KR20020079732A - 수직 슬라이스 이미징을 이용한 검사 방법 - Google Patents

수직 슬라이스 이미징을 이용한 검사 방법 Download PDF

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Abstract

수직 슬라이스 이미징을 이용한 검사 방법에 관한 것이다. 대상 물체를 통해 연장하는 다수의 수평 슬라이스 이미지를 획득한다. 수직 대상 영역이 수평 슬라이스 이미지를 나타내는 데이터로부터 정해진다. 수직 슬라이스 이미지가 수직 대상 영역내의 수평 슬라이스 이미지 데이터를 기초로 구성된다. 수직 슬라이스 이미지 데이터를 분석하여 결함을 탐지할 수 있다. 또한, BGA 접합부내의 결함을 탐지하는 방법이 제공된다. 그 방법은 접합부의 중심을 위치시키는 것을 포함한다. 그 방법은 접합부의 중심을 통과하는 다수의 지름을 측정하는 단계와 측정된 지름을 예상 지름과 비교하는 법칙을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Description

수직 슬라이스 이미징을 이용한 검사 방법{INSPECTION METHOD UTILIZING VERTICAL SLICE IMAGING}
최근에 제조되는 대부분의 전자 장치들은 하나 이상의 인쇄회로기판을 포함하며, 그 인쇄회로기판은 인쇄 배선(wiring) 기판으로 불려지기도 한다. 통상적으로, 그러한 인쇄회로기판은 전자 장치들 및 부품들 사이의 상호 연결부 및 그 장치 및 부품들의 지지를 제공한다. 인쇄회로기판에서 발견되는 공통적인 장치는 집적회로이며, 통상적으로 그 집적회로는 세라믹 또는 플라스틱 패키지로 캡슐화되는 반도체 물질로 제조된다. 집적회로 패키지는, 집적회로 반도체 물질을 인쇄회로기판상의 전도성 트레이스(trace)로 기계적으로 그리고 전기적으로 연결하기 위한 입력 및 출력(I/O) 핀을 제공한다. 반도체 기술이 발전함에 따라, 집적회로장치의 성능 개선과 함께 그 장치의 복잡성이 증대되고 있다. 집적회로장치가 점점 복잡해지는 것과 관련하여, 보다 많은 수의 I/O 핀들이 요구된다.
통상적으로, 집적회로장치의 I/O 핀들과 인쇄회로기판 사이의 전기적인 상호연결은 I/O 핀들을 인쇄회로기판의 개구를 통과시키고 그 인쇄회로기판의 표면상의 전도성 패드에 납땜하는 것에 의해 형성된다.
부품들, 집적회로장치 및 인쇄회로기판 사이의 전기적 상호연결을 검사하는 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어, 수동 및 자동화된 광학적 검사기구를 사용하여 부품들 및 집적회로장치의 인쇄회로기판에 대한 위치 및 연결을 검사한다. 그러나, 광학적 검사 기술은 몇몇 고밀도 집적회로와 인쇄회로기판 사이의 상호연결을 적절히 검사할 수가 없다. 예를 들어, 대체로 그러한 기술은 점점 더 일반화되어 가고 있는 볼-그리드-어레이(Ball-Grid-Array;BGA)형 장치를 검사하는데 충분하지 못하다.
고밀도 기판 및 BGA-형 장치의 검사에서는, 투과 방사선(penetrating radiation)을 사용하는 검사 시스템이 광학적 검사 시스템 보다 우수한 것으로 알려져 있다. x-레이(ray) 와 같은 투과 방사선을 이용한 기술은 집적회로 패키지 아래쪽에 숨겨진 접합부 및 둘레의 접합부 모두를 포함하여 BGA-형 장치에 대한 전기적 상호연결부를 검사하는데 이용될 수 있을 것이다. 집적회로 패키지 아래쪽의 접합부의 이미지를 형성하기 위하여, 검사 시스템은 장치의 I/O 핀들을 통과하는 높이에서의 단면 수평 이미지(본 명세서에서 수평 "슬라이스" 이미지라고 칭하기도 함)를 생성할 수 있어야 한다.
수평 슬라이스 이미지를 생성할 수 있는 x-레이 검사 시스템이 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,097,492 및 5,594,770 호에는 단면 수평 이미지를 생성하기 위한 두개의 선택적인 접근 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제 5,097,492 호에 개시된 장치는 단층면촬영술(laminography) 원리를 이용하여 수평 단면 이미지를 생성한다. 그러나, 이러한 기술의 단점은, 결과적인 수평 단면 이미지가 관심 평면 외부의 구조물에 의해 생성된 희미한 물체를 일반적으로 포함한다는 것이다. 단층면촬영술 대신에, 미국 특허 제 5,594,770 호는 정지 탐지부와 함께 단층촬영술(tomography) 원리를 이용한 시스템에 관해 기술하고 있다. 이러한 기술에 따라, 소정 개수의 비-축(off axis) 투과 이미지가 얻어지고 결합되어 관심 평면의 수평 슬라이스 이미지가 생성된다.
단층촬영술 이론은 간행물로서 자세히 공지되어 있다. 단층촬영술을 이용하면, 수직 축선을 따라 배열된 여러 초점 평면들에서 테스트 물체를 통과하는 수평 슬라이스 이미지들을 생성할 수 있다. 비록 이러한 기술이 테스트 물체를 통해 수평으로 볼 수 있고 예를 들어 납땜 접합부의 품질을 결정할 수 있지만, 몇개의 수평 슬라이스 이미지들 사이의 상관관계와 관련한 유용한 정보를 얻을 수 없을 것이다. 특히, 몇개의 수평 슬라이스들을 가로질러 연장할 수 있는 공극(기포)의 표식와 같은 유용한 결함 표식 정보는 하나의 수평 슬라이스 이미지에서는 매우 희석될 것이며, 특히 수평 초점 평면이 공극의 중심을 통과하지 못하는 경우에 더욱 그러할 것이다. 리드형(leaded) 장치의 경우에, 높은 브릿지들 즉, 핀들 사이의 브릿지들이 있을 것이며, 그 브릿지는 필릿(fillet) 보다 높은 높이에 있게 된다. 각각의 그리고 모든 슬라이스를 체크하기가 용이하지 않기 때문에, 상기 결함을 놓치기 쉽다.
따라서, 전기적 연결부를 검사하는 보다 개선된 방법 및 장치가 요구된다.
본 출원은 1999년 11월 8일자로 출원된 미국 가명세서 출원 제 60/163,932 호를 기초로 우선권을 주장한다.
본 발명은 대체적으로 인쇄회로기판의 검사 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직 슬라이스 이미징(vertical slice imaging) 기술을 이용하여 회로기판 상의 또는 그 기판내의 상호연결부를 검사하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1 은 BGA 접합부의 수직 슬라이스 이미지 및 보다 상세한 설명을 위한 데카르트(cartesian) 좌표 시스템 정의(definition)를 도시한 도면.
도 2 는 도 1 에 정의된 좌표 시스템과 관련한 여러 Z-축 위치들에서의 일련의 수평 슬라이스 이미지 평면들로부터의 수직 슬라이스 이미지 평면의 합성을 도시한 도면.
도 3 은 경사진 BGA 장치를 나타내는 수직 슬라이스 이미지의 예를 도시한 도면.
도 4 는 두개의 BGA 접합부의 수직 슬라이스 이미지로서, 하나는 볼 들림을 나타내고 나머지 하나는 공극을 나타낸 도면.
도 5 는 각각이 Z-축을 따라 상이한 위치에 배치되는 다수의 I/O 핀들을 가지는 경사진 부품을 도시한 도면.
도 6 은 BGA 접합부로부터의 두개의 볼 엣지를 각각 포함하는 8 개의 로케이터 윈도우의 배치를 도시한 BGA 접합부의 단면 이미지를 도시한 도면.
도 7 은 수직 슬라이스 이미징을 이용한 바람직한 검사 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 8 은 바람직한 접합부 검사 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 9 는 바람직한 BGA 접합부 검사 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 수직 슬라이스 이미징을 이용한 검사 방법이 제공된다. 대상 물체를 통해 연장하는 다수의 수평 슬라이스 이미지가 먼저 얻어진다. 수직의 대상 영역이 수평 슬라이스 이미지를 나타내는 데이터로부터 정해진다. 수직의 대상 영역내의 수평 슬라이스 이미지 데이터를 기초로 수직 슬라이스 이미지가 구축된다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 수직 슬라이스 이미지를 이용하여 결함을 탐지하는 방법이 제공된다. 그러한 결함은 I/O 핀들의 개방(open) 및 들림(lift), 장치의 경사, 불충분하거나 과도한 땜납, 공극 및 브릿지를 포함할 것이다. 그러나 이상 나열된 것으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제 3 양태에 따라, BGA 접합부를 검사하는 방법이 제공된다. 그 방법은, 슬라이스 이미지에서, 소정 각도로 BGA 접합부를 통과하는 다수의 지름들을 측정하는 것을 포함한다. 그 후에 측정된 지름과 예상 지름을 비교한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 수직 슬라이스 정보를 이용하여 연결부를 검사하는 방법 및 장치가 제공된다. 단층합성(tomosynthesis) 이론 및 단층합성 구성의 실무는 잘 공지되어 있다. 단층합성을 이용하여, 여러 가지 상이한 초점 평면에서 물체를 가로지르는 수평 슬라이스들을 합성할 수 있다. 그러한 수평 슬라이스 이미지들을 생성하기 위한 기술 및 장치는 당업자에게 공지되어 있다. 이와 관련하여 미국 특허 제 5,594,770, 5,097,492 및 4,688,241 호를 참조할 수있으며, 그 각각의 특허의 내용은 본 명세서에서 인용하고 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 수평 슬라이스 이미지 및 수직 슬라이스 이미지라는 용어는 실제적으로 디스플레이되거나 또는 그렇지 않을 수 있는 이미지와 관련한 정보를 포함하는 데이터 세트를 의미한다는 것이 주지하여야 한다.
도 1 은 Z-축을 따라 선으로 나타낸 다수의 수평 슬라이스 이미지 위치들과 함께 BGA 접합부를 도시한 도면이다. 비록, 수평 슬라이스 이미지들을 생성하는 것이 물체를 통해 수평적으로 "육안관찰(seeing)" 하고 땜납 접속부의 품질을 결정하는데 유리하지만, 여러 수평 슬라이스내의 정보와 관련된 유용한 정보가 손실된다. 몇개의 수평 슬라이스들을 통해 연장할 수 있는 공극(기포)의 표식과 같은 유용한 결함 표식 정보는, 분석되는 수평 슬라이스 이미지의 개수 및 그 들 사이의 간격에 따라, 수평 슬라이스내에서 상당히 희석될 것이다. 일반적으로는, 예를 들어 주로 패드/부품, 볼 및 패드/기판 높이에서의 단지 몇개의 중요한 슬라이스만이 분석된다. 수평 슬라이스 이미지들 사이의 공간내의 공극을 놓칠 수 있다. 그러나, 예를 들어 공극의 표식은, 수직 슬라이스가 몇개의 수평 슬라이스로부터의 정보를 가지고 있음에 따라, 그 수직 슬라이스내에 매우 분명하게 나타난다.
다른 예를 들면, 리드형 장치의 두개의 핀들 사이의 높은 브릿지가 있다. 그 브릿지는 패드/부품 수평 슬라이스의 높이에 있지 않기 때문에, 생성될 수 있는 각각의 모든 수평 슬라이스를 검사하는 것이 실용적이지 못함에 따라 그 브릿지는 종종 제대로 검사를 하지 못하게 된다. 본질적으로 수직 슬라이스는 생성된 모든 수평 슬라이스의 조합이기 때문에, 높은 브릿지도 탐지될 수 있다.
2차원적으로는 또는 수평 슬라이싱으로는 확인하기가 곤란한 비-습윤(non-wetting)이나 경사진 부품과 같은 다른 유용한 표식 정보도 본 발명의 수직 슬라이싱 기술을 이용하여 탐지할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 수평 슬라이스 이미지를 형성하는 데이터를 얻을 수 있는 시스템을 사용하여 그러한 데이터를 얻는다. 그 후에, 수평 슬라이스 이미지 데이터를 사용하여 이하에서 설명하는 바와 같은 수직 슬라이스 이미지를 생성한다.
각각의 수평 슬라이스 이미지가 Z-축을 따라 여러 상이한 지점에서 그러나 동일한 X-축 및 Y-축 지점에서 구축되기 때문에, X 및 Y 에서의 수평 슬라이스를 기록할 필요가 없이 수직 슬라이스를 구축할 수 있다. 도 2 는 다수의 수평 슬라이스로부터 수직 슬라이스의 합성을 도시한다.
Z-축 방향에서, 바람직한 실시예는 먼저 검사될 연결부에 대한 "최상의" 수평 슬라이스 이미지를 위치시킨다. 바람직하게, 소프트웨어-기반의 기술(본 명세서에서 Z파인드(Zfind) 방법이라 칭한다)이 그 목적을 위해 사용된다. 일반적으로, Z파인드 방법은 두개의 구별되는 바람직한 용도를 가진다. 첫째로, 수직 슬라이스를 합성하기 위한 최적의 수평 슬라이스를 결정하는데 사용된다. 둘째로, 납땜 연결부, BGA 접합부, 전자 부품등의 결함을 분석하기 위한 최적의 수평 슬라이스를 결정한다. 도 8 은 BGA 접합부와 같은 접합부를 검사하는 바람직한 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도로서, 그 방법은 최적의 수평 슬라이스를 위치시키는 단계를 포함한다. Z파인드 방법에 관한 보다 상세한 사항은 이하에 설명한다.
수직 슬라이스 적용과 관련하여, Z파인드 방법은 먼저 접합부를 검사하기 위해 수직 슬라이스 이미지를 합성하기 위한 가장 최적의 Z-축 위치를 선정하는데 사용된다. 그 후에, Z파인드 방법에 의한 Z-위치를 예상 수직 슬라이스의 중심에 유지하며, 그 후에 최적 슬라이스 상하의 몇개의 수직 슬라이스를 사용하여 수직 슬라이스를 생성한다. 서로 상하로 적층된 각각의 수직 슬라이스로부터 픽셀(pixel)의 대응 열(row)을 조합함으로써 수직 슬라이스가 합성된다. 이것은 예를 들어 (X,Y)에 의해 규정된 특정 위치에서 장치의 접합부의 열의 수직 단면을 제공할 것이다. 원하는 수직 슬라이스 이미지의 방향에 따라, 상이한 Y-축 위치(X는 일정하게 유지) 또는 상이한 X-축 위치(Y는 일정하게 유지)에서 여러 개의 상이한 수직 슬라이스를 생성할 필요가 있을 것이다. 이하에서 XY파인드 방법으로 칭하는 소프트웨어-기반 기술을 사용하여 최적의 수직 슬라이스를 결정할 수 있다.
수직 단면 이미지내의 결함 표식을 기초로 결함을 탐지하는 몇가지 알고리즘이 제공된다. 도 3 은 경사진 BGA 장치의 수직 슬라이스 이미지의 예를 도시한 것이다. 장치의 방향은, 미국 캘리포니아 샌 디에고에 소재하는 니콜렛 이미징 시스템즈(Nicolet Imaging Systems)가 공급하는 MV-6000 과 같은 자동화된 결함 인식 시스템을 이용하여, 결함 표식에 대해 수직 슬라이스 이미지를 분석함으로써, 자동적으로 검사될 수 있다.
Z파인드: 초점 평면에서 수평 슬라이스를 찾는 방법
일련의 슬라이스가 만들어 진 후, 슬라이스가 적절한 초점 평면 또는 Z-축 위치에서 결함 검사될 필요가 있을 때 적당한 슬라이스를 선택하는 문제가 중요해 진다. 전술한 바와 같이, Z파인드는 수직 슬라이스를 합성하기 위한 최적의 수평슬라이스를 결정하는데 사용될 뿐만 아니라 결함 분석을 위한 최적의 수평 슬라이스를 결정하는데에도 사용될 것이다.
Z파인드 방법은 선택적으로 또는 자동적으로 대상 영역을 분할하고, 다음 식과 같이 정보를 이용하여 납땜 양을 계산한다. 즉
각각의 수평 슬라이스 이미지에 대한 합계가 계산된다. 슬라이스 높이의 선택은 샘플링 공식(sampling theorem)(샘플링 비율<=2*변화 빈도)에 따라 이루어져야 한다. 합계치는 슬라이스들에 대한 표식 값이다. 그 후에, 이러한 표식 값들은 "최적의" 슬라이스를 탐지하기 위한 특정 패턴을 찾기 위해 탐색된다. 예를 들어 휨(warpage)으로 인해 대상 영역을 정확하게 위치시키기가 곤란하기 때문에, 예상되는 대상 영역을 통과하는 그리고 그 상하의 여러 높이에서 수평 슬라이스 이미지가 합성되는 것이 바람직하다. 그 후에, 전술한 Z파인드 방법을 이용하여 특정 대상 영역에 대한 원하는 수평 슬라이스 이미지를 결정한다. 원하는 수평 슬라이스 이미지를 "최적의" 슬라이스로 칭한다. 따라서, "최적의 슬라이스"는 여러 수평 슬라이스 이미지들의 질적인 비교를 의미하는 것이 아니라, 대상 영역 분석을 위해 바람직한 Z-축 위치에 위치되는 수평 슬라이스 이미지를 의미하는 것이다.
예를 들어, 대상 영역이 BGA 접합부인 경우에, 볼의 중심을 통과하는 수평 슬라이스는 합성된 수평 슬라이스 이미지에 대한 합계치의 분포를 검토함으로써 결정될 것이다. 특히, 이 경우의 표식 값은 노이즈의 필터링 제거 후에 합계 분포내의 현저한 제 1 피크에 통상적으로 대응한다. 이러한 슬라이스는 분석 알고리즘의 운용에 사용될 수 있다. 다음과 같은 방법으로 보다 양질의 슬라이스를 얻을 수 있다. 가장 현저한 피크를 결정한 후에, 그 피크를 맞추기(fit) 위해 그리고 그 피크의 아래쪽 지점 및 위쪽 지점에 대해 최소 제곱 이차 적합도(least squares quadratic fit)가 사용된다. 최대 또는 가장 적합한 높이를 찾기 위해, 적합화된(fited) 방정식의 미분이 영(zero)으로 설정된다. 위에서 계산된 가장 최적의 높이에서, 다른 슬라이스가 비-축(off-axis) 이미지의 동일한 초기 설정으로부터 생성된다. 이것이, 접합부의 표식을 분석하고 결함을 발견하기 위해 알고리즘이 처리하는 슬라이스이다. 본 발명의 상세한 설명을 참조한다면, 당업자는 다른 형태의 대상 영역을 위한 다른 표식 값들을 분명히 알 수 있을 것이다.
선택적으로, 위에서 계산된 바와 같이, 대상 영역내의 땜납의 양이 노이즈 높이 이하가 되는 Z 에서의 위치를 찾기 위해 합계치의 분포를 탐색할 수 있다. Z 에서의 이러한 위치는 일반적으로 패드/리드 계면(界面)의 높이에 대응할 것이다.
최적의 슬라이스를 성공적으로 결정할 수 있는 기회를 높이기 위해, 바람직하게 몇몇 비장애 앵커(unobstructed anchor) 장치가 규정된다. 그 비장애 앵커들에 의해 탐색 범위를 제한할 수 있고, 그에 따라 정확도 및 속도가 향상된다.
수직 슬라이싱
주어진 수평 슬라이스(u1, u2, u3,..,un)로부터 수직 슬라이스(v)를 구성하는 방법은 다음과 같다. 수평 슬라이스(u1, u2,..,un)는 다음과 같이 정해진다.즉,
이 때, i=슬라이스 번호이고, m 및 n 은 각 수평 슬라이스내의 열과 행이다. 수직 슬라이스(v)는 다음과 같이 정해진다. 즉,
이 때, z 는 수평 슬라이스 번호이고, u1[0][0], u2[0][0], u3[0][0],..., uz[0][0] 은 모든 슬라이스로부터의 대응 픽셀이다.
수직 슬라이스 정보가 합성되면, 그 정보는 결함을 탐지하기 위해 합성된다. 도 7 은 수직 슬라이스 이미징을 이용하는 바람직한 검사 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계와 관련하여, 예를 들어 수직 슬라이스 내의 표식들을 기초로 결함을 탐지하기 위해 BGA 접합부에 대해 사용될 수 있는 몇몇 바람직한 방법들을 이하에 설명하였다.
1. 개방 또는 들린(lifted) 볼/리드
도 4 를 참조하면, BGA 접합부내의 볼의 높이(h)의 측정치를 이용하여 볼이개방되어 있는지 또는 들려 있는지를 결정할 수 있다. 하나의 바람직한 방법은 다음과 같다. 사각형 윈도우가 접합부의 수직 슬라이스를 수직방향으로 가로질러 위치된다. 대상 영역내의 접합부의 프로파일(profile)이 결정된다. 하나의 열내에서 각각의 행내의 이 데이터는 평균되어 최종 프로파일 벡터(P)내의 지점으로 주어진다. 이러한 작업이 프로파일의 모든 열에 대해 행해진다. 그 후에, 최종 벡터를 사용하여 차분(difference) 벡터를 계산하며, 이 계산은 다음과 같다. 즉,
diff_vector = p[I]-p[I+2], 이때 I = 0,N 이고 N 은 프로파일의 열의 번호이다. 최대 및 최소 위치의 차이는 픽셀의 높이를 제공한다. 측정된 높이는 접합부의 양적인 평가를 위해 기준값과 비교될 수 있다. 리드의 각각의 위치는 최대 및 최소 위치 사이의 중간-지점을 계산함으로써 계산될 수 있다. 중간지점의 상대적인 위치들을 비교하면 결함이 있는 핀들이 나타난다.
2. 부적절한 필릿
리드 및 필릿의 여러 높이에서의 폭(w)의 측정은 필릿이 적절하게 형성되었는지를 결정하기 위해 실행된다. 이러한 것은, 납땜 접합부의 수직 슬라이스를 가로질러 사각형 윈도우를 위치시키고 그 위치에서 그 폭을 측정함으로써, 결정될 수 있다. 그 후에, 패드, 필릿 및 볼의 중간에 대응하는 지점들을 포함하는 Z-축을 따른 몇몇 지점들에서 이러한 것을 적절히 반복한다. 최대 폭 및 최소 폭은, 볼의 엣지에서의 필릿의 부족이 폭을 좁게 만드는 경우와 같이, 접합부가 결함을 가지는지의 여부를 나타낼 것이다.
3. 공극
공극의 위치 및 그 측정은 잘 조화되어 있다. 공극은 수직 슬라이스내에 용이하게 위치되고 그 크기는 픽셀 양으로 용이하게 측정된다. 공극을 탐지하기 위한 방법은 다음과 같다. 공극이 먼저 구획된다. 본 명세서에서, 구획은 각각이 그 이웃과 구별되는 어떠한 성질을 가지는 구획 또는 면적으로 대상 영역을 나누는 것을 의미한다. 이 경우에, 공극 면적은 이미지내에서 땜납 및/또는 볼을 나타내는 배경 보다 훨씬 밝게 나타난다. 공극 면적은 회색 강도(intensity)내에서 표시될 필요가 있다. 그 후에, 다음과 같이 구획된 면적의 연결성이 체크된다. 대상 픽셀을 둘러싸는 모든 픽셀들을 연결한다. 한 영역내의 픽셀 세트는, 그 영역내의 각각의 픽셀이 다른 모든 픽셀들과 연결된다면, 연결되었다고 할 수 있다. 연결되었다는 것은, 영역(S)내의 픽셀 세트에 속하는 픽셀(p)로부터 픽셀(q)로의 그리고 픽셀(q)로부터 픽셀(p)로의 경로가 존재한다면 영역(S)내에서 픽셀(p)과 픽셀(q)이 연결되었다는 것을 의미한다. 몇몇 경우에, 몇개의 공극을 발견할 수 있을 것이다. 이러한 각각의 공극들은 분석을 위해 분리되고 그리고 그 크기가 계산된다. 때때로, 접합부 주위의 영역이 공극을 따라 구획될 수 있다. 이러한 접합부 주위의 영역은 그 자체가 공극이 아니기 때문에 제외되어야 한다.
4. 경사진 장치
경사진 장치는, 수직 슬라이스에서 핀들을 장치(또는 임의의 핀들이나 모든 핀들)의 양단부에 위치시키고 간단한 삼각법 또는 회기법(regression)에 의해 그들 사이의 각도를 계산함으로써, 용이하게 측정될 수 있다.
경사진 장치를 식별하기 위한 바람직한 방법은 다음과 같다. 상기 2. 단락에 규정된 로케이터를 사용하여 접합부의 중심을 위치시킨다. 모든 대상 접합부의 중심이 위치되면, 전술한 바와 같이 동일한 로케이터에 의해 얻어진 x 및 y 위치와 함께 그 값들이 이하의 선형 방정식에 z-위치로서 제공된다. 즉,
z[I] = a*x[I]+b*y[I]+c,
이 때, I = 접합부 번호 1, N 이고; a,b,c 는 데이터로부터 정해지는 계수이며; x[I],y[I],z[I] 는 접합부의 X,Y,Z 에서의 위치이다.
(dz/dx) 및 (dz/dy)를 계산하면 장치의 경사값을 얻을 수 있다.
도 3 은 경사진 BGA 장치의 수직 슬라이스 이미지를 도시하며, 도 5 는 수직 슬라이스 이미지 데이터를 분석하는 다른 방법을 도시한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 경사진 장치는, 볼의 중심을 BGA 장치의 양 단부에 위치시키고 볼 중심의 Z-축 위치를 비교함으로써, 식별될 것이다.
5. 브릿지
두개의 접합부 사이에서 상이한 높이에 있는 브릿지의 위치는 수직 슬라이스에서 효과적으로 인식될 수 있다. 이러한 형태의 결함은, 만약 브릿지의 존재 또는 부존재에 대한 효과적인 결정을 위해 단지 몇개의 수평 슬라이스만을 검사하는 경우에, 놓치기 쉽다. 바람직한 방법은 다음과 같다. 수직 슬라이스 높이의 크기 및 폭의 피치(pitch) 정도의 사각형 윈도우가 접합부들 사이에 위치된다. 브릿지를 분리하기 위해 면적을 구획한다. 각 행의 모든 열들내의 구획된 픽셀의 개수가 계산된다. 만약 모든 행들이 양(>0)으로 계산되면, 두개의 접합부들은 브릿지로간주된다.
6. 불충분한/과다한 땜납
리드/필릿의 상이한 높이에서 땜납의 양을 계산하여 필릿의 품질을 결정할 수 있다. 이것은 불충분한 필릿을 결정하는데 도움을 준다. 바람직한 방법은 다음과 같다. 사각형 윈도우가 패드, 필릿 및 볼의 3개 위치에서 접합부를 가로질러 위치된다. 대상 영역이 추출된다. 땜납의 양은 다음에 의해 계산된다. 즉,
이때, i 는 픽셀의 강도(intensity)이고 h 는 픽셀의 도수분포도(histogram)이다.
추가적인 BGA 측정 기술
BGA 및 FCA 형 원형 부품에 대한 선호도가 증가함에 따라, 이러한 그리드 어레이(grid arrays)의 자동화된 검사에 관한 관심 역시 증가하고 있다. BGA 또는 FCA 의 특징을 구별하는 것 중 하나는 그 것들의 둥근 형상에 있다. 잘 형성된 BGA 접합부는 원형이다. 따라서, 예상되는 원으로부터의 BGA 또는 FCA 접합부 편차는 접합부의 양호함을 나타내는 경향이 있다. 도 9 는 BGA 접합부를 검사하는 바람직한 방법을 나타내는 흐름도이다. 다음은 그러한 접합부의 품질 평가를 위한 바람직한 방법을 설명한다.
1. BGA 접합부가 임의의 질량중심계(centroid-based)의 대략적인(rough) 로케이터에 의해 위치된다. 이러한 위치는 이하의 단계 2 를 위한 양호한 시작지점이 될 것이다. BGA 볼을 나타내는 픽셀들은 배경 화면(이 경우에는 예를 들어 회로 기판) 및 클러터(clutter) 또는 노이즈로부터 구획 또는 분리된다.
그 후에, 모든 구획된 픽셀들의 x-위치가 합계되고 N(N 은 구획 픽셀의 총 수이다)으로 나뉘어 진다.
그 후에, 모든 구획된 픽셀들의 y-위치가 합계되고 N(N 은 구획 픽셀의 총 수이다)으로 나뉘어 진다.
이미지내의 공극 또는 기타 생성물이 물체의 실제적인 중심으로부터의 상당한 벗어남을 유발하기 때문에, 이러한 접합부의 XY-위치는 충분할 정도로 양호하지 못하다. 그에 따라, 보다 양호한 위치를 얻기위해서는 정밀한 로케이터가 요구된다.
2. 정밀한 로케이터는 상기 문단(1)에서 발견된 위치를 보다 향상시키는데 사용된다. 이러한 위치는 볼내의 공극 또는 이미지내의 노이즈나 크러터에도 불구하고 양호하여야 한다. 바람직한 정밀 로케이터는 이하의 소프트웨어 부록(Software Appendix) 1 에 개시된 BGARefine 에 기술되어 있다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 로케이터 윈도우는 위치된 접합부 중심을 고려함으로써 위치된다. 로케이터 윈도우 오프셋은 볼의 지름을 기초로 계산된다. 볼의 중심을 통과하는 X-축을 따른 4 개의 위치에 있고 그리고 볼의 중심을 통과하는 Y-축을 따른 4 개의 위치에 있는 사각형 로케이터 윈도우들을 이용하여, 볼 엣지들이 위치된다. 8 개의 위치의 각각에서, 도 6 에서와 같이 볼의 각 측부상의 5 개 지점 미분 엣지 파인더(finder) 및 두 위치의 중심으로 결정된 중심을 이용하여, 볼 엣지가 탐지된다.
윈도우(5, 6, 7 및 8)로부터의 x-위치들이 평균되어 새로운 x-위치가 구해진다. 윈도우(1, 2, 3 및 4)로부터의 y-위치들이 평균되어 새로운 y-위치가 얻어진다. 새로운 x, y 위치는 볼의 중심이다.
5-지점 미분은 이하와 같이 정의된다. 즉,
상기 윈도우들 중 하나내의 모든 픽셀이 추출된다. x-방향 윈도우의 경우에, 임의의 특정 행에 대한 모든 열내의 모든 픽셀을 평균화함으로써 행 프로파일이 얻어진다. 이러한 것을 모든 행에 대해 실시하여 프로파일을 얻는다. 그 후에, 5-지점 미분이 다음과 같이 전체 프로파일에 적용된다. 즉,
OUT[i] = 2*(P[I+4]) + (P[I+3]-P[I+1]) 이때 (I=1, 프로파일의 크기)
3. 접합부가 정확하게 위치되면, BGA 지름이 4 이상의 서로 다른 각도에서 측정된다. 각도의 개수가 증가할 수록, 계산 시간이 늘어나게 되나, 품질 측정의 정확도가 증가하게 된다. 측정된 지름들이 기록된다. 볼의 실제 지름이 얻어진다. 측정된 지름의 예상 지름으로부터의 편차가 그 편차들의 제곱의 합계에 의해 구해진다. 다시 말해, 편차는
이 경우, D = 각 볼의 예상 지름
d[i] = (i=1, N) 경우의 측정 지름
N = 지름 측정의 수
상기에서 얻어진 값은 예상되는 이상적인 경우로부터의 필릿 형상의 편차로 인한 에러의 제곱의 합이다. 그 합이 작을 수록, 접합부가 양호한 것이다. "양호한" BGA 필릿은 0 에 가까운 값을 가질 것이며, "불량한" 필릿은 큰 값을 가질 것이다. 실제적인 분류는, "양호한" 및 "불량한" 접합부와 관련한 데이터의 분포로부터, 통계학적으로 결정될 것이다. 이러한 바람직한 실시예와 관련하여 추가적인 상세사항을 제공하기 위하여, 이러한 땜납 품질 측정을 위한 소프트웨어-기반 해결책의 실시예를 이하의 소프트웨어 부록 2 에 제공하였다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, BGA 접합부의 품질을 결정하기 위한 방법이 합성된 수평 슬라이스 이미지로부터의 데이터에 적용된다. 선택적으로, 그 방법을 단층면촬영술(laminography)과 같은 투과 방사능 기술을 이용하여 생성된 실제적인 슬라이스 이미지에 적용할 수 있다.
XY파인드: 정확한 수직 슬라이스를 찾는 방법
전술한 바와 같이, 단층합성(tomosynthesis)을 이용하여 상이한 초점 평면에서 물체를 가로지르는 수평 슬라이스 이미지를 합성할 수 있다. 수평 슬라이스 이미지에 포함된 이러한 데이터로부터, x-축을 따른 위치 또는 y-축을 따른 위치를 전환함으로써 대상 영역내에서 여러가지 상이한 수직 슬라이스 이미지를 생성할 수 있다. 수직 슬라이스를 생성하기 위한 정확한 위치를 찾기위한 바람직한 기술은다음 방법으로 설명될 수 있다.
XY파인드 방법은 접합부의 면적을 선택적으로 그러나 자동적으로 구획하고 정보를 이용하여 아래와 같이 땜납의 양을 계산한다. 즉,
각 수직 슬라이스 이미지에 대하여 합계 값이 계산된다. 샘플링 공식(샘플링 비율<=2*변화 빈도)에 따라 슬라이스의 샘플링이 실시되어야 한다. 합계치는 슬라이스에 대한 표식 값이다. 그 후에 이러한 표식 값들을 탐색하여 최적의 슬라이스 탐지를 위한 특정 패턴을 찾아낸다. 제 1 의 현저한 최대치는 가장 최적의 슬라이스의 대략적인 위치이다. 이 슬라이스의 표식 값 및 Z 내의 위치는 그 현저한 최대치 위의 하나의 슬라이스 및 아래의 하나의 슬라이스의 위치 및 값들과 함께 취해진다. 최소 제곱 적합도(least squares fit) 방법을 이용하여, 이차 방정식 모델이 데이터에 적용되고 미분을 제로(0)로 설정함으로써 그 최대치를 결정한다. 가장 최적의 X(또는 Y)에 대한 탐색 범위는 리드 폭이나 볼 지름 및 장치의 피치에 의해 한정된다. 이것은 접합부의 양 측부 또는 대상 접합부의 열을 탐색하기 위한 범위이다. 최적의 슬라이스 이미지를 성공적으로 결정할 수 있는 기회를 높이기 위해, 바람직하게 몇몇 비장애 앵커 장치가 규정된다. 그 비장애 앵커들에 의해 탐색 범위를 제한할 수 있고, 그에 따라 검사의 정확도 및 속도가 향상된다.
이상에서 특정 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 그러한 특정 실시예에의해 제한되는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 모든선택적인 실시예, 변형 실시예, 균등한 실시예들이 이하의 특허청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위내에 포함된다.

Claims (29)

  1. 수직 슬라이싱 이미지를 이용하는 검사 방법으로서:
    대상 물체의 통과하여 연장하는 다수의 수평 슬라이스 이미지에 대응하는 데이터를 획득하는 단계;
    상기 데이터로부터 수직 대상 영역을 정하는 단계; 및
    상기 수직 대상 영역내의 데이터를 기초로 수직 슬라이스 이미지를 구성하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 대상 영역을 정하는 단계는 상기 대상 영역을 통과하는 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계를 포함하는 검사 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 구성하는 단계는 상기 최적의 수평 슬라이스 이미지 위의 그리고 아래의 수평 슬라이스 이미지로부터 수직 슬라이스 이미지를 합성하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는, 2 이상의 수평 슬라이스 이미지에 대하여, 2 이상의 수평 슬라이스 이미지 각각의 땜납 양을 계산하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는 계산된 땜납 양의 분포를 검토하는 단계를 추가로 포함하는 검사 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는 상기 수평 슬라이스 이미지내에 하나 이상의 앵커 장치를 규정하는 검사 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 대상 영역을 정하는 단계는 최적의 수직 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계를 포함하는 검사 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 최적의 수직 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는, 2 이상의 수직 슬라이스 이미지에 대해, 2 이상의 수직 슬라이스 이미지 각각의 땜납 양을 계산하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 최적의 수직 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는 계산된 땜납 양의 분포를 검토하는 단계를 추가로 포함하는 검사 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 획득 단계는:
    대상 물체에 투과 방사선을 가하는 단계; 및
    대상 물체를 통과한 방사선을 탐지하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  11. 수직 슬라이스 이미지를 이용하는 검사 방법으로서:
    대상 물체의 통과하여 연장하는 다수의 수평 슬라이스 이미지에 대응하는 데이터를 획득하는 단계;
    상기 데이터로부터 수직 대상 영역을 정하는 단계;
    상기 수직 대상 영역내의 데이터를 기초로 수직 슬라이스 이미지를 구성하는 단계; 및
    결함의 존재 여부를 결정하기 위해 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 BGA 접합부가 들렸는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 BGA 접합부가 들렸는지의 여부를 결정하는 단계는:
    상기 BGA 접합부의 높이 측정치를 결정하는 단계; 및
    상기 높이를 기준치와 비교하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 BGA 접합부가 들렸는지의 여부를 결정하는 단계는:
    다수의 인접 BGA 접합부들에 대한 중간지점을 계산하는 단계; 및
    2 이상의 계산된 중간지점을 서로 비교하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 납땜 필릿이 적절하게 형성되었는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 공극이 존재하는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 공극이 존재하는 경우에 상기 공극의 크기를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 검사 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 장치가 경사졌는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 브릿지가 존재하는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 수직 슬라이스 이미지를 분석하는 단계는 땜납의 양이 불충분한지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  21. BGA 접합부를 검사하는 방법으로서:
    상기 BGA 접합부의 위치를 찾는 단계;
    정밀 로케이터를 이용하여 위치를 개선하는 단계;
    미리 정해진 각도들에서 상기 BGA 접합부를 통한 다수의 지름을 슬라이스 이미지내에서 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 지름을 예상 지름과 비교하는 법칙을 적용하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 다수의 지름은 BGA 접합부의 위치된 중심에서 측정되는 검사 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 BGA 접합부의 위치를 찾는 단계는 질량중심계의 대략적인(rough) 로케이터를 슬라이스 이미지에 적용하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 정밀 로케이터는:
    상기 BGA 접합부상에 다수의 로케이터 윈도우를 적용하는 단계;
    로케이터 윈도우내에 2 개의 볼 엣지를 위치시키는 단계; 그리고
    상기 2 개의 볼 엣지 사이의 중간지점을 결정하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 로케이터 윈도우내에 2 개의 볼 엣지를 위치시키는단계는 상기 BGA 접합부의 양측상에 미분 엣지 파인더를 적용하는 단계를 포함하는 검사 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 로케이터 윈도우내에 2 개의 볼 엣지를 위치시키는 단계는 다수의 로케이터 윈도우 각각에 대하여 반복되는 검사 방법.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 법칙은
    , 이 때 D 는 예상 지름이고, d[i] 는 측정 지름인,
    형식으로 합계를 계산하는 검사 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 법칙은 상기 합계를 기준치와 비교하는 것을 포함하는 검사 방법.
  29. 대상 영역을 검사하는 방법으로서:
    대상 물체를 통과하여 연장하는 다수의 수평 슬라이스 이미지에 대응하는 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 다수의 수평 슬라이스 이미지로부터 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계를 포함하며;
    상기 최적의 수평 슬라이스 이미지를 위치시키는 단계는, 2 이상의 수평 슬라이스 이미지에 대해, 2 이상의 수평 슬라이스 이미지의 각각 내에서 땜납의 양을 계산하는 단계 및, 계산된 땜납의 양의 분포를 검토하는 단계를 포함하는 검사 방법.
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