JP6119620B2 - 半田判別方法およびプリント回路板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板に用いられた半田が鉛フリー半田および鉛半田のいずれであるかを判別する半田判別方法、および鉛フリー半田で実装されている電子部品を備えたプリント回路板に関する。

近年では、鉛を含有する半田（鉛半田）に替えて、鉛を含有しない鉛フリー半田を用いる要求が高くなってきている。そして、鉛半田を用いた製品と鉛フリー半田を用いた製品とを、１つの生産設備で切り替えて生産する場合がある。この場合には、鉛半田を用いる予定の製品に誤って鉛フリー半田を用いるおそれや、鉛フリー半田を用いる予定の製品に誤って鉛半田を用いるおそれが生じる。

この問題に対し特許文献１には、鉛フリー半田と鉛半田を判別する方法が以下のように開示されている。すなわち、電子部品が実装される本来のランドとは別に、ダミーの判別用ランドをプリント配線板に形成しておき、判別用ランドの中央部分にペースト状の半田を塗布しておく。すると、その後のリフロー工程により半田が溶融して判別用ランド上で拡がる際に、その拡がり面積は、濡れ性の高い半田であるほど大きくなる。つまり、濡れ性の高い鉛半田の場合には、濡れ性の低い鉛フリー半田の場合に比べて拡がり面積が大きくなる。そこで特許文献１では、判別用ランドにおける半田の拡がり面積を計測し、その計測値が閾値よりも小さい場合に鉛フリー半田、閾値よりも大きい場合に鉛半田であると判別している。

特開２０１０−６７９２３号公報

しかしながら、上述した拡がり面積を精度良く計測することは困難であり、計測誤差が大きい。よって、特許文献１の判別方法では、鉛フリー半田と鉛半田の判別を誤るおそれがある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、鉛フリー半田および鉛半田のいずれであるかを高精度で判別できるようにした半田判別方法を提供することにある。また、他の目的は、鉛フリー半田が用いられたプリント回路板であって、正常に鉛フリー半田が用いられていることを確認可能にしたプリント回路板を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは半田判別方法である。この半田判別方法は、プリント配線板（１２、１２０）に塗布された半田が鉛フリー半田（Ｓｆ）および鉛半田（Ｓｐ）のいずれであるかを判別する半田判別方法であり、以下の特徴を有する。

すなわち、絶縁基板にランドを形成してプリント配線板（１２）を製造するにあたり、電子部品（１３、１４、１５）が実装されるランド（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）とは別に、ダミーの判別用ランド（Ｒ）を形成するランド形成工程（Ｐ１）と、ランドおよび判別用ランドに、ペースト状の半田（Ｓ、Ｓｆ、Ｓｐ）を塗布する塗布工程（Ｐ２）と、ペースト状の半田を加熱して溶融させるリフロー工程（Ｐ４）と、溶融後に固化した半田の外観を検査する外観検査工程（Ｐ５）と、を備える。そして、塗布工程では、判別用ランドにペースト状の半田を塗布するにあたり、該半田の第１部分（Ｓｐ１、Ｓｆ１）と第２部分（Ｓｐ２、Ｓｆ２）の間に所定の隙間（ＳＬ、ＳＬａ）が形成されるように塗布し、外観検査工程では、リフロー後の半田に隙間が存在するか否かを外観検査し、隙間が存在するとの検査結果である場合には鉛フリー半田であると判別し、隙間が存在しないとの検査結果である場合には鉛半田であると判別することを特徴とする。

この発明は、鉛半田の方が鉛フリー半田に比べて濡れ性が高く、リフロー工程において、溶融してランド上で拡がる範囲が広いことを利用している。すなわち、塗布工程において鉛半田を用いた場合には、リフロー工程を実施すると、鉛フリー半田を用いた場合に比べて広範囲に拡がる。よって、鉛半田を用いた場合には、溶融して拡がった半田が隙間を埋め、鉛フリー半田を用いた場合には、溶融して拡がっても隙間が埋まらないように、上記隙間の大きさを設定することができる。

この点を鑑みた本発明では、判別用ランドにペースト状の半田を塗布するにあたり、該半田の第１部分と第２部分の間に所定の隙間を形成しておく。そして、リフロー後の半田に隙間が存在するか否かを外観検査し、隙間が存在する場合には鉛フリー半田、隙間が存在しない場合には鉛半田であると判別する。そのため、従来の如く半田の拡がり面積を計測することを不要にして、隙間の有無を外観検査することで半田の判別が可能になるので、鉛フリー半田および鉛半田のいずれであるかを高精度で判別できるようになる。

開示される発明のひとつはプリント回路板である。このプリント回路板は、プリント配線板（１２）と、プリント配線板のランド（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に実装される電子部品（１３、１４、１５）と、を備えることを前提とし、以下の特徴を有する。

すなわち、プリント配線板は、ランドとは別に、電子部品が実装されていないダミーの判別用ランド（Ｒ）を有し、ランドおよび判別用ランドには、リフロー方式により鉛フリー半田（Ｓ、Ｓｆ）が接続されており、判別用ランドに接続された鉛フリー半田は、該鉛フリー半田の第１部分（Ｓｆ１）と第２部分（Ｓｆ２）の間に所定の隙間（ＳＬ、ＳＬａ）を有する形状であることを特徴とする。

この発明によれば、リフロー後に隙間が存在することを確認することで、正常に鉛フリー半田が用いられていることを確認できる。その理由を以下に説明する。先ず、鉛半田の方が鉛フリー半田に比べて濡れ性が高く、リフロー時にランド上を拡がる範囲が広い。したがって、鉛半田を用いた場合には溶融した半田により隙間が埋められ、鉛フリー半田を用いた場合には隙間が埋まらないように上記隙間の大きさを設定することができる。このように設定しておけば、正常に鉛フリー半田が用いられた場合にはリフロー後であっても隙間が存在し、誤って鉛半田が用いられた場合にはリフロー後には隙間が存在しなくなる。よって、隙間の存在を確認することで鉛フリー半田が用いられていることを確認できる。

本発明の第１実施形態に係るプリント回路板を備えた、メータ装置の背面図。 図１中のプリント回路板の製造ラインを示す図。 図２の製造ラインによる製造工程の手順を示す図。 第１実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー前の半田の状態を示す図。 第１実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛半田を用いた場合の図。 第１実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛フリー半田を用いた場合の図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図。 図２中の外観検査機を示す断面図。 図９の外観検査機の赤色光源による、赤色光の反射角を示す模式図。 図９の外観検査機の緑色光源による、緑色光の反射角を示す模式図。 図９の外観検査機の青色光源による、青色光の反射角を示す模式図。 外観検査の対象となる半田のフィレット部を示す斜視図。 部品と半田の接合が正常である場合における半田形状の画像を示す図。 各色の明度分布を示す図。 部品と半田が接合していない場合における半田形状の画像を示す図。 第１実施形態において、判別用ランドに設けられた鉛半田の、リフロー後の形状を示す斜視図。 第１実施形態において、判別用ランドに設けられた鉛フリー半田の、リフロー後の形状を示す斜視図。 図１７に示す鉛半田における、各色の明度分布を示す図。 図１８に示す鉛フリー半田における、各色の明度分布を示す図。 図２０に示す明度分布を２値化処理した結果を示す図。 図９中のマイコンが実施する判別処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛半田を用いた場合の図。 第２実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛半田を用いた場合の図。 本発明の第３実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー前の半田の状態を示す図。 第３実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛半田を用いた場合の図。 第３実施形態において、判別用ランドに塗布されたリフロー後の半田の状態を示す図であって、鉛フリー半田を用いた場合の図。 本発明の第４実施形態に係る半田判別方法において、判別用ランドが形成されたプリント回路板の平面図。

以下、本発明にかかる半田判別方法およびプリント回路板を、車両に搭載されたメータ装置に適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下、各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示すメータ装置１０は、ケース１１内にプリント配線板１２を収容して構成されている。プリント配線板１２には、マイクロコンピュータ（マイコン１３）、モータ１４およびコネクタ１５等の電子部品が実装されている。コネクタ１５を通じて外部から取得した車両情報に基づき、マイコン１３がモータ１４の作動を制御する。モータ１４には図示しない指針が接続されており、車両情報に応じた車速等の物理量を示す目盛りを、指針が回転して指示するように構成されている。

これらの電子部品は、プリント配線板１２のランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３に実装されている。例えば、マイコン１３の端子１３ａはランドＲ１に表面実装されている。さらにプリント配線板１２は、電子部品が実装される本来のランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３とは別に、ダミーの判別用ランドＲを有する。

ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲには、リフロー方式により鉛フリー半田Ｓ、Ｓｆが接続されている。判別用ランドＲに接続された鉛フリー半田Ｓｆは、該鉛フリー半田の第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２の間に所定の隙間（スリットＳＬ）を有する形状である。スリットＳＬは判別用ランドＲを横断するスリット形状であるため、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２は互いに接することなく、判別用ランドＲ上で分離している。

図２中の符号Ｂ６は、鉛フリー半田が用いられたプリント回路板を示しており、図１に示すプリント配線板１２に電子部品が実装されたものである。このプリント回路板Ｂ６は、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢにより、符号Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５に示す状態を経て製造される。一方、符号Ａ６は、鉛半田が用いられたプリント回路板を示す。このプリント回路板Ａ６は、鉛半田用の製造ラインＬＡにより、符号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５に示す状態を経て製造される。

半田の材質が異なる点以外については、各々の製造ラインＬＡ、ＬＢで製造されたプリント回路板Ａ６、Ｂ６は同一の構成である。これらの製造ラインＬＡ、ＬＢには、共通する製造装置が設置されており、製造手順も同一である。したがって、鉛半田用の製造ラインＬＡを鉛フリー半田用に切り替えたり、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢを鉛半田用に切り替えたりすることが可能である。

以下、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢの設備について説明する。先ず、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢには、プリント配線板Ｂ１が搬入される。このプリント配線板Ｂ１は、図示しないプリント配線、図１に示すランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲが絶縁基板に形成されたものである。搬入されたプリント配線板Ｂ１は、印刷機２０へ送り込まれる。

印刷機２０は、プリント配線板Ｂ１のランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲに、ペースト状の半田を印刷する。この半田には鉛フリー半田が用いられている。作業員ＨＢは、鉛フリー半田が入ったカートリッジＣを印刷機２０に投入する。この投入作業において、誤って鉛半田が入ったカートリッジＣＰｂを投入すると、鉛フリー半田が用いられる予定のプリント回路板Ａ６に、誤って鉛半田が用いられることとなる。ペースト状の半田が印刷されたプリント配線板Ｂ２は、部品載置機３０へ送り込まれる。

部品載置機３０は、マイコン１３、モータ１４およびコネクタ１５等の電子部品を、プリント配線板Ｂ２の所定位置に載せる。例えば、ランドＲ１に印刷された半田上にマイコン１３の端子１３ａが位置するように、プリント配線板Ｂ２上にマイコン１３を載せる。各種電子部品が載置された状態のプリント配線板Ｂ３は、リフロー機４０へ送り込まれる。

リフロー機４０は、ペースト状の半田を加熱して溶融させる。例えば、赤外線や熱風等を生じさせる加熱手段を用いてプリント配線板Ｂ３の全体を加熱してもよいし、レーザー等の加熱手段を用いて半田の部分を局部的に加熱してもよい。加熱されて溶融した半田は、その後徐々に冷却されて固化する。これにより、電子部品は、ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３に半田を介して電気接続され、半田付けによりプリント配線板Ｂ３に実装されることとなる。電子部品が実装された状態のプリント配線板Ｂ４、つまりプリント回路板は、半田付け外観検査機５０へ送り込まれる。

外観検査機５０は、半田付けの状態を検査して良否判定する。具体的には、溶融後に固化した半田の外観を検査することで、半田量の過不足や、半田ブリッジによる短絡の有無を判定する。さらに外観検査機５０は、判別用ランドＲに在る半田の外観を検査することで、その半田が鉛フリー半田および鉛半田のいずれであるかを判別する。つまり、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢに設置された外観検査機５０は、鉛半田であると判別した場合、半田種別異常であると判定する。一方、鉛半田用の製造ラインＬＡに設置された外観検査機５０は、鉛フリー半田であると判別した場合、半田種別異常であると判定する。外観検査機５０による半田種類の判別方法については、図４〜図２２を用いて後に詳述する。

外観検査機５０による検査に合格したプリント回路板Ｂ５は、電気検査装置６０へ送り込まれる。電気検査装置６０は、プリント回路板Ｂ５の所定箇所に通電して、回路が正常に作動するか否かを検査する。電気検査装置６０による検査に合格したプリント回路板Ｂ６は、製造ラインＬＢの外部へ搬出される。

外観検査機５０による検査結果の情報は、統合管理装置７０へ送信される。統合管理装置７０は、送信されてきた検査結果を記録するとともに、半田接続不良または半田種別異常との検査結果が送信されてきた場合にはその旨を作業員Ｈに報知する。これにより、作業員Ｈは、報知内容に応じて製造ラインＬＡ、ＬＢを操作することができる。例えば、半田種別異常と報知された場合には、該当する製造ラインを直ちに停止させるように操作して、半田種別異常のプリント回路板（不良品）の製造個数を最小限に止めることができる。

図３は、以上に説明したプリント回路板Ａ６、Ｂ６の製造手順を示すフローチャートである。先ず、第１手順Ｐ１（ランド形成工程）において、ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲを絶縁基板に形成してプリント配線板Ａ１、Ｂ１を製造する。この第１手順Ｐ１は、製造ラインＬＡ、ＬＢの前手順で実施される。

続く第２手順Ｐ２（塗布工程）では、印刷機２０を用いて、ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲにペースト状の半田を印刷する。この印刷時には、判別用ランドＲのうち先述したスリットＳＬが設けられる位置にはマスキングが施されており、これにより、判別用ランドＲに印刷された半田Ｓｐ、Ｓｆ（図４参照）にはスリットＳＬが形成される。

続く第３手順Ｐ３では、部品載置機３０を用いて、プリント配線板Ａ２、Ｂ２の所定位置に電子部品を載せる。続く第４手順Ｐ４（リフロー工程）では、リフロー機４０を用いて、ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３および判別用ランドＲに印刷されたペースト状の半田を溶融させる。そして、溶融した半田を徐々に冷却して固化させることで、ランドＲ１、Ｒ２、Ｒ３に電子部品が半田で電気接続される。この時、判別用ランドＲに印刷されたペースト状の半田も溶融し、その後固化する。

続く第５手順Ｐ５（外観検査工程）では、外観検査機５０のカメラ５１（図９参照）を用いて、半田部分の画像データを取得する。この画像データについては図１９〜図２１を用いて後に詳述する。続く第６手順Ｐ６では、外観検査機５０の解析装置５２（図９参照）を用いて、取得した画像データに基づき、半田付けの状態を良否判定するとともに、半田種別異常であるか否かを判定する。

解析装置５２により正常と判定された場合には、続く第７手順Ｐ７において、電気検査装置６０を用いて回路が正常に作動するか否かを検査する。続く第８手順Ｐ８では、電気検査装置６０の検査に合格したプリント回路板Ａ６、Ｂ６を、製造ラインＬＡ、ＬＢから正常品として作業員が搬出する。一方、解析装置５２により異常と判定された場合には、第９手順Ｐ９において、異常判定された製造ラインを作業員Ｈが緊急停止させる。

次に、外観検査機５０による半田種類の判別方法について説明する。

図４は、リフロー前の状態において、判別用ランドＲにペースト状の鉛半田Ｓｐが印刷された状態を示す正面図である。鉛半田Ｓｐの中央には、所定の隙間（スリットＳＬ）が形成されている。換言すれば、スリットＳＬにより、ペースト状の鉛半田Ｓｐは、互いに接することのないように第１部分Ｓｐ１と第２部分Ｓｐ２に分離されている。

リフロー前の状態では、鉛フリー半田および鉛半田のいずれを用いた場合であっても、同一の外観である。つまり、鉛フリー半田Ｓｆにおいても、図４と同様にして、鉛フリー半田Ｓｆの中央にスリットＳＬが形成されている。換言すれば、スリットＳＬにより、鉛フリー半田Ｓｆは、互いに接することのないように第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２に分離されている。

このように印刷された半田Ｓｐ、Ｓｆは、リフロー工程にて溶融すると、濡れ性が発揮されて判別用ランドＲ上で拡がる。但し、鉛フリー半田Ｓｆは、鉛半田Ｓｐに比べて濡れ性が低いため溶融時に拡がる面積が小さい。そのため、鉛半田Ｓｐの場合には、図５に示すようにスリットＳＬが鉛半田Ｓｐで埋め尽くされ、スリットＳＬが無くなる。つまり、分離していた第１部分Ｓｐ１と第２部分Ｓｐ２が繋がる。

一方、鉛フリー半田Ｓｆの場合には、図６に示すようにスリットＳＬが鉛フリー半田Ｓｆで埋め尽くされることはなく、スリットＳＬは残ったままとなる。つまり、分離していた第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２は、少なくとも一部において分離した状態が維持される。図６の例では、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２の全体が分離したままであるが、スリットＳＬの中央部分以外の部分においては、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が部分的に繋がる場合も有り得る。

なお、表面張力の作用により、リフロー時に判別用ランドＲから半田Ｓｐ、Ｓｆがはみ出ることはなく、図７および図８に示すように判別用ランドＲ上にて半田Ｓｐ、Ｓｆが隆起する。但し、鉛半田Ｓｐの場合には、第１部分Ｓｐ１と第２部分Ｓｐ２の全体が繋がった状態で隆起する（図７参照）。一方、鉛フリー半田Ｓｆの場合には、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が分離した状態で、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２の各々が隆起する（図８参照）。

次に、図９〜図１６を用いて、電子部品１３０の半田Ｓの状態を外観検査する手法について説明する。この外観検査は外観検査機５０により実施され、半田接合の良否や半田ブリッジによる短絡の有無が検査される。図９に示すように、外観検査機５０は、照明装置、カメラ５１および解析装置５２を備える。照明装置は、異なる色の光を照射する複数の光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを備える。これらの光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂはリング状の発光面を有しており、赤色、緑色、青色で各々が発光する。光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂからプリント配線板１２に向けて射出された光は、半田Ｓの部分で反射し、リング状発光面の中央に位置するカメラ５１へ入射する。

光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂからの射出角度は、各々の光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂで異ならせてある。そのため、例えば、光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂからの射出光が半田Ｓで反射する角度（反射角θ）が所定範囲である場合に、反射光がカメラ５１に入射して撮影され、画像データとして検出されることとなる。例えば、赤色光の場合には５°〜１５°（図１０参照）、緑色光の場合には１５°〜２５°（図１１参照）、青色光の場合には２５°〜３８°（図１２参照）が上記所定範囲に該当する。

したがって、半田Ｓのフィレット部分のうち図１３中の符号Ｓ１に示す部分は主に青色の反射光が、符号Ｓ２に示す部分は主に緑色の反射光が、符号Ｓ３に示す部分は主に赤色の反射光がカメラ５１へ入射する。そのため、図１４に示すように、カメラ５１で撮影された画像Ｉには、半田Ｓの形状に応じた色の分布が現れる。例えば、画像Ｉには、青色領域Ｉ１、緑色領域Ｉ２および赤色領域Ｉ３が含まれており、図１３中の符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に示す部分に相当する。

図１５中の縦軸は明度を示し、符号Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、赤色光、緑色光、青色光についての明度を示す。図１５中の横軸（Ｘ軸）は、図１３および図１４中のＸ軸方向における位置を示す。要するに、図１５は、図１３および図１４中のＹ軸方向における所定位置における赤色光、緑色光、青色光の、Ｘ軸方向における明度の分布を示す。

解析装置５２は、カメラ５１から出力された映像信号に基づき、図１５に示す色分布の画像データを生成する。さらに解析装置５２は、明度が閾値ＴＨ以上となっている色が、赤、緑、青のいずれであるかを解析（２値化処理）する。例えば、図１５中の一点鎖線に示すように、Ｘ軸方向のうち矢印Ｂで示す領域については青、矢印Ｇで示す領域については緑、矢印Ｒで示す領域については赤であると解析される。

図１４は、正常な形状の半田Ｓの色分布を示すのに対し、図１６は、半田Ｓが部品と接合していない場合の形状を示す色分布である。解析装置５２は、色分布に基づき正常な形状であるか否かを判定する。例えば、図１５の如く青色領域Ｂ、緑色領域Ｇ、赤色領域Ｒが交互に現れるといった色分布が、半田ＳのＹ軸方向の全域に亘って現れている場合に、正常な形状であると判定する。

一方、図１６に示す形状の場合には、交互に現れるといった色分布がＹ軸方向の中央部分で現れるものの、Ｙ軸方向の両端部分では青色領域Ｉ１が現れなくなる。この場合には、異常な形状であると判定する。このように、外観検査機５０は、色分布に基づき半田付けの状態を良否判定する。

さらに外観検査機５０は、判別用ランドＲに設けられた半田Ｓｐ、Ｓｆについても色分布を検出し、その検出結果に基づき、半田種別異常であるか否かを次のように判定する。カメラ５１による撮影範囲は、判別用ランドＲのうち、リフロー前におけるスリットＳＬが存在する位置に設定されている。具体的には、図５〜図８中の一点鎖線に示す判別用ランドＲの中央部分が撮影範囲Ｗｉである。

判別用ランドＲに設けられた半田が鉛半田Ｓｐの場合、リフロー後にはスリットＳＬが無くなることは、図７を用いて先述した通りである。図７に示す鉛半田Ｓｐに対して光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂからの光を照射すると、プリント配線板１２に対して垂直な方向に反射する光は、図１７に示す分布となる。すなわち、鉛半田Ｓｐのうち符号Ｓｒに示す領域が主に赤色、符号Ｓｇに示す領域が主に緑色である。

判別用ランドＲに設けられた半田が鉛フリー半田Ｓｆの場合、リフロー後においてもスリットＳＬが存在することは、図８を用いて先述した通りである。図８に示す鉛フリー半田Ｓｆに対して光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂからの光を照射すると、プリント配線板１２に対して垂直な方向に反射する光は、図１８に示す分布となる。すなわち、鉛フリー半田Ｓｆのうち符号Ｓｒに示す領域が主に赤色、符号Ｓｇに示す領域が主に緑色、符号Ｓｂに示す領域が主に青色である。

鉛半田Ｓｐの場合には、判別用ランドＲの中央部分（撮影範囲Ｗｉ）における色分布は、図１７および図１９に示すように赤色のみとなる。これに対し、鉛フリー半田Ｓｆの場合には、判別用ランドＲの中央部分における色分布は、図１８および図２０に示すようにＸ軸方向において赤、緑、青、赤、青、緑、赤の順に異なる色の領域が交互に現れる。図１９および図２０の縦軸は明度を示し、符号Ｒ、Ｇ、Ｂの各々は、赤色光、緑色光、青色光についての明度を示す。図１９および図２０中の横軸（Ｘ軸）は、図１７および図１８中のＸ軸方向における位置を示す。要するに、図１９および図２０は、図１７および図１８中の撮影範囲Ｗｉの位置における赤色光、緑色光、青色光の、Ｘ軸方向における明度の分布を示す。

解析装置５２は、カメラ５１から出力された映像信号に基づき、図１９および図２０に示す色分布の画像データを生成する。さらに解析装置５２は、明度が閾値ＴＨ以上となっている色が、赤、緑、青のいずれであるかを解析（２値化処理）する。例えば、図１７に示す鉛半田Ｓｐの色分布の場合、撮影範囲Ｗｉの全体が赤色領域となっており、赤色に２値化処理されている。

一方、図１８に示す鉛フリー半田Ｓｆの色分布の場合、図２１に示すように、撮影範囲ＷｉのＸ軸方向には、赤、緑、青、赤、青、緑、赤の領域が交互に現れる。したがって、このように異なる色の領域が交互に現れた場合には、半田の種類が鉛フリー半田Ｓｆであると判別できる。一方、同一色の領域が連続して現れた場合には、半田の種類が鉛半田Ｓｐであると判別できる。

このような判別の処理は、解析装置５２が備えるマイクロコンピュータ（マイコン５２ａ）により実施される。すなわち、マイコン５２ａは先ず図２２中のステップＳ５１において、カメラ５１で撮影された判別用ランドＲの映像に基づき、図１９および図２０に例示される画像データを読み込む。続くステップＳ２２では、読み込んだ画像データのうち、Ｘ軸方向の各位置において、明度が閾値ＴＨ以上となっている色が、赤、緑、青のいずれであるかを解析（２値化処理）する。

続くステップＳ５３では、解析した色の分布に連続性が有るか否かを判定する。すなわち、同じ色がＸ軸方向に連続して分布している場合には連続性が有ると判定する。連続性が有ると判定した場合には、続くステップＳ５４において、鉛半田Ｓｐが使用されていると判別する。一方、連続性が無いと判定した場合には、続くステップＳ５５において、鉛フリー半田Ｓｆが使用されていると判別する。

続くステップＳ５６では、ステップＳ５４、Ｓ５５で判別した半田の種類が正規であるか否かを判定する。例えば、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢに設置された外観検査機５０のマイコン５２ａは、鉛フリー半田Ｓｆと判別された場合には正規であると判定し、鉛半田Ｓｐと判別された場合には正規の半田が使用されていないと判定する。正規の半田が使用されていないと判定された場合、続くステップＳ５７において、異常信号を統合管理装置７０へ出力する。

これにより、正規の半田が使用されていない場合には、その旨を統合管理装置７０が作業員Ｈに報知することができ、ひいては、該当する製造ラインを緊急停止させる等の対処を実施できる。

以上により、本実施形態に係る半田判別方法によれば、判別用ランドＲに塗布したペースト状の半田Ｓｆ、ＳｐにスリットＳＬを設けておき、リフロー後におけるスリットＳＬの有無に基づき半田の種類を判別する。具体的には、スリットＳＬが存在していれば鉛フリー半田Ｓｆであると判別し、スリットＳＬが存在していなければ鉛半田Ｓｐであると判別する。

そのため、従来の如く半田の拡がり面積を計測することを不要にして、スリットＳＬの有無を外観検査することで半田の種類判別が可能になるので、該判別を高精度で実現できる。また、外観検査工程の時点で上記判別が為されるので、製造ラインＬＡ、ＬＢの各工程における早い段階で半田種別異常を検知できるようになる。よって、第２手順Ｐ２（塗布工程）により誤った種類の半田でプリント回路板が次々と製造されていくことを、早期に停止できるようになる。

さらに本実施形態によれば、図３に示す第２手順Ｐ２（塗布工程）において、第１部分Ｓｐ１、Ｓｆ１と第２部分Ｓｐ２、Ｓｆ２が互いに接することなく分離するように、スリットＳＬを設けている。

ここで、本実施形態に反して、鉛フリー半田Ｓｆの第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が部分的に接する形状（図２５参照）である場合には、次の不具合が生じる。すなわち、実際にはリフロー後にスリットＳＬが存在する場合であっても、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２がリフロー前から部分的に接している箇所をリフロー後に外観検査した場合には、スリットＳＬが存在しないとの検査結果になる。すると、実際には鉛フリー半田Ｓｆが用いられているにも拘わらず、鉛半田Ｓｐが用いられていると誤って判別されるおそれが生じる。これに対し本実施形態では、第１部分Ｓｐ１、Ｓｆ１と第２部分Ｓｐ２、Ｓｆ２が互いに接することなく分離した形状であるため、上述した誤判別のおそれを低減できる。

さらに、本実施形態に係る、鉛フリー半田Ｓｆを用いたプリント回路板によれば、判別用ランドＲに接続された鉛フリー半田Ｓｆは、該鉛フリー半田Ｓｆの第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２の間にスリットＳＬを有する形状である。そのため、スリットＳＬが存在することを確認することで、正常に鉛フリー半田Ｓｆが用いられていることを確認できる。よって、鉛フリー半田用の製造ラインＬＢからプリント回路板が搬出された後において、そのプリント回路板に、鉛フリー半田Ｓｆが正常に用いられているか否かを容易に確認できる。

さらに本実施形態によれば、判別用ランドＲに接続された鉛フリー半田Ｓｆは、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が互いに接することなく分離するように、スリットＳＬが設けられた形状である。換言すれば、リフロー後においても第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が互いに接することなく分離するように、スリットＳＬの幅が設定されている。

ここで、本実施形態に反して、リフロー後において第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が部分的に接する形状（図２５参照）である場合には、次の不具合が生じる。すなわち、実際にはリフロー後にスリットＳＬが存在する場合であっても、第１部分Ｓｆ１と第２部分Ｓｆ２が部分的に接している箇所を外観検査した場合には、スリットＳＬが存在しないとの検査結果になる。すると、実際には鉛フリー半田Ｓｆが用いられているにも拘わらず、鉛半田Ｓｐが用いられていると誤って判別されるおそれが生じる。これに対し本実施形態では、リフロー後において第１部分Ｓｐ１、Ｓｆ１と第２部分Ｓｐ２、Ｓｆ２が互いに接することなく分離した形状であるため、上述した誤判別のおそれを低減できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図５および図６に示すように、判別用ランドＲの中央部分の１箇所を撮影範囲Ｗｉに設定している。これに対し本実施形態では、図２３および図２４中の一点鎖線に示すように、判別用ランドＲの複数個所を撮影範囲Ｗｉとして設定している。複数の撮影範囲Ｗｉは、スリットＳＬが延びる方向に並べて配置されている。

外観検査機５０は、複数の撮影範囲Ｗｉの各々について、上記第１実施形態と同様にして異なる色の領域が交互に現れているか否かを判定する。そして、各々の判定結果に基づき、半田の種類を判別する。例えば、複数の撮影範囲Ｗｉの全てで異なる色の領域が交互に現れた場合に、スリットＳＬが存在していると判定して鉛フリー半田Ｓｆであると判別する。或いは、複数の撮影範囲Ｗｉの少なくとも１つで異なる色の領域が交互に現れた場合に、スリットＳＬが存在していると判定して鉛フリー半田Ｓｆであると判別する。このように、本実施形態によれば、複数箇所の撮影範囲Ｗｉの結果に基づき半田の種類を判別するので、その判別の精度が向上される。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、図４に示すように、第１部分Ｓｆ１、Ｓｐ１と第２部分Ｓｆ２、Ｓｐ２が互いに接することなく分離するようにスリットＳＬ（隙間）を設けている。これに対し本実施形態では、第１部分Ｓｆ１、Ｓｐ１と第２部分Ｓｆ２、Ｓｐ２の間に隙間ＳＬａを設けつつも、図２５に示すように、第１部分Ｓｆ１、Ｓｐ１の一部が第２部分Ｓｆ２、Ｓｐ２の一部に繋がった状態になっている。

このような形状の隙間ＳＬａであっても、リフロー後においては、鉛半田Ｓｐを用いた場合には図２６に示すように隙間ＳＬａが無くなり、鉛フリー半田Ｓｆを用いた場合には図２７に示すように隙間ＳＬａが残ったままとなる。よって、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様にして、リフロー後の隙間ＳＬａの有無を検査することで半田種類を判別できる。

（第４実施形態）
図１に示す実施形態では、最終製品であるメータ装置１０に搭載されるプリント配線板１２に、判別用ランドＲが設けられている。これに対し本実施形態では、製造工程におけるプリント配線板１２０のうち、以下に説明する非製品領域１２２に判別用ランドＲが設けられている（図２８参照）。

図２８に示すプリント配線板１２０は、製造工程におけるものであり、最終製品に搭載される部分である製品領域１２１と、プリント配線板１２０から切断除去される非製品領域１２２とが含まれている。長方形のプリント配線板１２０から、搭載される最終製品の形状に合わせた形状の製品領域１２１が切り取られる。具体的には、プリント配線板１２０に含まれる製品領域１２１および非製品領域１２２は、複数の連結部１２０ａで接続されており、これらの連結部１２０ａを切断することで、製品領域１２１がプリント配線板１２０から切り取られる。つまり、製品領域１２１の周囲に位置する非製品領域１２２が切断除去される。

また、図２に示す実施形態では、非製品領域が除去された製品領域のプリント配線板１２が製造ラインＬＡ、ＬＢに搬入される。つまり、非製品領域を除去する切断除去工程の後に、リフロー工程を実施している。これに対し本実施形態では、切断除去工程の前に、リフロー工程および外観検査工程を実施している。そして、非製品領域１２２に判別用ランドＲが設けられており、判別用ランドＲには、図４と同様にして鉛フリー半田Ｓｆまたは鉛半田Ｓｐが、スリットＳＬを有した状態で設けられている。なお、非製品領域１２２には電子部品が実装されていない。

以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様にして、リフロー後のスリットＳＬの有無を検査することで半田種類を判別できる。しかも、本実施形態では判別用ランドＲを非製品領域１２２に設けているので、製品領域１２１に判別用ランドＲを設けることを不要にできる。よって、製品領域１２１に実装される電子部品の配置レイアウトの自由度が判別用ランドＲにより低減することを回避できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

図２に示す実施形態では、半田種別異常と報知された場合には、該当する製造ラインを直ちに停止させるように、作業員Ｈが手動操作するように製造ラインＬＡ、ＬＢは構成されている。これに対し、半田種別異常と報知された場合に、製造ラインＬＡ、ＬＢを自動停止させるように構成してもよい。このような自動停止の制御は、例えば外観検査機５０または統合管理装置７０が実施すればよい。

上記各実施形態では、スリットＳＬの有無を、外観検査機５０を用いて外観検査している。これに対し、スリットＳＬの有無を作業員が目視で外観検査してもよい。

１２、１２０…プリント配線板、１３…マイコン（電子部品）、１４…モータ（電子部品）、１５…コネクタ（電子部品）、Ｐ１…第１手順（ランド形成工程）、Ｐ２…第２手順（塗布工程）、Ｐ４…第４手順（リフロー工程）、Ｐ５…第５手順（外観検査工程）、Ｓｆ…鉛フリー半田、Ｓｐ…鉛半田、Ｓｐ１、Ｓｆ１…半田の第１部分、Ｓｐ２、Ｓｆ２…半田の第２部分、ＳＬ…スリット（隙間）、ＳＬａ…隙間、Ｒ…判別用ランド、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…ランド。

Claims (5)

1. プリント配線板（１２、１２０）に塗布された半田が鉛フリー半田（Ｓｆ）および鉛半田（Ｓｐ）のいずれであるかを判別する半田判別方法であって、
   絶縁基板にランドを形成してプリント配線板（１２）を製造するにあたり、電子部品（１３、１４、１５）が実装されるランド（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）とは別に、ダミーの判別用ランド（Ｒ）を形成するランド形成工程（Ｐ１）と、
   前記ランドおよび前記判別用ランドに、ペースト状の半田（Ｓ、Ｓｆ、Ｓｐ）を塗布する塗布工程（Ｐ２）と、
   前記ペースト状の半田を加熱して溶融させるリフロー工程（Ｐ４）と、
   溶融後に固化した半田の外観を検査する外観検査工程（Ｐ５）と、
   を備え、
   前記塗布工程では、前記判別用ランドに前記ペースト状の半田を塗布するにあたり、該半田の第１部分（Ｓｐ１、Ｓｆ１）と第２部分（Ｓｐ２、Ｓｆ２）の間に所定の隙間（ＳＬ、ＳＬａ）が形成されるように塗布し、
   前記外観検査工程では、リフロー後の半田に前記隙間が存在するか否かを外観検査し、前記隙間が存在するとの検査結果である場合には鉛フリー半田であると判別し、前記隙間が存在しないとの検査結果である場合には鉛半田であると判別することを特徴とする半田判別方法。
2. 前記塗布工程では、前記第１部分と前記第２部分が互いに接することなく分離するように、前記隙間（ＳＬ）を設けることを特徴とする請求項１に記載の半田判別方法。
3. 前記リフロー工程での前記プリント配線板（１２０）には、電子部品が実装される製品領域（１２１）、および前記製品領域の周囲に位置して前記電子部品が実装されていない非製品領域（１２２）が存在しており、
   前記リフロー工程の後、前記プリント配線板から前記非製品領域を切断して除去する切断除去工程を備え、
   前記ランド形成工程では、前記判別用ランドを前記非製品領域に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半田判別方法。
4. プリント配線板（１２）と、前記プリント配線板のランド（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に実装される電子部品（１３、１４、１５）と、を備えるプリント回路板であって、
   前記プリント配線板は、前記ランドとは別に、前記電子部品が実装されていないダミーの判別用ランド（Ｒ）を有し、
   前記ランドおよび前記判別用ランドには、リフロー方式により鉛フリー半田（Ｓ、Ｓｆ）が接続されており、
   前記判別用ランドに接続された鉛フリー半田は、該鉛フリー半田の第１部分（Ｓｆ１）と第２部分（Ｓｆ２）の間に所定の隙間（ＳＬ、ＳＬａ）を有する形状であることを特徴とするプリント回路板。
5. 前記判別用ランドに接続された鉛フリー半田は、前記第１部分と前記第２部分が互いに接することなく分離するように、前記隙間（ＳＬ）が設けられた形状であることを特徴とする請求項４に記載のプリント回路板。

Images