基板検査装置とは
基板検査装置とは、表面実装された電子基板の製造工程における不良を検査する装置です。
基板検査装置としては、外観検査をおこなうもののほか、クリームはんだ印刷に対応したはんだ印刷検査装置もあります。さらには、はんだ内部の情報まで得ることができる3D-CT検査装置などもあります。
基板検査装置の使用用途
基板検査装置は、表面実装される電子基板のほとんどの検査に利用されています。これまでは、作業者が全体の中から一定数を抜き取って目視で検査していました。
しかし、この方法では全製品の検査はおこなえず、また検査結果に作業者によるばらつきが生じる問題点がありました。基板検査装置を導入することで、全製品の検査が可能となるとともに、検査結果のばらつきが抑えられるメリットがあります。
基板検査装置の原理
基板検査装置では、基板検査のうち各電子部品が正しい位置に欠陥なく装着されているかを検査する外観検査を主に行います。具体的には、部品の位置ずれおよび欠損とはんだ付けの不良の検査です。
これらの検査は光学的な手法で行われており、装置の構成としては高性能カメラと画像処理システムが必要です。「部品の欠損は高性能カメラで撮影された画像を処理して部品の位置がずれていないか」「欠損があるが」を判断する仕組みとなっています。はんだ付けの不良は、高性能カメラで撮影した画像のはんだ部分の長さや太さおよび厚みが、しきい値を超えているかどうかで検査しています。
すなわち、はんだ部分がしきい値を下回ると、はんだが接続している部品間の接続が十分でないと判断し、不良として判定する仕組みです。
基板検査装置の種類
1. AOI (光学式自動外観検査装置)
基板検査装置のほとんどが、AOI (光学式自動外観検査装置) です。AOIには二次元 (以下、2Dと称する) タイプと三次元 (以下、3Dと称する) タイプがあります。2DタイプのAOIでは、ラインセンサカメラを使用したラインスキャン方式を用いた検査方法などが主流です。
ラインスキャン方式では、照明を高速に切り替えながら、基板全体を撮像し、高速な検査を可能にしています。また、AOIでは光源としてUV照明を使用してコーティング剤の未塗布や飛散の検査や、想定していない基板内での余剰部品、ゴミなどの不良を自動検出することもできます。
3DタイプのAOIでは、三次元で撮影することから、基板内の部品の定量的な高さ情報を検出して部品の基板に対する高さ位置の検査が可能です。なお、画像処理システムにより3Dで可視化することによって、2Dタイプでは難しかった部品の傾きや浮きを検査可能で、はんだ付け部分の検査の精度を向上できます。
2. 3D-CT検査装置
近年では、基板検査装置として、X線を使用した3D-CT検査装置などが登場しています。3D-CT検査装置では、基板を縦方向または横方向にスライスした画像を所得して3D画像を構築しています。このため、単層だけでなく多層基板 (多層プリント基板) の内部について検査が可能です。例えば、多層基板の層ズレや穴あけの確認や下面電極部品や積層部品、挿入部品などの立体的な部材に検査ができます。
基板検査装置のその他情報
1. 基板検査装置としての異物検査用装置
基板検査装置として、異物検査装置が使用されるケースもあります。異物検査装置を使用すれば、基板上の異物の検査が可能です。近年、高密度化が進む半導体製品やプリント基板実装製品で導電性の異物が混入した場合、製品の機能を低下させる原因となってしまいます。このため、異物検査装置の導入がなされています。
異物検査装置としては、レーザ散乱方式と結像検出光学系を組み合わせた方式などがあり、基板の加工前や最終出荷前に異物検査を行なっています。
2. ハイブリッド方式基板検査装置
基板検査装置において、はんだ付け部分の接合状態の検査にはカラーハイライト方式が用いられています。これは赤青緑の光をはんだ付け部分の傾斜のトップ部と傾斜部及びボトム部に照射した反射光を使用して、はんだ付け部分表面の三次元形状を二次元の色情報として表す方式です。
一方の位相シフト方式は、パターン光を物体表面に投影し、反射光のパターンの歪みからはんだつけ部表面の三次元形状を復元する方法です。ハイブリッド方式基板検査装置では、この2つの方式を組み合わせて検査精度をより高いものとしています。
3. はんだ印刷検査装置について
電子基板においては、多様化や高密度実装及びはんだの鉛フリー化が求められており、近年ではクリームはんだ印刷の需要が高まっています。このクリームはんだ印刷の不良を検査するのがはんだ印刷検査装置です。この装置では、クリームはんだ印刷パターンの画像を解析して印刷部分の位置や形状の欠損を検査しており、形状については長さや幅がしきい値を超えているかどうかで検査します。
参考文献
https://www.fa.omron.co.jp/products/family/3675/
https://www.orbotech.com/ja/pcb/categories/aoi
https://www.sakicorp.com/company/technology/2daoi_tec/
https://www.toray-eng.co.jp/products/measuring/mea_010.html
https://www.fa.omron.co.jp/product/special/pcb-inspection-system/
https://www.sakicorp.com/company/technology/3daoi_tec/