JP3522280B2

JP3522280B2 - ボールボンド検査システム用の方法および装置

Info

Publication number: JP3522280B2
Application number: JP52839995A
Authority: JP
Inventors: コルジョネン，ユハ; マイケル，デイヴィッド，ジェイ
Original assignee: コグネックスコーポレイション
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: WO1995030204A1; DE69528741D1; US5835622A; JPH09504401A; EP0713593B1; US5581632A; US5901241A; EP0713593A4; EP0713593A1; AU2429295A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は一般的にはマシン・ビジョン・システムと半
導体チップ・ワイヤリング・ボンディング・デバイス、
および類似のボンディング装置に関し、さらに具体的に
は、半導体チップ上のコンタクト・パッド（contact pa
d）上に形成されたワイヤボンド（wire bond）の自動化
光学的検査を行なう方法と装置に関する。

背景技術集積回路チップなどの半導体デバイスは、ワイヤ・ボ
ンディング（wire bonding）と呼ばれるプロセスによっ
てリード・フレーム（lead frame）上のリードに電気的
に接続されている。ワイヤ・ボンディング作業は、ダイ
（半導体チップ）上に置かれたパッド（pad）をリード
・フレーム内のリードに電気的に接続するワイヤを配置
し、接続することによって行なわれている。チップとリ
ード・フレーム上のすべてのパッドとリードとをワイヤ
・ボンディングすると、多くの場合セラミックまたはプ
ラスチックを用いて、パッケージすることができ、集積
回路デバイスが作られる。代表的な応用例では、ダイま
たはチップ上には、接続する必要のあるパッドやリード
が数百または数千にわたる場合がある。

ワイヤ・ボンディング機器には多数のタイプがある。
あるタイプはサーマル・ボンディングを使用し、あるタ
イプは超音波ボンディングを使用し、あるタイプは両者
の組合せを使用している。ポストプロセス検査（post−
process inspection）ステップは、一般に、第３光学的
検査（third optical inspection）と呼ばれ、このステ
ップでは、デバイス上のすべてのボンドの位置とサイ
ズ、ワイヤ・コネクション（接続）およびワイヤの高さ
を光学的手段で探知し、検査することにより、ボンドに
よる接続が良好であるかどうかを確かめているのが普通
である。これはワイヤ・ボンディングが完了した後で、
集積回路をカプセル化する前に行なわれている。

従来、第３光学的検査は、デバイスのボンディングが
完了し、別のマシンやオペレータに送られたあと初めて
行なわれていたが、そのほとんどは人間のオペレータが
マイクロスコープを使用して行なっているのが通常であ
った。この検査はサンプリングによって行なわれてい
る。サンプリングは検査回数を減少するが、欠陥接続が
見落とされるおそれがある。

ビジョン・システム（vision system）または画像
（イメージ）処理システム（画像を捕獲し、捕獲した画
像をディジタル化し、コンピュータを使用して画像分析
を行なうシステム）は、デバイスのアライメント（位置
合わせ）を行ない、正しい位置にボンディングを行なう
ようにマシンをガイドするためにワイヤボンディング・
マシンで使用されているが、従来は、検査を目的とする
プロセスの過程では使用されていなかった。別々のマシ
ンを用意して、ボンディング・プロセスの外およびその
あとで検査を行なうこともできるが、そのためには、プ
ロダクション・ラインの主要な設備を別に用意する必要
がある。

半導体チップのコンタクト・パッド上に形成されたボ
ンドは、その配置とサイズが特定の許容範囲内にあるか
どうかを確かめるために検査されている。この分野の実
際の応用では、ワイヤボンド検査は、ほとんどすべてが
手作業で行なわれている。手作業による検査は非常に時
間がかかる。高価な部品はサンプリングではなく100％
の個別ごとの検査を行う必要があるが、これも手作業で
行なうと、生産性がさらに低下し、コスト増につながる
ことになる。

CanonおよびShinkawa提供の企業所有マシンは、ワイ
ヤ・ボンドを検査するために利用できることが知られて
いるが、これらのマシンはポストボンド（post bond）
検査システムとしてのみ動作するものである。その結
果、欠陥ボンドが検出されるのは、その後のアセンブリ
工程のときか、それが完了したあとである場合がある。
従って、生産性が低下し、一部の欠陥ボンドが全く検出
されない場合がある。

ワイヤボンダ（wire bonder）によって形成されたボ
ールボンドの検査を自動化し、しかもインプロセスで行
なうためには、システムは、まず、チップ上に形成され
たボンドのロケーションを突き止めてからでなければ、
検査を行なうことができない。本出願と同様に係属中の
米国特許出願Automated Optical Inspection Apparatus
（自動化オプチカル検査装置）（1993年６月10日出願、
出願番号08/132,532）；上記出願の一部係属出願であるAutomated Optical In
spection Apparatus Using Nearest Neighbor Interpor
ation（最隣接インタポーレーションを用いた自動化オ
プチカル検査装置）（1994年４月30日出願、出願番号08
/236,215）；上記出願の一部係属出願であるMethod and Apparatus
for Aligning Oriented Objects（配向オブジェクトの
位置合わせ方法および装置）（1995年１月３日出願、出
願番号08/367,478）；およびUsing Cone Shaped Search Models for Solder
Ball Location（ソルダ・ボール・ロケーションのコー
ン形状探索モデルの使用）（1994年４月30日出願、出願
番号08/236,211）には、ボンドの標準配置を充分な速度
と精度で突き止めて、ボンドのサイズと位置の検査を行
なうことを可能にするシステムが記載されている。

しかるに、ボールボンドの標準ロケーションを高速に
検出できる場合であっても、画像内のボールボンド・エ
ッジのロケーションを突き止めて測定しようすると、イ
ンプロセス・システムとポストプロセス・システムのど
ちらの場合にも、大きな問題が起こっている。その１つ
は、混同し易いエッジが非常に多数存在することであ
る。これらは、回路、プローブ・マーク（probe mark）
およびボンド・パッドが画像内に存在することに起因す
る。大部分の半導体チップはビジュアル・ディーテル
（回路自体の画像など）が大量に存在するため、ポスト
ボンド画像を分析する際にこれらを避けて、ボンド・エ
ッジを見つけなければならない。このディーテルの一部
はボンドの一部であると誤判断されるおそれがある。プ
ローブ・マークや変色、不完全な照明が原因で起こるパ
ッドのビジュアル欠陥は、さらに上記問題を複雑化して
いる。

回路パッド上にボールボンドによって形成されたエッ
ジのように、円形または楕円形エッジを見つける既存の
手法は、高精度であるとしも、速度が遅いためにインプ
ロセス検査システムで使用できないことがよくある。

発明の開示内容本発明は、半導体アセンブリ・プロセスでワイヤボン
ディング・マシンによって作られたボンド09のサイズと
位置を測定する方法および装置に係わるものである。本
発明によれば、ボールボンド09のディジタル化画像から
の測定が計算される。これらの画像はビデオ・カメラ04
によって捕獲されたあと、ディジタル化されてコンピュ
ータ・メモリにピクセル・アレイを形成していたもので
ある。

１つの好適実施例では、装置は、直交座標から極座標
への変換画像（rectangular to polar coordinate tran
sform image）60を構築し、この変換画像は、検査され
る予想ボールボンドの最大サイズと半径値より大きい画
像サイズと半径値をもっている。別の好適実施例では、
極座標変換画像60は複数のセグメント65と共に作成され
る。ボールボンド画像70およびそのセンタの標準ロケー
ションは、上に列挙した米国特許出願（係属中）の方法
および装置に従って画像プロセッサ06から得られる。極
座標変換画像60はボールボンド・センタの標準ロケーシ
ョンとアライメント（位置合わせ）される。ボールボン
ド画像70は、極座標変換画像60を用いて１次元極投射ヒ
ストグラム・アレイ（one−dimensional polar project
ion histogram array）を作り、アレイをインデクシン
グしてヒストグラム結果をストアし、正規化することに
より評価される。ピークを見つけるためにエッジ・フィ
ルタ（edge filter）が投射（projection）に適用さ
れ、その標準センタのピーク数とロケーションがストア
される。本発明によれば、位置合わせ、評価、エッジ・
フィルタリングおよびピーク・ストアリング・ステップ
は、次の予想される（ポテンシャル）ボール・センタ・
ロケーションに対して繰り返され、これは、ある特定数
の予想されるロケーションが評価されるまで行なわれ
る。最大ピークは評価されたすべてのロケーションから
検出され、そのピークはボールボンドの半径として使用
される。ボンド09のサイズとロケーションは、最大ピー
クをもつボールボンド画像70の半径から計算され、信号
としてホスト・コンピュータ08に渡されて、アセンブリ
・プロセスで別の処置が行なわれる。

本発明の側面によれば、ボンド画像ピクセルの直交座
標から極座標への変換を高速に行なって、検査に費やさ
れる処理時間を最小限にしている。この変換は１次元投
射または累積アレイである、ヒストグラム・アレイ80を
生成するために使用され、このアレイは、センタ・ポイ
ント（中心点）からの各半径の個所のピクセルのすべて
の総和を収めている。これは、極座標のＲの大きさに沿
った投射である。次に、エッジ・フィルタリングとピー
ク検出の２つのオペレーションがこの１次元アレイにつ
いて実行され、そのときボールボンドのエッジであると
推定される画像エッジの位置が計算される。ヒストグラ
ム・アレイ80内のエッジの位置は円の半径に対応してい
る。各投射で見つかったピークは、その値と一緒にリス
トにストアされる。

本発明の目的は、ディジタル化画像内のボールボンド
のセンタの位置決めを行うことである。上述した変換と
半径計算は、ボールボンド画像70内の予想される（ポテ
ンシャル）、複数のセンタ・ポイントまたはボール・セ
ンタ・ロケーションで適用される。最良のサークル・フ
ィット（best circle fit）は、１次元累積アレイ内の
エッジの勾配が最大化されているセンタ・ポイントで現
われる。各予想されるボール・センタ・ロケーションで
見つかったピークは評価され、最大ピークがボールボン
ドの半径として選択される。

本発明の別の特徴は、異なるＸとＹサイズをもつ楕円
形ボールのボールボンド・サイズを計算できることであ
る。かかる情報を得るために、本発明によれば、複数の
セグメントをもつ極座標変換画像が作成され、これらの
セグメントは、１つの評価ステップで、各セグメントに
対応する極投射アレイ（polar projection array）が得
られるように正規化されている。他方、セグメントは、
デカルト座標（Cartesian coordinates）におけるｘと
ｙ方向および大きさと関連づけられている。

好適実施例では、米国特許第4,972,359号に記載され
ている、Cognex社のVC−１画像処理チップが極投射の作
成を高速化するために使用されている。この画像処理チ
ップを使用すると、標準ボール・センタ・ロケーション
画像と極座標変換モデル・ピクセルをメモリからアクセ
スするときに要する時間内で、投射全体を行なうことが
できる。つまり、画像内のカラムの各ピクセルがアクセ
スされると、ピクセルはVC−１画像処理システムによっ
て自動的に総和されて、極投射の中に入れられる。

さらに、本発明の好適実施例の特徴は、１次元極投射
および直交座標から極座標への画像座標の変換が、２つ
の別ステップで行なわれるのではなく、画像内のピクセ
ルの１回の評価で行なわれることである。これは、上記
に挙げた米国特許出願（係属中）を使用することによっ
て行なわれる。

本発明の別の特徴は、極投射手法によると、画像内の
円形オブジェクトだけを検出するのに役立つので、極投
射を使用すると、混同しやすいエッジが最小限になるこ
とである。その結果、ボンド・パッドやそのエッジなど
の正方形または直交オブジェエクトは、かかるオブジェ
クトの極投射によると、パッド・エッジがぼかされるこ
とになるので、フィルタにかけられた投射アレイ内でシ
ャープなエッジとして現われないことになる。

本発明の別の側面によれば、計算速度が最大化され、
必要メモリ量を最小限にするので、製造と使用に関連す
るコストを妥当な範囲に抑えることができる。自動化イ
ンプロセス検査は、手作業による場合よりもはるかに高
速化されるので、ボールボンドの検査率を向上すること
ができる。100％検査する必要のある高価な部品の場合
は、部品製造のスループットを大幅に向上することがで
きる。

図面の簡単な説明図１は、本発明を具体化したシステムを示す図であ
る。

図２は、リード・フレーム内の半導体チップまたはダ
イを上方から見た概略図である。

図３は、パッド上に形成されたボンドの側面図であ
る。

図４は、パッド上に形成されたボンドのグレーレベル
画像の上面図である。

図５は、パッド上に形成されたボンドの減法画像を示
す図である。

図６は、本発明の方法および装置に従って作成された
極座標変換画像と記憶アレイを示す図である。

図７は、本発明によって実行されるステップを示すフ
ローチャートである。

図８は、本発明による標準ボール・センタ・ロケーシ
ョンの正規化極投射のプロット図である。

図９は、ボールボンドの実際のセンタからオフセット
したセンタをもつ標準ボール・センタ・ロケーションの
正規化極投射のプロット図である。

図10は、エッジ・フィルタが適用されたあとの、図８
の正規化極投射の第１導関数（first derivative）を示
すプロット図である。

図11は、図９の正規化極投射であって、標準ボール・
センタが実際のセンタからオフセットしたセンタをもっ
ている場合を示すプロット図である。

図12は、極座標変換画像の２つの変形（非セグメント
化とセグメント化）を示す概略図である。

本発明の最適実施態様図１は、本発明を具体化したシステムを示している。
本システムは、Ｘ−Ｙテーブルのように、ヘッド・フレ
ーム10に置かれた半導体チップ20を保持する移動可能プ
ラットフォーム03を備えたワイヤ・ボンディング・マシ
ン01と、画像を生成するビデオ・カメラ04またはその他
の光学検出デバイス20（カメラは、ボンディングすべき
ターゲット・チップ20とリード・フレーム10上に置かれ
ているのが典型的である）と、リード・フレーム内のチ
ップに光を当てる照明手段05と、光学的に検出された画
像をディジタル化し分析する機能を備えた画像プロセッ
サ06と、ボンディング・メカニズム07と、ボンディング
・メカニズム07、移動可能プラットフォーム03、カメラ
04および画像プロセッサ06に電気的に接続されたホスト
・コントローラ08とを含んでいる。

図２は、パッド40とリード30もつリード・フレーム10
内の半導体チップ20を示す上面図である。ワイヤ・ボン
ディング・プロセスでは、チップ20上の各パッドとリー
ド・フレーム10上のそれぞれのリード30との間で導電ワ
イヤ50がボンディングされる。

図３は、パッド40をリード・フレーム10上のリード30
にワイヤ50で接続したボンドの側面図を示している。代
表的なワイヤ・ボンディング・デバイスでは、ワイヤ50
またはフィラメントはボンダによって押し出され、ダイ
・パッド上に堆積され、リード・フレームまで延長さ
れ、そこでワイヤも接着されて電気的接続を形成してい
る。

図４は、チップ20上のパッド40上に形成されたボンド
09のディジタル化グレーレベル画像の上面を示す概略図
である。図に示すように、ワイヤ50はボンド09から角度
をなして外側に突出している。さらに、パッド40も、デ
ィジタル化グレーレベル画像の一部として現われてい
る。

図５は、ボンド09の減法画像（subtractive image）4
4を示す図である。これは、前掲の米国特許出願（係属
中）の方法および装置によって作成される。基本的に
は、ボンディングが行なわれる前のパッド40の画像はセ
ーブされ、ボンディングが行なわれたあとのパッド40の
画像から減算される。欠陥の一部は、このようにして結
果の減法画像44から除去される。

本発明の好適実施例では、セットアップ作業は実際の
ワイヤボンディング・プロセスの開始前に行なわれる。
セットアップ作業では、図６に示すような極座標変換画
像60が作成される。極座標変換画像60は、測定すべきボ
ールボンドの予想最大サイズより大きい最大画像サイズ
と半径値をもつように作成される。

極座標変換画像60（It）は次のような方法で構築され
る。まず、変換のセンタが選択される。これはxc,ycで
ある。これは画像のセンタである必要はない。変換画像
It内の各x,yピクセルの値は、次式によって計算され
る。

各ピクセル値は、変換のセンタからx,yピクセルまで
のユークリッド距離（euclidean distance）である。ピ
クセル値はヒストグラム・ビン・アドレス（histogram
bin address）を表わしているので、この値は整数でな
ければならない。これは、上記計算式の中の値を最寄り
の整数に丸めることにより行なわれる。図６は、最大半
径が５で、変換のセンタが画像のセンタにある７×７極
座標変換画像60の例を示す図である。

図６は、結果をストアするためのヒストグラム・アレ
イ80も示しているが、これは、０から変換画像の中で指
定された最大半径までの範囲内のインデックスで作成さ
れたものである。

本発明の好適実施例では、複数のセグメントをもつ極
座標変換画像60bが作成されるが、これについては後述
する。

１組の候補となる標準ボール・センタ・ロケーション
は、１組の候補となるボールボンド画像70を作成するた
めに選択される。候補の数を選択するときの方針は、あ
る与えられた標準センタ・ポイントの不確実性の範囲
（実際のボール・センタに対する）と、要求される精度
とスピード量によって決まる。例えば、与えられた標準
ボール・センタ・ロケーションの不確実性が＋／−10ピ
クセルと分かっていれば、１つの方法として、標準ポイ
ントの中心が20×20であるウィンドウで投射を適用する
ことができる。これは不確実性の全範囲をカバーしてい
る。

ウィンドウを評価するには、いろいろな方法の使用が
可能である。20×20ウィンドウの例では、画像内の予想
されるすべてのロケーションは、網羅的アプローチ（ex
haustive approach）で評価される。これは最も単純な
方法であるが、最も時間のかかる方法でもある。

本発明の好適実施例では、極座標変換画像60は１つお
きのピクセルで適用されて、ボール・センタの近接ロケ
ーションを求めている。それが見つかると、極座標変換
画像60はその近接ロケーションを取り囲むすべてのポイ
ントで実行される。20×20の例の場合には、網羅的アプ
ローチでは、極投射を400回適用する必要があるのに対
し、別のアプローチでは、10×10＋９、つまり、109回
適用するだけでセンタを見つけることができる。この別
のアプローチは、画像内に現れるエッジの頻度に応じて
一般化することができる。例えば、１つおきではなく、
３または４ピクセルごとにサンプリングを行なうことが
できる。画像変換およびヒストグラム累積をどこで、何
回行なうかは、選択された特定の方法によって決まる。

図７は、本発明の好適実施例で実行されるステップの
全体的流れを示す図である。まず、ステップＡで、ボー
ルボンド09の画像が画像プロセッサ06によって獲得さ
れ、ディジタル化される。ビデオ・カメラ04はこの画像
を獲得するために使用される。ビデオ・カメラ04は、通
常、ボンディング機器に装着され、チップ20上の様々な
ロケーションに移動可能になっている。撮像サイズに制
約があるため、ビデオ・カメラ04の１つの視野に入るボ
ールボンド09が少数に限られることがよくある。特定の
応用に応じて、正しい倍率を選択してボールボンド画像
が充分に大きく現われるようにし、充分なピクセルで正
しい測定が行なえるようにする必要がある。画像の焦点
は測定精度にも影響する。正しい倍率と焦点を設定する
方法はこの分野では周知である。

獲得された画像はディジタル化され、画像プロセッサ
06がアクセスできるメモリにストアされる。各画素、つ
まり、ピクセルは画像内の特定のx,yロケーションのサ
ンプリング画像データを表わしている。この場合も、画
像をディジタル化し、ストアする多くの手法が、この分
野では周知である。

好適実施例では、上記に列挙した米国特許出願（係属
中）のうち最初の３出願の方法と装置は、図５に示すよ
うにボンドの差画像（difference image）または減法画
像44を作成することにより、ディジタル化画像内のボン
ドを見つけるために使用される。好適実施例では、上に
挙げたもう１つの米国特許出願（係属中）（コーン形状
探索モデルの使用）に記載されている方法と装置を使用
すると、ディジタル化画像内のボンドを見つけやすくな
り、そのボンドの標準センタ・ロケーションを得ること
ができる。

再び図７に示すように、ステップＢで、極座標変換画
像60は、そのセンタが一番目の標準センタのそれと一致
するように位置合わせされる。獲得されたボールボンド
のディジタル化画像は極座標変換画像60より大きくなっ
ているので、極座標変換画像60と正確に同一サイズであ
る、ディジタル化画像に収まるウィンドウを作成する必
要がある。このようにして作成された候補ボールボンド
画像70の各x,y座標（図６）は、極座標変換画像60内の
x,yロケーションに一致することになる。

本発明の１つの実施例では、標準ボール・センタ・ロ
ケーションはアプリケーション・ポイント（applicatio
n point）とも呼ばれる。このアプリケーション・ポイ
ント、つまり、輝度画像（intensity image）内のボー
ル・センタ候補は極座標変換画像60のセンタと位置合わ
せされる。

図７に示すように、ステップＣで、本発明によれば、
一番目の候補ボールボンド画像70内の画像ピクセルの総
和が計算され、その結果がヒストグラム・アレイ80にス
トアされる。図６に示すように、極座標変換画像60は、
行（row）と列（column）に配列された値を含んでい
る。これらの値はヒストグラム・アレイ80内のビン（bi
n）90またはインデックス値に対応している。

好適実施例では、極座標変換画像60および候補ボール
ボンド画像70は、図７のステップＣでラスタ順に同時に
評価され、各ピクセルは一度だけアクセスされて、出力
の極座標投射ヒストグラムが生成される。再び図６に示
すように、ボールボンド画像70内のx,yロケーションの
各ピクセル値は総和がとられて、極座標変換画像60内の
x,yロケーションのピクセル値によってインデックスさ
れたヒストグラム・アレイ80に入れられる。

説明の便宜上、ボールボンド画像70が図６に示すピク
セル値を含んでいるとすると、本発明の方法および装置
によれば、ボールボンド画像70内のロケーション0,0の
一番目のピクセル値が選択され、その値は、極座標変換
画像60内でロケーション0,0に置かれたインデックス値
５が示すように、ヒストグラム・アレイ80のビン５に追
加される。ボールボンド画像70内でロケーション0,1に
置かれた次のピクセルが総和をとられて、ヒストグラム
・アレイ80のビン４に入れられる。以下、候補ボールボ
ンド画像70全体が評価されるまで繰り返される。

このステップで作成された結果の出力は１次元投射ア
レイまたはヒストグラム・アレイ80（図６に図示）であ
り、各アレイ・エレメント（配列要素）またはビン90に
は、極座標変換画像60内のビン90のインデックス値に属
するピクセル値のすべての総和が入っている。逆に、極
座標の半径Ｒのすべての画像ピクセル値の総和を求める
には、インデックスＲでヒストグラム・アレイ80にスト
アされている値を調べることになる。７ピクセルx7ピク
セルの極座標変換画像60を使用している、図６に示す例
では、ヒストグラム・アレイ80の四番目のビン90に入っ
ている値には、値が４になっている極座標変換画像60の
ピクセルの個所で評価された、ボールボンド画像70内の
対応する画像ピクセルのすべての総和が含まれているこ
とになる。

好適実施例では、本出願の出願人の米国特許第4,728,
195号に記載されているCognex社のVC−１画像処理チッ
プは、図１に示す画像プロセッサ06で使用されて、極投
射を最大スピードで作成している。この画像処理チップ
を使用すると、ボールボンド画像70と極座標変換画像60
をメモリからアクセスするのに要する時間で投射全体を
行なうことができる。

極投射がヒストグラム・アレイ80に累積されたあと、
ヒストグラム・アレイ80内の値は、ボールボンド画像70
内の輝度ピクセルを総和したものである。これらの値82
は本発明の以下のステップではまだ使用可能になってい
ない。ヒストグラム・アレイ内の値82は、値が変換画像
に現われる回数で正規化しなければならない。

例えば、図６に例示されている７×７極座標変換画像
60とボールボンド画像70を使用すると、総和がとられて
１ビンに入れられるボールボンド画像70のピクセル数は
８であるのに対し、総和がとられて２ビンに入れられる
ピクセル数は12である。半径が大きくなると、各順次の
半径ビンは、そこに追加されるサンプル数が増加してい
く。これらを正規化するには、各ヒストグラム・ビン90
内の値82は、総和がとられてそのビンに入れられる総ピ
クセル数によって除算される。これは、極座標変換画像
60に半径値が現われた個数をカウントすると簡単に行な
うことができる。投射ヒストグラム・アレイ80内のその
結果の正規化数84は、ピクセル値の総和ではなく、候補
ボールボンド画像70のセンタからの所定の半径に置かれ
た平均ピクセル値を表わしている。

半径がさらに大きくなると、平均値がとられてヒスト
グラム・ビン90に入れられるサンプルがさらに増加す
る。サンプルが多くなると、平均ピクセル輝度の統計的
精度が向上することになる。その結果、極投射は、半径
が小さい場合よりも、半径が大きい方が精度が向上する
ことになる。

図８は、そのセンタがボールボンドのセンタと緊密に
位置合わされている標準ボール・センタ・ロケーション
の極投射のプロット図である。このプロットは正規化さ
れている。

画像内のボールボンド・エッジを見つけようとすると
き起こる主要問題の１つは、混同しやすいエッジが非常
に多数画像内に存在することである。これらは、回路、
プローブ・マーク（probe mark）およびボンド・パッド
が画像に存在することに起因する。本発明の極投射手法
によれば、画像内の円形オブジェクトだけを検出する傾
向にあるので、混同しやすいエッジが検出されることは
回避される。ボンド・パッドのような正方形オブジェク
トの極投射は、投射されたパッド・エッジをぼかす傾向
にあるが、これは、投射画像の円形パターンに一致して
いないためである。パッド・エッジは、フィルタにかけ
られた投射アレイではシャープなエッジとして現われな
い。

投射ヒストグラムの中で、平均ピクセル輝度が急速に
変化する位置を見つけるために、図７のステップＤに示
すように、エッジ・フィルタリングがデータについて行
なわれ、第１導関数（first derivative）が作成され
る。好適実施例では、エッジ・フィルタリングは、正規
化された投射ヒストグラム・アレイ80を次の形式、つま
り、＋1,0,−１の第１導関数または演算カーネルでコン
ボルーション（convolution）して、第１導関数を作る
ことにより行なわれる。カーネルまたはオペレータ（演
算子）の実際のサイズは、ボール・エッジ輝度プロフィ
ールの予想勾配に一致するように変更することができ
る。第１導関数カーネルをもっと大きくすると、＋1,＋
1,＋1,0,−1,−1,−１のようになる。この分野で周知の
エッジ・フィルタリングを使用すると、ローパス・フィ
ルタリングとエッジ検出を同時に行うことも可能であ
る。この実施例で使用されているカーネル・センタの両
側は、符号が反対極性になっているので、フィルタリン
グは方向により変化する（direction sensitive）。低
から高へ（暗から明へ）遷移すると、正極性をもつ出力
ピークが生成される。高から低へ遷移すると、負極性の
ピークが生成される。

この分野の当業者ならば理解されるように、１次元エ
ッジ・フィルタは、応用分野の要求条件に応じてどれで
も使用することができる。上述した単純な「ボックスカ
ー（boxcar）」フィルタは、好適実施例では、計算の単
純化と高速化のために使用されている。もっと高い精度
が要求される場合は、ButterworthまたはHammingフィル
タなどの、この分野で公知の他のローパス・フィルタを
使用することができる。

図８と図10は、フィルタリング操作の前後の、あり得
る標準ボール・センタ・ロケーションの正規化投射ヒス
トグラムを示す図である。

再び図７に示すように、ステップＥで、エッジ・フィ
ルタ出力の中のピークが計算される。フィルタリングさ
れ、正規化された投射データのピーク検出は、データの
中のローカル（局所）最大値を見つけることにより行な
われる。これらの点（ポイント）は、変換の候補となる
ボール・センタ・ロケーションのすべてがなくなったあ
と、将来の参照に備えてリストにストアされる。フィル
タリングされたデータ内のローカル最大値またはピーク
は、平均ピクセル輝度の変化勾配が最大になるポイント
である。

ピークの高さは、ボール・エッジのコントラストがど
れだけ高いかを示している。コントラストが高くなる
と、正しいボール・エッジである確率が高くなる。図８
と図９に示すように、ピークは、ボールボンドのセンタ
が変換画像のセンタに一致したとき最大になる。センタ
が相互から離れていくと、ボール・エッジは円の周囲に
いくつかの異なる半径のビンを生じることになるので、
エッジ・コントラストがぼかされることになる。

本発明によれば、標準ボールボンド画像70の分析が終
わると、システムは、次の標準ボール・センタ・ロケー
ションが存在するかをチェックして確かめる。図７にお
いて、これを示したのがステップＦである。標準ボール
・センタ・ロケーションの数は、要求される精度によっ
て決まる。極座標変換画像が実際のボール・センタのセ
ンタの近くにあれば、半径測定の精度はそれだけ向上す
る。もっと大きな、例えば、20×20のウィンドウ内のす
べてのポイントで極投射を適用すると、最も時間がかか
ることになる。要求される精度が低ければ、１つおきの
標準センタをスキップすることが可能である。

好適実施例では、センタ・ロケーションを狭めること
は、まず、ディジタル化画像内のサンプリング・ポイン
トで極座標変換画像60を適用して粗いロケーションを得
てから、次に、粗探索で見つかった近隣センタの周囲だ
けに、より精細な解像度ポイントで極座標変換画像60を
適用することにより行なうことができる。このようにす
ると、スピードと精度の面で利点がある。

予想されるボール・センタ・ロケーションがなくなる
と、最大ピーク値はステップＥで、検出されたピーク・
リストから計算され、ストアされる。これは、この分野
で周知のいくつかの方法で行なうことができる。

最大ピークが分かると、これはボンド09の半径と受け
取られ、ボンド09のセンタを計算するために使用され
る。

複数のセグメント65が図12に示すように、極座標変換
画像60に作成されていたときは、さらに計算を行なう
と、例えば、ｘ方向とｙ方向の楕円形ボンドの寸法（di
mension）を測定することができる。

図12に示すように、セグメント65をもつ極座標変換画
像60bを作成すると、ボンドの寸法に関する追加情報を
得ることができる。ここでは、極座標変換画像60はＸ方
向とＹ方向にセグメント65に分割されているので、Ｘ方
向とＹ方向の異なるボールボンド径を計算することがで
きる。このようにすると利点があるのは、ボールボンド
が常に完全円形であるとは限らず、ＸとＹのサイズ差を
報告することが検査基準となっていることがよくあるた
めである。

複数のセグメントを使用することと、１つのセグメン
トを使用することの主な違いは、極座標変換画像がどの
ように構築されるかという点である。複数セグメント65
の場合は、半径が同じであっても、画像内のピクセル値
が４つの四分円（quadrant）で異なるように四分円を図
示のように作ることができる。この実施例では、４つの
異なる極投射が作成され、そこでは、各投射は円の90度
円弧を通る半径の総和になっている。これは、まず、一
番目のセグメント65を生成し、次に、異なるセグメント
65内のピクセルに一定値を加えることにより行なうこと
ができる。例えば、変換画像内の最大半径が32であれ
ば、一番目のセグメント65内のピクセルは０がその値に
加えられ、二番目のセグメント65は32がそのピクセル値
に加えられ、三番目のセグメント65は64がそのピクセル
値に加えられ、四番目のセグメント65は96がそのピクセ
ル値に加えられることになる。従って、画像内の各ピク
セルを一度だけアクセスし、４つの異なる極投射を一回
のパスで生成することにより、上記のように進めていく
ことができる。０から32までの投射アレイの値は一番目
のセグメント65に対するものとなり、33から64までの値
は二番目のセグメント65に対するものとなり、以下同様
である。

上述した同じフィルタリングとピーク検出は、各四分
円ごとに行なうことができる。

四分円のように、複数のセグメント65を使用する利点
は、検出された４つの半径を使用すると、極座標変換画
像をすべてのポイントに限りなく適用するよりも高速
に、極座標変換画像を中心に置くことができることであ
る。半径情報は、標準ボール・センタがボール・センタ
からどれだけ離れていたかを示している。センタリング
する目標は、各半径をＸとＹとで等しくすることであ
る。

ボールボンド09のセンタが本発明の方法と装置によっ
て突き止められ、そのサイズが計算されると、この情報
は、要求されたｘとｙ寸法（dimension）に関する情報
と一緒に、ホスト・コントローラ09に渡されて、これら
の情報に見合う処置が行なわれる。結果によっては、チ
ップが欠陥のために拒否される場合や、別の作業の為の
マークが付けられる場合や、カプセル化される場合や、
次のアセンブリ工程へ送られる場合がある。

この分野の当業者ならば理解されるように、上述した
種々実施例は単なる例示であり、本明細書の教示事項の
精神に属する他のシステムは、本発明の範囲に属するも
のである。

本発明の好適実施例には、ビデオまたは画像信号を生
成するカメラや他のデバイスも含まれている。カメラに
よって生成されたビデオ信号は、この分野で周知の手法
を用いてアナログからディジタルへ変換されて、フレー
ム・グラバー（frame grabber）などの画像メモリ、ま
たは画像をストアする他のデバイスへ送られるのが代表
的である。ビデオ・プロセッサ・システムはコンピュー
タ中央処理チップと入出力機能を備えており、画像メモ
リに結合され、本発明に従って画像処理と分析を行なう
ために使用される。画像処理と分析の一部は、ビジョン
・プロセッサ・システムを制御するソフトウェア・プロ
グラムによって行なわれるが、この分野の当業者ならば
理解されるように、特殊集積回路チップで作られた同等
回路で制御することも可能である。画像処理と分析の結
果は、マシン・ビジョン結果を要求する装置またはシス
テムへ電子的に送られる。別の方法として、マシン・ビ
ジョン機能をもっと大きなシステムに内蔵させて、その
一部として稼動させることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−129942（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−147283（ＪＰ，Ａ) 特表平１−502463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06B 1/00 - 7/60 G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】オブジェクトを光学的に検出し、前記オブ
ジェクトをディジタル化して分析する手段を備えたマシ
ン・ビジョン・システムにおいて、ボールボンドのサイ
ズと位置を自動的に測定する方法であって、 a. xc,ycに置かれたセンタと、測定すべき予想ボール
ボンドの最大サイズと半径値より大きい画像サイズと半
径値をもつ極座標変換画像（It）を次式を用いて構築す
るステップと、 b. 結果をストアしておくためのアレイ（配列）を作成
するステップであって、前記アレイは、前記予想ボール
ボンド画像の最大半径サイズに等しい複数のエレメント
（要素）をもち、各エレメントはゼロから前記極座標変
換画像の前記最大半径サイズまでの範囲のインデックス
をもつものと、 c. ディジタル化画像内で評価すべき複数の予想される
ボール・センタ・ロケーションを指定するステップと、 d. 前記ボンディング・プロセス期間にボールボンドの
ディジタル化画像を獲得するステップと、 e. 前記ボールボンドの前記ディジタル化画像を輝度画
像としてストアするステップであって、ピクセルには、
前記ボールボンド・オブジェクトから光学的に検出され
た輝度に対応するグレーレベル値が割り当てられてお
り、 f. 前記マシン・ビジョン・システムのイメージ・プロ
セッサから予想されるボール・センタ・ロケーションを
受信するステップと、 g. 前記極座標変換画像のセンタを前記予想されるボー
ルセンタ・ロケーションと位置合わせして、前記予想さ
れるボール・センタ・ロケーションをもつボールボンド
画像の各x,y座標が前記変換画像内のx,yロケーションに
一致するようにするステップと、 h. 前記予想されるボール・センタ・ロケーションと前
記極座標変換画像を同時に評価するステップであって、
前記予想されるボール・センタ・ロケーションをもつ前
記ボールボンド画像内の各ピクセル値は総和をとられ
て、前記極座標変換画像内の対応するx,y座標のピクセ
ル値によってインデックスされたアレイに入れられ、前
記予想されるボール・センタ・ロケーションに関連付け
られた１次元ヒストグラムが作成されて、前記アレイに
ストアされるようにし、 i. 前記ヒストグラム内のピークを見つけるためにエッ
ジ・フィルタを適用し、当該ピーク値をストアするステ
ップと、 j. 次の予想されるボール・センタ・ロケーションを選
択し、前記次の予想されるボール・センタ・ロケーショ
ンに前記ｇからｉまでのステップを適用し、指定された
数の予想されるボール・センタ・ロケーションがなくな
るまで繰り返していくステップと、 k. 前記ステップｉでストアした前記ピーク値の中から
前記ヒストグラムの前記アレイのうちの最大ピーク値を
見つけ、当該最大ピークをストアした前記ヒストグラム
に関連付けられた前記予想されるボール・センタ・ロケ
ーションを前記ボールボンドのセンタとして前記マシン
・ビジョン・システムに通知し、対応するヒストグラム
内の前記最大ピークのロケーションを前記ボールボンド
の半径として与える、ようにしたステップとを含んでい
ることを特徴とする方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、変換画像
を構築する前記ステップは、第１の一定ピクセル値を一
番目のセグメント内のピクセルに加え、第２の一定ピク
セル値を次のセグメント内のピクセルに加え、ｎ個のセ
グメントが作成されるまで続けていくことにより、前記
変換画像をｎ個のセグメントに分割するステップをさら
に含むことを特徴とする方法。
【請求項３】請求項２に記載の方法において、前記第１
の予想されるボール・センタ・ロケーションと前記極座
標変換画像を同時に評価する前記ステップは、４個のセグメントを生成するステップと、４個のヒストグラムを作成するステップであって、各ヒ
ストグラムは前記セグメントの１つを表わし、４個の半
径が突き止められ、予想ボール・センタ・ロケーション
とのそれぞれの差をｘ方向とｙ方向により報告できるよ
うにすることをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４】オブジェクトを光学的に検出し、前記オブ
ジェクトをディジタル化して分析する手段を備えたマシ
ン・ビジョン・システムにおいて、ボールボンドのサイ
ズと位置を自動的に測定する装置であって、 a. xc,ycに置かれたセンタと、測定すべき予想ボール
ボンドの最大サイズと半径値より大きい画像サイズと半
径値をもつ極座標変換画像（It）であって、次式を用い
て構築されたものと、 b. 結果をストアしておくためのアレイ（配列）であっ
て、前記アレイは、前記予想ボールボンド画像の最大半
径サイズに等しい複数のエレメント（要素）をもち、各
エレメントはゼロから前記極座標変換画像の前記最大半
径サイズまでの範囲のインデックスを有しており、 c. ディジタル化画像内で評価すべき複数の予想される
ボール・センタ・ロケーションを指定する手段と、 d. 前記ボンディング・プロセス期間に獲得されるボー
ルボンドのディジタル化画像と、 e. 前記ボールボンドの前記ディジタル化画像を輝度画
像としてストアする手段であって、ピクセルには、前記
ボールボンド・オブジェクトから光学的に検出された輝
度に対応するグレーレベル値が割り当てられており、 f. 前記マシン・ビジョン・システムのイメージ・プロ
セッサからボール・センタ・ロケーションを受信する手
段と、 g. 前記極座標変換画像のセンタを前記予想されるボー
ルセンタ・ロケーションと位置合わせして、前記予想さ
れるボール・センタ・ロケーションをもつボールボンド
画像の各x,y座標が前記変換画像内のx,yロケーションに
一致するようにする手段と、 h. 前記予想されるボール・センタ・ロケーションと前
記極座標変換画像を同時に評価する手段であって、前記
予想されるボール・センタ・ロケーションをもつ前記ボ
ールボンド画像内の各ピクセル値は総和をとられて、前
記極座標変換画像内の対応するx,y座標のピクセル値に
よってインデックスされたアレイに入れられ、前記予想
されるボール・センタ・ロケーションに関連付けられた
１次元ヒストグラムが作成されて、前記アレイにストア
されるようにし、 i. 前記ヒストグラム内のピークを見つけて当該ピーク
値をストアするために適用されるエッジ・フィルタと、 j. 次の予想されるボール・センタ・ロケーションを選
択して、それを評価し、指定された数の予想されるボー
ル・センタ・ロケーションがなくなるまで繰り返してい
く手段と、 k. 前記ｉでストアした前記ピーク値の中から前記ヒス
トグラムの前記アレイのうちの最大ピーク値を見つけ、
当該最大ピークをストアした前記ヒストグラムに関連付
けられた前記予想されるボール・センタ・ロケーション
を前記ボールボンドのセンタとして前記マシン・ビジョ
ン・システムに通知し、対応するヒストグラム内の前記
最大ピークのロケーションを前記ボールボンドの半径と
して与える手段と、を備えていることを特徴とする装
置。
【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記極座
標変換画像は、第１の一定ピクセル値を一番目のセグメ
ント内のピクセルに加え、第２の一定ピクセル値を次の
セグメント内のピクセルに加え、ｎ個のセグメントが作
成されるまで続けていくことにより、前記変換画像をｎ
個のセグメントに分割する手段をさらに含むことを特徴
とする装置。
【請求項６】請求項５に記載の装置において、前記第１
の予想されるボール・センタ・ロケーションと前記極座
標変換画像を同時に評価する前記手段は、４個のセグメントを生成する手段と、４個のヒストグラムを作成する手段であって、各ヒスト
グラムは前記セグメントの１つを表わし、４個の半径が
突き止められ、予想ボール・センタ・ロケーションとの
それぞれの差をｘ方向とｙ方向により報告できるように
することをさらに含むことを特徴とする装置。