KR101273094B1 - The measurement method of PCB bump height by using three dimensional shape detector using optical triangulation method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법에 관한 것으로, (a) BGA, FC, CSP 등의 반도체 검사 장비 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 상호 대칭적으로 구성된 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 각각 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 선택적으로 하나의 레이저 광학계 또는 동시에 IC칩의 범프의 Ball로 레이저빔을 주사하고, 듀얼 스캐닝 하는 단계; (b) 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저광학계로부터 어느 하나의 레이저빔이 IC칩에 주사된 경우, CCD 카메라 및 광학센서로 반사광을 검출하여 맺히는 상의 길이 변화에 따라 광삼각법을 사용하여 IC칩의 범프의 볼의 곡면의 높이 변화에 따라 IC칩의 범프(bump)의 높이를 각각 측정하는 단계; 및 (c) 우측(R)과 좌측(L) 레이저빔으로 동시 측정시, 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 산술 평균으로 IC칩의 각각의 범프의 볼의 높이를 산출하는 단계를 포함한다. 본 발명은 반도체 검사 장비의 광학 측정 센서 및 2방향의 레이저 광학계를 사용함으로써 측정하고자하는 BGA 또는 FC, CSP Ball이 CCD 카메라와 상대 위치에 따라 레이저빔을 선택적으로 또는 동시에 주사하여 IC칩의 각각의 범프의 볼에 대한 R,L레이저 동시 측정시 산술 평균값으로 IC칩의 범프의 볼들의 높이를 결정함으로써 보이지 않는 부분에 IC칩의 범프의 높이를 더 정확하게 측정하게 되었다. The present invention relates to a PCB bump height measurement method using a three-dimensional shape measuring device using the optical triangulation method, (a) is configured symmetrically in a computer vision system connected to semiconductor inspection equipment and optical sensor controller, such as BGA, FC, CSP Scanning a laser beam through a lens inclined at a predetermined angle from a left (L) or right (R) laser optical system, respectively, into one laser optical system or a ball of a bump of an IC chip at the same time, and dual scanning; (b) When one of the laser beams from the left (L) or right (R) laser optical system is scanned on the IC chip, the IC is used by the optical triangulation method according to the change in the length of the image formed by detecting reflected light by the CCD camera and the optical sensor. Measuring the height of bumps of the IC chip according to the change in the height of the curved surface of the bumps of the chips; And (c) calculating the heights of the balls of each bump of the IC chip using the arithmetic mean of the height values of the balls of the bumps of the two IC chips measured simultaneously with the right (R) and left (L) laser beams. Steps. According to the present invention, the BGA, FC, or CSP Ball to be measured can be selectively or simultaneously scanned according to a relative position of a CCD camera and a laser beam by using an optical measuring sensor of a semiconductor inspection device and a laser optical system in two directions. When the R and L lasers were simultaneously measured for the bump balls, the height of the bumps of the bumps of the IC chip was determined by the arithmetic mean value so that the bump height of the bumps of the IC chip was more accurately measured.

Description

광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 사용하여 PCB 범프 높이 측정 방법{The measurement method of PCB bump height by using three dimensional shape detector using optical triangulation method}The measurement method of PCB bump height by using three dimensional shape detector using optical triangulation method}

본 발명은 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법에 관한 것으로, 특히 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 검사 장비를 사용하여 상호 대칭적인 2 방향의 레이저를 일정 각도의 렌즈를 통해 동시에 IC칩의 범프(bump)의 ball로 레이저를 주사하고, IC칩의 범프(bump) 높이를 측정하기 위해 듀얼 스캐닝하면서, CCD 카메라 및 광학센서로 IC 칩의 범프의 볼의 높이 측정의 정확도를 향상시키는, 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a PCB bump height measurement method using a three-dimensional shape measuring device, and in particular, bidirectional symmetrical laser using BGA (Ball Grid Array), FC (Flip Chip), CSP (Chip Scale Package) inspection equipment The laser beam is simultaneously scanned by the ball of the IC chip's bump through a lens of an angle, and the dual scanning is performed to measure the bump height of the IC chip. The present invention relates to a PCB bump height measurement method using a three-dimensional shape measuring device using an optical triangulation method to improve the accuracy of ball height measurement.

반도체 검사 장비, 컴퓨터 그래픽스를 이용한 영화 특수효과, 3D 스캐너 기술 등에 사용하는 3차원 형상 측정 방법은 (1) 포인트(Point) 광을 이용한 3차원 형상측정 (Point Beam Projection)법, (2) 슬릿(Slit) 광을 이용한 3차원 형상측정(Slit Beam Projection)법, (3) 공간부호화를 이용한 3차원 형상측정법, (4) 모아레(Moire)를 이용한 3차원 형상 측정법 등을 사용한다. The three-dimensional shape measurement method used in semiconductor inspection equipment, movie special effects using computer graphics, and 3D scanner technology includes (1) a point beam projection method using a point light, and (2) a slit ( Slit) 3D shape measurement method using light, (3) 3D shape measurement method using spatial coding, (4) 3D shape measurement method using Moire.

3D 스캐너 기술은 광삼각법에 기초한 포인트(Point) 광 투영법, 슬릿(Slit) 광 투영법, 그리고 공간부호화법이 사용하며, 많은 격자를 동시에 투영하고 이를 위상천이시켜 측정분해능을 향상시키는 방법으로 영사식 모아레(Moire) 법과 PMP(Phase Measuring Profilometry) 법을 사용한다. 3D scanner technology uses point triangulation based optical projection, slit optical projection, and spatial encoding method. It is a method to simultaneously project a large number of gratings and phase shift them to improve measurement resolution. (Moire) method and PMP (Phase Measuring Profilometry) method are used.

(1) Point 광을 이용한 3차원 형상측정(Point Beam Projection)법은 3D 측정의 가장 기본적인 형태로써, 표면 위 측정 대상체의 3차원 형상을 기존 접촉식 프로브를 광학식 변위센서를 사용하여 측정한다.(1) Point beam projection method using point light is the most basic form of 3D measurement. A three-dimensional shape of a measurement object on a surface is measured using an optical displacement sensor using a conventional touch probe.

광학식 변위센서는 표면에 일정한 각도로 레이저 다이오드(Laser Diode)로부터 발사된 레이저빔을 초점거리가 5mm 안팎의 발광렌즈(집광렌즈)로 집광하여 통과한 레이저 광원을 표면상의 측정 대상체에 조사한다. The optical displacement sensor collects a laser beam emitted from a laser diode at a predetermined angle on a surface thereof with a luminous lens (condenser lens) having a focal distance of about 5 mm and irradiates the laser beam source passing therethrough to a measurement object on the surface.

측정 대상체로부터 반사된 레이저 광원은 다시 결상렌즈(수광렌즈)로 수신받아 CCD(Charge Coupled Device) 센서 또는 광 PSD(Position Sensing Detector, 위치 감지 검출기) 센서 위에 결상된다. PSD 센서는 결상 위치에 따른 전기신호를 출력하게 된다. 여기서, PSD 센서는 측정 대상체의 높이 변화에 따라 PSD 센서 위에 결상되는 위치가 변하기 때문에 한점의 높이 값을 측정하게 된다. The laser light source reflected from the object to be measured is again received by an image-forming lens (light-receiving lens) and imaged on a CCD (Charge Coupled Device) sensor or an optical PSD (Position Sensing Detector) sensor. The PSD sensor outputs an electrical signal according to the imaging position. Here, the PSD sensor measures the height value of one point because the position where the image is formed on the PSD sensor changes according to the height variation of the measurement object.

이러한 광학식 변위센서는 한 번에 표면상의 측정 대상체의 한 점의 높이 값만 측정하기 때문에 표면상의 측정 대상체의 곡면형상을 측정할 경우, 광학식 변위센서를 이송시키면서, 동시에 광학식 변위센서의 3차원 위치좌표 값을 읽어야 하기 때문에 고정도의 이동이 가능한 기구부가 필요하게 된다. Since the optical displacement sensor measures only the height value of one point of the measurement object on the surface at a time, when measuring the curved shape of the measurement object on the surface, the three-dimensional position coordinate value of the optical displacement sensor while moving the optical displacement sensor at the same time Because of the need for reading, a highly accurate movable mechanism is required.

광학식 변위센서는 많은 제품이 출시되고 있지만 보편적으로 사용되고 있는 센서의 측정 정도는 약 2-5㎛의 것들이 사용되고 있다.Optical displacement sensors are available in many products, but the measurement accuracy of the commonly used sensors is about 2-5㎛.

(2) 슬릿(Slit) 광을 이용한 3차원 형상측정(Slit Beam Projection) (2) Slit Beam Projection using Slit Light

슬릿(Slit) 광을 이용한 3차원 형상측정법은 광삼각법의 원리에 기초를 두고 있는 측정법으로 슬릿광은 레이저 다이오드(Laser Diode)에서 집광렌즈로 레이저광을 집광시키고, 로드렌즈 또는 실리더리컬 렌즈로 슬릿광을 만들어 내고 있다The three-dimensional shape measurement method using slit light is a measurement method based on the principle of the optical triangulation method. The slit light focuses the laser light from the laser diode to the condenser lens, and the rod lens or the cylindrical lens. I make a slit light

슬릿(Slit) 광을 이용한 3차원 형상 측정법은 슬릿광을 측정 대상체에 입사시켜 측정대상체의 형상에 따라 변형된 슬릿광을 얻고, CCD 카메라로 변형된 슬릿광을 획득하여 기하학적 관계로부터 측정대상체의 형상의 삼차원 좌표를 산출하는 방법이다. 이 방법은 측정대상체의 전체 형상을 측정하기 위해 기계구동시스템을 사용해 측정 단면을 이동시키며 측정하는데 크게 2가지 방법이 사용된다. In the three-dimensional shape measurement method using slit light, the slit light is incident on the measurement object to obtain the slit light modified according to the shape of the measurement object, and the slit light is modified by the CCD camera to obtain the shape of the measurement object from the geometric relationship. It is a method of calculating the three-dimensional coordinates of. In this method, two methods are used to measure and move the measurement cross section using a mechanical drive system to measure the overall shape of the object to be measured.

첫 번째 방법은 레이저 슬릿광이 거울에 반사되게 하고, 갈바노미터 등을 이용하여 거울의 각도를 변화시켜 슬릿광이 측정면을 스캐닝하는 방식이다. 이 방식의 측정 광학계는 공간부호화법, 모아레(Moire)법, 및 PMP(Phase Measuring Profilometry) 법에 비해 매우 단순한 광학 구성을 가지고 있는데, 슬릿광이 진행하는 방향에 대한 평면방정식과 CCD 카메라 이미지 픽셀의 직선방정식의 교점을 구하여 높이 형상을 측정한다. 슬릿광의 측정분해능과 정밀도는 슬릿광의 두께와 슬릿광 및 카메라보정 정도에 크게 좌우된다. In the first method, the laser slit light is reflected on the mirror and the slit light is scanned by measuring the angle of the mirror by using a galvanometer. This type of measuring optical system has a very simple optical configuration compared to the spatial coding method, the Moire method, and the Phase Measuring Profilometry (PMP) method. The planar equation of the direction in which the slit light travels and the CCD camera image pixel Find the intersection of the linear equations and measure the height profile. The measurement resolution and precision of the slit light greatly depend on the thickness of the slit light and the degree of slit light and camera correction.

두 번째 방법은 고정도의 이동이 가능한 기구부에 카메라와 슬릿광을 일체화하여 이동시키는 데, 대부분의 제품이 이 방식을 이용하고 있다. The second method is to integrate the camera and the slit light into a mechanism that can move with high precision, and most products use this method.

(3) 공간부호화를 이용한 3차원 형상측정법(3) 3D shape measurement method using spatial coding

공간부호화를 이용한 3차원 형상측정법은 슬릿(Slit)광과 함께 광삼각법의 원리에 기초를 두고 있는 측정법으로 공간부호화법이 있다. 공간부호화를 이용한 3차원 형상측정법은 빔프로젝터를 사용한 세미나 시간에 사용되는 영사광학계에 액정소자 또는 필름 등을 장착하고 이를 측정대상체에 주사한다The three-dimensional shape measurement method using spatial coding is based on the principle of optical triangulation with slit light. In the three-dimensional shape measurement method using spatial coding, a liquid crystal device or a film is mounted on a projection optical system used at a seminar time using a beam projector and scanned on a measurement object.

공간부호화를 이용한 3차원 형상측정법은 처음에는 큰 폭의 격자를 사용하고, 다음에는 폭을 1/2씩 줄여가면서 여러 차례에 걸쳐 주사하게 된다. 이렇게 주사된 여러 장의 이미지에서 빛이 맞았는지(ON), 차단되었는지(OFF)를 순차적으로 확인하여 몇 번째 슬릿광인지를 파악하고, 그것에 해당하는 평면 방정식과 이미지센서의 직선 방정식의 교점으로부터 높이 값을 구하는 방식이다. The three-dimensional shape measurement method using spatial coding first uses a large grid and then scans several times while reducing the width by 1/2. In order to find out which number of slit lights is obtained by sequentially checking whether light is on (ON) or off (OFF) in the scanned images, the height value is determined from the intersection of the plane equation and the linear equation of the image sensor. Is the way to obtain.

예를 들면, 슬릿광을 이용한 3차원 형상측정법은 256개의 슬릿광을 영사할 경우에 256장의 이미지를 포착하고 해석해야하는 반면에, 공간부호화법을 이용한 3차원 형상 측정법의 경우, 8번(28=256)의 이미지를 포착하기 때문에 슬릿광에 비해 효과적이다. For example, the three-dimensional shape measurement method using slit light requires capturing and interpreting 256 images when projecting 256 slit light, whereas the three-dimensional shape measurement method using spatial coding method is 8 (28 =). It is effective compared to slit light because it captures 256 images.

(4) 모아레(Moire)를 이용한 3차원 형상 측정 방법(4) 3D shape measurement method using moire

그림자식 모아레(Moire)법은 측정대상물 바로 앞에 규칙적인 줄무늬격자를 두고 한 쪽에서 빛을 비추면 격자의 그림자가 측정물위에 생기게 된다. 이 그림자는 측정물의 형상에 따라 휘어지게 된다. In the shadow moire method, a regular striped grid is placed directly in front of the measurement object and light is emitted from one side so that the shadow of the grid is formed on the measurement object. This shadow will bend according to the shape of the workpiece.

이런 상태에서 또 다른 한 쪽에서 측정물을 바라보면, 변형되지 않은 직선줄무늬 격자와 이 격자의 그림자가 겹쳐져 보이면서, 물결모양의 등고선 무늬를 나타내는 모아레(Moire) 무늬를 사용하여 물체의 형상정보를 분석하여 높이 값을 얻게 된다. In this state, when looking at the measured object from the other side, the shape information of the object is analyzed by using the undeformed straight line grid and the moire pattern representing the wavy contour pattern while the shadow of the grid overlaps. You get the height value.

이러한 모아레(Moire) 무늬는 사용하는 격자의 피치를 줄일수록 조밀한 모아레를 얻을 수 있기 때문에 매우 정밀한 형상측정이 가능하게 된다. 하지만, 형성된 모아레 무늬에서 높낮이 방향을 알기 위해 격자를 위상이송시켜야 하고, 측정물의 크기만한 정밀한 격자가 필요하기 때문에 영사식 모아레법이 사용되고 있다. Such a moire pattern enables a more precise shape measurement because the denser moiré can be obtained as the pitch of the grid used is reduced. However, the projection moiré method is used because the lattice must be phase-shifted in order to know the height direction in the formed moire fringes, and precise lattice as large as the size of the measurement object is required.

영사식 모아레법은 모아레 무늬의 정밀한 분석을 위해 격자를 위상천이 시킬 수 있기 때문에 다른 측정법에 비해 매우 정밀한 측정정도를 얻을 수 있지만, 광학계가 매우 복잡해지는 단점이 있으므로 아직 보편화되지 못하고 있다.Projection-type moiré method can obtain a very accurate measurement accuracy compared to other measurement methods because the phase shifting of the grating for the precise analysis of moire fringes, but the optical system has a disadvantage of becoming very complicated, it has not yet been popularized.

도 1a는 종래의 광삼각법의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1A is a view for explaining the principle of the conventional optical triangular method.

BGA 검사 장비 또는 FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 반도체 검사 장비에서 3차원 형상 측정장치는 도 1b에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(laser diode)로부터 발광 렌즈로 집광한 레이저빔(선형 광원)을 측정 대상체 표면에 입사하고, 측정 대상체 곡면의 높이 변화에 따라 그로부터 반사된 레이저광을 결상렌즈(수광렌즈)로 CCD의 촬상면에 하나의 광점으로 결상되면, 광삼각법(Optical Triangulation)을 사용하여 측정 대상체의 높이를 측정한다. 이때, 측정 대상체의 높이 변화에 따라 CCD 촬상면에 결상되는 광점의 위치가 변하게 되는데, 이러한 광점의 위치 변화로부터 광점에 대응하는 측정 대상체의 한점의 높이를 구하게 된다.In the BGA inspection equipment or FC (Flip Chip) and CSP (Chip Scale Package) semiconductor inspection equipment, the three-dimensional shape measuring apparatus includes a laser beam focused on a light emitting lens from a laser diode as shown in FIG. A light source) is incident on the surface of the measurement object, and the laser light reflected from the height of the curved surface of the measurement object is formed into an optical lens on the image pickup surface of the CCD using an optical triangulation. The height of the measurement object is measured. At this time, the position of the light spot formed on the CCD imaging surface changes according to the height change of the measurement object, and the height of one point of the measurement object corresponding to the light point is obtained from the position change of the light spot.

반도체 검사 장비의 3차원 형상 측정 장치는 IC칩의 범프(bump)의 볼(ball)들의 표면 결함을 측정하기 위해 측정 대상체(bump의 ball) 레이저 광이 조사된 후, 범프의 볼의 그 위치에서의 높이 정보에 의해 기준면의 수직방향으로 변형된다. 3차원의 표면 형상의 변화에 따라 변형된 이 선 모양을 한 광영상은 기준면에 대하여 일정한 각도에 위치한 CCD 카메라에 의해 획득된다. 시간에 따른 이송 장치에 의해 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)를 이동시키면서, IC 칩의 범프의 볼(bump의 ball)의 획득된 영상으로부터 광삼각법에 기초하여 각 위치의 높이 정보를 추출하고, IC칩 범프의 볼의 높이 변화에 따라 IC칩 범프의 표면 결함을 판단한다. The three-dimensional shape measuring device of the semiconductor inspection equipment is irradiated with the ball laser light of the measurement object to measure the surface defects of the balls of the bumps of the IC chip, and then at that position of the balls of the bumps. It is deformed in the vertical direction of the reference plane by the height information of. This line-shaped optical image deformed in accordance with the three-dimensional surface shape change is acquired by a CCD camera positioned at an angle with respect to the reference plane. The height information of each position is extracted from the obtained image of the ball of the bump of the IC chip while moving the measurement object (ball of the bump of the IC chip) by the transfer device over time. Then, the surface defect of the IC chip bump is determined according to the change of the height of the ball of the IC chip bump.

도 1a에 도시된 바와 같이, 광 삼각법의 변위 측정법의 원리는 측정 대상체의 면에 조사된 작은 레이저 광점은 입사 레이저 빔 축과 기울어진 렌즈 F에 의해 광 위치 측정 센서 PSD(Position Sensing Detector) 면에 상이 맺히고, 측정 대상체의 위치가 h 방향으로 바뀌면, 레이저 광점의 PSD 상 위치가 d만큼 바뀌게 된다. 반도체 검사 장비의 3차원 측정 장치는 이러한 d 값을 측정하여, 광학계 변수를 대입하여 환산함으로써 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)의 높이 h를 측정한다. As shown in Fig. 1A, the principle of the displacement measurement method of optical triangulation is that the small laser light spot irradiated on the plane of the measurement object is placed on the plane of the optical position measurement sensor PSD by the incident laser beam axis and the inclined lens F. When the image is formed and the position of the measurement object is changed in the h direction, the position of the PSD image of the laser light spot is changed by d. The three-dimensional measuring apparatus of the semiconductor inspection equipment measures this d value and measures the height h of the measurement object (ball of the bump of the IC chip) by substituting and converting the optical system variable.

도 2는 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정 장치의 기능을 설명한 도면이다.2 is a view for explaining the function of the three-dimensional shape measurement apparatus using the optical triangulation method.

종래의 광삼각법을 이용한 반도체 검사 장비로 사용되는 3차원 형상 측정 장치는 컴퓨터 비전 시스템(computer vision system)과 광학센서 제어기(controller)가 랜 카드와 TCP/IP 또는 RS232C 직렬 통신 방식으로 연결되고, 제어기와 연결된 CCD 카메라로부터 수직선 바로 밑에 놓여진 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)를 한 쪽 방향에서만 레이저를 주사하는 경우, 기존의 구조화된 레이저 빔을 측정 대상체에 주사하여 3각 측정의 원리(광삼각법, optical triangulation method)를 사용하여 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)의 곡면 3차원 형상의 변화를 측정한다. The three-dimensional shape measuring apparatus used as a conventional semiconductor inspection equipment using the optical triangulation method is a computer vision system (computer vision system) and an optical sensor controller (LAN) is connected to the LAN card and TCP / IP or RS232C serial communication method, the controller When the laser is scanned only in one direction from the CCD camera connected to the measuring object (a ball of the bump of the IC chip) placed directly below the vertical line, the conventional structured laser beam is scanned to the measurement object and the principle of triangulation is measured. The optical triangulation method is used to measure the change of the curved three-dimensional shape of the measurement object (ball of bump of the IC chip).

도 3은 반도체 검사 장비의 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) IC 칩의 범프(bump)의 볼의 높이를 측정하기 위해 광삼각법에 따라 일측 레이저 빔을 이용한 3차원 영상 측정 장치의 시스템 구성도이다.FIG. 3 illustrates the use of a laser beam on one side according to an optical triangulation method to measure the height of a ball of a bump of a ball grid array (BGA), a flip chip (FC), and a chip scale package (CSP) IC chip of a semiconductor inspection device. It is a system block diagram of a 3D image measuring apparatus.

반도체 검사 장비는 IC칩의 범프의 볼을 고기능, 고속도, 고정밀도(㎛,nm)로 측정하는 직접 고기능의 레이저 및 광학 현상을 제어하여, 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 레이저빔을 IC칩의 범프(bump)의 볼(ball)로 주사하며, CCD 카메라로 슬릿광을 획득하여 기하학적 관계로부터 측정대상체(IC칩의 bump의 ball)의 높이를 측정한다. Semiconductor inspection equipment directly controls high-performance lasers and optical phenomena that measure bumps of IC chips with high function, high speed, and high precision (µm, nm), and directs the laser beam through the lens tilted at an angle. Scanning into a ball of bumps, and obtaining a slit light with a CCD camera to measure the height of the measurement object (ball of the bump of the IC chip) from the geometric relationship.

그러나, 광학 신호를 분석하는 컴퓨터 비전 시스템과 제어기에 연결된 반도체 검사 장비(PCB 검사장비)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, CCD 카메라로부터 구조화된 레이저빔을 이용한 3차원 측정 장치(광삼각법, 3각 측정 원리)는 레이저가 한쪽 방향으로 주사되는 경우, IC칩의 범프(bump)의 보이지 않는 부분의 범프(bump)의 볼(ball)의 높이 측정이 어려운 문제점이 있었다.
However, a computer vision system for analyzing optical signals and a semiconductor inspection device (PCB inspection device) connected to a controller are three-dimensional measuring devices (optical triangulation) using a laser beam structured from a CCD camera, as shown in FIGS. 2 and 3. , The triangular measurement principle) has a problem that when the laser is scanned in one direction, it is difficult to measure the height of the ball of the bump of the invisible portion of the bump of the IC chip.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 검사 장비(3차원 측정 검사 장비) 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 CCD 카메라로부터 레이저 빔을 이용한 광삼각법(Optical Triangulation)을 이용하여 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등 반도체 검사 장비를 사용하여 이송 장치에 의해 IC칩을 이동시키면서 IC칩의 범프(bump)의 ball이 2방향의 레이저 광학계로부터 각각 동시에 일정 각도의 렌즈를 통해 레이저를 주사하고, IC칩의 범프의 볼의 곡면의 높이 변화에 따라 CCD 카메라로 IC칩의 범프(bump) 높이를 측정하기 위해 좌측 및 우측 레이저로 듀얼 스캐닝(dual scanning) 하면서, IC 칩의 범프의 높이를 더 정확하게 측정하는, 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to use an optical triangulation method using a laser beam from a CCD camera in a computer vision system connected with a semiconductor inspection equipment (three-dimensional measurement inspection equipment) and an optical sensor controller. Bump ball of IC chip by moving IC chip by transfer device using semiconductor inspection equipment such as ball grid array (BGA), flip chip (FC) and chip scale package (CSP) using optical triangulation The laser is scanned from the two-way laser optical system simultaneously through the lens at a predetermined angle, and the left and right sides are measured by the CCD camera to measure the bump height of the IC chip according to the change in the height of the curved surface of the ball of the bump of the IC chip. PCB bump height measurement using a three-dimensional shape measurer using optical triangulation, which more accurately measures the bump height of the IC chip while dual scanning with the right laser To provide law.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법은, (a) BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 PCB 검사 장비 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 상호 대칭적으로 구성된 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 각각 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 선택적으로 하나의 레이저 광학계 또는 동시에 IC칩의 범프(bump)의 ball들로 순차적으로 레이저빔을 주사하고, IC칩의 범프의 볼들을 듀얼 스캐닝 하는 단계; (b) 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저로부터 어느 하나의 레이저빔으로부터 IC칩에 주사된 경우, CCD 카메라 및 광학센서로 반사광을 검출하여 맺히는 상의 길이 변화에 따라 광삼각법을 사용하여 상기 IC칩의 범프의 볼의 곡면의 높이 변화에 따라 IC칩의 범프(bump) 높이를 각각 측정하는 단계; 및 (c) 우측(R)과 좌측(L) 레이저빔으로 동시에 측정하는 경우, 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 산술 평균을 내어 IC칩의 각 볼의 범프의 높이를 산출하는 단계를 포함한다.
In order to achieve the object of the present invention, PCB bump height measurement method using a three-dimensional shape measuring device using the optical triangulation method, (a) Ball Grid Array (BGA), Flip Chip (FC), Chip Scale Package (CSP), etc. Optional single laser optics or simultaneous ICs through lenses inclined at an angle from the left (L) or right (R) laser optics symmetrically configured in a computer vision system connected to the semiconductor PCB inspection equipment and the optical sensor controller Sequentially scanning the laser beam into the balls of the bumps of the chip and dual scanning the balls of the bumps of the IC chip; (b) When the IC chip is scanned from one of the left (L) or right (R) laser beams to the IC chip, the IC is used by the optical triangulation method according to the change in the length of the image formed by detecting reflected light with a CCD camera and an optical sensor. Measuring the bump height of the IC chip according to the change in the height of the curved surface of the bump of the chip; And (c) calculating the height of the bumps of each ball of the IC chip by arithmetic averaging the height values of the balls of the bumps of the two IC chips, measured simultaneously with the right (R) and left (L) laser beams. It includes a step.

이와 같이 본 발명에 따르면, 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법은, 반도체 검사 장비(3차원 측정 검사 장비) 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 레이저 빔을 이용한 광삼각법을 이용하여 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 반도체 검사 장비를 사용하여 이송 장치에 의해 IC칩을 이동시키면서 CCD 카메라 및 2방향의 레이저 광학계로부터 일정 각도의 렌즈를 통해 동시에 IC칩의 범프(bump)의 Ball로 레이저를 주사하고, IC칩의 범프의 곡면의 높이 변화에 따라 CCD 카메라로 IC칩의 범프(bump) 높이를 측정하기 위해 3차원 공간의 측정 대상체의 특징 정보(범프의 ball의 높이)를 듀얼 스캐닝(Dual Scanning) 하면서, IC 칩의 범프의 볼의 보이지 않는 부분의 높이를 측정하는 효과가 있다.As described above, the PCB bump height measurement method using the three-dimensional shape measuring instrument using the optical triangulation method, the optical triangulation method using a laser beam in a computer vision system connected with a semiconductor inspection equipment (three-dimensional measurement inspection equipment) and an optical sensor controller By using a BGA (Flip Grid), FC (Chip Chip) and CSP (Chip Scale Package) semiconductor inspection equipment, the IC chip is moved by a transfer device while the lens is angled from the CCD camera and the laser optics in two directions. Simultaneously scan the laser with the ball of the bump of the IC chip through and measure the bump height of the IC chip with the CCD camera according to the height change of the curved surface of the bump of the IC chip. The dual scanning of the characteristic information (the height of the ball of the bump) is effective in measuring the height of the invisible portion of the ball of the bump of the IC chip.

본 발명에 따른 반도체 검사 장비의 2개의 레이저를 이용한 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기 기술은 동시에 양방향 측정이 가능하게 됨으로써, 기존 반도체 검사 정비의 고기능, 고정밀도를 가진 광학센서의 문제점인 보이지 않는 부분을 보다 정확하게 측정하게 되었다. The three-dimensional shape measuring device technology using the optical triangulation method using two lasers of the semiconductor inspection equipment according to the present invention is capable of bi-directional measurement at the same time, the invisible part which is a problem of the optical sensor with high function and high accuracy of the existing semiconductor inspection maintenance Was measured more accurately.

본 발명은 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 검사 장비의 광학 측정 센서를 사용하여 IC칩의 품질 검사 과정에서, 2방향의 레이저 광학계를 사용함으로써 양방향 측정으로 보이지 않는 부분의 IC칩의 범프의 높이를 측정하고, 측정하고자하는 BGA 또는 FC, CSP Ball이 CCD 카메라와 상대 위치에 따라 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저빔을 선택적으로 또는 동시에 주사하여, 동시 주사시 IC칩의 각각의 범프의 볼에 대한 높이 산술 평균값으로 IC칩의 범프의 볼들의 높이를 산출함으로써 IC칩의 범프의 볼의 보이지 않는 부분에 높이(height)를 측정하고, IC칩의 범프 높이의 측정 오차를 줄이고 결함을 분석하여 더 정확한 IC칩의 제품 불량을 판단이 가능하게 되었다.
The present invention uses a two-way laser optical system in the quality inspection process of the IC chip using optical measuring sensors of semiconductor inspection equipment such as ball grid array (BGA), flip chip (FC), chip scale package (CSP), etc. The bump height of the IC chip in the part not visible by the bidirectional measurement, and the BGA, FC, or CSP Ball to be measured selectively or simultaneously with the left (L) or right (R) laser beam depending on the relative position with the CCD camera. By scanning, by calculating the height of the balls of the bumps of the IC chip by the height arithmetic mean value of the balls of each bump of the IC chip during the simultaneous scanning, the height is measured on the invisible part of the balls of the bumps of the IC chip, By reducing the measurement error of the bump height of the IC chip and analyzing the defects, it is possible to more accurately determine the product defect of the IC chip.

도 1a는 종래의 광삼각법의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 1b는 종래의 프로브식 광학식 변위 센서의 구성도.
도 2는 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정 장치의 기능을 설명한 도면.
도 3은 반도체 검사 장비의 BGA(Ball Grid Array) 또는 FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) IC 칩의 범프의 볼의 높이를 측정하기 위해 광삼각법에 따라 일측 레이저 빔을 이용한 3차원 영상 측정 장치의 시스템 구성도.
도 4는 반도체 검사 장비의 3차원 측정 장치를 사용하여 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 범프의 높이를 측정하는 개념도.
도 5는 광삼각법의 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하는 원리를 설명하는 도면.
도 6은 반도체 검사 장비의 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 범프 높이를 측정하기 위해 광삼각법에 따라 듀얼 스캔으로 레이저 빔을 이용한 3차원 영상 측정 장치의 시스템 구성도.
도 7은 반도체 검사 장비의 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 범프 높이를 좌우 두 방향에서 선택적으로 또는 동시에 측정하는 것을 나타낸 도면.
1A is a view for explaining the principle of the conventional optical triangular method.
1B is a configuration diagram of a conventional probe type optical displacement sensor.
2 is a view for explaining the function of the three-dimensional shape measuring apparatus using the optical triangulation method.
Figure 3 is a three-dimensional image using a laser beam on one side according to the optical triangulation method to measure the height of the ball of the bump of the ball grid array (BGA) or flip chip (FC), chip scale package (CSP) IC chip of the semiconductor inspection equipment System diagram of the measuring device.
4 is a conceptual diagram of measuring the height of the bump of the IC chip of the BGA, FC, CSP ball using a three-dimensional measuring device of the semiconductor inspection equipment.
Fig. 5 is a view for explaining the principle of measuring the height of the ball of the bump of the IC chip of the optical triangulation method.
6 is a system configuration diagram of a three-dimensional image measuring apparatus using a laser beam in a dual scan according to the optical triangulation method for measuring the bump height of the IC chip of the BGA, FC, CSP ball of the semiconductor inspection equipment.
FIG. 7 is a view showing that the bump heights of the IC chips of the BGA, FC, and CSP balls of the semiconductor inspection equipment are selectively or simultaneously measured in the left and right directions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 반도체 검사 장비의 3차원 측정 장치를 사용하여 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 범프 높이를 측정하는 개념도이다. 4 is a conceptual diagram of measuring the bump height of the IC chip of the BGA, FC, CSP ball using a three-dimensional measuring device of the semiconductor inspection equipment.

BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 검사 장비의 3차원 레이저 광학측정 센서 및 좌우 대칭적인 2개의 레이저 광학계를 이용하여 측정 장차 표면에 이송 장치에 의해 IC칩을 이동시키면서 우측(R) 또는 좌측(L) 레이저를 선택적으로 또는 동시에 각각 한 방향의 레이저를 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 표면의 IC칩의 범프(bump)의 볼(ball)로 주사하여, IC칩의 범프의 볼(ball)로부터 반사된 레이저 광원을 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 및 광학 센서로 수신받아, IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하며, 상호 대칭적인 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계 시스템(21a, 21b)으로부터 한 방향으로 레이저를 IC칩의 범프의 볼로 주사하면, CCD카메라로 그 반사광을 검출하더라도 레이저가 주사되지 않는 측정 불가능 부분이 존재하고, IC칩의 범프의 볼의 높이의 측정 오차가 발생하였다. 3D laser optical measurement sensor of semiconductor inspection equipment such as ball grid array (BGA), flip chip (FC) and chip scale package (CSP) and two symmetrical laser optical systems Selectively or simultaneously scanning the right (R) or left (L) laser while moving the IC chip, scanning the laser in one direction to the ball of the bump of the IC chip on the surface through the lens tilted at an angle. The laser light source reflected from the ball of the bump of the IC chip is received by a CCD (Charge Coupled Device) camera and an optical sensor, and the height of the ball of the bump of the IC chip is measured. Alternatively, when the laser is scanned from the right (R) laser optical system (21a, 21b) to the ball of the bump of the IC chip in one direction, there is an unmeasurable part where the laser is not scanned even if the reflected light is detected by the CCD camera. Ball of bump A measurement error of the height of occurred.

본 발명에 따른 반도체 검사 장비의 좌측(L) 과 우측(R) 2개의 레이저 광학계 시스템을 이용한 광삼각법(optical triangulation)을 이용한 3차원 형상 측정기 기술은 동시에 2방향에서 레이저로 동시에 측정하게 됨으로써, 기존 반도체 검사 정비의 고기능, 고정밀도를 가진 광학센서의 문제점인 IC칩의 범프의 볼의 보이지 않는 부분의 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하는 방법을 제안한다. The three-dimensional shape measuring technology using optical triangulation using two laser optical system of the left (L) and the right (R) of the semiconductor inspection equipment according to the present invention is to measure simultaneously with the laser in two directions at the same time, We propose a method for measuring the height of the bumps of the bumps of the IC chip in the invisible part of the bumps of the bumps of the IC chip, which is a problem of the optical sensor with high function and precision of semiconductor inspection maintenance.

본 발명은 반도체 검사 장비의 좌측과 우측 3차원 레이저 광학 센서로부터 일정한 각도로 기울어진 렌즈를 통해 레이저 빔을 반도체 검사 장치의 표면에 놓인 IC칩의 범프(bump)의 볼(ball)로 주사하여, 이송 장치에 의해 IC칩을 이동시키며 듀얼 스캐닝(dual scanning)하면서 CCD 카메라로 반사광을 검출하여 광삼각법에 의해 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하고, IC칩의 표면 결함을 검사한다.The present invention scans a laser beam into a ball of a bump of an IC chip placed on the surface of a semiconductor inspection device through a lens inclined at an angle from the left and right three-dimensional laser optical sensors of the semiconductor inspection equipment, The IC chip is moved by a transfer device, and the reflected light is detected by a CCD camera while performing dual scanning. The height of the bumps of the bumps of the IC chip is measured by the optical triangulation method, and the surface defects of the IC chip are inspected.

3차원 광학 측정 장치는 우측(R) 레이저만 IC칩의 범프로 레이저빔을 주사시 IC칩의 범프의 볼에 대하여 산술 평균 구간, 우측 레이저 측정 구간에서 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정한다. The three-dimensional optical measuring device measures only the arithmetic mean section of the bump of the IC chip and the height of the bump of the bump of the IC chip in the right laser measuring section when scanning the laser beam with the bump of the IC chip only when the right (R) laser is scanned. .

3차원 광학 측정 장치는 좌측(L) 레이저만 IC칩의 범프로 레이저빔을 주사시 IC칩의 범프의 볼에 대하여 산술 평균 구간, 좌측 레이저 측정 구간에서 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정한다. The three-dimensional optical measuring device measures only the arithmetic mean section of the bump of the IC chip and the height of the bump of the bump of the IC chip in the left laser measurement section when scanning the laser beam with the left (L) laser only by the bump of the IC chip. .

우측(R) 레이저 및 좌측(L) 레이저를 동시에 IC칩의 범프로 레이저빔을 주사시 IC칩의 범프의 볼의 이동하여 측정하는데 IC칩의 범프의 볼의 높이 변화에 따라 산술평균 구간의 존재하고 좌측 또는 우측 레이저로 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이 측정값을 산술 평균으로 계산하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 산출한다. When the right (R) laser and the left (L) laser are simultaneously scanned with the bump of the IC chip, the laser beam is measured by moving the ball of the bump of the IC chip. The height of the ball of the bump of the IC chip is calculated by calculating the height measurement value of the ball of the bump of the two IC chips measured by the left or right laser.

도 5는 광삼각법의 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하는 원리를 설명하는 도면이다. 좌측(L) 레이저 광학계로부터 레이저빔을 주사할 경우, 기 설정된 카메라의 관측 각도 θ 및 배율 m =

Figure 112011007311086-pat00001
(f는 렌즈의 초점 거리, f'은 렌즈의 환산 초점 거리), 카메라 렌즈로부터 CCD 센서까지의 거리가 r일때, CCD 센서의 일측점으로부터 광 수신점까지의 거리(삼각형의 길이) y'는 광삼각법에 의해 CCD 카메라를 통해 획득된 영상에서 추출한 높이 정보가 된다. 그러므로, 영상 삼각형의 높이 정보 y'와 측정 대상체 삼각형의 기준선에 대한 상대적이 높이 정보 z는 y'=
Figure 112011007311086-pat00002
식이 설립한다. 3차원 형상 측정 장치는 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)의 높이 변위(z)가 렌즈로부터 측정 대상체까지 거리(f)에 비해 아주 작으면 z/f값이 아주 작으므로 무시할 정도로 작으며, 다음과 같은 근사식으로 실제 측정값인 높이 정보 y'를 구한다. 5 is a view for explaining the principle of measuring the height of the bump of the bump of the IC chip of the optical triangulation method. When scanning a laser beam from the left (L) laser optical system, the preset observation angle θ and magnification m =
Figure 112011007311086-pat00001
(f is the focal length of the lens, f 'is the equivalent focal length of the lens), and when the distance from the camera lens to the CCD sensor is r, the distance (one triangle length) y' from one point of the CCD sensor to the light receiving point is Height information extracted from an image acquired by the CCD camera by the optical triangulation method. Therefore, the height information y 'of the image triangle and the height information z relative to the reference line of the measurement object triangle are y' =
Figure 112011007311086-pat00002
Diet established. The 3D shape measuring apparatus is negligibly small because the z / f value is very small when the height displacement z of the measurement object (ball of the bump of the IC chip) is very small compared to the distance f from the lens to the measurement object. The height information y ', which is the actual measured value, is obtained by the following approximation.

y=

Figure 112011007311086-pat00003
y =
Figure 112011007311086-pat00003

여기서, n은 CCD 카메라의 수직선과 레이저 빔의 각도, m은 렌즈의 배율, θ는 CCD 카메라의 수직선에 대한 CCD 센서의 카메라의 관측 각도를 의미한다. Here, n is the angle of the vertical line and the laser beam of the CCD camera, m is the magnification of the lens, θ means the observation angle of the camera of the CCD sensor with respect to the vertical line of the CCD camera.

CCD 카메라의 픽셀 간격을 △y'라 하면, △z=

Figure 112011007311086-pat00004
식과 같이 CCD 카메라의 픽셀 간격에 대응하는 측정 대상체의 높이 값(측정 분해능)이 결정된다.If the pixel spacing of the CCD camera is Δy ', Δz =
Figure 112011007311086-pat00004
As shown in the equation, the height value (measurement resolution) of the measurement object corresponding to the pixel interval of the CCD camera is determined.

반도체 검사 장비의 3차원 형상 측정 장치는 측정 대상체(IC칩의 bump의 ball) 표면의 곡면 형상의 변화를 측정한 레이저빔의 영상을 CCD 카메라로 획득하여 3차원 형상 정보를 추출하게 된다. The three-dimensional shape measuring apparatus of the semiconductor inspection equipment extracts three-dimensional shape information by acquiring an image of a laser beam measuring a change in a curved shape of a surface of a measurement object (a ball of a bump of an IC chip) with a CCD camera.

최근, 반도체 검사 장비, SMT(Surface Mount Technology, 표면 실장 기술) 검사 장비 중에 AOI(Automated Optical Inspection, 자동 광학 검사) 2차원 검사 장비가 보편화되어 있지만, 전자 제품에 들어가는 PCB(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판), IC칩의 집적회로화, 소형화로 BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 칩의 검사 장비를 사용한다. Recently, AOI (Automated Optical Inspection) two-dimensional inspection equipment is widely used among semiconductor inspection equipment and surface mount technology (SMT) inspection equipment, but PCB (Printed Circuit Board, PCB) for electronic products is used. The use of semiconductor chip inspection equipment such as BGA (Ball Grid Array), FC (Flip Chip), CSP (Chip Scale Package), etc. is used for integrated circuits and miniaturization of IC chips and substrates.

도 6은 반도체 검사 장비의 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 pin의 범프 높이를 측정하기 위해 광삼각법에 따라 듀얼 스캔(dual scan)으로 레이저 빔을 이용한 3차원 영상 측정 장치의 시스템 구성도이다.6 is a system configuration diagram of a three-dimensional image measuring apparatus using a laser beam in a dual scan according to the optical triangulation method for measuring the bump height of the pins of the IC chip of the BGA, FC, CSP ball of the semiconductor inspection equipment. .

광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법은 (a) BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 PCB 검사 장비 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 상호 대칭적으로 구성된 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 각각 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 좌측 또는 우측 레이저 빔을 선택적으로 또는 동시에 IC칩의 범프(bump)의 ball들로 순차적으로 레이저빔을 주사하고, 측정 표면의 이송장치에 의해 IC칩을 이동시키면서 IC칩의 범프의 볼들을 듀얼 스캐닝 하고, (b) 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 어느 하나의 레이저빔이 IC칩의 범프에 주사된 경우, CCD 카메라 및 광학센서로 반사광을 검출하여 맺히는 상의 길이 변화에 따라 광삼각법을 사용하여 상기 IC칩의 범프의 볼의 곡면의 높이 변화에 따라 IC칩의 범프(bump)의 높이를 각각 측정하며, (c) 우측(R) 또는 좌측(L) 레이저 광학계의 어느 하나의 레이저빔으로 측정하는 경우, IC칩의 범프의 볼의 높이값을 제공하고, 우측(R)과 좌측(L) 레이저빔으로 동시에 측정하는 경우, 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 산술 평균을 내어 IC칩의 각 볼의 범프의 높이를 산출한다. PCB bump height measurement method using 3D shape measuring instrument using optical triangulation method (a) is connected to semiconductor PCB inspection equipment such as ball grid array (BGA), flip chip (FC), chip scale package (CSP) and optical sensor controller. Bump balls of the IC chip selectively or simultaneously through the lens tilted at an angle from the left (L) or right (R) laser optics symmetrically configured in a computer vision system, respectively. Sequentially scan laser beams, and dual scan the balls of the bumps of the IC chip while moving the IC chip by the transfer device of the measurement surface, and (b) either from the left (L) or right (R) laser optical system. When the laser beam is scanned on the bump of the IC chip, the height of the curved surface of the ball of the bump of the IC chip using the optical triangulation method according to the change in the length of the image formed by detecting the reflected light by the CCD camera and the optical sensor. The bump height of the IC chip is measured according to the change, and (c) the height of the ball of the bump of the IC chip when the laser beam is measured by one of the right (R) and left (L) laser optical systems. When the values are provided and measured simultaneously with the right (R) and the left (L) laser beams, the arithmetic average of the measured ball heights of the bumps of the two IC chips is used to determine the height of the bumps of each ball of the IC chip. Calculate.

BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등 반도체 PCB 검사 장비(3차원 측정 검사 장비) 및 광학센서 제어기(controller)(11)와 연결된 컴퓨터 비전 시스템(computer vision system)(10)에서 상호 대칭적으로 구성된 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계(21a,21b)로부터 각각 일정 각도로 기울어진 렌즈(22a,22b)를 통해 선택적으로 하나의 레이저 광학계 또는 동시에 IC칩의 범프(bump)의 ball로 레이저빔을 주사하고, IC칩의 범프(bump)의 볼(ball)들을 듀얼 스캐닝(Dual Scanning) 하면서, CCD 카메라 및 광학센서로 반사광을 검출하여 맺히는 상의 길이 변화에 따라 광삼각법을 사용하여 IC칩의 범프들의 볼의 곡면의 높이 변화에 따라 좌측 또는 우측 레이저를 IC칩의 범프의 볼로 주사하여 IC칩의 범프(bump) 높이를 각각 측정하고, 좌측(L) 레이저 및 우측(R) 레이저의 공통 측정 구간에서는 L,R 레이저 광학계로 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 산술 평균을 내어 IC칩의 각각 범프의 볼의 높이를 산출한다.Computer vision system connected to semiconductor PCB inspection equipment (3D measurement inspection equipment) such as ball grid array (BGA), flip chip (FC) and chip scale package (CSP) and optical sensor controller 11 Optionally, via a lens 22a, 22b inclined at an angle from the left (L) or right (R) laser optics 21a, 21b, which are symmetrically configured at 10). Changing the length of the image formed by scanning the laser beam with the ball of the bump of the chip and performing dual scanning of the balls of the bump of the IC chip while detecting reflected light with a CCD camera and an optical sensor. According to the optical triangle method, the left or right laser is scanned into the ball of the bump of the IC chip according to the change of the height of the curved surface of the bump of the IC chip, and the bump height of the IC chip is measured, respectively. In the common measuring section of the laser and the right (R) laser The arithmetic average of the ball heights of the bumps of the two IC chips measured by the L and R laser optical systems is used to calculate the ball height of each bump of the IC chip.

3차원 광학 측정 장치인 반도체 검사 장비는 광삼각법 및 3차원 bump height 측정 알고리즘을 사용하여 2개의 레이저 광학계로부터 주사된 IC칩의 범프의 곡면 영상 획득을 위한 고속 CCD 카메라, 3차원 레이저 광학계 센서 및 광학센서 제어기로 구성된다. The semiconductor inspection equipment, which is a three-dimensional optical measuring device, is a high-speed CCD camera, a three-dimensional laser optical sensor, and optical for acquiring curved images of bumps of an IC chip scanned from two laser optical systems using optical triangulation and three-dimensional bump height measurement algorithms. It consists of a sensor controller.

좌측 레이저 광학계 시스템(21a)과 좌측 렌즈(22a)과 우측 레이저 광학계 시스템(21b)과 우측 렌즈(22b)는 상호 대칭적으로 구성되며, 컴퓨터 비전 시스템(10)과 광학센서 제어기(11)의 제어에 따라 좌측 레이저 및/또는 우측 레이저빔을 선택적으로 또는 동시에 IC칩의 범프의 볼로 주사하고, 각각 CCD 카메라로 레이저 빔의 반사광을 검출하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정한다. The left laser optical system 21a, the left lens 22a, the right laser optical system 21b, and the right lens 22b are symmetrically configured, and are controlled by the computer vision system 10 and the optical sensor controller 11 According to this method, the left and / or right laser beams are selectively or simultaneously scanned into the bumps of the bumps of the IC chip, and the reflected light of the laser beam is detected by a CCD camera, respectively, to measure the height of the bumps of the bumps of the IC chip.

IC칩은 납땝을 하기 위해 많은 범프(bump)의 볼로 구성된다. IC chips consist of many bump balls for soldering.

반도체 검사 장비의 3차원 영상 측정 장치는 연결된 컴퓨터비전 시스템(10)과 광학센서 제어기(11)의 제어 따라 광삼각법(3차원 측정 원리)를 사용하여 측정하고자하는 BGA 또는 FC, CSP Ball이 CCD 카메라(20)와 상대 위치에 따라 레이저빔을 선택적으로 또는 동시에 주사가 가능하며, 상호 대칭적인 2 레이저 광학계로부터 2방향으로 레이저 빔을 IC칩의 각각의 범프의 볼로 주사하면, IC 칩의 범프의 볼의 보이지 않는 부분의 IC칩의 범프의 볼의 높이를 더 정확하게 측정하게 된다. The 3D image measuring device of the semiconductor inspection equipment is a BGA, FC, or CSP ball that is to be measured using optical triangulation (three-dimensional measurement principle) under the control of the connected computer vision system 10 and the optical sensor controller 11. The laser beam can be selectively or simultaneously scanned according to the position 20 and the relative position, and the laser beam is scanned into the balls of the bumps of the IC chip in two directions from two mutually symmetrical laser optical systems. The height of the bump of the bump of the IC chip in the invisible portion of the more accurate measurement.

도 7은 반도체 검사 장비의 BGA 또는 FC, CSP 볼의 IC 칩의 범프 높이를 좌우 두 방향에서 선택적으로 또는 동시에 측정하는 것을 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a view showing that the bump heights of the IC chips of the BGA, FC, and CSP balls of the semiconductor inspection equipment are selectively or simultaneously measured in the left and right directions.

반도체 검사장비에서 측정 표면의 이송장치에 의해 IC칩을 이동시킬 경우, 좌측(L) 레이저 광학계로부터 레이저빔을 측정 표면의 IC칩의 범프(bump)의 볼로 주사할 경우, CCD 카메라의 광학센서에 맺히는 상은 그림(좌(L))에 도시된 바와 같이 L4,L5,L6 궤적이 나타난다. In the semiconductor inspection equipment, when the IC chip is moved by the transfer device of the measurement surface, the laser beam is scanned from the left (L) laser optical system to the ball of the bump of the IC chip on the measurement surface. The resulting image shows the L4, L5, and L6 trajectories as shown in the figure (left).

반도체 검사 장비의 측정 표면의 이송장치에 의해 IC칩을 이동시킬 경우, 우측(R) 레이저 광학계로부터 레이저빔을 측정 표면의 IC칩의 범프(bump)의 볼로 주사할 경우, CCD 카메라의 광학센서에 맺히는 상은 그림(우(R))에 도시된 바와 같이 R2,R3,R4 궤적이 나타난다.When the IC chip is moved by the transfer device of the measurement surface of the semiconductor inspection equipment, the laser beam is scanned from the right (R) laser optical system to the ball of the bump of the IC chip on the measurement surface. The resulting image shows the R2, R3, and R4 trajectories, as shown in the figure (right).

3차원 레이저 광학 측정 장치의 이송 장치에 의해 IC칩을 이동시킬 경우, 우측(R) 레이저빔은 중심선을 기준으로 기 설정된 일정 거리 간격을 가진 ②,③,④에서 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하고, 좌측(L) 레이저 빔은 중심선을 기준으로 기 설정된 일정 거리 간격을 가진 ④,⑤,⑥에서 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하게 된다.When the IC chip is moved by the transfer device of the 3D laser optical measuring device, the right (R) laser beam has the height of the ball of the bump of the IC chip at ②, ③, and ④ having a predetermined distance distance from the center line. And the left (L) laser beam measures the height of the ball of the bump of the IC chip at ④, ⑤, ⑥ having a predetermined distance interval based on the center line.

일실시예로, 3차원 광학 검사 장치는 우측 레이저 측정 구간(②,③)에는 우측(R) 레이저광학계를 ON시키고, 좌측(L) 레이저 광학계를 OFF시키며 우측(R) 레이저빔을 선택적으로 IC칩의 범프의 볼에 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하고, L,R 레이저 동시 측정 구간(④)에는 상기 우측(R) 및 상기 좌측(L) 레이저 동시 측정시 상기 우측(R) 레이저 광학계 및 상기 좌측(L) 레이저 광학계를 둘다 ON시키고, 우측(R) 레이저 및 좌측(L) 레이저 빔을 동시에 IC칩의 범프의 볼로 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하여 2개의 IC칩의 범프의 높이 측정값의 산술평균으로 범프의 볼의 높이를 산출하고, 좌측 레이저 측정 구간(⑤,⑥)에서는 우측(R) 레이저광학계를 OFF시키고, 좌측(L) 레이저 광학계를 ON시켜 좌측(L) 레이저빔을 선택적으로 IC칩의 볼에 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정한다. In one embodiment, the 3D optical inspection apparatus turns on the right (R) laser optical system, turns off the left (L) laser optical system, and selectively converts the right (R) laser beam to the right laser measuring section (②, ③). The height of the bumps of the bumps of the IC chip is measured by scanning the bumps of the chip, and the right (R) and the left (L) lasers are simultaneously measured in the L and R laser simultaneous measurement section (④). 2) Turn on both the laser optical system and the left (L) laser optical system, and simultaneously scan the right (R) laser and the left (L) laser beam to the ball of the bump of the IC chip, and measure the height of the ball of the bump of the IC chip. The arithmetic mean of the bump height measurement values of the two IC chips is used to calculate the height of the bumps.In the left laser measurement section (5, 6), the right (R) laser optical system is turned off and the left (L) laser optical system is turned on. IC chip by scanning the left (L) laser beam selectively into the IC chip ball Measure the height of the ball bump.

따라서, BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package) 등의 반도체 검사 장비의 3차원 광학 측정 센서를 사용하여 IC칩의 범프의 볼의 높이 측정시, 좌측(L) 레이저 또는 우측(R) 레이저 광학계를 사용함으로써 양방향 측정이 가능하여 보이지 않던 부분의 IC칩의 범프의 높이를 보다 정확하게 측정하고, 측정하고자하는 BGA 또는 FC, CSP Ball이 CCD 카메라(20)와 상대 위치에 따라 레이저빔을 선택적으로 또는 동시에 주사하며, 동시 측정시 2방향으로 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이 측정값의 산술 평균값으로 각각의 IC칩의 범프의 볼들의 높이를 산출함으로써 IC칩의 범프의 볼의 보이지 않는 부분의 IC칩의 범프의 높이(height)를 보다 정확하게 측정하며, 미세한 측정 오차를 줄이고, IC칩의 제품 불량을 더 정확하게 검사가 가능하게 되었다. Therefore, when measuring the height of the ball of the bump of the IC chip using a three-dimensional optical measurement sensor of semiconductor inspection equipment such as ball grid array (BGA), flip chip (FC), chip scale package (CSP), etc. By using the laser or the right (R) laser optical system, bi-directional measurement is possible, so that the height of the bump of the IC chip in the invisible portion can be measured more accurately. The laser beam is selectively or simultaneously scanned according to the IC, and the height of the balls of the bumps of each IC chip is calculated using an arithmetic mean value of the ball heights of the bumps of the two IC chips measured in two directions during the simultaneous measurement. The bump height of the IC chip in the invisible portion of the ball of the bump of the chip can be measured more accurately, the fine measurement error can be reduced, and the defect of the IC chip can be inspected more accurately.

이상에서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail through preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto, and various changes and applications are apparent to those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 컴퓨터 비전 시스템 11: 광학센서 제어기
20: CCD 카메라 21a,21b: 레이저 다이오드
22a,22b: 렌즈 23: IC칩의 범프의 볼
30: 측정 표면
10: computer vision system 11: optical sensor controller
20: CCD camera 21a, 21b: laser diode
22a, 22b: lens 23: bump of IC chip
30: measuring surface

Claims (9)

광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB의 IC칩 범프(bump)의 높이 측정 방법에 있어서,
(a) BGA(Ball Grid Array), FC(Flip Chip), CSP(Chip Scale Package)를 포함하는 반도체 PCB 검사 장비 및 광학센서 제어기와 연결된 컴퓨터 비전 시스템에서 상호 대칭적으로 구성된 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 각각 일정 각도로 기울어진 렌즈를 통해 선택적으로 또는 동시에 IC칩의 범프(bump)의 ball들로 레이저빔을 주사하고, 이송장치에 의해 IC칩을 이동시키면서 IC칩의 범프의 볼들을 스캐닝하는 단계;
(b) 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계부터 어느 하나의 레이저빔이 IC칩에 주사된 경우, CCD 카메라의 광학센서로 반사광을 검출하여 맺히는 상의 길이 변화에 따라 광삼각법을 사용하여 IC칩의 범프(bump)의 높이를 각각 측정하는 단계; 및
(c) 우측(R)이나 좌측(L) 레이저 광학계의 어느 하나의 레이저빔으로 측정하는 경우, 해당 레이져 빔으로 측정한 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 제공하고, 우측(R)과 좌측(L) 레이저빔으로 동시에 측정하는 경우, 측정된 2개의 IC칩의 범프의 볼의 높이값을 산술 평균하여 IC칩의 각각의 범프의 볼의 높이를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 단계 (b)는,
우측(R) 레이저 측정 구간에는, 상기 우측(R) 레이저광학계를 ON시키고, 좌측(L) 레이저 광학계를 OFF시키며 우측(R) 레이저빔을 상기 IC칩의 범프의 볼에 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하거나,
좌측(R) 레이저 측정 구간에는, 상기 우측(R) 레이저광학계를 OFF시키고, 상기 좌측(L) 레이저 광학계를 ON시켜 좌측(L) 레이저빔을 상기 IC칩의 범프의 볼에 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하며,
상기 우측(R) 및 상기 좌측(L) 레이저 동시 측정시, 상기 우측(R) 레이저 광학계 및 상기 좌측(L) 레이저 광학계를 둘다 ON시키고, 동시에 레이저빔을 상기 IC칩의 범프의 볼에 주사하여 IC칩의 범프의 볼의 높이를 측정하되,
범프의 스캐닝 방향에 대해 좌측 레이저, 좌우측 레이저, 우측 레이저광학계를 순서대로 ON시켜 스캐닝을 실시하며,
상기 단계 (b)는 상기 좌측(L) 또는 우측(R) 레이저 광학계로부터 레이저빔을 한 방향으로 주사할 경우, 기 설정된 카메라의 관측 각도 θ 및 배율 m =
Figure 112013037784209-pat00015
(f는 렌즈의 초점 거리, f'은 렌즈의 환산 초점 거리), 카메라 렌즈로부터 CCD 센서까지의 거리가 r일때, CCD 카메라의 일측점으로부터 광 수신점까지의 거리(삼각형의 길이) y'는 광삼각법에 의해 CCD 카메라를 통해 획득된 영상에서 추출한 높이 정보를 계산하고,
높이 정보 y'와 측정 대상체 삼각형의 기준선에 대한 상대적인 높이 정보 Z는,
y'=
Figure 112013037784209-pat00016
에 의해 결정되며,
측정 대상체(IC칩의 bump의 ball)의 높이 변위(z)가 렌즈로부터 측정 대상체까지의 거리(f)에 비해 작으면 z/f값이 작으므로 아래와 같이 측정값인 높이 정보 y'를 구하고,
y'=
Figure 112013037784209-pat00017

(여기서, n은 CCD 카메라의 수직선과 레이저 빔의 각도, m은 렌즈의 배율, θ는 CCD 카메라의 수직선에 대한 CCD 카메라의 관측 각도.)
상기 CCD 카메라의 픽셀 간격을 △y'라 하면,
△z=
Figure 112013037784209-pat00018
식과 같이 CCD 카메라의 픽셀 간격에 대응하는 측정 대상체의 높이 값(측정 분해능)이 결정되는 것을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 3차원 형상 측정기를 이용한 PCB 범프 높이 측정 방법.
In the method of measuring the height of the IC chip bump of the PCB using a three-dimensional shape measuring device using the optical triangulation method,
(a) Left (L) or right symmetrically configured in a computer vision system connected with an optical sensor controller and semiconductor PCB inspection equipment including ball grid arrays (BGAs), flip chips (FCs), and chip scale packages (CSPs). (R) Scanning the laser beam into the balls of the bumps of the IC chip selectively or simultaneously through the lens inclined at a certain angle from the laser optical system, and moving the IC chip by the transfer device, Scanning the balls;
(b) When any one laser beam is scanned from the left (L) or right (R) laser optical system to the IC chip, the IC is used by the optical triangulation method according to the change in the length of the image formed by detecting reflected light by the optical sensor of the CCD camera. Measuring the height of each bump of the chip; And
(c) When measuring with either laser beam of the right (R) or left (L) laser optical system, the height value of the ball of the bump of the IC chip measured by the corresponding laser beam is provided, and the right (R) and the left (L) calculating the height of the ball of each bump of the IC chip by arithmetically averaging the height values of the balls of the bumps of the two IC chips, when measuring simultaneously with the laser beam;
The step (b)
In the right (R) laser measurement section, the right (R) laser optical system is turned on, the left (L) laser optical system is turned off, and the right (R) laser beam is scanned on the ball of the bump of the IC chip to bump the IC chip. Measure the height of the ball,
In the left (R) laser measurement section, the right (R) laser optical system is turned off, the left (L) laser optical system is turned on, and the left (L) laser beam is scanned on the ball of the bump of the IC chip to Measures the height of the bump's ball,
When the right (R) and the left (L) lasers are simultaneously measured, both the right (R) laser optical system and the left (L) laser optical system are turned on, and at the same time, the laser beam is scanned onto the bumps of the bumps of the IC chip. Measure the height of the bump of the IC chip bumps,
Scanning is performed by turning on the left laser, left and right lasers, and right laser optical systems in order for the scanning direction of the bumps.
In the step (b), when the laser beam is scanned in one direction from the left (L) or the right (R) laser optical system, the preset observation angle θ and magnification m of the camera =
Figure 112013037784209-pat00015
(f is the focal length of the lens, f 'is the equivalent focal length of the lens), and when the distance from the camera lens to the CCD sensor is r, the distance (one triangle length) y' from one point of the CCD camera to the light receiving point is Compute the height information extracted from the image acquired by the CCD camera by the optical triangulation method,
The height information y 'and the height information Z relative to the reference line of the measurement object triangle are
y '=
Figure 112013037784209-pat00016
Determined by
If the height displacement z of the measurement object (the ball of the bump of the IC chip) is smaller than the distance f from the lens to the measurement object, the z / f value is small. Therefore, the height information y ', which is the measured value, is obtained as follows.
y '=
Figure 112013037784209-pat00017

(Where n is the angle of the vertical line of the CCD camera and the laser beam, m is the magnification of the lens, and θ is the angle of observation of the CCD camera relative to the vertical line of the CCD camera.)
If the pixel spacing of the CCD camera is Δy ',
Δz =
Figure 112013037784209-pat00018
The height of the measurement object (measurement resolution) corresponding to the pixel spacing of the CCD camera, as shown in the equation is a PCB bump height measurement method using a three-dimensional shape measuring device using an optical triangle method.
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