KR20000051261A - 볼 그리드 어레이의 검사 장치 - Google Patents

Abstract

볼 그리드 어레이(BGA) 상의 납땜 볼의 이상 유무를 검사하기 위한 장치가 개시된다. BGA 보디 상의 BGA를 조명하기 위한 두 개의 조명장치를 설치한다. 각 조명장치로부터 광을 통과시켜 상기 BGA 보디에 각기 입사시키고, 상기 BGA 보디의 BGA로부터 반사되는 각 광의 경로를 변경시키기 위한 두 개의 제1 광학기가 설치된다. 제2 광학기는 제1 광학기로부터의 각 광을 집광하여 동일한 소정의 각도로 각각 반사시켜 반사된 광을 동일 평면상의 한 방향으로 나란하게 진행시킨다. 영상 형성 장치는 제2 광학기로부터 나란하게 진행되는 각 광을 동시에 동일 프레임 상에 촬상한다. 널리 사용되는 집속광을 조명으로 사용할 수 있으며, 특정 광학수단을 사용하는 것에 의해 2개의 화상을 한 대의 카메라를 사용하여 한 프레임 상에 얻을 수 있다. 이에 따라 한 대의 카메라를 사용하는 것에 의해 BGA에 대한 2차원 검사 뿐 아니라, 3차원 검사가 가능하여 광학계의 구성이 효율적이며 간결하게 된다.

Description

볼 그리드 어레이의 검사 장치 {APPARATUS FOR INSPECTING BALL GRID ARRAY}

본 발명은 볼 그리드 어레이(ball grid array; BGA)의 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 패키지의 표면 장착용 칩 캐리어의 하나로 사용되는 볼 그리드 어레이에서 납땜 볼의 어레이 이상 유무를 검사하기 위한 볼 그리드 어레이의 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에 있어서 생산 공정의 마무리로서 반도체 소자는 칩의 형태를 갖추게 된다. 그런데 이 형태의 칩은 전기적 배선이 아직 없으며 오염되기가 쉽다. 이에 따라 반도체 칩은 사용되기 전에 패키지가 되고 또 패키지 배선에 의해 바깥 세계로 연결된다.

패키지는 칩을 담는 그릇 이상의 중요한 역할을 한다. 즉, 패키지는 칩과 시스템과의 물리적 및 전기적 연결은 물론 실리콘 상에 제조된 회로를 외부 환경으로부터 보호해 준다. 또한, 안전한 동작 온도 범위 내에서 칩이 동작하도록 유지해 줌으로써 칩의 신뢰성(reliability) 및 성능(performance)을 유지시켜 주는 것이다. 결국, 패키징 기술은 실리콘 다이의 기능을 완전히 실현시키기 위하여 설계 과정을 통합하는 단계라고 할 수 있다. 따라서 패키지는 칩의 크기, 가격 및 성능을 결정하는 데 있어서 매우 중요한 기술 요소이므로 결국 시스템의 크기와 가격 및 성능에도 직접적인 커다란 영향을 미치게 된다.

어떤 패키지를 선택할 것인가는 사용될 용도에 따라 상대적인 중요성을 고려하여 결정해야 한다. 패키지의 종류와 조립 방법은 선택의 여지가 상당히 많은 편이며, 패키지의 선택은 일반적으로 다음의 두 가지 사항을 근거로 결정한다. 첫째, 최종 PCB(printed circuit board) 위에 조립, 장착될 기술이 쓰루-홀 장착(through-hole mounting) 인가 혹은 표면 장착(surface mounting) 인가에 따라 구분될 수 있다. 둘째, 패키지의 재료로 세라믹(ceramic)이나 플라스틱 중 어떤 재료를 사용하는가에 따라 구분될 수 있다. 따라서, 설계 요구 사항들을 조심스럽게 검토하여 상기에서 제시한 두 가지 사항을 연관지으면 어떤 패키지를 선택할 것인가 결정할 수 있게 된다.

1980년대 말까지 쓰루-홀 장착 패키지가 패키징 기술의 주류를 이루었다. 이는 상대적으로 보드 레벨 조립이 쉬울 뿐 아니라 광대한 용도의 툴링과 제조 설비가 지속적으로 투자되어 왔기 때문이다. 그러나 생산성의 차이로 인하여 최근에는 표면 장착 기술로 옮겨가고 있다. 쓰루-홀 장착 기술을 이용한 DIP(dual-inline package)와 PGA(pin grid array) 패키지의 중간 핀 개수를 요하는 용도에서 표면 장착 패키지를 사용하는 것이 보편적이다. 그 이유는 표면 장착 패키지가 특히 이러한 중간 핀 개수 범위 용도로 가격 면에서 월등한 장점을 가지고 있기 때문이다.

표면 장착 패키지는 리드가 패키징의 사면 모두에 있고, PCB에 구멍을 뚫을 필요가 없으며 보드의 양면에 장착시킬 수 있기 때문에 쓰루-홀 패키지 보다 PCB의 공간을 덜 사용하게 된다. 또한 쓰루 홀 패키지 보다 가격이 더 싸고, 더 짧은 리드로 인하여 인덕턴스(inductance)가 줄어들게 되므로 더 좋은 주파수 특성도 제공하는 장점을 가지고 있다.

표면 장착용 칩 캐리어로는 다양한 종류의 재료, 모양 그리고 리드의 배치들이 사용되고 있다. 즉, 재료에 따라 플라스틱 또는 세라믹을 사용하는 것, 모양에 따라 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가지는 것, 그리고 리드선이 있는 것과 없는 것 등 매우 다양하다. 이중 BGA는 쓰루-홀 장착 패키지의 PGA에 상대되는 개념으로 리드핀 대신에 납땜 볼(solder ball)을 사용한 것이며 주기판(mother board) 상에 모든 부품을 장착하여 공정이 끝난 후에도 납땜 볼을 붙이는 것에 의해 장착이 가능하다. 따라서, 주기판의 값이 쌀 뿐 아니라 대량 생산과 공정 후 관리에 있어서 유리하다. BGA는 세라믹을 이용한 CBGA(ceramic BGA), PCB 공법을 적용한 PBGA(plastic BGA), 유연성 회로(flexible circuit)를 사용한 FBGA(flex BGA)로 분류되며, PGA와 같이 다이가 놓여지는 영역인 위치에 따라 캐버티-업(cavity-up)형과 캐버티-다운(cavity-down)형 등이 있다. BGA는 보통 약 1.27mm 정도의 볼 간격(ball pitch)을 갖는 것이 널리 사용되고 있다.

상기 BGA의 납땜 볼은 몇 가지 항목에 대한 검사를 요한다. 즉, 볼 위치(ball position), X-Y 피치(pitch), 볼 크기(ball size), 손실된 볼(missing ball)의 유무, 또는 볼의 품질(ball quality)로서 환형도(circularity) 등이 그것인데, 이에 대한 항목들은 대부분은 2차원적인 검사에 의해 수행된다. 2차원 검사는 1대의 CCD(charge coupled device) 카메라를 사용하고 조명의 형태에 따라 다양한 촬상 화상을 얻어 수행한다.

조명에는 크게 밝은 영역 조명(bright field illuminant)과 어두운 영역 조명(dark field illuminant)이 있다. 밝은 영역 조명은 분산광과 같이 비교적 밝고 넓은 주위의 빛에 의해 볼에서 반사된 빛이 원 형태의 밝은 부분으로 보이며, 어두운 영역 조명은 낮은 조사각도(swallow angle)의 특수 조명 장치를 사용하여 도넛 형태의 밝은 부분으로 보인다. 최근에는 검사 정밀도를 높이기 위해 서브 픽셀 정도를 갖는 볼의 위치 측정 알고리즘이 제안되고 있다.

3차원 검사는 상기 2차원 검사 항목 외에 볼의 높이의 이상 유무에 의해 결정되는 편평도(coplanarity)를 검사하기 위한 것으로, 조명을 적절하게 이용하면서 2대의 카메라를 사용해야 한다. BGA의 일반적인 모습은 도 1과 같다. 이는 동일한 크기로 동일한 피치를 가지고 가로, 세로로 배열된 납땜 볼(10)이 BGA 보디(12)의 상부에 장착되어 이루어지는 BGA(14)를 포함한다.

상기 BGA(14)의 검사를 위해서는 도 2a에 나타난 바와 같이 BGA 보디(12) 평면과 수직이 아닌 경사진 각도로 조명(18)을 사용하고, 동일한 각도로 CCD 카메라(16)를 경사지게 하여 촬상이 가능하게 된다. 낮은 각도에서 촬상된 화상에서 하나의 볼에 대한 모습은 도 2b에서와 같이 나타나고, 일렬의 볼에 대한 모습은 도 2c에서와 같이 BGA 보디(12)상의 볼이 서로 중첩되어 나타난다. 납땜 볼은 납으로 되어 있고 산화되기 전에는 금속의 광택 및 거울과 같은 반사특성을 갖는다.

도 2b 및 2c를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 볼에 도 2a와 같이 경사진 각도에서 조명과 카메라를 위치하고, 조명으로부터 집속된 빛이 카메라와 동축으로 조사되면, 하나의 볼에 대해 촬상된 BGA 납땜 볼의 화상이 도 2b에서와 같이 나타난다. 이는 원 형태의 납땜 볼 전체에 해당하는 밝은 부분(20)과 이를 배경으로 볼 내부의 중심부에 더욱 밝은 부분(22)으로 보이며 이 형태는 조사광의 입사각 분포에 따라 다르나, 일반적으로 원의 형태를 갖게 된다. 낮은 각도에서 촬상된 일렬의 화상은 도 2c에서와 같이 일부분이 앞의 볼에 의해 가려지게 되며 볼 내부의 밝은 부분(22)에 대해 가려지는 부분의 위치와 크기는 촬상 및 조사 각도와 볼의 크기 및 피치가 결정되면 볼의 높이에 의해 좌우되므로 가려지는 부분의 크기로부터 3차원적인 높이에 대한 정보의 추출이 가능하게 된다.

도 2c의 화상에서 BGA 전체에 해당되는 부분(20)과 밝은 부분(22)의 위치 및 크기에 의해 촬상 방향으로 일렬로 배치된 볼 등의 위치와 볼의 크기 및 볼의 찌그러짐 등을 검사할 수 있고, 볼 내부의 밝은 부분(22)의 가려지는 정도에 의해 앞볼과의 상대적인 높이 정보를 알 수 있게 된다. 앞의 볼에 의해 해당되는 볼의 밝은 부분(22)이 가려질 때, 앞볼의 윤곽이 밝은 부분(22)의 중심을 지나는 경우가 신호 대 잡음비가 가장 큰 경우가 된다. 이 경우, 카메라(16)의 촬상 각도, 즉 카메라(16)의 경사각도 ??(24)는 볼의 높이가 모두 같다고 하면 도 3에 나타난 바와 같이 하나의 납땜 볼(10a)을 기준으로 하여 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

?? = tan^-1(R/P)

상기식 수학식 1에서, R은 볼의 반경을 나타내고 P는 인근 납땜 볼(10b)과의 간격, 즉 피치를 나타낸다. 현재, 대표적인 BGA 패킹은 볼의 반경이 약 0.36mm, 피치가 약 1.27mm인 것으로, 이 때는 경사각이 ?? = tan^-1(0.36/1.27)로부터 약 15.6。 정도의 각도가 얻어진다. 따라서, 상기 경사각에 따라 카메라를 위치시키는 것이 바람직하다.

이러한 방법으로 BGA 화상을 얻으면, 경사각의 특성으로 BGA 보디가 정방형일지라도 BGA(14)는 도 4a 및 도 4b에서와 같이 가로 방향으로 긴 화상이 얻어진다. 물론 일반 렌즈로 촬영하는 경우에는 도 4a와 같이 원근에 의한 효과가 나타나지만, 전자 부품의 촬상에 많이 사용되는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)를 사용하면 이 같은 효과를 배제하여 도 4b와 같은 화상을 얻을 수 있다.

도 5에는 BGA의 3차원 검사를 위하여 2대의 카메라(16a, 16b)를 BGA(14)에 대하여 X 및 Y 방향에 대향되게 설치하는 방법을 나타내었다. 이로부터 얻어지는 화상은 도 4b에서 얻어지는 것과 유사한 화상이 2개가 될 것이다. 얻어지는 2개의 화상을 분석하여 3차원 정보를 얻게 된다.

ICOS사에서는 프로젝터에 의한 구조화된 조명(structured illumination)을 사용한 3차원 검사 방법을 제안하였다. 도 6에 ICOS사의 BGA 3차원 검사 방법을 나타내었다. 이 방법에 의하면 투사형 조명(26)을 사용하는데, 프로젝터로부터 얇은 띠 형태의 빛이 나오고 이 빛은 BGA의 피치만큼 이동하면서 BGA 보디(12) 상의 납땜 볼(10)의 상단부에서 반사되는 빛이 카메라(16c)에 들어온다. 이 때, CCD 카메라의 밝은 부분은 각 볼의 조사면에 해당하는데, 이상이 있는 가상 납땜 볼(8)인 경우, 높이가 달라지면 ??Z로 표현된 만큼 그 위치도 변하게 되어 높이 등의 3차원 정보를 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이 경우는 정밀 광학계와 기구부의 구동 기술이 조명계에서 요구되며, BGA가 위치하는 부분과 광학부 간의 상대적 위치의 고정을 위해 견고한 지지부 등 복잡한 구조로 인하여 가격이 높아지게 된다. 또한, 기존의 2차원 검사 기능이 포함되어 있지 않으므로, 별개의 2차원 검사 장비가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 한 대의 CCD 카메라를 사용하여 촬상된 BGA 화상 정보로부터 3차원 정보를 얻을 수 있으며, 널리 사용되는 집속광의 조명을 사용할 수 있는 볼 그리드 어레이(BGA) 검사 장치를 제공하는 것이다. 이러한 검사 장치를 사용하면 2개의 경사지게 촬상된 화상의 광로를 광학적으로 합성하는 것에 의해 하나의 프레임 정보로 얻고 이를 통하여 2차원의 평면적인 정보 뿐 아니라, 3차원의 정보를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 BGA의 일반적인 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2a 내지 도 2c는 BGA의 촬상 방법 및 이로부터 얻어지는 화상을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 도 2a는 BGA를 경사각을 갖고 촬상하는 방법으로 볼에 대한 카메라와 조명의 위치를 나타내며, 도 2b 및 도 2c는 하나의 볼 및 일렬의 볼에 대하여 촬상된 모습을 나타낸다.

도 3은 BGA의 촬상시 볼에 대한 카메라의 경사각을 구하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 경사지게 얻어진 BGA 화상을 나타내는 바, 도 4a는 일반 렌즈를 사용하여 촬상한 경우이고, 도 4b는 텔레센트릭 렌즈를 사용하여 촬상한 경우의 화상을 나타낸다.

도 5는 BGA의 3차원 검사를 위하여 2대의 카메라를 X-Y 방향에 설치하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 ICOS사의 BGA 3차원 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 검사 장치의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 7a는 상기 장치를 위에서 본 모습이고, 도 7b 및 도 7c는 옆에서 본 모습이다.

도 8은 본 발명에 따른 볼 그리드 어레이 검사 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10a, 10b : 납땜 볼 12 : BGA 보디

14 : BGA 16, 16a, 16b : CCD 카메라

18 : 조명20: 납땜 볼의 전체 화상

22 : 납땜 볼 내부의 밝은 부분24 : 카메라의 경사각

26 : 투사형 조명28 : 이상이 있는 가상 납땜 볼

30a, 30b : 하프 미러32 : 펜타프리즘

34a, 34b : 집속형 조명

36a, 36b : 광학적 영상의 개략적인 모습

38 : 카메라로 촬상된 프레임의 모습40 : 토탈 미러

상술한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 BGA(ball grid array) 보디상의 BGA를 조명하기 위한 두 개의 조명 수단, 상기 각 조명 수단으로부터의 광을 각각 통과시켜 상기 BGA 보디에 각각 입사시키고, 상기 BGA 보디로부터 반사되는 각 광의 경로를 변경시키기 위한 두 개의 제1 광학수단, 상기 제1 광학수단으로부터의 각 광을 동일한 소정의 각도로 각각 반사시켜 상기 반사된 광을 동일 평면상의 한 방향으로 나란하게 진행시키기 위한 한 개의 제2 광학수단 그리고 상기 제2 광학수단으로부터 나란하게 진행되는 각 광을 동시에 동일 프레임 상에 촬상하기 위한 한 개의 영상 형성 수단을 포함하는 볼 그리드 어레이 검사 장치를 제공한다.

특히, 상기 조명 수단으로는 널리 사용되는 집속형 조명이 용이하게 사용되며 이는 카메라와의 동축낙사 조명의 구조를 가지고 있다. 조명의 조사 방향은 상기 BGA의 X 및 Y 방향으로 하되, BGA의 구조를 경사지게 얻을 수 있도록 X-Y 평면과 경사지게 조명하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 광학 수단으로는 하프 미러가 바람직하게 사용되며, 이는 상기 BGA로부터 반사되는 광의 경로를 수직으로 전환시켜 주는 것이 바람직하다.

상기 제2 광학 수단으로는 펜타프리즘, 토탈 미러와 같은 광학 장치가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 펜타프리즘으로부터 나란하게 진행되는 각 광은 입사 평면과 수직 방향의 평면상에서 진행되며, 상기 토탈 미러로부터의 나란하게 진행되는 각 광은 입사 평면과 동일 평면상에서 진행되는 것이 바람직하다.

상기 영상 형성수단으로는 바람직하게 CCD(charge coupled device) 카메라가 사용되며 다른 영상 형성수단으로는 포토 디텍터(photo detector)가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 하나의 카메라로 BGA 보디와 경사각을 가지고 촬상한 BGA의 화상이 가로 방향으로 긴 화상이라는 것을 이용하여 이의 검사 장치를 고안하였다. 즉, BGA 보디에 대하여 광원을 경사지게 조사하고, CCD 카메라로 동일하게 경사진 각도로 촬상하면, 경사각의 특성으로 BGA 보디가 정방형일지라도 도 4a 및 4b에서와 같이 경사지며 가로 방향으로 긴 화상이 얻어진다. 이는 어스펙트 비(aspect ratio)를 고려하여 횡방향으로 긴 화상 두 개를 광학적으로 묶어 하나의 프레임이 되도록 촬상하면 하나의 카메라를 사용하여 두 개의 화상을 얻을 수 있다는 뜻이 된다. 다시 말해서, 하나의 카메라를 사용하여 2차원적인 평면 정보를 얻는 것과 동시에 3차원적인 높이 정보를 얻을 수 있다는 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 하나의 카메라로 경사각을 갖고 촬상된 BGA의 화상은 도 4A 및 4B에서와 같이 가로 방향으로 긴 화상이다. 예컨대, 볼의 반경이 약 0.36mm이고, 피치가 약 1.27mm인 BGA 패키지를 예로 들면, 어스펙트 비는 3.6:1로서 횡방향으로 긴 화상이 된다. 이 같은 화상은 현재 널리 사용되는 NTSC나 VGA급 카메라(4:3 어스펙트비)나 2:1 어스펙트비의 카메라의 효율적 이용에 배치된다. 이에 따라, 상기한 바와 같은 어스펙트비를 갖는 2개의 화상을 두 개의 프레임에 형성시키는 대신, 상하로 하나로 묶어 한 프레임에 넣을 수 있는 것이다. 본 발명에서는 두 방향에서 얻어지는 화상은 적절한 광학 수단을 사용하여 한 방향으로 모아 한 대의 카메라를 사용하여 상하로 나누어 촬상하도록 한다.

본 발명에서는 두 개의 화상을 동일 평면상의 한 방향으로 모아 주기 위하여 입사되는 광을 일면에서는 투과시키고, 다른 면에서는 입사되는 광을 반사시켜 주기 위한 하프 미러와, 두 방향에서 입사되는 광을 동일 평면상의 한 방향으로 진행시켜 주기 위한 펜타프리즘 또는 토탈 미러를 적절한 위치에 배치하는 것에 의해 BGA 화상을 동일 프레임에 얻고 있다.

이하, 본 발명에 따른 BGA 검사 장치의 동작 원리를 설명하도록 한다.

먼저, BGA 보디의 X 및 Y 방향으로 광을 조사할 수 있도록 집속형 조명 두 개를 배치한다. X 및 Y 방향으로 각각 조사된 광은 각각 대응되는 하프 미러를 통과하여 BGA 보디에 입사된다. 납으로 이루어진 납땜 볼은 거울과 같은 반사 특성을 가지고 있기 때문에 입사되는 광을 정반사시킨다. BGA로부터 반사되는 각 광은 다시 각각 대응되는 각 하프 미러로 되돌아오는데, 이번에는 하프 미러의 특성에 따라 입사되는 광이 90。 방향으로 반사된다. 하프 미러는 상기 각 광이 반사된 후 동일한 점에서 만나게 되도록 배치한다. 상기 각 광이 하프 미러에 의해 반사되어 만나게 되는 위치에는, 입사되는 각 광의 광로를 변경시켜 동일한 평면상에서 나란히 진행되도록 해주는 광학 장치를 설치한다. 이러한 광학 장치로는 펜타프리즘이나 토탈 미러를 사용할 수 있다.

펜타프리즘을 사용하는 경우, 펜타프리즘은 입사되는 각 광의 광로를 입사 평면상에서는 45。 방향으로 비틀고, 입사 평면에 대해서는 90。 방향으로 변환시켜 준다. 이에 따라, 입사되는 각 광은 입사 평면에 대하여 수직인 평면상에서 나란히 진행하게 된다. 이렇게 나란히 진행되는 두 영상의 광은 하나의 카메라에 의해 촬상될 수 있는 것이다. 이에 따라, 가로 방향으로 길고 경사지게 겹쳐진 두 개의 BGA 배열이 한 프레임에 나란히 기록된 화상으로 얻어진다. 이 데이터는 카메라에 연결된 데이터 프로세서 시스템에 의해 해석되고, BGA의 이상 유무에 관한 결과가 얻어진다.

하프 미러에 의해 반사되어 만나게 되는 위치에 입사되는 각 광의 광로를 변경시켜 동일한 평면상에서 나란히 진행되도록 해주는 장치로서 토탈 미러를 사용하는 경우의 작용 원리는 다음과 같다. 하프 미러로부터 입사되는 각 광은 동일한 토탈 미러의 서로 다른 면으로 입사된다. 토탈 미러는 입사되는 각 광을 135。의 동일한 각도로 반사시켜 동일한 평면상에서 나란히 진행되는 광으로 변환시켜 주기 위하여 정밀하게 제작해야 한다. 이렇게 나란히 진행되는 두 영상의 광은 마찬가지로 하나의 카메라에 의해 촬상될 수 있는 것이다. 이에 따라, 가로 방향으로 길고 경사지게 겹쳐진 두 개의 BGA 배열이 한 프레임에 나란히 기록된 화상으로 얻어진다. 이 데이터는 카메라에 연결된 데이터 프로세서 시스템에 의해 해석되고, BGA의 이상 유무에 관한 결과가 얻어지게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 BGA 검사 장치의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 7a는 위에서 본 모습이고, 도 7b 및 도 7c는 옆에서 본 모습이다.

이는 검사될 정방형의 BGA(14), 입사되는 광을 투과시키거나 반사시키기 위한 두 개의 하프 미러(30a, 30b), 상기 BGA(14)에 광을 조사하기 위한 두 개의 집속형 조명(34a, 34b), 광의 경로를 변경시키기 위한 하나의 펜타프리즘(32) 및 촬상을 위한 한 대의 카메라(16)를 포함하고 있다.

이의 동작을 설명하면 다음과 같다. X 및 Y 두방향에서 집속형 조명(34a, 34b)을 사용하여 BGA를 X 및 Y 방향으로 조사하게 된다. 이는 대응되는 각 하프 미러(30a, 30b)를 통과하여 BGA로 입사된 후 각 볼에 의해 반사되어 다시 하프 미러(30a, 30b)로 향하게 된다. BGA로부터 반대 방향으로 반사되는 광은 대응되는 하프 미러(30a, 30b)에 의해 90。로 꺾이면서 중간에 있는 펜타프리즘(32)으로 모이게 된다. 하프 미러는 일부만을 흡수 또는 투과하는 거울로 이용되지만, 본 실시예에서는 이를 촬상하는 화상의 광학적 합성을 위한 광로 변경용으로 유용하게 사용하고 있다. 즉, 일면에서 입사되는 광인 조명으로부터 조사되는 광은 그대로 투과시키고, 반대면에서 입사되는 광인 BGA로부터 반사되는 광은 90。의 각으로 반사시키기 위한 용도로 사용된다.

펜타프리즘(32)은 하프 미러(30a, 30b)로부터 90。의 각을 이루면서 입사되는 두 광로의 빛을 45。씩 좌우로 비틀면서 입사 평면에 대하여 수직 방향으로 보내는 역할을 한다. 즉, 도 7b에 나타난 바와 같이 입사면에 대하여 상부로 반사된다. 펜타프리즘은 일반 일안(一眼) 렌즈 광학 카메라에서 널리 사용된다.

상기 펜타프리즘(32)의 광로 변경을 옆에서 본 모습과, 각 광이 포함하고 있는 광학적 영상의 대략적인 모습(36a, 36b)이 도 7a 및 도 7b에 나타나 있다. 펜타프리즘(32)에서 수직 방향으로 반사되는 각 광은 동일 평면상에서 나란히 진행된다. 나란하게 입사되는 각 광은 한 대의 CCD 카메라(16)에 의해 촬상되고, 카메라(16)로 촬상된 프레임의 모습은 38과 같다. 촬상된 프레임의 모습(38)을 보면, 하나의 프레임에 X 방향 및 Y 방향에서 촬상된 BGA의 두 영상이 나란히 나타나고 있는데, 이는 두 대의 카메라를 사용하여 X 및 Y 방향으로 각각 촬상하여 얻어지는 두 개의 화상을 한 개의 프레임에 묶어 놓은 것과 동일한 형태를 보여준다. 얻어지는 화상은 카메라와 연결되어 카메라로부터 기록되는 데이터를 처리하기 위한 데이터 프로세싱 시스템(data processing system)에 의해 해석된다. 이로부터 BGA의 각 볼에 대한 갖가지 항목으로서, 볼 위치, 볼 크기, 피치, 볼의 품질 및 편평도 등에 대한 2차원 검사 및 3차원 검사가 이루어진다.

상기 실시예에 따른 검사 장치에서는 하프 미러와 펜타프리즘을 적절한 위치에 배치하는 것을 통하여 한 대의 카메라를 사용하여 BGA의 2차원 검사 및 3차원 검사를 동시에 수행할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 BGA 검사 장치를 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 BGA 검사 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

이는 검사될 정방형의 BGA(14), 입사되는 광을 투과시키거나 반사시키기 위한 두 개의 하프 미러(30a, 30b), 상기 BGA(14)에 광을 조사하기 위한 두 개의 집속형 조명(34a, 34b), 광의 경로를 변경시키기 위한 한 개의 토탈 미러(40) 및 촬상을 위한 한 대의 카메라(16)를 포함하고 있다. 이의 동작을 설명하면 다음과 같다. 도 7a에서와 마찬가지로 X 및 Y 두방향에서 집속형 조명(34a, 34b)을 사용하여 BGA를 조사하게 된다. 이는 각 하프 미러(30a, 30b)를 통과하여 BGA로 입사된 후 각 볼에 의해 반사되어 다시 하프 미러(30a, 30b)로 향하게 된다. BGA로부터 -X 및 -Y 방향으로 반사되는 각 광이 대응되는 하프 미러(30a, 30b)에 의해 90。로 꺾이면서 중간에 있는 토탈 미러(40)로 모이게 된다. 하프 미러는 일부만을 흡수 또는 투과하는 거울로 사용되며, 본 실시예에서는 이를 촬상하는 화상의 광학적 합성을 위한 광로 변경용으로 뿐 아니라 동축 낙사 조명을 위한 것으로 유용하게 사용하고 있다. 토탈 미러(40)는 입사되는 두 광로의 빛을 135。의 동일한 각도로 반사시켜 동일 평면상에서 나란히 진행되도록 한다. 나란하게 진행되는 각 광은 한 대의 CCD 카메라(16)에 의해 촬상된다. 얻어지는 화상은 X 및 Y 방향의 BGA 배열 정보를 포함하는 것으로서, 도 7a 및 도 7b에서와 같이 얻어지는 데이터는 카메라(16)와 연결된 프로세싱 유니트에 의해 해석된다. 이로부터 BGA의 각 볼에 대한 갖가지 항목 검사로서 2차원 검사 및 3차원 검사가 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예에서는 하프 미러와 토탈 미러를 적절한 위치에 배치하여 한 대의 카메라만으로도 2차원 검사 및 3차원 검사를 수행할 수 있도록 하였다. 이는 제1 실시예에서 사용한 펜타프리즘 대신에 토탈 미러를 사용하여 구현한 구조이다. 본 실시예의 경우, 카메라와 조명, 그리고 토탈 미러는 동일한 경사 평면상에 있게 된다. 본 실시예에서는 전체적으로 광학계의 크기가 커지고, 토탈 미러의 정밀한 구현이 요구된다는 문제는 있으나, 도 7a 및 도 7b에 나타난 장치와 비교하면 간단한 광로 구성을 할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 BGA 검사 장치는 특수한 조명 장치를 사용하는 대신에 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 집속형 조명을 사용할 수 있다. 또한, 2대의 CCD카메라 대신에 1대의 CCD 카메라만을 사용하여 3차원 검사를 수행할 수 있으며, 이는 2개의 화상을 하나의 프레임 상에 상하로 합성하는 것에 의해 2차원 검사 뿐 아니라 평편도에 대한 3차원 검사도 용이하게 수행할 수 있도록 된 것이다. 따라서 간단한 구성을 갖는 광학계를 사용하여 BGA 검사를 수행할 수 있으며, 결국 이를 제조하는 비용이 적게 소요되어 경제적이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 볼 그리드 어레이(ball grid array; BGA) 보디 상의 BGA를 조명하기 위한 두 개의 조명수단;

   상기 각 조명수단으로부터의 광을 각각 통과시켜 상기 BGA 보디에 각각 입사시키고, 상기 BGA 보디의 상기 BGA로부터 반사되는 각 광의 경로를 변경시키기 위한 두 개의 제1 광학수단;

   상기 제1 광학수단으로부터의 각 광을 동일한 소정의 각도로 각각 반사시켜 상기 반사된 광을 동일 평면상의 한 방향으로 나란하게 진행시키기 위한 한 개의 제2 광학수단; 그리고

   상기 제2 광학수단으로부터 나란하게 진행되는 각 광을 동시에 동일 프레임 상에 촬상하기 위한 한 개의 영상 형성 수단을 포함하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조명수단은 집속형 조명이며 카메라와의 동축낙사 조명의 구조를 갖고, 상기 조명수단이 상기 BGA 보디를 이의 X-Y 방향으로 조명하되, X-Y 평면과 소정의 경사각을 갖도록 경사지게 조명하며, 상기 영상 형성수단이 상기 경사각과 동일한 경사각을 갖고 촬상을 수행하는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 BGA의 각 볼 그리드의 직경과 반경을 이용하여 경사각을 구함으로써, 상기 볼 그리드의 밝은 부분의 중심이 바로 앞의 볼 그리드에 의해 가려진 영상을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 광학수단은 하프 미러이며 상기 BGA로부터 반사되는 광의 경로를 수직으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 광학수단은 펜타프리즘 또는 토탈 미러이며, 상기 영상 형성 수단은 CCD(charge coupled device) 카메라 또는 포토 디텍터(photo detector)인 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 펜타프리즘으로부터 나란하게 진행되는 각 광이 입사 평면과 수직 방향의 동일 평면상에서 진행되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 토탈 미러로부터의 나란하게 진행되는 각 광이 입사 평면과 동일 평면상에서 진행되어, 상기 조명 수단, 상기 영상 형성수단 및 상기 토탈 미러가 동일 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 볼 그리드 어레이 검사 장치.