Ｘ線検査装置およびＸ線検査方法
【課題】迅速に３次元的な位置情報を得ることで効率的に精度の高い検査を行うことができるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供する。
【解決手段】被検査体ＳにＸ線を照射するＸ線源１１０と、被検査体ＳのＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器１４０と、被検査体を移動可能に支持する移動用ステージ１２０と、を備え、移動用ステージ１２０は、一つの被検査体Ｓに対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように被検査体Ｓを移動させて、検査を行う。これにより、一つの被検査体Ｓについて、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。また、一回の検出で複数の検出領域についてＸ線透過像のデータを得て、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【解決手段】被検査体ＳにＸ線を照射するＸ線源１１０と、被検査体ＳのＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器１４０と、被検査体を移動可能に支持する移動用ステージ１２０と、を備え、移動用ステージ１２０は、一つの被検査体Ｓに対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように被検査体Ｓを移動させて、検査を行う。これにより、一つの被検査体Ｓについて、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。また、一回の検出で複数の検出領域についてＸ線透過像のデータを得て、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インラインに適用可能なＸ線検査装置およびＸ線検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント基板の部品実装密度が高まり、従来の光学的外観検査だけでは検査が十分でない場合が増加している。そのため、Ｘ線透視技術を用いた基板検査装置が普及している。たとえば、基板上のハンダ付け不良を非破壊検査するため、基板正面のＸ線透過像を得て不良の有無を検査する方法が知られている。このような検査方法（単純透視法）を用いるＸ線検査装置は、Ｘ線透過像上のＸ線透過量で不良の有無を検査するため、撮影時間は１５秒程度であり、演算時間はほとんどゼロである。したがって、この検査スピードを活かして、単純透視法によるＸ線検査装置はすでにインラインに導入されている。
【０００３】
一方、３次元的な位置情報まで得られるＸ線検査装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１記載のＸ線検査装置は、Ｘ線源の向きを制御して、被写体の被写面に対して垂直方向にＸ線を照射して撮影した画像と被写体の被写面に対して垂直方向から一定角度ずらした斜め方向にＸ線を照射して撮影した画像とを比較している。このようにして、基板の上面と下面の面上の同じ位置に被写体が実装されている場合でも、上面の画像と下面の画像を分離して検査を行うことを可能としている。
【特許文献１】特開２００１−０８３１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単純透視法によるＸ線検査装置では、ボイドやクラック等の異常の存在を知ることはできても、その３次元的な位置までは分からなかった。一方、特許文献１記載のＸ線検査装置では、異常の３次元的な位置情報まで得られるが、検査に時間がかかりすぎ、インラインに適用できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、迅速に３次元的な位置情報を得ることで効率的に精度の高い検査を行うことができるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線検査装置は、被検査体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被検査体のＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器と、前記被検査体を移動可能に支持する移動用ステージと、を備え、前記移動用ステージは、一つの前記被検査体に対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように前記被検査体を移動させて、検査を行うことを特徴としている。
【０００７】
このように、本発明のＸ線検査装置は、被検査体を移動させて異なる照射角度範囲の透過Ｘ線像を検出する。これにより、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。被検査体には、たとえばハンダボール付きの基板が挙げられる。基板上に生じたハンダ付け不良等の異常について検査する場合には、本発明のＸ線検査装置により基板の厚み方向について異常の位置を判別することができる。なお、照射角度範囲とは、Ｘ線源を中心とする角度範囲である。
【０００８】
また、被検査体を検査する場合には、検出領域に応じた距離だけ被検査体を移動させることで、一回の検出で被検査体について複数の照射角度範囲のＸ線透過像データを得ることができる。その結果、３次元的な位置情報を得るとともに、インラインに適用可能な速さで検査することができる。
【０００９】
（２）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記移動用ステージが、Ｘ線透過像の検出の度に前記検出領域に対応する距離だけ前記被検査体を移動させることを特徴としている。これにより、被検査体について、効率よくＸ線透過像を得ることができる。そして、このようなＸ線検出を連続して行うことで、たとえば、プリント基板について、単純透過法を行う場合と同等の速さで検査を行うことが可能となる。また、任意に設定できる検出領域に対応する距離だけ被検査体を移動させるため、基板Ｓにおける１回分の撮影範囲を調整して検査を行うことができる。これにより、たとえばプリント基板の設計に応じて検査用の単一の撮影範囲を決めることができる。
【００１０】
（３）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記複数の検出領域のうち、互いに隣り合う検出領域が接することを特徴としている。これにより、短い移動距離で被検査体の全体を検査することができる。一方、検出領域が離間している場合には、被検査体の全体について各検出領域でＸ線透過像を検出しようとすると無駄な被検査体の移動が必要となる。
【００１１】
（４）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記Ｘ線検出器が、前記被検査体の正照射像を検出する正照射検出領域を有することを特徴としている。これにより、被検査体の正照射像を検出でき、正照射像を用いて簡易に被検査体の２次元的な情報を得ることができる。たとえば、正照射像により異常が基板の主面方向のどの位置にあるかを容易に判断することができる。なお、正照射像とは、被検査体の正面から照射されたＸ線により得られるＸ線透過像である。主面とは部材のもっとも広い面を指す。
【００１２】
（５）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記各被検査体の検査用単位領域に対応付けて前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを記憶する記憶部と、前記被検査体の検査用単位領域について、前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを出力する出力部と、を更に備えることを特徴としている。これにより、ユーザは各検査用単位領域について異なる照射角度範囲のＸ線透過像を参照し、３次元的な位置情報を確認することができる。
【００１３】
（６）また、本発明に係るＸ線検査方法は、被検査体について、それぞれ異なる照射角度範囲のＸ線透過像を同時に検出する検出段階と、前記Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ前記被検査体を移動させる移動段階と、を有し、前記検出段階および移動段階を交互に繰り返すことで、一つの前記被検査体に対して異なる照射角度範囲のＸ線透過像を得ることを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明のＸ線検査方法では、被検査体に対し、同時に複数の照射角度範囲でＸ線透過像を検出する。これにより、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、被検査体の３次元的な位置情報を得ることができる。また、本発明のＸ線検査方法では、Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ被検査体を移動させる。これにより、一度に各照射角度範囲のＸ線透過像を得られる。このようにして、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。また、一回の検出で複数の検出領域についてＸ線透過像のデータを得て、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
［実施形態１］
（Ｘ線検査装置の構成）
図１は、Ｘ線検査装置１００を示す概略図である。図１に示すように、Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線源１１０、ＸＹステージ１２０（移動用ステージ）、Ｘ線検出器１４０、ＰＣ１５０を備えている。Ｘ線検査装置１００は、被検査体についてＸ線透過像を検出し、検出および移動を連続して行うことで、被検査体の３次元的な構造を検査する。以下では、被検査体の例にハンダボール付きの基板Ｓを挙げて説明する。
【００１８】
Ｘ線源１１０は、所定の位置に固定されており、広角照射野で基板ＳにＸ線を照射する。Ｘ線源１１０は、Ｘ線の焦点サイズがミクロン単位のマイクロフォーカスＸ線源である。ＸＹステージ１２０（移動用ステージ）は、Ｘ線源１１０とＸ線検出器１４０との間に位置する基板Ｓを移動可能に支持する。ＸＹステージ１２０は、ＰＣ１５０により制御され、あらかじめ決められた所定の経路に沿って所定のタイミングで所定の距離を移動する。すなわち、ＸＹステージ１２０は、Ｘ線検出器１４０の各検出段階の間に基板Ｓを所定の向きに所定の距離だけ移動させる。その結果、ＸＹステージ１２０は、Ｘ線の検出ごとに異なる検出領域で基板Ｓの透過Ｘ線像を検出できるように検出領域に対応する距離だけ基板Ｓを移動させる。検出領域は任意に設定できるため、基板Ｓにおける１回分の撮影範囲を調整して検査を行うことができる。この移動の動作の詳細については後述する。また、ＸＹステージ１２０は、基板Ｓの搬送機構を兼ねており、基板Ｓの部品実装工程に利用することができる。
【００１９】
Ｘ線検出器１４０は、所定の位置に固定されており、それぞれ一定の照射角度範囲でＸ線源から照射されるＸ線を検出する検出領域を２以上有する。各検出領域のうち互いに隣り合う検出領域は接するのが好ましい。これにより、短い移動距離での全体を検査することができる。これにより、短い移動距離で基板Ｓの全体を検査することができる。一方、検出領域が離間している場合には、基板Ｓの全体について各検出領域でＸ線透過像を検出しようとすると無駄な基板Ｓの移動が必要となる。なお、互いに隣り合う検出領域が接する場合には、これらに対応する照射角度範囲も互いに接することになる。
【００２０】
検査前にあらかじめＸ線検出器１４０の位置を調整することは可能となっている。Ｘ線検出器１４０は、２６０×２００ｍｍ程度の大型サイズが好ましい。また、Ｘ線検出器１４０は、高位置分解能、高Ｓ／Ｎ比を有することが好ましく、画像の認識度が高いことが好ましい。
【００２１】
Ｘ線検出器１４０は、基板Ｓ上に規則的に配列された領域Ｓの透過Ｘ線像を各検出領域１４１〜１４４で検出可能な位置に設置されている。検出領域の詳細については後述する。なお、Ｘ線源１１０との距離を伸縮自在に調整できる拡大変更機構を備えていてもよい。Ｘ線検出器１４０の検出時間は１５〜２０秒程度であれば十分である。検出時間は基板Ｓの製造工程のスループットを考慮してあらかじめ決定される。
【００２２】
ＰＣ１５０は、Ｘ線源１１０、ＸＹステージ１２０、およびＸ線検出器１４０に制御バスＮにより接続され、これらの機器を制御する。ＰＣ１５０は、記憶部１５２、入力部１５４、出力部１５６および制御部１５８を備える。記憶部１５２は、各領域Ｓｎに対して各検出領域１４１〜１４４で得られた検出データを記憶する。入力部１５４は、ユーザからの入力を受け付ける。たとえば、入力部１５４は、領域Ｓｎを選択する操作を受け付ける。補正部１５３は、斜入照射像の歪みを補正する。
【００２３】
出力部１５６は、ユーザにより選択された領域Ｓｎについて、各検出領域１４１〜１４４の検出データを出力する。これにより、ユーザは領域Ｓｎについて異なる照射角度範囲のＸ線透過像を参照し、３次元的な位置情報を確認することができる。たとえば、ハンダ付け不良について基板Ｓの主面方向の位置だけでなく、基板Ｓの厚み方向の位置を判別することができる。制御部１５８は、各部の制御を行う。
【００２４】
図２（ａ）は、Ｘ線源１１０から見たＸ線検出器１４０を示す平面図である。Ｘ線検出器１４０は、フラットパネル型の検出器であり、Ｘ線源１１０に対向する検出面１４７を有している。検出面１４７には、それぞれ一定の照射角度範囲でＸ線源１１０から照射されるＸ線を検出する第１から第４の検出領域１４１〜１４４が設定されている。第１から第４の検出領域１４１〜１４４は、時計と逆まわりの順に正照射検出領域１４１および各斜入射領域１４２〜１４４が設けられている。
【００２５】
ここで、照射角度範囲とは、Ｘ線源１１０を中心とする角度範囲である。なお、図２（ａ）に示す例において、検出領域１４１〜１４４は４つであるが、２つや３つであってもよい。正照射検出領域１４１は、図２（ａ）で円に×が描かれた記号により示されている領域であり、検出面１４７に対して垂直に入射するＸ線を検出する。このように正照射検出領域１４１が、領域Ｓｎの正照射像を検出でき、ユーザは、正照射像を用いて簡易に領域Ｓｎの２次元的な情報を得ることができる。たとえば、正照射像を見ることによりハンダ付け不良が基板の主面方向のどの位置にあるかを容易に判断することができる。
【００２６】
また、各斜入照射検出領域１４２〜１４４は、それぞれ正照射の方向からその斜入照射検出領域１４２〜１４４向きに照射角度範囲が傾斜しているＸ線を検出する領域である。斜入照射検出領域１４２〜１４４は、図２（ａ）の矢印により示されている領域であり、矢印の向きは照射角度範囲の向きを示している。
【００２７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢの矢印の方向から見たＸ線源１１０、ＸＹステージ１２０およびＸ線検出器１４０を示す正面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣの矢印の方向から見たＸ線源１１０、ＸＹステージ１２０およびＸ線検出器１４０を示す側面図である。たとえば、斜入照射検出領域１４３は、図２（ｂ）に示すＸ線照射の照射角度範囲θ１〜θ２に対応している。また、斜入照射検出領域１４２は、図２（ｂ）に示すＸ線照射の照射角度範囲φ１〜φ２に対応している。このように照射角度範囲は、ある軸を基準とした角度の範囲を示している。このような構成をとることにより、基板Ｓに対し垂直方向の透視と傾斜方向の透視を同時に実行することができる。
【００２８】
図３（ａ）は、Ｘ線源１１０から見た基板Ｓを示す平面図である。基板Ｓには、ハンダボールＳｓ１が形成されている。そして、基板ＳにはハンダボールＳｓ１により形成される同じパターンが繰り返し設けられている。このように基板に配列性がある場合には、たとえば、図３（ａ）に示す破線により基板Ｓを各領域Ｓｎに分割して取り扱うことができる。これらによって決まった破線間の距離をＸ、Ｙと表すとき、それらの距離に従ってＸＹステージを移動させる。なお、一例として移動距離をＸ、Ｙとして説明するが、移動距離はユーザが求める解像度や、基板Ｓの実装デバイスの種類に応じて任意に決定することができる。
【００２９】
図３（ｂ）は、基板Ｓの領域ＳｎとＸ線検出器１４０の検出領域１４１〜１４４との関係を示す斜視図である。図３（ｂ）に示すように、サイズＸ×Ｙの領域Ｓ１を透過したＸ線がＸ線検出器１４０上のサイズＵ×Ｗの検出領域１４１で検出されている。どのように区切るか、また各領域の正照射像や斜入照射像を得るかということに対応してＸ線検出器１４０の検出面１４７をどのような検出領域に区切るかが決まる。
【００３０】
基板Ｓを検査用単位領域として領域Ｓｎ（ｎ＝１、２、・・・）ごとにＸ線検出が行われる一例を以下に説明する。なお、説明する例は一例であって、検査用単位領域が基板Ｓ上の繰り返し単位と一致する必要はない。図４（ａ）、（ｂ）は、基板Ｓを拡大した平面図、および断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板Ｓの両主面にはそれぞれ同じパターンのハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２が設けられている。図４（ａ）、（ｂ）に示す例では、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２が、正方形状のパターンに配列している。基板Ｓでは、このようなパターンが何十個と繰り返されて設けられている。なお、領域Ｓｎのサイズは、２００〜２５０ｍｍ程度である。なお、基本的には基板Ｓのすべての領域をカバーするように検査を行うが、時間がない等の事情がある場合には、選択した領域のみの検査を行うこととしてもよい。
【００３１】
図５（ａ）、（ｂ）は、領域Ｓ１の正照射像および斜入照射像を示す図である。図５（ａ）に示すように、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の正照射像Ｔｓは、上下のハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の像が重なって円く写る。この場合には、１つのピークを有するＸ線強度分布が得られる。また、図５（ｂ）に示すように、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の斜入照射像Ｒｓは、Ｘ線照射の傾斜により上下のハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の像が重なった位置からずれた像となっている。
【００３２】
このような正照射像Ｔ１および斜入照射像Ｒ１を用いて、効率よくハンダボールの基板へのハンダ付け不良の存在および位置を判定する方法を以下に説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、正常に基板Ｓの両主面に設けられたハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２を示す断面図、その正照射像Ｔｓおよび斜入照射像Ｒｓを示す図である。図６（ａ）に示す矢印ｂ、ｃは、それぞれ正照射のＸ線入射方向、斜入射のＸ線入射方向を示している。図６（ｄ）〜（ｆ）は、ハンダ付けが不良であるハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２を示す断面図、その正照射像Ｔｓおよび斜入照射像Ｒｓを示す図である。図６（ｄ）に示す矢印ｅ、ｆは、それぞれ正照射のＸ線入射方向、斜入射のＸ線入射方向を示している。図６（ｂ）および（ｅ）に示される正照射像Ｔｓを比較すると、濃淡の違いにより図６（ｅ）に示す正照射像Ｔｓに異常があることが分かる。しかし、正照射像Ｔｓはいずれも同じ円形であり、ハンダ付け不良が基板Ｓの上面にあるのか下面にあるのかは判断できない。
【００３３】
一方、図６（ｃ）および（ｆ）に示される斜入照射像Ｒｓを比較すると、正常にハンダ付けされたハンダボールは重なって見えるのに対し、ハンダ付け不良により浮いているハンダボールＳｓ２（図６（ｄ））は、正常なものに比べて上下のハンダボールの影が離れている。この像により、ハンダ付け不良が基板Ｓの下側にある等の情報が得られる。
【００３４】
このように、異常の有無の判定方法としては、正照射像Ｔｓで基板Ｓの主面上のどの位置に不良があるかを見つけておき、斜入照射像Ｒｓでいずれ側の主面に異常があるかを見つける方法が効率的である。正照射像Ｔｓに不良があるか否かを判断する際には、Ｘ線の輝度値のラインプロファイルを用いてもよい。なお、ＣＡＤによるハンダ付けの設計データから得られるシミュレーションデータを基準に異常を判定してもよい。また、上記の例では、基板の異常としてハンダ付け不良を検査するが、ハンダボールの欠落、部品の欠落、部品の実装不良、ボイド、クラック、ハンダブリッジ、接合不良その他の異常を検査してもよい。
【００３５】
（Ｘ線検査装置の動作）
次に、上記のような構成や原理を有するＸ線検査装置１００の動作を説明する。図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ｄ）〜（ｆ）は、基板ＳおよびＸ線検出器１４０の各動作を示す平面図である。Ｘ線検出器１４０は所定位置に固定されており、基板Ｓを移動させて、各位置において検出を行う。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、基板Ｓは横方向にｐ回移動分、縦方向にｑ回移動分に検査対象となる領域Ｓｎを区分されている。Ｘ線検出器１４０は、正照射検出領域１４１を含む４つの検出領域１４１〜１４４を有している。
【００３７】
検査の各動作のステップは、複数の領域Ｓｎの透過Ｘ線像を同時に検出する検出段階とＸＹステージ１２０により基板の領域の縦横のサイズ分だけ基板Ｓを移動させる移動段階とを繰り返すことで行う。
【００３８】
まず、ＸＹステージ１２０により領域Ｓ１を検出領域１４３で検出できる位置に、基板Ｓを移動させる。そして、図７（ａ）に示すように、その位置でＸ線照射し領域Ｓ１の斜入照射像を検出し、基板を次の検出の位置に移動させる（ステップ１）。次に、図７（ｂ）に示すように、Ｘ線照射し領域Ｓ１およびＳ２の斜入照射像をそれぞれ検出領域１４３および検出領域１４４で検出し、次の移動を行う（ステップ２）。
【００３９】
検出領域１４１〜１４４に応じた距離だけ基板Ｓを移動させることで、効率よく一回の検出で複数の領域ＳｎについてＸ線透過像のデータを得ることができる。このようにして、検査速度を向上させてインラインに適用することができる。また、このようなＸ線検出を連続して行うことで、一つの基板Ｓについての複数の照射角度範囲によるＸ線透過像を得られるため、効率よく３次元的な検査を行うことができる。このようにして、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【００４０】
上記のようにして検出および移動を繰り返すと、図７（ｃ）に示すようにｐ＋１回目のステップでは、領域Ｓｐを検出領域１４４で検出することになる。次に、基板Ｓを、これまでとは直角に検出領域１４４から検出領域１４１に向かう方向へ移動させる（ステップｐ＋１）。ステップｐまでの基板Ｓの移動は、すべて検出領域１４３から検出領域１４４に向かう方向への移動である。
【００４１】
そして、図８（ｄ）に示すように、領域Ｓｐの正照射像を検出領域１４１で、領域Ｓｐ＋１の領域斜入照射像を検出領域１４４で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋２）。移動は、当初の移動とは逆方向、すなわち検出領域１４４から検出領域１４３に向かう方向へ行う。次に、図８（ｅ）に示すように、領域Ｓｐ−１、Ｓｐ、Ｓｐ＋１、Ｓｐ＋２のＸ線透過像を検出する。この検出を終えた段階で領域Ｓｐについては、正照射像およびその他の３つの斜入照射像がすべて検出されたことになる。そして、次の移動を行う（ステップｐ＋３）。このような移動および検出を繰り返し、基板Ｓの全領域について、各照射像のデータを得る。最後は、図８（ｆ）に示すように、領域Ｓｐ×ｑの像を検出領域１４２で検出して、基板Ｓについての検出手順を終了する（ステップ（ｐ+１）×（ｑ＋１））。
【００４２】
このように、Ｘ線検査装置１００は、領域Ｓｎを移動させて、領域Ｓｎについての異なる照射角度範囲の透過Ｘ線像を検出する。これにより、一つの領域Ｓｎについて、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から基板の厚み方向について異常等の位置を判別することができる。
【００４３】
このようにして、基板Ｓのすべての領域Ｓｎについて、各照射像のデータがＰＣ１５０に送信され、ＰＣ１５０は、記憶部に各領域Ｓｎに対応付けて各照射像のデータを記憶する。そして、必要に応じ各照射像について補正を行う。ＰＣ１５０は、ユーザの操作に応じて、これらの各照射像を画面に表示させることができる。ユーザは、各正照射像を見て、ハンダ付け不良の有無を判定し、さらに不良があったときには、斜入照射像により基板厚み方向の位置を特定することができる。なお、このような判定はユーザにより行ってもよいし、プログラムにより自動的に判定することとしてもよい。
【００４４】
また、ＣＡＤの設計データを用いて仮想的な基準像を作成しハンダ付け不良の位置の特定を行うこととしてもよい。また、複数の異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られるため、これらを用いていわゆるステレオスコピー処理を行うことができる。その場合には、基板Ｓの３次元画像が得られる。また、ＰＣ１５０により３次元情報をもとに不良のマッピングを行ったり、２次元プロファイルを作成することとしてもよい。
【００４５】
なお、上記の実施形態では、すべての検出領域１４１〜１４４についてＸ線透過像を検出するが、斜入照射検出領域１４２〜１４４についてはそのうちの一つだけを用いて検出することとしてもよい。たとえば、基板Ｓに設けられるデバイスごとに斜入照射検出領域１４２〜１４４のいずれかを選択して検出を行うことが可能である。ある照射角度範囲については、デバイスの影になり検出対象について望みの透過像を検出できないことがある。斜入照射検出領域１４２〜１４４を切り替えてＸ線透過像を検出することにより、このような問題を解消することができる。
【００４６】
その場合には、基板Ｓの設計情報に基づいてシミュレーションをし、デバイスに応じてＸ線透過の方向を決めておく。そして、用いる検出領域に応じてＸＹステージのステップ移動を行い基板Ｓの全体についてＸ線透過像の検出を行う。なお、工程の中でデバイスごとに自動判別を行い、Ｘ線透過像の検出領域を決めることとしてもよい。
【００４７】
［実施形態２］
上記の実施形態では、Ｘ線検出器１４０は４つの検出領域を有しているが、２つの検出領域を有するものであってもよい。図９（ａ）〜（ｃ）および図１０（ｄ）〜（ｆ）は、検出領域が２つの場合の基板ＳおよびＸ線検出器１４０の各動作を示す平面図である。検出領域２４１は、正照射検出領域であり、検出領域２４２は、斜入照射検出領域である。
【００４８】
この場合の照射像の検出手順を説明する。まず、図９（ａ）に示すように、領域Ｓ１を検出領域２４２で検出できる位置に基板Ｓを移動させる。そして、その位置でＸ線透過像を検出し、次の検出位置に基板Ｓを移動させる（ステップ１）。次に、図９（ｂ）に示すように、領域Ｓ２のＸ線透過像を検出領域２４２で、領域Ｓ１のＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、次の検出位置に基板Ｓを移動させる（ステップ２）。
【００４９】
ｐ＋１回目のステップでは、図９（ｃ）に示すように、領域ＳｐのＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋１）。このステップで、領域Ｓ１〜Ｓｐの検出が終わり、ここまでの移動方向とは直角に基板Ｓを移動させる。そして、図１０（ｄ）に示すように、領域Ｓｐ＋１のＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、続く移動を行う（ステップｐ＋２）。このステップでは、基板Ｓを、当初の移動方向とは逆の方向、すなわち検出領域２４１から検出領域２４２に向かう方向へ移動させる。
【００５０】
ステップ２ｐ＋２では、図１０（ｅ）に示すように、領域Ｓ２ｐの斜入照射像を検出領域２４２で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋３）。このような検出および移動を繰り返し、基板Ｓの全領域について、各照射像のデータを得る。最後は、図１０（ｆ）に示すように、領域Ｓｐ×ｑの斜入照射像を検出領域２４２で検出して基板Ｓについての検出手順を終了する（ステップ（ｐ＋１）×ｑ）。
【００５１】
以上の実施形態に説明するように、Ｘ線検出器１４０は２以上の検出領域を有するが、その数や照射方向により制限されることはない。したがって、上記の実施形態では、Ｘ線検出器１４０は、正照射検出領域を含めて検出領域を４つまたは２つ有していたが、これ以外のバリエーションも存在する。図１１は、Ｘ線検出器の変形例を示す平面図である。
【００５２】
Ｘ線検出器３４０は、いずれもが斜入照射検出領域である２つの検出領域を有している。Ｘ線検出器４４０は、正照射検出領域を含む３つの検出領域を有している。また、Ｘ線検出器５４０は、６つの検出領域を有している。また、Ｘ線検出器６４０は、９つの検出領域を有している。このように検出領域の数やその照射方向については様々な形態をとりうる。特に３以上の検出領域を利用する場合には、基板Ｓに設けられるデバイスの形態に応じて、用いる検出領域を切り替えることが可能である。
【００５３】
上記の例では、ＸＹステージ１２０の一回の移動距離を基板Ｓの繰り返し単位のサイズとしているが、一回の移動距離は任意に決めることができる。移動距離は一定の照射角度範囲の検出像の解像度に関係するため、上記のような繰り返し単位のようにハンダ付け不良を判定しやすい距離とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るＸ線検査装置を示す概略図である。
【図２】（ａ）Ｘ線検出器を示す平面図である。（ｂ）Ｘ線源、ＸＹステージおよびＸ線検出器を示す正面図である。（ｃ）は、Ｘ線源、ＸＹステージおよびＸ線検出器を示す側面図である。
【図３】（ａ）基板を示す平面図である。（ｂ）基板の領域とＸ線検出器の検出領域との関係を示す斜視図である。
【図４】（ａ）拡大した基板を示す平面図である。（ｂ）拡大した基板を示す断面図である。
【図５】（ａ）基板の正照射像を示す平面図である。（ｂ）斜入照射像を示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）正常に設けられたハンダボールを示す断面図、その正照射像および斜入照射像を示す図である。（ｄ）〜（ｆ）ハンダ付けが不良であるハンダボールを示す断面図、その正照射像および斜入照射像を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態１）。
【図８】（ｄ）〜（ｅ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態１）。
【図９】（ａ）〜（ｃ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態２）。
【図１０】（ｄ）〜（ｅ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態２）。
【図１１】Ｘ線検出器の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ Ｘ線検査装置
１１０ Ｘ線源
１２０ ＸＹステージ（移動用ステージ）
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０ Ｘ線検出器
１４１、２４１ 正照射検出領域
１４２〜１４４、２４２ 斜入照射検出領域
１４７ 検出面
１５２ 記憶部
１５３ 補正部
１５４ 入力部
１５６ 出力部
１５８ 制御部
Ｓ 基板（被検査体）
Ｓｎ 領域（検査用単位領域）
Ｓｓ１、Ｓｓ２ ハンダボール
Ｔ１ 基板の領域の正照射像
Ｔｓ ハンダボールの正照射像
Ｒ１ 基板の領域の斜入照射像
Ｒｓ ハンダボールの斜入照射像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インラインに適用可能なＸ線検査装置およびＸ線検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント基板の部品実装密度が高まり、従来の光学的外観検査だけでは検査が十分でない場合が増加している。そのため、Ｘ線透視技術を用いた基板検査装置が普及している。たとえば、基板上のハンダ付け不良を非破壊検査するため、基板正面のＸ線透過像を得て不良の有無を検査する方法が知られている。このような検査方法（単純透視法）を用いるＸ線検査装置は、Ｘ線透過像上のＸ線透過量で不良の有無を検査するため、撮影時間は１５秒程度であり、演算時間はほとんどゼロである。したがって、この検査スピードを活かして、単純透視法によるＸ線検査装置はすでにインラインに導入されている。
【０００３】
一方、３次元的な位置情報まで得られるＸ線検査装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１記載のＸ線検査装置は、Ｘ線源の向きを制御して、被写体の被写面に対して垂直方向にＸ線を照射して撮影した画像と被写体の被写面に対して垂直方向から一定角度ずらした斜め方向にＸ線を照射して撮影した画像とを比較している。このようにして、基板の上面と下面の面上の同じ位置に被写体が実装されている場合でも、上面の画像と下面の画像を分離して検査を行うことを可能としている。
【特許文献１】特開２００１−０８３１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単純透視法によるＸ線検査装置では、ボイドやクラック等の異常の存在を知ることはできても、その３次元的な位置までは分からなかった。一方、特許文献１記載のＸ線検査装置では、異常の３次元的な位置情報まで得られるが、検査に時間がかかりすぎ、インラインに適用できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、迅速に３次元的な位置情報を得ることで効率的に精度の高い検査を行うことができるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記の目的を達成するため、本発明に係るＸ線検査装置は、被検査体にＸ線を照射するＸ線源と、前記被検査体のＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器と、前記被検査体を移動可能に支持する移動用ステージと、を備え、前記移動用ステージは、一つの前記被検査体に対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように前記被検査体を移動させて、検査を行うことを特徴としている。
【０００７】
このように、本発明のＸ線検査装置は、被検査体を移動させて異なる照射角度範囲の透過Ｘ線像を検出する。これにより、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。被検査体には、たとえばハンダボール付きの基板が挙げられる。基板上に生じたハンダ付け不良等の異常について検査する場合には、本発明のＸ線検査装置により基板の厚み方向について異常の位置を判別することができる。なお、照射角度範囲とは、Ｘ線源を中心とする角度範囲である。
【０００８】
また、被検査体を検査する場合には、検出領域に応じた距離だけ被検査体を移動させることで、一回の検出で被検査体について複数の照射角度範囲のＸ線透過像データを得ることができる。その結果、３次元的な位置情報を得るとともに、インラインに適用可能な速さで検査することができる。
【０００９】
（２）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記移動用ステージが、Ｘ線透過像の検出の度に前記検出領域に対応する距離だけ前記被検査体を移動させることを特徴としている。これにより、被検査体について、効率よくＸ線透過像を得ることができる。そして、このようなＸ線検出を連続して行うことで、たとえば、プリント基板について、単純透過法を行う場合と同等の速さで検査を行うことが可能となる。また、任意に設定できる検出領域に対応する距離だけ被検査体を移動させるため、基板Ｓにおける１回分の撮影範囲を調整して検査を行うことができる。これにより、たとえばプリント基板の設計に応じて検査用の単一の撮影範囲を決めることができる。
【００１０】
（３）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記複数の検出領域のうち、互いに隣り合う検出領域が接することを特徴としている。これにより、短い移動距離で被検査体の全体を検査することができる。一方、検出領域が離間している場合には、被検査体の全体について各検出領域でＸ線透過像を検出しようとすると無駄な被検査体の移動が必要となる。
【００１１】
（４）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記Ｘ線検出器が、前記被検査体の正照射像を検出する正照射検出領域を有することを特徴としている。これにより、被検査体の正照射像を検出でき、正照射像を用いて簡易に被検査体の２次元的な情報を得ることができる。たとえば、正照射像により異常が基板の主面方向のどの位置にあるかを容易に判断することができる。なお、正照射像とは、被検査体の正面から照射されたＸ線により得られるＸ線透過像である。主面とは部材のもっとも広い面を指す。
【００１２】
（５）また、本発明に係るＸ線検査装置は、前記各被検査体の検査用単位領域に対応付けて前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを記憶する記憶部と、前記被検査体の検査用単位領域について、前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを出力する出力部と、を更に備えることを特徴としている。これにより、ユーザは各検査用単位領域について異なる照射角度範囲のＸ線透過像を参照し、３次元的な位置情報を確認することができる。
【００１３】
（６）また、本発明に係るＸ線検査方法は、被検査体について、それぞれ異なる照射角度範囲のＸ線透過像を同時に検出する検出段階と、前記Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ前記被検査体を移動させる移動段階と、を有し、前記検出段階および移動段階を交互に繰り返すことで、一つの前記被検査体に対して異なる照射角度範囲のＸ線透過像を得ることを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明のＸ線検査方法では、被検査体に対し、同時に複数の照射角度範囲でＸ線透過像を検出する。これにより、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、被検査体の３次元的な位置情報を得ることができる。また、本発明のＸ線検査方法では、Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ被検査体を移動させる。これにより、一度に各照射角度範囲のＸ線透過像を得られる。このようにして、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一つの被検査体について、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から３次元的な位置情報を得ることができる。また、一回の検出で複数の検出領域についてＸ線透過像のデータを得て、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
［実施形態１］
（Ｘ線検査装置の構成）
図１は、Ｘ線検査装置１００を示す概略図である。図１に示すように、Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線源１１０、ＸＹステージ１２０（移動用ステージ）、Ｘ線検出器１４０、ＰＣ１５０を備えている。Ｘ線検査装置１００は、被検査体についてＸ線透過像を検出し、検出および移動を連続して行うことで、被検査体の３次元的な構造を検査する。以下では、被検査体の例にハンダボール付きの基板Ｓを挙げて説明する。
【００１８】
Ｘ線源１１０は、所定の位置に固定されており、広角照射野で基板ＳにＸ線を照射する。Ｘ線源１１０は、Ｘ線の焦点サイズがミクロン単位のマイクロフォーカスＸ線源である。ＸＹステージ１２０（移動用ステージ）は、Ｘ線源１１０とＸ線検出器１４０との間に位置する基板Ｓを移動可能に支持する。ＸＹステージ１２０は、ＰＣ１５０により制御され、あらかじめ決められた所定の経路に沿って所定のタイミングで所定の距離を移動する。すなわち、ＸＹステージ１２０は、Ｘ線検出器１４０の各検出段階の間に基板Ｓを所定の向きに所定の距離だけ移動させる。その結果、ＸＹステージ１２０は、Ｘ線の検出ごとに異なる検出領域で基板Ｓの透過Ｘ線像を検出できるように検出領域に対応する距離だけ基板Ｓを移動させる。検出領域は任意に設定できるため、基板Ｓにおける１回分の撮影範囲を調整して検査を行うことができる。この移動の動作の詳細については後述する。また、ＸＹステージ１２０は、基板Ｓの搬送機構を兼ねており、基板Ｓの部品実装工程に利用することができる。
【００１９】
Ｘ線検出器１４０は、所定の位置に固定されており、それぞれ一定の照射角度範囲でＸ線源から照射されるＸ線を検出する検出領域を２以上有する。各検出領域のうち互いに隣り合う検出領域は接するのが好ましい。これにより、短い移動距離での全体を検査することができる。これにより、短い移動距離で基板Ｓの全体を検査することができる。一方、検出領域が離間している場合には、基板Ｓの全体について各検出領域でＸ線透過像を検出しようとすると無駄な基板Ｓの移動が必要となる。なお、互いに隣り合う検出領域が接する場合には、これらに対応する照射角度範囲も互いに接することになる。
【００２０】
検査前にあらかじめＸ線検出器１４０の位置を調整することは可能となっている。Ｘ線検出器１４０は、２６０×２００ｍｍ程度の大型サイズが好ましい。また、Ｘ線検出器１４０は、高位置分解能、高Ｓ／Ｎ比を有することが好ましく、画像の認識度が高いことが好ましい。
【００２１】
Ｘ線検出器１４０は、基板Ｓ上に規則的に配列された領域Ｓの透過Ｘ線像を各検出領域１４１〜１４４で検出可能な位置に設置されている。検出領域の詳細については後述する。なお、Ｘ線源１１０との距離を伸縮自在に調整できる拡大変更機構を備えていてもよい。Ｘ線検出器１４０の検出時間は１５〜２０秒程度であれば十分である。検出時間は基板Ｓの製造工程のスループットを考慮してあらかじめ決定される。
【００２２】
ＰＣ１５０は、Ｘ線源１１０、ＸＹステージ１２０、およびＸ線検出器１４０に制御バスＮにより接続され、これらの機器を制御する。ＰＣ１５０は、記憶部１５２、入力部１５４、出力部１５６および制御部１５８を備える。記憶部１５２は、各領域Ｓｎに対して各検出領域１４１〜１４４で得られた検出データを記憶する。入力部１５４は、ユーザからの入力を受け付ける。たとえば、入力部１５４は、領域Ｓｎを選択する操作を受け付ける。補正部１５３は、斜入照射像の歪みを補正する。
【００２３】
出力部１５６は、ユーザにより選択された領域Ｓｎについて、各検出領域１４１〜１４４の検出データを出力する。これにより、ユーザは領域Ｓｎについて異なる照射角度範囲のＸ線透過像を参照し、３次元的な位置情報を確認することができる。たとえば、ハンダ付け不良について基板Ｓの主面方向の位置だけでなく、基板Ｓの厚み方向の位置を判別することができる。制御部１５８は、各部の制御を行う。
【００２４】
図２（ａ）は、Ｘ線源１１０から見たＸ線検出器１４０を示す平面図である。Ｘ線検出器１４０は、フラットパネル型の検出器であり、Ｘ線源１１０に対向する検出面１４７を有している。検出面１４７には、それぞれ一定の照射角度範囲でＸ線源１１０から照射されるＸ線を検出する第１から第４の検出領域１４１〜１４４が設定されている。第１から第４の検出領域１４１〜１４４は、時計と逆まわりの順に正照射検出領域１４１および各斜入射領域１４２〜１４４が設けられている。
【００２５】
ここで、照射角度範囲とは、Ｘ線源１１０を中心とする角度範囲である。なお、図２（ａ）に示す例において、検出領域１４１〜１４４は４つであるが、２つや３つであってもよい。正照射検出領域１４１は、図２（ａ）で円に×が描かれた記号により示されている領域であり、検出面１４７に対して垂直に入射するＸ線を検出する。このように正照射検出領域１４１が、領域Ｓｎの正照射像を検出でき、ユーザは、正照射像を用いて簡易に領域Ｓｎの２次元的な情報を得ることができる。たとえば、正照射像を見ることによりハンダ付け不良が基板の主面方向のどの位置にあるかを容易に判断することができる。
【００２６】
また、各斜入照射検出領域１４２〜１４４は、それぞれ正照射の方向からその斜入照射検出領域１４２〜１４４向きに照射角度範囲が傾斜しているＸ線を検出する領域である。斜入照射検出領域１４２〜１４４は、図２（ａ）の矢印により示されている領域であり、矢印の向きは照射角度範囲の向きを示している。
【００２７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢの矢印の方向から見たＸ線源１１０、ＸＹステージ１２０およびＸ線検出器１４０を示す正面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣの矢印の方向から見たＸ線源１１０、ＸＹステージ１２０およびＸ線検出器１４０を示す側面図である。たとえば、斜入照射検出領域１４３は、図２（ｂ）に示すＸ線照射の照射角度範囲θ１〜θ２に対応している。また、斜入照射検出領域１４２は、図２（ｂ）に示すＸ線照射の照射角度範囲φ１〜φ２に対応している。このように照射角度範囲は、ある軸を基準とした角度の範囲を示している。このような構成をとることにより、基板Ｓに対し垂直方向の透視と傾斜方向の透視を同時に実行することができる。
【００２８】
図３（ａ）は、Ｘ線源１１０から見た基板Ｓを示す平面図である。基板Ｓには、ハンダボールＳｓ１が形成されている。そして、基板ＳにはハンダボールＳｓ１により形成される同じパターンが繰り返し設けられている。このように基板に配列性がある場合には、たとえば、図３（ａ）に示す破線により基板Ｓを各領域Ｓｎに分割して取り扱うことができる。これらによって決まった破線間の距離をＸ、Ｙと表すとき、それらの距離に従ってＸＹステージを移動させる。なお、一例として移動距離をＸ、Ｙとして説明するが、移動距離はユーザが求める解像度や、基板Ｓの実装デバイスの種類に応じて任意に決定することができる。
【００２９】
図３（ｂ）は、基板Ｓの領域ＳｎとＸ線検出器１４０の検出領域１４１〜１４４との関係を示す斜視図である。図３（ｂ）に示すように、サイズＸ×Ｙの領域Ｓ１を透過したＸ線がＸ線検出器１４０上のサイズＵ×Ｗの検出領域１４１で検出されている。どのように区切るか、また各領域の正照射像や斜入照射像を得るかということに対応してＸ線検出器１４０の検出面１４７をどのような検出領域に区切るかが決まる。
【００３０】
基板Ｓを検査用単位領域として領域Ｓｎ（ｎ＝１、２、・・・）ごとにＸ線検出が行われる一例を以下に説明する。なお、説明する例は一例であって、検査用単位領域が基板Ｓ上の繰り返し単位と一致する必要はない。図４（ａ）、（ｂ）は、基板Ｓを拡大した平面図、および断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板Ｓの両主面にはそれぞれ同じパターンのハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２が設けられている。図４（ａ）、（ｂ）に示す例では、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２が、正方形状のパターンに配列している。基板Ｓでは、このようなパターンが何十個と繰り返されて設けられている。なお、領域Ｓｎのサイズは、２００〜２５０ｍｍ程度である。なお、基本的には基板Ｓのすべての領域をカバーするように検査を行うが、時間がない等の事情がある場合には、選択した領域のみの検査を行うこととしてもよい。
【００３１】
図５（ａ）、（ｂ）は、領域Ｓ１の正照射像および斜入照射像を示す図である。図５（ａ）に示すように、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の正照射像Ｔｓは、上下のハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の像が重なって円く写る。この場合には、１つのピークを有するＸ線強度分布が得られる。また、図５（ｂ）に示すように、ハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の斜入照射像Ｒｓは、Ｘ線照射の傾斜により上下のハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２の像が重なった位置からずれた像となっている。
【００３２】
このような正照射像Ｔ１および斜入照射像Ｒ１を用いて、効率よくハンダボールの基板へのハンダ付け不良の存在および位置を判定する方法を以下に説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、正常に基板Ｓの両主面に設けられたハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２を示す断面図、その正照射像Ｔｓおよび斜入照射像Ｒｓを示す図である。図６（ａ）に示す矢印ｂ、ｃは、それぞれ正照射のＸ線入射方向、斜入射のＸ線入射方向を示している。図６（ｄ）〜（ｆ）は、ハンダ付けが不良であるハンダボールＳｓ１、Ｓｓ２を示す断面図、その正照射像Ｔｓおよび斜入照射像Ｒｓを示す図である。図６（ｄ）に示す矢印ｅ、ｆは、それぞれ正照射のＸ線入射方向、斜入射のＸ線入射方向を示している。図６（ｂ）および（ｅ）に示される正照射像Ｔｓを比較すると、濃淡の違いにより図６（ｅ）に示す正照射像Ｔｓに異常があることが分かる。しかし、正照射像Ｔｓはいずれも同じ円形であり、ハンダ付け不良が基板Ｓの上面にあるのか下面にあるのかは判断できない。
【００３３】
一方、図６（ｃ）および（ｆ）に示される斜入照射像Ｒｓを比較すると、正常にハンダ付けされたハンダボールは重なって見えるのに対し、ハンダ付け不良により浮いているハンダボールＳｓ２（図６（ｄ））は、正常なものに比べて上下のハンダボールの影が離れている。この像により、ハンダ付け不良が基板Ｓの下側にある等の情報が得られる。
【００３４】
このように、異常の有無の判定方法としては、正照射像Ｔｓで基板Ｓの主面上のどの位置に不良があるかを見つけておき、斜入照射像Ｒｓでいずれ側の主面に異常があるかを見つける方法が効率的である。正照射像Ｔｓに不良があるか否かを判断する際には、Ｘ線の輝度値のラインプロファイルを用いてもよい。なお、ＣＡＤによるハンダ付けの設計データから得られるシミュレーションデータを基準に異常を判定してもよい。また、上記の例では、基板の異常としてハンダ付け不良を検査するが、ハンダボールの欠落、部品の欠落、部品の実装不良、ボイド、クラック、ハンダブリッジ、接合不良その他の異常を検査してもよい。
【００３５】
（Ｘ線検査装置の動作）
次に、上記のような構成や原理を有するＸ線検査装置１００の動作を説明する。図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ｄ）〜（ｆ）は、基板ＳおよびＸ線検出器１４０の各動作を示す平面図である。Ｘ線検出器１４０は所定位置に固定されており、基板Ｓを移動させて、各位置において検出を行う。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、基板Ｓは横方向にｐ回移動分、縦方向にｑ回移動分に検査対象となる領域Ｓｎを区分されている。Ｘ線検出器１４０は、正照射検出領域１４１を含む４つの検出領域１４１〜１４４を有している。
【００３７】
検査の各動作のステップは、複数の領域Ｓｎの透過Ｘ線像を同時に検出する検出段階とＸＹステージ１２０により基板の領域の縦横のサイズ分だけ基板Ｓを移動させる移動段階とを繰り返すことで行う。
【００３８】
まず、ＸＹステージ１２０により領域Ｓ１を検出領域１４３で検出できる位置に、基板Ｓを移動させる。そして、図７（ａ）に示すように、その位置でＸ線照射し領域Ｓ１の斜入照射像を検出し、基板を次の検出の位置に移動させる（ステップ１）。次に、図７（ｂ）に示すように、Ｘ線照射し領域Ｓ１およびＳ２の斜入照射像をそれぞれ検出領域１４３および検出領域１４４で検出し、次の移動を行う（ステップ２）。
【００３９】
検出領域１４１〜１４４に応じた距離だけ基板Ｓを移動させることで、効率よく一回の検出で複数の領域ＳｎについてＸ線透過像のデータを得ることができる。このようにして、検査速度を向上させてインラインに適用することができる。また、このようなＸ線検出を連続して行うことで、一つの基板Ｓについての複数の照射角度範囲によるＸ線透過像を得られるため、効率よく３次元的な検査を行うことができる。このようにして、効率的に精度の高い検査を行うことができる。
【００４０】
上記のようにして検出および移動を繰り返すと、図７（ｃ）に示すようにｐ＋１回目のステップでは、領域Ｓｐを検出領域１４４で検出することになる。次に、基板Ｓを、これまでとは直角に検出領域１４４から検出領域１４１に向かう方向へ移動させる（ステップｐ＋１）。ステップｐまでの基板Ｓの移動は、すべて検出領域１４３から検出領域１４４に向かう方向への移動である。
【００４１】
そして、図８（ｄ）に示すように、領域Ｓｐの正照射像を検出領域１４１で、領域Ｓｐ＋１の領域斜入照射像を検出領域１４４で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋２）。移動は、当初の移動とは逆方向、すなわち検出領域１４４から検出領域１４３に向かう方向へ行う。次に、図８（ｅ）に示すように、領域Ｓｐ−１、Ｓｐ、Ｓｐ＋１、Ｓｐ＋２のＸ線透過像を検出する。この検出を終えた段階で領域Ｓｐについては、正照射像およびその他の３つの斜入照射像がすべて検出されたことになる。そして、次の移動を行う（ステップｐ＋３）。このような移動および検出を繰り返し、基板Ｓの全領域について、各照射像のデータを得る。最後は、図８（ｆ）に示すように、領域Ｓｐ×ｑの像を検出領域１４２で検出して、基板Ｓについての検出手順を終了する（ステップ（ｐ+１）×（ｑ＋１））。
【００４２】
このように、Ｘ線検査装置１００は、領域Ｓｎを移動させて、領域Ｓｎについての異なる照射角度範囲の透過Ｘ線像を検出する。これにより、一つの領域Ｓｎについて、異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られ、複数のＸ線透過像から基板の厚み方向について異常等の位置を判別することができる。
【００４３】
このようにして、基板Ｓのすべての領域Ｓｎについて、各照射像のデータがＰＣ１５０に送信され、ＰＣ１５０は、記憶部に各領域Ｓｎに対応付けて各照射像のデータを記憶する。そして、必要に応じ各照射像について補正を行う。ＰＣ１５０は、ユーザの操作に応じて、これらの各照射像を画面に表示させることができる。ユーザは、各正照射像を見て、ハンダ付け不良の有無を判定し、さらに不良があったときには、斜入照射像により基板厚み方向の位置を特定することができる。なお、このような判定はユーザにより行ってもよいし、プログラムにより自動的に判定することとしてもよい。
【００４４】
また、ＣＡＤの設計データを用いて仮想的な基準像を作成しハンダ付け不良の位置の特定を行うこととしてもよい。また、複数の異なる照射角度範囲のＸ線透過像が得られるため、これらを用いていわゆるステレオスコピー処理を行うことができる。その場合には、基板Ｓの３次元画像が得られる。また、ＰＣ１５０により３次元情報をもとに不良のマッピングを行ったり、２次元プロファイルを作成することとしてもよい。
【００４５】
なお、上記の実施形態では、すべての検出領域１４１〜１４４についてＸ線透過像を検出するが、斜入照射検出領域１４２〜１４４についてはそのうちの一つだけを用いて検出することとしてもよい。たとえば、基板Ｓに設けられるデバイスごとに斜入照射検出領域１４２〜１４４のいずれかを選択して検出を行うことが可能である。ある照射角度範囲については、デバイスの影になり検出対象について望みの透過像を検出できないことがある。斜入照射検出領域１４２〜１４４を切り替えてＸ線透過像を検出することにより、このような問題を解消することができる。
【００４６】
その場合には、基板Ｓの設計情報に基づいてシミュレーションをし、デバイスに応じてＸ線透過の方向を決めておく。そして、用いる検出領域に応じてＸＹステージのステップ移動を行い基板Ｓの全体についてＸ線透過像の検出を行う。なお、工程の中でデバイスごとに自動判別を行い、Ｘ線透過像の検出領域を決めることとしてもよい。
【００４７】
［実施形態２］
上記の実施形態では、Ｘ線検出器１４０は４つの検出領域を有しているが、２つの検出領域を有するものであってもよい。図９（ａ）〜（ｃ）および図１０（ｄ）〜（ｆ）は、検出領域が２つの場合の基板ＳおよびＸ線検出器１４０の各動作を示す平面図である。検出領域２４１は、正照射検出領域であり、検出領域２４２は、斜入照射検出領域である。
【００４８】
この場合の照射像の検出手順を説明する。まず、図９（ａ）に示すように、領域Ｓ１を検出領域２４２で検出できる位置に基板Ｓを移動させる。そして、その位置でＸ線透過像を検出し、次の検出位置に基板Ｓを移動させる（ステップ１）。次に、図９（ｂ）に示すように、領域Ｓ２のＸ線透過像を検出領域２４２で、領域Ｓ１のＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、次の検出位置に基板Ｓを移動させる（ステップ２）。
【００４９】
ｐ＋１回目のステップでは、図９（ｃ）に示すように、領域ＳｐのＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋１）。このステップで、領域Ｓ１〜Ｓｐの検出が終わり、ここまでの移動方向とは直角に基板Ｓを移動させる。そして、図１０（ｄ）に示すように、領域Ｓｐ＋１のＸ線透過像を検出領域２４１で検出し、続く移動を行う（ステップｐ＋２）。このステップでは、基板Ｓを、当初の移動方向とは逆の方向、すなわち検出領域２４１から検出領域２４２に向かう方向へ移動させる。
【００５０】
ステップ２ｐ＋２では、図１０（ｅ）に示すように、領域Ｓ２ｐの斜入照射像を検出領域２４２で検出し、次の移動を行う（ステップｐ＋３）。このような検出および移動を繰り返し、基板Ｓの全領域について、各照射像のデータを得る。最後は、図１０（ｆ）に示すように、領域Ｓｐ×ｑの斜入照射像を検出領域２４２で検出して基板Ｓについての検出手順を終了する（ステップ（ｐ＋１）×ｑ）。
【００５１】
以上の実施形態に説明するように、Ｘ線検出器１４０は２以上の検出領域を有するが、その数や照射方向により制限されることはない。したがって、上記の実施形態では、Ｘ線検出器１４０は、正照射検出領域を含めて検出領域を４つまたは２つ有していたが、これ以外のバリエーションも存在する。図１１は、Ｘ線検出器の変形例を示す平面図である。
【００５２】
Ｘ線検出器３４０は、いずれもが斜入照射検出領域である２つの検出領域を有している。Ｘ線検出器４４０は、正照射検出領域を含む３つの検出領域を有している。また、Ｘ線検出器５４０は、６つの検出領域を有している。また、Ｘ線検出器６４０は、９つの検出領域を有している。このように検出領域の数やその照射方向については様々な形態をとりうる。特に３以上の検出領域を利用する場合には、基板Ｓに設けられるデバイスの形態に応じて、用いる検出領域を切り替えることが可能である。
【００５３】
上記の例では、ＸＹステージ１２０の一回の移動距離を基板Ｓの繰り返し単位のサイズとしているが、一回の移動距離は任意に決めることができる。移動距離は一定の照射角度範囲の検出像の解像度に関係するため、上記のような繰り返し単位のようにハンダ付け不良を判定しやすい距離とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るＸ線検査装置を示す概略図である。
【図２】（ａ）Ｘ線検出器を示す平面図である。（ｂ）Ｘ線源、ＸＹステージおよびＸ線検出器を示す正面図である。（ｃ）は、Ｘ線源、ＸＹステージおよびＸ線検出器を示す側面図である。
【図３】（ａ）基板を示す平面図である。（ｂ）基板の領域とＸ線検出器の検出領域との関係を示す斜視図である。
【図４】（ａ）拡大した基板を示す平面図である。（ｂ）拡大した基板を示す断面図である。
【図５】（ａ）基板の正照射像を示す平面図である。（ｂ）斜入照射像を示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）正常に設けられたハンダボールを示す断面図、その正照射像および斜入照射像を示す図である。（ｄ）〜（ｆ）ハンダ付けが不良であるハンダボールを示す断面図、その正照射像および斜入照射像を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態１）。
【図８】（ｄ）〜（ｅ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態１）。
【図９】（ａ）〜（ｃ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態２）。
【図１０】（ｄ）〜（ｅ）基板およびＸ線検出器の各動作を示す平面図である（実施形態２）。
【図１１】Ｘ線検出器の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００ Ｘ線検査装置
１１０ Ｘ線源
１２０ ＸＹステージ（移動用ステージ）
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０、６４０ Ｘ線検出器
１４１、２４１ 正照射検出領域
１４２〜１４４、２４２ 斜入照射検出領域
１４７ 検出面
１５２ 記憶部
１５３ 補正部
１５４ 入力部
１５６ 出力部
１５８ 制御部
Ｓ 基板（被検査体）
Ｓｎ 領域（検査用単位領域）
Ｓｓ１、Ｓｓ２ ハンダボール
Ｔ１ 基板の領域の正照射像
Ｔｓ ハンダボールの正照射像
Ｒ１ 基板の領域の斜入照射像
Ｒｓ ハンダボールの斜入照射像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記被検査体のＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器と、
前記被検査体を移動可能に支持する移動用ステージと、を備え、
前記移動用ステージは、一つの前記被検査体に対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように前記被検査体を移動させて、検査を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記移動用ステージは、Ｘ線透過像の検出の度に前記検出領域に対応する距離だけ前記被検査体を移動させることを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記複数の検出領域のうち、互いに隣り合う検出領域は接することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器は、前記被検査体の正照射像を検出する正照射検出領域を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記各被検査体の検査用単位領域に対応付けて前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを記憶する記憶部と、
前記被検査体の検査用単位領域について、前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを出力する出力部と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
被検査体について、それぞれ異なる照射角度範囲のＸ線透過像を同時に検出する検出段階と、
前記Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ前記被検査体を移動させる移動段階と、を有し、
前記検出段階および移動段階を交互に繰り返すことで、一つの前記被検査体に対して異なる照射角度範囲のＸ線透過像を得ることを特徴とするＸ線検査方法。
【請求項１】
被検査体にＸ線を照射するＸ線源と、
前記被検査体のＸ線透過像を、それぞれ異なる照射角度範囲で検出する複数の検出領域を有するＸ線検出器と、
前記被検査体を移動可能に支持する移動用ステージと、を備え、
前記移動用ステージは、一つの前記被検査体に対し複数の照射角度範囲のＸ線透過像を検出できるように前記被検査体を移動させて、検査を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記移動用ステージは、Ｘ線透過像の検出の度に前記検出領域に対応する距離だけ前記被検査体を移動させることを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記複数の検出領域のうち、互いに隣り合う検出領域は接することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記Ｘ線検出器は、前記被検査体の正照射像を検出する正照射検出領域を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記各被検査体の検査用単位領域に対応付けて前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを記憶する記憶部と、
前記被検査体の検査用単位領域について、前記各検出領域で得られたＸ線透過像のデータを出力する出力部と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
被検査体について、それぞれ異なる照射角度範囲のＸ線透過像を同時に検出する検出段階と、
前記Ｘ線照射の各照射角度範囲に対応する分だけ前記被検査体を移動させる移動段階と、を有し、
前記検出段階および移動段階を交互に繰り返すことで、一つの前記被検査体に対して異なる照射角度範囲のＸ線透過像を得ることを特徴とするＸ線検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１０９４４７（Ｐ２００９−１０９４４７Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８４７１５（Ｐ２００７−２８４７１５）
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
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