JP3565060B2 - 導電性ボールの検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージのバンプに用いられる導電性ボールの検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などの半導体パッケージには基板回路との接続用の突出電極である金属バンプが設けられている。この金属バンプは半田ボールなどの導電性ボール（以下、「ボール」と略称）をパッケージに搭載して接合することにより形成される。ボールをパッケージに搭載した後には、正しい位置に正しいボールが搭載されているか否かを画像認識によって検査される。
【０００３】
従来この画像認識は、ライン照明またはリング照明下でボールを撮像して得られた画像を２値化処理し、光沢部分の中心または重心位置を求めることによりボール位置を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法には、以下に述べるような問題点があった。まずライン照明を用いる方法には、照明光は一方からのみ照射されるためボールの中心が光らず、またボールの形状に歪みがある場合には正常な光沢部が得られないことから検出された位置は精度が低く信頼性に欠けるものであった。さらにこの方法ではボールの大きさを求めることができないという欠点があった。またリング照明を用いる方法においては、照明方向の不均一さは解消されるものの、ボールの表面状態や形状によっては均一な光沢部が得られず、このような光沢部に基づいて求められた位置は真のボール位置と異なるという精度上の問題は依然として解決されないままであった。このように従来の導電性ボールの検査方法には、ボール位置や大きさを正しく検出することが困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、ボール位置や大きさを正しく検出することができる導電性ボールの検査方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性ボールの検査方法は、導電性ボールを撮像して得られた画像データを画像処理することにより導電性ボールの位置およびまたは大きさを検出する導電性ボールの検査方法であって、前記画像処理において、画像データを第１のしきい値を用いて２値化処理して導電性ボールの概形を求める工程と、この概形より導電性ボールの仮中心を求める工程と、この仮中心を通る直線上で第１のしきい値よりも低くかつ背景画像よりも高く設定された第２のしきい値の輝度レベルに相当する点を求めることにより輪郭点を推定する工程と、これらの輪郭点に基づいて導電性ボールの位置およびまたは大きさを求める工程とを含む。
【０００７】
本発明によれば、第１のしきい値を用いて２値化処理を行い、導電性ボールの概形を求め、この概形から求められた仮中心を通る線上で第２のしきい値の輝度レベルに相当する輪郭点を求め、これらの輪郭点に基づいて導電性ボールの位置や大きさを検出することにより、歪みのある導電性ボールや表面状態が不良の導電性ボールを対象とする場合においても正しくボール位置や大きさを検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の導電性ボール検査装置の構成を示すブロック図、図２は同導電性ボール検査方法のフロー図、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は同導電性ボールの画像図、図４（ａ），（ｂ）は同画像上の輝度値を示すグラフである。
【０００９】
まず図１を参照して導電性ボール検査装置の構成を説明する。図１において、移動テーブル１に設けられたホルダ２上には半導体パッケージの基板３が載置されている。基板３上には多数の導電性ボール４が配列パターンに従って所定位置に搭載されている。基板３の上方にはリング照明部５が配設されており、リング照明部５は基板３上の導電性ボール４を周囲の各方向から照明する。
【００１０】
移動テーブル１の上方にはカメラ６が配設されている。移動テーブル１を駆動して基板３をカメラ６に対して位置合わせしリング照明部５を点灯した状態でカメラ６によって基板３の所定位置を撮像することにより、導電性ボール４の画像データを得ることができる。カメラ６はＡ／Ｄ変換部７に接続されており、撮像によって得られた画像データはＡ／Ｄ変換される。
【００１１】
画像記憶部８はＡ／Ｄ変換された画像データを記憶する。画像認識部９は画像記憶部８に記憶された画像データを２値化処理やラベリング処理などの方法によって画像処理し、各導電性ボール４を認識して各導電性ボール４の位置や大きさを求める処理を行う。これらの処理によって求められた認識結果は、認識結果記憶部１０に記憶される、ＣＰＵ１１はプログラム記憶部１２に記憶されたプログラムに従って検査装置全体の動作を制御する。
【００１２】
入力部１４はキーボードやマウスなどであり、操作指令の入力や、前述のしきい値などのデータ入力を行う。表示部１５はモニタでありカメラ６によって撮像された画像を表示するほか、操作時などの入力画面を表示する。機構駆動部１６は移動テーブル１の動作を制御する。
【００１３】
次に図２のフローに沿って導電性ボールの検査方法について説明する。この検査では、導電性ボール４（以下フロー中では「ボール」と略称）の位置および大きさを検出する目的で行われるものである。まず基板３上のボールをカメラ６にて撮像し、撮像画面の各ピクセルの輝度値を示す画像データを画像記憶部８に記憶させる（ＳＴ１）。次いでこの画像データを第１のしきい値ＴＨ１により２値化処理する（ＳＴ２）。この第１のしきい値ＴＨ１は、ボールをノイズであるボール以外の光沢部と区別できるような輝度レベルに設定される。
【００１４】
これにより、図３（ａ）に示すようにしきい値ＴＨ１以上の輝度値を有する部分（ハッチングを施した部分）を明像とする２値化画面が得られ、これをラベリング処理して明像部分のかたまりを抽出することにより、ボールを認知してボールの概形を求める（ＳＴ３）。次に求められたボールの概形よりボールの仮中心Ｃｔを求める。仮中心Ｃｔを求める方法としては、明像部分の重心を求める方法でも、また図３（ｂ）に示すようにＸ方向、Ｙ方向のそれぞれについて＋−方向の最遠点を求め、各方向の最遠点の中点を仮中心として求める方法でもよい。
【００１５】
次に第１のしきい値ＴＨ１よりも暗く、背景画面よりも明るい第２のしきい値ＴＨ２を設定する（ＳＴ５）。この第２のしきい値ＴＨ２は、ボールに該当する明像部分を背景画像から明瞭に切り分けられるような輝度レベルに設定される。そして仮中心Ｃｔを通るＸ方向およびＹ方向の直線Ｌｘ，Ｌｙを設定し、この直線Ｌｘ，Ｌｙ上で第２のしきい値ＴＨ２の輝度レベルを切る点、すなわち第２のしきい値の輝度レベルに相当する点を求め、図３（ｃ）に示すように求められた点を輪郭点と推定する（ＳＴ６）。
【００１６】
この輪郭点を推定する際に行われるサブピクセル処理について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は各ピクセルでの輝度値を示す輝度曲線ｌが、第２のしきい値ＴＨ２の輝度レベルを切る近傍を部分的に示している。各ピクセルの幅寸法はｂであり、ピクセルＰＣ１，ＰＣ２における輝度値は、ＰＣ１ではＴＨ２よりもａ１だけ高く、ＰＣ２ではａ２だけ低くなっている。ここでピクセルＰＣ１，ＰＣ２の間の輝度変化を直線近似することにより、輝度曲線ｌが第２のしきい値ＴＨ２の輝度レベルを切る位置を特定する寸法ｄを、ａ１，ａ２およびｂを用いて計算することができ、これにより、輪郭点の位置をピクセルの幅ｂよりも小さいメッシュで求めることができる。
【００１７】
また、図４（ｂ）に示すように、輝度曲線が第２のしきい値ＴＨ２を切ることなく再び第１のしきい値ＴＨ１を上廻るような場合には、付近に光沢を有する異物などが存在することによるノイズとみなす。そしてこのような場合には、この近傍での最小輝度値を示す位置を推定して輪郭点とする。この最小輝度位置は、図４（ｂ）に示すように輝度曲線ｌ１，ｌ２のそれぞれの外挿線の交点Ｐｃを求めることにより推定することができる。
【００１８】
上記輪郭点を推定する処理を、Ｘ＋，Ｘ−，Ｙ＋，Ｙ−の４方向について行い、各方向の輪郭点Ｐ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−），Ｐ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−）をそれぞれ求める。そして４方向すべてについて処理済であることが確認されたならば（ＳＴ７）、図３（ｄ）に示すように輪郭点群Ｐ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−），Ｐ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−）に基づいてボールの中心点Ｃの位置およびボールの大きさを推定する。
【００１９】
この推定の方法は、Ｐ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−），Ｐ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−）の４点を基に近似円を求め、その中心座標（Ｃｘ，Ｃｙ）および半径ｒを算出することで求められる。また近似円を求める替わりに、単にＰ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−）のＸ座標の中間座標値およびＰ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−）のＹ座標の中間座標値をそのまま中心点のＸ座標、Ｙ座標として用いてもよい。この場合にはＰ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−）のＸ方向の距離Ｄｘ、Ｐ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−）のＹ方向の距離ＤｙがそれぞれＸ方向、Ｙ方向の大きさを示すボールサイズとして求められる。
【００２０】
上記説明したように本実施の形態は、ボールを認知し概形を求めるために第１のしきい値ＴＨ１を設定し、次いでボール部分を背景画像から区別するための第２のしきい値ＴＨ２によりボールの輪郭点を求め、この輪郭点に基づいてボールの中心位置および大きさを求めるものである。このような方法を用いることにより、ボールの小径化に起因して生じる取得画像の不明瞭さ、例えば変形して歪んだボールや表面の酸化など経時変化による光沢不良を生じたボールを対象とする場合においても、精度よくボールの位置および大きさの検出を行うことができる。
【００２１】
従来は光沢不良に対応して２値化のしきい値を下げると、ボール以外のノイズ部分をボールと認知する不具合が生じ、またしきい値を上げると明像部分が小さくなり正しい形状を認識することができない結果となっていた。これに対し本発明によれば、ボール認知のための第１のしきい値と、ボール形状の認識のための第２のしきい値を、それぞれの目的に応じて別個に適切に設定できるため、安定した高精度のボール検査を行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、第１のしきい値を用いて２値化処理を行い、導電性ボールの概形を求め、この概形から求められた仮中心を通る線上で第２のしきい値レベルに該当する輪郭点を求め、これらの輪郭点群から導電性ボールの中心位置を検出するようにしたので、歪みのある導電性ボールや酸化などの経時変化により表面状態が不良の導電性ボールを対象とする場合においても、精度よくボール位置や大きさを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の導電性ボール検査装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の導電性ボール検査方法のフロー図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの画像図
（ｂ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの画像図
（ｃ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの画像図
（ｄ）本発明の一実施の形態の導電性ボールの画像図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態の画像上の輝度値を示すグラフ
（ｂ）本発明の一実施の形態の画像上の輝度値を示すグラフ
【符号の説明】
３ 基板
４ 導電性ボール
５ リング照明部
６ カメラ
８ 画像記憶部
１３ しきい値記憶部
ＴＨ１ 第１のしきい値
ＴＨ２ 第２のしきい値
Ｃｔ 仮中心
Ｐ（Ｘ＋），Ｐ（Ｘ−），Ｐ（Ｙ＋），Ｐ（Ｙ−） 輪郭点

Claims (1)

1. 導電性ボールを撮像して得られた画像データを画像処理することにより導電性ボールの位置およびまたは大きさを検出する導電性ボールの検査方法であって、前記画像処理において、画像データを第１のしきい値を用いて２値化処理して導電性ボールの概形を求める工程と、この概形より導電性ボールの仮中心を求める工程と、この仮中心を通る直線上で第１のしきい値よりも低くかつ背景画像よりも高く設定された第２のしきい値の輝度レベルに相当する点を求めることにより輪郭点を推定する工程と、これらの輪郭点に基づいて導電性ボールの位置およびまたは大きさを求める工程とを含むことを特徴とする導電性ボールの検査方法。

Images