形状ばらつきの影響を考慮した画像処理による鉛フリーはんだフィレットの特徴抽出に関する研究

摘要

エレクトロニクス実装回路におけるSn-Pb共晶はんだ接合部の外観検査に対する自動化への試みは，1980年代以降，数多くの研究がなされてきた．Nayarらは，光源の位置に対応するはんだ表面からの幾何学的な反射強度を求め，基本的な欠陥を検出する方法を与えた．このような光学機器を利用する外観検査では，現在，複数光源を用いる方法やレーザ光を用いる方法が実用化されている．しかしながら全自動認識（検査）は難しく，いまだに専門の作業員による目視検査が多く行われている．近年，環境問題の高まりから，エレクトロニクス実装分野でも，鉛フリー化が推進され，鉛フリーはんだによる実装の実用化が一部で始まっている．今後，大部分のはんだが順次鉛フリーはんだへと置き換わっていくものと考えられ，鉛フリーはんだ対して誤認識の無い自動外観検査装置の確立が急がれている．なぜなら，鉛フリーはんだは，従来のSn-Pb共晶はんだと比較して，表面状態や，フィレット形状などの特徴が異なり，フィレットの安定性に欠ける．特に，鉛フリーめっきの一種であるパラジウムめっき(Au/Pd/Ni)処理されたQFP(Quad Flat Package)を用いた実装部では，従来のSn-Pbめっきのものと比較して，はんだのぬれ上がり状態が悪く，フィレット形状は変動する（ばらつきを示す）．また，はんだ表面は粗い梨地状を呈するため，光の乱反射の影響で，フィレット外観の画像認識が困難となる．画像認識には，通常パターンマッチング法が適用されてきたが，上記の形状ばらつきや乱反射は，パターンマッチングそのものを不可能にし誤認識の原因となる．したがって，安定した外観検査を行うためには，鉛フリーはんだの表面凹凸やフィレット形状のばらつきを調査し，その特徴を明確にした上で，パターンマッチング等の画像認識につなげていく必要がある．しかしながら，このような調査研究を遂行した研究例は皆無と言ってよい．別所らのチップ部品接合部の熟ひずみ解析で示唆されるように，熟ひずみの集中する位置は，フィレット形状に大きく依存するQFPの接合では，ヒール部形状が信頼性に大きく影響するが，QFPのトップフィレット形状も重要と考えられ，トップフィレット形状の良し悪しが，はんだ付け品質に密接に関係する．著者らは，はんだ表面の反射輝度分布の特徴に注目し，その画像処理法の適応性に関する研究を進めてきた．その研究過程で，Sn-Pb共晶はんだ及び各種鉛フリーはんだ間