実装部品検査方法

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【発明の名称】	実装部品検査方法
【発明者】	【氏名】寺本篤司
【要約】	【課題】ＩＣがプリント基板に対して傾斜した状態であると、前記従来例の検査方法にあっては、不良品であると誤判定してしまう。しかし、ＩＣが僅かに傾いた程度では、必ずしも半田不良が発生しているとは限らないのに、半田不良と判断してしまい、また、この検査方法にあっては、半田部分やバンプにボイドが存在するか否かの検査が行えないといった問題があった。【解決手段】Ｘ線を照射して得たＸ線画像から放熱効果を有するプリント基板に実装された集積回路の半田接合部のボイドを検出する方法であって，該プリント基板と該集積回路の傾きによって生じる半田透過厚みの面的傾斜を平面当てはめにより算出し，得られた平面から予め設定された閾値だけ低い平面で該Ｘ線画像を閾値処理してボイドを検出するようにした実装部品検査方法である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】放熱効果を有するプリント基板に実装された集積回路の半田接合部にＸ線を照射して該半田接合部のボイドを検出する方法であって，該プリント基板と該集積回路の傾きによって生じる半田透過厚みの面的な傾斜を平面または曲面の関数を当てはめることにより算出し、該平面から予め設定された閾値だけ低くした平面で該Ｘ線画像を閾値処理してボイドを検出することを特徴とする実装部品検査方法。
【請求項２】前記半田中に含まれるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の実装部品検査方法。
【請求項３】前記半田中に含まれる全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の実装部品検査方法。
【請求項４】撮影した高密度集積回路のＸ線画像における複数のバンプの濃度レベルの面的な傾斜を平面の関数を当てはめることにより求め、該平面または曲面の関数から予め設定された閾値だけ低い平面で前記Ｘ線画像を閾値処理して各バンプ中のボイドを検出することを特徴とする実装部品検査方法。
【請求項５】前記バンプ中におけるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項４記載の実装部品検査方法。
【請求項６】前記バンプ中における全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項４記載の実装部品検査方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は放熱効果を有する電力制御用プリント基板にＩＣを実装するための半田内の空気泡（以下、ボイドという）や、プリント基板に実装されたボールグリッドアレイ（以下、単にＢＧＡという）型のＩＣにおけるバンプ内のボイドを検査するための実装部品検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力制御を行うＩＣは発熱が大きく、この熱による誤動作や破損を防止するために、該ＩＣを取付けるプリント基板をアルミや銅板等の放熱効果の大きな材料とし、このプリント基板にＩＣの裏面全面を半田付けして、該ＩＣの発熱を前記プリント基板を介して放熱している。
【０００３】一方、裏面に多数のバンプと呼ばれる半球状の半田端子が形成されたＢＧＡ型ＩＣは、前記半田端子をプリント基板に形成された円状のパッドに載置し、この状態で加熱炉を通過させることにより半田付けするものである。
【０００４】前記したＩＣを直接プリント基板に半田付けする場合において、半田付け時にボイドが発生し、ＩＣからプリント基板への放熱効果が減少する．さらにこのボイドが大きな場合にはＩＣの発熱によって内部の空気が膨張してＩＣがプリント基板より剥離したりＩＣが破損する等の事故が発生する。
【０００５】一方、ＢＧＡ型ＩＣにおけるバンプ内のボイドは、大きなボイドの場合には電気的特性が劣化するばかりでなく、亀裂などが生じ易くなる。
【０００６】そこで、前記したＢＧＡ型ＩＣの半田付け状態を検出する方法として、例えば、特開平８－１２４９８５号公報に開示された技術がある。この検査方法は、ＢＧＡ型ＩＣをプリント基板に半田付けした状態において、前記高密度集積回路の少なくとも４隅または４辺の表面とプリント基板表面との隙間を検出し、この隙間が正しく半田付けされた時の、該隙間の特有な値になっているか否かから、プリント基板とＩＣのバンプとの半田付けの良否を判定する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した検査方法にあっては、プリント基板に対してＩＣが水平状態で半田付けされている場合には、半田付けの良否を判定することができるが、何らかの原因によってプリント基板に対してＩＣが傾斜して実装されることがある。
【０００８】このようにＩＣがプリント基板に対して傾斜した状態であると、前記従来例の検査方法にあっては、全て不良品であると判定してしまう。しかし、ＩＣが僅かに傾いた程度では、必ずしも半田不良が発生しているとは限らないのに、半田不良と判断してしまうといった問題がある。また、この検査方法にあっては、バンプにボイドが存在するか否かの検査が行えないものである。
【０００９】本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、ＩＣがプリント基板に対して傾いて実装されていても、プリント基板とＩＣとの間の半田部分に発生するボイドやバンプ内のボイドの有無および所定以上のボイドが発生している場合にＮＧ信号を送出する検査を確実、かつ、迅速に行える実装部品検査方法を提供せんとするにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の実装部品検査方法は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１記載の手段は、放熱効果を有するプリント基板に実装された集積回路の半田接合部にＸ線を照射して該半田接合部のボイドを検出する方法であって，該プリント基板と該集積回路の傾きによって生じる半田透過厚みの面的な傾斜を平面または曲面の関数を当てめはることにより算出し、該平面から予め設定された閾値だけ低くした平面で該Ｘ線画像を閾値処理してボイドを検出することを特徴とする。
【００１１】また、請求項２の手段は、前記半田中に含まれるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【００１２】さらに、請求項３の手段は、前記半田中に含まれる全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【００１３】さらに、請求項４の手段は、撮影した高密度集積回路のＸ線画像における複数のバンプの濃度レベルの面的な傾斜を平面の関数を当てはめることにより求め、該平面または曲面の関数から予め設定された閾値だけ低い平面で前記Ｘ線画像を閾値処理して各バンプ中のボイドを検出することを特徴とする。
【００１４】また、請求項５の手段は、前記バンプ中におけるボイドの面積あるいは体積を求め、該面積あるいは体積が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【００１５】また、請求項６の手段は、前記バンプ中における全てのボイドの面積あるいは体積の半田全体に対する割合を求め、該割合が予め設定した値を越えた時にＮＧの信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実装部品検査方法を図面と共に説明する。図１は本発明の検査方法を実行するための回路ブロック図にして、１はＸ線撮影機、２はＸ線透過画像読取装置、３はＡ／Ｄ変換器、４は画像メモリ、５は画像処理装置、６はアルミ板や銅板等の放熱効果の高い材料で構成したプリント基板、７は該プリント基板６上に裏面側全体が半田８によって実装されたＩＣである。なお、７１はＩＣ７の上面に形成された端子とプリント基板６のパッドとを接続するためのリード線である。
【００１７】このようにプリント基板６に半田８によって固定されたＩＣ７は、発熱による熱がプリント基板６を介して放熱されるが、半田付け時において図２に示すようにボイド８１が発生すると、前記したようにボイド８１の空気が膨張して半田８に亀裂が発生し、ＩＣ７が基板から剥離したり，ＩＣ７が破壊することがある。
【００１８】そこで、ボイド８１の検出を行う必要が生じるが、図２のようにＩＣ７がプリント基板６に対して水平に実装されていると、Ｘ線撮影機１からのＸ線はＩＣ７を透過して半田８およびパッド（図示せず）の陰影がＸ線透過画像読取装置２で受光される。
【００１９】該読取装置２で受光された画像はＡ／Ｄ変換器３を介して画像メモリ４で記憶され、画像処理装置５に送出される。画像処理装置５では、先ず，読取装置２で受光された濃淡画像の各濃度値を下に記した変換式を用いて図３に示す厚みに比例したデータＤに変換する。
Ｄ＝－ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀）
【００２０】なお、Ｉ₀は検査対象が設置されていないときのＸ線受光強度であり，Ｉは検査対象を通過した後のＸ線受光強度である。また、Ｄは相対的な値であり、絶対的な半田の厚みを示していないが、厚みが既知の試料を測定した時のＤの値と比較して補正することで絶対的な厚みを得る事ができる。
【００２１】この状態において、半田８内にボイド８１が存在すると、該ボイド８１の分だけ半田の厚みが小さくなる。そして予め設定された閾値を用いて画像を閾値処理することで半田８内にボイド８１が存在することを判断できる。
【００２２】ところで、図４に示すようにプリント基板６に対してＩＣ７が何らかの原因によって傾斜している場合において、図５に示すように一定の閾値で閾値処理すると、ＩＣ７の傾斜によって小さなボイド８１′を正確に検出できなくなる。
【００２３】そこで、本発明にあっては、図５に示すように撮影したＩＣ７の画像の半田８の濃度レベルから、半田８の平面の方程式を求め、該平面の方程式から検出したいボイドの半径分だけ差引いた基準平面を閾値として、半田８内のボイド８１を検出するようにしたものである。
【００２４】すなわち、図６に示すＩＣ７における局所領域Ｐ１～Ｐ３の半田厚みＺをＡ，Ｂ，Ｃとすると、Ｐ１～Ｐ３を通る平面はＺ＝ａＸ＋ｂＹ＋ｃとして表される。そこで、下記の連立方程式を解くことによってａ，ｂ，ｃを求めることができる。
Ａ＝ａＸ_A＋ｂＹ_A＋ｃＢ＝ａＸ_B＋ｂＹ_B＋ｃＣ＝ａＸ_C＋ｂＹ_C＋ｃ３点の厚みＡ～Ｃは，局所領域内の半田厚みの中央値や最頻値を代表値として使用することで高精度に平面を当てはめることができる。
【００２５】前記したａ～ｃの値を前記した式Ｚ＝ａＸ＋ｂＹ＋ｃに代入することで、半田面の平面の関数を求める。そして、この平面の関数に基づいて基準平面（閾値）を求めるのであるが、この装置を使用するユーザーが不良であると判断するボイド８１の、例えば、半径分だけ、基準平面の値を低くすると所望の大きさのボイドを検出できる。
【００２６】すなわち、検出したいボイド半径をＶｒとすると基準平面Ｚ’の関数は下記のように表わせる．
Ｚ’＝ａＸ＋ｂＹ＋ｃ－Ｖｒ基準平面Ｚ’を用いて閾値処理することで，図５に示すユーザー側において検出しなければならないと判断している小さなボイド８１′であっても検出することができる。
【００２７】なお，平面の当てはめにおいて、３点以上の厚みを利用して最小２乗平面（曲面）を算出することで，より高精度に平面を決定することができる。また、本実施の形態では平面を当てはめたが、さらに高次の関数を当てはめることで、チップや基板の反り等を考慮してボイドを検出することもできる。
【００２８】以上の説明は発熱するＩＣ７の裏面全面を放熱効果を有するプリント基板６に半田８によって固定した場合であるが、図７に示すＢＧＡ型のＩＣ９がプリント基板６に対して傾いて実装された場合において、該ＩＣ９のバンプ９１内のボイド９２を検出する場合について説明する。
【００２９】この場合においても、前記した方法と同様に連立方程式からＩＣ９の平面の関数を求め、この平面の関数からユーザーが予め決定したボイド９２の半径に相当する厚みを差し引いた位置を基準平面とし、この基準平面より厚みの小さいボイド９２（ユーザー側で検出することを望んでいる直径のボイド）を検出することができる（図８参照）。
【００３０】なお、前記した実施の形態にあっては、ユーザーが検出したい大きさのボイド８１′、９２を検出するまでの説明であるが、閾値処理して検出された該ボイド８１′、９２の面積あるいは体積を下記の方法を用いて算出することができる。
【００３１】先ず，ボイドの面積の算出方法について説明する。上記の閾値処理を行って検出されたボイドの占める画素数を計数し，得られた値に１画素に相当する面積を乗じることで面積の絶対値を得ることができる。
【００３２】また、ボイドの体積は、閾値処理して検出されたボイド部分において，ＩＣの傾斜に応じて当てはめられた平面関数の厚みからボイド部分の厚みを減じた値を累積し，その累積値に１画素に相当する面積を乗じることで体積の絶対値を得ることができる。
【００３３】上記の方法を用いて得られたボイド８１′、９２の面積や体積が、予め設定した値を越えた場合には不良品であるとの信号を出力することにより、検査工程において不良品を除去することが可能となるものである。
【００３４】なお、上記の面積や体積の値を検査対象となる半田全体の面積や体積に対する割合に変換することでも、不良品を判別することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明は前記したように、プリント基板に対してＩＣが傾いて設置されている場合にその平面の関数を連立方程式によって求め、この平面の関数から予め設定した大きさ以上のボイドの厚みを差分して閾値を求め、この閾値を基準にしてボイドの有無を検出するようにしたので、ユーザー等が望むある一定の大きさのボイドを確実に検出することができ、また、これらのボイドの面積や体積を算出し、予め設定した値以上の面積や体積を越えている場合にＮＧの信号を出力することが可能である等の効果を有するものである。

【出願人】	【識別番号】０００２４３８８１【氏名又は名称】名古屋電機工業株式会社
【出願日】	平成１１年６月２８日（１９９９．６．２８）
【代理人】	【識別番号】１０００８１４５５【弁理士】【氏名又は名称】橘哲男
【公開番号】	特開２００１－１２９３２（Ｐ２００１－１２９３２Ａ）
【公開日】	平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】	特願平１１－１８１７６１