KR20120126660A - 반도체칩의 ｃｔ 검사방법 - Google Patents

반도체칩의 ｃｔ 검사방법 Download PDF

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Abstract

반도체 칩을 포함한 전자부품 내부의 비파괴 투시를 위한 CT 검사방법이 개시된다. 상기 CT 검사방법은 반도체 칩을 검사포켓에 안착하는 (a)단계; 상기 검사포켓을 180°또는 360°회전하면서 상기 반도체 칩을 CT(computer tomography)촬영하여 다수의 2차원 투과영상을 획득하는 (b)단계; 상기 다수의 2차원 투과영상을 3차원 단층영상으로 재구성하는 (c)단계; 및 상기 재구성된 3차원 단층영상을 미리 저장된 표준영상데이터와 비교하여 불량검사를 행하는 (d)단계를 포함하며, 상기 (a)단계에서, 직사각형 배열로 이루어진 다수의 솔더 볼 혹은 단자를 갖는 상기 반도체 칩이 X선의 조사방향에 대하여 상기 솔더 볼 배열이 사선방향으로 배치되도록 검사각도를 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체칩의 ＣＴ 검사방법{COMPUTER TOMOGRAPHY INSPECTING METHOD OF SEMICONDUCTOR CHIP}
본 발명은 반도체칩의 CT 검사방법에 관한 것으로, 특히 반도체 칩의 비파괴 투시를 이용한 CT 검사방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가전제품이나 컴퓨터 등과 같은 전기전자제품의 주요부품으로 내장되는 인쇄회로기판(PCB)에는 예컨대, BGA(ball grid array) 또는 CSP(chip scale package) 같은 소형 전자부품이 납땜에 의해 실장된다. 따라서 이러한 인쇄회로기판은 전기전자제품 세트에 내장되는 과정에 있어서 실장된 전자부품의 납땜상태에 대한 양부를 검사하는 과정을 거치게 된다. 이와 같이 인쇄회로기판의 납땜상태를 검사하기 위한 것으로, 최근에는 X선 검사장치가 주로 이용되고 있다.
이러한 인쇄회로기판의 X선 검사장치는, 차폐를 위한 실내공간이 형성되도록 제작된 캐비닛의 내부에 공급되어 검사위치에 세팅되는 인쇄회로기판에 X선을 조사하여 투영된 영상을 검출기(detector)로 촬영하여 출력되는 영상정보를 통해 인쇄회로기판의 납땜부에 대한 납땜상태의 양부를 판정하도록 되어 있다.
그런데 X선을 이용한 종래의 검사장치는, 피검사체를 사이에 두고 X선 발생기와 검출기를 동기 회전시키면서 하나의 영상에 대한 횡단면 층을 얻는 라미노그래피(laminography) 방식의 단층 영상알고리즘을 적용하였다.
이러한 라미노그래피 방식의 X선 발생장치는 X선 발생기가 수평위치에서 360°회전하는 빔 조향식 구조의 마이크로 포커스를 구현하며, 검출기 또한 수평위치에서 X선 발생기와 동기 회전하는 구조를 가진다.
하지만, 이러한 종래 X선 검사장치에 적용된 조향 가능한 X선 발생기는 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 고가(高價)이며, 대면적의 검출기 또한 고가의 부품으로 X선 검사장치의 단가를 상승시키는 요인이 되었다.
한편, X선을 이용한 또 다른 종래의 검사장치는 X선 발생기를 회전시키면서 다수의 X선 이미지를 수치적으로 결합하여 횡단면 이미지를 얻는 토모신세시스(tomosynthesis) 방식의 단층 영상알고리즘을 적용하였다.
이와 같은 토모신세시스 방식의 X선 발생장치는 X선 발생기가 비 조향식으로 조향식인 라미노그래피 방식의 X선 발생장치의 X선 발생기에 비해 저가이나 상대적으로 기능이 적다. 하지만, 이러한 X선 발생기는 빔 조사각이 광각(廣角) 즉, 최소 100°이상으로 일반적인 X선 발생기에 비해서는 여전히 고가에 해당하는 부품이다. 아울러 검출기의 경우에도 피검사체의 이송에도 가변이 필요하지 않을 정도의 대면적을 가져야 하므로 고가의 검출기를 사용하였다.
상기 문제점을 해소하기 위해, 피검사체를 부분적으로 스캐닝하고 이를 통해 취득한 부분영상 데이터를 병렬처리함으로써 고속으로 단층영상을 재구성하는 저가이면서 3차원 단층영상을 통해 불량판정을 할 수 있는 CT(computer tomography) 검사장치가 개발되었다.
하지만, 이와 같은 종래의 CT 검사장치는 피검사체인 반도체 칩 예를 들면, 다수의 솔더볼(solder ball)(3)이 직사각형 배열을 이루는 BGA(ball grid array)(1)가 X선(4)의 조사방향에 대하여 직각방향(0°또는 90°)으로 배치된 상태로 회전축(2)을 중심으로 하여 180°또는 360°회전되면서 소정 각도마다 2차원 단층촬영이 연속적으로 이루어진다. 이 경우 솔더볼(3)의 배열이, 도 1과 같이, 직각방향(0°또는 90°)인 경우 솔더볼(3)의 배열 밀도가 상대적으로 높은 열 또는 행은 솔더볼(3)의 배열 밀도가 극히 낮은 열 또는 행에 비해 X선(4)의 투과강도가 낮아진다.
이로 인해 상기 다수의 2차원 단층영상은 솔더볼(3)의 배열 밀도가 높은 열 또는 행에 대해서 왜곡된 정보를 갖게 되고, 이러한 왜곡된 2차원 단층영상을 이용하여 3차원 단층영상을 재구성 할 경우, 도 2와 같이, 원래 원기둥형상인 솔더볼(3)이 대략 타원형 기둥으로 변형되는 왜곡현상이 발생한다.
또한, 이러한 3차원 단층영상은, 도 3 및 도 4와 같이, 균일한 크기의 솔더볼에 대하여 외곽에 배치된 솔더볼의 크기가 중앙에 배치된 솔더볼 크기보다 크게 보여준다. 도 3은 BGA(1)의 검사각도를 0°로 설정한 결과이고, 도 4는 BGA(1)의 검사각도를 90°로 설정한 결과를 각각 나타낸다.
이와 같이 종래에는 CT 검사를 통해 정확한 검사 데이터를 얻기 어려웠고, 이와 같은 부정확한 검사 데이터로 양불 검사를 행함에 따라 검사 신뢰도가 크게 저하시키는 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 피검사체 예를 들면, BGA의 솔더볼 배열을 X선 조사방향에 대하여 솔더볼의 배열 밀도가 집중되는 것을 회피하여 정확한 3차원 단층영상을 확보할 수 있는 CT 검사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도체 칩을 포함한 전자부품 내부의 비파괴 투시를 이용한 CT 검사방법에 있어서, 상기 반도체 칩을 검사포켓에 안착하는 (a)단계; 상기 검사포켓을 180°또는 360°회전하면서 상기 반도체 칩을 CT(computer tomography)촬영하여 다수의 2차원 투과영상을 획득하는 (b)단계; 상기 다수의 2차원 투과영상을 3차원 단층영상으로 재구성하는 (c)단계; 및 상기 재구성된 3차원 단층영상을 미리 저장된 표준영상데이터와 비교하여 불량검사를 행하는 (d)단계를 포함하며, 상기 (a)단계에서, 직사각형 배열로 이루어진 다수의 솔더 볼 혹은 단자를 갖는 상기 반도체 칩이 X선의 조사방향에 대하여 상기 솔더 볼 배열이 사선방향으로 배치되도록 검사각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 CT 검사방법을 제공한다. 이 경우, 상기 BGA의 검사각도는 32°~ 58°인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 피검사체인 BGA에 대해 검사각도를 소정 각도만큼 틸트시킨 후 촬영된 다수의 2차원 투과영상을 3차원 단층영상으로 재구성할 때 실사에 근접한 3차원 단층영상을 확보할 수 있다. 또한 정확한 3차원 단층영상을 통해 자동화 판독 시 높은 검사 신뢰성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 CT 검사방법에 의해 반도체 칩 예를 들면, BGA의 솔더볼을 투과한 X선의 투과강도를 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 CT 검사방법에 의해 복원된 3차원 단층영상을 나타내는 도면,
도 3 및 도 4는 종래기술에 따라 각각 BGA 검사각도를 0°및 90°로 설정한 상태에서 얻은 3차원 단층영상데이터에 나타난 동일한 열의 각 솔더볼 크기를 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 예를 들면, BGA에 대한 CT 검사방법을 나타내는 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 검사를 위해 X선의 조사방항에 대하여 검사자세를 소정 각도 틸트시키기 위해, 미리 소정 각도 틸트된 포켓에 안착된 BGA를 나타내는 개략사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 검사방법에 따라 BGA의 솔더볼을 투과한 X선의 투과강도를 나타내는 개략도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 검사방법을 통해 복원된 3차원 단층영상을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 검사방법에 따라 BGA 검사각도를 45°로 설정한 경우의 3차원 단층영상데이터에 나타난 동일한 열의 각 솔더볼에 대한 크기를 각각 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도 5 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 검사방법을 순차적으로 설명한다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 소정 트레이에서 피검사체인 반도체 칩을 로딩하여 미리 설정된 검사각도로 틸팅(tilting) 배치된 포켓(10a,10b)에 각각 안착시킨다(S1). 본 실시예에서 상기 반도체 칩은 BGA(ball grid array)(12a,12b)를 예로 들어 설명한다. 하지만 상기 반도체 칩은 BGA에 한정되는 것은 아니며 솔더볼이 가로 및 세로의 직각 배열을 한 반도체 칩이라면 모두 해당한다.
이 경우, 도 7을 참고하면, BGA(12a,12b)의 검사각도는 X선 발생기(15a,15b)로부터 출력되는 X선의 조사방향에 대하여 사선방향으로 경사지게 배치된다. 상기 검사각도는 대략 직사각형상으로 배열된 다수 솔더볼(solder ball)(13a)에 투영되는 X선(4)의 투과강도를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, X선(4)이 조사되는 방향에 대하여 BGA(12a,12b)에 형성된 다수 솔더볼(13a)의 배열 밀도를 전체적으로 균일하게 유지함으로써, 디텍터(17a,17b)에 투영되는 다수 솔더볼(13a)에 대한 X선(4)의 투과강도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한 상기 BGA(12a,12b)의 검사각도는 솔더볼(13a)의 사이즈 및 배열에 따라 틸트(tilt) 가능한 검사각도를 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 설명하는 BGA(12a,12b)는 각 솔더볼(13a)의 지름이 250㎛이고 인접한 솔더볼(13a) 간의 수직과 수평 간격이 400㎛로 일정하게 배열된다 이때 인접한 솔더볼(13a) 간의 간격은 각 솔더볼(13a)의 중심 간의 간격을 의미한다. 이와 같이 본 실시예에서는 구체적인 예를 들고 있으나 이에 국한되지 않고, 상기 솔더볼의 지름과 서로 인접한 솔더볼의 중심 간의 간격의 비는 1:1.6 이면 족하다.
상기와 같이 상기 솔더볼의 지름과 서로 인접한 솔더볼의 중심 간의 간격의 비는 1:1.6인 경우에 있어서, X선(4)의 조사방향에 대하여 수직과 수평 방향으로 배열된 솔더볼(13a)의 배열 밀도를 낮추기 위해 교차되는 솔더볼(13a)의 수를 최소화할 수 있는 각도는 32°에서 58°사이이다. 따라서 BGA(12a,12b)를 상기 각도에서 위치시키는 경우 X선(4)의 균등한 투과 강도를 가지는 2차원 투과영상을 획득할 수 있다. 이 경우, 상기 설정각도를 미만이거나 초과하는 경우 솔더볼(13a)의 배열 밀도가 불균일하게 되어 단층영상이 왜곡되게 나타나는 문제가 있다.
상기와 같이 BGA(12a,12b)를 X선(4)의 조사방향에 대하여 사선방향으로 검사위치를 설정한 상태에서, 회전축(14a,14b)을 중심으로 상기 포켓(10a,10b)을 180°또는 360°회전시킨다. 이때, BGA(12a,12b)가 회전하는 동안 소정 각도마다 BGA(12a,12b)에 대한 CT(computer tomography) 촬영을 실시한다. 이에 따라, 디텍터(17a,17b)를 통해 각 BGA(12a,12b)에 대한 다수의 2차원 투과영상데이터를 획득한다(S2).
그 후, 상기 다수의 2차원 투과영상을 CT 재구성(Reconstruction) 알고리즘을 통해 백 프로젝션(back-projection)시키면 1차적으로 정보력 손실(영상 왜곡)이 없는 재구성 영상을 얻을 수 있다(S3). 즉, 재구성된 3차원 단층영상은, 도 8과 같이, 솔더볼(3)이 정상적으로 원기둥형상으로 표현된다. 더욱이 도 9와 같이, 상기 재구성된 3차원 단층영상을 통해 동일한 열의 솔더볼(13a)의 크기가 전체적으로 균일하게 나타나는 것을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 실사에 가깝게 정확하게 재구성된 3차원 단층영상데이터를 미리 저장된 표준영상데이터와 비교하여 불량검사를 행한다(S4).
이 경우, 영상을 통해 불량 판별을 진행 할 때 안정적인 정보력으로 BGA의 전체 체적을 검사 후 평균 체적 영역 이내의 판별 검사를 진행 할 수 있다. 또한, 외형적으로 피검사체의 굴곡율을 계산하여 양(good)/불(reject)에 대해 정확한 판별이 가능하다.
하기 표 1은 솔더볼의 배열이 고밀도로 집적된 구성을 가진 BGA에 대해 종래와 같이 BGA의 검사각도를 틸트하지 않고 0°로 설정한 상태에서의 검출수율과, 본 발명에 따라 BGA의 틸트각도를 45°로 검사자세를 설정한 후의 검출수율을 각각 나타내는 결과 데이터이다.
검사 순번 총 투입 수량 불량수량 종래의 검출 수율
(Tilt = 0°)		 본 발명의 검출 수율
(Tilt = 45°)
1 174 6 32 % 88 %
2 301 6 4 % 84 %
3 336 6 1 % 89 %
4 217 6 0 % 87 %
5 295 6 17 % 85 %
상기 표 1에서와 같이, 첫 번째 테스트에서는 BGA의 총투입량을 174개로 하였고, 이 가운데 정상 BGA가 168개이며 의도적으로 포함시킨 불량 BGA가 6개이다. 이 경우 종래와 같이 BGA의 검사각도를 0°로 설정하고 재구성한 3차원 단층영상을 통해 판별된 검출수율이 32% 즉, 정상 BGA 168개 중에서 55개만 정상 BGA로 판별되었다. 이에 반해, BGA의 검사각도를 45°로 설정한 본 발명의 경우, 검출수율이 84%로 정상 BGA 168개 중 153개가 정상 BGA로 판별되었다.
이와 같은 방법으로 총 5회에 걸쳐 테스트를 진행하되 각 회수마다 총투입되는 BGA의 수를 달리하여 실험하였다. 그 결과, 종래의 경우 평균 10.8%의 매우 낮은 검출수율을 보였고, 반대로 본 발명의 경우 평균 86.6&의 검출수율을 보여 종래기술에 비하여 상대적으로 현저히 높은 검출 정확성을 나타냈다.
따라서 본 발명은 피검사체인 BGA에 대해 검사각도를 소정 각도만큼 틸트시킨 후 촬영된 다수의 2차원 투과영상을 3차원 단층영상으로 재구성할 때 실사에 근접한 3차원 단층영상을 확보할 수 있다. 또한 정확한 3차원 단층영상을 통해 자동화 판독 시 높은 검사 신뢰성을 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10a,10b: 검사포켓 12a,12b: BGA(ball grid array)
13a: 솔더볼(solder ball) 14a,14b: 회전축
15a,15b: X선 발생기 17: 디텍터

Claims (5)

  1. 반도체 칩을 포함한 전자부품 내부의 비파괴 투시를 이용한 CT 검사방법에 있어서,
    상기 반도체 칩을 검사포켓에 안착하는 (a)단계;
    상기 검사포켓을 180°또는 360°회전하면서 상기 반도체 칩을 CT(computer tomography)촬영하여 다수의 2차원 투과영상을 획득하는 (b)단계;
    상기 다수의 2차원 투과영상을 3차원 단층영상으로 재구성하는 (c)단계; 및
    상기 재구성된 3차원 단층영상을 미리 저장된 표준영상데이터와 비교하여 불량검사를 행하는 (d)단계를 포함하며,
    상기 (a)단계에서, 직사각형 배열로 이루어진 다수의 솔더 볼 혹은 단자를 갖는 상기 반도체 칩이 X선의 조사방향에 대하여 상기 솔더 볼 배열이 사선방향으로 배치되도록 검사각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 CT 검사방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검사각도는 32°- 58°인 것을 특징으로 하는 반도체칩의 CT 검사방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체 칩은 BGA(ball grid array)인 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 CT 검사방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 솔더볼의 지름과 서로 인접한 솔더볼의 중심 간의 간격의 비는 1:1.6 인 것을 특징으로 하는 반도체칩의 CT 검사방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 솔더볼의 지름은 250㎛이고, 각 솔더볼의 중심 간의 수직과 수평 간격은 400㎛인 것을 특징으로 하는 반도체칩의 CT 검사방법.
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