JPS61243304A - 実装基板の外観検査方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はプリント基板上に実装された電子部品。

特に角形チップ部品やフラットパックＩＣなどの面付部
品の実装位置精度を検査する外観検査装置の改良に関す
るものである。

（従来技術とその問題点） プリント基板への部品実装は最近ますます高密度化しつ
つあり、実装形態も従来のリード付き部品を用いたリー
ド挿入形態から、チップ部品やフラットパック形ＩＣな
どを用いた面付形態に移行する傾向が強い。ところで一
般にリード部品の自動挿入機は部品挿入時に、挿入ミス
があったか否かを容易に検出できるのに対し９面付部品
の自動搭載機は部品搭載直後に、その搭載位置のずれ。

あるいは搭載姿勢に異常が生じた事を検出するのは困難
である。このため９面付部品の搭載後は通常、目視等を
用いた実装位置の外観検査が行われており、基板の高密
度化と共にその必要性はより強くなっている。

このように目視検査は作業者に極度の疲労を与えるだけ
でなく１作業ミスも多発する傾向にあるため、これを機
械化する努力も行われて来た。その一つの例として、第
２図に示したビデオコンパレータ式のチップ部品実装基
板外観検査装置がある。この装置は２組の照明器２３お
よびＴＶカメラ２１を用い、このうちの一方２１−ａで
良品基板１−ａの映像を入力し、他方２１−ｂで被検査
基板１−ｂ結果、もし被検査基板に部品実装ミスがあれ
ば、その部分に関する映像レベルの差異が顕著となり。

これをＴＶモニタ（図示せず）上に表示することによっ
て外観検査を容易に行え、あるいは信号処理回路（図示
せず）等を介して外部に出力する事により、外観検査を
自動化することができる。またＴＶカメラの視野が狭い
場合はｘｙテーブル３０等によって基板を一定値づつ移
動しながら検査を続行すればよ（。しカル、この装置に
は以下の欠点があった。

（１１テップ部品の種類によっては背景となる基板とチ
ップ部品の映像的なコントラストが得られず１位置ずれ
検出が困難である。

（２）　　実装位置ずれの基準があくまでも良品基板で
あり、これに完全性を要求することが困難であるため１
位置ずれ検出精度に限界がある。

（３）　２台のＴＶカメラの視野の大きさや相対的な位
置、姿勢関係を正確に合わせる必要があり調整がわずら
れしく・。

（目的） 本発明はこれらの欠点を除去し、基板の状態にかかわら
ず９面付部品の実装位置を正確に検出することが可能な
認識方式を提供するものである。

同時に本発明の他の目的は９面付部品の実装位置ずれ検
出の基準を基板実装設計パターン自体から与える事によ
り位置ずれ検出精度を向上する事にある。

（実施例） 本発明の基本原理を説明する前に、まず前記の方式は条
件によって面付部品の位置認識が困難である理由を第３
図、第４図および第５図を用いて説明する。第３図は撮
像部分のモデルを示したものであり、１は基板、１０は
基板上に実装された面付部品、２１はＴＶカメラ、２２
はカメラ用拡大レンズ、また２３は照明器たとえばリン
グ状ライトを示す。一方、第４図は面付部品の一例であ
る角形チップ部品をモデル的に示したものであり、（ａ
）は上面、（ｂ）は側面、また（ｃ）は裏面を示してい
る。図において１１はセラミックの基材であり、１２は
本体部。

また１３は金属性の電極部である。このようなチップ部
品は条件によって上面（ａ）または裏面（ｃ）のいずれ
かが上側になるように基板上に実装される。次にこのよ
うなチップ部品あるいは基板自体を第３図のような状態
でＴＶカメラで撮像した時の映像信号レベルを示すと第
５図のようになる。第５図の横軸はレンズの絞り、言い
換えればＴＶカメラから見た対象の明るさを示して（・
る。第５図においてＣで示したのはチップ部品である。

Ｃ３はセラミック部分であり白色であるため映像信号レ
ベルが非常に高い。しかしチップ部品の本体部は部品に
よって種々の色彩のものがあり、たとえばうす茶の場合
はＣ２，黒色の場合はＣ８とレベルに大きな相異がある
。また電極部分は斜線部Ｃ８で示したようにレベルのば
らつきが非常に大きい。これは電極部がやや鏡面的な反
射特性を有すると同時に９表面がフラットでないためで
ある。さらに背景となる基板についてもＢで示したよう
に場所により種々のレベルを示す。たとえばＢ、は暗緑
色のレジストされた基材部であり、レベルは低いがＢ２
ははんだメッキされたランド部ＩＢ、はレジストされた
銅パターン部またＢ４は銅メッキされたランド部であり
かなりレベルが高くなる。

このように検出対象であるチップ部品と背景となる基板
部分が映像レベル的にオーバラップしているため、白黒
画像による識別が困難な場合が生じる。たとえばチップ
部品のセラミック部が上側になるように実装されている
場合は、その有無や位置ずれが容易に認識できるのに対
し、銅メツキランドにうす茶色のチップ部品が実装され
ている場合は両者の映像レベルの差が小さいため９位置
ずれの認識は困難となる。このように背景となる基板も
部分によって輝度レベルの相異があり、チップ部品自体
も部分あるいは種類により多様な輝度レベルがある事が
認識を困難にしている。このような問題は単にＴＶカメ
ラをカラーカメラ方式に置き換えるだけでは解決せず、
チップ部品自体と基板部分の映像に何らかの形での差異
が生じるようにし、チップ部品の位置が明確に認識でき
るようにしなければならない。

これを可能とするため９本発明では第６図に示すように
、ＴＶカメラ２１の出力信号Ｓｌを多階調のデジタル情
報Ｓ２に変換して記憶する画像メモリ２５゜さらにＳ２
を適当なスレショルドで情報Ｓ３に変換できる信号処理
部２６を用いて認識を行う。このうち信号処理部２６の
機能はハードウェアで実現する場合と、ソフトウェア的
に実行する場合、あるいはその併用で行う場合のいずれ
でもよい。また画像メモリ２５はＴＶ画面を２次元のメ
ツシュに分け、それぞれのメツシュ（画素）部分の輝度
レベルを。

たとえば第７図に示すように映像信号Ｓ、をその輝度レ
ベルに応じて、０，１．２〜１５などの階調に変換し記
憶する内容のものであれば、どのような構成のものでも
よい。

ところで、第４図に示した角形のチップ部品が基板上の
ランド部に実装された状態をモデル的に示すと第１図（
ａ）のようになる。基板上のｘｙ座標内の一点Ｐ。に対
して部品】０が正確に実装されることにより。ランド１
５と部品の電極部１３が正常にはんだ付され、かつ近接
した他の部品やランド間とのはんだブリッヂの発生を防
止できる。この場合。

従来はＰ。を基準としてチップ部の４個の頂点を基準と
して、たとえば破線で示したようなウィンドウ４０を画
面内に設定し、このウィンドウ内におけるチップ部品の
位置を検出して、その実装位置が正常であるか否かを検
出して（・た。

しかしこの方式には、ウィンドウ内の基板背景として、
ランド１５と基材部ｌの二つの部分が含まれ、これら二
つの部分とチップ部品との識別を必要とした。そこで本
発明の第１の着目点は、ウィンドウの設定を第１図（ｂ
）、　（ｃ）あるいは（ｄ）の実施例に示したように、
基板背景の中で二つの部分Ｋまたがらな（・位置にウィ
ンドウ４ｏを設定することにある。この場合、ウィンド
ウの範囲を図示のように二つの部分から一定の余裕を持
って設定すれば。

基板の位置決めに多少誤差があっても、１個のウィンド
ウに二つの背景部分が含まれることはな（・。

なお第１図（Ｃ）のように、ウィンドウの１部をランド
１５の中に、また他を基材１の範囲内に設定したときは
、後述するようにそれぞれのウィンドウの中でチップ部
品の位置認識する場合の２値化のスレショルドを背景の
輝度レベルに応じて変えれば良い。

このようにウィンドウ内での背景を１種類に限定する事
により、この部分とのチップ部品の識別をさらに容易に
するための補助手段が可能となる。

この点が本発明の第２の着目点であり、その内容は次の
とおりである。ウィンドウ内で背景とチップ部品を明確
に識別するためには、第６図の信号処理部２６を介して
得られる情報Ｓ３が第８図（ａ）、　（ｂｌあるいは（
Ｃ）のような形になっていればよ（・。いずレモＳ３カ
″１ルベル（白レベル）ト″０”レベル（黒レベル）の
２値に変換されたモデルで示しであるが、（ａ）はう／
ドエ５のみ１″、他の斜線で示した部分は０″、また（
ｂ）はランド１５のみ斜線で示したようにＯ″、他は１
”、さらに（ｃ）はチップ電極のみ“ｌ”、他は０“の
場合である。このように。

チップ部品と電極を明確に識別するための情報を得る方
法を第９図を用いて説明する。第９図（ａ）は第６図に
おける情報ＳＩと８２との変換関係を示したものである
。横軸の記号Ｃ，，Ｂ、等は、第５図のそれに対応して
おり、たとえばランドの銅メツキ部はＢ４で示す如＜８
２としてはレベル１ｏの信号となり。

チップ部品の電極部はＣ６で示す如くレベル５から１２
の範囲の信号に変換される。そこで第６図における信号
Ｓ２から８３への変換処理特性を第９図（ｂ）の実線で
示すように、レベル１０付近のみ白レベル（１”レベル
）に変換されるようにしておけば。

Ｓ、としては第８図（ａ）が得られ、これと全く逆の変
換となるようにしておけば第８図（ｂ）が得られる。

また、第９図（ｂ）の破線で示すような変換特性にして
おけば、第８図（ｃ）の状態が得られる。

このようにウィンドウが設定される部分の基板背景の映
像レベルに着目し、そのレベル付近の情報をチップ部品
に対応した映像レベルと切り分けることにより両者の識
別を容易に行うことができる。このような処理はウィン
ドウ内の背景が一種類の部分であれば効果が大きく、ま
た、第５図に示したチップ部品の電極部のように、映像
レベルの分布が広い場合に好都合である。もちろん、逆
にランド部の映像レベルの分布の方が広い場合は。

以上の説明と逆の処理を行えばよい。

以上、第９図の例ではチップ部品を銅メッキのランドに
実装する場合を例にとり９本発明の詳細な説明したが、
ランドがはんだメッキされている場合でも、その部分の
映像レベルに着目すれば同じような手法を利用できる。

また基板の色調、使用する部品の色調を考慮し、光学的
フィルタ等を利用して映像信号を都合のよ（・形に加工
する事。

ある（・はカラーカメラを用いてその色情報を活用する
等のことは本発明の考え方を拡張して実施することがで
きる。また一般にランド部分の映像信号の輝度は、照明
を基板上でＸ方向から照射するか、Ｘ方向から照射する
かによってかなり相異するから、照明方向を考慮して２
値化のスレショルドを決定することも重要であるが、逆
にこれを活用して、たとえば暗色のチップ部品に対して
はランドが高輝度になる方向から照明を行（・、明色の
チップ部品に対しては逆の照明を行う事によって識別を
容易とすることも可能である。さらに本発明の考え方は
、第２図に示したビデオコンパレータ形の検査装置、あ
るいはＴＶカメラ１個で被検査基板を撮像し、その変換
信号とあらかじめ記憶した情報との比較において検査を
行う方式の装置の（・ずれにも利用できることは明らか
である。また対象部品も角形チップ部品に限られない。

（効果） 以上本発明を利用すれば９種々の条件において基板上の
実装部品の実装状態を容易に認識する事が可能であり、
汎用的な外観検査装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第２図は従来の外観検査装置の構成図、第３図〜第５図
は従来装置の検査能力の限界を説明する図、第６図は本
発明の検査方式の実施例、第７図。 第８図および第９図は本発明の実施例における外観検査
のための認識処理動作の内容を説明する図である。 に基板、１０：面付部品、１５：１ｙｙ）”、２１：Ｔ
Ｖ右カメラ２３：照明器５２５：画像メモリ。２６：信
号処理部、４０：ウィンドウ。 第１図 第２図 丈 第３図　　　　第４図 第５図 手続補正書（方式） 昭和　６昨　８月２３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上の実装部品の位置を、ＴＶカメラの入力映像内
   に設けた複数のウィンドウを介して認識する実装基板の
   外観検査方式において、前記ウィンドウの設定位置は、
   このウィンドウの範囲内に前記基板背景の映像レベル的
   に異なる二つ以上の部分が含まれないように構成したこ
   とを特徴とする実装基板の外観検査方式。