KR100777193B1 - 솔더 페이스트 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 인쇄 회로 기판(22)과 같은 제조 물품을 검사하기 위한 새로운 검사 시스템(10)이 제공되며, 이 검사 시스템(10)은 레티클(41)을 통해 광을 투사하여 인쇄 회로 기판의 한 영역에 광 패턴을 투영하도록 구성된 스트로보식 조명 장치(38)를 포함한다. 기판 이송 장치(16)는 그에 응답하여 투사광의 각기 다른 상에 각각 대응하는 서로 상이한 적어도 2곳의 위치에 기판(22)을 위치시킨다. 또한, 각기 상이한 적어도 2개의 위상 중 어느 하나에 대응하는 그 영역의 화상을 적어도 2개 포착하도록 구성된 검출기(18)도 포함한다. 인코더(24)는 기판(22)의 움직임을 모니터링하여 위치 출력(20)을 출력하고, 인코더(24), 기판 이송 장치(16), 조명 장치(38) 및 검출기(18)에 연결된 프로세서(14)는 조명 장치(18)로의 전원 공급을 제어하여 상기 영역을 위치 출력(20)의 함수로서 노출시키고, 프로세서(14)는 상기 적어도 2개의 화상을 코사이트(co-site)시켜 이 코사이트된 화상으로 높이 맵 화상(height map image)을 작성한다.

Description

솔더 페이스트 검사 시스템{SOLDER PASTE INSPECTION SYSTEM}

본 발명은 전자 회로 기판 제조 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 제조 중에 회로 기판 상에 도포된 솔더 페이스트를 검사하는 개선된 시스템에 관한 것이다.

개별 전자 부품은 물론 전자 집적 회로까지 탑재하고 있는 회로 기판이 공지되어 있다. 집적 회로 칩, 저항기 또는 커패시터 등의 전자 부품의 리드(lead)를 받아들이는 소정의 도체 경로 및 패드를 갖는 회로 기판이 준비된다. 회로 기판 제조 공정 중에, 솔더 페이스트 브릭(solder paste brick)은 기판 상의 적절한 위치에 배치된다. 솔더 페이스트는 통상 스크린(screen, 체)을 기판상에 배치하는 단계, 스크린 구멍들을 통해 솔더 페이스트를 도포하는 단계, 및 스크린을 기판에서 제거하는 단계에 의해 도포된다. 회로 기판의 전자 부품들은 각 솔더 페이스트 브릭 상에 배치된 전자 부품들의 리드로, 양호하게는 자동 장착 기계(pick and place machine)를 사용하여 기판상에 배치된다. 모든 부품들이 기판상에 배치된 후에, 회로 기판은 오븐을 통과하여 솔더 페이스트를 용융시키게 되고, 이에 따라 부품들과 기판간에 전기적 및 기계적 접속을 생성한다.

전자 산업에 있어서 소형화가 더욱 강조됨에 따라, 솔더 페이스트 브릭들의 크기는 점점 작아지고 또한 이들을 기판상에 배치할 때 요하는 정확도도 점점 더 엄격해지고 있다. 솔더 페이스트 브릭의 높이는 100 미크론 정도로 작을 수 있으며, 솔더 페이스트 브릭의 높이는 종종 설계 높이 및 크기의 1 퍼센트 범위내에서 측정되어져야만 한다. 솔더 브릭들의 중심간 거리가 200 미크론일 때도 있다. 솔더 페이스트가 너무 적으면 전자 부품의 리드와 회로 기판의 패드간의 전기적 접속이 이루어지지 않을 수 있다. 솔더 페이스트가 너무 많으면 부품의 리드들간에 브리지 및 단락 회로가 생길 수 있다.

회로 기판 하나를 제작하는 데 수천 달러, 심지어는 수만달러의 비용이 들 수 있다. 제조 공정이 완료된 후에 회로 기판의 검사는 솔더 페이스트의 배치 및 부품 리드의 접속에서 여러 오류들을 검출할 수 있지만, 불량 기판에 대한 유일한 구제책은 그 기판 전체를 버리는 것 뿐인 경우가 많다. 따라서, 제조 공정 중에 회로 기판을 검사하여 전자 부품을 기판상에 배치하기에 앞서 부적절한 솔더 페이스트 배치를 검출할 수 있어야만 한다. 이와 같이 공정 중에 솔더를 검사하면 고가의 부품들이 회로 기판상에 아직 배치되지 않았기 때문에 실패 비용이 감소하게 된다.

현재의 솔더 페이스트 검사 시스템은 많은 한계를 가진다. 먼저, 이러한 시스템은 통상 고가이며, 이 시스템의 비용은 기판의 제조 가격 및 완성된 회로 기판의 가격에 포함되어야 한다. 게다가, 현재의 시스템은 각기 상이한 세부 레벨(level of detail)을 갖는 여러 특징부를 검사하는 작업을 할 때 비교적 유연성이 없다. 이러한 현재의 시스템은 미세 구조의 물체에 사용된 것과 동일한 센서, 또는 광학적 연결 장치(optical train)를 사용하여 거친 구조의 물체를 측정하지는 못한다. 따라서, 2가지 레벨의 분해능 및 처리 능력을 제공하기 위해서는 성능이 각기 상이한 광학적 연결 장치가 2개 있어야 하며, 시스템 단가를 크게 상승시킨다.

현재의 솔더 페이스트 검사 시스템의 또 다른 한계로는 진동에 민감하다는 것이다. 이러한 시스템에서, 높은 정확도로 측정을 할 수 있기 위해서는 타겟이 기지의 위치에 있어야만 한다. 진동으로 인하여 타겟 표면상의 특징부가 예상했던 것과는 다른 곳에 나타나게 된다. 이러한 공간적 오차는 솔더 페이스트의 높이, 부피 및 면적 측정의 정확도 및 반복 정밀도(repeatability)에 악영향을 미치며, 이 오차로 인해 불량인 솔더 브릭이 합격으로 되거나 그렇지 않고 양품인 브릭이 불합격으로 될 수 있다.

현재의 검사 시스템의 또 다른 한계는 검사 속도의 한계이다. 공정 중의 솔더 페이스트 검사는 일반적으로 조립 라인에서 수행되기 때문에, 검사가 조립 라인의 처리 능력에 미치는 영향을 최소화하기 위해 검사 단계 자체는 가능한 한 신속하게 행해져야만 한다.

사용 편이성도 현재의 시스템의 또 다른 한계이다. 이 한계의 일례로서, 현재의 솔더 페이스트 검사 시스템에서는 솔더 페이스트의 높이 및 부피 계산을 위한 기준면을 설정하기 위해 시스템이 사용하는 많은 수의 점들을 사용자가 프로그램해야만 한다는 것이다. 이러한 사용자 셋업을 없애게 되면 사용자와 검사 시스템간의 인터랙션(interaction)이 훨씬 용이하게 이루어질 것이다.

마지막으로, 종래의 솔더 페이스트 검사 시스템은 화상 형성을 위해 비교적 고전력의 레이저(클래스 III)를 사용한다. 안전을 위해, FDA는 이러한 레이저의 사용에 대해 엄격한 안전 예방 수칙을 두었다. 이들 예방 수칙이 이러한 장치의 사용을 불편하게 만들 수 있다. 따라서, 현재로서는 어쨌든 클래스 III 레이저를 사용하지 않는 솔더 페이스트 검사 시스템을 제공할 필요가 있다.

본 발명은 인쇄 회로 기판과 같은 제조 물품을 검사하는 새로운 검사 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은 레티클을 통해 광을 투사하여 인쇄 회로 기판의 한 영역에 광 패턴을 투영하도록 구성된 스트로보식 조명 장치(strobed illuminator)를 포함한다. 이송 메카니즘은 그에 응답하여 서로 상이한 적어도 2곳의 위치에 기판을 위치시키며, 이때 각각의 위치는 투사광의 각기 상이한 위상에 대응한다. 또한, 그 영역의 화상을 적어도 2개 포착하도록 구성된 검출기도 포함되어 있으며, 각각의 화상은 각기 상이한 적어도 2개의 위상 중 어느 하나에 대응한다. 위치 인코더는 기판의 움직임을 모니터링하여 위치 출력을 출력하고, 인코더, 이송 메카니즘, 스트로보식 조명 장치 및 검출기에 연결된 프로세서는 스트로보식 조명 장치로의 전원 공급을 제어하여 상기 영역을 위치 출력의 함수로서 노출시키고, 프로세서는 상기 적어도 2개의 화상을 코사이트(co-site)시켜 그 코사이트된 화상으로 높이 맵 화상(height map image)을 작성한다. 본 발명의 시스템 및 방법의 양호한 실시예에서, 검출기는 또한 그 영역의 부가 화상을 타겟 위치의 함수로서 포착하도록 구성되고, 프로세서는 그 영역의 화상 3장에 대해 연산을 행하여 보상된 높이 맵을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 시스템의 진동 감도를 저하시키기 위해 조명 장치는 짧은 기간 내에, 예를 들어 2 밀리초 내에 적어도 2회 스트로보된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 솔더 페이스트의 부피는 포착된 화상들 및 높이 맵으로부터 계산된다. 또 다른 실시예는 복수의 픽셀로부터의 전하가 결합되어 더 큰 유효 픽셀을 형성하는 저 분해능, 고속 모드를 제공하며, 이는 고속 응용 분야에 사용된다. 선택에 따라서는, 높이 맵은 물리적으로 또는 알고리즘적으로 틸트된 타겟을 보상하기 위해 디틸트(de-tilt)된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 페이스트 검사 시스템의 개략도이다.

도 2는 레티클상의 비점수차 투과 패턴을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 방법을 나타낸 블록도이다.

도 4a는 디틸트 보상이 수행되기 이전의 타겟의 높이 맵이고, 도 4b는 디틸트 보상이 수행된 이후의 높이 맵이다.

도 1은 프로세서(14), X-Y 시스템(16) 및 광 센서 시스템(18)을 포함하는 솔더 페이스트 검사 시스템(10)을 나타낸 것이다. 솔더 페이스트 검사 시스템(10)은 인쇄 회로 기판에 대한 솔더 검사와 관련된 정보를 송수신하기 위해 네트워크(21) 등을 통해 호스트 장치(19)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 시스템(10)은 특정 솔더 페이스트 위치에 관한 위치 정보 및 그 각각의 공칭 부피를 수신할 수 있다. 프로세서(14)는 양호하게는 마이크로컴퓨터(12) 내부에 설치되며, 마이크로컴퓨터(12)는 키보드 및 마우스와 같은 입력 장치와 비디오 모니터 형태의 출력 장치를 갖는 공지의 장치이다. 게다가, 마이크로컴퓨터(12)는 양호하게는 산업 표준 아키텍처 및 마이크로프로세서를 포함한다. 일례로는 인텔 펜티엄

III 프로세서를 가지며 마이크로소프트 윈도즈

운영 체계를 실행하는 퍼스널 컴퓨터가 있다.

프로세서(14)는 양호하게는 산업 표준의 폼 팩터(form factor)를 갖는 컴퓨터 주변 기기 카드상에 구현된다. 게다가, 프로세서(14)는 양호하게는 표준 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스를 통해 마이크로컴퓨터(12)와 연결되도록 구성된다. 프로세서(14)는 그 다음에 고속 데이터 전송이 용이하도록 공지의 DMA(Direct Memory Access) 전송 방법을 사용하여 마이크로컴퓨터(12)와 데이터를 주고 받을 수 있다.

프로세서(14)는 아날로그/디지털 전자 회로(48)로부터 디지털 비디오 데이터를 수신하여 이러한 데이터에 대해 여러가지 기능을 수행한다. 예를 들어, 프로세서(14)는 라인(20)을 통해 인코더(24)로부터 수신한 인코더 정보에 기초하여 화상을 포착하도록 센서 시스템(18)을 트리거한다. 프로세서(14)는 또한 센서 시스템(18)과 통신하여 그의 동작 모드(즉, 고 분해능 모드 대 고속 모드)를 제어한다. 프로세서(14)는 이미 디지털화된 비디오 데이터를 센서 시스템(18)으로부터 수신하여 프레임 버퍼(도시생략)에 저장한다. 프로세서(14)는 디지털화된 비디오 화상에 연산을 행하여 센서 시스템(18)내의 특정 CCD 어레이(46)의 결함을 보정한다. 프로세서(14)는 또한 높이 맵(height map)에 대한 기지의 광 왜곡의 효과를 보상하는 데 사용되기도 한다. 전술한 기능들 각각에 대해 이하에서 보다 상세히 설명한다.

프로세서(14)는 라인(20)을 통해 X-Y 시스템(16)에 연결된다. X-Y 시스템(16)은 또한 회로 기판(22)을 그 각각의 X 및 Y 축을 따라 위치시키는 X 및 Y 모터(도시생략)를 포함한다. X 및 Y 모터는 X 및 Y 축을 따른 회로 기판의 위치를 나타내는 데이터를 프로세서(14)에 제공하기 위해 X 및 Y 인코더(블록(24)에 개략 도시됨)에 연결되어 동작할 수 있다. 이동 명령은 라인(25)을 통해 시스템(16)으로 보내진다. 시스템(16)은 극히 안정되어 있으며, 그의 움직임은 약 280 미크론의 이동 거리에 걸쳐 약 1 미크론 이내에 들어가도록 제어된다. 시스템(16)이 충분히 안정되어 있지 않을 경우, 등가의 정확도 및 반복 정밀도를 제공하기 위해 전자 회로에서의 추가의 처리가 필요할 수 있다. 양호한 실시예에서, 선형 인코더 각각은 Renishaw사로부터 구입할 수 있는 것으로서 양호하게는 약 0.5㎛의 분해능을 갖는다. 따라서, 컴퓨터(12)와 X-Y 시스템(16)은 서로 협동하여 회로 기판(22)을 화살표(7, 8)로 각각 나타낸 X 및 Y 방향으로 원하는 대로 정밀하게 이동시킨다.

광 센서 시스템(18)은 카메라 시스템(30), 투사 시스템(28), 원형 조명 장치(26) 및 레이저 거리 측정기(29)를 포함한다. 카메라 시스템(30)은 카메라 렌즈(31), 검출기(46) 및 한 세트의 A/D 전자 회로(48)를 포함한다. 투사 시스템(28)은 섬광 램프(38), 집광기(40), 레티클(reticle)(41) 및 프로젝터 렌즈(42)를 포함한다. 시스템(18) 내의 모든 구성 요소들은 그 시스템의 하우징 내에 고정되어 있다. 시스템(18)은 초점 제어를 위한 z축 방향 이동을 제공하기 위해 이송 스테이지(도시생략)에 고정 부착되어 있다.

투사 시스템(28)은 스테이지 이동과 연동하여 3가지 위상의 구조화된 광(structured light)을 솔더 페이스트 특징부(36)상에 투사한다. 섬광 램프(38)는 양호하게는 크세논 가스로 충전된 고속 스트로보 램프로서, 광대역 백색광을 투사한다. 하우징(18) 내부에 있는 고속 방전 회로(도시생략)가 램프(38)를 구동하며, 섬광 램프가 안정 상태를 유지하도록 채널(34)을 통과하는 타이밍 신호에 의해 램프(38)가 짧은 기간 내에 3회, 양호하게는 스트로보간의 간격이 적어도 1 밀리초 정도가 되게 점등된다. 이와 같이 짧은 기간 내에 3번의 섬광을 제공할 수 있는 고속 방전 회로는 높은 시스템 처리 능력을 보장하는 데 아주 중요하다. 이러한 고속 방전 회로의 일례는 2000년 3월 9일자로 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된 것으로서 발명의 명칭이 "고속 점등 플래시 램프 방전 회로"(Rapid firing Flashlamp Discharge Circuit)인 동시 계류 중의 미국 특허 출원 제09/521,753호에 개시되어 있으며, 이 미국 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 본 발명에서는 양호한 기간내에 지속 기간이 짧은 고 에너지의 연속 펄스를 제공할 수 있는 한, 펄스식 레이저(pulsed laser) 또는 펄스식 LED(pulsed LED)와 같은 상이한 유형의 조명 광원을 사용할 수 있다. 집광 렌즈(40)는 섬광 램프(38)로부터의 광을 집속하여 이를 레티클(41)을 지나 프로젝터 렌즈(42)로 향하게 하여 솔더 퇴적물(solder deposit)(36)상에 사인파형 간섭무늬 화상을 형성한다. 양호하게는, 레티클(41)은 비점수차 패턴(astigmatic pattern)을 가지며, 프로젝터 렌즈도 비점수차를 가져, 이들이 함께 도 2에 도시한 바와 같은 고조파 왜곡이 적은 사인파형의 비점수차 패턴을 신뢰성있게 형성한다.

프로젝터 렌즈 시스템(28)은 양호하게는 레티클 공간 및 (기판(22)상의 솔더 페이스트 퇴적물(36)에서의) 타겟 공간에서 텔레센트릭(telecentric)이라는 점에서 더블 텔레센트릭(double telecentric)하다. 더블 텔레센트릭 기능이 중요한 이유는 시야 및 초점 심도내에서의 솔더 페이스트의 위치에 상관없이 높이, 부피 및 면적의 계산을 행할 수 있기 때문이다. 이 특성은 또한 시스템 전체의 왜곡을 더 적게 해주며, 이것이 중요한 이유는 타겟이 노출 사이에 이동되기 때문이다.

카메라 시스템(30)은 솔더 페이스트 퇴적물(36)의 타겟상에 투영된 간섭무늬를 관찰하고 화상들을 연속적으로 신속하게 포착하여 디지털화한다. 카메라 시스템(30)은 므와레 간섭 측정 시스템에 포함되어 있는 것과 같은 회절 격자는 포함하고 있지 않다. 카메라 시스템(30)은 양호하게는 타겟 공간에서 텔레센트릭하고 전술한 것과 같은 이유로 왜곡이 적다. 카메라 시스템(30)의 시야는 y 방향으로 약 10mm 이고, x 방향으로 약 20mm 이다. 시야의 크기는 타겟의 분해능을 충분하게 유지하면서도 시야 범위를 최대로 하도록 선택된다. CCD 어레이(46)는 메가픽셀 어레이로서 그 자체만으로도 미세한 세부를 갖는 솔더 페이스트 특징부를 검사할 수 있다. 예를 들어, 칩 스케일 패키지(CSP) 또는 마이크로볼 그리드 어레이와 같은 부품에 대한 솔더 특징부를 검사할 수 있다. 그러나, 개개의 픽셀을 샘플링 또는 조합함으로써, 보다 더 큰 등가 픽셀이 발생되어 검사를 더 고속으로 용이하게 수행할 수 있다. 이러한 샘플링을 행하는 한가지 방법으로는 4개의 픽셀로 된 광 전하를 CCD 어레이(46) 자체내의 등가 픽셀로 데시메이트(decimate)하는 것이 있다. 이 데시메이션(decimation)은 표준 분해능으로 달성할 수 있는 것보다 (2배) 더 빠른 CCD 화상 판독 속도를 제공하며, 따라서 차후 처리 시간을 단축시킨다. 양호한 실시예에서, 검사 모드는 기판(22)의 각기 상이한 영역에서 발견되는 부품의 유형에 기초하여 동일 기판상의 각기 다른 솔더 페이스트 특징부들에 대해 고 분해능 모드와 고속 모드 사이에서 고속으로 전환될 수 있다. 광 센서 시스템(18)은 그 자체만으로 동일 장치내에 이중 분해능 기능을 이용한다.

CCD(46)는 1024 x 1024 픽셀 영역 어레이의 CCD 이미지 센서이며, 각 픽셀은 광 노출에 응답하여 전하를 발생한다. 양호한 실시예에서, CCD 어레이(46)는 멀티탭 CCD 어레이로서 탭마다 초당 20 메가픽셀의 속도로 4개의 탭을 통해 화상 데이터를 제공한다. 따라서, CCD 어레이(46)는 초당 80 메가픽셀의 속도로 화상 데이터를 제공할 수 있다. CCD 어레이(46)는 Thomson-CSF Semiconductor사에서 출시한 모델 THX7888과 같은 시판중인 CCD 어레이일 수 있다. 양호하게는, 카메라 시스템(30)은 타겟 표면에서 20 제곱 미크론의 피치로 타겟을 샘플링한다.

원형 조명 장치(26)는 프로세서(14)로부터 조명 제어 채널(34)을 통해 조명 제어 신호를 수신하며, 기점 마크(32)를 적절히 조명하는 데 필수적이다. 일단 위치가 확인되면 기점 마크는 기판(22)상의 상이한 특징부의 위치를 확인하기 위한 회로 기판의 좌표계를 제공한다. 조명 장치(26)는 양호하게는 회로 기판(22)에 확산 조명을 비추는 복수의 확산 LED를 포함한다. 조명 장치(26)는 또한 양호하게는 마크(32)에 정반사에 가까운 조명(near specular illumination)을 비추도록 배향된 LED를 포함하고 있다. 화상 형성에서는 확산 조명과 정반사에 가까운 조명 모두가 사용된다.

레이저 거리 측정기(29)는 클래스 II보다 높지 않는 등급의 저전력 레이저로서, 카메라 시스템(30)에 의해 관찰되는 타겟상에 스포트라이트를 투사한다. 레이저(29)를 이와 같이 저전력으로 할 수 있는 이유는 그의 유일한 기능이 시스템 초점을 확립하기 위해 타겟까지의 거리를 측정하는 것이기 때문이다. 어느 삼중 노출 간섭무늬 화상을 포착하기 전에, 측정기(29)로부터 타겟까지의 거리가 측정된다. 클래스 III 레이저에 대한 FDA 안전 예방 수칙이 보다 더 엄격하다는 점을 고려할 때 클래스 II 레이저를 선택하는 것이 더 바람직하다. 이러한 안전 예방 수칙은 솔더 페이스트 검사 시스템의 사용에 불필요한 복잡성만 더하게 된다.

시스템(10)은 도 3에 도시한 바와 같이 검사가 행해지는 동안에도 계속 X-Y 스테이지가 움직이는 것에 특징이 있다. 그 동작을 보면, 블록(200)에서 컴퓨터(12)는 X-Y 스테이지(16)가 이동을 개시하여 원하는 솔더 페이스트 영역(36)을 스캔하도록 명령어를 전송한다. 양호한 실시예에서는, 각각의 높이 계산마다 4번의 노출이 행해지며, 이때 위상이 각기 상이한 3개의 화상은 높이 계산에 사용되고 하나의 레이저 스포트라이트 화상은 초점 제어에 사용된다. 본 발명은 2개, 3개 또는 그 이상의 화상으로 된 세트의 사용도 생각하고 있다는 것을 이해하여야 한다. 여기서, 각각의 세트는 높이 맵을 작성하는 데 사용하기 위한 각기 상이한 위상의 화상들을 가진다. 이하에서는 본 발명의 양호한 실시예인 3개의 화상을 사용하여 높이 계산을 하는 것에 대해 중점적으로 설명한다. 제1 노출은 거리 측정기(29)에 의한 노출이며, 거리 측정기(29)는 레이저 스포트라이트로 타겟을 조명하고 따라서 카메라 시스템(30)내의 CCD(46)를 노출시킨다(블록 202). 거리 측정기(29)로부터의 측정값이 초점 조정을 위한 z축 방향의 이동량을 결정한다. 다음에, 타겟의 간섭무늬 패턴의 노출이 각기 상이한 3곳의 위치에서 연속적으로 세번 행해지며(블록 204), 이 때 3곳의 위치가 정수개의 타겟 픽셀 경계로 분리됨으로써 연속적인 각각의 노출들간의 위상차는 약 120도가 된다. 구체적으로 설명하면, 블록(206)에서 제1 간섭무늬 노출이 위치 y(a)에서 행해지고 CCD(46)는 타겟(36)의 화상을 포착한다. 스테이지(16)는 계속 이동하고, 위치 y(b)에서 제2 간섭무늬 노출이 이루어지고 CCD(46)는 타겟(36)의 또 다른 화상을 포착한다(블록 208). 스테이지(16)는 계속 이동하고 위치 y(c)에서 제3 간섭무늬 노출이 행해지고 CCD(46)는 타겟(36)의 또 다른 화상을 포착한다(블록 210). 이동 속도 및 노출 사이의 거리는 블록(204)에서의 3번의 노출이 약 2 밀리초 이내에 일어나도록 되어 있으며, 이에 따라 시스템이 진동에 거의 영향을 받지 않도록 할 수 있다. 스트로보 램프는 이와 같이 지속기간이 짧은 조명을 제공함으로써 3개의 화상 어느 것에도 연속적인 이동으로 인해 눈에 띌 정도의 번짐 현상이 나타나지 않는다. 3번의 노출은 스테이지(16) 위치의 함수로서 행해졌으며, 따라서 노출 사이의 거리는 양호하게는 정수개의 타겟 픽셀로 된다. 여기서 "타겟 픽셀"이란 CCD(46)내의 한 픽셀에 의해 촬상되는 면적을 말한다. 양호하게는, 노출 사이의 스테이지 이동은 7개의 정수 픽셀이지만, 다른 거리도 본 발명에서 사용하는 데 적합하다. 게다가, 양호한 실시예는 계산상의 효율성을 위해 정수개의 픽셀만큼 스테이지를 이동시키고 있지만, 정수가 아닌 수도 마찬가지로 용이하게 사용할 수 있으며, 정수가 아닐 경우는 계산이 좀더 복잡하게 될 뿐이다.

게다가, 고속으로 명멸하는 스트로보 램프(38)는 시스템(18) 및 타겟(36)이 서로에 대해 상대 운동을 하고 있을 때에도 필수적으로 특징부(36)의 화상을 프리즈(freeze)시킨다. 이러한 프리징은 이전에는 종래 기술의 시스템이 정지하여 다중 화상들을 촬영하는 데 소요되었던 시간을 필요없게 해주며, 따라서 시스템 처리 능력을 향상시키게 된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 각각의 노출(206, 208, 210)로부터 얻은 화상들은 CCD(46)내에 저장된 다음에 프로세서(14)로 전송된다. 전형적인 CCD 동작은 적당한 진동 내성을 유지하면서 3장의 화상을 포착할 정도로 신속하게 행해지지 않는다. 그렇지만, CCD 프레임 어레이에서 3장의 화상을 신속하게 포착하는 방법은 2006년 3월 10일자로 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된 것으로서 발명의 명칭이 "진동의 영향을 받지 않는 화상 캡쳐 기능을 갖는 검사 시스템(Inspection System With Vibration Resistant Video Capture)"인 동시 계류 중의 미국 특허 출원 제09/522,519호에 제공되어 있으며, 이 미국 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 그렇지만, 본 발명은 이러한 데이터 저장 및 그 후의 전송에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 각각의 노출이 이루어진 후 그 화상 데이터를 실시간으로 전송하는 것에도 똑같이 잘 적용된다.

카메라 시스템(30)은 아날로그 데이터를 아날로그/디지털 전자 회로(48)에 제공한다. 이 화상 데이터는 디지털 형태로 변환하기 위해 아날로그/디지털 전자 회로에 제공되고, 디지털 비디오 채널(52)을 통해 프로세서(14)에 제공된다.

블록(212)에서, 이하에 기술하는 수학식들에 따라 높이가 계산되며, 여기서는 양호한 실시예에서 3번의 노출을 행한 것에 기초하여 기술한다. 프로세서는 카메라 시스템(30)으로부터 디지털화된 화상을 3장 수신한다. 양호하게는, 이 화상들은 하우징(18)을 떠나기 전에 디지털화된다. 높이 화상(H)을 계산하기 위해, 프로세서(14)는 먼저 동일한 물리적 위치에 대응하는 3개의 픽셀(각 화상에 하나씩) 각각 사이를 대응시키도록 그 화상들을 코사이트시킨다. 코사이트시키는 일은 포착된 디지털 화상을 스테이지 이동에 해당되는 거리만큼 옵셋시킴으로써 달성되며, 그 결과 얻어지는 3개의 코사이트된 화상들을 이하의 설명에서 A, B, C라 한다.

일반화된 방법을 사용하면 화상들로부터 H를 계산할 수 있으며, 이 때 연속한 화상들간의 위상차는 알고 있지만 동일하지는 않다. 3개의 화상이 코사이트된 세트내의 각 픽셀에 대한 정규화된 세기값은 수학식 1로 주어진다.

여기서, r은 픽셀에서의 정규화된 반사도이고,

는 3개의 간섭무늬의 기지의 위상각이고, 픽셀에서의 간섭무늬의 상대 위상

는 수학식 2에 의해 투영된 간섭무늬 주파수, 픽셀 좌표 및 z 위치와 관련된다.

이 문제를 선형화하여 보다 용이하게 계산하기 위해서, 그 양은 수학식 3으로 정의된다.

그러면, 수학식 1은 수학식 4로 다시 쓸 수 있다.

일반 선형 대수를 사용하여 수학식 4의 시스템 행렬을 r, x 및 y에 대해 풀 수 있다. 픽셀의 위상

는 프로세서를 사용하여 x, y로부터 수학식 5에서 계산할 수 있다.

수학식 5에서 위상

를 구했으면, 적절한 조정 스케일링 인자를 곱하여 픽셀의 높이를 계산한다. 모든 픽셀에 대한 높이를 다 계산했으면, 높이 맵(H)이 완성되고 적절한 요약 처리 및 표시 준비가 완료된다. 높이 맵의 일례가 도 4a에 도시되어 있다.

관심있는 표면의 높이 맵(H)이 일단 작성되면, 마이크로프로세서(12)는 선택에 따라 기판의 디틸트(de-tilt)(블록 214)라고 하는 공정에서 그 기울기에 대한 높이 맵을 보정한다. 도 4a의 화상에 대응하는 디틸트된 높이 맵의 일례가 도 4b에 도시되어 있다. 과거에는, 검사 시스템이 후속하는 측정에 대한 기준면을 확립하는 것을 돕기 위해 사용자가 수많은 프로그램 점들을 입력할 필요가 있었다. 양호한 실시예에서는, 1996년 2월 27일자로 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된 것으로서 발명의 명칭이 "배경 기울기 및 옵셋을 예측하는 장치 및 방법"(Apparatus and Method for Estimating Background Tilt and Offset)인 동시 계류 중의 미국 특허 출원 제08/607,846호에 개시된 방법을 사용함으로써 사용자의 개입이 필요없게 되었으며, 이 미국 출원은 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 다른 디틸트 알고리즘도 똑같이 본 발명에서 사용하기 위해 응용할 수 있다.

양호하게는, 프로세서(14)는 다수의 보상 기능을 수행한다. 특히, 프로세서(14)는 투사 시스템(28)에 의해 제공되는 조명 시야에서의 변동의 보정 이외에도 CCD(46)의 이득 및 옵셋에서의 에러를 픽셀별로 보상한다. 프로세서(14)는 또한 투사 시스템(28) 및 카메라(30)에서의 광 왜곡에 의해 야기된 Z 랩(wrap)을 보정한다. 마지막으로, 프로세서(14)는 총 에너지 출력에서의 스트로보간 변동을 보정한다.

결국, 컴퓨터(12)는 퇴적물의 가장자리를 적어도 높이 맵으로부터 알고 있으므로 개개의 솔더 페이스트 퇴적물의 부피를 계산한다(블록 216).

양호한 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 기술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경이 행해질 수 있다. 특히, 본 발명이 높이 맵을 작성하는 데 3번의 노출을 사용한 양호한 실시예와 관련하여 개시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 장치 및 방법을 4개 또는 그 이상의 위상을 사용하는 것 뿐만 아니라 2개의 위상을 사용하여 높이 맵을 작성하는 데 똑같이 잘 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (17)

1. 인쇄 회로 기판과 같은 제조 물품을 검사하는 검사 시스템에 있어서,

   상기 인쇄 회로 기판의 영역 상으로 광 패턴을 투영하기 위하여 레티클(reticle)을 통해 광을 투사하도록 구성된 스트로보식 조명 장치와,

   상기 투사광의 상이한 위상에 각각 대응하는 적어도 2개의 서로 상이한 위치들에 상기 기판을 반응하여 위치시키는 기판 이송 장치와,

   상기 적어도 2개의 상이한 위상들 중 하나에 각각 대응하는 상기 영역의 적어도 2개의 화상들을 포착하도록 구성된 검출기와,

   위치 출력을 출력하는 인코더와,

   상기 인코더, 상기 기판 이송 장치, 상기 조명 장치 및 상기 검출기에 연결되어 있으며, 상기 영역을 상기 위치 출력의 함수로서 노출시키기 위하여 상기 조명 장치에 제어적으로 전원을 공급하도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 화상들을 코사이트(co-site)시켜 상기 코사이트된 화상들로 높이 맵 화상을 작성하는 것인, 프로세서

   를 포함하는 검사 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 검사 시스템은 솔더 페이스트 퇴적물을 검사하는 것인, 검사 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 스트로보식 조명 장치는 고정된 기간 내에 적어도 2회 전원을 공급받는 것인, 검사 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정된 기간은 1 밀리초인 것인, 검사 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 1 밀리초의 간격은 상기 기판의 진동으로부터 향상된 내성을 제공하는 것인, 검사 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 상기 영역의 추가 화상을 포착하도록 더 구성되고,

   상기 프로세서는 보완된 높이 맵을 제공하기 위하여 상기 영역의 3개의 화상들에 대해 연산을 수행하는 것인, 검사 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 기준 평면에 관한 기울기에 대해 상기 높이 맵을 보완하는 회로를 더 포함하는 것인, 검사 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 검출기는 제1 모드 및 제2 모드로 동작가능하며, 상기 제2 모드는 상기 픽셀들로부터의 전하를 등가 픽셀에 대한 등가 전하로 데시메이트(decimate)함으로써 달성되고, 상기 등가 픽셀은 유효 면적이 상기 픽셀보다 더 큰 것인, 검사 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 픽셀들은 4개인 것인, 검사 시스템.
10. 제8항에 있어서, 각각의 픽셀은 길이가 20 미크론인 것인, 검사 시스템.
11. 제8항에 있어서, 상기 등가 픽셀은 길이가 40 미크론인 것인, 검사 시스템.
12. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 영역의 특성에 기초하여 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 선택하도록 더 구성되는 것인, 검사 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 특성은 상기 영역 상에 배치될 기지(known)의 부품 유형인 것인, 검사 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 조명 장치는 백색 스트로보 램프를 포함하는 것인, 검사 시스템.
15. 제1항에 있어서, 상기 조명 장치는 지속 기간이 짧은 고전력 펄스식 램프를 포함하는 것인, 검사 시스템.
16. 타겟을 검사하는 방법에 있어서,

    솔더 페이스트 특징부를 광 패턴으로 조명하는 단계와,

    상기 타겟의 위치를 인코딩하는 단계와,

    상기 타겟의 상이한 두 위치들에서 상기 타겟 위치의 함수로서 상기 타겟의 적어도 2개의 화상들을 포착하는 단계와,

    상기 적어도 2개의 포착된 화상들에 기초하여 상기 타겟의 높이를 계산하는 단계

    를 포함하는 타겟 검사 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 타겟의 다른 상이한 위치에서 상기 타겟의 추가 화상을 포착하는 단계를 더 포함하고,

    상기 높이를 계산하는 단계는 상기 적어도 2개의 포착된 화상들 및 상기 추가 화상의 함수로서 계산되는 것인, 타겟 검사 방법.

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