はんだ検査・端子測定に使える3Dセンサーの選び方

電子基板の実装工程では、はんだフィレットの形状やコネクタ端子の高さ、BGAボールの共面性など、わずかな形状差が接続不良や実装不良につながることがあります。こうした高さ・段差・体積などを非接触で測定する方法として活用されているのが3Dセンサーです。

3Dセンサーを使用すれば、2D画像だけでは把握しにくい高さ方向の情報を取得し、はんだの盛り量や端子高さのばらつき、リード浮きなどを数値として評価できます。また、インラインへ組み込むことで、電子基板やコネクタの全数検査に活用することも可能です。

一方、電子基板には光沢のあるはんだや微細な端子、高さの異なる部品などが混在します。そのため、必要な測定精度だけでなく、視野、XY分解能、Z方向の測定レンジ、光沢面への対応力などを踏まえて測定方式を選定することが重要です。

ここでは、電子基板のはんだ検査やコネクタ端子の高さ・共面性測定を行う際の3Dセンサーの選び方について解説します。

電子基板のはんだ検査・
端子測定で確認できる項目

3Dセンサーでは、対象物の表面形状を高さ情報として取得できるため、単純な部品の有無だけでなく、はんだの高さや体積、端子の位置関係などを測定できます。

例えばLMI Technologiesでは、3Dセンサーを用いた電子部品向け用途として、はんだペーストの高さ・位置・被覆状態の検査や、コネクタピンの高さ・コプラナリティ検査を紹介しています。また、接着剤では幅・高さ・位置・連続性・体積などの3D形状情報を取得できます。:chatgpt-content-reference{index="1"}

コネクタ端子の共面性測定については、以下のページでも詳しく解説しています。

3Dマシンビジョンによる
コプラナリティ検査を見る

3Dセンサーの視野（FOV）と
分解能の関係

電子基板の3D検査で重要になるのが、センサーの視野（FOV：Field of View）と分解能のバランスです。

一般的に、同じ画素数や測定点数のセンサーであれば、広い範囲を一度に測定するほど、1点あたりがカバーする範囲は大きくなり、微細形状を識別する能力は低下します。

コネクタ単位で測定する場合

コネクタ端子の高さやコプラナリティを測定する場合は、コネクタ周辺だけに視野を絞ることで、微細な端子を高密度に測定しやすくなります。

例えばSICKが公開しているRanger3の電子部品向けピン検査例では、XY方向10μm、Z方向1μmの分解能で、端子の有無・共面性・位置合わせを検査する構成が示されています。:chatgpt-content-reference{index="2"}

ただし、この数値がすべてのコネクタ検査で必要という意味ではありません。端子幅、ピッチ、許容する高さ差から必要性能を決定します。

基板全体を測定する場合

一方、大型基板全体の反りや実装部品の高さを一度に測定したい場合は、より広いFOVが必要です。

広視野モデルを選ぶ方法のほか、センサーや基板を移動させて複数エリアを測定し、データをつなぎ合わせる方法もあります。ただし、測定範囲を増やすほど測定時間やデータ量も増えるため、インライン検査ではタクトタイムとのバランスが重要です。

また、基板自体が反っている場合は、部品高さだけでなく基準面も変化します。基板面を取得して補正したうえで各端子や部品の高さを評価できるかも確認しましょう。

パッケージ基板の3D検査については、以下のページも参考にしてください。

3Dマシンビジョンによる
パッケージ基板検査を見る

はんだ検査・コプラナリティ測定に
適した測定方式

電子基板を3D測定する方法には複数の方式があります。それぞれ、測定できる高さ範囲、分解能、光沢面への対応力、測定速度などが異なります。

白色干渉法

白色干渉法は、非常に細かな表面の凹凸を測定したい場合に適しています。KEYENCEでは白色干渉方式について、白色光の短いコヒーレンス長を利用し、干渉強度のピークから表面高さを取得する方式として説明しています。

ナノメートル～マイクロメートル領域の表面測定に利用される一方、高精度測定では振動対策が必要になる場合があります。:chatgpt-content-reference{index="3"}

共焦点方式

共焦点方式は、微細な電子部品や光沢面の高精度測定に適した方式です。

Micro-Epsilonでは、共焦点センサーについて1nm未満の分解能を持つ製品や、光沢金属・ガラスなど幅広い表面に対応する製品を展開しています。また、微細構造を捉えるため3μm未満のスポット径を持つ製品もあります。:chatgpt-content-reference{index="4"}

さらに2026年に発表されたライン共焦点センサーでは、1プロファイル2,624点、Z軸分解能0.2μmとして、半導体・電子部品などの微細形状測定への用途が示されています。:chatgpt-content-reference{index="5"}

光切断法

光切断法は、レーザーラインによって対象物の断面形状を取得する方式です。センサーまたはワークを移動させることで連続した3Dデータを生成できるため、コンベア上の基板を停止させずに測定する用途にも適しています。

KEYENCEでは、レーザープロファイラを利用した電子部品用途として、PCBの反り、基板上のはんだ、端子のコプラナリティなどの全数検査を紹介しています。:chatgpt-content-reference{index="6"}

縞投影法

縞投影法は、対象物へ複数方向からパターン光を投影し、面全体の高さを取得する方法です。

対象を停止させて一度に広い範囲を取得する用途と相性が良く、多数のコネクタピンや実装部品をまとめて測定する場合などに利用できます。

例えばKEYENCEの3Dカメラでは、複数方向から投影した光を利用し、電子部品やはんだの高さ・体積・位置測定、コネクタピンの共面性・ピッチ・位置測定を行う用途が紹介されています。:chatgpt-content-reference{index="7"}

電子基板の3D検査で
注意したいこと

はんだの光沢による正反射

はんだ表面は光沢が強く、レーザーや投影光が特定方向へ強く反射することがあります。この正反射によって受光素子が飽和したり、逆に反射光がセンサーへ戻らなかったりすると、3Dデータの一部が欠落する可能性があります。

特に曲面状のはんだフィレットは場所によって表面角度が大きく変わるため、同じはんだ内でも受光量に差が生じます。

対策としては、光沢面に対応した共焦点方式や、複数方向から投光できる3Dカメラ、HDR・露光制御機能を備えたセンサーなどを検討します。

LMI Technologiesでは、短波長の青色レーザーによって研磨金属などの高光沢面から高品質な3Dデータを取得する構成も紹介しています。:chatgpt-content-reference{index="8"}

鏡面・光沢物体を3D測定する際の考え方については、以下のページも参考にしてください。

鏡面・光沢物体の3D検査における
課題と対策を見る

BGAなど、部品の下に
隠れた接合部

光学式の3Dセンサーは、基本的にセンサーから見えている表面の形状を測定します。

そのため、BGAを基板へ実装した後のはんだ接合部のように、パッケージ本体の下へ完全に隠れている部分を上方から直接3D測定することはできません。

3Dセンサーが有効なのは、実装前のBGAボール高さ・位置・共面性の検査や、外部から見える部品高さ・実装状態などです。

実装後のBGA内部接合部にボイドやブリッジ、未接合などがないか確認する場合は、X線検査など別の検査方式を検討する必要があります。

実装前のBGAに対する3D検査については、以下のページで詳しく解説しています。

3Dマシンビジョンによる
BGA検査を見る

リードフレームの高さや変形を確認したい場合は、以下も参考にしてください。

3Dマシンビジョンによる
リードフレーム検査を見る

はんだ検査に適した3Dセンサーを
選ぶ7つのポイント

電子基板の3D検査では、単純に「最も分解能が高いセンサー」を選べばよいわけではありません。端子サイズや公差、視野、ライン速度などを総合的に確認する必要があります。

SICKが公開している電子部品用途の例では、BGAコプラナリティ検査でXY方向5μm・Z方向0.5μm、コネクタピン検査でXY方向10μm・Z方向1μmという構成が示されています。BGAでは高さ30～600μmのはんだボールを対象とした例もあります。:chatgpt-content-reference{index="9"}

一方、KEYENCEの3Dカメラでは、電子部品やコネクタを対象として1μmの繰返し精度を持つインライン検査システムも紹介されています。:chatgpt-content-reference{index="10"}

これらはあくまで製品・用途例であり、必要性能は端子ピッチや公差によって異なります。「カタログ上の最高精度」ではなく、実ワークを測定した際に設定した公差を安定して判定できるかを確認することが重要です。

寸法計測向けの3Dセンサーを比較したい場合は、以下のページも参考にしてください。

寸法計測におすすめの
3Dセンサー3選を見る

3Dセンサー導入前にメーカー・
販売代理店へ確認すべき情報

電子基板のはんだやコネクタ端子を測定する場合は、「コネクタの高さを測りたい」といった用途だけでなく、端子サイズや公差、基板全体の条件を具体的に伝えることが重要です。

メーカーや販売代理店へ相談する際は、少なくとも以下の情報を整理しておきましょう。

• 測定対象：コネクタ型番、端子ピッチ、端子幅、端子本数、BGAサイズなど
• 判定したい項目と許容公差：端子高さ、コプラナリティ、はんだ高さ・体積、リード浮きなど
• 測定範囲：コネクタ単位、部品単位、基板全体など
• 基板サイズと想定される反り量
• 1枚あたりの許容測定時間
• インライン全数検査か、オフラインでの抜き取り検査か
• 既存の外観検査装置（AOI）との役割分担

さらに、端子やはんだの表面状態、基板上の最大部品高さ、ワークの位置決め精度、複数品種を同一ラインで測定するかなども伝えておくと、より適切なセンサーを選定しやすくなります。

既存AOIを使用している場合は、2Dで傷・印字・部品有無などを確認し、3Dセンサーでは高さ・体積・共面性を測定するなど、それぞれの役割を整理するとよいでしょう。

はんだ付け工程への3Dマシンビジョン活用については、以下のページでも解説しています。

はんだ付けへの
3Dマシンビジョン活用を見る

よくある質問

電子基板のはんだ検査に使える
3Dセンサーはありますか？

あります。レーザープロファイラや3Dカメラなどを使用し、はんだの高さ、幅、体積、位置などを測定できます。

例えばLMI Technologiesでは、PCB上のはんだペーストについて高さ・位置・被覆状態を3D測定する用途を公開しています。また、KEYENCEも電子基板上のはんだについて高さ・体積・位置を3Dで測定するインライン用途を紹介しています。:chatgpt-content-reference{index="11"}

コネクタ端子のコプラナリティは
非接触で測定できますか？

できます。3Dセンサーで各端子の先端高さを非接触で取得し、複数端子から基準面を算出することで、各端子の高さ偏差や最大値・最小値の差を評価できます。

LMI Technologiesではコネクタピンの存在・位置・高さ・コプラナリティ検査を、Micro-EpsilonでもICピンの共面性測定を電子部品向け用途として紹介しています。:chatgpt-content-reference{index="12"}

はんだの光沢によって正反射が起きても
3D測定できますか？

対応できるセンサーがありますが、測定方式や表面形状によって結果は異なります。

はんだ表面は曲面かつ高反射のため、レーザー光がセンサーへ戻らずデータが欠落したり、強い正反射によって受光部が飽和したりする場合があります。

共焦点方式、複数方向から光を投影する3Dカメラ、青色レーザー、HDR・露光制御などが対策の候補です。実際のはんだ材質・形状で事前テストを行うことが重要です。

パッケージの下に隠れたBGAの接合部も
3Dセンサーで検査できますか？

実装後にパッケージの下へ完全に隠れたBGA接合部を、一般的な光学式3Dセンサーで上方から直接測定することはできません。

3Dセンサーは実装前のBGAボールについて、高さ、位置、直径、共面性などを測定する用途には適しています。SICKではBGAボールのコプラナリティと位置を同時に検査する電子部品向け用途を公開しています。:chatgpt-content-reference{index="13"}

実装後のBGA内部接合部を検査したい場合は、X線検査など、パッケージ内部を確認できる別の方式を検討する必要があります。

まとめ

3Dセンサーを活用すれば、電子基板のはんだフィレットの高さ・体積、コネクタ端子のコプラナリティ、リード浮き、BGAボール高さ、接着剤の塗布量などを非接触で数値化できます。

ただし、電子部品は非常に小さく、はんだや金属端子は光沢による正反射も発生します。そのため、Z分解能だけでなく、XY分解能、視野、繰返し精度、光沢面への対応力、タクトタイムを含めてセンサーを選定することが重要です。

また、白色干渉法、共焦点方式、光切断法、縞投影法にはそれぞれ特徴があります。微細形状を高精度に測定したいのか、広い基板を高速に全数検査したいのかによって適した方式は異なります。

測定対象の端子ピッチや公差、基板サイズ、反り量、許容タクトタイムなどをメーカーや販売代理店へ提示し、実際の基板や良品・不良品を用いた測定テストを行ったうえで選定しましょう。

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