焊料印刷检查装置的制作方法

本发明涉及检查印刷在印刷基板上的膏状焊料的印刷状态的焊料印刷检查装置。

背景技术：

1、通常，在印刷基板上安装电子部件的基板生产线中，首先在印刷基板的焊盘上印刷膏状焊料(焊料印刷工序)。接着，基于该膏状焊料的粘性将电子部件临时固定在印刷基板上(安装工序)。之后，将该印刷基板引导至回焊炉，通过将膏状焊料加热熔融来进行焊接(回焊工序)。

2、通常，在这样的基板生产线中，设置有检查印刷在印刷基板上的膏状焊料的印刷状态的焊料印刷检查装置。

3、作为焊料印刷检查装置之一，已知例如对印刷在印刷基板上的膏状焊料进行三维测量，求出印刷位置、面积、高度、体积等与该膏状焊料相关的各种测量数据，将该测量数据与预先设定的检查基准数据进行比较，由此进行膏状焊料的印刷状态的是否良好判定(例如，参照专利文献1)。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特开2017-75899号公报。

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、然而，以往，在焊料印刷检查阶段，即使膏状焊料的印刷位置、面积、高度、体积等各种测量数据满足检查基准，在回焊后，如图10的(a)、(b)所示，有时发现在印刷基板1上的焊盘3附近等会附着有微小的焊料屑(以下，称为“焊料球”)205、或者在电子部件的电极25a与焊盘3的焊料接合部(熔融固化的膏状焊料)202内形成有空洞206等焊接不良(接合不良)。如果不适当地进行电子部件的焊接，则有可能不合格品的发生率提高。

3、作为在这样的回焊后发现的焊接不良的发生要因，可以想到各种各样的要因，但作为其中之一，可以想到的是由在回焊前的焊料印刷工序中、印刷在焊盘上的膏状焊料的三维形状的好或坏而导致的。

4、在加热熔融膏状焊料的回焊工序中，膏状焊料所包含的焊剂气化。另外，回焊工序中的膏状焊料的熔融从与高温外部空气接触的膏状焊料的外侧开始，向内侧进行。

5、因此，在例如如图9的(a)所示那样在印刷于焊盘3上的膏状焊料5的顶部存在凹陷5c、且如图9的(b)所示那样在该凹陷5c上载置有电子部件的电极25a的情况下，由于被称为所谓“熔融焊料的壁”等的、在回焊工序的初始阶段先熔融的膏状焊料5的露出部分5d、或载置在膏状焊料5上的电子部件的电极25a等，成为内部的未熔融的膏状焊料5所包含的焊剂及其气化气体向外部的流出路径(逃逸通道)被堵塞的状态，它们有时会积存在凹陷5c的内部。

6、之后，当积存在凹陷5c内的焊剂气化气体冲破露出部分5d(熔融焊料的壁)而猛烈地喷出时，会将熔融的膏状焊料5(或未熔融的膏状焊料5)挤出，形成焊料球205。

7、相反地，如果积存在凹陷5c内的焊剂气化气体未排出，膏状焊料5保持着该状态熔融固化，则在焊料接合部202内形成空洞206。

8、另外，在回焊后可能成为上述那样的焊接不良的膏状焊料5的三维形状不限于图9的(a)等所示那样的形成有凹陷5c的形状。例如，即使在印刷于焊盘3上的膏状焊料5的形状变形而其厚度存在偏差的情况下，焊剂气化气体从变厚的部分的排出也变差，有可能产生同样的不良情况。

9、本发明是鉴于上述情况等而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制焊接不良的发生等的焊料印刷检查装置。

10、用于解决课题的手段

11、下面，分项地对适合于解决上述课题的各方案进行说明。另外，根据需要，在对应的方案中，附加记载特有的作用效果。

12、方案1.一种焊料印刷检查装置，在回焊前(回焊工序之前的阶段、部件安装前)检查印刷在印刷基板上的膏状焊料的印刷状态，其中，所述焊料印刷检查装置包括：

13、照射单元，其能够对所述印刷基板照射规定的光；

14、拍摄单元，其能够对被照射了所述规定的光的所述印刷基板进行拍摄；

15、三维测量单元，其基于由所述拍摄单元获取的图像数据，能够获取印刷在所述印刷基板上的规定(规定位置)的膏状焊料的三维测量数据；

16、上部形状数据提取单元，其基于由所述三维测量单元获取的所述规定的膏状焊料的三维测量数据，能够提取与该膏状焊料的规定高度以上的上部部分相关的上部形状数据；以及

17、上部形状是否良好判定单元，通过将与所述规定的膏状焊料相关的上部形状数据和规定的判定基准进行比较，至少能够判定与所述规定的膏状焊料的上部部分相关的三维形状是否良好。

18、此外，在以下的方案中也是同样的，作为上述“规定高度”，能够设定除了规定的高度基准面(测量基准面)以外的任意的高度位置。例如能够设定从印刷膏状焊料的焊盘的上表面、其周边的抗蚀剂的上表面等规定的高度基准面的高度位置起规定距离的上方的高度位置、从测量出的膏状焊料的顶部的高度位置向下规定距离的高度位置等。

19、按照上述方案1，首先，根据对印刷于印刷基板上的规定的膏状焊料进行拍摄而获得的图像数据，获取该膏状焊料的三维测量数据。接着，基于该规定的膏状焊料的三维测量数据，提取与该膏状焊料的规定高度以上的上部部分相关的上部形状数据。然后，通过将该上部形状数据与规定的判定基准进行比较，来判定规定的膏状焊料的上部部分的三维形状是否良好。

20、作为一例，能够例举出如下构成等：将与印刷在成为检查对象的规定位置的焊盘上的规定的膏状焊料的上部部分相关的三维形状(上部形状数据)与作为规定的判定基准而预先设定的规定的三维形状(上部形状数据)进行比较，根据其差是否处于允许范围内来进行是否良好判定。

21、在此，作为预先设定的“规定的判定基准(规定的三维形状)”，例如能够采用作业者视为合格品的具有规定的三维形状的膏状焊料的上部部分所涉及的上部形状数据、在回焊后未发现焊接不良的规定位置(与检查对象相同的位置)的焊盘上印刷的回焊前的膏状焊料的上部部分所涉及的上部形状数据等。

22、根据本方案，能够在回焊前的焊料印刷检查工序中事先检测如以往那样仅通过对印刷在印刷基板上的膏状焊料的面积、高度、体积等进行比较判定的检查难以检测出的、可能成为在回焊后发现的作为焊接不良(焊料球、空洞等)原因的膏状焊料的形状不良部位(凹陷等)。其结果是，能够抑制回焊后的焊接不良的产生。

23、此外，在本方案中，由于被构成为：不是针对印刷在印刷基板上的规定位置上的膏状焊料的三维形状的整体，而是仅针对该膏状焊料的上部部分的三维形状(上部形状数据)进行是否良好判定，所以与对该膏状焊料的整体进行是否良好判定的情况相比，能够减轻处理负担。

24、如图8的(a)所示，印刷在印刷基板1的焊盘3上的膏状焊料5的截面形状理想的是大致矩形形状，但现实中，如图8的(b)所示，由于印刷时的膏状焊料5从丝网掩模开口部的边缘渗出、印刷后的焊料粒子从膏状焊料5的侧面崩塌等，在膏状焊料5下部的与焊盘3的连接根部形成平缓地倾斜扩展的裙围部5a。

25、这样形成的焊料裙围部5a其形状当然不稳定，每个膏状焊料5的形状不同。因此，假设在将包含焊料裙围部5a的膏状焊料5整体的三维形状作为比较检查对象的情况下，不得不将判定基准的允许范围设定得较大，检查精度有可能降低。另外，处理负担也显著增大。

26、由于包含焊料裙围部5a的膏状焊料5的下部部分的形状不良而可能产生的问题主要是能够基于膏状焊料5的二维形状等来进行是否良好判定，如面积不良、位置偏离、有无跨越多个焊盘之间而存在而使印刷基板上的电路短路的焊料桥等，不一定非得进行三维形状的是否良好判定。

27、即，根据本方案，通过排除膏状焊料的下部部分(裙围部)的三维形状检查，能够实现以往事实上难以达成的检查效率以及高检查精度的膏状焊料的三维形状检查。

28、方案2.根据方案1所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，包括识别单元(生成模型)，其针对具有从输入的形状数据中提取特征量的编码部(编码器)和从该特征量重构形状数据的解码部(解码器)的神经网络，仅将与合格品的所述膏状焊料相关的所述上部形状数据作为学习数据进行学习而生成，

29、所述上部形状是否良好判定单元包括：

30、重构形状数据获取单元，其能够获取将由所述上部形状数据提取单元提取出的与所述规定的膏状焊料相关的所述上部形状数据作为原上部形状数据输入到所述识别单元而重构出的与所述规定的膏状焊料相关的所述上部形状数据作为重构上部形状数据；以及

31、比较单元，其能够将所述原始上部形状数据与所述重构上部形状数据进行比较；

32、其中，能够基于所述比较单元的比较结果，判定与所述规定的膏状焊料的上部部分相关的三维形状是否良好。

33、在以下的方案中也是同样的，作为上述“学习数据”使用的“合格品的所述膏状焊料的所述上部形状数据”，能够使用在此前的焊料印刷检查中蓄积的形状数据。例如能够利用在回焊后未发现焊接不良的印刷基板的焊盘上印刷的回焊前的合格品的膏状焊料的上部部分所涉及的上部形状数据等。不限于此，也可以利用印刷膏状焊料后作业者通过目视选择出的、没有凹陷、偏差等形状不良的合格品的膏状焊料的上部部分所涉及的上部形状数据等。

34、另外，上述“神经网络”例如包括具有多个卷积层的卷积神经网络等。上述“学习”例如包括深层学习(深度学习)等。上述“识别单元(生成模型)”例如包括自动编码器(自编码器)、卷积自动编码器(卷积自编码器)等。

35、另外，在回焊后可能成为产生焊料球、空洞等焊接不良的原因的膏状焊料的不良部位的形状与合格品的形状不同，是多种多样的。因此，如上述方案1那样，即使构成为排除与膏状焊料的下部部分(裙围部)相关的三维形状检查，仅判定与膏状焊料的上部部分相关的三维形状(上部形状数据)是否良好，实质上也不可能：存储全部不良形状的图案，通过图案匹配等来检测出作为检查对象的膏状焊料的不良形状。

36、另外，膏状焊料是用焊剂搅拌约30μm左右的微小的焊料粒子而制成的，因此容易走样，即使在同一印刷基板上，印刷在各焊盘上的形状也是各种各样的。因此，即使假设将规定的合格品形状作为判定基准进行存储，将偏离其允许范围的形状判别为不良的结构，设定判定基准本身也很困难，有可能非常难以制作用于检测膏状焊料的形状不良部位的算法。

37、与此相对，根据上述方案2，使用学习神经网络而构建的自编码器等识别单元(生成模型)，判定在印刷于印刷基板的焊盘上的膏状焊料的上部部分是否存在可能成为在回焊后产生焊料球、空洞等焊接不良的原因的形状不良部位。由此，能够高精度地检测以往难以检测的膏状焊料的形状不良部位。

38、而且，在本方案中，将对作为检查对象的规定的膏状焊料三维测量而得到的原上部形状数据(原上部形状数据)和基于该原上部形状数据进行重构而得到的重构上部形状数据(重构后的上部形状数据)进行比较，因此在进行比较的两个形状数据中，没有由于作为检查对象物的印刷基板侧的拍摄条件(例如印刷基板的配置位置、配置角度、挠曲等)、检查装置侧的拍摄条件(例如照明状态、相机的视场角等)的差异的影响，能够更准确地检测形状不良部位。

39、另外，假设在进行与印刷在印刷基板上的规定位置的焊盘上的膏状焊料相关的三维形状检查时，作为是否良好判定基准，在需要与成为检查对象的规定位置的焊盘及印刷在此处的膏状焊料相关的印刷设定信息(位置数据、尺寸数据、形状数据等)的结构中，预先存储格博数据(gerber data)等基板设计信息，每次都获取与成为检查对象的规定位置的焊盘及印刷在此处的膏状焊料相关的印刷设定信息，一边与该印刷设定信息进行比较一边进行印刷在作为检查对象的规定位置的焊盘上的膏状焊料的三维形状的是否良好判定，因此检查效率有可能显著降低。另外，需要准确地进行印刷基板向检查位置的定位。

40、与此相对，根据本方案，被构成为利用自编码器等识别单元来进行印刷于各焊盘的膏状焊料的三维形状检查，因此不需要预先存储存在于印刷基板上的多个焊盘以及对它们分别印刷的膏状焊料各自的印刷设定信息，在三维形状检查时也不需要参照该印刷设定信息，因此能够实现检查效率的提高。

41、进而，不需要如将作为检查对象而三维测量出的规定位置的膏状焊料的上部部分所涉及的上部形状数据与对应于该规定位置而预先设定的规定的判定基准(合格品的上部形状数据)进行比较的情况等那样，进行检查对象与判定基准的位置匹配、与检查对象相匹配地使判定基准的朝向(姿势)旋转等调整，因此能够实现三维形状检查的高速化。其结果是，对一个膏状焊料的三维形状检查所涉及的处理数显著减少，能够显著加快检查处理速度。

42、方案3.根据方案1或2所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，

43、所述上部形状数据提取单元被构成为：能够通过从由所述三维测量单元获取的所述规定的膏状焊料的三维测量数据中，舍去下部形状数据，来提取所述上部形状数据，所述下部形状数据与至少包含所述规定的膏状焊料的裙围部在内的该膏状焊料的小于规定高度的下部部分相关。

44、此外，如上所述，上述“规定高度”除了规定的高度基准面(测量基准面)以外能够任意地设定。例如，既可以将“规定高度”设为(1)从焊盘的上表面、抗蚀剂的上表面等规定的高度基准面起“焊料的一个粒径的高度”，也可以设为(2)从规定的高度基准面起“20～40μm的高度”，也可以设为(3)“成为合格品的膏状焊料的印刷高度的1/3的高度”，也可以设为(4)“焊料印刷时使用的丝网掩模的厚度的1/3的高度”。

45、方案4.根据方案1至3中任一项所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，

46、所述照射单元被构成为能够照射三维测量用的光(例如具有条纹状的光强度分布的图案光)作为所述规定的光，

47、所述三维测量单元被构成为基于照射所述三维测量用的光而由所述拍摄单元获取的图像数据，能够获取所述规定的膏状焊料的三维测量数据。

48、根据上述方案4，例如利用规定的三维测量法，获取膏状焊料的三维测量数据，由此能够更高精度地掌握包含形状不良部位的膏状焊料的三维形状。其结果是，能够实现检查精度的提高。

49、此外，作为上述“三维测量法”的一个例子，能够例举出基于在相位不同的多种图案光下获取的多种图像数据来获取三维测量数据的相移法等。

50、方案5.根据方案1至4中任一项所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，包括三维是否良好判定单元，所述三维是否良好判定单元基于由所述三维测量单元获取的所述规定的膏状焊料的三维测量数据，能够对与该规定的膏状焊料相关的规定的三维信息(例如体积、高度等)进行是否良好判定。

51、按照上述方案5，在上述方案1等的结构的基础上，还对膏状焊料的规定的三维信息(体积、高度等)进行是否良好判定，由此，可谋求检查精度的进一步提高。

52、方案6.如方案1至5中任一项所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，包括二维是否良好判定单元，所述二维是否良好判定单元基于由所述三维测量单元获取的所述规定的膏状焊料的三维测量数据，能够对与该规定的膏状焊料相关的规定的二维信息(例如面积、位置、二维形状、焊料桥等)进行是否良好判定。

53、按照上述方案6，在上述方案1等的结构的基础上，通过进行膏状焊料的二维检查，能够进一步提高检查精度。另外，通过如本方案那样进行二维检查，能够在不那么增大负荷的情况下，进行在上述方案1等的三维形状检查中被排除的、膏状焊料的下部部分(包括形状不稳定的裙围部)的实质检查。

54、方案7.如方案1至5中任一项所述的焊料印刷检查装置，其特征在于，

55、所述照射单元被构成为能够照射二维测量用的光(例如均匀光)作为所述规定的光，

56、所述焊料印刷检查装置包括：

57、二维测量单元，其基于照射所述二维测量用的光而由所述拍摄单元获取的图像数据，能够获取所述规定的膏状焊料的二维测量数据；

58、二维是否良好判定单元，其基于由所述二维测量单元获取的所述规定的膏状焊料的二维测量数据，能够对与该规定的膏状焊料相关的规定的二维信息(例如面积、位置、二维形状、焊料桥等)进行是否良好判定。

59、按照上述方案7，可实现与上述方案6相同的作用效果。