【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品実装検査方法及びその検査装置並びに該検査装置により検査された基板に係り、特に印刷回路基板上もしくはハイブリツドＩＣ等の上に実装される各種部品の有無と実装状態を自動検査する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、印刷回路基板やハイブリツドＩＣ上等に実装される電子部品の実装状態を自動検査するためには、光スポツト法による三角測量法や、その応用である光切断法が多く利用されている。

【０００３】図面参照の上で説明すると、図１２は従来の光スポツト法による三角測量法の測定原理図であり、
本図に示すように、印刷回路基板６に実装された部品１
５に対してレーザ出力器２から垂直に入射した収束レーザ光１８は、部品１５にスポツトを結ぶ。

【０００４】このスポツト光は、結像光学系１６を介して伝達されてＰＳＤ１７上において結像されて、三角測量の原理に基づいて部品１５の所定部位における高さが決定される。 このような測量動作をレーザ光または印刷回路基板を相対走査することによつて所定回数分繰返して行ない印刷回路基板６上の部品１５の有無、取付姿勢状態などを求めるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の従来例においては、三角測量法に基づいているため、以下のような欠点がある、即ち、図１２の三角測量法の原理説明図において、 （１）ＰＳＤセンサ１７と入射光軸１８が所定量以上の角度を持たなければならないため、部品１５に近く設けられる特に背の高い部品１９による死角が避けられないので、部品の実装間隔と高さに制約を受ける。

【０００６】（２）測定回路側は、スポツト光の中心もしくは最大反射位置をスポツト照射位置であると自動的に判断するため、スポツト光の範囲内において印刷表示部などがあり、濃度差がある場合には測定値に誤差が生じるので正確な検査ができなくなる。

【０００７】（３）ＰＳＤセンサ１７と入射光軸１８が所定量以上の角度を持たなければならないため、検査対象の部品１５とセンサ１７および光学系の距離はある程度近くしなければならない。

【０００８】したがつて、本発明の部品実装検査装置は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品の実装間隔と高さに制約を受けることがなく、濃度差がある場合にも測定値に誤差が生じることがなく、かつ部品と装置間距離を小さく設定できる部品実装検査方法とこの方法による装置と基板を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】及び

【作用】上述の課題を解決し、目的を達成するために本発明の部品実装検査装置は、以下の構成を備える。 即ち、基材上に実装された部品及びまたは実装する部品の有無と実装状態とを自動検査する部品実装検査方法であって、基材上に実装されるべき部品の実装後の実装状態データを制御手段に対して記憶するとともに、制御手段に接続され、かつ高周波で強度変調されるレーザ光を基材と部品に対して略平行に照射して、照射後の反射光の位相変化を用いて距離変化を求めるレーザ強度変調測距方式の測定手段に対して基材を相対移動して部品の高さの検出データを得て、検出データと実装状態データとの比較により自動検査を行う。

【００１０】また、好ましくは、部品実装検査方法において、相対移動を各部品毎に少なくとも２回行い、部品の姿勢の異常状態について自動検査する。

【００１１】また、好ましくは、部品実装検査方法において、相対移動を各部品毎に少なくとも１回行い、部品の有無について自動検査する。

【００１２】また、好ましくは、部品実装検査方法において、相対移動を各部品毎に少なくとも１回行い、部品の基材に対する浮き状態を自動検査する。

【００１３】また、好ましくは、部品は直方体乃至円形などの所定外形形状を有する表面実装式またはリード線付きの電子回路部品であり、部品実装検査される。

【００１４】また、好ましくは、自動検査を部品のハンダ付け工程の前または後において、各基材の表面または裏面の双方かいづれかについて行う。

【００１５】また、好ましくは、基材上に実装された部品及びまたは実装する部品の有無と実装状態とを自動検査する部品実装検査装置であって、基材上に実装されるべき部品の実装後の実装状態データを記憶し所定の制御動作を実行する制御手段と、制御手段に接続され、かつ高周波で強度変調されるレーザ光をレーザ出力部から基材と部品に対して略平行に照射して、照射後の反射光の位相変化を用いて距離変化を求めるレーザ強度変調測距方式の測定手段と、測定手段に対して基材表面をレーザ光軸に対する略直交方向に相対移動するとともに前記制御手段に接続される移動手段とを具備してなり、照射の反射光の強度の位相変化を用いて距離変化を求めることで、部品の有無と実装状態のデータとの比較に基づいて基材上に実装された部品及びまたは実装する部品の有無と実装状態とを自動検査するように働く。

【００１６】また、好ましくは、部品実装検査装置において、測定手段はレーザ光の走査部を有してなり基材面を横方向に走査し、移動手段は駆動部を有してなり基材面を縦方向に所定間隔で駆動することで、基材面を縦横に走査可能に構成して、自動検査するように働く。

【００１７】また、好ましくは、部品実装検査装置において、測定手段によるレーザ光を略平行に照射する光学系を基材に対して所定距離分離間して配設して、部品の端部による陰の影響を少なくして、自動検査するように働く。

【００１８】また、好ましくは、部品実装検査装置において、レーザ光の照射後の反射光の位相変化を検出するために、基材と部品に対して照射させた反射光と、部品に対して照射される前のレーザ光と、レーザ出力部から発射後のレーザ光の光路の一部分を共有化するとともに、照射される前のレーザ光を検出し第１電気信号に変換する第１検出部と、反射光を検出し電気信号に変換する第２検出部と、所定角度分異なる位相を前記電気信号に対して印加する位相変化部とを具備して、自動検査するように働く。

【００１９】また、好ましくは、部品実装検査装置において、前記自動検査結果を出力する出力手段をさらに具備して、自動検査結果を画像出力などするように働く。

【００２０】また、好ましくは、基材上に実装された部品及びまたは実装する部品の有無と実装状態とが自動検査された基板であって、基材上に実装されるべき部品の実装後の実装状態データを制御手段に対して記憶するとともに、制御手段に接続され、かつ高周波で強度変調されるレーザ光を基材と部品に対して略平行に照射して、
照射後の反射光の位相変化を用いて距離変化を求めるレーザ強度変調測距方式の測定手段に対して基材を相対移動して部品の高さの検出データを得て、検出データと実装状態データとの比較により自動検査する。

【００２１】また、好ましくは、基板において、前記相対移動が各部品毎に少なくとも２回行なわれ、部品の姿勢の異常状態について自動検査する。

【００２２】また、好ましくは、基板において、相対移動が各部品毎に少なくとも１回行なわれ、部品の有無について自動検査される。

【００２３】また、好ましくは、基板において、相対移動が各部品毎に少なくとも１回行なわれ、部品の基材に対する浮き状態が自動検査される。

【００２４】また、好ましくは、部品は直方体乃至円形などの所定外形形状を有する表面実装式またはリード線付きの電子回路部品であり、実装状態が自動検査される。

【００２５】そして、好ましくは、自動検査を部品のハンダ付け工程の前または後において、各基材の表面または裏面の双方かいづれか一方について行なうように働く。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の好適な１実施例に付いて図面参照の上で詳細に説明する。 図１は第１実施例の概略構成図であり、高周波を発生する発信器１には半導体レーザ光を出力するレーザ光源２が接続されており、レーザ光源２から発射されたレーザ光は光束を分割するビームスプリッタ３により２方向に分割される。 この分割された光の内、水平方向のレーザ光の光束を角度走査する構造を有したガルバノミラー４に向かう。 このガルバノミラー４はパソコン１１に接続されており、パソコン１１
からの指令により走査を行なう。

【００２７】このガルバノミラー４によって反射されたレーザ光の光束は平行光束に収束するＦθレンズ５を介して測定対象である部品１５を実装するまたは実装済みの印刷回路基板６に照射される。 また、この印刷回路基板６は図中の矢印Ｙ方向にステップ駆動するモータドライバ１２に接続されたステージ１３上に載置固定される。 モータドライバ１２はパソコン１１に接続されており、パソコン１１からの指令によりステップ駆動（矢印Ｙ方向）を行なう。

【００２８】一方、ビームスプリッタ３により２方向に分割されたレーザ光の光束の内下方に向かう光束は、高速フォトダイオード９に向かってその出力を位相計１０
に入力する。 また、ガルバノミラー４によって反射されて印刷回路基板６に向かって部品１５上で反射されたレーザ光の光束は、再びビームスプリッタ３を通過してレンズ７を介して高速フォトダイオード８に入光して、その出力を位相計１０に入力して上記の高速フォトダイオード９からの出力差（位相差）を測定することにより、
部品１５の高さ測定を行なうように構成されている。

【００２９】この位相計１０には測定系全体を制御するパソコン１１が接続されており、後述の制御を行なう。

【００３０】以上説明の出力差（位相差）を測定することにより、部品１５の高さ測定を行なうためのレーザ強度変調法による測距について、次に説明する。

【００３１】レーザ強度変調法による測距は、高周波で強度変調されたレーザ光が物体に当たって帰ってくるときの強度の位相変化を用いて距離の変化をもとめるものであって、この方法の特徴は、パルス光が物体に当たって帰ってくるまでの飛行時間の変化そのものを測って距離変化を求めるＴＯＦ（Time ofFlight）法よりも低い周波数特性の回路が使用可能なことから近年多く用いられている。

【００３２】また、このレーザ強度変調法は、位相が３
６０度ごとに繰り返すことや、雑音に対してはＴＯＦ法ほど強くないことから、近距離の測距に特に適した方法である。

【００３３】以下にレーザ強度変調法の原理を一般式を用いて説明すると、強度変調周波数ｆ，光の位相速度ｃ
のレーザ光を２つの行程に分岐し、この２つの行程の長さをそれぞれｌ，Ｌとして、その距離の差を、

【００３４】

【式１】Ｄ＝Ｌ−ｌ …（イ） とする。

【００３５】この２つの道筋を伝わったあとの位相差の変化を２πφとすると、

【００３６】

【式２】

【００３７】

【式３】

【００３８】通常は周波数ｆを固定し、Δｆ＝０とすることで、Δφを求めΔＤを決定する。 すなわち、１周期の間に光が進む距離、すなわち波長をλとすると、
（ハ）式より、

【００３９】

【式４】

【００４０】また、（ハ）式において、ｆを固定するかわりに、φを一定にして、Δｆを計測し、ΔＤを求めることも可能である。 すなわち、（ハ）式より、

【００４１】

【式５】

【００４２】

【式６】

【００４３】（ヘ）式において、ΔＤの精度向上のためには、距離差Ｄが小さいほどよいが回路的制約から、Δ
ｆを大きくとれない場合が多い。 特にアンプの群遅延特性の変化や、ゲインの周波数依存性による変化は問題になる場合が多い。 したがつて、距離差Ｄは回路特性によつて変更される。

【００４４】位相差を固定するこの方法では、必要なダイナミツクレンジが波長λに比べて小さいとき、周波数変化Δｆが少なくてすむので、安価な回路が適用できる。

【００４５】従来これらの方式は、精度が１cm程度と悪く、小さなチツプ部品の位置測定などには適用できないと思われてきたが、近年、半導体レーザ、高周波部品、
位相計測部品の高速化・低価格化が可能となり、実施例のごとく、チツプ部品の位置測定にも利用可能となつた。

【００４６】以上の構成において、高速フォトダイオード８で光電変換された高周波信号と、高速フォトダイオード９により光電変換された高周波信号は、位相計１０
により位相差を計測されて、位相差の指示値がパソコン１１にとりこまれる。

【００４７】パソコン１１は、位相差の変化量と、レーザ光の強度変調の周波数より高さ測定値を求め、必要精度に応じて、あらかじめ求めてあるオフセツト値、回路特性や光学特性などの補正定数より高さ測定値を補正し、部品の高さの変化量を求めて、あらかじめプログラムされた判定基準により部品の有無・姿勢などを判断する。

【００４８】このようにして測定する次の測定点が、ガルバノミラー４の回転によるだけでは、走査不能な領域である場合には、パソコン１１はモータドライバ１２に指示し、ステージ１３を動作させて、ガルバノミラー４
がレーザ光を走査可能な地点まで、印刷回路基板６を移動させる。

【００４９】このような動作を必要回数くりかえすことにより、所望の部品の有無・姿勢・取付精度を自動計測・検査することができる。

【００５０】以下に部品有無検査と部品実装状態検査の１動作例について説明する。 部品の有り無しは、実装上最大の欠陥であるとともに、もつとも頻繁に出現する不良であるが、部品１５の高さ測定が、上述のように死角なしに行える測定方式の場合には、部品の有無検査は単純に実現可能である。

【００５１】即ち、ステージ１３とガルバノミラー４を走査して、部品実装予定位置のほぼ中心に、レーザビームを照射し、照射地点までの距離を計測する。 実装位置における印刷回路基板６の実装以前の高さである距離測定器までの距離と、実装後の高さに、距離測定器の誤差範囲以上の差がない場合には部品は未実装であり、取付部品の高さと誤差範囲以上の差がなければ部品は実装されていると判断できる。 どちらでもない場合には、基板６や部品１５になんらかの誤りがあると判断できる。

【００５２】印刷回路基板６の実装以前の高さは、製品基板ひとつひとつについて、あらかじめ測定することも可能であるが、典型的なサンプルひとつだけ計測しておき、パソコン１１内にデータ保持することも可能である。

【００５３】図２はこのように典型的なサンプルデータをパソコンに予め入力して行なう制御フローチャートであり、検査開始に前後して典型的なサンプルデータの読み込みがステップＳ１において行なわれる。 つづいて、
ステップＳ２ではレーザ光の走査が行なわれて走査データをパソコン１１の例えばＲＡＭ領域に一旦取り込みサンプルデータとの比較が行なわれる。 （ステップＳ３）
この比較結果が、合致する場合には部品有り状態を判断されて次の実装位置の検査に進む。 一方、ステップＳ４
において、合致しない場合には、パソコン１１に接続される不図示の表示装置などに部品実装無しのメッセージを出力して終了する。 以上で部品の有無検査装置に本発明を実施した場合の説明を終えて、次に部品実装状態を検査する装置の説明に移る。

【００５４】部品の姿勢や取付精度の測定は、一括ハンダ付け実施後に行われる重要な測定であって、特に半田付加熱過程で、軽量なチップ部品が、直立したり、ズレ・回転などの挙動を示し、正常な電子部品としての動作を期待できない実装状態に固定されてしまう場合があるために行われる。 このように、部品実装状態検査装置は部品の姿勢、取付精度の検査を行うもので、その検査手順フローについて以下に述べる。

【００５５】ここでは、姿勢の測定と取付精度の測定には本質的な差はないので、主に姿勢測定について説明して、取付精度の測定の説明は割愛する。

【００５６】先ず、レーザレーダ法と呼ばれる距離計測に付いて図５の原理図に基づいて説明すると、図中の破線図示のレーザビームがガルバノミラー４を用いることで、基板６上を走査できることを説明する。

【００５７】前述の走査用のレンズ５は光学ガラスで作られたＦθレンズを呼ばれるレンズである。 このＦθレンズとはレーザビームプリンタなどんの走査型光学装置に用いられるものであり、θを光学系の射出瞳（本光学系ではガルバノミラー４または３４に相当する）に光線が入射する角度とし、ＦをＦθレンズの焦点距離としたとき、結像面の基板における像高さ（基板上においては、走査方向における、光軸からの距離）Ｕは、

【００５８】

【式７】Ｕ＝Ｆθ で表されるように設計されており、これをＦθ特性を言う。

【００５９】実際のＦθレンズは数枚のレンズまたは反射鏡から構成されるものが多いが、、光学系の光軸近くしか使わない所謂近軸であれば、１枚のレンズや凹面鏡でも近似的にＦθ特性を実現できるので、測定範囲によってレンズ構成は決定されるものである。

【００６０】このレンズを用いると、射出瞳であるガルバノミラー４を回転させて、その回転量θに比例した位置変化Ｆθを起こすことが可能であり、このような走査方法は広くレーザビームプリンタなどに用いられている。

【００６１】レーザビームプリンタで走査レンズを用いるのは、等速度、等光量でレーザビームを感光ドラム上に走査させるためであり、ポリゴンミラー、振動鏡、ホログラムなど、多数ある走査方式ごとにレンズのＦθ特性を変更して用いるが、本実施例ではガルバノミラーを用いてパソコン１１が指示した位置にレーザビームを照射する構成である。

【００６２】図５において、破線図示のレーザビームを横方向位置Ｕ１からＵ２へ距離計測しながら走査する場合において、パソコン１１はＵ＝Ｆθの関係より、位置Ｕ１に相当するガルバノミラーの回転角θ１を計算する。

【００６３】パソコン１１は不図示のモータコントローラに対して、ガルバノミラー４が角度θ１へ回転するよう指示を行う。 このようにして、レーザビームの照射位置はＵ１となる。 その後、パソコン１１が何も指示しなけらばレーザビームＵ１はいつまでも静止している。

【００６４】測定準備完了後に、パソコン１１はモータコントローラに等速度でモータが回転するように指示をする。 このようにすれば、レーザビームは等速度で基板上にスポットを結びながら移動する。 ガルバノミラー４
の回転方向はレーザビームが位置Ｕ２方向に移動する方向である。

【００６５】このように等速度で測定位置を移動させながら、一定周期で測定対象の基板６乃至基板上の部品１
５までの距離測定を行うと、測定対象上での横位置を高さの関係を等間隔で得ることができる。

【００６６】レーザビームがＵ２＝Ｆθ２の位置まで回転した時点で、パソコン１１はガルバノミラー４の回転を終了させ、これで１断面形状の計測を実行終了する。

【００６７】次に、このように基板上の高さ分布が容易に得られる測定器が実現できたときに、どのように部品の姿勢判定が行えるのかについて以下に述べる。

【００６８】図３はプリント基板６に実装された略直方体のチップ部品１５を、基板の上面から見た平面図であって、チップ部品１５を本測定器により基板上面方向（紙面に垂直方向）から断面形状測定した高さ出力の模式図であり、同図において１５ａはチップ部品１５の両端に設けられた電極である。

【００６９】ここで、説明を易しくするために、図３の（ａ）に図示のように、紙面の四辺に平行にチップ部品１５が配置された場合が正常な取付状態であり、（ｂ）
のように紙面に対して斜めに表記されている場合を異常状態として示している。 各状態においてガルバノミラー４の回転により紙面横方向へステージ１３の移動により紙面縦方向へ、夫々距離測定用のレーザビームが移動するように基板６が置かれている場合を考える。 すなわち、部品１５の実装状態の異常検出を以上説明の距離形状測定器で計測した、高さ分布から判断するためには、
図３の（ａ）に示される線分Ａ、Ｂのように２か所での断面形状測定により部品１５のエッジ位置の座標を判断して部品１５の姿勢を判定するのが確実簡単な方法である。

【００７０】図３にさらに図４のフローチヤートを参照して、測定手順につき以下に述べると、測定の前提として基板上の部品の測定すべき位置座標は、パソコン１１
のメモリ上に予め記憶されており、その座標にレーザビームを照射するめには、縦方向はステージ１３を駆動して載置された基板６を移動させることで、横方向はガルバノミラー４を回転させることで実現可能に構成されている。 このような構成の場合には、パソコン１１は単にステージ１３とガルバノミラー４の駆動モータの夫々を数値制御することで、任意の位置にレーザビームを照射可能にでき、上述の手法による断面形状測定による高さ分布測定が可能となる。

【００７１】そこで、先ず予めステージ１３の位置を部品１５の座標を基に、線分Ａの位置が測れるように縦移動しておく。 例えば、部品１５の中心位置の座標と部品１５の縦横の寸法が分かっていれば、縦方向は中心位置より部品縦寸法の半分以内で上側に、横方向は部品左端より若干外側に位置付けて、そこを初期位置にとる。 次に、ソフトウエア上の所定の設定の終了後に、ガルバノミラー４を回転させて、線分Ａをレーザビームが移動するように走査し、レーザビームが照射された位置での高さを逐次計測し続けると、横軸がガルバノミラー４への指示値、縦軸が基板との相対的な高さに相当する図３の（ａ）に示される出力Ａを得る。

【００７２】ガルバノミラー４の回転量とレーザビームの紙面横方向の位置の座標は１対１に定まるので、図４
のステツプＳ１１において、出力Ａの横軸は基板６の位置を正確に示すようになる。

【００７３】その後、ステージ１３の位置を線分Ｂが測れる位置まで縦移動（図４のステツプＳ１２）し、上記の出力Ａを求めた方法と同様な走査により図３の（ａ）
の出力Ｂを得る（ステツプＳ１３）。 ただし、本実施例では高速化のために往復運動するガルバノミラー４の往路で線分Ａのデータを得て、復路で線分Ｂの測定をする。

【００７４】図３の出力Ａ、Ｂの立ち上がり、立ち下がり部分が部品のエッジ位置を示しているので、基板６の高さよりも、所定閾値分高く（測定器に対して近く）なった部分の横方向位置をエッジ位置と判断することができる。

【００７５】ここで、閾値決定法に付き補足説明すると、図３において台形の高さの高い部分がチップ部品部分で、両端の低い部分が基板の高さを示している。 この基板の高さであるオフセット値と最大値との差がチップ部品の高さを示している。 また、レーザビームの径はチップ部品の大きさに比べて十分に小さく、通常は５０乃至１００ミクロン程度であり、部品のエッジ付近の測定結果はレーザビームの径に依存して傾くので、通常は最大高さ値と基板の高さオフセット値の中間値を演算より求めて、その５０％位置をエッジとしている。

【００７６】図３の（ａ）のように基準通りに紙面に平行に取付られている場合には線分ＡをＢのエッジ位置の座標は、誤差範囲内で一致している。 しかし図３の（ｂ）のように斜めに取りついている部品の場合には測定位置ＣとＤでのエッジ位置は測定誤差以上の差を生じる。 （ステツプＳ１４、１５）このエッジ位置の差が、
予めパソコン１１に入力設定されている規格値を上回った場合、パソコン１１は実装状態の異常を出力し、次の測定へと移行する（ステツプＳ１６）。 また、測定終了後に異常状態を修正するために図示されていないロボットハンドを用いて、図３の（ｂ）に図示のように傾いて置かれた部品を吸着し、上述の測定で求められた傾き量分を逆回転させ、正常な姿勢にて、再び基板に置き直す場合にこの傾き検出量のデータを用いる。

【００７７】また、上述のようにエッジの位置の差で傾き角を判断する方法の他に、右エッジと左エッジの中間の位置や、右エッジと左エッジの間での高さ分布の加重平均位置を比較しても全く同様に傾きを求めることができる。 以上説明の手法の得失は測定対象部品の両端間において、どのような信号比Ｓ／Ｎが得られるかに依存するので、部品の形状や色などによって取捨選択する。 以上のような手段により代表的な部品取り付けミスである傾きを検出できる。

【００７８】ここで、以上説明の手法のほかに、回転方向の姿勢異常は問題にせず、部品１５の紙面に対して左右の位置異常のみを検出すれば良い場合は、上述のようにあ２回の断面測定をする必要はなく、１回だけ縦方向の中心位置をレーザ走査すれば、そのときのエッジ位置から部品位置を求めることが可能である。

【００７９】また、チップ部品がハンダ付け後に、電極１５ａの片方を支点にして立ち上がる場合や、基板６に対して浮き上がる不良も、正常な場合との高さ分布が違うことを比較することで検出できる。

【００８０】以上説明したように、ガルバノミラー４を使用しているため、レーザ光をランダム走査することも、またラスター走査することも可能であり、部品形状や測定項目によつて走査方式を選択できる。 また、レーザ光の射出・受光光路を共通にしているので小型化／一体化を容易に行なえる。 しかも制御用にパソコン１１を使用しているために、レンズなどの光学系の収差や、アンプなどの電気系の非線形をあらかじめ計測しておき、
測定結果を補正することも容易に実現できる。

【００８１】また、パソコン１１には、種々の判断機能、表示機能を持たせることが可能なため、部品欠損時の警告や補充、部品ズレ量の補正などを作業者や他の自動機器に指示したり、部品の配置を表示して、視覚化したりすることも可能である。

【００８２】そして、発振周波数を発信器１に対してパソコン１１から直接指示できるため、測定精度に適した周波数を選択することができる。

【００８３】たとえば、位相差が０．１度まで検出できる場合に変調周波数を１ギガヘルツとすると、５０μｍ
程度の差まで検出可能であるが、１センチメートル以上の段差を測定する場合には大きな位相差となり、回路の要求精度が高くなるが、この場合には周波数を１００メガヘルツ程度まで下げて位相の速度を小さくすればよい。 また、位相計１０の出力が一定値になるような周波数を求める方式で、（ヘ）式を用いて、部品高さの変化を求めることも実行可能である。

【００８４】さらに、位相計１０は通常の製品でも、入力信号の位相差だけでなく入力信号の強度も測れるものが多いので、レーザ光の反射光量も計測できることから、単に部品までの距離だけでなく、部品上面の反射率を求めることも可能で、高さだけでなく、反射率をあわせて判断することで、より確実に部品の有無や、測定場所の材質などを判断することができる。

【００８５】また、走査の一方向のみガルバノミラを用いているため、民生用レーザビームプリンタなどと等価な光学系を使用できるので、安価な光学レンズの使用ができる。

【００８６】以上説明の実施例の他に、レーザ光走査のためのガルバノミラーの代わりにポリゴンミラーを用いることができる。 この場合には、安価、かつラスタ走査速度を向上することができる。 またパソコン１１で距離を画像化して、市販の画像処理装置で部品の位置精度などを計測することも可能となる。

【００８７】一方、レーザの変調方式として実施例で述べた半導体レーザの直接変調法以外の方法であるＡＯ・
ＥＯ素子による変調、２周波レーザによるビートを利用した変調などを使用することが可能である。 この場合にはより正弦関数に近い形状の変調が得られるので、測定精度がより向上する。

【００８８】さらにまた、レンズ７と高速フォトダイオード８を光学系の外の、印刷回路基板６からの錯乱光を観察可能な場所に設置することも可能である。 この場合、多少死角が増加するが、ビームスプリッタ３の分割比を自由に設定できるため、レーザ光の使用効率を改善できる。 またフォトダイオードの数を２個以上にすることも可能である。

【００８９】次に、図６と図７は第２実施例を示すブロック図である。

【００９０】本図において、２０は本測定器全体を制御計算するコンピュータ、２１は発振器制御用インターフェース、２２はデジタル数値を加算する加算器、２３は局部発振周波数発振器、２４は変調信号発振器、２５はレーザダイオードの平均出力を制御するコントローラ、
２６はＤＣ電流と高周波電流をミキシングするバイアス重畳回路（以下高周波用語であるバイアスＴと呼称する）、２７はレーザ光を発光するレーザダイオード、２
８はレーザ光を分離するビーム分割鏡、２９はレーザ光を集光するレンズ、３０はレーザ光を光電変換し参照信号電圧を発生するフォトダイオード、３１はフォトダイオードに電圧を印加する高圧電源、３２は信号中のＤＣ
電流と高周波電流を分離するバイアスＴ、３３はレーザ光を中心部だけ透過するようにした穴あきミラー、３４
はレーザ光を一方向に走査するガルバノミラー、３５はガルバノミラーへ制御信号を出力するインターフェース、３６はガルバノミラーへ駆動電圧を供給するガルバノコントローラ、３７はレーザ光の走査角度に比例した位置にレーザスポットを結ぶＦθ特性を有する光学系、
３８は被検物である基板を保持し走査するステージ、３
９は被検物である基板、４０は反射してきた光を集光するレンズ、４１は反射光を光電変換し測定信号電圧にするフォトダイオード、４２は信号中のＤＣ電流と高周波電流を分離するバイアスＴ、４３は移相量制御用のインターフェース、４４は高周波の位相を移相する移相器、
４５，４６はフォトダイオードの出力と参照信号を乗算し、差の周波数を出力するヘテロダイン用乗算器、４７
は入力信号と同じ位相の信号および９０度位相のことなる信号の２信号を発生する基準信号作成器、４８は微小な電圧を増幅するアンプ、４９，５０は位相検波するための同期検波回路、５１，５２は電圧を計測してデジタル化するＡＤ変換器、５３はステージ駆動用パルスモータコントローラインターフェース、５４はステージを駆動するパルスモータドライバ、５５はコンユータ内の中央演算回路（ＣＰＵ）、５６はコンピュータ内の数値演算プロセッサ（ＮＤＰ）、５７はコンピュータ内の画像メモリ、５８は測定結果を表示出力するモニタである。

【００９１】以上の構成において、コンピュータ２０は測定に適した周波数、本実施例では４００から５００Ｍ
Hzの間の一周波数（たとえば４５０ＭHz）にてレーザダイオード２７を変調するため、インターフェース２１を介して、発振器２４にデジタル値で周波数値を指示する。 ４５０ＭHzの正弦波で発振した発振器２４の出力はバイアスＴ２６にて、レーザダイオードコントローラ２
５の直流出力と混合されて、レーザダイオード２７に高周波電流が加えられる。

【００９２】レーザダイオード２７は印加された電流にほぼ比例する光量で発光し、その出力は正弦波で変調される。 レーザダイオード２７を射出したレーザ光は一部ビーム分割鏡２８で分割され、レンズ２９にてフォトダイオード３０へ導かれる。 フォトダイオード３０および後述の４１には高圧電源３１により電圧が印加されており、５００ＭHzという高速の変調光も問題なく光電変換できる。

【００９３】光変換されたフォトダイオード３０の信号はバイアスＴ３２により高周波成分のみ取り出されて、
これを位相計測の参照信号としている。 また、ビーム分割鏡２８を通過した光は穴あきミラー３３の中心穴を通過し、走査用ガルバノミラー３４に入射する。

【００９４】ここで、ガルバノミラー３４とステージ３
８の動作について説明すると、コンピュータ２０はインターフェース３５を介して、ガルバノモータコントローラ３６に回転量を指示しガルバノミラー３４を回転し、
光学系３７にレーザ光が入射する角度が走査される。

【００９５】ここで、光学系３７はＦθ特性をもつのでガルバノミラー３４の回転角に比例した基板上の位置にビームスポットを結ぶ。 とくに、本実施例では、図８のようになるべく垂直に被検物である基板３９にレーザが入射し、部品による死角がないようにしている。

【００９６】ガルバノミラー３４の走査方向に直交する方向への基板３９の移動は、コンピュータ２０よりパルスモータコントローラインターフェース５３を通して、
パルスモータドライバ５４に指示され、ステージ３８が駆動することにより実現される。 この動作は、前述の第１実施例で説明した部品検査アルゴリズムを実現するうえで必要不可欠なものである。

【００９７】ステージ３８により位置決めされた、基板３９の表面や部品により散乱された光のうちレンズ３７
方向に散乱された成分は、レンズ３７によりふたたび平行光化され、行きと逆方向である筋道をたどり、ガルバノミラー３４に反射され、穴あきミラー３３表面で反射され集光レンズ４０にて、フォトダイオード４１に導かれる。

【００９８】このフォトダイオード４１に入射した計測光は、フォトダイオード３０に入射した参照光に比べて、飛行時間差に比例した位相差をもっているので、基板までの光学的距離変化の情報を位相差の形で保存している。 フォトダイオード４１により光電変換された信号はバイアスＴ４２によりＤＣ成分を除去されて、高周波のみにされ、これが位相を計測すべき計測信号となる。

【００９９】ここで、フォトダイオード３０の出力である参照信号と、フォトダイオード出力４１の出力である計測信号の位相差を計測すれば、前述の原理説明のとおり、距離変化が求まるのであるが、現在の電気回路技術では５００ＭHz程度の信号の位相を直接的に１度以下の分解能で計測するのはコスト的に困難である場合が多い。 これは、５００ＭHzの、波の位相差１度は１ｐ（ピコ）秒近くの時間精度の回路技術がないと、計測できないことに起因する。 そこで、本実施例ではラジオ回路などで、常用されているヘテロダイン回路の手法で周波数３ケタ程度低下させて位相計測を行う。

【０１００】ここでは本実施例のヘテロダイン検波回路について述べると、まずヘテロダインの原理は、良く知られているように、角周波数ω１とω２の２つの周波数の信号を乗算した場合を考えた場合に出力Ｐは次式の

【０１０１】

【式８】 Ｐ＝ｓｉｎ（ω１ｔ＋φ１）×ｓｉｎ（ω２ｔ＋φ２） （ここでｔは時刻、φ１φ２はそれぞれの位相である） ＝１／２（ｃｏｓ（（ω１−ω２）ｔ＋（φ１−φ
２））＋ｃｏｓ（（ω１＋ω２）ｔ＋（φ１＋φ２）） となる。

【０１０２】ここで、第二項は非常に高い周波数になるので、容易に分離できるため、実際に乗算出力されるのは第一項だけである。 したがって、 角周波数ω１−ω２、位相φ１−φ２ で振動する信号が得られ、φ２を位相の原点に選べば、
φ１の変化を検出することができる。 この場合、ω１の信号をラジオ周波数入力（ＲＦ）、ω２の信号を局部発振周波数入力（ＬＦ）と呼ぶことが多い。

【０１０３】この動作を行うためにはヘテロダイン乗算回路と局部発振信号源が必要であり、その動作を実施例にて説明すると、上述のとおり、局部発振周波数は測定すべき信号に対して、極少ない周波数差を持たねばならないので、極部発振器２３は、変調信号発振器２４に対して、１００ＫHz程度の固定された差を持たねばならない。

【０１０４】そこで、発振器制御用インターフェース２
１のデジタル指示値に、デジタル加算器２２で１００Ｋ
Hz分指示値を加えて、極部発振周波数発振器２３に指示値入力している。 このようにすることにより、指示発振周波数によらず、いつでも同じ周波数差の信号を得ることができる。

【０１０５】こうして発振した局部発振は乗算器４５、
および４６に入力され、参照信号と計測信号がヘテロダイン効果により、まったく同じ周波数１００ＫHzの信号となり、２信号の周波数も保存されている。

【０１０６】この時点では、まだ計測信号のほうはμＶ
程度の微小な電圧であることが多いので、アンプ４８で増幅している。 このように、低周波にしてから増幅することが可能であれば、高周波増幅に向かないアンプでも位相特性よく測定できる。

【０１０７】ここで、低周波の位相計測法について説明すると、低周波の位相検波は、ヘテロダイン方式を用いる必要はない。 これは周波数の帯域を十分せまくできるため、同じ周波数で検波しても十分なＳ／Ｎが得られるためである。

【０１０８】これを同期検波と呼ぶがその原理について説明しておく。

【０１０９】同期検波は前述のヘテロダイン検波を、周波数差を０にして行った特殊な場合と考えてもよい。 角周波数ωが同一である２つの周波数の信号を乗算した場合を考えると出力Ｐは

【０１１０】

【式９】 Ｐ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ１）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋φ２） （ここでｔは時刻、φ１φ２はそれぞれの位相、Ａ，Ｂ
はそれぞれの振幅である） ＝１／２ＡＢ（ｃｏｓ（（ω−ω）ｔ＋（φ１−φ
２））＋ｃｏｓ（２ωｔ＋（φ１＋φ２））） となる。

【０１１１】ここで、第二項は非常に高い周波数になるので、容易に分解できるため、実際に乗算出力されるのは第一項だけである。

【０１１２】［１／２ＡＢｃｏｓ（φ１−φ２）］ したがって、 角周波数０，位相φ１−φ２ で振動成分のないＤＣ的な信号が得られ、φ２を原点に選べば、φ１の変化を検出することができる。

【０１１３】このような、乗算を行うのが同期検波回路４９，５０である。 ここで、４９，５０と２つの同期検波回路が必要である理由についてのべる。 信号の振幅Ａ
およびＢが既知で固定的なものならば、位相差φ１−φ
２を解析することは特に問題ない。

【０１１４】ところが反射光量に比例する振幅ＡＢは、
部品の反射率などにより大きく変化する。 そこでＡＢ、
およびφ１−φ２をもとめるためには２つの測定信号が必要になる。 その２つの信号には９０度位相の異なった同期検波信号を用いるのが適当である。

【０１１５】すなわち、前述のＰに対して９０度位相の違う参照信号Ｂｃｏｓ（ωｔ＋φ２）を乗じた場合に、

【０１１６】

【式１０】 Ｑ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ１）×Ｂｃｏｓ（ωｔ＋φ２） ＝１／２ＡＢ（ｓｉｎ（（ω−ω）ｔ＋（φ１−φ
２））＋ｓｉｎ（２ωｔ＋（φ１＋φ２））） となる。

【０１１７】ここで、第二項は非常に高い周波数になるので、容易に分離できるため、実際に乗算出力されるのは第一項だけである。

【０１１８】＝１／２ＡＢ（ｓｉｎ（φ１−φ２）） このようにして、

【０１１９】

【式１１】Ｐ＝１／２ＡＢ（ｃｏｓ（φ１−φ２）） Ｑ＝１／２ＡＢ（ｓｉｎ（φ１−φ２）） の２つの信号を得て、計算すれば位相差（φ１−φ２）
を得ることは容易である。 たとえば、本実施例では以下のように求めている。

【０１２０】

【式１２】

信号の位相差、すなわち本測定では距離変化を測定することが可能になるわけである。

【０１２１】また

【０１２２】

【０１２３】この値は、反射率の推定などに使用することが可能である。 これで同期検波の説明を終了する。

【０１２４】このような同期検波による位相測定を実現する手法を、本実施例で説明する。 まず、参照信号をもちいて、基準信号作成器４７で、０度と９０度の２つの信号をつくる。 この回路にはコンデンサの位相遅れ量を調整したものがよく用いられる。

【０１２５】この２つの信号を参照信号とし、アンプ４
８の出力を２分岐して、それぞれ２つの同期検波回路４
９，５０の入力とすれば、２つの参照信号による乗算結果ＣＯＳ成分、ＳＩＮ成分がそれぞれ同期検波回路４
９，５０より出力され、ＡＤ変換器５１，５２により、
デジタル数値にされて、コンピュータ２０にとりこまれる。 通常逆正接の計算は中央演算回路５５に大きな負荷を与えるので、数値演算プロセッサ５６にて高速化された逆正接演算が行われる。

【０１２６】このようにして得られた位相は、前述の実施例でのべた部品検査アルゴリズムに使用されるほか、
画像メモリに記憶され、測定者の視覚的理解に利用される。 ここで移相器４４の役割について補充しておく。

【０１２７】通常、電気回路の位相測定は０〜３６０度すべての角度で行われる場合が多い。 しかし、本測定器のように、０〜３６０度まで計測すると、距離のダイナミックレンジＤが 周波数 ｆ＝４５０ＭHz 光速度 ｃ＝３×１０ ⁸より

【０１２８】

【式１４】Ｄ＝ｃ／２ｆ＝０．３３ｍ と、電気部品の背の高さに比べて非常に長い場合には、
位相の計測範囲を±１５度程度に限定してもまったく支障がない。

【０１２９】この様な場合、２つの同期検波回路４９，
５０が出力する信号強度は、ほぼ等くすることができる。 すなわち、０度と９０度の、２つの参照信号の位相を、計測信号の位相に対して、−４５度、＋４５度の差にしておけば、数学的に正弦と余弦は４５度の位相差の時等しいので、２つの同期検波回路の出力も等しくすることができる。

【０１３０】このために、あらかじめ、インターフェース４３によって、移相器４４の移相量を調整し、０度の参照信号の位相差を、計測信号に対して−４５度の位置付近に粗調しておけばよい。

【０１３１】この調整は精度を必要とせず、基板３９上の任意の一点で、調整をおこなっておけば、部品の高さが低いので、位相差が１０度以上ずれることはない。

【０１３２】このようにすると、同期検波回路４９と５
０の出力は同じ桁の電圧となり、同期検波回路内の種々の電圧誤差や、ＡＤ変換器５１，５２の量子化誤差を同程度にみなせるため、ハードウェアの細かな調整や素子のベアリングが必要なくなるので、装置全体の部品・調整コストを低価格化できる。 また、回路内を流れる電流量も同程度とみなせるため、温度上昇などによる位相ドリフトなどが、同じ程度になるので、位相差を計測する上で、測定ドリフトが無視できるようになり、精度向上の効果がある。

【０１３３】次に、図８は図６、７のレーザ光学系の実体配置図であり、既に説明済の構成部分には同様の符号を付して説明を割愛して述べると、基板６の高さは約１
５０ミリメートルあり、部品１５が両面実装されている。 この基板６の表面から、約３００ミリメートル離れた位置において光学系３７の第１レンズ３７ｃの出力面が位置するようにする一方、第２レンズ３７ｂが隣り合って配設され、この第２レンズ３７ｃから少し離れた位置に第３レンズ３７ａが配設されている。

【０１３４】この第３レンズ３７ａには反射面の幅寸法が４０ミリメートルのガルバノミラー３４が矢印方向に回動駆動可能に設けられており、下方の穴開きミラー３
３の孔部を介してレーザダイオード２７から出力されたレーザ光を第３ミラー３７ａに対して入光させるとともに、基板と部品に対して照射された反射光を穴開きミラー３３に対して反射して集光レンズ４０に対して反射してフォトダイオード４１に対して入力可能にしている。

【０１３５】以上のように光学系を構成して、図中の破線図示のレーザ光が基板６に対して略直交するようにして、比較的に高い部品の近くに置かれる低い部品に対してもレーザ光が十分に当たるようにしている。 つまり、
高い部品のエッジの影響が低い部品に及ばないようにしている。

【０１３６】次に、部品１５が円筒部品の場合、取付位置の精度は、角型チップ部品と同様に２か所の断面形状を計測することにより求めることができるが、図９の（ａ）と（ｂ）の検査原理図において述べる。 本図において、円筒部品を基板上面からみた（ａ）が正常な取付位置を示し、（ｂ）が異常な場合を示している。

【０１３７】測定する２か所は（ａ）に図示されているように円筒中心より上と下に対象になるべき距離だけ離れた位置であり、このような位置では円筒の断面幅は等しいはずである。

【０１３８】ところが、上下方向に沿い下側にズレて置かれた場合（ｂ）は、基板６上の同じ位置の幅を測定しても、２か所の幅に大きな差を生む。 この上と下の幅の差を、限度見本と比較校正しておけば、部品取付位置の検査を行うことができる。

【０１３９】具体的には、前述の角型チップ部品と同様に、まず、あらかじめステージ１３の位置を、部品１５
の座標をもとに、線分Ａの位置が測れるように縦移動しておく。 中心位置より部品縦寸法の半分上側に、横方向は部品左端より若干外側に、位置付けて、そこを初期位置にとる。

【０１４０】ソフト上の諸設定終了後、ガルバノミラー４を回転させ、線分Ａ上をレーザビームが移動するよう走査し、レーザが照射された位置での高さを逐次計測しつづけると、横軸がガルバノミラー４への指示値、縦軸が基板との相対的な高さ、に相当する模式図上のＡのような出力を取得することができる。 ガルバノミラー４の回転量とレーザビームの紙面横方向の位置の座標は１対１にさだまるので、模式図Ａの横軸は基板６の位置を正確に示す。 その後、ステージ１３の位置を線分Ｂが測れる位置まで縦移動し、上記のＡを求めたのと、まったく同様な操作により、模式図Ｂのような出力が得られる。
ただし、本実施例では、高速化のため、往復運動するガルバノミラー４の、往路で、線分Ａのデータを取得し、
袋で、線分Ｂの測定をしている。

【０１４１】図９の（ａ）のように基準通りの位置に取りつけられている場合は線分ＡとＢのエッジ位置の座標間隔は誤差範囲内で一致している。

【０１４２】しかし図９の（ｂ）のように上下にズレて取りついている部品を考えると測定位置ＣとＤでのエッジ位置の間隔は本装置の測定誤差異以上の差を生じる。

【０１４３】このエッジ幅が、あらかじめパソコン１１
に入力設定されている規格値を上回った場合、パソコン１１は実装状態の異常を出力し、つぎの測定へと移行する。 また、測定終了後、異常を修正するために、図示されていないロボットハンドで、図９の（ｂ）のようにズレて置かれた部品を吸着し、上記の測定で求められたズレ量だけ移動させ、正常な位置にて、再び基板上に置き直すという動作にこのデータを用いることも可能である。 また、上下ではなく左右のズレの場合は、エッジ位置の絶対値自体が異常な数値となるため、位置異常を判別できる。

【０１４４】最後に、以上説明の自動検査工程を経て得られた基板例について、図面を参照して説明すると、図１０は基板６の実装後の平面図である。 本図において、
所定樹脂板材料はプレス加工などにより所定外形形状に加工される一方、４隅にステージ１３上に固定するための孔部６ｂが精度決めされて穿設されており、各実装部品１５の座標位置Ｘ、Ｙがステージ１３に固定しさえすれば自動的に決定されるようにしている。 そして、実装後に、４片の分割溝孔部６ａを切断面にして切断して完成品を得るものである。 以上の基板６上には実装パターン部６ｆが形成されており、部品１５ｂの大規模ＬＳ
Ｉ、チップ部品の抵抗器１５ｄ、コンデンサー１５ｈ，
コイル部品１５ｗ、コネクタ部品１５ｃ他が実装されており、上述の自動検査工程を経て完成品を得ている。

【０１４５】また、図１１は基板６の実装後の平面図であり、表面実装に代えて、スルーホル６ｅを多数形成しておき、リード線を挿通した後に、完成品を得る様子を図示している。 本図において、１５ｆはリードフレームを有するＩＣ部品、１５ｇはリード線を有する抵抗器、
１５ｅは発光ダイオード、１５ｋはコイル部品、１５ｈ
はコンデンサであり、基板６は上述と略同様に構成される。 ここで、図１０、１１には図示されていないが表面実装タイプのチップ部品と、スルーホール実装タイプの電子部品を共通基板上に実装しても一向に構わない。

【０１４６】尚、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。 また、本発明はシステム或は装置にプログラムを供給することによつて達成される場合にも適用できることは言うまでもない。 尚、以上説明の検査装置は電子部品を実装した回路基板について述べたが、これ以外にも利用価値の高いものであり、一般工業製品における部品の有無し・姿勢・取付精度の検査に効果的に適用できる。

【０１４７】さらに、距離測定結果が測定対象上のレーザビームのスポツトパターンに依存しないため、測定面上にキズや印刷膜などがあつても測定できる。 また、測定対象に垂直な入射方向が設定でき、かつ測定精度が距離に依存しないため、遠くはなれたところに測定対象が置ける。 このため、レンズなども口径の大きなものが使用でき、ビーム走査範囲が広くできる。

【０１４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の部品実装検査方法によれば、部品の実装間隔と高さに制約を受けることがなく、しかも反射面に濃度差がある場合にも測定値に誤差が生じることがなく、かつ部品と装置間距離を小さく設定できる部品実装検査方法を提供することができる。

【０１４９】また、本発明の部品実装検査装置によれば、部品の実装間隔と高さに制約を受けることがなく、
しかも反射面に濃度差がある場合にも測定値に誤差が生じることがなく、かつ部品と装置間距離を小さく設定した場合にも使用できる部品実装検査装置を提供することができる。

【０１５０】そして、本発明によれば、部品の実装間隔と高さに制約を受けることがなく、しかも反射面に濃度差がある場合にも測定値に誤差が生じることがなく、かつ部品と装置間距離を小さく設定した場合でも自動検査可能な基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の部品実装検査装置のブロック図である。

【図２】部品の有無検出のフローチャートである。

【図３】直方体部品の実装状態の平面図とこれに対応する高さ出力図である。

【図４】部品の実装状態検出のフローチャートである。

【図５】レーザ測距法の原理図である。

【図６】、

【図７】第２実施例の部品実装検査装置を示すブロック図である。

【図８】レーザ光学系の平面図である。

【図９】丸部品の実装状態の平面図とこれに対応する高さ出力図である。

【図１０】、

【図１１】完成基板の平面図である。

【図１２】従来の三角測量法の原理説明図である。

【符号の説明】

１ 高周波発信器、 ２ 半導体レーザ光源、 ３ ビームスプリッタ、 ４ ガルバノミラー、 ５ Ｆθレンズ、 ６ 基板、 ７ レンズ、 ８ 高速フォトダイオード、 ９ 高速フォトダイオード、 １０ 位相計、 １１ パソコン、 １２ モータドライバ、 １３ ステージ、 １５ 部品、 １６ レンズ、 １７ ＰＳＤである。