JP4467966B2

JP4467966B2 - 基板外観検査装置

Info

Publication number: JP4467966B2
Application number: JP2003410154A
Authority: JP
Inventors: 浩和平川; 哲雄蛭田; 淳哉田嶋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Control Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2023-12-09
Also published as: JP2005172499A

Description

本発明は、半導体部品などの電子部品が実装された基板（プリント基板）についてその部品の実装状態の正否を検査する基板外観検査装置に関する。

基板上に実装された部品の実装状態を検査する基板外観検査は、基板上の部品の画像を取得し、この画像に基づいて実装部品が正しいか否かや実装漏れを判定するのが一般的である。このような画像を用いた基板外観検査については、大きく分けて二つの手法が知られている。一つは、部品に印字されている文字（文字、数字、記号など）の照合で実装部品の正否を判定する手法であり（例えば特許文献１、特許文献２）、他の一つは、部品の形状などについて作成したテンプレートを用いるパターンマッチングで実装部品の正否や実装漏れを判定する手法である（例えば特許文献３、特許文献４）。また文字照合手法については、ニューラルネットワークを用いた文字を認識する方式（例えば特許文献１）、検査対象部品の撮像画像を良好なものとするためにレーザ光による高さ位置計測後にカメラの焦点距離を自動設定する方式（例えば特許文献５）などが知られている。

特開２００３−９９７５８号公報特開平７−１７５８９４号公報特開２００３−１１０２９８号公報特開平８−１８０１９１号公報特開平１１−３４１５号公報

上記のように、画像を用いる基板の外観検査には文字照合法とパターンマッチング法がある。文字照合法は、例えば半導体パッケージや抵抗のように部品型式や電気的定数などとして文字が印字されている部品に対して適用することができ、実装部品の正否について、より高精度な検査を可能とする。ただ部品の画像から個々の部品ごとに文字を認識して照合するという処理を必要とするために検査速度に劣る。一方、パターンマッチング法は、似たような形状の部品の判定などに困難があるものの、複数の部品を一括して検査することもでき、そのようにする場合には高速な検査が可能となる。

ここで、基板への電子部品の実装から外観検査までの工程について簡単に説明する。基板への部品の実装は部品搭載機で行われる。その部品搭載機には、一定の数量の補充単位で部品が補充される。すなわち部品は保持テープに、例えば１テープに１０００個といった単位で、保持されており、リール状に巻かれたその保持テープの単位で補充される。部品搭載機で部品を実装された基板はフローはんだ装置に送られてフローはんだによるはんだ処理を受け、それから基板外観検査装置に送られて外観検査を受ける。

基板外観検査装置における外観検査では、（１）必要な部位に部品が実装されているか、（２）その実装部品が正しいものであるか、という検査がなされる。このような検査内容を考察した場合に以下のことがいえる。まず一般論として、実装部品が正しいものであるか否かの検査は全ての部品について行う必要は必ずしもなく、特定の部品について行うだけで、検査精度という点では十分であり、その他の部品については必要な部位に部品が実装されている否かを検査するだけで足りるということである。このことを文字照合法とパターンマッチング法それぞれの特性と関連させると、実装部品が正しいものであるか否かの検査を必要とする部品についてだけ、高精度だが速度の遅い文字照合法を適用し、その他の部品については必要な部位に部品が実装されているか否かを高速なパターンマッチング法で検査するようにするのが、高い検査精度を保ってなおかつ検査効率を高める上で有効であるといえる。

次に、このような文字照合法とパターンマッチング法の使い分けの基準をどのようにするかを考える。その具体的な例の一つは、上記のような検査内容に上記のような部品の実装から検査まで工程を関係させることで得られる。必要な部位に実装されている部品が正しいものであるか否かは、部品搭載機による部品の実装方式からして、部品搭載機に人手で部品を新たに補充する際に人為的ミスで誤った部品が補充されるか否かにのみかかっている。すなわち部品補充に際して補充部品を間違えるというミスがない限り、必要な部位に実装された部品が誤っているということはないといえる。このように考えると、部品の正否についての検査は、部品補充がなされた場合に、その補充単位から最初に基板に実装された部品についてだけ行えば十分であり、その他の部品については部品の正否についての検査を必ずしも必要としない。このことから、「補充単位から最初に基板に実装された部品」が文字照合法とパターンマッチング法の使い分けの基準として導かれる。具体的には、補充単位から最初に基板に実装された部品についてだけ、高精度だが速度の遅い文字照合法を適用し、その他の部品については必要な部位に部品が実装されているか否かを高速なパターンマッチング法で検査するようにするのが、高い検査精度を保ってなおかつ検査効率を高める上で有効であることになる。

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、文字照合法とパターンマッチング法を適切に使い分けることにより、高精度でかつ高効率な検査を可能とする基板外観検査装置の提供を目的としている。

上記目的のために本発明では、基板上に部品搭載機で実装された各部品を撮像し、前記各部品が正しく実装されているか否かを前記撮像による画像に基づいて検査するようになっている基板外観検査装置において、前記部品に印字されている文字のみを照合して当該部品の正否を判定する文字照合検査系を備えるとともに、前記部品の形状又は配置状態に関して予め作成されてあるテンプレートに基づいたパターンマッチングにて前記部品の実装状態の正否を判定するパターンマッチング検査系を備え、検査の状況に応じて前記文字照合検査系とパターンマッチング検査系を使い分けできるようにされ、前記基板に実装する部品が一定の数量の補充単位で前記部品搭載機に補充された場合に前記部品搭載機から部品の補充に関して部品情報を受け、この部品情報を基に、前記補充単位から最初に前記基板に実装された部品については前記文字照合検査系による検査を行い、その他の部品については前記パターンマッチング検査系による検査を行うようにして前記使い分けをなすようにされていることを特徴としている。

また本発明では上記のような基板外観検査装置について、前記文字照合検査系による文字照合検査では、前記部品に印字されている文字列における文字の間隔が狭い場合に、前記文字列に関して予め作成されてある文字テンプレートを用いて前記文字列の領域を抽出して抽出文字列を取得し、そして前記抽出文字列から予め設定の文字幅に基づいて一文字ずつ文字を分離する処理と、前記抽出文字列を等間隔に分けて求められるヒストグラムをもとに文字を分離する処理とを併用できるようにしている。

また本発明では上記のような基板外観検査装置について、前記パターンマッチング検査系が、検査対象部品の外形領域で当該部品の形状におけるエッジを抽出し、この抽出エッジから当該部品の外形サイズを求め、この求めた外形サイズを検査対象部品についてのサイズデータと比較することで必要部品の有無を判定する処理もなせるようにしている。

本発明では、高精度な検査を必要とする場合以外は高速なパターンマッチング検査で検査することができ、高い検査精度と高い効率による検査とを両立させることが可能となる。そしてこのことは、文字照合検査とパターンマッチング検査の使い分けの基準を部品搭載機における部品補充時におくことで、より効果的なものとすることができる。

以下、本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。本発明の一実施形態による基板外観検査装置の構成を図１に示す。基板外観検査装置１は、文字照合検査系２、パターンマッチング検査系３、制御部４、および基板シリアル番号読取手段５を含んでなる。

文字照合検査系２は、文字照合検査用の撮像部６と文字照合検査用の判定処理部７を含む。撮像部６は、図２に示すように、例えばＣＣＤカメラなどが用いられる撮像手段２１にリング状の照明手段２３を組み合わせた構成とされる。この撮像部６は、文字照合検査用であることから、狭い画角、具体的には一つの部品程度の画角で基板２５を撮像し、画像２６のような画像を取得できるようにされている。判定処理部７は、基板２５に実装の各種部品の正否を撮像部６で得られた画像に基づいて判定する。その判定は、部品２８に印字されている文字を照合することで行う。そのために各部品に印字されている文字に関するデータなどの照合用データを格納してある文字照合データベース８を有している。

パターンマッチング検査系３は、パターンマッチング検査用の撮像部９とパターンマッチング検査用の判定処理部１０を含む。撮像部９は、図２に示すように、撮像部６と基本的には同様であり、撮像手段２２にリング状の照明手段２４を組み合わせた構成とされる。ただこの撮像部９は、高速処理のパターンマッチング検査用であることから、広い画角、具体的には図２中の画像２７の例のように複数の部品を捉えることのできる画角で基板２５を撮像できるようにされている。判定処理部１０は、基板２５に実装される各種部品の正否と実装漏れ撮像部９で得られた画像に基づいて判定する。その判定は、各種部品の形状や配置状態などに関して予め作成されたテンプレートに基づいたパターンマッチングを基本として行う。そのためにテンプレートなどのデータを格納してあるパターンマッチングデータベース１１を有している。

制御部４は、文字照合検査系２とパターンマッチング検査系３を制御する。その制御としては、部品ごとに文字照合検査とパターンマッチング検査の何れの検査方式を適用するかということ、基板上の実装部品をどのような順番で検査するかということなどがある。検査方式の適用には、後述のように、部品搭載機からの部品補充に関する部品情報を必要とする。そのために部品情報受信部１２を有している。またＣＡＤなどから得られる基板の設計情報をもとに部品の検査順序など定めた検査リスト１３を有している。

基板シリアル番号読取手段５は、検査対象の基板に付されているシリアル番号を読み取るのに用いられる。基板のシリアル番号はバーコードや文字で付されている。したがって基板シリアル番号読取手段５は、これらを撮像して得られる画像を処理することで基板シリアル番号を読み取るように構成されるのが通常である。

図３に部品搭載機から基板外観検査装置まで生産ラインの構成例を示す。部品を実装すべき基板２５は搬送装置３１で搬送されてくる。その基板２５が部品搭載機３２に至ると、そこで必要な各種電子部品が自動的に実装される。部品の実装を終えた基板２５は搬送装置３１によりフローはんだ装置３３へ搬送され、はんだ付け処理が行われる。はんだ付けされた基板２５は基板外観検査装置１へ搬送されて外観検査を受ける。

部品搭載機３２と基板外観検査装置１は通信ライン３４で結ばれており、部品搭載機３２から基板外観検査装置１に部品情報が送られる。部品情報は、部品搭載機３２において部品の補充がなされた場合に基板外観検査装置１に送られる。部品搭載機３２における部品の補充は、上述のように、例えば１０００個といった単位で部品を保持したリール状の保持テープを単位としてなされる。部品情報を部品搭載機３２における部品の補充に際してなすのは、その部品情報をもとに適用すべき検査方式を選択するためである。すなわち本発明では、高精度な検査を可能とする文字照合検査と高速な検査を可能とするパターンマッチング検査を所定の基準で使い分けることで、高検査精度と高検査効率を両立させるようにしており、その検査方式の使い分けの基準を「補充単位から最初に基板に実装された部品」におくようにし、そのために部品情報をもとに適用すべき検査方式を選択する。したがって部品情報には、補充単位の部品の最初の部品が実装された基板のシリアル番号、その基板における当該部品の実装位置、および当該部品の部品型式が含まれる。

以上のような基板外観検査装置における検査処理の主要部分の流れを図４に示す。まず処理１０１として、部品搭載機で部品補充がなされた場合に、その部品補充に関する上記のような部品情報を取得する。次に処理１０２として、検査対象基板のシリアル番号を図１における基板シリアル番号読取手段５で読み取る。続く処理１０３では、処理１０１で取得した部品情報に含まれるシリアル番号と処理１０２で読み取ったシリアル番号とを比較し、両者が一致しているかを判断する。一致していた場合には、そのシリアル番号の基板は、部品搭載機において部品の補充がなされてその補充単位における最初の部品が実装された基板であるということになる。そこで、図１における検査リスト１３から部品情報における型式の部品が文字照合検査可能な部品であるか否かの情報を得、文字照合検査可能な部品である場合には、部品情報における部品実装位置をもとに、当該基板における該当部品については検査方式を文字照合検査に変更する（処理１０４）。すなわち通常はパターンマッチング検査で検査を行っており、部品補充単位における最初の部品が検査対象となった場合に、その部品については文字照合検査を選択する。

次いで処理１０５として、当該部品の検査方式が検査精度優先か否か、つまり文字照合検査なのかパターンマッチング検査なのかを判断する。文字照合検査であった場合には、図１における文字照合検査系２の撮像部６を用いて撮像を行い、判定処理部７にて文字照合による検査を行う（処理１０６）。一方、パターンマッチング検査であった場合には、図１におけるパターンマッチング検査系３の撮像部９を用いて撮像を行い、判定処理部１０にてパターンマッチングによる検査を行う（処理１０７）。そして最後に処理１０６または処理１０７の検査結果として実装の正否や実装漏れの判定を行う（処理１０８）。

以上のように文字照合検査とパターンマッチング検査を、「補充単位から最初に基板に実装された部品」を基準にして使い分けることより、高い精度で効率的な検査を行うことができるようになる。例えば全ての部品について部品の正否を判定する高精度な検査を行う場合と比較した場合、必要な部位での部品の有無を検査するパターンマッチング検査で平均Ｎ個の部品をまとめて検査できるとすれば、Ｎ倍近い検査速度とすることができ、しかも高い検査精度を保つことができる。

以下では文字照合検査とパターンマッチング検査それぞれの具体的内容について説明する。まず図１における文字照合検査系２を用いる文字照合検査について説明する。文字照合検査では、部品に印字されている文字を図１における文字照合データベース８に部品ごとに格納されている文字データと照合して行う。その照合に際しては基板上の部品を撮像して得られた画像から一文字ごとに切り出して文字の認識を行う。この場合に、図５の（ａ）に示すように、部品における印字文字の間隔が一定以上に広ければ、図５の（ａ）の下方に示すヒストグラムによる一文字ごとの切り出しは容易である。一方、図５の（ｂ）に示すように、印字文字が互いに接触するような状態となって間隔が狭い場合にはヒストグラムによる切り出しが困難になる。

このような場合には、認識する文字数と文字毎の幅に関するデータを例えば文字テンプレートとして文字照合データベース７に用意しておく。具体的には、図５に示すような基板４１に実装の部品４２を検査する場合、文字列部分に対応する文字テンプレート４４を用い、検査領域４３の中から文字領域抽出処理にて文字領域抽出画像（抽出文字列）４５を抽出する。次いで、文字領域抽出画像４５をもとに一文字ずつ分割して分離する処理を行う。この分割分離処理では、文字個々の横幅が一定でない場合であれば、分割画像４６のように、予め記憶してある文字幅で文字ごとに分割することで分離する。一方、各文字の横幅が均一の場合には、分割しようとする狭い領域４７内でヒストグラムの結果を抽出し、分布の一番低い箇所で分離する。これら２通りの文字分割分離処理を併用することで一文字毎に分離した文字認識画像４８を取得し、この文字認識画像４８をもとに文字照合処理を行う。

次に、パターンマッチング検査について説明する。図１におけるパターンマッチング検査系３を用いるパターンマッチング検査は、部品の形状や配置状態などに関して予め作成されてパターンマッチングデータベース１１に格納されているテンプレートを用いたパターンマッチングを基本にして行う。具体的には、図７にその検査の様子をイメージ化して示すように、部品５１が検査領域５２内に存在するか否か、つまり必要部品の有無を、テンプレート５６を用いたパターンマッチングで判定する。このようなパターンマッチング検査では、文字の印字などが無いために部品５１に対応するテンプレート５６に特徴が乏しく、しかも背景の基板５３と部品５１との間に差がほとんどないような場合が問題になる。すなわち部品５１が実装されていない場合でもパターンマッチングとしてはある程度一致し、実装漏れを見落とす可能性がある。これを防ぐために、特徴の乏しい部品については以下のような方式を適用する。すなわち部品の外形領域で部品形状５４のエッジ（エッジ抽出画像）５５を抽出し、この抽出エッジから当該部品の外形サイズを求め、この求めた外形サイズを検査対象部品についてのサイズデータと比較することで必要部品の有無を判定できるようにする。

本発明では、高精度な検査を可能とする文字照合検査と高速な検査を可能とするパターンマッチング検査を使い分けることで、検査精度と検査効率を両立させるようにしている。このようは本発明は、ますます高密度化する基板の製造工程の合理化に有効であり、特に多品種少量生産がなされる基板の製造工程につてはその有用性が高い。

一実施形態による基板外観検査装置の構成を示す図である。図１の基板外観検査装置における撮像部による基板の撮像の状態をイメージ化して示す図である。部品搭載機から基板外観検査装置まで生産ラインの構成例を示す図である。図１の基板外観検査装置における検査処理の主要部分の流れを示す図である。文字の切り出し方法を説明した図である。文字間隔が狭い場合の文字の切り出しを説明した図である。パターンマッチング検査の様子をイメージ化した図である。

符号の説明

１基板外観検査装置
２文字照合検査系
３パターンマッチング検査系
６、９撮像部
２５基板
２８部品
３２部品搭載機
４４文字テンプレート
４５文字領域抽出画像（抽出文字列）
５１検査対象部品
５５エッジ
５６テンプレート

Claims

基板上に部品搭載機で実装された各部品を撮像し、前記各部品が正しく実装されているか否かを前記撮像による画像に基づいて検査するようになっている基板外観検査装置において、
前記部品に印字されている文字のみを照合して当該部品の正否を判定する文字照合検査系を備えるとともに、前記部品の形状又は配置状態に関して予め作成されてあるテンプレートに基づいたパターンマッチングにて前記部品の実装状態の正否を判定するパターンマッチング検査系を備え、検査の状況に応じて前記文字照合検査系とパターンマッチング検査系を使い分けできるようにされ、
前記基板に実装する部品が一定の数量の補充単位で前記部品搭載機に補充された場合に前記部品搭載機から部品の補充に関して部品情報を受け、この部品情報を基に、前記補充単位から最初に前記基板に実装された部品については前記文字照合検査系による検査を行い、その他の部品については前記パターンマッチング検査系による検査を行うようにして前記使い分けをなすようにされていることを特徴とする基板外観検査装置。
前記文字照合検査系による文字照合検査では、前記部品に印字されている文字列における文字の間隔が狭い場合に、前記文字列に関して予め作成されてある文字テンプレートを用いて前記文字列の領域を抽出して抽出文字列を取得し、そして前記抽出文字列から予め設定の文字幅に基づいて一文字ずつ文字を分離する処理と、前記抽出文字列を等間隔に分けて求められるヒストグラムをもとに文字を分離する処理とを併用できるようにされている請求項１に記載の基板外観検査装置。
前記パターンマッチング検査系は、検査対象部品の外形領域で当該部品の形状におけるエッジを抽出し、この抽出エッジから当該部品の外形サイズを求め、この求めた外形サイズを検査対象部品についてのサイズデータと比較することで必要部品の有無を判定する処理もなせるようにされている請求項１または請求項２に記載の基板外観検査装置。