KR19990062659A - 집적 회로용 교차 광축 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

집적 회로의 측정과 검사를 위한 방법 및 장치가 제공된다. 이와 같은 장치는 집적 회로(IC)의 영상을 감지하기 위한 카메라, 비스듬한 광원, 및 반사기를 포함한다. 카메라는 IC의 평면에 법선 방향으로 IC를 관통하는 광축을 가진다. 비스듬한 광원의 적어도 일부가 광축의 한쪽 편에 위치하도록 하여 비스듬한 광원은 IC의 평면에 비스듬하게 IC 상에 광을 조사한다. 반사기는, 비스듬한 광원으로부터 반사기로 상기 광축을 교차하는 광을 반사하기 위한 비스듬한 광원의 일부와 관련하여 광축의 반대편 상에 위치함으로써 IC의 적어도 일부가 비스듬한 광원의 일부와 반사기 사이에 위치한다. 그 결과, IC의 일부의 형상이 후면-광에 의해 카메라 상에 입사된다. IC 상의 리드는 이러한 방식으로 검사될 수 있다.

Description

집적 회로용 교차 광축 검사 시스템

본 발명은 일반적으로 광학 수단에 의한 검사 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 영상에 의해 집적 회로를 검사하기 위한 광학 검사 시스템에 관한 것이다.

집적 회로(IC) 패키지의 리드 검사는 전자 산업에서 매우 중요하다. QFP(Quad Flat Pack), PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier), SOIC(Small Outline IC), SOJ(Small Outline J-Lead), DPAK, SOT(Small Outline Transistor), 및 이와 유사한 군의 IC 패키지들은 IC 패키지 몸체로부터 외부로 돌출한 리드를 가지고 있다. 이러한 리드들은 내부 회로를 외부에 접속시키기 위한 수단이다. 이러한 리드들의 완전성은 훌륭한 전기적 연결을 제공하여 IC를 유용하게 응용하는데 있어서 필수적이다.

집적 회로(IC) 패키지는 일반적으로 다이라고 알려진 IC 회로 위에 몰딩된 정사각형 또는 직사각형의 플라스틱 패키지를 갖는 것이 전형적이다. 패키지의 크기는 4×4 ㎜의 정사각형으로부터 32×32 ㎜의 정사각형에까지 이를 수 있다. IC 패키지 내부의 다이로부터 PCB 기판으로의 전기적 연결을 제공하는 리드들이 플라스틱 패키지로부터 뻗어나온다. PCB 기판 상에 IC를 위치시켜 납땜하기 위해 고도로 자동화된 PCB 조립 기계를 사용하기 때문에, IC 패키지와 리드들이 정확하고 일관된 물리적 크기를 갖는 것이 중요하다. 손상된 리드, 꼬인 리드, 또는 위치가 어긋난 리드는 PCB 조립에 있어서 부적절한 조립과 오기능을 초래하기 쉽다. 특히, 패키지의 4개 측면 모두에 리드를 가지는 QFP(Quad Flat Pack)과 같이 리드수가 많은 IC에 대해서는, 물리적 요건은 더 엄격하다. 측정되어야하는 리드에 대한 요건 및 결함 종류가 몇가지 있는데, 동일 평면성(coplanarity), 리드 피치, 단자 크기, 스탠드오프(standoff) 등이 포함된다. 리드 결함에는 굽은 리드, 납도금 결함, 스웹트 리드(swept lead), 버(burr)등이 있다.

IC 패키지의 리드들의 직접 및 간접 관찰을 위한 특별한 광학 장치 및 조명 장치를 포함하는 몇가지 기술 및 시스템이 판매되고 있다. IC 리드 검사 및 측정 시스템에는 2개의 주요 범주가 있다. 한 범주는 레이저 스캐닝을 이용하는 접근법이다. 흔히 사용되는 다른 기법은 영상 평면 상에 리드 윤곽(profile)을 투영(shadow casting) 및 후면 조명(back illuminating)하는 것을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 방법은 윗쪽으로부터 IC 리드를 스캐닝하기 위해 레이저를 사용한다. 다른 방법은 영상의 해상도를 증가시키는 영상 확대기(image doubler)를 구비한 후면 조명 시스템을 사용한다. 또 다른 방법은, 장치가 장착되는 기준판을 기준으로 리드의 위치를 파악하는 리드 검사 시스템, 및 영상 픽셀과 선형 측정간의 알려진 상호관계(correlation)를 제공하는데 사용되는 실시간 기준를 사용한다. 어떤 IC 검사 시스템은 각 리드의 상향 및 하향 동일평면성 에러가 센서의 출력 신호에서의 레벨 변화로부터 측정될 수 있는 변위 센서(displacement sensor)를 사용한다. 또 다른 시스템은 투영 기법(shadow casting techniques)을 사용하여 전자 부품의 적어도 하나의 리드의 위치를 판별한다.

그러나, 이들 종래 검사 기법에는 다양한 문제점들이 존재한다. 레이저 스캐닝 기법의 경우에, 리드의 하부 표면 대신에 상부 표면이 측정된다. 이것은 문제가 되는데, 이는 특히 리드의 전기적 연결과 관련하여 상부 표면보다 리드의 하부 표면과 형상이 더 중요하기 때문이다. 리드의 두께는 납도금 두께의 결과에 따라 리드마다 다르다. 결과적으로, 리드들의 상부 표면의 측정은 하부 표면의 측정과 동일하지 않다. 이러한 사실은 수 마이크로 단위의 고정밀 측정에서는 특히 두드러지게 나타난다. 또한, 레이저-스캐닝 기법은 IC 리드의 제조에 있어서 트림 및 형성 공정(trim and form process)의 결과 흔히 발생하는 리드 끝 부분에서의 버(burr)를 검출할 수 없다. 리드 끝부분에서의 버의 존재는, PCB에 대한 IC 패키지의 전기적 연결에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소이다. 따라서, IC의 신뢰성있는 검사를 위한 방법 및 시스템, 특히, IC 리드들의 하부 표면을 신뢰성있게 검사할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다.

따라서. 본 발명의 목적은 특히 집적 회로들을 검사하는데 적합하며 상기 문제들을 개선할 수 있는 개선된 검사 시스템을 제공하는 것으로서, 본 발명의 검사 시스템은 물체의 하부를 접촉하지 않고도 물체 측면의 하부를 검사할 수 있는 기법을 제공한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예는 실시간 기준면을 사용하여 물체가 움직이고 있는 동안에도 물체를 검사할 수 있도록 해준다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집적 회로용 검사 시스템의 블럭도.

도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 검사 시스템의 관찰용 광학 모듈의 제1 실시예의 평면도 및 단면의 정면도.

도 3은 광학 모듈을 가로질러 IC를 이송하는 모습을 도시하는 도 2a 및 도2b의 광학 모듈의 개략도.

도 4a 및 도 4b는 IC가 제대로 위치한 경우의 관찰용 광학 모듈을 도시하는 도면.

도 5는 IC 일부가 투영되는 것을 도시하는 확대된 개략도.

도 6은 제대로 위치한 IC 및 관찰용 광학 모듈을 도시하는 확대된 평면도.

도 7은 관찰용 광학 모듈의 변형된 검사 기준면을 도시하는 평면도.

도 8은 관찰용 광학 모듈로부터 발생된 영상을 도시하는 개략도.

도 9는 도 8의 영상의 일부의 상세도.

도 10a는 관찰용 광학 모듈의 다른 실시예의 측면 개략도.

도 10b는 관찰용 광학 모듈의 또 다른 실시예의 측면 개략도.

도 11a 및 도 11b는 각각 관찰용 광학 모듈의 다른 실시예의 평면 개략도 및 단면의 정면 개략도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20, 21 : 반사기

23 : 렌즈 시스템

24 : 비디오 카메라

25A, 25B : 광원부

25B : 광원부

27 : 픽업 헤드

100 : IC

101A : IC 리드

본 발명의 특히 집적 회로들을 검사하는데 적합하며 전술한 문제들을 개선할 수 있는 개선된 검사 시스템을 제공하는 것이다. 평면 물체(예를 들어, IC)를 검사하기 위한 본 발명에 따른 장치의 실시예는 평면 물체(예를 들어, IC)의 영상을 검출하기 위한 카메라, 비스듬한 광원, 및 반사기를 포함한다. 카메라는 평면 물체를 관통하며 물체의 평면에 수직하는 광축을 가진다. 비스듬한 광원은 적어도 일부가 광축의 한 측면에 위치하여, 비스듬한 광원은 평면 물체 상에 빛을 비스듬하게 조사한다. 반사기는 상기 비스듬한 광원의 일부와 위치한 광축의 측면의 반대 측면에 위치하여 비스듬한 광원으로부터 광축을 지나는 빛을 카메라로 반사한다. 상기 광원의 일부, 평면 물체, 및 상기 반사기는 상기 평면 물체의 적어도 일부가 상기 비스듬한 광원의 일부와 반사기 사이에 위치하도록 배열된다. 그 결과, 상기 평면 물체의 일부의 형상이 후면-광(back-lighting)에 의해 카메라에 투영된다. 이러한 방식으로 IC의 리드가 검사될 수 있다.

한 실시예에서, 본 발명의 장치는 상부 표면 및 하부 표면을 구비하고 상기 상부 표면 및 하부 표면 사이에서 연장되는 관찰 윈도우를 구비한 검사 기준면(inspection datum), 및 물체를 상기 검사 기준면 위에서 관찰 윈도우를 가로질러 이동시킬 수 있는 이송기(transport)를 가진다. 물체(예를 들어, IC)가 검사 기준면 위에서 윈도우를 가로질러 움직일 때, 관찰기(viewer)는 윈도우 아래에서 물체를 검사할 수 있다. 이러한 실시예에서, 물체는 물체를 픽업하는 이송기의 픽업 헤드를 제외하고는 다른 물체와 접촉하지 않으며, IC의 경우에는 자신의 몸체의 상부 표면만을 접촉하게 되므로, 이러한 방법은 실용적이다. 한 실시예에서, 관찰기에 의해 얻어진 영상에는 각각의 영상 부분이 상기 물체의 일부를 이루는 복수의 영상 부분이 포함된다. 이와 같은 경우에, 상기 영상 부분들은 각각 하나의 영상 부분을 반사하는 복수개의 반사기들을 사용하여 얻어진 서로 다른 광경로로부터 얻어질 수 있다. 부분 영상들은 동일한 관찰기, 예를 들어 전하 결합 소자(Charge Coupled Device: CCD),로 직행하게 된다. 본 발명의 검사 시스템은 집적 회로의 리드들을 검사하기에 이상적이다. 상기 반사 수단은 집적 회로의 각각의 리드 세트들의 영상을 얻기에 적합하게 되어 있는 것이 바람직하다. 검사 시스템은 갈매기-날개형(gull-wing), j형, 및 직선형 리드와 같은 모든 종류의 리드에 적합하다. 또한, 검사는 얇은 QFP 및 매우 얇은 QFP 또는 SOIC와 같은 많은 유형의 패키지에 대해 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 장점은 물체(예를 들어, IC)가 이동하고 있는 동안에도 정지할 필요없이 리드의 측정이 이루어질 수 있다는 것이다. 다른 장점은 검사용 지지대와 같은 다른 물체와 접촉하지 않고도 물체가 검사될 수 있기 때문에 다른 물체와의 접촉으로 인한 잠재적인 리드의 손상을 막을 수 있다는 것이다. 또한, 움직이는 동안에도 집적 회로 패키지를 검사할 수 있으므로 검사 시간을 단축시킬 수 있다. 집적 회로 패키지는 검사 도중에 지지대와 같은 다른 물체와 접촉할 필요가 없기 때문에, 잠재적인 리드 손상이 완전히 방지된다.

더욱이, IC의 하단이 관찰 및 검사될 수 있기 때문에 리드의 하단 역시 관찰 및 검사될 수 있다. 검사에 있어서 (예를 들어, IC 리드를 포함하여) 물체를 조명하기 위해 후면-조명을 사용하게 되면, 검사 결과의 안정성과 반복성을 증가시킬 수 있다. 동일 평면성, 단자 크기, 피치, 및 다른 파라미터와 같은 진정한 3차원 (3D) 리드 형상이 측정될 수 있다.

한 실시예에서, 본 발명의 검사 시스템은 양호하게는 물체의 하부를 접촉하지 않고도 물체 측면의 하부를 검사할 수 있는 기법을 제공한다. 더욱이, 또 다른 실시예에서는 실시간 기준면을 사용하여 물체가 움직이고 있는 동안에도 물체를 검사할 수 있다. 상기 기준면은 검사 시스템 내에 내장되어 검사될 IC와 함께 투영된다.

도 1은 3차원 물체를 검사하기 위한 장치의 실시예를 도시한 블록도이다. 비록 상기 장치가 다른 물체, 특히 평면 물체의 측면을 검사하는데에도 사용될 수 있지만, 설명을 명확하고 편리하게 하기 위해, 이후에는 3차원 IC 리드를 검사하기 위한 실시예가 설명될 것이다. 검사 시스템(10)은 4개의 모듈, 즉, 관찰용 광학 모듈(11), 영상 획득 모듈(12), 중앙 처리 모듈(13), 및 제어 모듈(14)를 포함한다.

하부의 개략적 평면도인 도 2a, 및 개략적 측면도인 도 2b에 도시된 바와 같이, 관찰용 광학 모듈(11)은 충분히 평평한 표면을 갖는 검사 기준면(15)를 포함한다. 검사 기준면(15)는 그 중심에 개구를 구비한 프레임(16)을 포함한다. 상기 검사 기준면(15) 내의 상기 중심 개구를 관찰 윈도우(17)이라 부른다. 상기 관찰 윈도우(17)은 원하는 파장의 광을 통과시키는 광학적으로 투명한 개구이다. 관찰 윈도우(17)는 관찰하고자 하는 IC(100) (도 2에는 도시되어 있지 않으나 도 3 및 도 4에는 도시되어 있음)를 포함할 수 있는 크기를 갖도록 만들어진다. 상기 모듈(11)은 기준면(15)의 상부 표면(22)의 바로 아래의 프레임(16)에 부착된 반사기(18, 19, 20, 및 21)를 더 포함한다. 일반적으로 상기 반사기(18, 19, 20, 및 21)는 거울 또는 프리즘으로 만들어지며, 관찰 윈도우(17)의 4개 면에 인접한 프레임(16)에 부착된다.

도 1에 도시된 실시예의 광학 모듈(11)은 렌즈 또는 렌즈 시스템(23), 비디오 카메라(24), 및 관찰 윈도우(17) 위의 영상을 렌즈(23)으로 반사하여 결국 비디오 카메라(24)로 향하게 하는 각각의 반사기(18, 19, 20, 및 21)를 더 포함한다. 상기 렌즈(23)는 텔리센트릭(telecentric) 특성을 가지고 있어서 물체 거리의 상당한 변동에 대해 충분히 강하다. 상기 비디오 카메라(24)로서는 광감성 어레이(photo-sensitive array)를 구비한 전하 결합 소자(CCD) 카메라가 전형적이다. 상기 비디오 카메라(24)의 시야는 전체 관찰 윈도우(17) 및 4개의 반사기(18, 19, 20, 및 21)를 포함한다.

광학 모듈(11)은 관찰 윈도우(17) 주변에 위치하며, 부분들을 가질 수 있는 균일하게 조명하는 광원(25)를 더 포함한다. 상기 균일하게 조명하는 광원부(25)는 IC(100)의 후면-조명을 위해 사용된다. 후면-조명은 치수 측정을 효율적으로 해주기 위해 물체의 실루엣(silhouette)을 비춰주어 조명 기법이다. 후면-조명 기법을 사용할 때, 측정될 물체 (즉, IC)는 관찰자(카메라)와 광원 사이에 위치한다.

균일한 광원(25)은 검사 기준면(15) 상에 장착되거나 검사 기준면을 둘러싼 도 3에 도시된 바와 같은 이동 가능한 플랫폼(26) 상에 장착될 수 있다. 균일한 광원(15)이 이동 가능한 플랫폼(26) 상에 장착되는 경우, 균일한 광원(25)를 검사 기준면(15)의 아래로 낮추어 검사 기준면에 이동에 방해를 야기할 수 있는 어떠한 물체도 없는 상태로 만드는 것이 가능하다. 이런 식으로, 균일한 광원(25)은, (도 4에 도시된 바와 같이) IC가 관찰 윈도우(17)에 근접해 있을 때, IC를 조명하여 투영하기 위한 곳으로 이동될 수 있다. 상기 투영 전후에는 IC가 관찰용 광학 모듈 안으로 또는 모듈 밖으로 이동할 수 있도록, 이동 경로 상에서 균일한 광원(25)은 제거될 수 있다.

도 3 및 도 4는 IC가 검사를 위해 어떻게 이송될 수 있는지를 보여주는 실시예를 도시한다. 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 검사될 IC(100)는 흡입 컵(suction cup)과 같은 픽업 헤드(27)에 의해 상부부터 픽업된다. 이와 같은 흡입 헤드 및 흡입 컵은 공지된 기술이며 IC 산업 분야에서 널리 사용된다. 픽업 헤드(27)은 IC를 관찰 윈도우(17) 위로 이송시킨다. IC(100)의 하부면은 아무런 장애가 없는 관찰을 위하여 깨끗한 상태가 유지된다. IC(100)는 검사 기준면의 상부 표면에 평행하게 정렬되어, 상기 IC(100)의 착면(seating plane)이 검사 기준면(15)에 평행하도록 한다. 검사 기준면(15)과 IC(100)의 착면간에는 작은 간격이 유지된다. IC(100)가 관찰 윈도우(17)을 횡단하여 이송될 때, IC(100)을 관찰 윈도우(17) 내로 낯추기 위한 아무런 수직 이동도 필요하지 않다. IC(100)가 관찰 윈도우(17) 상에 적절히 위치한 경우, 비디오 카메라(24)가 IC(100)의 영상을 얻도록 하기 위한 후면 조명을 제공하기 위해 상기 균일한 조명이 플랫폼(26)에 의해 활성 위치로 상승된다. 영상이 얻어진 후, 균일한 광원(25)은 IC(100)가 검사 기준면(15) 외부로 아무런 장애물없이 이동될 수 있도록 하기 위하여 비활성 위치로 하강하게 된다. 그 대신에, 광원(25)는 픽업 헤드(27)에 부착되어 픽업 헤드(27)과 함께 이동될 수도 있다.

도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, IC(100)가 관찰 윈도우(17)의 위치로 이동되면, IC(100)는 균일하게 조명하는 광원(25)와 반사기(18, 19, 20, 21) 사이에 위치한다. 이것이 후면-조명 기법으로서, 반사기는 도 8에 도시된 바와 같이 IC(100) 및 그 리드(101)의 실루엣 영상을 얻게 된다. 따라서, 비디오 카메라(24)는 반사기(18, 19, 20, 21) 및 렌즈(23)을 통해서 IC(100) 및 리드(101)의 실루엣 영상을 얻는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 반사기(18, 19, 20, 21)는 각각의 반사기로부터 멀리 떨어진 측면에 있는 리드(101)의 영상을 반사하기 때문에 교차 형상(cross-looking geometry)이 형성된다는 것을 알아야 한다. 도 4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 반사기(20)는 광원부(25A)로부터의 광원에 의하여 발생된 IC 리드(101A)의 실루엣을 광경로 50을 따라서 렌즈(23)로, 그리고 비디오 카메라(24)로 반사한다. 마찬가지로, 광학 경로(51)는 교차 형상을 이루어서, 반사기(21)가 리드(101B)를 지나는 광원부(25B)의 빛의 실루엣을 렌즈(23) 및 비디오 카메라(24)로 반사한다. IC가 자신의 4개 측면 모두에 리드를 가지고 있다면, 4개 반사기(18, 19, 20, 21) 모두는 각각의 먼 쪽 리드(101)을 렌즈(23) 및 카메라(24)로 반사할 것이다. 관찰용 광경로는 검사 기준면(15)에 관하여 작은 경사각(oblique angle) α만큼 기울어진 채 리드(101)을 지나는 부분을 가진다. 상기 경사각 α는 또한 IC(100) 패키지 하부 보다 높게 위치한 리드(101)가 성공적으로 투영되어 측정될 수 있도록 해준다. 실제적으로, 경사각 α는 단지 10°정도이다.

IC(100)이 움직이는 동안 검사 시스템(10)이 3차원 검사를 수행할 수 있도록 하기 위해, 검사 시스템은 영상이 얻어질 때의 위치 이동에서의 변동에 대해 대처할 수 있도록 적합하게 만들어진다. 위치 이동의 효과는 도 5에 도시되어 있다. L이라 표시된 횡방향 위치 변동은 광경로를 50으로부터 50a로 편이시킨다. 광경로의 편차 D는 만일 보상되지 않는다면, IC(100)의 동일 평면성에 관련되어 있는 Z 측정에서의 에러를 유발할 것이다. 이 변동에 대처하기 위해, 상기 시스템(10)은 보상 수단을 포함한다. 상기 보상 수단에 대하여 도 6을 참조하면서 이하 설명되는데, 여기서는 일례로서 반사기(19 및 20)를 사용하여 리드(101)를 직각 방향으로 투영할 수 있게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 광경로(52)는 IC(100)의 구석에 있는 리드(101)을 관찰하기 위한 광경로로서, 상기 광경로에 대하여 도 5의 지면속으로 들어가는 방향인 Y 좌표 및 도 5의 지면 위에 있으며 Y축에 수직하며 IC면에 법선 방향을 이루는 Z 좌표가 측정될 수 있다. 구석의 리드(101)는 반사기(20)에서 먼 측면에 위치한다. 구석의 리드(101)은 반사기(20)에 광경로 53을 따라 반사되어 X 축에 관련된 횡방향 위치가 측정될 수 있게 된다. 따라서, 2개의 인접한 반사된 영상쌍을 결합하여, 리드의 X, Y, Z축이 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 리드 위치(101) 및 리드 위치(102)는 광원(25) 및 반사기(20)가 IC(100)에 대하여 상대적으로 이동할 때 2개의 인접한 영상들 내의 동일한 리드(101)의 위치들이다. 따라서, 단지 하나의 광원과 하나의 반사기를 사용하여 리드(101)의 X, Y, Z 위치가 결정될 수 있다. 따라서, 이러한 교차 형성 기법을 사용하여 하나의 광원과 하나의 카메라만으로 예를 들어, IC의 리드와 같이 부분에 관한 3차원 정보를 얻을 수 있다

도 6은 투영을 위해 그 중심에 IC(100)가 있는 윈도우(17)의 하부를 도시한 도면이다. 여기서는, 설명을 쉽게 하기 위하여, 리드들은 IC(100)의 측면들 중 하나의 측면에만 도시되어 있다. 리드(101A)는 광경로(53)를 따르는 빛에 의해 반사기(20) 위에 투영되고, 광경로(54)를 따르는 빛에 의해 반사기(19) 위에 투영된다. 광경로(53 및 54)는 서로 거의 90°이다. 간단히 하기 위하여, 반사기(18, 19, 20 및 21)에 의해 반사된 실루엣 영상은 이 도면에 도시되어 있지 않다. 예를 들어, 도 10a에 관련하여 이후에 기술되는 바와 같이, IC(100)의 밑면 역시 그 내부를 비추는 빛이 존재한다면 관찰될 수 있다.

검사 시스템의 교정(calibration)을 용이하게 하기 위해, 프레임(16)은 도 7에 도시된 바와 같이 기준점들을 포함할 수 있다. 도시된 형태에서는, 동적 기준점(28, 29, 30 및 31)은 관찰 윈도우(17)의 4 구석에 배치된다. 상기 4개의 동적 기준점(28, 29, 30 및 31)은 알려진 정확한 기준면을 형성한다. 이들 동적 기준점들 중 임의의 2개 점간의 거리는 정확히 알려지고 중앙 처리 모듈(13)에 미리 저장된다. 동적 기준점 및 검사 기준면(15)는 고정밀도 및 평탄성이 유지될 수 있도록 하나의 단단한 재료로부터 가공되는 것이 바람직하다. 도 8 및 도 9를 참조하면서 교정 과정을 설명한다. 도 8은 카메라(24)에 의해 얻어진, 즉, IC 아래의 위치로부터 바라본 영상(60)을 도시하며, 도 9는 이 영상의 일부로 반사기(20)으로부터 반사하여 렌즈(23)을 통해 비디오 카메라(24) 상에 투영되는 부분 영상(61)을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 동적 기준점(28)은 점(62)으로 투영되며, 동적 기준점(29)은 점(63)으로 투영된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 동적 기준점(28 및 29)간의 물리적 거리는 알려진 값 A이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 투영된 동적 기준점(62 및 63)간의 거리 (B)는 영상을 표시하는 디지털 어레이에서 화소를 가리키기 위한 일반 용어인 픽셀 단위로 측정된다. 따라서, 반사기(20)에 의해서 반사되는 부분 영상(61)의 Y축 스케일을 교정하는 것이 가능하다. Y축 스케일은 A/B와 같다. 만일, A가 ㎜단위로 측정되면, Y스케일에 대한 단위는 픽셀당 ㎜가 될 것이다. 마찬가지로, 상기 영상의 Y 스케일은 동적 기준점(63)이 프레임(16)의 가장자리로부터 픽셀 단위로 얼마나 멀리 연장되었는가를 나타내는 거리 C를 측정함으로써 얻어질 수 있다. 전술한 교정 과정은 반사기(18, 19, 21)을 통한 다른 3개의 반사된 부분 영상에 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치를 사용하여, 물체의 서로 다른 좌표축상에 있는 점들간의 절대 단위(예를 들어, ㎜, micron)의 거리를 얻을 수가 있다.

영상 획득 모듈(12)는 비디오 카메라(24)로부터 비디오 신호를 수신하여 이를 도 8에 도시된 것과 같은 영상(60)에 대응하는 디지털 형식 -상기 디지털 형식의 영상을 디지탈 영상이라 함- 으로 변환하는 (도면에 도시되지 않은) 프레임 포착기(frame grabber)로 이루어져 있다. 비디오 카메라(24)가 디지털 형식의 비디오 신호를 출력하는 것도 본 분야에서는 흔히 가능하다. 프레임 포착기는 중앙 처리 모듈(13)의 디지털 영상 처리 및 분석을 위하여 디지털 영상(60)을 전송한다. 물체가 검사 기준면(15) 위에서 도 3의 화살표 R과 같이 움직일 때 IC(100)의 위치를 검출하고, 관찰 윈도우(17) 위의 적절한 위치에 있을 때 영상 획득 모듈(12)를 트리거하여 IC(100)의 영상을 얻도록 하기 위해 센서가 사용될 수도 있다. 트리거 신호는 도 3에 도시된 픽업 헤드(27)의 운동 제어기로부터 만들어 낼 수도 있다. 픽업 헤드(27)의 운동 제어기는 픽업 헤드(27)의 위치, 결국 IC(100)의 위치를 감시하는 인코더를 구비할 수도 있다. 운동 제어기가 중앙 처리 모듈(13)의 일부를 형성하는 것도 역시 가능하다.

중앙 처리 모듈(13)은 영상 획득 모듈(11)로부터 수신된 디지털 영상(60)을 처리한다. 중앙 처리 모듈(13)의 임무는 디지털 영상(60)에서 모든 리드(101)의 위치를 탐색하여 파악하는데 필요한 파라미터들을 계산하는 것이다. 또한, 상기 중앙 처리 모듈(13)은 모든 동적 기준점(27, 28, 29 및 30)의 위치를 검출한다. 2개의 인접한 부분 영상쌍을 사용하여, IC(100)의 X 좌표에 관한 횡방향 위치도 결정한다. 그 다음 X 스케일 및 Y 스케일에 관련된 보상 계수가 계산된다. 상기 보상 계수를 사용하여 중앙 처리 모듈(13)은 모든 리드들의 X, Y, Z 좌표를 계산하고, 보상 계수들을 적용하여 동일 평면성, 피치, 단자 크기등과 같은 IC(100)의 필요한 파라미터들을 계산한다.

제어 모듈(14)의 중요 기능들 중 하나는 영상 획득 모듈(12)이 영상을 얻도록 트리거하기 위하여 IC(100)의 위치를 감지하는 것이다. 또한, 제어 모듈은 광원 플랫폼(26)의 운동을 제어하기 위한 신호를 제공한다. IC(100)가 검사 기준면 내로 움직일 때, 필요하다면, IC(100)를 픽업하고 있는 픽업 헤드(27)의 이동 경로에 방해가 되지 않도록 하기 위하여 광원 플랫폼에 신호를 보내 하강하도록 할 것이다. 일단 IC(100)가 검사 기준면 내로 이동하면, 제어 모듈(14)는 광원 플랫폼(26)에 신호를 보내서 상승하여 리드(101)을 조사하도록 한다. 일단, IC가 관찰 윈도우(17)의 바로 위에 있게 되면, 제어 모듈은 영상 획득 모듈(12)에 신호를 보내서 영상을 포착하도록 한다. 일단, IC(100)의 영상이 포착되면, 제어 모듈(14)은 광원 플랫폼에 신호를 보내서 IC(100)의 이동 경로에 방해가 되지 않도록 하강하여 검사 기준면으로부터 벗어나 있게 할 것이다.

또 다른 실시예에서는, 다른 각도에서의 추가적 투영을 제공하기 위해, 광원(25)로부터의 빛과 상당히 큰 각도를 이루는 방향으로부터 리드를 조사할 광이 포함된다. 3차원 측정을 위한 좋은 기준을 제공하기 위해서는, 특정 위치에 입사하거나 특정 위치에 근접하여 지나가는 2개의 광원으로부터의 광이 이루는 각도는 45°내지 135°사이의 각도인 것이 바람직하다. 하나의 실시예는 광원(25)로부터의 광에 대해 약 90°의 각도로 리드를 조사하는 제2 광원을 사용하는 것이다. 도 10a는 이와 같은 장치의 하나의 실시예를 도시하는 도면이다. 이 실시예에서, 광원(35U)은 하부로부터 IC(100)을 전면-조사(front-lighting)함으로써, IC의 하부 표면 또는 리드의 표면 상에 있는 결함까지 카메라(24)에 나타난 영상을 통해 검출할 수 있다. 광원(35U)는 IC(100)의 리드 및 하부 표면을 균등하게 조사하기 위해 광원(25)와 유사한 사각형의 모양을 가질 수 있다. 2개의 광원을 사용하는 이러한 기법, 예를 들어, 2개의 광원으로부터의 광이 서로 상당한 각도를 이루면서 동일한 리드를 조사하는 기법을 사용함으로써, 하나의 광원을 사용하여 검출하기 어려운 굽었거나 꼬인 리드 또는 리드의 일부의 결함을 다른 광원을 사용하여 용이하게 검출할 수 있다. 전면-조사로 물체의 하부를 조사하게 되면, IC 패키지 상의 결함과 같이 이전에는 관찰할 수 없었던 세부 사항을 볼 수 있게 된다. 이것은 결함있는 제품이 결함이 발견되지 못하고 통과되는 것을 예방하는 또 다른 방지 수단을 제공한다. 더욱이, 제2 광원은 제2 영상을 제공하므로, 3차원 정보가 카메라에 의해 수신된 단 하나의 영상에서 결정될 수 있도록 해준다. 다시 말하면, 카메라에 의해 수신된 동일한 영상에서, 2개의 서로 다른 각도에서 관측이 이루어지기 때문에, 2개의 투영 단계 사이에서 물체를 움직이지 않고도, 3개 좌표 X, Y, 및 Z 모두에 대하여 표준치로부터의 편차를 관측할 수 있다.

도 10b에 도시된 바와 같이, 동일한 지역에 대해 일정한 각도로 광을 방출하는 2개의 광원을 사용하는 또 다른 실시예에서, 광원(25)외에 추가적으로 IC(100) 위의 제2 광원(35V)이 사용되어 광원(25)로부터의 광에 대하여 상당한 각도로 조사할 수 있게 된다. 이 경우에, 후면-조명 기법에서, IC(100)는 제2 광원(35V)과 카메라(24) 사이에 위치하여, 광이 IC의 리드(101)를 지나 카메라에 도달하여 실루엣 형태의 영상을 형성하도록 한다. 광원(35V)은 IC(100) 및 픽업 헤드(27)가 투영 전후에 지나갈 수 있도록 경로상에서 벗어날 수 있는 부분을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 2개의 광원이 서로 간섭하지 않도록 서로 다른 시간에 켜질 수 있는 것이 필수적이지는 않지먼 바람직하다. 여기서 사용되는 바와 같이, 서로 다른 광원으로부터의 광이 카메라에 입사하여 동시에 감지되는 한, 이러한 카메라에 의한 감지 처리는 하나의 투영이라 간주되며, 비록 서로 다른 광원으로부터 나온 정보를 갖고 있지만, 감지된 영상은 단일 시간의 영상으로 간주된다.

필요하다면 또 다른 실시예로서, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 3종류의 광원이 모두 사용될 수도 있다.

본 발명의 특정 실시예에 대한 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 렌즈(23)과 비디오 카메라(24)가 수직이 아니라 수평으로 정렬될 수 있도록 광의 방향을 90°전환시키기 위한 거울을 포함하는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 본 발명에서, 카메라의 광축은 윈도우 내의 IC(100)의 면을 여전히 관통하는 것으로 간주된다.

이러한 실시예는 본 발명의 물리적 레이아웃을 변경시킬 수 있는 가능성을 보여주는 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하여, 물체의 하부를 접촉하지 않고도 물체 측면의 하부를 검사할 수 있는 검사 시스템이 구현된다. 또한, 본 발명에 따른 검사 시스템은 실시간 기준면을 사용하여 물체가 움직이고 있는 동안에도 물체를 검사할 수 있도록 해주며, 3차원 검사가 수행될 수도 있다. 본 발명은 다양한 변형이 가능하며, 하나의 예로 적절한 위치에 제2의 광원을 위치시켜서 물체의 다양한 위치의 검사, 예를 들어서 IC의 하부면의 검사가 가능하도록 할 수도 있다.

본 발명은 다른 경우를 배제한 것은 아니지만, 집적 회로 리드의 검사를 고려하여 설계되었고, 기재된 본 발명의 실시예들은 그러한 문맥에서 기술되었다. 그러나, 본 발명은 더 넓은 응용 분야를 가지며 위와 같은 특정한 사용에만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위 및 본질로부터 벗어남이 없이 전술한 부분에 대한 추가 뿐만 아니라 다양한 수정과 개선이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (11)

1. 평면을 갖는 평면 물체(100)을 검사하기 위한 장치(10)에 있어서,

   카메라(24), 비스듬한 광원(25) 및 반사기(20)를 포함하며,

   상기 카메라(24)는 상기 물체(100)의 영상을 감지하며, 상기 물체를 관통하며 상기 물체의 평면에 수직하는 광축을 갖고 있으며,

   상기 비스듬한 광원(25)은 적어도 일부가 상기 광축의 한 측면에 위치하며, 상기 평면 물체(100)의 평면에 빛을 비스듬하게 조사하며,

   상기 반사기(20)는 상기 비스듬한 광원(25)의 일부가 위치한 광축의 측면의 반대 측면에 위치하여 상기 비스듬한 광원(25)으로부터 광축을 지나는 빛을 카메라(24)로 반사함으로써, 상기 비스듬한 광원(25)의 일부와 상기 반사기(20) 사이에 위치하는 상기 물체(100)의 일부를 상기 카메라에 투영하는

   평면 물체를 검사하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 물체(100)는 집적 회로(IC)이며, 상기 광축 주위로 상기 IC를 실질적으로 둘러싸는 적어도 하나의 반사기(18)을 포함하며, 상기 비스듬한 광원(25)은 상기 광축 주위로 상기 IC를 실질적으로 둘러쌈으로서 상기 광축 주위의 상기 IC의 모든 측면들에 후면-광을 방출하여, 상기 반사기에 의하여 반사시켜서 상기 카메라(24)에 투영하도록 하는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 물체(100)의 동일한 부분에 관해 2개 이상의 서로 다른 영상을 얻어서 상기 물체(100)의 일부에 관한 3차원 정보를 얻기 위해, 하나 이상의 반사기(20) 및 광원(25)이 물체(100)에 대하여 상대적으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 물체의 측면 가장자리 상에 광을 방출하는 제2 광원(35U 또는 35V)을 더 포함하며, 상기 제2 광원(35U 또는 35V)으로부터의 광은, 상기 물체(100)의 측면을 통과한 후, 상기 광을 유도하기 위한 광학 요소(23)까지 상기 광축을 교차하지 않고 도달하여 상기 카메라(24)에 의하여 감지되는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 광원(35U)은 전면-광으로서 물체(100)을 조사하기 위해 카메라(24)와 동일한 쪽에서 물체(100)와 마주보는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 광원(35U 또는 35V)은 상기 비스듬한 광원(25)으로부터 상기 반사기 상에 입사하는 광에 대하여 상당한 각도로 상기 물체를 조사하는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
7. 제1항 내지 제6항에 있어서, 상기 비스듬한 광원(25)로부터의 광이 반사기(20)를 향하여 비스듬하게 통과하는 윈도우(17)를 갖는 평면 기준면 -상기 평면 기준면은 투영중에 광이 반사기(20)에 의하여 반사되지 않고 광원(25)으로부터 카메라(24)로 직접 진행하는 것을 차단함- 을 포함하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
8. 제1항 내지 제7항에 있어서, 상기 광원(25)로부터의 광에 비스듬한 제1 위치 및 제2 위치 사이의 방향으로 상기 물체(100)을 이송하기 위한 이송기(27)을 포함하며, 상기 이송기(27)가 상기 물체(100)를 이송하는 동안에 상기 카메라(24)가 상기 물체(100)의 하나 이상의 영상을 획득하여, 상기 물체(100)에 관한 3차원 정보를 제공하도록 하는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
9. 제1항 내지 제8항에 있어서, 상기 물체(100)의 윤곽을 판별하여 그 품질을 판단하기 위해 상기 카메라(24)로부터의 신호를 처리하기 위한 프로세서(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 물체를 검사하기 위한 장치.
10. 평면을 갖는 평면 물체의 품질을 검사하기 위한 방법에 있어서,

    광축을 갖는 카메라를 물체(100)로부터의 영상을 감지하기 위해 상기 광축이 상기 물체를 수직으로 관통하도록 상기 물체(100)에 대하여 위치시키는 단계; 및

    광이 상기 평면에 비스듬하게 상기 물체(100)의 적어도 일부를 통과하여 반사기(20) -상기 반사기는 상기 광축에 대하여 상기 광원의 반대쪽 측면에 위치함- 에 입사하여, 상기 반사기(20)에서 반사되어, 상기 물체의 품질을 나타내는 상기 물체의 적어도 일부의 형상이 상기 카메라에 투영되도록 하는 단계

    를 포함하는 평면 물체의 품질을 검사하기 위한 방법.
11. 평면을 갖는 집적 회로(IC)의 품질을 검사하기 위한 방법에 있어서,

    상기 IC(100)의 평면에 비스듬한 각도로 상기 IC(100)의 일부를 조사하여 상기 IC(100)의 일부에 관한 영상이 생기도록 하는 단계 및

    상기 IC(100)을 상기 조사광에 대하여 비스듬한 방향으로 이동시키면서, 이동 중에 상기 IC의 일부에 대한 하나 이상의 영상을 얻어서, 상기 IC(100)의 품질을 나타내는 상기 IC(100)의 일부에 관한 3차원 정보를 얻는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면을 갖는 집적 회로(IC)의 품질을 검사하기 위한 방법.