KR100862636B1 - 광학식 검사 방법 - Google Patents

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KR100862636B1 KR1020060048881A KR20060048881A KR100862636B1 KR 100862636 B1 KR100862636 B1 KR 100862636B1 KR 1020060048881 A KR1020060048881 A KR 1020060048881A KR 20060048881 A KR20060048881 A KR 20060048881A KR 100862636 B1 KR100862636 B1 KR 100862636B1
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Abstract

본 발명은 반사에 의해 조명 포화가 발생하는 검사면에 대하여 격자 영상이 잘 나타나는 영상을 획득하여 검사 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 하는 광학식 검사 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 광학식 검사 방법은, 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 다수의 백색광에 서로 다른 밴드 패스 필터를 각각 장착하고 각 백색광의 밝기 조절을 통해 검사 대상의 포화 영역을 줄여 격자 영상이 잘 나타나는 파장대가 되도록 검사면에 조명광을 조사하고(S10), 상기 검사면 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S20), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장으로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S30), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S40)한다.
또, 이를 위한 본 발명의 광학식 검사 방법은, 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 검사면에 백색광을 조사하고(S100), 컬러 카메라의 다수의 파장대의 이득을 조절을 통해 상기 검사면의 포화 영역을 줄여 상기 검사면의 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S200), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장대로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S300), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S400)한다.
특정 파장대, 파장대, 정반사면, 조명 포화, 위상

Description

광학식 검사 방법{METHOD FOR OPTICAL VISUAL EXAMINATION}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사를 위한 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사를 위한 장치 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 조명 수단
11, 11a, 11b, 11c: 백색광
111, 112, 113 : 밴드 패스 필터
12 : 격자 수단
13 : 투영 광학계, 14 : 반사 미러
2 : 피사체
3 : 촬영 수단
31 : 이미지 광학계, 32 : CCD 컬러 카메라
4 : 분석 수단
본 발명은 광학식 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정반사에 의해 조명 포화가 발생하는 검사면에 대하여 격자 영상이 잘 나타나는 영상을 획득하여 검사 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 하는 광학식 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자들은 컴퓨터, 가전제품 등에 사용되는 중요 부품으로 생산 후 출하 전에 반드시 정밀한 검사를 거치게 되는데, 이들 반도체 소자들은 여타의 부품들보다 고도의 정밀성을 요구하므로 패키지 내부적인 요소뿐만 아니라 그 외형에 있어 조금의 결함이라도 발생하면 성능에 치명적인 영향을 끼치게 된다.
이러한 반도체 소자의 외형적 결함, 특히 리드 또는 볼의 결함은 반도체 소자를 PCB등에 조립하는 과정에서도 발생할 소지가 있으므로, QFP와 BGA와 같은 반도체 소자의 리드 또는 볼의 상태 검사는 매우 중요한 공정 중의 하나이다.
이에, 최근에는 3차원 입체 형상을 측정하기 위하여 광원에서 발생하는 광을 기준 패턴화하여 측정물에 영사하고 그 측정물 형상에 따라 변형된 광을 기준 패턴과 비교하여 측정물에 대한 형상을 측정하는 광학식 3차원 입체 형상 측정 방법이 이용되고 있다.
이러한 광학식 3차원 입체 형상 측정 방법은 고속, 고정밀, 비접촉 측정이 요구되는바, 이러한 조건에 부합되는 3차원 입체 형상 측정 방법의 일례로 모아레(Moire) 무늬를 이용한 광학식 3차원 입체 형상 측정 방식이 제안된바 있다.
모아레 무늬는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 발생되는 간섭무늬를 말하며, 모아레 방식은 모아레 무늬를 형성하는 방법에 따라 그림자식 모아레(Shadow Moire)와 영사식 모아레(Projection Moire)로 구분된다.
상기 영사식 모아레는 광을 조사하여 측정 대상물에 격자 패턴을 주사하고, 물체의 형상에 따라 변형되어진 격자 이미지를 주사한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준 격자에 겹침으로써 모아체 무늬를 얻는 방법이다.
그런데, 이와 같은 광학식 입체 형상 측정 방법을 이용하는 경우 입체면의 정반사에 의하여 정반사면의 영상을 정확하게 획득하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 필터나 광량 조절을 통해 영상을 획득하는 방법이 이용되고 있으나, 이 경우 정반사면 주변 영역에 대한 측정이 어려워 검사 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 검사 대상의 정반사면 주변의 영상 측정이 어려운 문제점을 해결하기 위하여 조명 장치를 다수로 구비하여, 검사 대상과 조명을 동축 또는 측면에 각 조명 장치를 설치한 후 검사를 실시하는 경우도 있으나, 이 경우에는 장치의 구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다수의 백색광과 각 백색광에 서로 다른 파장대를 갖는 필터를 각각 배치하고, 각 백색광의 밝기 조절을 통해 검사 대상에 조사되는 광의 파장대를 조절한 후 컬러 영상을 획득하고 획득된 영상으로부터 각 컬러별 파장대로 위상을 계산하고 각 위상을 합쳐 단일 위상으로 계산함으로써, 검사 대상에 대한 정확한 영상을 획득할 수 있도록 하는 광학식 검사 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 검사 대상에 백색광을 조사하고 컬러 카메라의 특정 파장대의 이득 조절을 통해 검사면의 조명 포화 영역을 감소시켜 컬러 영상을 획득한 후, 획득된 영상으로부터 각 컬러 파장대별로 위상을 계산하고, 각 위상을 합쳐 단일 위상으로 계산함으로써, 검사 대상에 대한 정확한 영상을 획득 할 수 있도록 하는 광학식 검사 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일양상에 따른 광학식 검사 방법은, 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 다수의 백색광에 서로 다른 밴드 패스 필터를 각각 장착하고 각 백색광의 밝기 조절을 통해 검사 대상의 포화 영역을 줄여 격자 영상이 잘 나타나는 파장대가 되도록 검사면에 조명광을 조사하고(S10), 상기 검사면 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S20), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장으로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S30), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S40)한다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 광학식 검사 방법은, 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 검사면에 백색광을 조사하고(S100), 컬러 카메라의 다수의 파장대의 이득을 조절을 통해 상기 검사면의 포화 영역을 줄여 상기 검사면의 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S200), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장대로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S300), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S400)한다.
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본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사 방법을 나타낸 순서도로, 본 발명은 본 발명의 일실시예는 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 다수의 백색광에 서 로 다른 밴드 패스 필터를 각각 장착하고 각 백색광의 밝기 조절을 통해 검사 대상의 포화 영역을 줄여 격자 영상이 잘 나타나는 파장대가 되도록 검사면에 조명광을 조사하고(S10), 상기 검사면 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S20), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장으로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S30), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S40)하는 것이다.
상기 서로 다른 밴드 패스 필터로는 컬러 필터 또는 편광 필터를 이용할 수 있으며, 컬러 필터를 이용하는 경우에는 예를 들어, 레드 필터, 그린 필터, 블루 필터를 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 두 개 이상의 서로 다른 백색광에 서로 다른 밴드 패스 필터를 장착하고, 각 백색광의 조명 값 즉 밝기 조절을 통해 검사 대상의 포화 영역을 줄여 해당 검사면에 대한 컬러 영상을 획득하고, 이를 다수의 파장으로 분류하여 이를 합성한 후 검사 대상에 대한 결함 유무를 판단하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사를 위한 장치 구성도로, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사 방법을 설명하도록 한다.
우선, 광학식 검사 장치는 조명 수단(1)과, 피사체(2)와 촬영 수단(3) 및 분석 수단(4)으로 구성된다.
상기 조명 수단(1)은 검사 대상(2)의 검사면에 광을 조사하는 수단으로, 다수의 백색광(11a,11b,11c)과, 각 백색광(11a,11b,11c)에 구비되는 다수의 밴드 패 스 필터(111, 112, 113)와, 격자 수단(12)과, 투영 광학계(13) 및 반사 미러(14) 등으로 구성된다.
이때, 상기 다수의 밴드 패스 필터(111, 112, 113)는 컬러 필터나 편광 필터를 이용할 수 있으며, 컬러 필터를 이용하는 경우에는 R,G,B 필터를 이용할 수 있다.
상기 검사 대상(2)은 예를 들어 볼(Ball)이 형성된 반도체 패키지 등이 있으며 도면에는 도시되지 않았으나 이송 수단을 통해 이송되어 검사 테이블에 놓이게 된다.
상기 촬영 수단(3)은 상기 검사 대상(2) 표면에서 반사되는 영상을 촬상하는 촬상 소자로서, CCD 컬러 카메라(32)와 상기 CCD 컬러 카메라로 빛을 집광시키는 이미지 광학계(31)로 구성되어, CCD 카메라(32)에 촬상된 영상을 분석 수단(4)으로 전송한다.
상기 분석 수단(4)은 상기 촬영 수단(3)에서 촬상된 영상 아날로그 신호가 프레임 그레버를 통해 디지털 신호로 변환되어 입력되면, 해당 신호를 분석하여 분석된 영상과 기설정된 기준 영상을 상호 비교하여 해당 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 컴퓨터를 나타낸다.
이를 이용한 검사 방법을 살펴보면 우선, 검사면에 백색광(11a,11b,11c)을 이용하여 광을 조사하되, 검사면의 포화 영역이 감소되도록 함으로써 격자무늬가 잘 나타나도록 파장대를 조절하여 광을 조사한다.
즉, 각 필터(111,112,113)를 통과하는 각 백색광(11a,11b,11c)의 세기 즉 광 량을 조절하면, 파장대를 조절할 수 있는 것이다.
예를 들어 볼(Ball)이 실장된 반도체 패키지를 검사하는 경우 볼 중앙 라운딩면에서 정반사점이 없도록 하기 위해서는 볼 중앙 라운딩면에는 블루 파장대가 적합하고, 바닥면의 격자가 잘보이도록 하기 위해서는 그린 파장대가 적합하므로, 볼 중앙 라운딩면에는 블루 필터 백색광의 광량을 높여 조사하고, 바닥면에는 그린 필터 백색광을 높여 조사하되, 이는 본 발명의 일실시예일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 백색광의 세기를 조절하면 조사된 광이 격자 수단(12)를 통과하게 되고, 이를 통과한 광은 검사면에 격자무늬로 형태로 맺히게 된다.
이어서, 검사 대상(2)의 검사면 영상을 CCD 컬러 카메라(32)로 촬영하고 촬영 영상의 아날로그 신호를 프레임 그레버를 통해 디지털 신호로 변환 획득하여 컬러 영상을 얻는다.
그런 다음, 분리 수단(4)에서는 프레임 그레버를 통해 획득된 컬러 영상을 레드, 그린 블루 파장대로 분리하고, 분리된 각 파장대별 영상의 위상을 계산한다.
그런 다음, 각 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산한 후 계산된 위상을 기준 위상과 상호 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 판단한다.
이때, 검사 대상의 촬영 영상과 기준 영상을 이용한 결함 유무 판단 방법은 이미 공지되어 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에게는 자명한 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 광학식 검사 방법에 따르면, 검사 대상의 정반사면에서의 정반사점이 줄어들도록, 즉 검사면의 조명 포화 영역이 감소되도록 각 백색광의 파장대를 적절하게 조절함으로써, 촬영 영상의 정확도를 향상시켜 검사 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사 방법을 나타낸 순서도로, 본 발명의 다른 실시예는 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서, 검사면에 백색광을 조사하고(S100), 컬러 카메라의 다수의 파장대의 이득을 조절을 통해 상기 검사면의 포화 영역을 줄여 상기 검사면의 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S200), 상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장대로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S300), 상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S400)하는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사를 위한 장치 구성도로, 상기 본 발명의 일실시예의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 도면 번호를 부여하였다.
우선, 광학식 검사 장치는 조명 수단(1)과, 검사 대상(2)과 촬영 수단(3) 및 분석 수단(4)으로 구성된다.
상기 조명 수단(1)은 검사 대상(2) 예를 들면 볼(Ball)이 실장된 반도체 패키지와 같은 검사 대상에 광을 조사하는 수단으로 백색광(11)과, 격자 수단(12)과, 투영 광학계(13) 및 반사 미러(14) 등으로 구성된다.
상기 검사 대상(2)은 도면에는 도시되지 않았으나 이송 수단을 통해 이송되 어 검사 테이블에 놓이게 된다.
상기 촬영 수단(3)은 상기 검사 대상(2) 표면에서 반사되는 영상을 촬상하는 촬상 소자로서, CCD 컬러 카메라(32)와 상기 CCD 컬러 카메라로 빛을 집광시키는 이미지 광학계(31)로 구성되어, CCD 카메라(32)에 촬상된 영상을 분석 수단(4)으로 전송한다.
상기 분석 수단(4)은 상기 촬영 수단(3)에서 촬상된 영상 아날로그 신호가 프레임 그레버를 통해 디지털 신호로 변환되어 입력되면, 해당 신호를 분석하여 분석된 영상과 기설정된 기준 영상을 상호 비교하여 해당 검사 대상의 불량 유무를 판단하는 컴퓨터를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사 방법을 설명하도록 한다.
이를 이용한 검사 방법을 살펴보면 우선, 검사면 즉 피사체 표면에 백색광(11)의 광량을 조절하여 광을 조사한다.
그러면, 조사된 광이 격자 수단(12)를 통과하게 되고, 이를 통과한 광은 검사면에 격자 무늬로 형태로 맺히게 된다.
그리고 나서, 상기 검사 대상(2)의 검사면 영상을 CCD 컬러 카메라(32)로 촬영하고 촬영 영상의 아날로그 신호를 프레임 그레버를 통해 디지털 신호로 변환 획득하여 컬러 영상을 얻는다.
이때, 중요한 것은 CCD 컬러 카메라(32)를 이용한 영상 촬영시 컬러 카메라의 각 파장대의 이득(gain)을 조절하여 영상을 획득하되, 검사 대상의 검사면의 조 명 포화 영역이 감소되도록 특정 파장대의 이득을 조절하여 모든 영역에서 격자무늬가 잘 보이는 컬러 영상을 획득하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 분리 수단(4)에서는 프레임 그레버를 통해 획득된 컬러 영상을 레드, 그린 블루 파장대로 분리하고, 분리된 각 파장대별 영상의 위상을 계산한다.
그런 다음, 각 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산한 후 계산된 위상을 기준 위상과 상호 비교하여 검사 대상결함 유무를 판단한다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 검사 방법에 따르면, 검사면의 영상을 촬영함에 있어서, 검사면의 모든 영역에서의 포화 영역이 감소되도록 컬러 카메라의 특정 파장대의 이득(gain)을 조절하여 컬러 영상을 획득함으로써, 촬영 영상의 정확도를 향상시켜 검사 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 다수의 백색광과 각 백색광에 각각 서로 다른 파장대의 밴드 패스 필터를 배치하고, 각 백색광의 밝기 조절을 통해 입체면에서의 조명 포화 영역이 감소하도록 파장대가 조절된 조명광을 공급하여 컬러 영상을 획득한 후 획득된 영상으로부터 각 파장대별로 위상을 계산하고 각 위상을 합쳐 단일 위상으로 계산함으로써, 입체면에서의 정반사점을 줄여 정확한 영상을 획득함으로써, 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 검사 대상에 백색광을 조사하고 컬러 카메라의 특정 파장대의 이득(gain)조절을 통해 조명 포화 영역을 감소시킨 컬러 영상을 획득한 후 각 파장대별 위상을 계산한 다음, 각 위상을 합쳐 단일 위상으로 계산함으로써, 검사 대상의 모든 영역에 격자 무늬가 잘 나타나도록 함으로써 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단일 조명 장치를 이용함으로써 장치 구성을 복잡하게 하지 않아 비용 절감을 할 수 있으며, 장치 설치 공간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서,
    다수의 백색광에 서로 다른 밴드 패스 필터를 각각 장착하고 각 백색광의 밝기 조절을 통해 검사면의 포화 영역을 줄여 격자 영상이 잘 나타나는 파장대가 되도록 검사면에 조명광을 조사하고(S10),
    상기 검사면 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S20),
    상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장으로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S30),
    상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S40)하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 밴드 패스 필터는 컬러 필터 또는 편광 필터를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 컬러 필터는 레드 필터, 그린 필터, 블루 필터를 이용하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
  6. 검사 대상의 외관 영상을 촬영하고 촬영 영상을 분석하여 검사 대상의 결함 유무를 판단하는 검사 방법에 있어서,
    검사면에 백색광을 조사하고(S100),
    컬러 카메라의 다수의 파장대의 이득을 조절을 통해 상기 검사면의 포화 영역을 줄여 상기 검사면의 표면을 촬영하여 컬러 영상을 획득하고(S200),
    상기 획득된 컬러 영상을 다수의 파장대로 각각 분류하여 각각의 위상을 계산하고(S300),
    상기 계산된 각각의 위상을 합쳐서 단일 위상으로 계산하고 계산된 단일 위상을 분석하여 결함 유무를 판단(S400)하는 것을 특징으로 하는 광학식 검사 방법.
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