KR20110001445U - The development equipment of auto surface defect machine vision and using methods of semiconductor BGA - Google Patents

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Abstract

정보통신이 발달할수록 이에 따른 통신시스템도 이에 맞추어 발전해야한다.또한 시스템의 소형화와 경량화로 가는 추세이다. 본 발명품은 정보통신기기에서 필수적으로 필요한 반도체 소자들 중에서 시스템의 소형화를 위해 반도체의 리드 프레임 대신 반도체의 bottom에 ball을 사용하여 형성된 반도체 부품 중 볼의 상태를 자동검사하여 이의 불량 여부를 Machine Vision 에 서 자동검출하여 불량을 체크 하여 분류하는 장비이다.본 발명품은 반도체 BGA소자 부품을 자동으로 검사하여 제조라인에서 품질을 실시간 으 로 검사하여 불량률의 원인규명과 품질향상에 기여하며 생산성을 높이는 것이 목적이다.본 시스템의 구성은 머신 비전 시스템과 검사 방법 및 검사알고리즘 그리고 불량을 분류하는 시스템으로 구성된다.As information and communication develops, communication systems must develop accordingly, and the trend toward miniaturization and lightening of the system is increasing. The present invention automatically checks the state of the ball among the semiconductor parts formed by using the ball at the bottom of the semiconductor instead of the lead frame of the semiconductor to miniaturize the system among the semiconductor devices essential for information and communication equipment, and checks whether the defect is in Machine Vision. This invention is an equipment that automatically inspects and classifies defects. The present invention automatically inspects semiconductor BGA device components and inspects the quality in real time in the manufacturing line, contributing to the identification of the cause of defect rate and improvement of quality and improving productivity. The system consists of machine vision system, inspection method, inspection algorithm and system to classify defects.

본 시스템의 구성은 BGA 검사를 위한 1대의 Line Scan CCD Camera, Frame Grabber, Image Processing을 위한 컴퓨터, 조명장치 등의 하드웨어와 소프트웨어 및 Riview검사를 위한 1대의 Area Scan CCD Camera, Frame Grabber, Image Processing을 위한 컴퓨터, 조명장치 등의 하드웨어와 소프트웨어 로 구성되어 있다. 우선 대상물체의 영상을 촬영하는 장치로서, 영상 자료는 Image Frame Grabber를 통해 컴퓨터의 메모리까지 전송된다. CCD Camera는 Camera Body, 신호용 케이블, 렌즈 등으로 구성되어 있다. CCD Camera에 저장된 영상 자료를 전송받는 장치로서, CCD 카메라의 구동 및 인터페이스 등도 담당하게 된다. 본 시스템에서 사용하는 Frame Grabber는 카메라 인터페이스, 이미지 메모리와 PCI 버스 인터페이스 등 세 부분으로 구성되어 있다. 기구 부 는 부품을 원활하게 하고 정확한 검사 시스템 위로 이송하기 위한 이송 메커니즘, 최적의 검사 환경을 위한 광학 메커니즘 및 조명 제어를 위한 하우징 으 로 이루어지며 광학부는 부품의 이미지를 얻기 위한 카메라 및 렌즈, 특수 조명 및 광학 필터로 구성된다. 제어반은 검사 대상의 위치를 보정 하기 위한 모션 제어부 및 근접 센서, 조명 제어부, 검사 프로그램을 구동하기 위한 호스트 컴퓨터와 주변 장비에 출력을 주고 불량 부품에 대한 리포트를 담당하는 PLC 및 기타 전기, 전자 시스템으로 이루어져 있다.검사 소프트웨어는 메인 컴퓨터에 탑재된 Windows XP의 O/S에서 구동 되며, 주변 장치를 제어하고 검사를 수행하며 검사 항목 및 파라미터 설정뿐만 아니라 BGA에 대한 이미지를 저장하는 핵심적인 역할을 한다.This system consists of one line scan CCD camera for BGA inspection, frame grabber, computer and lighting equipment for image processing, and one area scan CCD camera, frame grabber and image processing for Riview inspection. It consists of hardware and software such as computer and lighting equipment. Firstly, it is a device that captures the image of the object, and the image data is transferred to the computer's memory through the image frame grabber. CCD camera consists of camera body, signal cable and lens. It is a device that receives the image data stored in the CCD camera, and is in charge of driving and interface of the CCD camera. The frame grabber used in this system consists of three parts: camera interface, image memory and PCI bus interface. The instrument part consists of a transport mechanism to smooth the part and transport it onto the correct inspection system, an optical mechanism for the optimal inspection environment, and a housing for light control. And an optical filter. The control panel is a PLC and other electrical and electronic systems that provide outputs to the motion controller, proximity sensor, lighting controller, host computer and peripheral equipment for driving inspection programs, and reports on defective parts. The inspection software runs on Windows XP's O / S on the main computer, and plays a key role in controlling peripherals, conducting inspections, setting inspection items and parameters, as well as storing images for the BGA.

BGA Inspection Vision System, 반도체부품검사장비,LCD부품검사장비,전기부품검사장비,전자부품검사장비,기계부품검사장비. BGA Inspection Vision System, Semiconductor Component Inspection Equipment, LCD Component Inspection Equipment, Electrical Component Inspection Equipment, Electronic Component Inspection Equipment, Mechanical Component Inspection Equipment.

Description

반도체부품 비지에이 소자 자동검사장비 및 그사용법{The development equipment of auto surface defect machine vision and using methods of semiconductor BGA}The development equipment of auto surface defect machine vision and using methods of semiconductor BGA}

본 검사기술분야는 가전 및 통신 기기 등에 필수적으로 장착 되는 반도체 부품소자로서 생산시에 육안으로는 불량 여부를 식별할 수 없으며 현미경을 통해 10배 이상으로 확대 및 공정상에서 흘러가면서 자동검사를 해야한다. 본 검사장치는 BGA 외관의 품질상태를 자동으로 검사하는 중요한 장치로서 정확한 불량검사가 요구되며, 신속 정확하게 처리되는 것이 필요하다. 또한 본 발명 검사장비 구성은 [대표도] 와 같이 크게 구분하면, 제품을 정렬로 비젼부 에 투입하는 Feeder부, Escape 및 transfer 부, 기구부, 검사부 및 조명,광학부, 제어반 및 검사 소프트웨어 부, 구동 motor부로 이루어져 있다. 기구부 는 BGA의 이동 및 정렬을 원활하게 하고 정확한 검사 시스템 위로 이송하기 위한 이송 메커니즘, 최적의 검사 환경을 위한 광학 메커니즘 및 조명 제어를 위한 하우징으로 이루어지며 광학부는 선명한 이미지를 얻기 위한 카메라 및 렌즈, 고휘도 LED특수 조명 및 광학 필터로 구성된다. 또한 검사부는1set의 Line scan camera 를 사용해야되며 불량 발생시 BGA 의 재생을 목적으로 Review 및 불량부분을 확대해서 볼 때에는 1Set의 Area camera를 사용한다. 검사조건은 전수검사용으로 개발되었다. 그리고 BGA 의 자동검사 방법은 다음과 같다. This inspection technology field is a semiconductor component element that is essential for home appliances and communication equipments, and it cannot be identified by the naked eye during production, and it must be expanded by 10 times or more through a microscope and perform automatic inspection as it flows in the process. This inspection device is an important device that automatically inspects the quality of the appearance of the BGA. Accurate defect inspection is required and needs to be processed quickly and accurately. In addition, the configuration of the inspection equipment of the present invention is largely divided as shown in the [representative diagram], the feeder part, the escape part and the transfer part, the instrument part, the inspection part and the lighting, the optical part, the control panel and the inspection software part, the driving unit to put the product into the vision part by alignment. It consists of a motor part. The mechanism consists of a transport mechanism for smoothing and aligning the BGA and transporting it over the correct inspection system, an optical mechanism for optimal inspection environment, and a housing for light control.The optics includes a camera and lens to obtain clear images, high brightness It consists of LED special lighting and optical filter. In addition, the inspection unit should use one set of line scan cameras and use one set of area cameras to enlarge the review and defective parts for the purpose of BGA regeneration in case of failure. Inspection conditions were developed for full inspection. And the automatic inspection of BGA is as follows.

-. 공정 최종단계의 Conveyor에서 배출되는 BGA를 검사기로 인입시킨다-. BGA from the conveyor at the end of the process is introduced into the tester

-. 인입된 BGA는 진행하는 상황에서 Ball 위면 을 촬영하여 검사한다.-. The incoming BGA is photographed and inspected from above the ball in the ongoing situation.

-. 각 검사 마다 BGA의 불량 유,무를 판별한다.-. For each inspection, it is determined whether or not the BGA is defective.

-. 양품의 경우 양품 Cassete로 적재되도록 한다.-. In the case of good products, make sure to load them into good cassete.

-. 불량품의 경우 불량품 Cassete 로 적재되도록 한다.-. In case of defective product, load it into defective product cassette.

-. 상기의 처리는 0.8 ~ 1.0 sec/1pcs 내에 완료된다.-. The above process is completed in 0.8 ~ 1.0 sec / 1pcs.

-. 검과 결과 및 통계를 Display 한다.따라서 본 장치는 생산공정상에서 자동화 기술을 채택한 분야의 일환으로써 로봇기술을 이용한 검사장비이며 영상인식 처리 기술과 정밀제어기술 그리고 정밀 광학기술,기계설계기술이 필요한 분야이다.-. It displays the inspection results and statistics. Therefore, this device is an inspection equipment using robot technology as part of the field that adopts the automation technology in the production process, and the field that requires image recognition processing technology, precision control technology, precision optical technology, and mechanical design technology. to be.

[문헌1] D.A. Belsley,E.kuh,and R.E. Welsch, Regression Diagnosticx, John [Document 1] D.A. Belsley, E. kuh, and R.E. Welsch, Regression Diagnosticx, John

Wiley & Sons,1980        Wiley & Sons, 1980

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TFT-LCD flat panel monitors," Hewlett - Packard. 2004        TFT-LCD flat panel monitors, "Hewlett-Packard. 2004

[문헌3] Image processing, Craig A.Lindly [Image 3] Image processing, Craig A.Lindly

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[문헌5] Laser Focus World ,A PennWell Publication[5] Laser Focus World, A PennWell Publication

[문헌6] The design world of motor's parts[6] The design world of motor's parts

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the IEEE,vol82,no.4,pp499-509,Apr.1994 the IEEE, vol82, no.4, pp 499-509, Apr. 1994

본 검사기술분야는 가전 및 통신 기기 등에 필수적으로 장착되는 반도체 부품소자로서 생산시에 육안으로는 불량 여부를 식별할 수 없으며 현미경을 통해 10배 이상으로 확대해서 만이 검사가 가능 한 분야이다. 따라서 로봇기술을 이용한 검사장비로서 영상인식처리 기술과 정밀제어기술 그리고 정밀 광학기술,기계설계기술이 필요한 분야이다. 다음으로 장비 각 세부구성에 대한 것은 다음과 같다. 본 시스템은 [대표도]와 같이 BGA를 정렬로 비젼부 에 투입하는 Feeder부, transfer부, 기구부, 검사부 및 조명 및 광학부, 제어반 및 검사 소프트웨어부, 구동 motor부 로 이루어져 있다. 우선 Feeder부는 적재된 BGA 하나하나를 100PPM이상으로 정열 하여 Escape에 공급한다. 그런 다음 Transfer 는 Escape에 정열된 BGA 를 비젼부 의 stage에 올려놓는 역할을 하며, 또한 기구부 는 BGA 의 흐름을 원활하게 하고 정확한 검사 시스템 위로 이송하기 위한 이송 메커니즘, 최적의 검사 환경을 위한 광학 메커니즘 및 조명 제어를 위한 하우징 으 로 이루어지며, 조명 및 광학부는 BGA 의 이미지를 얻기 위한 1Set의 Line Scan카메라 및 렌즈, 고휘도 LED특수 조명 및 광학 필터로 구성된다. 제어파트는 모션 제어부 및 근접 센서, 조명 제어부, 검사 프로그램을 구동하기 위한 호스트 컴퓨터와 주변 장비에 출력을 주고 불량 부품에 대한 리포트를 담당하는 PLC 및 기타 전기, 전자 시스템으로 개발 되였으며 아래 그림은 제어보드 블록도와 흐름도를 나타낸 것으로 그 기능에 관한 것을 나타냈다. This inspection technology field is a semiconductor component element, which is essentially installed in home appliances and communication devices, and cannot be identified by the naked eye at the time of production, and is only a field that can be inspected by expanding more than 10 times through a microscope. Therefore, it is a field that needs image recognition processing technology, precision control technology, precision optical technology, and mechanical design technology as inspection equipment using robot technology. Next, the detailed configuration of each equipment is as follows. This system is composed of feeder part, transfer part, instrument part, inspection part and lighting and optics part, control panel and inspection software part and driving motor part as shown in [representative diagram]. First, the feeder unit arranges each loaded BGA to over 100PPM and supplies it to Escape. Transfer then places EGA aligned BGAs on the stage of the vision section, and the mechanism section provides a transfer mechanism to smooth the flow of the BGA and transfer it onto the correct inspection system, an optical mechanism for an optimal inspection environment, and It consists of a housing for lighting control. The lighting and optics consists of a set of line scan cameras and lenses, high-brightness LED special lighting and optical filters to obtain BGA images. The control part was developed as a PLC and other electrical and electronic systems that output power to the host computer and peripheral equipment for driving the motion control unit, proximity sensor, lighting control unit, inspection program, and report the defective parts. The board block diagram and the flow chart are shown to illustrate the function.

Figure 112009047790763-UTM00002
Figure 112009047790763-UTM00002

반도체 부품 소자 BGA의 검사 시스템의 시작은 검사 소프트웨어에서 시작을 하는데, 사용자가 검사 대상 및 검사 파라미터를 조절하여 검사의 판단 정도를 설정하고 검사를 시작한다. 이송 메커니즘은 반도체 부품 소자 BGA의 흐름을 자동으로 감지하고 작동하면서, 반도체 부품 소자 BGA 는 카메라와 광학부가 있는 검사 위치에 도달하면 조명과 카메라가 동작하여 반도체 부품 소자 BGA 의 이미지를 얻게 되고 이를 메인 컴퓨터에서 전송받아 검사를 수행하여 불량인지 정상인지를 판 단하게 된다. Frame Grabber은 Machine Vision application 프로그램에서 이미지 획득을 위한 Plug-n-play Board로서 Frame Grabber와 연결된 카메라를 여러 Trigger, Strobe와 asynchronous reset option들과 쉽게 인터페이스 시킬 수 있으며, 외부 이벤트에 대한 조종 및 모니터 링을 위한 I/O 기능이 있다. Frame Grabber는 Camera Interface, Image memory, PCI-bus Interface등의 3개의 주요 부분으로 구성되며, Connector Pin-Out은 15-pin / 26-pin두개의 비디오 커넥터와 디지털 I/O 포트로 구성된다.1. 전원 단자, 2. 카메라 펄스 단자, 3. 조명 펄스 단자 4. 모터 드라이버 단자, 5. Limit 센서 단자The inspection system of the semiconductor component device BGA is started by inspection software, and the user adjusts the inspection object and inspection parameters to set the degree of judgment of the inspection and start the inspection. The transfer mechanism automatically detects and operates the flow of the semiconductor component BGA, and when the semiconductor component BGA reaches the inspection position with the camera and the optics, the lighting and the camera operate to obtain an image of the semiconductor component BGA, which is the main computer. It checks whether it is bad or normal by receiving the test. Frame Grabber is a plug-n-play board for acquiring images in Machine Vision application program. It can easily interface the camera connected with Frame Grabber with various trigger, strobe and asynchronous reset options, and control and monitor external events. There is an I / O function. Frame Grabber consists of three main parts: Camera Interface, Image Memory and PCI-bus Interface. Connector Pin-Out consists of two 15-pin / 26-pin video connectors and digital I / O ports. . Power terminal, 2. camera pulse terminal, 3. lighting pulse terminal 4. motor driver terminal, 5. limit sensor terminal

그러면 단자별 기능에 대해 간략히 요약하면 다음과 같다. The following briefly summarizes the function of each terminal.

1) MCU : PC와 시리얼 통신을 해서 받은 명령을 실행 하는 매개체. 1) MCU: A medium that executes commands received through serial communication with a PC.

2) 전원부 : 전자 부품에 필요한 전압, 전류를 인가하는 회로. 2) Power supply unit: Circuit that applies voltage and current required for electronic parts.

3) 모터 구동부 및 조명 :모터를 구동하기 위한 펄스와 구동 방향 신호를 3) Motor drive part and lighting: pulse and driving direction signal for driving motor

만들어 주는 회로 및 조명 신호 인가.     Make circuit and lighting signal applied.

4) 펄스 생성부 : X-Y Stage가 이동하면서 검사 물을 찍을 수 있게 카메라에  4) Pulse generator: The camera can be used to take a test object while the X-Y Stage is moving.

펄스를 주는 회로.    Circuit giving a pulse.

5) 센서 구동부 : 검사 물의 유무 판정하는 회로.  5) Sensor drive unit: Circuit to determine the presence or absence of the inspection object.

Figure 112009047790763-UTM00003
Figure 112009047790763-UTM00003

불량이 검출될 경우 메인 컴퓨터는 PLC에 불량출력 신호를 보내어 사용자가 불량을 인지할 수 있도록 외부로 출력신호를 내보냄과 동시에 Ejecting 메커니즘에 신호를 보내어 불량품을 Eject하게 한다. 사용자는 외부출력의 신호를 모니터 링 하면서 필요 시 검사 설정에 관한 매개변수를 변경하거나 검사 정도를 조절하는 추가 작업을 수행할 수 있게 설계되었다.When a defect is detected, the main computer sends a defective output signal to the PLC to send out an output signal to the user so that the user can recognize the defect, and at the same time, sends a signal to the ejecting mechanism to eject the defective product. It is designed to allow the user to monitor the signal from the external outputs and perform additional tasks such as changing parameters or adjusting the test settings as required.

1. BGA 검사부1. BGA Inspection Department

(1) Line scan CCD camera, 8K ----------1 set(1) Line scan CCD camera, 8K ---------- 1 set

(2) magnification lens-----------------1 set(2) magnification lens ----------------- 1 set

(3) Front Ring LED light --------------1 unit(3) Front Ring LED light -------------- 1 unit

(4) frame grabber board ---------------1 set(4) frame grabber board --------------- 1 set

(5) fixtures for camera and light------1 unit(5) fixtures for camera and light ------ 1 unit

2. BGA 재 검사부2. BGA Reinspection Department

(1) Area scan CCD camera, 1K ----------1 set(1) Area scan CCD camera, 1K ---------- 1 set

(2) magnification lens(x30)------------1 set(2) magnification lens (x30) ------------ 1 set

(3) light -----------------------------1 unit(3) light ----------------------------- 1 unit

(4) frame grabber board ---------------1 set(4) frame grabber board --------------- 1 set

(5) fixtures for camera and light------1 unit(5) fixtures for camera and light ------ 1 unit

3. System control unit3. System control unit

(1) MCU Part(1) MCU Part

(2) RS-232C 시리얼 통신으로 PC 에서 제어(2) Control from PC with RS-232C serial communication

(3) Camera Trigger Signal 발생(3) Camera Trigger Signal Generation

(4) PC에 Image를 전달(4) Deliver Image to PC

(5) PC에서 Vision system과 logistic system, sensor 등을 통합(5) Integrate vision system, logistic system, sensor, etc. in PC

제어    Control

4. Personal Computer4. Personal Computer

(1) PC for BGA inspection & Review---------2 set(1) PC for BGA inspection & Review --------- 2 set

master PC and Sleeve PC   master PC and Sleeve PC

(2) PC for Reinspection------------1 set(2) PC for Reinspection ------------ 1 set

5. Logistic System5. Logistic System

(1) frame--------------------------1 unit(1) frame -------------------------- 1 unit

(2) aligning unit------------------1 unit(2) aligning unit ------------------ 1 unit

(3) 불량 main 검출용 컨베이어------1 unit(3) Defective main detection conveyor ------ 1 unit

(4) Extra 컨베이어-----------------1 unit(4) Extra conveyor ----------------- 1 unit

(5) 불량 제품 분리 장치------------1 식(5) defective product separation device ------------ 1

(6) 기타 불량 제품 분리 장치-------1 식(6) other defective products separation device ------- 1

(7) sensors------------------------1 unit(7) sensors ------------------------ 1 unit

6. Image processing software6. Image processing software

(1) image processing algorithm-----2 units(1) image processing algorithm ----- 2 units

(2) GUI -----------------1 unit(2) GUI ----------------- 1 unit

7. General7. General

1.Descriptions of Objects to Be Inspected1.Descriptions of Objects to Be Inspected

(1) Objects : Defect for BGA (1) Objects: Defect for BGA

(2) Conveyor Line Speed: 60meter/min(2) Conveyor Line Speed: 60meter / min

(3) 검사 Tact time 및 속도:(3) Inspection Tact time and speed:

- Inspection time : 20~60 ms-Inspection time: 20 ~ 60 ms

- Inspection accuracy :0.2~03Mil-Inspection accuracy: 0.2 ~ 03Mil

(4).검사 피사체의 검사 항목: (4). Inspection item of the inspection subject:

- Ball Presence : Missing Ball,Double ball,Extra ball-Ball Presence: Missing Ball, Double ball, Extra ball

- Ball Position :10um (0.5Mil)-Ball Position: 10um (0.5Mil)

- Ball Pitch :10um (0.5Mil-Ball Pitch: 10um (0.5Mil

- Ball Size : Large Ball,Snall Ball 10um(0.5mil)-Ball Size: Large Ball, Snall Ball 10um (0.5mil)

- Ball Quality :Circularity-Ball Quality: Circularity

- Package Surface :Reject Mark-Package Surface: Reject Mark

- Package Dimension :12um(0.5Mil)-Package Dimension: 12um (0.5Mil)

- Miss Align :12um(0.5Mil) -Miss Align: 12um (0.5Mil)

(5) Rosolution: 5um (5) Rosolution: 5um

(6) Detection Capability: 5um defects or larger(6) Detection Capability: 5um defects or larger

본 개발시스템은 반도체 부품 소자 BGA 의 부품을 검사하고 검사 결과를 사용자에게 리포트 하며 불량품을 분리해 내기 위한 머신 비전 시스템의 구성과 검사 방법 그리고 사양에 관한 것이다.최적의 검사 환경을 위한 광학 메커니즘 및 조명 제어를 위한 하우징 으 로 이루어지며 조명과 카메라가 동작하여 반도체 부품 소자 BGA 의 이미지를 얻게 되고 이를 메인 컴퓨터에서 전송받아 검사를 수행하여 불량인지 정상인지를 판단하게 된다.불량이 검출될 경우 메인 컴퓨터는 PLC에 불량출력 신호를 보내어 사용자가 불량을 인지할 수 있도록 외부로 출력 신호를 사용자는 외부출력의 신호를 모니터링 하면서 필요 시 검사 설정에 관한 매개변수를 변경하거 나 검사 정도를 조절하는 추가 작업을 수행할 수 있다. 내보냄과 동시에 Ejecting 메커니즘에 신호를 보내어 불량품을 Eject하게 한다.따라서 본 발명품은 반도체 BGA 소자 부품을 자동으로 검사하여 제조라인에서 품질을 실시간으로 검사하여 불량률의 원인규명과 품질향상에 기여하며 생산성을 높이는 효과가 있으며,불량이 검출될 경우 메인 컴퓨터는 PLC에 불량출력 신호를 보내어 사용자가 불량을 인지할 수 있도록 외부로 출력신호를 내보냄과 동시에 Ejecting 메커니즘에 신호를 보내어 불량품을 자동으로 Eject하는 효과가 있다. 또한 사용자는 필요 시 검사 설정에 관한 매개변수를 변경하거나 검사 정도를 조절할 수 있도록 개발되어 종래의 단순 기능대비 훨씬 유연하고 편리하도록 설계되어 궁극적으로는 불량률을 감소시켜 품질향상과 생산성 향상에 기여되도록 개발되었다.This development system is concerned with the construction, inspection method and specification of machine vision system for inspecting the components of semiconductor component BGA, reporting inspection results to users, and separating defects. Optical mechanism and lighting for optimal inspection environment It is composed of a housing for control, and the lighting and the camera are operated to obtain an image of the semiconductor component device BGA, and it is transmitted from the main computer to perform an inspection to determine whether it is defective or normal. Send the output signal to PLC so that the user can recognize the defect. Output signal is sent to the user. The user monitors the signal from the external output, and if necessary, changes the parameters related to the inspection setting or adjusts the inspection degree. can do. At the same time, it sends out a signal to the ejecting mechanism to inject the defective product. Therefore, the present invention automatically inspects the semiconductor BGA device parts and inspects the quality in real time in the manufacturing line, contributing to the identification of the cause of the defective rate and improvement of quality and improving productivity. If a defect is detected, the main computer sends a bad output signal to the PLC to send out an output signal to the user so that the user can recognize the defect, and at the same time, sends a signal to the ejecting mechanism to automatically eject the defective product. . In addition, the user can change the parameters related to the inspection setting or adjust the inspection degree if necessary, and is designed to be more flexible and convenient than the conventional simple function, and ultimately reduce the defective rate to contribute to the improvement of quality and productivity. It became.

Figure 112009047790763-UTM00004
Figure 112009047790763-UTM00004

본 발명품은 종래의 문제점인 정렬 및 검사과정에서 오염이 안되게 설계하였으며 검사속도를 종래방식 대비 전체 처리 시간을 약 2배 이상 단축시켰고, 검사정밀도 즉 검사 수율은 기존대비 약 3배 향상시켰으며 다음과 같이 개발되었다.The present invention is designed to prevent contamination during the alignment and inspection process, which is a conventional problem, and the inspection speed is reduced by about two times or more compared to the conventional method, and the inspection accuracy, that is, the inspection yield is improved by three times compared with the conventional method. Developed together.

본 발명품은 반도체 BGA 소자 부품을 검사하고 검사 결과를 사용자에게 리포트하며 불량품을 분리해 내기 위한 머신비전 시스템의 구성과 검사 방법 그리고 사양에 관한 것이다. 본 Vision System은 BGA검사를 위한 1대의 Line Scan CCD Camera, Frame Grabber, Image Processing을 위한 컴퓨터, 조명장치 등의 하드웨어와 소프트웨어및 Review검사를 위한 1대의 Area Scan CCD Camera, Frame Grabber, Image Processing을 위한 컴퓨터, 조명장치 등의 하드웨어와 소프트웨어로 구성되어 있 다.본 시스템의 사용자는 모니터, 마우스, 키보드를 이용하여 운영하며, 사용자가 쉽고 간편하게 운용할 수 있도록 버튼식 메뉴와 Wizard 방식을 채택하였다. 본 시스템은 카메라 부, Frame Grabber 부,광학부, 제어반 및 검사 소프트웨어 4개 모듈 및 기구부 로 개발되었다. The present invention relates to the construction, inspection method, and specification of a machine vision system for inspecting semiconductor BGA device components, reporting inspection results to users, and isolating defective products. This vision system includes one line scan CCD camera for BGA inspection, a frame grabber, computer for image processing, hardware and software for lighting, and one area scan CCD camera for frame inspection, image processing for review inspection. It consists of hardware and software such as computer and lighting equipment. The user of this system is operated by using monitor, mouse, and keyboard, and it adopts button type menu and Wizard method so that user can operate easily and conveniently. The system was developed with a camera unit, a frame grabber unit, an optics unit, a control panel, and four modules and instrumentation units.

- 디지탈 CCD 카메라는 대상물체의 영상을 촬영하는 장치로서, 영상 자료는 Image Frame Grabber를 통해 컴퓨터의 메모리까지 전송된다. CCD Camera는 Camera Body, 신호용 케이블, 렌즈 등으로 구성되어 있다. - a digital CCD camera is an apparatus for recording an image of the object, image data is transferred to the memory of the computer via the Image Frame Grabber. CCD camera consists of camera body, signal cable and lens.

- Frame Grabber 는 CCD Camera에 저장된 영상 자료를 전송받는 장치로서, CCD 카메라의 구동 및 인터페이스 등도 담당하게 된다. 본 시스템에서 사용하는 Frame Grabber는 카메라 인터페이스, 이미지 메모리와 PCI 버스 인터페이스 등 세 부분으로 구성되어 있다. - Frame Grabber is a device subject to transmit image data stored in the CCD Camera, is also in charge of driving and interface of the CCD camera. The frame grabber used in this system consists of three parts: camera interface, image memory and PCI bus interface.

- 조명장치 는 검사 대상 및 항목에 따라 적절한 조명장치가 사용되며, 본 시스템의 조명 장치는 Top 조명으로서 Red LED Light, Source와 Bracket으로 구성된다. Review 조명장치 는 Top 조명으로서 Red LED Light 과 Half Mirror 조명으로 구성된다. - lighting devices Appropriate lighting equipment is used according to the inspection object and item, and the lighting equipment of this system is composed of red LED light, source and bracket as top lighting. The review lighting device is a top light and consists of a red LED light and a half mirror light.

- 제어 장치는 모션 제어부 및 근접 센서, 조명 제어부, 검사 프로그램을 구동하기 위한 호스트 컴퓨터와 주변 장비에 출력을 주고 불량 부품에 대한 리포트를 담당 하는 PLC 및 기타 전기, 전자 시스템으로 개발됐다. The control unit was developed as a PLC and other electrical and electronic systems that provide output to the host computer and peripheral equipment for driving motion control, proximity sensors, lighting controls, inspection programs and reports on defective parts.

- 소프트웨어 부문 는 검사 프로그램의 BGA 이미지를 얻기 위한 프레임 그래버, PLC에 검사 결과 신호를 보내주는 디지털 I/O와 같은 하드웨어 인터페이스 모듈과 사용자와의 인터페이스 및 검사 상태를 디스플레이하기 위한 UI 모듈, 검사 항목의 선택 및 검사 환경 설정을 위한 검사 설정 모듈, 이미지의 분석 및 처리, 계측 등을 담당하는 커널 모듈로 개발됐다. 본 개발시스템의 검사성능과 검사항목 등은 다음과 같다.The software sector consists of a hardware interface module, such as a frame grabber for obtaining a BGA image of the inspection program, a digital I / O that sends the inspection result signal to the PLC, and a UI module for displaying the interface and inspection status with the user. It is developed as a test setup module for selection and test configuration, and a kernel module for analyzing, processing, and measuring images. The inspection performance and inspection items of this development system are as follows.

1. 검사 Tact time 및 속도: 1. Inspection Tact time and speed:

- Inspection time : 20~60 ms-Inspection time: 20 ~ 60 ms

- Inspection accuracy :0.2~03Mil-Inspection accuracy: 0.2 ~ 03Mil

2.검사 피사체의 검사 항목:  2. Inspection item of inspection subject:

- Ball Presence : Missing Ball,Double ball,Extra ball-Ball Presence: Missing Ball, Double ball, Extra ball

- Ball Position :10um (0.5Mil)-Ball Position: 10um (0.5Mil)

- Ball Pitch :10um (0.5Mil-Ball Pitch: 10um (0.5Mil

- Ball Size : Large Ball,Snall Ball 10um(0.5mil)-Ball Size: Large Ball, Snall Ball 10um (0.5mil)

- Ball Quality :Circularity-Ball Quality: Circularity

- Package Surface :Reject Mark-Package Surface: Reject Mark

- Package Dimension :12um(0.5Mil)-Package Dimension: 12um (0.5Mil)

- Miss Align :12um(0.5Mil) -Miss Align: 12um (0.5Mil)

소프트웨어 파트는 [도1]의 도식과 같이 검사 프로그램의 BGA 이미지를 얻기 위한 프레임 그래버, PLC에 검사 결과 신호를 보내주는 디지털 I/O와 같은 하드웨어 인터페이스 모듈과 사용자와의 인터페이스 및 검사 상태를 디스플레이 하기 위한 UI 모듈, 검사 항목의 선택 및 검사 환경 설정을 위한 검사 설정 모듈, 이미지 의 분석 및 처리, 계측 등을 담당하는 커널 모듈로 개발됐다. 다음은 각 도면 등에 관한 것인데 우선 [도 3]은 본 개발장비 개념도로 X-Y 정밀Stage를 조정하여 정렬 를 맞추고 검사가 하는 것을 나타낸 것이며. [도 4]는 전체 화면을 나타낸 것으로 장비의 디스플레이 Data 및 제어를 하는 UI이며, [도 5]는 비젼시스템 의 카메라,조명, 광학계 등의 Calibration 완료 화면이다, 그리고 [도 6]은 BGA 검사 장비 외관 모습 이며, [도 7]은 제어보드 흐름도를 나타낸 것이며, [도 8]은 검사방법을 Flow chart로 나타낸 것이다. [도 9]은 측정기의 각도 조절위치 등을 나타낸 것이 이며, [도 10]은 전체장비 사진 및 각 파트부 을 나타낸 것이다. [도 11]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부 이며, [도 12]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 정면도,측면도이다. [도 13]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 평면도이며, [도 14]는 전체장비 도면 및 정면도,평면도,측면도,입면도를 나타낸 것이다.The software part displays the interface and inspection status with the hardware interface module such as a frame grabber for obtaining the BGA image of the inspection program, digital I / O which sends the inspection result signal to the PLC as shown in [Fig. 1]. It was developed as a UI module for selecting, inspection setting module for selecting inspection items and inspection environment setting, and kernel module for analyzing, processing, and measuring images. The following is about each drawing, etc. First, [FIG. 3] shows that the inspection is performed by adjusting the X-Y precision stage by the concept of the present development equipment. [Figure 4] is a UI showing the display screen and control of the equipment as a whole screen, [Figure 5] is a calibration complete screen of the camera, lighting, optical system, etc. of the vision system, and [Figure 6] is the BGA inspection equipment It is an external appearance, [FIG. 7] shows a control board flowchart, and [FIG. 8] shows an inspection method in a flow chart. 9 is a view showing the angle adjustment position of the measuring device, etc. [10] is a picture of the entire equipment and each part. FIG. 11 is a self-developed Auto X-Y-Z motorized stage part, and FIG. 12 is a front view and a side view of a self-developed Auto X-Y-Z motorized stage part. FIG. 13 is a plan view of a self-developed Auto X-Y-Z motorized stage unit, and FIG. 14 shows the entire equipment drawing and a front view, a plan view, a side view, and an elevation view.

[도 1]은 영상 획득 및 영상처리 등 Software 내부 구조도 이다.1 is a software internal structure diagram such as image acquisition and image processing.

[도 2]는 전체장비의 작동 흐름 및 부품의 정렬 등의 과정을 도식화했으며 각부의 제어과정도 포함되어있어 이해가 쉽도록 구성하였다.2 is a diagram illustrating a process such as the operation flow of the entire equipment and the alignment of parts, and the control process of each part is also included to make it easy to understand.

[도 3]은 전체 장비 구조도 및 구성도이다.3 is an overall equipment structure diagram and configuration diagram.

[도 4]은 검사화면 GUI이다.4 is an inspection screen GUI.

[도 5]는 비젼시스템 의 카메라,조명, 광학계 등의 Calibration 완료 화면이다. 5 is a calibration complete screen of a camera, lighting, an optical system, and the like of a vision system.

[도 6]는 전체 장비 외관도 이다. 6 is an overall appearance of the equipment.

[도 7]은 제어보드 흐름도를 나타낸 것이다.7 shows a control board flowchart.

[도 8]은 검사방법을 Flow chart로 나타낸 것이다.8 shows the inspection method in a flow chart.

[도 9]은 측정기의 각도 조절위치 등을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the angle adjustment position of the measuring instrument and the like.

[도 10]은 전체장비 외관사진을 나타낸 것이다.Figure 10 shows the appearance of the overall equipment.

[도 11]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부. 11 is an auto-developed Auto X-Y-Z motorized stage.

*[도 12]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 평면도이다.12 is a plan view of a self-developed Auto X-Y-Z motorized stage.

[도 13]은 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 정면도,측면도이다.13 is a front view and a side view of a self-developed Auto X-Y-Z motorized stage.

[도 14]은 전체장비 외부도면 및 정면도,측면도,입면도 을 나타낸 것이다.Figure 14 shows the external equipment and front view, side view, elevation view of the overall equipment.

Claims (17)

반도체부품 비지 에이 소자 자동 검사 장비의 발명Invention of semiconductor device visual device automatic inspection equipment [도1] 및 영상 획득 및 영상처리 등 Software 내부 구조도 [Figure 1] and internal structure diagram of Software such as image acquisition and image processing [도 2] 및 전체장비의 작동 흐름 및 정렬 등의 과정을 도식화한 도식도 2 is a schematic diagram illustrating a process such as an operation flow and alignment of an entire apparatus. 각부의 제어과정도 이미지 획득 부의 기구설계도,구조도 Control process diagram of each unit Instrument design and structure diagram of image acquisition unit [도 3] 및 BGA 전체검사장비의 기구설계도,구조도,기능등 3 and the mechanical design, structure, function, etc. of the BGA overall inspection equipment [도 4] 및 화면 구성도,구조도 [Figure 4] and screen configuration, structure [도 5] 및 장비 전체외관,외관도.  5 and the overall appearance of the equipment, appearance. [도 6]및 BGA 비젼시스템 의 사진 및 카메라,조명, 광학계 등의 align원리.  6 and the alignment principle of the photo and camera, lighting, optical system, and the like of the BGA vision system. [도 7] 및 제어보드 흐름도, 제어기구설계도,제어구조도,기능 7 and control board flow chart, control mechanism design, control structure, function [도 8] 및 시스템작동원리 및 방법 8 and system operation principle and method [도 9]및 측정기의 각도 조절위치 9 and the angle adjusting position of the measuring instrument [도 10] 및 전체장비 각 부품 및 구성 설계등 [Figure 10] and the overall equipment, such as each part and configuration design 본고에 적용된 Motorised X-Y-Z Stage 설계도 및 Stage조정방법 Motorized X-Y-Z Stage Blueprint and Stage Adjustment Method [도 11] 및 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부.  FIG. 11 and an auto-developed Auto X-Y-Z motorized stage unit. [도 12] 및 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 정면도,측면도. 12 is a front view, side view of the self-developed Auto X-Y-Z motorized Stage. [도 13] 및 자체 개발한 Auto X-Y-Z motorized Stage부의 평면도. Figure 13 and a plan view of a self-developed Auto X-Y-Z motorized Stage. [도 10] 및 전체장비 사진 및 각 구성 및 설계. [Fig. 10] and the overall equipment picture and each configuration and design. [도 14] 및 전체장비 외부도면 및 정면도,측면도,입면도  [Figure 14] and the external equipment and front view, side view, elevation view of the entire equipment
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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