JPH1062121A - Bgaボールの位置検出方法 - Google Patents

Bgaボールの位置検出方法

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JPH1062121A
JPH1062121A JP8220932A JP22093296A JPH1062121A JP H1062121 A JPH1062121 A JP H1062121A JP 8220932 A JP8220932 A JP 8220932A JP 22093296 A JP22093296 A JP 22093296A JP H1062121 A JPH1062121 A JP H1062121A
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bga
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balls
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Hirofumi Matsuzaki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 BGAの各ボールの位置を正確に計測できる
方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 BGAの画像を取得する第1ステップ
と、取得した画像に基づいて各BGAボールの計算上の
位置を求める第2ステップと、求めた計算上の位置を包
含する検査枠を設定する第3ステップと、この検査枠内
の画像に基づいてBGAボールの実際の位置を検出する
第4ステップとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、BGAボールの位
置検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子部品を基板に面実装する際
に、BGA(ボールグリッドアレイ)が使用され始めて
いる。このBGAとは、格子状に配置された複数個の導
電性ボール又は電子部品に格子状に形成された複数個の
バンプのことである。本明細書にいうBGAボールに
は、ボール移載装置に吸着された導電性ボールや、基板
に搭載された導電性ボール、基板に形成されたバンプ等
も含まれる。
【0003】さて電子部品や回路モジュールの製造プロ
セスでは、高い位置精度が要求される場合が多く、BG
Aを用いたプロセスもその例外ではない。ここで、位置
精度を高くするには、接合に直接関係するBGAの位置
を正確に計測する手法が必要となる。又、上述の製造プ
ロセスでは、相当程度自動化が進んでいるから、この計
測も電子計算機を用いて自動化できることが望ましい。
【0004】しかしながら、BGAは最近実用化された
ものであり、BGAの各ボールの位置を自動的かつ正確
に計測する手法は未確定である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、BG
Aの各ボールの位置を正確に計測できる方法を提供する
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BGAボールの
位置検出方法は、BGAの画像を取得する第1ステップ
と、取得した画像に基づいてBGAボールの配列の外縁
の傾きを求める第2ステップと、BGAボールの縦横2
つの配列の外縁の交点を求める第3ステップと、第2ス
テップで求めた傾きと第3ステップで求めた交点とに基
づいて各BGAボールの位置を特定する第4ステップと
を含む。
【0007】また、BGAの画像を取得する第1ステッ
プと、取得した画像に基づいて各BGAボールの計算上
の位置を求める第2ステップと、求めた計算上の位置を
包含する検査枠を設定する第3ステップと、この検査枠
内の画像に基づいてBGAボールの実際の位置を検出す
る第4ステップとを含む。
【0008】
【発明の実施の形態】請求項1記載のBGAボールの位
置検出方法は、BGAの画像を取得する第1ステップ
と、取得した画像に基づいてBGAボールの配列の外縁
の傾きを求める第2ステップと、BGAボールの縦横2
つの配列の外縁の交点を求める第3ステップと、第2ス
テップで求めた傾きと第3ステップで求めた交点とに基
づいて各BGAボールの位置を特定する第4ステップと
を含む。ここで、BGAの各ボールの配列は、比較的高
精度となっていることが多いので、BGAボールの配列
の外縁を利用することで、高速な位置特定が可能とな
る。この手法は、非常に高い検出精度は不要であるが、
認識時間を短縮したい場合に特に好適である。
【0009】請求項3記載のBGAボールの位置検出方
法は、BGAの画像を取得する第1ステップと、取得し
た画像に基づいて各BGAボールの計算上の位置を求め
る第2ステップと、求めた計算上の位置を包含する検査
枠を設定する第3ステップと、この検査枠内の画像に基
づいてBGAボールの実際の位置を検出する第4ステッ
プとを含む。したがって、各ボールが存在しているはず
の位置に検査枠が設定され、検査枠内の実画像に基づい
て各BGAボールの位置が特定され、非常に高い精度で
各BGAボールの位置を計測できる。
【0010】次に図面を参照しながら、本発明の実施の
形態を説明する。図12〜図14は、本発明の一実施の
形態におけるBGAボールの位置検出方法のフローチャ
ートである。以下、図12〜図14に沿って説明してゆ
く。
【0011】まず、BGAをカメラで撮像し、画像デー
タをメモリに格納する(ステップ1)。このとき一般に
は、図1のような画像が得られる。図1において、0は
カメラの画像における原点、Xは同横軸、Yは同縦軸で
ある。そして図1の黒丸は各BGAボールを示してい
る。
【0012】ところで、BGAの設計値により、BGA
自体の座標系(原点G、横軸S、縦軸T)上の各BGA
ボールの位置は既知である。また、XY座標系に対し
て、ST座標系は一般にXY座標系上において角度ずれ
θと、原点のずれ(ベクトル0G)を有している。
【0013】したがって、これらの角度ずれθと原点G
のXY座標系上の位置が特定できれば、設計値に基づい
て各BGAボールのXY座標系上の位置を決定できる。
ここで、このようにして求めた値を1次解(角度ずれθ
1、原点G1、各BGAボールの位置B1(i,j))と
呼ぶことにする。
【0014】ところが、ST座標系上において各BGA
ボールが設計値どおりに存在しているとは限らない。そ
こで、後述するように検査枠Wを用いて各BGAボール
の位置を実画像に基づいて特定し、それにあわせて1次
解の角度ずれθ1と原点G1とを修正したものを2次解
(角度ずれθ2、原点G2、各BGAボールの位置B
2(i,j))と呼ぶこととする。
【0015】そして、各位置のX成分にXの文字を付
し、Y成分にYの文字を付すことにする。例えば、G1
Xとは、1次解における原点G1のX成分である。
【0016】さて、画像を取得したら、図13に示す準
備を行う(ステップ2)。即ち、まずBGAの各ボール
のうち縦方向を向く外縁(第1列目)の位置を検出する
ため、縦方向の長さが2〜3個分のBGAボール分で、
横方向の長さがBGAボール1個分程度の短い検査枠a
1を用意する。そして、矢印N1で示すように、この検
査枠a1を横方向に走査して、検査枠a1内の輝度の合計
が大きく変化する最初の位置を求める。この位置は第1
列目の一部を示しており、メモリにこの位置を記憶する
(ステップ21)。
【0017】また、検査枠a1を横向きにした2つの検
査枠a2,a3を用意し、矢印N2,N3で示すように、
検査枠a2,a3を走査して、これらの検査枠a2,a3
の輝度の合計が大きく変化する最初の位置を求め、メモ
リに記憶する(ステップ22)。ここで求めた2つの位
置は、第1行目の2点を示しており、BGAの各ボール
のうち横方向を向く外縁の一部に他ならない。そして、
これらの2点を通る直線の傾きは、第1行目のおおまか
な傾きを示しているので、これを計算で求めメモリに記
憶する(ステップ23)。
【0018】ここで、以上の処理により、BGAの各B
GAボールの配列の外縁があらかた特定できたので、図
3に示すように、第1行目と等幅の検査枠b1と、第1
列目と等幅の検査枠b2(検査枠b1に対して直角)とを
設定し、上述と同様に、矢印N4,N5に方向走査し
て、第1行目と第1列目のより正確な位置を検出する
(ステップ24,25)。
【0019】次に、1次解における角度ずれθ1を求め
る。即ち、まずステップ24で求めた第1行目の位置に
検査枠b1をセットし、矢印αで示すように、この位置
の中心の回りに微小角度(例えば0.5程度)ずつ検査
枠b1を回転させ、検査枠b1内の輝度の合計が最大とな
る角度θmaxを求めメモリに記憶する(ステップ2
6)。
【0020】角度θmaxを求めたら、ステップ25で
求めた第1行目の位置に検査枠b2をセットし、検査枠
2の向きを角度θmaxずらした検査枠b1と直交させ
る。そして、これらの検査枠b1,b2の延長線上の交点
を求めメモリに記憶する(ステップ27)。
【0021】そして、ステップ26にて求めた角度θm
axを1次解の角度ずれθ1とし、ステップ27で求め
た交点を1次解の原点G1とする(ステップ3)。
【0022】次に、上述した設計値と、角度ずれθ1
原点G1から、次式を用いて各BGAボールの位置B
1(i,j)を求める。
【0023】
【数1】
【0024】これにより、1次解の全ての要素が決定さ
れた。ここで、半導体チップの下面に形成されたバンプ
(セルフアライメントにより自動的に位置補正されてい
る)のように、各BGAボールの位置の信頼性が比較的
高い場合や、さほど高精度の位置計測が必要ないとき
は、1次解のみで処理を打ち切っても良い。こうすれ
ば、短時間で位置特定が完了するので、高速な認識を実
現できる。
【0025】次に、1次解をさらに修正してより高精度
の2次解を求めるプロセスについて説明する。まずステ
ップ5にて、BGAボールのうち、最初に検査するBG
Aボールを選び、正常なBGAボールの総数を示すカウ
ンタmを0に初期化する。次に、選んだBGAボールに
ついて、図14(a)に示す画像検査を行う(ステップ
7)。
【0026】さて既に、選んだBGAボールの1次解B
1(i,j)は求められているので、この1次解B
1(i,j)を中心とし、1辺がBGAボール間のピッ
チの2倍よりもややせまい検査枠Wを設ける(ステップ
71)。このとき、図6に示すように、検査枠Wはこの
BGAボールの実画像を包囲するが、一般にBGAボー
ルは設計値どおりには配置されていないので、1次解B
1(i,j)と実画像の中心B(i,j)にはずれdX
ij,dYijがあることが多い。
【0027】さて以上のように設定された検査枠Wの画
像の類型を図7〜図10を参照しながら説明する。
【0028】まず図7(a)は、正常な場合を示してい
る。即ち、検査枠W内には、単一のBGAボールのみが
含まれている。このときの画像データは、「0」(暗)
の中に「1」(値が大きいほど明るい)の塊が1つだけ
存在し、この塊のサイズはBGAボールの底面積(既
知)とほぼ等しい。
【0029】次に、図8(a)に示すように、検査枠W
内に2つ以上のBGAボールが含まれていることがあ
る。この場合、1つは正常に位置しているものであると
しても、他のBGAボールに起因して短絡等の事故が発
生するおそれがある。そこで、2つ以上のBGAボール
が観察されるときは、エキストラボールを含むとして不
良扱いとなる。このとき、画像データでは、図8(b)
に示すように、2つ以上の値(1以上)の塊が存在す
る。
【0030】また、図9(a)に示すように、エキスト
ラボールが存在しているが、エキストラボールが正しい
BGAボールに接触している場合がある。この場合も図
8と同様不良扱いとなる。さてこのとき画像データで
は、図9(b)に示すように、1つの塊が存在する。し
かし、この塊は図7(b)のそれよりもはるかに大き
く、上述した底面積のサイズと比較すれば、正常でなく
エキストラボールを含むものと判明する。
【0031】最後に、図10(a)に示すように、検査
枠W内に1つもBGAボールがない(欠落)場合があ
る。この場合、当然不良扱いとなる。そして、画像デー
タでは、図10(b)に示すように、輝度の高い塊が存
在しないので、ボール無しの場合であると判断できる。
【0032】以上の説明をふまえて、ステップ7以後の
処理を説明する。さて、図14(a)において、上述の
ように設定された検査枠W(ステップ71)内にてラベ
リング処理を行い(ステップ72)、塊の個数をメモリ
に記憶する(ステップ73)。ここで、ラベリング処理
とは、検査枠W内で、画素単位の連結成分を調べ塊とし
てつながっているか否かを判断し、塊の個数、面積、位
置を特定するものである。
【0033】そして、ステップ8にて上述した説明に基
づいてBGAボールが正常かどうか判定する。即ち、図
14(b)に示すように、記憶した塊の個数をチェック
し(ステップ81)、これが0ならボール無しの異常と
判定する(ステップ85)。また2以上なら、エキスト
ラボールの異常と判定する(ステップ86)。
【0034】ここで、塊の数が1ならば、塊のサイズを
チェックする(ステップ82)。そして、サイズがBG
Aボールの底面積程度なら正常と判定し(ステップ8
3)、これを大きく上回っていればエキストラボールの
異常と判定する(ステップ84)。
【0035】次に図12のステップ9にて、判定結果が
正常かどうかチェックする。正常でないときは、後の処
理の誤差を回避するため、そのまま次にBGAボールを
選び(ステップ11)、ステップ6へ戻る。
【0036】一方、正常であれば、2次解B2(i,
j)を決定し、カウンタmの値をインクリメントした上
で(ステップ10)、ステップ11、ステップ6へ移行
する。ここで、正常な場合、図7(b)のような画像デ
ータが得られている。ここで、2次解B2(i,j)
は、この1つの塊の明るさの重心であり、輝度の値の大
小も反映した上で輝度分布を微分して極大点を用いる。
これにより、2次解B2(i,j)の精度はサブピクセ
ルオーダとなりより高精度の位置計測を行える。
【0037】そして、ステップ6にて、全てのBGAボ
ールの処理を完了したとき、2次解B2(i,j)は、
正常と判定されたBGAボールの個数分だけ蓄積されて
いる。そしてこの個数は、カウンタmの値に他ならな
い。
【0038】次に、ステップ12にて2次解θ2を決定
する。即ち、図11に示すように、2次解B2(i,
j)は、通常ほとんどのBGAボールについて求められ
ているので、これらのBGAボールを横に通過する直線
Li(i=1〜K)は簡単に決定できる。そこで、次式
により、これらの直線Liの傾きの平均を求め、求めた
平均を2次解θ2とする。
【0039】
【数2】
【0040】そしてステップ13にて、次式を用いて、
各BGAボール(異常と判定されたものも含む)の理論
上の位置Bt(i,j)を求める。
【0041】
【数3】
【0042】さらに、次式で1次解G1を修正して2次
解G2を決定する(ステップ14)。
【0043】
【数4】
【0044】以上によって、精密な2次解の全てが求め
られ、計測が完了する。
【0045】
【発明の効果】本発明では、請求項1の構成により、簡
易・高速な位置計測を行うことができる。また、請求項
3の構成により、高い精度の位置計測を行える。いずれ
の構成によっても、BGAボールの位置を自動的にかつ
的確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図2】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図3】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図4】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図5】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図6】本発明の一実施の形態におけるBGAボールの
位置検出方法の工程説明図
【図7】(a)本発明の一実施の形態におけるBGAボ
ールの位置検出方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態における画像データの例示
【図8】(a)本発明の一実施の形態におけるBGAボ
ールの位置検出方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態における画像データの例示
【図9】(a)本発明の一実施の形態におけるBGAボ
ールの位置検出方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態における画像データの例示
【図10】(a)本発明の一実施の形態におけるBGA
ボールの位置検出方法の工程説明図 (b)本発明の一実施の形態における画像データの例示
【図11】本発明の一実施の形態におけるBGAボール
の位置検出方法の工程説明図
【図12】本発明の一実施の形態におけるBGAボール
の位置検出方法のフローチャート
【図13】本発明の一実施の形態におけるBGAボール
の位置検出方法のフローチャート
【図14】(a)本発明の一実施の形態におけるBGA
ボールの位置検出方法のフローチャート (b)本発明の一実施の形態におけるBGAボールの位
置検出方法のフローチャート
【符号の説明】
W 検査枠

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】BGAの画像を取得する第1ステップと、
    取得した画像に基づいてBGAボールの配列の外縁の傾
    きを求める第2ステップと、BGAボールの縦横2つの
    配列の外縁の交点を求める第3ステップと、第2ステッ
    プで求めた傾きと第3ステップで求めた交点とに基づい
    て各BGAボールの位置を特定する第4ステップとを含
    むことを特徴とするBGAボールの位置検出方法。
  2. 【請求項2】前記第2ステップは、BGAボールの配列
    の外縁に検査枠を合わせ、この検査枠を微小角度回転さ
    せながらこの検査枠内の輝度の合計が最大となる角度を
    求め、この角度を求める傾きとすることを特徴とする請
    求項1記載のBGAボールの位置検出方法。
  3. 【請求項3】BGAの画像を取得する第1ステップと、
    取得した画像に基づいて各BGAボールの計算上の位置
    を求める第2ステップと、求めた計算上の位置を包含す
    る検査枠を設定する第3ステップと、この検査枠内の画
    像に基づいてBGAボールの実際の位置を検出する第4
    ステップとを含むことを特徴とするBGAボールの位置
    検出方法。
  4. 【請求項4】前記検査枠内で画像の塊の個数を求めるこ
    とを特徴とする請求項3記載のBGAボールの位置検出
    方法。
  5. 【請求項5】前記塊の個数がゼロならば、BGAボール
    なしと判定することを特徴とする請求項4記載のBGA
    ボールの位置検出方法。
  6. 【請求項6】前記塊の個数が2以上であれば、エキスト
    ラボールが存在すると判定することを特徴とする請求項
    4記載のBGAボールの位置検出方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003097926A (ja) * 2001-09-27 2003-04-03 Nec Corp Ic外観検査方法
US6584420B1 (en) 1999-11-29 2003-06-24 Olympus Optical Co., Ltd. Defect examination apparatus
CN100343966C (zh) * 2005-05-12 2007-10-17 上海交通大学 柔性激光植球机的焊盘视觉识别与定位系统

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