特許 7106761 許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-15

(45)【発行日】2022-07-26

(54)【発明の名称】許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/08 20060101AFI20220719BHJP

【ＦＩ】

H05K13/08 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021528630

(86)(22)【出願日】2019-06-21

(86)【国際出願番号】 JP2019024830

(87)【国際公開番号】W WO2020255412

(87)【国際公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(74)【代理人】

【識別番号】100196759

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 雪

(72)【発明者】

【氏名】横井 勇太

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 光孝

(72)【発明者】

【氏名】小谷 一也

(72)【発明者】

【氏名】小野 恵市

【審査官】福島 和幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－７２０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－８４０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０１１７５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の部品搭載面に対する電子部品の正規の搭載位置を正規位置、
前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面の面方向のズレを面方向ズレ、
前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面内における回転方向のズレを角度ズレとして、
リフロー前の基板検査において前記面方向ズレを評価する面方向検査許容値を、前記角度ズレに応じて、複数設定する許容値設定システム。

【請求項2】

前記角度ズレが大きいほど、前記面方向検査許容値は小さい請求項１に記載の許容値設定システム。

【請求項3】

前記電子部品は、前記基板の前記部品搭載面に対するはんだの印刷位置を基準に、前記基板に搭載される請求項１または請求項２に記載の許容値設定システム。

【請求項4】

リフロー前の前記基板に搭載された前記電子部品の前記面方向ズレと前記角度ズレとを取得し、
取得された前記面方向ズレと、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の許容値設定システムで設定された複数の前記面方向検査許容値と、を比較し、合否判定を行う基板検査機。

【請求項5】

基板の部品搭載面に対する電子部品の正規の搭載位置を正規位置、
前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面の面方向のズレを面方向ズレ、
前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面内における回転方向のズレを角度ズレとして、
リフロー前の基板検査において前記面方向ズレを評価する面方向検査許容値を、前記角度ズレに応じて、複数設定する許容値設定方法。

【請求項6】

リフロー前の前記基板に搭載された前記電子部品の前記面方向ズレと前記角度ズレとを取得するズレ取得ステップと、
取得された前記面方向ズレと、請求項５に記載の許容値設定方法で設定された複数の前記面方向検査許容値と、を比較し、合否判定を行う判定ステップと、
を有する基板検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リフロー前の基板検査に用いられる検査許容値を設定する許容値設定システムおよび許容値設定方法、当該検査許容値を用いて基板を検査する基板検査機および基板検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示すように、基板の生産ラインには、電子部品実装機と、リフロー前基板外観検査機と、リフロー炉と、が配置されている。電子部品実装機は、基板の部品搭載面の所定の搭載座標に、電子部品を搭載する。リフロー前基板外観検査機は、所定の検査許容値を用いて、正規位置（正規の搭載位置）に対する電子部品の位置ズレを検査する。

【0003】

電子部品実装機は、所定の搭載基準に基づいて、電子部品の搭載座標を決定する。基板のパッド（ランド）に対するはんだの印刷ズレがある場合、リフロー時に、溶融はんだの表面張力により、電子部品がパッドの中心に移動する現象（セルフアライメント）が発生する場合がある。セルフアライメント効果が大きい電子部品（例えば、自重が軽い電子部品）を基板に搭載する場合、電子部品実装機は、基板に印刷されたはんだを搭載基準として、電子部品の搭載座標を決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１４／０８０５０２Ａ１号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、セルフアライメントによる電子部品の移動量（セルフアライメント量）は、電子部品固有の特性（例えば電子部品の自重）だけにより、決定される訳ではない。セルフアライメント量は、電子部品の角度ズレ（基板の部品搭載面内における電子部品の回転方向のズレ）の程度により異なる。ところが、リフロー前基板外観検査機の検査許容値は、電子部品の種類ごとに設定されている。当該検査許容値には、セルフアライメント量に及ぼす角度ズレの影響が加味されていない。このため、適切な検査許容値を設定することは困難である。そこで、本開示は、適切な検査許容値を設定することが可能な許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板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】

本開示の許容値設定システムは、基板の部品搭載面に対する電子部品の正規の搭載位置を正規位置、前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面の面方向のズレを面方向ズレ、前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面内における回転方向のズレを角度ズレとして、リフロー前の基板検査において前記面方向ズレを評価する面方向検査許容値を、前記角度ズレに応じて、複数設定する。

【0007】

本開示の基板検査機は、リフロー前の前記基板に搭載された前記電子部品の前記面方向ズレと前記角度ズレとを取得し、取得された前記面方向ズレと、前記許容値設定システムで設定された複数の前記面方向検査許容値と、を比較し、合否判定を行う。

【0008】

本開示の許容値設定方法は、基板の部品搭載面に対する電子部品の正規の搭載位置を正規位置、前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面の面方向のズレを面方向ズレ、前記正規位置に対する前記電子部品の実際の前記搭載位置の、前記部品搭載面内における回転方向のズレを角度ズレとして、リフロー前の基板検査において前記面方向ズレを評価する面方向検査許容値を、前記角度ズレに応じて、複数設定する。

【0009】

本開示の基板検査方法は、リフロー前の前記基板に搭載された前記電子部品の前記面方向ズレと前記角度ズレとを取得するズレ取得ステップと、取得された前記面方向ズレと、前記許容値設定方法で設定された複数の前記面方向検査許容値と、を比較し、合否判定を行う判定ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本開示の許容値設定システム、許容値設定方法によると、面方向検査許容値を、角度ズレに応じて、複数設定することができる。このため、電子部品のセルフアライメント量に及ぼす角度ズレの影響が加味された、適切な面方向検査許容値を設定することができる。また、本開示の基板検査機、基板検査方法によると、角度ズレに対応した適切な面方向検査許容値を用いて、基板を検査することができる。このため、検査精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、生産システムの模式図である。

【図2】図２は、リフロー前の基板の部分上面図である。

【図3】図３は、検査許容値データのテーブル形式の模式図である。

【図4】図４は、検査許容値データのグラフ形式の模式図である。

【図5】図５は、基板検査方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法の実施の形態について説明する。

【0013】

（生産システム）
まず、本実施形態の生産システムの構成について説明する。図１に、生産システムの模式図を示す。図１に示すように、生産システム１は、管理コンピュータ２と、生産ライン３と、を備えている。管理コンピュータ２は、本開示の「許容値設定システム」の概念に含まれる。

【0014】

管理コンピュータ２は、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、演算部（例えばＣＰＵなど）２００と、記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭなど）２０１と、を備えている。記憶部２０１には、基板関連データ（例えば、基板の種類、寸法に関するデータ、基板のパッドの位置に関するデータ、電子部品の種類、寸法、搭載位置に関するデータ、複数の電子部品の装着順序に関するデータ、電子部品の端子位置に関するデータ、リフロー前の基板検査の際に使用される検査許容値データなど）が格納されている。基板関連データのうち、検査許容値データについては、後述する。

【0015】

生産ライン３は、はんだ印刷機３０と、はんだ印刷検査機３１と、複数の電子部品実装機３２と、リフロー前基板外観検査機３３と、リフロー炉３４と、リフロー後基板外観検査機３５と、を備えている。リフロー前基板外観検査機３３は、本開示の「基板検査機」の概念に含まれる。

【0016】

管理コンピュータ２と生産ライン３を構成する各装置（はんだ印刷機３０、はんだ印刷検査機３１、複数の電子部品実装機３２、リフロー前基板外観検査機３３、リフロー炉３４、リフロー後基板外観検査機３５）とは、電気的に接続されている。管理コンピュータ２と上述の各装置とは、双方向に通信可能である。上述の各装置は、基板搬送方向に並んでいる。基板は、上流側（はんだ印刷機３０側）から下流側（リフロー後基板外観検査機３５側）に向かって、搬送される。

【0017】

リフロー前基板外観検査機３３は、制御装置３３０と、画像処理装置３３１と、撮像装置（例えばＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなど）３３２と、を備えている。制御装置３３０は、演算部３３０ａと、記憶部３３０ｂと、を備えている。撮像装置３３２は、リフロー前における基板の上面（部品搭載面）を撮像し、画像データを取得する。画像処理装置３３１は、当該画像データに所定の画像処理を施す。演算部３３０ａは、当該画像データを基に、電子部品の搭載状態を検査する。

【0018】

（許容値設定方法）
次に、本実施形態の許容値設定方法について説明する。以下の許容値設定方法において設定される検査許容値は、リフロー前基板外観検査機３３において、電子部品の搭載位置の位置ズレを検査する際に用いられる。許容値設定方法は、管理コンピュータ２において実行される。図２に、リフロー前の基板の部分上面図を示す。なお、説明の便宜上、はんだ９２にハッチングを施す。図２に示すように、基板９の上面（部品搭載面）のパッド９０に対する電子部品９１の正規の搭載位置を正規位置Ａ、正規位置Ａに対する電子部品９１の実際の搭載位置の、水平方向（基板９の上面の面方向）のズレをＸ方向ズレＢＸおよびＹ方向ズレＢＹ、正規位置Ａに対する電子部品９１の実際の搭載位置の、基板９の上面内におけるθ方向（回転方向）のズレを角度ズレＢθとする。Ｘ方向ズレＢＸ、Ｙ方向ズレＢＹは、本開示の「面方向ズレ」の概念に含まれる。

【0019】

図１に示す電子部品実装機３２は、はんだ９２を搭載基準として、電子部品９１を基板９の上面に搭載する。図１に示すリフロー炉３４を図２に示す基板９が通過する際、図２に矢印Ｄで示すセルフアライメント効果により、電子部品９１は正規位置Ａに移動する。Ｘ方向ズレＢＸ、Ｙ方向ズレＢＹ、角度ズレＢθは修正される。

【0020】

図３に、検査許容値データのテーブル形式の模式図を示す。図４に、同検査許容値データのグラフ形式の模式図を示す。図１に示す管理コンピュータ２は、記憶部２０１に、図３に示す検査許容値データを格納する。検査許容値データは、はんだ９２を搭載基準として搭載される複数の電子部品９１に対して、個別に設定されている。検査許容値データは、複数（ｉ＝１～３）の許容値セット（角度検査許容値Ｃθと、Ｘ方向検査許容値ＣＸと、Ｙ方向検査許容値ＣＹと、のセット）を備えている。Ｘ方向検査許容値ＣＸ、Ｙ方向検査許容値ＣＹは、本開示の「面方向検査許容値」の概念に含まれる。

【0021】

図２に示す電子部品９１の角度ズレＢθが大きいほど、リフロー時に電子部品９１が移動しにくくなる。このため、図２に示す電子部品９１の角度ズレＢθが大きいほど、Ｘ方向のセルフアライメント量、Ｙ方向のセルフアライメント量は小さくなる。したがって、図４に示すように、角度検査許容値Ｃθが大きいほどＸ方向検査許容値ＣＸ、Ｙ方向検査許容値ＣＹが小さくなるように、言い換えると角度検査許容値Ｃθが大きいほど許容エリアＣが小さくなるように、検査許容値データは設定されている。

【0022】

（基板検査方法）
次に、本実施形態の基板検査方法について説明する。なお、以下に示すのは、図１に示すリフロー前基板外観検査機３３において、図２に示す電子部品９１の搭載状態を検査する場合である。図５に、基板検査方法のフローチャートを示す。なお、図５のＳ（ステップ）２は、本開示の「ズレ取得ステップ」に対応する。図５のＳ４～Ｓ１０は、本開示の「判定ステップ」に対応する。

【0023】

まず、リフロー前基板外観検査機３３の演算部３３０ａは、図１に示す管理コンピュータ２の記憶部２０１から、検査対象となる電子部品９１の部品寸法データ、検査許容値データ（図３参照）を取得する（図５のＳ１）。次に、演算部３３０ａは、撮像装置３３２を駆動し、基板９における電子部品９１の正規位置Ａ付近を撮像し、画像データを取得する。画像処理装置３３１は、当該画像データに所定の画像処理を施す。演算部３３０ａは、当該画像データを基に、電子部品９１の実際の搭載位置を計測する（図５のＳ２）。演算部３３０ａは、例えば、電子部品９１の四隅のＸＹ座標を認識し、電子部品９１の輪郭を特定する。演算部３３０ａは、電子部品の輪郭を基に、電子部品９１のＸ方向ズレＢＸ、Ｙ方向ズレＢＹ、角度ズレＢθを計測する。演算部３３０ａは、ｉ＝１を計数し（図５のＳ３）、電子部品９１の実際の角度ズレＢθと、図３のｉ＝１の角度検査許容値Ｃθ（０°以上１°未満）と、を比較する（図５のＳ４）。

【0024】

図５のＳ４における比較の結果、角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθ未満の場合（Ｃθ＞Ｂθの場合 角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθの範囲内の場合）、演算部３３０ａは、電子部品９１の実際のＸ方向ズレＢＸと、図３のｉ＝１のＸ方向検査許容値ＣＸ（２００μｍ以内）と、を比較する。並びに、電子部品９１の実際のＹ方向ズレＢＹと、図３のｉ＝１のＹ方向検査許容値ＣＹ（１００μｍ以内）と、を比較する（図５のＳ５）。

【0025】

図５のＳ５において、Ｘ方向ズレＢＸがＸ方向検査許容値ＣＸ未満であって、Ｙ方向ズレＢＹがＹ方向検査許容値ＣＹ未満である場合（ＣＸ＞ＢＸ ＡＮＤ ＣＹ＞ＢＹ）、演算部３３０ａは、電子部品９１について、合格判定を出す（図５のＳ６）。その後、演算部３３０ａは、当該判定結果を管理コンピュータ２に送信する（図５のＳ７）。図５のＳ５において、Ｘ方向ズレＢＸがＸ方向検査許容値ＣＸ以上の場合やＹ方向ズレＢＹがＹ方向検査許容値ＣＹ以上などの場合（ＣＸ≦ＢＸ ＡＮＤ／ＯＲ ＣＹ≦ＢＹ）、演算部３３０ａは、電子部品９１について、不合格判定を出す（図５のＳ９）。

【0026】

なお、図２に示す電子部品９１は、Ｘ方向ズレＢＸがＸ方向検査許容値ＣＸ未満であるものの（ＣＸ＞ＢＸ）、Ｙ方向ズレＢＹがＹ方向検査許容値ＣＹを超えているので（ＣＹ＜ＢＹ）、演算部３３０ａは不合格判定を出す（図５のＳ９）。

【0027】

図５のＳ４における比較の結果、角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθ以上の場合（Ｃθ≦Ｂθの場合 角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθの範囲外の場合）、演算部３３０ａは、ｉ＝２を計数し（図５のＳ８、Ｓ１０）、角度ズレＢθと、図３のｉ＝２の角度検査許容値Ｃθ（１°以上５°未満）と、を比較する（図５のＳ４）。その後の処理は上述したとおりである。

【0028】

ｉ＝２の場合の図５のＳ４における比較の結果、角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθ以上の場合（Ｃθ≦Ｂθの場合 角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθの範囲外の場合）、演算部３３０ａは、ｉ＝３を計数し（図５のＳ８、Ｓ１０）、角度ズレＢθと、図３のｉ＝３の角度検査許容値Ｃθ（５°以上１０°未満）と、を比較する（図５のＳ４）。その後の処理は上述したとおりである。

【0029】

ｉ＝３の場合の図５のＳ４における比較の結果、角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθ以上の場合（Ｃθ≦Ｂθの場合 角度ズレＢθが角度検査許容値Ｃθの範囲外の場合）、演算部３３０ａは、電子部品９１について、不合格判定を出す（図５のＳ８、Ｓ９）。

【0030】

このように、本実施形態の基板検査方法においては、電子部品９１に対して、ｉ＝１～３の許容値セットが、ｉ＝１から順番に適用される。基板９の他の電子部品９１に対しても、同様に検査が実行される。基板９の全ての電子部品９１に対して演算部３３０ａが合格判定を出した場合、基板９は図１に示すリフロー炉３４に搬送される。

【0031】

（作用効果）
次に、本実施形態の管理コンピュータ２、リフロー前基板外観検査機３３、許容値設定方法、基板検査方法の作用効果について説明する。図３に示すように、本実施形態の管理コンピュータ２、許容値設定方法によると、許容エリアＣ（Ｘ方向検査許容値ＣＸ、Ｙ方向検査許容値ＣＹ）を、角度ズレ（角度検査許容値Ｃθ）に応じて、複数設定することができる。このため、図２に示す電子部品９１のセルフアライメント量に及ぼす角度ズレの影響が加味された、適切な許容エリアＣを設定することができる。また、本実施形態のリフロー前基板外観検査機３３、基板検査方法によると、角度ズレに対応した適切な複数の許容エリアＣを用いて、基板９を検査することができる。このため、検査精度を向上させることができる。

【0032】

図３に示すように、検査許容値データは、複数（ｉ＝１～３）の許容値セット（角度検査許容値Ｃθと、Ｘ方向検査許容値ＣＸと、Ｙ方向検査許容値ＣＹと、のセット）を備えている。角度検査許容値Ｃθ（図２に示す電子部品９１の角度ズレＢθ）が大きいほどＸ方向検査許容値ＣＸ、Ｙ方向検査許容値ＣＹが小さくなるように、検査許容値データは設定されている。このため、電子部品９１の角度ズレＢθが大きくなるのに従ってセルフアライメント量が小さくなるという現象に、対応することができる。

【0033】

（その他）
以上、本開示の許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

【0034】

許容値設定システムは、生産ライン３内に配置されていても、生産ライン３外に配置されていてもよい。単一の許容値設定システムを、複数の生産ライン３で共用化してもよい。許容値設定システムは、基板検査機と一体でも、別体でもよい。図１に示すリフロー前基板外観検査機３３の制御装置３３０で、本実施形態の許容値設定方法および基板検査方法を実行してもよい。この場合、リフロー前基板外観検査機３３は、本開示の許容値設定システムおよび基板検査機の概念に含まれる。また、図１に示すはんだ印刷機３０、はんだ印刷検査機３１、複数の電子部品実装機３２、リフロー後基板外観検査機３５のうち少なくとも一つが備える制御装置で、本実施形態の許容値設定方法を実行してもよい。この場合、当該制御装置を備える装置は、本開示の許容値設定システムの概念に含まれる。

【0035】

図３に示す検査許容値データについて、許容値セットの数は特に限定しない。セット数は２つ以上であればよい。図４に相関線（一点鎖線）Ｌ１～Ｌ３で示すように、角度検査許容値Ｃθつまり角度ズレＢθに応じて、Ｘ方向検査許容値ＣＸを連続的に変化させてもよい。角度ズレＢθとＸ方向検査許容値ＣＸとの相関線の形状は特に限定しない。直線状であっても（Ｌ１）、凹状の曲線状であっても（Ｌ２）、凸状の曲線状であってもよい（Ｌ３）。Ｙ方向検査許容値ＣＹについても同様である。角度ズレＢθに応じて複数設定される面方向検査許容値は、Ｘ方向検査許容値ＣＸおよびＹ方向検査許容値ＣＹのうち、少なくとも一方であればよい。例えば、Ｘ方向検査許容値ＣＸだけを複数設定し、Ｙ方向検査許容値ＣＹを一定値としてもよい。勿論、その逆であってもよい。

【0036】

電子部品９１の寸法公差を加味して、図２に示すＸ方向検査許容値ＣＸ、Ｙ方向検査許容値ＣＹを設定してもよい。電子部品９１の寸法公差を、図５のＳ１に示す部品寸法データから取得してもよい。図３に示す検査許容値データ、図５のＳ１に示す部品寸法データの格納場所は、例えば、管理コンピュータ２の記憶部２０１、生産ライン３を構成する各装置（はんだ印刷機３０、はんだ印刷検査機３１、複数の電子部品実装機３２、リフロー前基板外観検査機３３、リフロー炉３４、リフロー後基板外観検査機３５）の記憶部などであってもよい。検査許容値データと部品寸法データとが別々の装置の記憶部に格納されていてもよい。

【0037】

本開示の許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法が適用される電子部品９１の種類は特に限定しない。自重が軽い電子部品９１（例えば、長さ１ｍｍ以下であって幅０．５ｍｍ以下の電子部品）は、セルフアライメント効果が大きい。このため、自重が軽い電子部品９１は、はんだ９２を搭載基準として、基板９の上面に搭載される場合が多い。本開示の許容値設定システム、基板検査機、許容値設定方法、基板検査方法は、このような自重が軽い電子部品９１に適用されてもよい。基板検査機の種類は特に限定しない。例えば、レーザを用いて基板検査を行うタイプの基板検査機であってもよい。

【符号の説明】

【0038】

１：生産システム、２：管理コンピュータ（許容値設定システム）、３：生産ライン、９：基板、２０：制御装置、３０：はんだ印刷機、３１：はんだ印刷検査機、３２：電子部品実装機、３３：リフロー前基板外観検査機（基板検査機）、３４：リフロー炉、３５：リフロー後基板外観検査機、９０：パッド、９１：電子部品、９２：はんだ、２００：演算部、２０１：記憶部、３３０：制御装置、３３０ａ：演算部、３３０ｂ：記憶部、３３１：画像処理装置、３３２：撮像装置、Ａ：正規位置、Ｂθ：角度ズレ、ＢＸ：Ｘ方向ズレ（面方向ズレ）、ＢＹ：Ｙ方向ズレ（面方向ズレ）、Ｃ：許容エリア、Ｃθ：角度検査許容値、ＣＸ：Ｘ方向検査許容値（面方向検査許容値）、ＣＹ：Ｙ方向検査許容値（面方向検査許容値）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】