KR19990078765A - 볼그리드어래이검사 장치 및 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지 검사장치 및 방법에 관한 것으로, BGA칩을 소정위치에 이송하는 BGA이송수단과; 소정위치에 도달한 BGA칩 상부에 소정간격 이격되어 설치되고, BGA표면으로 소정각도 비스듬히 하향 경사져 빛이 조사되고, 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 형성하도록 하는 광원조사수단과; 상기 광원조사수단 상부에 위치되고, 조사되어 반사된 빛을 수집하여 영상을 획득하는 화상획득수단; 그리고상기 트리거 신호에 따라 광원조사수단과 화상획득수단을 작동시키고, 전달된 영상이미지를 분석하여 불량여부를 검사하는 검사수단으로 구성되어; 다수개의 점광원에 의해 각 개별 납볼이 서로 연결되지 않는 독립적인 다수개의 점들로 이루어지고, 상기 점들의 상호위치에 따른 연산으로 BGA칩 검사가 이루어지는 볼그리드어래이 검사장치를 제공하는 것을 기술적 요지로 하고 있다. 따라서 상기 점광원의 형성과 이의 분석을 통해 볼의 산화 및 굴곡에 의한 밝기에 영향을 받지 않아 정확한 검사가 이루어지고, 또한 각 개별 납볼에 형성된 각 점들의 분석을 매칭방법이 아닌 무게중심방법으로 이루어지도록 함으로서 처리속도 또한 보다 빨라지는 잇점이 있다.

Description

볼그리드어래이검사 장치 및 검사방법{inspecting apparatus and method of ball grid array}

본 발명은 반도체 패키지 검사장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 점광원을 이용하여 볼의 산화유무 및 볼의 찌그러짐 등에 의한 영향을 받지 않고 정확하게 볼의 2차원 항목들의 적합유무를 빠른 시간내에 충분한 신뢰성을 가지고 검사할 수 있도록 하는 볼그리드어래이(BGA) 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.

일반적으로 전자, 통신기술의 발달로 각종 전자기기는 소형화, 경량화 및 다기능화 추세에 있다. 이러한 기기의 소형화를 위해서는 전자기기에 내장되는 반도체 칩의 고집적화와 소형화가 필수적으로 뒤따라야 하며, 이를 위해서는 반도체 패키지에 있어서도 다핀화가 요구된다. 따라서 이러한 다핀화를 실현하기 위한 하나의 방법으로 볼그리드어래이(BGA)칩이 사용된다.

볼그리드어래이(BGA)칩이란 부품의 밑면이 납볼로 이루어진 것으로, 상기 납볼이 부품의 핀역활을 하게되므로 소형부품으로 많은 핀을 집적시킬 수 있게 되어 기존의 핀타입 반도체칩의 형태와는 달리 높은 핀집적율과 높은 주파수의 집적회로를 구성할 수 있어서 시스템에서 핵심부품의 패키지로 사용된다. 이러한 볼그리드어래이(BGA)칩은 볼의 크기나 볼간격이 0.3mm 이하인 마아크로 BGA부터 1.2mm까지의 일반적인 형태까지 다양한 규격으로 제작되고 있으며, 어디서나 고성능 고정밀 칩으로 사용된다.

따라서 이러한 칩의 생산에 있어서는 불량품의 검사유무과정을 반드시 거치게 되는데, 이는 상기 칩의 불량으로 인하여 전체 기기가 오작동 등의 불량을 야기하므로 이러한 칩의 신뢰성은 중대한 의미를 가지고 있다. 통상적으로 BGA칩의 불량여부를 검사하기 위해서는 광학적인 영상처리와 이의 해석을 통해 볼위치, 볼크기, 볼간격, 미스볼 등의 2차원적인 사항을 검사하고, 또한 특수한 처리를 통한 볼높이를 검사하는 3차원검사항목으로 이루어진다.

이하에서는 이러한 BGA칩의 2차원 검사장치 및 검사방법을 도시한 도면을 참조로 하여 살펴보기로 한다.

도 1은 BGA칩에 있어서 일반적으로 수행되는 2차원검사항목을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, BGA칩의 불량여부를 판정하기 위해서는 아래와 같은 다양한 항목들이 검사되어진다.

(1) 볼위치 에러(BALL POSITION)

각 볼이 정해진 위치에서 얼마나 오차를 가지는지 분석하여 오차범위 한계를 벗어나는 것을 에러로 규정한다.

(2)볼크기 에러(BALL SIZE)

각 볼의 크기가 기준볼에 비해서 얼마나 큰가 혹은 적은가에 대한 오차를 분석하여 오차범위 한계를 벗어나는 것을 에러로 규정한다.

(3)볼간격 에러(BALL X-Y PITCH)

각 볼의 X축으로의 간격을 조사하고 Y축으로의 간격을 조사하여 그 간격이 오차범위 한계를 벗어나는 것을 에러로 규정한다.

(4) 없는볼 에러(MISSING BALL)

각 볼이 표준상태에서 있어야 할 위치에 붙어있지 않는 것을 에러로 규정한다.

상기와 같은 검사항목들을 컴퓨터를 이용하여 알고리즘을 통해 분석하여 최종적으로 불량여부를 검사하게 되며, 이하에서는 종래 이러한 검사항목을 검사하는 장치 및 방법을 설명하기로 한다.

도 2는 종래에 사용되는 직접조명방식에 의한 검사장치를 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, BGA칩(1)의 수직상방향에서 조명(3)을 비추고, 상기 조사된 빛이 BGA칩(1)의 납볼(1b)에 반사되는 빛을 카메라(2)로 획득하여 이미지를 얻고, 이러한 이미지를 보통 이진화시켜 분석하여 상기 검사항목들을 검사하게 된다.

그러나, 상기 직접조명방식에서는 볼의 유무판단이 어려워 실지 많은 오차를 발생하는 문제점이 있다. 즉, 수직상방향에서 비쳐지는 조명(3)에 반사되어 카메라(2)에 잡히는 이미지는 납볼(1b) 뿐만 아니라 PCB금속패턴(1a)에 반사된 빛도 이미지로 잡히게 된다. 따라서 도시된 바와 같이, 실지 이미지상으로는 납볼이미지 (1b')와 금속패턴이미지(1a')의 구별이 잘되지 않아 2차원 검사항목중 볼의 유무판단이 어려워져 검사불량을 일으키는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점으로 인하여 최근에는 금속패턴에 영향을 받지 않는 측면조명방식이 채용되고 있다. 이하에서는 도시한 도3과 도4 도면을 참조하여 이러한 측면조명방식을 설명하기로 한다.

도 3은 측면조명방식에 의한 검사장치의 개략적 구조를 나타낸 도이고, 도 4는 측면조명방식에 의한 광조사를 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 검사하고져 하는 BGA칩(10)이 이송장치에 의해 이송되고, 일정위치에 도달하게 되면 트리거신호를 발생시켜 BGA칩(10) 상부에 위치한 링조명(20)에 의한 빛이 BGA칩(10)에 조사되게 된다. 이러한 조사된 빛이 BGA칩(10)에 의해 반사되면, 상기 반사빛에 의한 이미지가 카메라(30)에 감지되고, 이러한 영상이미지는 컴퓨터(40)의 모니터(44)상에서 확인 가능하며 또한 컴퓨터본체(42) 내에 내장된 비전보드(Vision board)에 의해 디지탈화하여 고속영상처리기와 BGA알고리즘에 의해 불량여부를 검사하게 된다. 이러한 측면조명방식은 상술한 직접조명방식에서 가장 문제가 되는 볼유무 판단에 대한 에러발생이 없는데, 이는 PCB 기판상에 없는볼(Missing ball) 자리에 위치하는 금속패턴(12)에 의해 반사된 빛은 카메라(30)에 잡히지 않고, 납볼(14)에 의해 반사된 빛만이 카메라에 영상으로 잡히기 때문이다.

즉, 도4에 도시된 바와 같이, BGA칩 상부에 위치하는 링조명은 비스듬히 하향으로 소정각도 경사져 빛이 조사되고, 상기 조사된 빛중 납볼(14)에 의해 반사된 빛만이 수직 상방향으로 전달되어 카메라(30)에 영상으로 찍히게 되는 반면에, 금속패턴(12)에 조사되어 반사된 빛은 수직상방향으로 전달이 이루어지지 않으므로 금속패턴(12)에 의한 빛은 카메라(30)에 찍히지 않게되어 없는 볼(Missing ball)자리와 납볼이 위치된 자리와는 명확하게 분간할 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 측면조명방식에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 링조명에 의한 이미지는 볼1개에 대하여 칩의 외곽으로 갈수록 링이 두꺼워지는 것을 볼 수 있는데 이는 측면으로 들어오는 광에 의해 어쩔 수 없이 나타나는 형상이며, 또한 링 형태의 밝기가 불균일하다. 따라서 이러한 불균일한 이미지를 영상처리함에 따라 실지 위치한 볼의 중심과 크기를 정확하게 측정해 내지 못하고 많은 오차를 발생시키는 문제점이 있다.

그리고, 실지 납볼을 확대해 보면, 여러가지 요인 예를 들어 볼의 산화 또는 납볼형성 방법 등에 의해 납볼 표면은 완전한 구형을 이루지 못하고 쭈글쭈글한 굴곡된 형태를 이루고 있다. 이러한 굴곡된 형태는 빛의 반사를 불균일하게 하기 때문에 링의 밝기가 전체적으로 고르지 못하고 불균일하게 이루어지게 된다. 따라서 이러한 불균일한 이미지로 인하여 이진화시키는 방법으로 검사를 하거나 또는 링조명에 의한 이미지에서 에지를 가지고 검사를 하는 방법에서 측정에 많은 오차를 발생시키게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 불균일한 이미지를 가지고 매칭방법을 써서 볼의 위치정보를 구할 경우 코리레이션(Correlation)값이 가장 큰 것을 취해 볼의 중심을 찾는 방법을 사용하게 되면 많은 곱하기 연산의 수행으로 인하여 검사기의 처리속도가 느려지는 문제점이 있다. 실지 이러한 연산수행으로 인하여 고속으로 제품을 검사하여야 하는 경우에 제품검사 시스템의 전체 성능을 저하시키는 문제점을 발생한다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 획득할 수 있는 다중광원을 이용함으로서 이미지의 밝기에 의한 영향을 받지 않고 2차원검사항목의 정확한 측정이 가능한 볼그리드어래이 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 볼의 산화 및 볼형상에 의한 이미지의 왜곡을 방지하고 측정오차를 발생하지 않는 볼그리드어래이 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광학적인 설계 및 검사알고리즘을 변경하여 볼그리드어래이 검사의 정확도 및 처리속도를 높여 볼그리드어래이 검사를 실시간 처리가 가능하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1 - BGA칩에 있어서 일반적으로 수행되는 2차원검사항목을 나타낸 도.

도 2 - 종래에 사용되는 직접조명방식에 의한 BGA 검사장치의 개략적인 구성을 나타낸 도.

도 3 - 종래에 사용되는 측면조명방식에 의한 BGA 검사장치의 개략적 구조를 나타낸 도.

도 4 - 측면조명방식에 의한 광조사에 의한 영상획득을 나타낸도.

도 5 - 측면조명방식에 의한 개별 납볼의 영상확대도.

도 6 - 본 발명에 의한 볼그리드어래이 검사장치의 개략적 구조를 나타 나타낸 도.

도 7 - 본 발명의 일실시예에 의한 다중반사점광원 광학조사 구조의 평면도.

도 8 - 본 발명의 다른 실시예에 의한 다중반사점광원 광학조사 구조의 평면도.

도 9 - 본 발명에 의한 BGA칩의 검사방법을 개략적으로 나타낸 플로우챠트.

도 10 - 본 발명에 의한 다중반사점광원에 의한 영상이미지.

도 11 - 영상이미지의 전체 프로파일을 나타낸 도.

도 12 - 각 개별 납볼의 프로파일에 의한 위치중심을 나타낸 도.

도 13 - 각 납볼의 볼위치를 구하는 과정을 나타낸 도.

도 14 - 각 납볼의 개별 점들의 대각선 길이에 의한 볼크기를 구하는 과정을 나타낸 도.

도 15 - 실지 BGA 칩의 다중점광원에 의한 영상이미지를 나타낸 도.

도 16 - 도 15의 영상이미지의 전체 프로파일을 나타낸 도.

도 17 - 도 15의 각 개별 납볼의 정보를 바탕으로 위치오차를 나타낸 도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 :BGA 칩 110 :다중점광원

120 : 카메라 130 : 컴퓨터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, BGA칩을 소정위치로 이송하는 BGA이송수단과; 소정위치에 도달한 BGA칩 상부에 소정간격 이격되어 설치되고, BGA표면으로 소정각도 비스듬히 하향 경사져 빛이 조사되고, 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 나타내도록 하는 광원조사수단과; 상기 광원조사수단 상부에 위치되고, 조사되어 반사된 빛을 수집하여 영상을 획득하는 화상획득수단; 그리고 상기 광원조사수단과 화상획득수단을 작동시키고, 전달된 영상이미지를 분석하여 불량여부를 검사하는 검사수단으로 구성되어; 광원조사수단에 의해 각 개별 납볼이 서로 연결되지 않는 독립적인 다수개의 반사점들로 이루어지고, 상기 반사점들의 상호위치에 따른 연산으로 각 개별 납볼의 정보 및 전체 BGA칩 검사가 이루어지는 볼그리드어래이 검사장치를 제공하는 것을 기술적 요지로 하고 있다. 그리고, 상기 광원조사수단은 BGA칩 상부에 4개 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 각 개별 납볼의 상기 반사점광원의 형성과 이의 분석을 통해 볼의 산화 및 굴곡에 의한 밝기에 영향을 받지 않아 정확한 검사가 이루어지는 잇점이 있다.

한편, 본 발명의 제2특징에 따르면, 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 나타내도록 광원조사수단을 이용하여 빛을 조사하고, 각 개별 납볼에 대하여 다수개의 상호 독립된 반사영상들로 이루어진 영상을 획득하는 단계와; 상기 획득된 영상에서 전체 볼 배열구조를 파악하는 단계와; 각 개별 납볼의 격자단위에 형성된 점들의 개별중심 및 전체중심 그리고 개별중심 사이의 대각선 길이를 분석하여 개별 납볼의 구조를 파악하는 단계와; 상기 각 개별 납볼의 정보를 분석하여 전체 실제 데이터를 생성하고, 비교되는 표준데이터를 생성하는 단계; 그리고 상기 각 개별 납볼의 정보와 표준데이터 및 실지 데이터를 분석하여 에러유무를 비교판단하는 단계로 구성되어; BGA칩의 에러유무 검사가 이루어지는 검사방법을 제공하는 것을 기술적 요지로 하고 있다. 그리고, 상기 개별 납볼의 구조를 파악하는 단계는, 각 개별 납볼의 프로파일에 의한 개별 점들의 위치중심을 구하는 단계와; 상기 위치중심을 기준으로 다수개의 블럭으로 나누고 개별 점들의 중심을 구한 후, 전체 점들의 무게중심에 의한 볼의 위치를 파악하는 단계; 그리고 각 개별 점들의 대각선 길이를 파악하는 단계로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 각 개별 납볼에 형성된 각 점들의 분석을 매칭방법이 아닌 무게중심방법으로 이루어지도록 함으로서 납볼의 밝기에 영향을 받지 않고, 처리속도 또한 보다 빨라지는 잇점이 있다.

다음, 상기와 같은 구성을 가지는 본발명에 의한 볼그리드어래이 검사장치 및 검사방법을 이하 도시한 도면을 참고로 하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 도 6은 본 발명에 의한 볼그리드어래이 검사장치의 개략적 구조를 나타낸 도이고, 도 7은 광학조사 구조의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 광학적인 설계에 있어 각 개별 납볼이 다수개이 반사영상을 나타내도록 하는 광원조사수단(110)을 사용하는데 가장 큰 특징이 있다. 즉, 검사하고져 하는 BGA칩(100)의 상부에 광원조사수단(110)이 위치된다. 상기 광원조사수단(110)은, 검사하고저 하는 BGA칩(100)이 이송장치(A)에 의해 이송되어 일정위치에 도달되면, 이송장치(A)는 트리거신호를 컴퓨터(130)에 전달하고, 상기 전달된 신호에 의해 컴퓨터(130)의 제어하에 광원조사수단(110)과 카메라(120)를 작동시킨다. 따라서 광원조사수단(110)에 의한 빛이 BGA칩(100)에 조사되게 된다. 본 실시예에서 상기 광원조사수단(110)은 각 BGA칩의 주위에 네개로 이루어지고, 소정각도로 비스듬히 하향경사져 BGA칩(100)에 빛을 조사하게 된다. 따라서 각 광원방향에서 조사된 빛은 BGA칩(100)의 표면에 형성된 납볼에 의해 반사된 빛만 수직상방향에 설치된 카메라에 찍히게 되고, PCB기판상의 없는 볼(MISSING BALL)자리에 위치된 금속패턴에 의해 반사된 빛은 입사각도와 반사각도에 의해 카메라에 찍히지 않게된다.

그리고, 상기 BGA칩(100)상에 위치된 각볼들은 4개로 이루어진 광원조사수단(110)에 의해 다수개의 영상을 형성하게 된다. 즉, 본 실시예에서는 4군데의 다중점광원(110)이 조사됨에 따라 각 개별의 납볼은 각 다중점광원(110)에 의해 4개의 영상을 형성하게 된다. 물론 상기 각 영상의 밝기는 다중점광원(110)이 반사되는 형상에 따라 각 개별의 납볼을 나타내는 4개의 각 점의 밝기 및 크기가 약간씩은 차이가 나게되나, 이러한 밝기 및 크기는 후술하는 바와 같이 본 발명에서 2차원검사항목의 처리에 있어서는 전혀 문제가 되지 않는다.

그리고 상술한 실시예에서는 광원조사수단이 네개로 이루어진 다중점광원으로 구성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다중점광원을 세개 또는 다섯개 등 여러가지로 구성할 수 있을 것이다. 따라서 카메라에 찍히는 각 개별 납볼은 상기 다중점광원의 갯수에 해당하는 반사영상을 형성하게 된다.

한편, 상기 다중점광원의 구성을 상술한 실시예와 다르게 구성할 수도 있다. 즉, 직접조명방식 또는 측면조명방식에서 나타난 바와 같이, 종래의 광원은 각 개별 납볼에 있어 하나의 반사영상을 형성하는 것이다. 그러나, 본 발명에서 의도하는 다중점광원은 각 개별 납볼의 영상을 전체의 하나의 영상으로 나타내는 것이 아니라, 다중점광원에 의해 각 개별 납볼이 여러각도에서 반사된 다수의 반사점영상을 획득하는 것이다. 이를 위해 본 실시예에서는 네개의 영상을 획득할 수 있도록 각각 별개로 이루어진 네개의 광원조사수단을 사용하고 있으나, 하나의 광원조사수단을 이용하여 각 개별 납볼의 다수개 반사점영상을 획득하는 것도 가능하다.

즉, 도 8에는 종래 사용되는 링조명(110')을 이용하여 다수개의 반사점영상을 획득하도록 구성된 것이다. 도시된 바와 같이, 원형으로 이루어진 링조명 (110')의 일 부분을 불투과성 재질로 이루어진 빛차폐제를 사용으로써 다중점광원을 형성하도록 한 것이다. 이러한 실시예에서는 상기 링조명(110')이 작동될 때, 빛차폐제가 감싸진 영역으로는 빛의 전달이 이루어지지 않고, 빛차폐제가 없는 부위를 통해 빛이 BGA칩측으로 전달된다. 따라서 각 개별 납볼은, 링조명(110')의 부분적으로 전달되는 빛에 의해 반사되고, 각 부분에 의해 전달되는 빛에 의해 반사점영상이 형성되므로 상기 BGA칩의 각 개별 납볼은 다수개의 반사점영상을 획득할 수 있게 된다.

다음, 상기와 같이 빛차폐제를 이용한 링조명 또는 다수개의 점광원을 이용하여 각 개별 납볼에 반사된 이미지는 광원조사수단 상부에 위치한 카메라에 인식되게 된다. 상기 카메라(120)에 찍힌 이미지는 컴퓨터(130)의 모니터(134)상에 나타나게 되며, 이러한 이미지는 검사자가 모니터를 통해 직접 눈으로 확인 가능하며 또한 컴퓨터본체(132) 내에 내장된 비전보드(Vision board)에 의해 디지탈화하여 고속영상처리기와 BGA알고리즘에 의해 불량여부를 검사하게 된다. 본 발명에서 사용하는 BGA알고리즘은 코리레이션(Correlation)에 의한 매칭방법이 아니라 다중점광원에 의한 무게중심 및 각 점광원의 상호 분석에 의한 방법을 이용함으로서 처리속도가 보다 빨라지게 된다.

이하에서는 본 발명에 의한 검사방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명에 의한 검사방법을 개략적으로 나타낸 플로우챠트이다.

도시된 바와 같이, 다중점광원에 의한 BGA칩 표면에 형성된 납볼의 영상을 획득한다.(Ⅰ) 상기 과정은 상술한 바와 같이, 이송장치에 의해 이송되는 BGA칩이 일정위치에 도달되면, 이송장치에서 전달되는 트리거신호를 컴퓨터에서 수신하고, 이에 따라 다중점광원과 카메라를 작동시켜 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상을 모니터상에 표시하게 된다. 이러한 영상은, 도 10에 도시된 바와 같이, 각 납볼마다 4개의 밝은 이미지로 표시되게 된다.

이미지 프로파일에 의한 BGA칩의 납볼 배열상태를 조사한다.(Ⅱ) 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 획득된 영상을 처리하여 전체 프로파일을 구하게 된다. 상기 전체 프로파일을 구하게 됨에 따라 전체 BGA칩의 배열상태를 알 수 있게 된다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, X축 및 Y축의 각 축을 통하여 프로파일을 구하게 되면, 상기 프로파일에 나타난 그래프로 배열상태를 알 수 있게 된다. 우선 X축으로 각 열 데이터들을 합해서 1차원 정보로 나타내면 납볼이 위치된 X축상에는 피크가 형성되고, 동일하게 Y축으로 각 행 데이터를 합해서 1차원 정보로 나타내면 납볼이 위치된 Y축상에 피크가 나타나게 된다. 상기 피크를 분석하게 되면, 납볼의 전체 배치상태를 알 수 있게 된다. 즉, 본 실시예에서는 5 ×5 = 25 즉, 가로 5개 세로 5개 총 25개의 납볼이 존재하는 것을 알 수 있다.

다음, 각 개개의 납볼에 대한 이미지 프로파일을 조사한다.(Ⅲ) 상기 전체 납볼의 배열상태를 조사한 후, 각 개개의 납볼에 대한 이미지 프로파일을 구하게 되는데, 이는 없는볼(MISSING BALL)의 유무판단과 후술하는 볼의 위치정보를 더욱 더 정확하게 하기 위한 전단계이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 각 개개의 납볼에 대하여 X축 및 Y축의 열과 행에 대한 데이터를 합해서 1차원 정보에 의한 피크를 나타낸 후, 상기 피크를 분석하면 볼의 유무 및 볼의 위치를 파악할 수 있게 된다. 먼저, 없는 볼의 경우(b) 카메라에 의해 찍힌 영상이 존재하지 않으므로 X축, Y축에 피크가 형성되지 않는다. 따라서 이런 경우에는 없는 볼(MISSING BALL)임을 알 수 있으며, 불량이라는 판단을 내릴 수 있게 된다.

다음, 볼이 있는 경우(a,c,d), 상기 피크의 각 중심을 연결하면 납볼의 위치를 파악할 수 있게 된다. 이러한 단계에 의한 납볼의 위치정보는 약 80%정도의 정확도로 볼의 위치를 찾아낸다. 즉, 볼 표면이 산화 및 굴곡이 있을 경우(c), 상기 산화 및 굴곡부분의 점광원부분은 밝기가 다소 어두워 상기 피크의 높이가 다소 낮아질 뿐 피크의 X축 및 Y축의 중심선에 의한 볼의 위치검색은 가능하게 된다. 그리고, 이단계에서의 볼위치 검색은 정확한 볼의 위치를 찾는 것이 아니라 후술하는 각 점광원의 중심을 정확히 판정하여 정확한 볼위치를 검색하기 위한 예비적인 단계이다. 즉, 에러가 있는 볼(d)은 정확히 격자의 중앙에 위치되지 않으므로 상기 격자를 4등분하여 각 점광원의 중심을 구할시 볼위치에 관한 에러가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서이다.

각 이미지파일의 중심에서 4등분하여 무게중심을 이용하여 정확한 볼의 위치확인 및 볼크기를 조사한다.(Ⅳ) 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 (Ⅲ)과정에서 구한 중심점의 위치정보를 이용하여 수평,수직방향으로 4등분한다. 상기 4등분에 의해 각 점광원은 각 블럭내에 위치하게 되며, 이러한 각 블럭 내의 개별적 점광원의 중심을 구하고, 상기 개별 점광원의 개별중심에서 다시 전체 중심을 구함으로서 상기 납볼의 정확한 위치가 구해지게 된다. 한편, 상기 볼의 위치를 구함에 있어서는 종래와 같이 코리레이션(Correlation)에 의한 매칭방법을 사용하지 않고 무게중심을 이용한 방법을 사용하므로서 속도면에서 보다 빠르게 처리할 수가 있게 된다.

그리고, 개별적인 점광원의 중심을 구한 후, 전체 중심을 구함으로서 볼의 산화 및 굴곡에 의해 오차발생이 없어져 보다 정확한 볼위치 검색이 가능해진다. 즉, 볼의 산화 및 굴곡에 의해 특정 블럭내에 형성된 점광원의 밝기가 어둡거나 그 크기가 다소 적다 할지라도 상기 특정 점광원에 의한 개별중심을 따로 검색하고, 밝은 다른 점광원의 개별중심 역시 각기 검색한 후, 상기 밝기 및 크기에 따른 각 개별중심은 독립적으로 검사된다. 따라서 상호 독립적으로 검사된 개별 점광원의 중심은 밝기 및 크기에 의한 영향을 받지 않으므로 각 점광원의 중심을 기준으로 다시 최종적으로 구한 볼중심은 오차가 거의 없게된다.

그리고, 상기 각 개별 점광원의 중심을 구함에 따라 볼의 크기 역시 검사할 수 있게 된다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 각 점광원의 대각선 길이를 산출하고, 상기 산출된 대각선의 크기에 따라 볼크기에 따른 에러를 검출할 수 있게 된다. 정상적인 볼(a)의 경우에 비해 크게형성된 볼(b)과 적게 형성된 볼(c)의 대각선 길이는 길거나 짧게 된다. 따라서 소정크기 범위의 이상 및 이하의 크기를 가지는 볼의 검출이 가능해진다. 이 역시 개별 점광원의 중심을 기준으로 측정되므로 볼의 산화 및 굴곡에 의한 영향을 받지 않게 되어 보다 정확한 측정이 가능해진다.

각 볼의 전체 위치를 표준데이터와 비교한다.(Ⅴ) 상기 각 개별 점광원의 무게중심에 의한 방법으로 각 납볼의 중심 및 위치가 파악되므로 이러한 방법에 의해 생성된 각 볼의 실제위치를 파악한다. 그리고, 상기 파악된 볼의 실제위치가 어느정도의 오차를 가지는지 파악할 수 있도록 표준데이터를 생성하여 상기 표준데이터와 실지데이터를 비교한다. 이러한 표준데이터를 생성하는 한 방법으로 상기 각 파악된 볼의 위치에 따른 X축과 Y축에 따른 직선 방정식을 세우고, 상기 X축과 Y축이 만나는 기준점을 1번볼로 정하고, 상기 1번볼을 중심으로 각 볼간격 및 위치에 따른 표준데이터를 형성한다. 표준데이터의 작성은 상기와 달리 여러가지로 가능할 것이다. 다른 예로서 미리 상기 BGA칩상에 배치되는 납볼의 구조를 입력하고, 상기 입력된 자료를 표준데이터로 사용하는 것도 가능하며, 또 다른 예로서는 BGA칩의 각 모서리의 특정부위를 인식하고, 상기 인식된 모서리로 부터 각 납볼의 배열상태(볼간격 및 볼크기, 볼위치 등)를 수집하여 표준데이터를 생성할 수 있을 것이다. 상기와 같이 여러 방법으로 생성된 표준데이터와 실지데이터를 비교함으로서 각 납볼의 위치가 어느 정도 편차를 가지고 있는지 알 수 있게 된다.

다음, 상기 자료를 바탕으로 검사기에서 볼의 에러유무 판단에 따른 불량을 검사하게 된다.(Ⅵ) 상술한 바와 같이, (Ⅲ),(Ⅳ),(Ⅴ)과정에서 구한 각 값들을 바탕으로 표준데이터와 비교해서 기 설정된 오차한계범위를 벗어나면 불량이라고 판단하게 된다. 이러한 판단은 볼크기, 볼유무, 볼위치, 볼간격 등의 2차원검사항목 모두가 검사되며, 상기 검사항목을 기 설정된 표준데이터와 비교하여 BGA칩의 불량여부를 검사할 수 있게 된다.

실제 검사시스템에서 오차는 직경의 10% 이내를 찾으면 만족스러운 결과이며, 보다 정밀한 결과를 찾으려면 해상력이 더 큰 디지탈라인 스켄카메라(Digital line scan camera)나 에어리어 스켄카메라(area scan camera)사용하면 된다. 실제 BGA칩검사 시스템에 있어 중요한 고려사항은 오차허용 범위내에서 에러를 찾는 것을 만족하면서 보다 빠른 속도로 많은 양을 검사하여 에러유무를 판단하는 것이다. 본 발명에서는 다중 점광원을 이용하여 영상을 회득하고, 상기 영상을 매칭방법이 아닌 새로운 알고리즘으로 검사를 수행함에 따라 볼의 산화 및 굴곡에 의한 영상밝기의 영향을 전혀받지 않고 정확한 실지데이터 분석이 가능하며, 또한 처리속도가 보다 향상되어 고정확도 및 고처리가 가능해짐을 알 수 있다.

도 15 내지 도 17은 실지 BGA칩을 본 발명에 의한 다중점광원을 이용하여 CCD로 찍어 분석한 결과치를 나타낸다. 본 BGA칩은 볼 직경이 0.3mm의 크기를 가지는 것으로서, 도 15상의 확대된 이미지에서 볼의 배열은 산화형태 및 굴곡에 따라 각 개별 점광원의 밝기는 약간씩 다르기는 하나 전체적으로 8 ×5의 배열을 가짐을 알 수 있다. 이러한 볼 배열구조는 도 16에 도시된 바와 같이, 전체 프로파일을 구한 그래프상에 명확하게 나타난다. 상기 그래프는 X축은 640 또는 480픽셀(pixel) 해상력을 나타내고, Y축은 각 행과 열의 픽셀을 더한 프로파일 값을 나타낸다. 상기 그래프에서 납볼의 전체 구조는 8 ×5의 볼 구조를 가짐을 명확하게 알 수 있다.

그리고, 도 17은 BGA볼의 검사결과로서 X,Y축으로 볼의 위치오차를 나타낸 그래프로서, 두 그래프 모두 각각 X축으로 40개의 볼을 나타내고 Y축으로 볼위치에러가 ±1픽셀 이내에 들어오는 것을 보여준다. 이렇게 볼위치와 볼크기를 구하고 표준데이터를 만들어 실제 얻은 데이터와 비교해서 에러유무를 검사하면 된다. 그리고 BGA칩에 있어서 실제 볼의 직경은 10픽셀이상을 차지하며, 오차가 직경의 10%이내 즉, 0.03mm이내에 들어오는 것을 검사할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다중점광원을 이용하여 각 볼의 2차원항목을 검사하는 것으로서 하나의 실시예을 설명한 것이며, 본 발명의 기술적범주내에서 여러가지 다양한 방법으로 응용가능함을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 다중점광원을 이용하고, 각 개별 점광원에 의한 분석을 통하여 검사함으로서 영상의 밝기 및 크기 등에 의한 오차를 최대한 억제하여 보다 정확한 검사가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 검사알고리즘에 있어, 매칭방법이 아닌 중심점을 이용한 방법을 사용함으로서 검사 연산처리가 보다 빨라져 BGA칩의 검사처리속도가 보다 향상되는 다른 효과가 있다.

Claims (4)

1. 대상 BGA칩을 소정위치에 이송시키는 BGA이송수단과;

   소정위치에 도달한 BGA칩 상부에 소정간격 이격되어 설치되고, BGA표면으로 소정각도 비스듬히 하향 경사져 빛이 조사되고, 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 형성하도록 하는 광원조사수단과;

   상기 광원조사수단 상부에 위치되고, 조사되어 반사된 빛을 수집하여 영상을 획득하는 화상획득수단; 그리고

   상기 광원조사수단과 화상획득수단을 작동시키고, 전달된 영상이미지를 분석하여 불량여부를 검사하는 검사수단으로 구성되어;

   각 개별 납볼을 나타내는 다수개의 반사영상에 의해 각 개별 납볼이 서로 연결되지 않는 독립적인 다수개의 영상들로 이루어지고, 상기 영상들의 상호위치에 따른 연산으로 BGA칩 검사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼그리드어래이 검사장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광원조사수단은, 상기 각 개별 납볼이 네개의 반사영상을 나타내도록 BGA칩 상부에 각 4군데에 설치되는 광원으로 이루어짐을 특징으로 하는 볼그리드어래이 검사장치.
3. 각 개별 납볼이 다수개의 반사영상을 나타내도록 광원조사수단을 이용하여 빛을 조사하고, 각 개별 납볼에 대하여 다수개의 상호 독립된 반사영상들로 이루어진 영상을 획득하는 단계와;

   상기 획득된 영상에서 전체 볼 배열구조를 파악하는 단계와;

   각 개별 납볼의 격자단위에 형성된 반사점들의 개별중심 및 전체중심 그리고 개별중심 사이의 대각선 길이를 분석하여 개별 납볼의 구조를 파악하는 단계와;

   상기 각 개별 납볼의 정보를 분석하여 전체 실제 데이터를 생성하고, 비교되는 표준데이터를 생성하는 단계; 그리고

   상기 각 개별 납볼의 정보와 표준데이터 및 실지 데이터를 분석하여 에러유무를 비교판단하는 단계로 구성되어;

   BGA칩의 에러유무 검사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼그리드어래이 검사방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 개별 납볼의 구조를 파악하는 단계는,

   각 개별 납볼의 프로파일에 의한 개별 반사점들의 위치중심을 구하는 단계와;

   상기 위치중심을 기준으로 다수개의 블럭으로 나누고 개별 반사점들의 중심을 구한 후, 전체 반사점들의 무게중심에 의한 볼의 위치를 파악하는 단계; 그리고

   각 개별 반사점들의 대각선 길이를 파악하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 볼그리드어래이 검사방법.