JPH1123234A - Ｂｇａの半田ボールの高さ測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＢＧＡの裏面の各半田ボールの高さを正確かつ
簡単に測定する。 【解決手段】本発明の測定方法及び測定装置では、ＢＧ
Ａの裏面にスリット光を照射角度θで半田ボール４の配
列方向に沿って走査させるとともに、ＢＧＡの裏面を略
正面から撮影した撮影画像に基づく画像信号処理によ
り、ちょうど半田ボール４の頂点Ｋａに当たる時のスリ
ット光ＬＣの分断光跡同士の光跡間距離ｄを正確に求出
した後、ｄ×ｔａｎθ（＝Ｚ）なる程度の簡単な演算処
理をおこなうことにより、半田ボール４の高さＺが求め
られる構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールグリッドア
レイ（ＢＧＡ）の裏面に設けられている各半田ボールの
高さを測る方法ならびに装置に係り、特にＢＧＡの裏面
を撮影して得た画像に対する信号処理により、各半田ボ
ールの高さが求められるようにするための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、ＩＣ（集積回路）の入・出力端子
数の増加に対応して出現して来た半導体装置のパッケー
ジとして、図１３および図１４に示されるボールグリッ
ドアレイ（以下、適宜「ＢＧＡ」と略記）１がある。こ
のＢＧＡ１は、図１３に示すように、（絶縁）基板２の
表面２ａにＩＣチップ（半導体チップ）３がダイボンデ
ィングされているとともに、図１４に示すように、基板
２の裏面（ＢＧＡの裏面）２ｂに非常に多数の半田ボー
ル４が、縦横に直交するアレイ配列で設けられた構成と
なっている。

【０００３】各半田ボール４は、ボンディングワイヤ５
と所謂スルホール６およびバンプ７を介してＩＣチップ
（半導体チップ）３の各端子と電気的に接続されてい
て、半田ボール４は外部（例えばマザーボード）との接
続端子（接続部位）となっている。ＢＧＡ１は、例え
ば、各半田ボール４をマザーボードの上の各ランドに対
して正確に位置合した状態でリフローハンダされて実装
される。このＢＧＡ１は、裏面２ｂの全域が接続領域と
して利用できるので、周縁だけしか接続領域として使え
ないリード端子方式のデバイスと比べ、端子数の増加に
対応する能力に優れており、今後、非常に発展が期待さ
れるデバイスである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、発展が
期待されるＢＧＡ１であるが、裏面にある各半田ボール
４の高さが簡単に測れないという問題がある。ＢＧＡ１
の裏面に設けられた多数の半田ボール４の間において、
ボール高さの不揃いの度合が大きい場合には、リフロー
ハンダの際、半田ボール４の中にはマザーボードのラン
ドとの間に大きな隙間ができてしまうものが出て来て、
リフローハンダの時に十分な半田付けがなされず、その
結果、半田ボール４とマザーボードのランドの間で接続
不良が発生する。したがって、信頼性の高いＢＧＡ１を
実現する上で、各半田ボール４の高さを測定することが
必要となる。

【０００５】従来、スポット状のレーザビームを半田ボ
ール４に照射するとともに、半田ボール４の表面で反射
されて戻ってくる反射光を捉えて半田ボール４の高さを
測定している。しかしながら、半田ボール４の表面状態
は一定しておらず、反射光にボール高さ以外の要因によ
る変動が生じる。ボール高さ以外の要因による反射光の
変動は、当然、半田ボールの高さの測定誤差の原因とな
るので、測定精度が悪い。測定精度を良くするには、例
えばスポット状のレーザビームを広い範囲に渡って走査
（スキャンニング）することが考えられる。しかし、そ
うすると半田ボールひとつ当たりの測定時間が長くな
り、多数の半田ボール４の高さを全て測るには膨大な時
間がかかるので、何ら問題の解決にはならない。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み、ＢＧＡの裏
面の各半田ボールの高さを正確かつ簡単に測ることので
きる方法ならびに装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、請求項１の発明は、半導体装置のパッケージの裏
面に、多数の半田ボールがアレイ配列で設けられてなる
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）における前記半田ボー
ルの高さを測る方法であって、前記ＢＧＡの裏面に対し
て、スリット光を一定の斜め照射角度が保たれるように
しながら走査させるとともに、前記半田ボールで遮られ
ずにＢＧＡの裏面の上にあらわれる前記スリット光の光
跡と半田ボールで遮られて半田ボールの表面に映る前記
スリット光の光跡との間に生じる光跡間距離を求出し、
この光跡間距離に基づいて半田ボールの高さを求めるこ
とを特徴とする。

【０００８】また、上記の課題を達成するために、請求
項２の発明は、半導体装置のパッケージの裏面に、多数
の半田ボールがアレイ配列で設けられてなるボールグリ
ッドアレイ（ＢＧＡ）の前記裏面にスリット光を照射す
るスリット光照射手段と、前記スリット光を一定の斜め
照射角度が保たれるようにしながら走査させる光走査手
段と、前記スリット光が照射されているＢＧＡの裏面の
外観像を略正面より撮影して映像信号を出力する電子撮
像手段と、前記電子撮像手段からの映像信号をディジタ
ル変換し電子画像として記憶する記憶手段と、前記半田
ボールで遮られずにＢＧＡの裏面にあらわれる光跡と半
田ボールで遮られて半田ボールの表面にあらわれる光跡
との間に生じる光跡間距離を前記電子画像に対する信号
処理により求出する距離求出手段と、前記光跡間距離に
基づき前記半田ボールの高さを求出する高さ求出手段と
を備えている。

【０００９】

【作用】次に、本発明に係る方法ならびに装置により、
ＢＧＡの裏面における半田ボール４の高さを測る際の作
用について説明する。請求項１の発明のＢＧＡの半田ボ
ールの高さ測定方法（以下、適宜「測定方法」と略記）
では、スリット光を一定の斜め照射角度が保たれるよう
にしながら走査させる。そして、スリット光の走査と同
時に、ＢＧＡの裏面におけるスリット光走査域を（例え
ば電子カメラで）略正面から撮影して撮影画像を得る。
この撮影画像には、ＢＧＡの半田ボールで遮られずにＢ
ＧＡの裏面の上にあらわれるスリット光の光跡と半田ボ
ールで遮られて半田ボールの表面に映るスリット光の光
跡があらわれるので、これら両光跡の光跡間距離を画像
信号処理により求出し、この光跡間距離に基づいて半田
ボールの高さを求める。

【００１０】スリット光が一定の斜め照射角度θが保た
れるようにしながら半田ボールに照射されるので、ＢＧ
Ａの半田ボールで遮られずにＢＧＡの裏面の上にあらわ
れるスリット光の光跡と、半田ボールで遮られて半田ボ
ールの表面に映るスリット光の光跡との間の光跡間距離
が、半田ボールの高さと比例することになり、スリット
光がちょうど半田ボール４の頂点に当たる時は、両光跡
の間の光跡間距離ｄと半田ボールの高さＺの間に、Ｚ＝
ｄ×ｔａｎθ（但し，θはスリット光の照射角度）なる
関係が成立し、これにより簡単に半田ボールの高さＺが
求まる。スリット光はスポット光に比べて走査時間が少
なくてすみ、半田ボールの表面に映るスリット光の光跡
も、一定の長さがあってデータ量が多いので、画像信号
処理で半田ボールの表面状態の変動を補正して正しい光
跡を割り出し、正確な光跡間距離ｄが求めることができ
る。

【００１１】請求項２の発明のＢＧＡの半田ボールの高
さ測定装置（以下、適宜「測定装置」と略記）では、請
求項１の測定方法が実行されて、ＢＧＡの各半田ボール
の高さが測定される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら詳しく説明する。図１は実施例に係る測定装
置の全体構成を示すブロック図である。この実施例装置
は、本発明の測定方法を実施して、ＢＧＡの裏面の半田
ボールの高さ測定をおこなうことができる装置である。
実施例の測定装置は、図１に示すように、ＢＧＡ１の裏
面２ｂに設けられた測定対象の半田ボール４の撮影をお
こなう撮像部１１と、撮像部１１のコントロールおよび
撮像部１１から出力される映像信号を利用して測定に必
要な各種の信号処理（データ処理）をおこなう制御部１
２とからなる。

【００１３】実施例が測定対象とするＢＧＡ１は、図１
３および図１４に示すとおりの通常のものである。ＢＧ
Ａ１の裏面２ｂには多数の半田ボール４が縦横直交のア
レイ配列（マトリックス配列）で設けられている。ＢＧ
Ａ１は、１辺が例えば２０〜４０ｍｍ程度の正方形ない
し長方形のかたちである。半田ボール４の個数は特定の
数に限らないが、普通、数十〜数百程度である。半田ボ
ール４の直径は、例えば０．３〜１ｍｍ程度であり、半
田ボール４のピッチ間隔は、例えば０．５〜１．５ｍｍ
程度である。

【００１４】撮像部１１には、測定対象のＢＧＡ１の裏
面２ｂを照明するために、３種類の光源が配備されてい
る。すなわち、全周斜光照明光源１３、スリット光源１
６、および、落射光源１７の３つの光源が配設されてお
り、一つの光源による単独照明、あるいは、複数の光源
による併合照明もできるよう構成されている。各光源の
具体的な構成は以下のとおりである。

【００１５】スリット光源１６は、図２に示すように、
いわゆる光切断法に用いられているレーザ光源であり、
スポット光を円筒レンズ（図示省略）を用いてスリット
化したスリット光ＬをＢＧＡ１の裏面２ｂに照射する。
そして、撮像部１１には光走査機構１０が設けられてお
り、この光走査機構（光走査手段）１０により、スリッ
ト光Ｌが、スリット長手方向を半田ボール４の配列方向
と平行の方向に向け、一定の斜め照射角度を保ちながら
前記半田ボール４の配列方向と直交方向に走査させられ
るようセットされている。スリット光Ｌの長手方向の寸
法は、ＢＧＡ１の裏面２ｂの上で複数個（例えば３〜６
個）の半田ボール４を同時に横切れる程度に設定され
る。

【００１６】全周斜光照明光源１３は、図１および図３
に示すように、リング状本体１４の内面側に多数の赤色
発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）１５が、リングの周方向
に沿って等間隔で配置されているとともに、ＢＧＡ１の
裏面２ｂを全周より斜め方向に照射光ＬＳを出して照明
できるようセットされている。全周斜光照明光源１３の
大きさは、図３に示すように、リング状本体１４の内側
の照明区域に複数個（例えば６〜９個）の半田ボール４
が同時に存在する程度に選定される。ＢＧＡ１の裏面２
ｂに対する全周斜光照明光源１３の照射光ＬＳの照射角
度は、通常、３０〜６０°程度の範囲に設定される。

【００１７】全周斜光照明光源１３の照射光ＬＳは可視
光に限らず、例えば赤外光などの非可視光であってもよ
い。また、赤色発光ダイオード１５を多数設置する代わ
りに、各赤色発光ダイオード１５のある位置に多数の光
ファイバーの各先端を斜めの向きに配置し、１個の光源
からの光を各光ファイバーで分割して全周より同時照射
させることにより全周斜光照明をおこなう構成の光源
を、全周斜光照明光源１３として用いるようにすること
も出来る。

【００１８】ＢＧＡ１は保持テーブルＴａの移動に伴い
水平方向の縦横移動および垂直方向の上下移動が可能で
あり、ＢＧＡ１の裏面２ｂの撮影位置の移動がおこなえ
る。勿論、保持テーブルＴａの方を固定状態とし、照明
系・撮影系の方を移動することで撮影位置の移動がおこ
なわれる構成してもよいし、照明系・撮影系と保持テー
ブルの両方とも移動可能な構成としてもよい。また、ス
リット光源１６が使用される場合には、全周斜光照明光
源１３を側方に退避させられるよう構成されていてもよ
い。

【００１９】落射光源１７は、図１に示すように、照射
光がハーフミラー１８で直角に曲げられ、ＢＧＡ１の裏
面２ｂ垂直に当てられる。落射光源１７はＢＧＡ１の裏
面２ｂを真正面から照明するための光源なのである。こ
の落射光源１７の光は、通常、可視光である。

【００２０】さらに、撮像部１１では、ＢＧＡ１の裏面
２ｂの外観像を正面から撮影できるようにして電子カメ
ラ（電子撮像手段）１９がセットされている。電子カメ
ラ１９としては、通常のＣＣＤ式ＴＶカメラなどが用い
られる。もちろん、電子カメラ１９は、上記の３つの光
源１３，１６，１７のいずれの光源の照明でも、撮影可
能である。

【００２１】続いて、実施例の測定装置における制御部
１２の構成についての説明をおこなう。制御部１２は、
電子カメラ１９から送出される映像信号（撮影画像）を
受け、２値電子画像化および多値電子画像化して記憶す
る構成（電子画像化記憶手段）を備えている。アナログ
信号である映像信号は、２値ディジタル変換部２１によ
り、一定以上の輝度の信号は「Ｈ（白レベル）」とさ
れ、一定以下の輝度の信号は「Ｌ（黒レベル）」とされ
た後、Ｘ−Ｙアドレス形態のフレームメモリである２値
電子画像メモリ２２に送られて記憶される。同時に、多
値ディジタル変換部２３によっても、信号強度と比例す
る値の（例えは８ビット）ディジタル信号に変換された
後、Ｘ−Ｙアドレス形態のフレームメモリである多値電
子画像メモリ２４に送られて記憶される。勿論、多値電
子画像は２値電子画像より情報量が多いから、多値電子
画像メモリ２４の方は２値電子画像メモリ２２よりも記
憶容量の大きなメモリ素子が使われる。

【００２２】さらに、制御部１２には、撮影画像に対応
する２値電子画像や多値電子画像について半田ボール４
の高さ測定に必要なデータ処理をおこなうデータ処理部
（画像信号処理手段）２５を備えている。このデータ処
理部２５の具体的な構成については、後ほど測定動作と
の関連において詳しく説明する。

【００２３】また、制御部１２には、測定装置の稼働に
必要な指令やデータ入力をおこなうための入力操作手段
として、マウス２６およびキーボード２７が配設されて
いるとともに、２値電子画像や多値電子画像の表示や、
測定メニュー・操作メニューの表示および測定データな
どの表示・出力をおこなうＴＶモニタ２８およびプリン
タ２９が設置されている。この他、マウス２６およびキ
ーボード２７の入力操作等に応じて測定動作に必要な制
御信号（例えばスリット光源１６の光走査機構１０の制
御信号）などを撮像部１１の各部へ送出する撮影コント
ローラ部３０なども備えている。

【００２４】次に、以上に述べた構成の測定装置による
半田ボールの高さ測定動作と、これに伴う具体的なデー
タ処理を、図面を参照しながら説明する。この半田ボー
ルの高さ測定の時には、スリット光源１６が用いられ
る。

【００２５】図２に示すように、スリット光源１６から
出射されるスリット光Ｌは、光走査機構１０により、Ｂ
ＧＡ１の裏面２ｂの上を、スリット長手方向を半田ボー
ル４の配列方向と平行なＹ方向に向けた状態で、Ｙ方向
と直交するＸ方向へ走査させられる。スリット光Ｌは、
走査に伴って図で見て左側から右側へ移動してゆくが、
図４に示すように、走査中の各スリット光ＬＡ〜ＬＤの
照射角度（スリット光とＢＧＡ１の裏面２ｂとの角度）
θは一定の値に保持される。

【００２６】ＴＶカメラ１９によりＢＧＡ１の裏面２ｂ
の外観像が正面（図では上方）から撮影される。図５に
示すように、ＴＶカメラ１９で撮影される撮影画像ＰＣ
では、各スリット光ＬＡ〜ＬＤは、それぞれ、垂直方向
（Ｙ方向）に走る略線状の光跡Ｌａ〜Ｌｄとなって順に
出現する。図４および図５の間では、スリット光ＬＡと
光跡Ｌａ，スリット光ＬＢと光跡Ｌｂ，スリット光ＬＣ
と光跡Ｌｃ，スリット光ＬＤと光跡Ｌｄがそれぞれ対応
している。半田ボール４で全く遮られることのないスリ
ット光の場合は画像中で光跡が連続状態となり、半田ボ
ール４で一部が遮られるスリット光の場合は画像中で光
跡が不連続状態となる。なお、図４〜７は、画像がポジ
画像であるので、光跡Ｌａ〜Ｌｄは明るい線で現れるの
であるが、説明の便宜上、太めの黒線で示してある。勿
論、画像がネガ画像の場合は光跡が図示のとおりに黒線
となる。

【００２７】一方、図４に示すように、半田ボール４の
頂上点Ｋａに当たる走査位置に来たスリット光ＬＣにつ
いて見ると、半田ボール４の高さＺ＝ｄ×ｔａｎθの関
係にあることが分かる。ｄは、半田ボール４の頂上点Ｋ
ａの真下点Ｋｂと光跡Ｌｃとの間の距離である。勿論、
θはスリット光の照射角度であり、予め分かっている値
である。他方、図５に示すように、撮影画像ＰＣの上で
は、ｄは、光跡Ｌｃの不連続部分における最大離間距離
（最大光跡間距離）となる。すなわち、スリット光ＬＣ
が仮に半田ボール４で遮られなかった場合に比べて、半
田ボール４の遮蔽で生じる光跡の水平方向の最大ズレ量
が最大離間距離ｄなのである。したがって、以下では、
データ処理部２５により、光跡の水平方向の最大ズレ量
に相当する最大離間距離ｄを求出し、さらに上のＺ＝ｄ
×ｔａｎθの演算処理をおこなって、半田ボール４の高
さＺを求出することになる。

【００２８】スリット光ＬはＸ方向に僅かづつステップ
送りされ、各ステップ位置でのＢＧＡ１の裏面２ｂの外
観像が電子カメラ１９で正面より撮影される。電子カメ
ラ１９で得られた撮影画像は制御部１２の各ディジタル
変換部２１，２３で２値化あるいは多値化された後、２
値電子画像および多値電子画像としてメモリ２２，２４
に格納される。

【００２９】通常、図６に示すように、２値電子画像Ｐ
Ｄでは、光跡Ｌａだけが明瞭なかたちであらわれる。デ
ータ処理部２５は、２値電子画像メモリ２２からデータ
を読み出して来て、光跡Ｌａを示す「Ｈ」領域の続き具
合をチェックして光跡の連続・不連続を判別する処理を
おこなう。光跡が連続の場合は、最大離間距離ｄは求め
られない。光跡が不連続の場合は、最大離間距離ｄが求
まる可能性がある。図６に示す場合は連続という判定が
出て、直ちにスリット光Ｌが次のステップへ進められ、
同様に、光跡の連続・不連続を判別する処理が繰り返さ
れる。図７の２値電子画像ＰＥのように、光跡Ｌｂが分
断されている場合は、不連続という判定となり、最大離
間距離ｄが求出される可能性があるので、データ処理部
２５は、不連続点Ｇａ，Ｇｂと不連続線Ｇｃを内側に含
む四角区域Ｈｂ１，Ｈｂ２を二つ設定する。

【００３０】このように、データ処理部２５で２値電子
画像に基づいて撮影画像中の光跡領域を抽出する処理、
つまり不要な非光跡領域をカットする前処理をおこな
う。２値電子画像の中の光跡領域は、「Ｈ」領域として
簡単に抽出することができる。２値電子画像の場合は各
画素のデータがＨとＬの２種だけであるからデータ処理
に伴う負荷が少ない。

【００３１】抽出区画Ｈｂが設定されると、先ず抽出区
画Ｈｂ１に対応する多値電子画像メモリ２４の中の多値
データを読み出して来て、より厳密に光跡Ｌｃにおける
不連続点Ｇａ，Ｇｂの番地（座標）と不連続線Ｇｃにお
ける各番地（座標）を割り出す。情報量の多い多値電子
画像データに基づき、半田ボール４の表面状態の変動に
起因する誤差を除いた適切な光跡Ｌｃを割り出したり、
正確な不連続点Ｇａ，Ｇｂの位置を求め直すなどの補正
処理が行われる。そして、不連続点Ｇａ又は不連続点Ｇ
ｂのＸ方向の番地と、不連続線Ｇｃの上の各点における
Ｘ番地の差を求めるとともに、さらに番地差の中で最も
大きな値（最大値Ｍｄ１）を検索保持する。最大値Ｍｄ
は光跡Ｌｃにおける最大離間距離と対応している。次に
抽出区画Ｈｂ２についても同様にして最大値Ｍｄ２を検
索保持する処理が終われば、スリット光を次のステップ
に進める。光跡の不連続状態が一端始まると、一定数の
ステップの間、光跡の不連続状態が継続するので、上記
と同様、抽出区画Ｈｂ１，Ｈｂ２の設定および番地差の
最大値Ｍｄ１，Ｍｄ２の検索保持処理が繰り返される。

【００３２】２値電子画像に基づく光跡の連続・不連続
の判定が連続に変わった時点で、データ処理部２５は、
保持しておいた抽出区画Ｈｂ１の番地差の最大値Ｍｄ１
の中の最も大きな値を選びだし、（必要に応じて番地差
−距離換算用の処理を施して）これを抽出区画Ｈｂ１の
中の半田ボール４の最大離間距離ｄと決定した後、ｄ×
ｔａｎθなる演算処理を行い、上側の半田ボール４の高
さＺを求める。さらに、データ処理部２５は、保持して
おいた抽出区画Ｈｂ２の番地差の最大値Ｍｄ２の中の最
も大きな値を選びだし、（必要に応じて番地差−距離換
算用の処理を施して）これを抽出区画Ｈｂ２の中の半田
ボール４の最大離間距離ｄと決定した後、ｄ×ｔａｎθ
なる演算を行って、下側の半田ボール４の高さＺも求め
る。

【００３３】スリット光Ｌが次々ステップ走査されて、
スリット光Ｌが再び次列の半田ボール４で遮られるよう
になると再び上記の一連の処理が繰り返し行われ、最終
的に全半田ボール４の高さＺが求出される。求出された
各半田ボール４の高さＺは、測定結果として必要に応じ
てＴＶモニタ２８およびプリンタ２９によって出力表示
される。また、ＢＧＡ１の寸法が大きくて、スリット光
Ｌの走査域ではＢＧＡ１の裏面２ｂを走査し切れない場
合には、適宜にＢＧＡ１の方も移動させながら測定が進
められることになる。図１５のフローチャートは上記の
半田ボールの高さ測定動作の一連の流れを纏めて示すも
のである。なお、データ処理部２５は、光跡間距離を電
子画像に対する信号処理により求出する距離求出手段、
および、光跡間距離に基づき半田ボールの高さを求出す
る高さ求出手段を兼ねるものであるが、コンピュータ
（中央演算処理装置）、および、その動作制御プログラ
ムを中心に構成されているものである。

【００３４】次に、実施例の測定装置による半田ボール
の接続状態などの検査動作を説明する。ＢＧＡ１の半田
ボール４は、低融点半田材の外殻４ａにより高融点半田
材の内球４ｂが覆われた２層構造の球体であり、この球
体をＢＧＡ１の裏面に形成された各バンプ７にそれぞれ
配置しておいてヒート処理することによりＢＧＡ１と半
田ボール４の接合がおこなわれる。

【００３５】ヒート処理の際、外殻４ａの低融点半田材
がよく溶け、図８（ａ）の中の黒塗域Ｂａによって示さ
れるように、半田ボール４とバンプ７の接合が十分な場
合は問題ない。しかし、外殻４ａの低融点半田材が殆ど
溶けず、図８（ｂ）の中の黒塗域Ｂｂによって示される
ように、半田ボール４とバンプ７の接合が不十分（ヌレ
性が不十分）な場合は半田ボール４の接続信頼性が低下
する。ヒート処理は外殻４ａの低融点半田材だけを溶か
す微妙な熱処理であるから、多数の半田ボールの全てが
十分に接合される保証はない。したがって、デバイスの
良否を確認するには、各半田ボール４の接合状態の検査
が必要となる。しかし、半田ボール４とバンプ７の接合
箇所は半田ボール４の陰に隠れて見え難いことから、半
田ボール４とバンプ７の接合状態を検査することは、簡
単に出来ないのである。

【００３６】しかし、実施例装置では、以下に詳述する
ように、全周斜光照明光源１３を利用して半田ボール４
についての検査も的確かつ簡単に行えるという有用な装
置となっているのである。実施例装置の場合、図９に示
すように、撮影領域に対応する外観像ＰＡには、半田ボ
ール４が４つある。全周斜光照明光源１３により４個の
半田ボール４を含む区域が照射光ＬＳで全周斜光照明さ
れるとともに、電子カメラ１９により４個の半田ボール
４が正面から撮影される。電子カメラ１９で得られた撮
影画像は制御部１２の各ディジタル変換部２１，２３で
２値化あるいは多値化された後、２値電子画像および多
値電子画像としてメモリ２２，２４に格納される。

【００３７】図１０の中に一点鎖線で示すように、半田
ボール４を映した撮影画像ＰＢでは、通常、半田ボール
４の像の周縁に沿ってリング状の高輝度領域ＨＢが出現
する。このリング状の高輝度領域ＨＢは、主として半田
ボール４とバンプ７を接合する外殻４ａの低融点半田材
の乱反射作用によって生じる。２値電子画像では、高輝
度領域ＨＢが明るく、それ以外の領域は暗くなるので、
図１１に示すように、暗いバックに高輝度領域ＨＢのリ
ングが浮かんだ画像になる。したがって、２値電子画像
メモリ２２から２値電子画像データを読み出して来て、
データ処理部２５で２値電子画像の中のリング状の
「Ｈ」領域を検索し、図１１の中に太い実線で示すよう
に、「Ｈ」領域を囲む方形の抽出区画Ｈａを各々設定す
る。

【００３８】データ処理部２５では、抽出区画Ｈａの設
定に続いて、多値電子画像メモリ２４の中から一つの抽
出区画Ｈａに対応する多値電子画像データを読み出して
来て、図１２に示すように、スレッシュホールドレベル
の精密調整などにより厳密な高輝度領域ＨＩの検索を行
う。そして、さらに、高輝度領域ＨＩの面積や、高輝度
領域ＨＩの全信号積算量、あるいは、高輝度領域ＨＩの
各部の幅Ｈｗ１〜Ｈｗ４などを検査データとしてそれぞ
れ求出し、それぞれの検査データの基準値と比較するこ
とにより、その接続部位の良品を判定する。

【００３９】ひとつの抽出区画Ｈａに対する処理が終わ
れば、次の抽出区画Ｈａに対する処理を同様にして繰り
返して、全ての半田ボール４についての検査を行う。得
られた検査結果は必要に応じてＴＶモニタ２８やプリン
タ２９により出力される。

【００４０】図１６のフローチャートは上記の半田ボー
ルの検査動作の一連の流れを纏めて示すものである。な
お、データ処理部２５は、電化画像に対する信号処理に
より半田ボール４のまわりの高輝度領域のデータを求出
する画像信号処理手段であるが、コンピュータ（中央演
算処理装置）、および、その動作制御プログラムを中心
に構成されているものである。

【００４１】半田ボール４とバンプ７を接合する外殻４
ａの低融点半田材が十分に溶け、接合が正常であるほ
ど、高輝度領域の面積や、高輝度領域の全信号積算量お
よび幅は、増大する。また、高輝度領域における各幅の
寸法が揃っているほど偏りのない接合がなされているこ
とにもなる。半田ボール４の外殻４ａの低融点半田材が
殆ど溶けず接合が不十分な場合は、高輝度領域の面積が
非常に狭くなり、極端な場合は高輝度領域が殆どあらわ
れない。また、高輝度領域が出現しても各幅の寸法が極
端に不揃いな場合、半田ボール４に導通検査をおこなっ
た時に治具による傷が付いてしまっていると言ったよう
な検査結果が出ることもある。つまり、高輝度領域につ
いて得られた検査データにより半田ボール４の傷の検査
も可能なのである。

【００４２】すなわち、上の検査の場合、撮影画像の中
の半田ボールの近傍に出現する高輝度領域（ハイライト
領域）の情況によって検査がおこなわれるのである。外
観像に対応する撮影画像の中の高輝度領域は半田ボール
における乱反射情況を反映している。一方、半田ボール
の状態変化は半田ボールにおける乱反射情況の変化を誘
起する。したがって、高輝度領域の情況変化は半田ボー
ルの状態変化と対応関係にあることになるので、画像中
にあらわれる高輝度領域についてのデータにより半田ボ
ール検査ができるのである。

【００４３】加えて、上の検査の場合、照明光は斜めか
ら照射され、撮影は正面からなされる結果、照明光のう
ち鏡面反射光は除かれて乱反射光が抽出されるかたちで
撮影画像が得られる。したがって、撮影画像では高輝度
領域が強調され、正面からは見えない位置の半田ボール
の状態変化も、高輝度領域の変化となってあらわれ、正
確な検査結果が得られることになる。なお、高輝度領域
はポジ画像では外観像と同じく明るい領域であるが、ネ
ガ画像では暗い領域となり、明暗が反転することにな
る。したがって、ネガ画像を用いる場合は、暗い領域が
高輝度領域を意味することになる。

【００４４】また、落射光源１７を用いて照明をおこな
う場合は、鏡面反射光による従来と同様の撮影画像（い
わゆる顕微鏡画像）が得られるものであり、適宜、必要
に応じて使われる。

【００４５】本発明は、上記実施例に限られるものでは
なく、次のように変形実施することができる。 （１）上記実施例では、２値電子画像による前処理を行
った後、多値電子画像による本処理を行う二段処理構成
であったが、多値電子画像だけに基づいて多値電子画面
全体に対してデータ処理をおこなう一段処理構成のもの
が変形例として挙げられる。ただ、この変形例の場合に
は、多値電子画像データは情報量が多いので全画面の処
理に非常に時間がかかり、実施例の場合と比べて処理ス
ピードが遅くなる。

【００４６】（２）上記実施例では、スリット光源１６
を移動させてスリット光Ｌの走査をおこなう構成となっ
ていたが、スリット光源１６は常に固定しておき、ＢＧ
Ａ１の方を常に移動させるようにしてスリット光Ｌの走
査をおこなう構成のものが、変形例として挙げられる。
この変形例は、ＢＧＡ１の寸法が大きくて走査領域が広
い場合に対処し易い上に、スリット光Ｌの光跡が常に画
面の略一定位置に来て、データ処理が容易となる可能性
がある。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の発明の測定方法によれば、ス
リット光が走査されるＢＧＡの裏面の撮影画像に対する
画像信号処理によって、半田ボールによる遮光に伴って
生じるスリット光の分断光跡同士の間の離間距離（光跡
間距離）が求められた後、光跡間距離に基づく簡単な演
算処理で半田ボールの高さが求出される構成であるの
で、ＢＧＡの各半田ボールの高さが簡単に測れる。その
上、半田ボールの表面状態の変動を、半田ボールの表面
に現れる（単なるスポットでない）長い光跡のデータを
利用する信号処理で補正して光跡間距離を正確に求出す
ることもできることので、半田ボール高さの測定精度も
向上させられる。

【００４８】請求項２の発明の測定装置によれば、請求
項１の発明の測定方法を実施することにより、半田ボー
ルの高さを簡単かつ高精度で測ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の測定装置の全体構成を示すブロック図
である。

【図２】実施例装置のスリット光源による照明情況を示
す模式的斜視図である。

【図３】実施例装置における全周斜光照明光源を示す平
面図である。

【図４】実施例でのスリット光の走査情況を示す模式図
である。

【図５】実施例でのスリット光照明時の撮影画像を示す
模式的平面図である。

【図６】実施例でのスリット光照明時の２値電子画像を
示す模式的平面図である。

【図７】実施例でのスリット光照明時の他の２値電子画
像を示す模式的平面図である。

【図８】ボールグリッドアレイにおける半田ボールの接
合情況を示す模式図である。

【図９】実施例での全周斜光照明時の外観像を示す模式
的平面図である。

【図１０】実施例での全周斜光照明時の撮影画像を示す
模式的平面図である。

【図１１】実施例での全周斜光照明時の２値電子画像を
示す模式的平面図である。

【図１２】実施例での全周斜光照明時の多値電子画像の
一部を示す模式的平面図である。

【図１３】ボールグリッドアレイの構成を示す模式図で
ある。

【図１４】ボールグリッドアレイの裏面構成を示す平面
図である。

【図１５】実施例の半田ボール高さ測定動作の流れを示
すフローチャートである。

【図１６】実施例の半田ボールの接続検査動作の流れを
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ） ２ｂ…ＢＧＡの裏面 ４…半田ボール １０…光走査機構 １６…スリット光源 １９…ＴＶカメラ ２２…２値電子画像メモリ ２３…多値電子画像メモリ ２５…データ処理部 ｄ…最大離間距離（最大光跡間距離） Ｌ，ＬＡ〜ＬＤ…スリット光 Ｌａ〜Ｌｄ…スリット光 ＰＣ…撮影画像 ＰＤ，ＰＥ…２値電子画像 Ｚ…半田ボールの高さ θ…照射角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置のパッケージの裏面に、多数
   の半田ボールがアレイ配列で設けられてなるボールグリ
   ッドアレイ（ＢＧＡ）における前記半田ボールの高さを
   測る方法であって、 前記ＢＧＡの裏面に対して、スリット光を一定の斜め照
   射角度が保たれるようにしながら走査させるとともに、
   前記半田ボールで遮られずにＢＧＡの裏面の上にあらわ
   れる前記スリット光の光跡と半田ボールで遮られて半田
   ボールの表面に映る前記スリット光の光跡との間に生じ
   る光跡間距離を求出し、この光跡間距離に基づいて半田
   ボールの高さを求めることを特徴とするＢＧＡの半田ボ
   ールの高さ測定方法。
2. 【請求項２】 半導体装置のパッケージの裏面に、多数
   の半田ボールがアレイ配列で設けられてなるボールグリ
   ッドアレイ（ＢＧＡ）の前記裏面にスリット光を照射す
   るスリット光照射手段と、 前記スリット光を一定の斜め照射角度が保たれるように
   しながら走査させる光走査手段と、 前記スリット光が照射されているＢＧＡの裏面の外観像
   を略正面より撮影して映像信号を出力する電子撮像手段
   と、 前記電子撮像手段からの映像信号をディジタル変換し電
   子画像として記憶する記憶手段と、 前記半田ボールで遮られずにＢＧＡの裏面にあらわれる
   光跡と半田ボールで遮られて半田ボールの表面にあらわ
   れる光跡との間に生じる光跡間距離を前記電子画像に対
   する信号処理により求出する距離求出手段と、 前記光跡間距離に基づき前記半田ボールの高さを求出す
   る高さ求出手段とを備えていることを特徴とするＢＧＡ
   の半田ボールの高さ測定装置。