれる。
【００１１】
図１は実施の形態にかかる放射線検査装置１００を模式的に表した図である。放射線検査装置１００は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１０、モニタ１２、および撮像部３２を含む。撮像部３２はさらに、線質変更部１４、放射線発生器駆動部１６、基板保持部駆動部１８、検出器駆動部２０、放射線発生器２２、基板保持部２４、および検出器２６を含む。
【００１２】
放射線発生器２２はＸ線等の放射線を発生させる部分であり、これは例えば加速させた電子をタングステンやダイアモンド等のターゲットに衝突させることで放射線を発生する。
【００１３】
基板保持部２４は被検査体である基板を保持する。基板保持部２４に保持された基板に放射線発生器２２で発生させた放射線を照射し、基板を透過した放射線を検出器２６で画像として撮像する。以下、検出器２６で撮像された基板の放射線透過画像を「透過画像」という。
【００１４】
透過画像はＰＣ１０に送られ、例えばフィルタ補正逆投影法（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ法、ＦＢＰ法）等の既知の技術を用いて、接合部分のはんだの立体形状を含む画像に再構成される。再構成された画像や透過画像は、ＰＣ１０内のストレージや、図示しない外部のストレージに記憶される。以下、透過画像に基づいて接合部分のはんだの立体形状を含む３次元画像に再構成された画像を「再構成画像」という。また、再構成画像から任意の断面を切り出した画像を「断面画像」という。再構成画像および断面画像はモニタ１２に出力される。なお、モニタ１２は再構成画像や断面画像のみならず、後述するはんだの接合状態の検査結果等も表示する。
【００１５】
線質変更部１４は放射線発生器２２で発生される放射線の線質を変更する。放射線の線質は、ターゲットに衝突させる電子を加速するために印加する電圧（以下「管電圧」という）や、電子の数を決定する電流（以下「管電流」という）によって定まる。線質変更部１４は、これら管電圧と管電流とを制御する部分である。これは変圧器や整流器等、既知の技術を用いて実現できる。
【００１６】
ここで、放射線の線質は、放射線の輝度と硬さ（放射線のスペクトル分布）とで定まる。管電流を大きくすればターゲットに衝突する電子の数が増え、発生する放射線の光子の数も増える。その結果、放射線の輝度が大きくなる。例えばコンデンサ等の部品の中には他の部品と比較して厚みがあるものもあり、これらの部品の透過画像を撮像するには輝度の大きな放射線を照射する必要がある。このような場合に管電流を調整することで放射線の輝度を調整する。また、管電圧を高くするとターゲットに衝突する電子のエネルギーが大きくなり、発生する放射線のエネルギー（スペクトル）が大きくなる。一般に、放射線のエネルギーが大きいほど物質の貫通力が大きくなり、物質に吸収されにくくなる。そのような放射線を用いて撮像した透過画像はコントラストは低くなる。このため、管電圧は透過画像のコントラストを調整するのに利用できる。
【００１７】
放射線発生器駆動部１６は図示しないモータ等の駆動機構を有しており、放射線発生器２２をその焦点を通る軸に沿って上下に移動することができる。これにより放射線発生器２２と基板保持部２４に保持される被検査対象との距離を変えて照射野を変更し、検出器２６に撮像される透過画像の拡大率を変更することが可能となる。
【００１８】
検出器駆動部２０も図示しないモータ等の駆動機構を有しており、検出器回転軌道３０に沿って検出器２６を回転移動する。また、基板保持部駆動部１８も図示しないモータ等の駆動機構を有しており、基板回転軌道２８が張る平面上を、基板保持部２４を平行移動させる。基板保持部２４は、検出器２６の回転移動と連動して、基板回転軌道２８上を回転移動する構成となっている。これにより、基板保持部２４が保持する基板と放射線発生器２２との相対的な位置関係を変更させながら透過画像を撮像することが可能となる。
【００１９】
ここで、基板回転軌道２８と検出器回転軌道３０との回転半径は固定ではなく、自由に変更できる構成となっている。これにより、基板に配置される部品に照射する放射線の照射角度を変更することが可能となる。
【００２０】
ＰＣ１０は、上記の放射線検査装置１００の全動作を制御する。なお、図示されていないが、ＰＣ１０にはキーボードやマウス等の入力装置が接続されている。
【００２１】
図２は、ＰＣ１０が処理する各機能ブロックを図示したものである。ＰＣ１０は、記録部３４、断面画像生成部３６、基板表面検出部３８、疑似断面画像生成部４０、および検査部４２を含む。なお、図示はしないが、ＰＣ１０は線質変更部１４、放射線発生器駆動部１６、基板保持部駆動部１８、および検出器駆動部２０を制御する撮像制御部も含む。
【００２２】
記録部３４は、基板の透過画像や再構成断面画像、および後述する検査部４２の検査結果等を記憶する。
【００２３】
断面画像生成部３６は、記録部３４から取得した複数の透過画像に基づいて、断面画像を生成する。これは、例えばＦＢＰ法や最尤推定法等、既知の技術を用いて実現できる。再構成アルゴリズムが異なると、得られる再構成画像の性質や再構成に要する時間も異なる。そこで、あらかじめ複数の再構成アルゴリズムやアルゴリズムに用いられるパラメータを用意しておき、ユーザに選択させる構成としてもよい。これにより、再構成に要する時間が短くなることを優先したり、時間はかかっても画質のよさを優先したりするなどの選択の自由度をユーザに提供することができる。生成した断面画像は記録部３４に出力し、記録部３４に記録される。
【００２４】
基板表面検出部３８は、断面画像生成部３６が生成した複数の断面画像の中から、基板の表面を映し出している断面画像を特定する。以後、基板の表面を映し出している断面画像を「表面画像」という。表面画像の検出方法についての詳細は後述する。
【００２５】
疑似断面画像生成部４０は、断面画像生成部３６が生成した断面画像について、連続する所定枚数の断面画像を積み上げることにより、断面画像よりも厚い基板の領域を画像化する。積み上げる断面画像の枚数は、断面画像が映し出す基板の領域の厚さ（以後、「スライス厚」という。）と、疑似画像のスライス厚とによって定める。例えば、断面画像のスライス厚が５０μｍで、疑似画像としてＢＧＡのはんだボール（以後単に「はんだ」という。）の高さ（例えば５００μｍ）をスライス厚としようとするならば、５００／５０＝１０枚の断面画像を積み上げればよい。この際、はんだの位置を特定するために、基板表面検出部３８が特定した表面画像が用いられる。
【００２６】
検査部４２は、断面画像生成部３６が生成した断面画像、基板表面検出部３８が特定した表面画像、および疑似断面画像生成部４０が生成した疑似断面画像に基づいて、はんだの接合状態を検査する。基板と部品とを接合するはんだは基板表面付近にあるので、表面画像および表面画像に対して放射線発生器２２側の領域を映し出している断面画像を検査することで、はんだが基板と部品とを適切に接合しているか否かが判断できる。
【００２７】
ここで、「はんだの接合状態」とは、基板と部品とがはんだにより接合し、適切な導電経路が生成されているか否かのことをいう。はんだの接合状態の検査には、ブリッジ検査、溶融状態検査、およびボイド検査が含まれる。「ブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）」とは、はんだが接合することにより生じた導体間の好ましくない導電経路のことをいう。また、「溶融状態」とは、はんだの溶融不足により、基板と部品との間の接合が不足しているか否かの状態、いわゆる「浮き」か否かの状態をいう。「ボイド（ｖｏｉｄ）」とは、はんだ接合部内の気泡によるはんだ接合の不具合のことをいう。したがって検査部４２は、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８を含む。
【００２８】
ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８の動作の詳細は後述するが、ブリッジ検査部４４およびボイド検査部４８は、疑似断面画像生成部４０が生成した疑似断面画像に基づいてそれぞれブリッジおよびボイドの検査をし、溶融状態検査部４６は基板表面検出部３８が特定した表面画像に基づいてはんだの溶融状態を検査する。なお、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８における検査結果は記録部３４に記録される。
【００２９】
以上の各機能ブロックは、各種演算処理を実行するＣＰＵ、データの格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭなどのハードウェア、およびソフトウェアの連携によって実現される。したがって、これらの機能ブロックはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって様々な形で実現することができる。
【００３０】
図３は表面画像の特定から、はんだの接合状態を検査するまでの流れを示したフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば断面画像生成部３６が断面画像を生成したときに開始する。
【００３１】
基板表面検出部３８は、断面画像生成部３６から断面画像を受け取り、その中から表面画像を特定する（Ｓ１０）。ブリッジ検査部４４は、疑似断面画像生成部４０からはんだボールを映し出しているはんだボールと同程度のスライス厚の疑似断面画像を取得し、ブリッジの有無を検査する（Ｓ１２）。ブリッジを検出しない場合には（Ｓ１４Ｎ）、溶融状態検査部４６は基板表面検出部３８から表面画像を取得し、はんだが溶融しているか否かを検査する（Ｓ１６）。はんだが溶融している場合には（Ｓ１８Ｙ）、ボイド検査部４８は疑似断面画像生成部４０からはんだボールを部分的に映し出している疑似断面画像を取得し、ボイドが存在するか否かを検査する（Ｓ２０）。ボイドが見つからない場合には（Ｓ２２Ｎ）、ボイド検査部４８は、はんだの接合状態は正常と判断し（Ｓ２４）、その旨を記録部３４に出力する。ブリッジを検出した場合（Ｓ１４Ｙ）、はんだが溶融していない場合（Ｓ１８Ｎ）、またはボイドが存在する場合には（Ｓ２２Ｙ）、それぞれブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、およびボイド検査部４８ははんだの接合状態は異常と判断して（Ｓ２６）その旨を記録部３４に出力する。はんだの状態が記録部３４に出力されると、本フローチャートにおける処理は終了する。
【００３２】
図４は、多層基板において層間の回路を接続するためのスルーホール５６とその断面画像の関係を模式的に示した図であり、基板表面検出部３８が基板表面を検出するための原理を説明するための図である。部品５０と基板５２とがはんだ５４によって接合されている様子を拡大して模式的に図示している。
【００３３】
基板５２の内部を通る断面５８ｄ、基板表面を通る断面５８ｃ、基板の表側を通る断面５８ｂ、およびはんだ５４のほぼ中心を通る断面５８ａにおいて、スルーホール５６の断面を図示したものが、それぞれ第４の断面画像６０ｄ、第３の断面画像６０ｃ、第２の断面画像６０ｂ、および第１の断面画像６０ａである。
【００３４】
基板表面検出部３８は、第４の断面画像６０ｄから第１の断面画像６０ａまで順番に、画像に映し出されているスルーホール５６のエッジ強度を計算する。エッジ強度の計算には、例えばラプラシアンフィルタ等既知のエッジ抽出フィルタの出力値を利用すればよい。
【００３５】
断面５８ｂにおいてはスルーホール５６は存在しないが、基板表面に近い断面においては、断面画像が基板に対して垂直な方向の分解能が低いことの影響により、スルーホール５６が映し出される場合がある。そのため、第２の断面画像６０ｂにおいても、スルーホール５６が映し出されることはあり得る。しかしながら、第４の断面画像６０ｄや第３の断面画像６０ｃにおけるスルーホール５６のエッジ強度と、第２の断面画像６０ｂにおけるスルーホール５６とのエッジ強度とを比較すると、前者は後者に比べて顕著に大きい。そこで、基板表面検出部３８は、第４の断面画像６０ｄから第１の断面画像６０ａまで順番に、画像に映し出されているスルーホール５６のエッジ強度を計算し、エッジ強度が顕著に小さくなる直前の断面を表面画像として特定する。
【００３６】
以上の方法により、基板表面検出部３８は基板表面を特定できるのであるが、さらに特定の精度を上げる必要がある場合には、基板表面検出部３８は、スルーホール５６のエッジ強度を用いて基板表面として特定した断面を元にランドを検出することによって基板表面を特定することができる。ここで、「ランド」とは、基板表面上に存在する電導体である銅箔等の終端や中間に存在する丸や四角のパターン、あるいは銅箔そのもののパターンのことをいう。
【００３７】
スルーホール５６と比較してランドは薄いため、断面画像におけるコントラストが低く検出が難しい。しかし、上述の方法で特定した基板表面を検出の出発点とすることにより、基板表面に近い断面であることが保証されるので、高精度でランドを検出することが可能となる。ランドは基板表面に存在するため、ある断面においてランドが検出できれば、その断面が基板表面ということになる。
【００３８】
以上説明したとおり、実施の形態にかかる基板表面検出部３８は、断面画像のみに基づいて基板表面を特定することができる。レーザーを用いて基板表面を検出する手法など、断面画像以外の情報も利用することに基板表面を特定する場合に比べ、装置の小型化およびコストを削減できる点で有利である。特に、生産ラインの限られたスペースに検査装置を設置する場合には、装置が大型であることは時として導入の障害となることを考えると、装置の小型化は非常に重要である。また、レーザーを用いて基板表面を検出する場合には光学系の調整も必要となることと比較して、メインテナンスにかかるコストも抑えられる点で有利である。
【００３９】
図５は、はんだを含むようにスライス厚が設定された疑似透過画像の一部６６を模式的に示した図であり、ブリッジ検査部４４がブリッジを検出する原理を説明するための図である。
【００４０】
第１のウィンドウ６２ａ、第２のウィンドウ６２ｂ、第３のウィンドウ６２ｃ、および第４のウィンドウ６２ｄはそれぞれブリッジ検査用の検査ウィンドウであり、あらかじめオペレータ等によって設定されている。第１の輪郭６４ａ、第２の輪郭６４ｂ、第３の輪郭６４ｃ、および第４の輪郭６５ｄはそれぞれ、疑似スライス画像におけるＢＧＡの輪郭である。第３の輪郭６４ｃと第４の輪郭６５ｄとのはんだは接合状態が正常であり、ほぼ円または楕円状の輪郭形状となっており、かつそれぞれの検査ウィンドウである第３のウィンドウ６２ｃ、および第４のウィンドウ６２ｄの中に収まっている。
【００４１】
第１の輪郭６４ａのはんだと第２の輪郭６４ｂのはんだとが接合することにより、それぞれの間に好ましくない導電経路、すなわちブリッジが生じている。ブリッジが生じた場合、はんだの輪郭は検査ウィンドウからはみ出ることになる。図５において第１の輪郭６４ａは第１のウィンドウ６２ａからはみ出ている。
【００４２】
輪郭が検査ウィンドウからはみ出たとき、輪郭と検査ウィンドウとの間にふたつの交点が生じる。検査ウィンドウの中心からそれらふたつの交点を見込んだ角度をαとすると、αの大きさによりはんだの輪郭が検査ウィンドウからはみ出ている量を推定することが可能である。そこで、ブリッジ検査部４４は、疑似断面画像生成部４０からはんだが映し出されている疑似断面画を取得して角度αを計算し、角度αが所定の角度を超えたときブリッジが生じたと判断する。ここで「所定の角度」とは、ブリッジが生じたか否かを判断するための基準の角度である。この角度はあらかじめ実験によって定めておけばよく、例えば５度程度とすればよい。所定の角度は０度よりも大きいことはあり得ることである。輪郭が検査ウィンドウをはみ出たとしても、必ずしもブリッジが形成されるわけではないからである。
【００４３】
ブリッジ検査部４４がブリッジを検出した場合、その時点ではんだの接合状態は異常であると判断できるので、溶融状態検査およびボイド検査は省略する。これにより、溶融状態検査およびボイド検査にかかる時間を省略することができる。
【００４４】
図６は溶融状態検査部４６の内部構成を模式的に示した図である。溶融状態検査部４６は境界検出部６８と、直径測定部７０とを含む。
【００４５】
図７Ａは、はんだの溶融状態が良好で、基板と部品とがはんだによって十分に接合されている場合の、基板表面におけるはんだ７２を模式的に示した図である。図７Ｂは、はんだの溶融状態が悪く、基板と部品とがはんだによって十分に接合されていない場合の、基板表面におけるはんだ７２を模式的に示した図である。
【００４６】
はんだの溶融状態が良好な場合には、図７Ａに示すように、はんだ７２の表面付近とその内部との間にコントラストの差が生じる。その結果、はんだの境界部分にリング状の縁７４が出現する。一方、はんだの溶融状態が良好でない場合には、図７Ｂに示すように、はんだ７２の表面付近とその内部との間にコントラストの差は生じにくく、はんだの溶融状態が良好な場合ほど顕著にはリング状の縁７４生じない。リング状の縁７４が生じたことの主な原因は、断面画像の再構成に用いる透過画像の枚数が少ないことが原因で生じたアーティファクトであるが、リング状の縁７４ははんだの溶融状態を推定するための手がかりとなる。
【００４７】
そこで、境界検出部６８はリング状の縁７４に基づいて、はんだの溶融状態を推定する。具体的には、基板表面におけるはんだ７２に対してエッジ抽出処理を行い、所定の大きさ以上のエッジ強度を持つエッジを連結することにより、リング状の縁７４の生成を試みる。この結果、例えば半周以上のリング状の縁７４が生成された場合には、はんだの溶融状態は良好であると判断する。所定のエッジ強度やはんだの溶融状態の判断に際してのリング状の縁７４の連結度合いなどは、基板や撮像装置の状態に応じて実験的に定めればよい。また、一度定めたエッジ強度や度合いは記録部３４に格納しておき、そこから読み出して用いる構成としてもよい。
【００４８】
以上の方法により、境界検出部６８ははんだの溶融状態を推定することができるのであるが、さらに推定の精度を上げるために、基板表面におけるはんだ７２の直径７６を利用することもできる。
【００４９】
はんだの溶融状態が良好な場合の基板表面におけるはんだ７２と、良好でない場合における基板表面におけるはんだ７２とを比較すると、前者は後者よりも基板表面上で広く分布している。例えば、はんだの溶融状態が極端に悪い場合には、基板表面にはんだが存在しない場合もあり得る。そこで、直径測定部７０は、基板表面におけるはんだ７２の直径７６（はんだ７２が楕円形状の場合にはその長径）を計測することにより、はんだの溶融状態を推定する。部品が決まればそのはんだボールの大きさも決まるため、基板表面におけるはんだ７２の平均的な直径もあらかじめ調べることができる。直径測定部７０はこの平均的な直径を基準として計測した直径７６との比較をする。その結果、例えば計測した直径７６が平均的な直径以上の長さがあればはんだの溶融状態は良好と判断する。
【００５０】
上記でははんだ７２の基板表面上での分布をその直径を用いて推定する場合について説明したが、直径測定部７０は面積等、はんだ７２の基板表面上での分布状態を表す他の情報を用いてもよい。
【００５１】
境界検出部６８および直径測定部７０がともにはんだの溶融状態が良好であると判断した場合、溶融状態検査部４６として、はんだの溶融状態は良好であると判断する。このように、リング状の縁７４の検出と直径７６とのふたつの異なる観点からはんだの溶融状態を推定し、そのいずれもが良好であると推定された場合にはんだの溶融状態は良好であると判断する。このため、はんだの溶融状態が良好でない場合の見落としが少なくなる点で有利である。もし、境界検出部６８および直径測定部７０の推定精度が十分に高い場合には、いずれか一方のみを用いてもよい。その場合推定にかかる時間が省けるため、全体としての検査効率を上げられる点で有利である。
【００５２】
溶融状態検査部４６がはんだの溶融状態が悪いと判断した場合、その時点ではんだの接合状態は異常であると判断できるので、ボイド検査は省略する。これにより、ボイド検査にかかる時間を省略することができる。
【００５３】
図８は、部品５０と基板５２とを接合するはんだ５４の疑似透過画像およびその断面の位置を模式的に示した図である。はんだ５４を上部（記号７８ａ）、中部（記号７８ｂ）、下部（記号７８ｃ）の３つに分割し、対応する疑似透過画像がそれぞれ上部疑似透過画像８０ａ、中部疑似透過画像８０ｂ、下部疑似透過画像８０ｃである。疑似透過画像作成に際し、はんだ５４を上部７８ａ、中部７８ｂ、下部７８ｃに分割するのは、上部７８ａまたは下部７８ｃに存在するボイドははんだの接合状態としては異常であるが、中部７８ｂに存在するボイドははんだの接合状態としては正常と判断できる場合もあるからである。
【００５４】
ボイドは気泡（空気）であり、はんだと比較して放射線の吸収率が低い。したがって、放射線の吸収率を画像化したものである疑似透過画像において、はんだの中にボイドが存在するとその領域の画素値に明確な差が現れる。例えば、放射線の吸収率が大きいほど画素値が低くなるように画像化した場合には、ボイドの画素値は大きくなり、明るい領域として描画される。
【００５５】
そこで、ボイド検査部４８は、上部疑似透過画像８０ａ、中部疑似透過画像８０ｂ、下部疑似透過画像８０ｃそれぞれについて画素値が小さく暗い領域であるはんだの中から明るい領域の検出を試みる。その結果、上部疑似透過画像８０ａまたは下部疑似透過画像８０ｃから所定の面積以上の明るい領域が検出された場合、あるいは所定の個数以上の明るい領域が検出された場合には、ボイド検査部４８は、ボイドが存在すると判断し、はんだの接合状態が異常であると判断する。図８においては、上部疑似透過画像８０ａ中の空白領域（記号８２ａ）、中部疑似透過画像８０ｂ中の空白領域（記号８２ｂ）、下部疑似透過画像８０ｃ中の空白領域（記号８２ｃ）がそれぞれボイド領域を表す。
【００５６】
ここで所定の面積とは、ボイド検査部４８がはんだの中にボイドが存在するか否かを特定するための基準面積である。また所定の個数とは、ボイド検査部４８がはんだの中にボイドが存在するか否かを特定するためのボイド領域の個数である。基準面積やボイド領域の個数は、マウスやキーボード等の図示しない入力装置を介して、オペレータが自由に設定できる。また、一度設定した値は記録部３４に格納され、そこから読み出して設定することもできる。
【００５７】
基準面積としては、複数のボイド領域が検出された場合にはその領域の合計面積としてもよいし、その中の最大面積としてもよい。また、中部疑似透過画像８０ｂでボイドが検出された場合には、はんだの接合状態が異常であるとは判断しないが、中部疑似透過画像８０ｂでボイドが検出された旨をモニタ１２に表示し、オペレータに知らせるようにしてもよい。
【００５８】
前述したとおり、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８の検査結果は記録部３４に格納され、モニタ１２に表示される。オペレータはモニタ１２の表示を確認することにより、はんだの接合状態を確認することができる。ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８におけるそれぞれの検査結果は定量化されているため、閾値やそれに基づく判断等のアルゴリズムを導入することにより、はんだの接合状態を自動で確認することも可能となる。
【００５９】
以上の構成による動作は以下のとおりである。まず生産ライン中で、断面画像生成部３６は検査対象となる基板の断面画像を生成し、疑似断面画像生成部４０は疑似断面画像を生成する。検査部４２ははんだの接合状態を判断する。オペレータが検査部４２の判断結果を確認するようにしてもよいし、検査部４２の判断結果に基づいて自動的にはんだの接合状態を判別するようにしてもよい。
【００６０】
以上のように、実施の形態によれば、基板の断面画像からはんだの接合状態を簡便に判別することができる。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６２】
上記の説明においては、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８はこの順番で直列にはんだの接合状態を検査し、上流の検査結果によっては実行されないこともある場合について説明したが、上流の検査結果によらず、すべて実行することもできる。この場合、すべての検査対象について異なる観点から検査することになるため、検査の信頼性を高められる点で有利である。この場合、ブリッジ検査部４４、溶融状態検査部４６、ボイド検査部４８は同時に並列に実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０ ＰＣ、 ３４ 記録部、 ３６ 断面画像生成部、 ３８ 基板表面検出部、 ４０ 疑似断面画像生成部、 ４２ 検査部、 ４４ ブリッジ検査部、 ４６ 溶融状態検査部、 ４８ ボイド検査部、 ６８ 境界検出部、 ７０ 直径測定部、 １００ 放射線検査装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する基板表面検出部と、
前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する疑似断面画像生成部と、
前記表面画像に映し出された前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する検査部とを含むことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記基板表面検出部は、前記断面画像を画像解析することで前記基板の表面またはその内部にのみ存在する電子部品の画像を検出し、当該電子部品の画像が映し出されているか否かを調べることで前記表面画像と特定することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記検査部は、前記疑似断面画像を画像解析することにより、近隣のはんだ同士が接合することにより生じた導体間の導電経路であるブリッジの有無を特定するブリッジ検査部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記検査部は、前記疑似断面画像を画像解析することにより、はんだ接合部内の気泡であるボイドが存在するか否かを特定するボイド検査部を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、はんだの溶融不足によって基板と部品との間の接合が不足しているか否かを特定する溶融状態検査部を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記溶融状態検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、前記表面画像に映し出されている前記はんだの領域を特定し、前記はんだの溶融状態が良好の場合に前記はんだの溶融状態が不良の場合と比較して前記領域の境界部分に顕著に出現するアーティファクトの有無を調べることにより、前記はんだの溶融状態を検査する境界検出部を含むことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記溶融状態検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、前記表面画像に映し出されている前記はんだの領域を特定し、前記はんだ領域の大きさがはんだの溶融状態の良否を判断するために定められた基準の大きさ以上であるか否かを測定することにより、前記はんだの溶融状態を検査する測定部を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の検査装置。
【請求項１】
基板および電子部品を含む被検査体の断面画像を画像解析し、前記断面画像の中から基板表面を映し出す表面画像を特定する基板表面検出部と、
前記表面画像を基準として前記断面画像に映し出されている前記基板と前記電子部品とを接合するはんだの領域を特定し、前記はんだを映し出す前記断面画像を積み上げることにより擬似的に撮像範囲に厚みを持たせた疑似断面画像を生成する疑似断面画像生成部と、
前記表面画像に映し出された前記はんだの領域および前記疑似断面画像に映し出された前記はんだの領域を画像解析することにより、前記はんだの接合状態の良否を推定する検査部とを含むことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記基板表面検出部は、前記断面画像を画像解析することで前記基板の表面またはその内部にのみ存在する電子部品の画像を検出し、当該電子部品の画像が映し出されているか否かを調べることで前記表面画像と特定することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記検査部は、前記疑似断面画像を画像解析することにより、近隣のはんだ同士が接合することにより生じた導体間の導電経路であるブリッジの有無を特定するブリッジ検査部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記検査部は、前記疑似断面画像を画像解析することにより、はんだ接合部内の気泡であるボイドが存在するか否かを特定するボイド検査部を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、はんだの溶融不足によって基板と部品との間の接合が不足しているか否かを特定する溶融状態検査部を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記溶融状態検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、前記表面画像に映し出されている前記はんだの領域を特定し、前記はんだの溶融状態が良好の場合に前記はんだの溶融状態が不良の場合と比較して前記領域の境界部分に顕著に出現するアーティファクトの有無を調べることにより、前記はんだの溶融状態を検査する境界検出部を含むことを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項７】
前記溶融状態検査部は、前記表面画像を画像解析することにより、前記表面画像に映し出されている前記はんだの領域を特定し、前記はんだ領域の大きさがはんだの溶融状態の良否を判断するために定められた基準の大きさ以上であるか否かを測定することにより、前記はんだの溶融状態を検査する測定部を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４９７３７（Ｐ２０１１−１４９７３７Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３４３（Ｐ２０１０−９３４３）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
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