TW202403295A - 外觀檢查設備及外觀檢查方法 - Google Patents
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Abstract
本公開涉及外觀檢查設備和外觀檢查方法。外觀檢查設備包括其上放置有具有蓋的FCBGA型半導體封裝的台架、位於台架上方的相機、位於相機和台架之間的同軸照明裝置、位於相機和台架之間的傾斜照明裝置，以及控制裝置。控制裝置被配置為由同軸照明裝置和傾斜照明裝置利用照明光線照射FCBGA型半導體封裝，由相機捕獲FCBGA型半導體封裝以獲取捕獲圖像，通過捕獲圖像的二值化過程來整合預定圖元值的圖元的數目以獲取判定值，並且比較判定值與預定值以確定非缺陷產品或缺陷產品。
Description
本公開涉及外觀檢查設備，並且可應用到，例如具有蓋的半導體封裝的外觀檢查設備。
在倒裝晶片球柵格陣列（FCBGA）型半導體封裝中，安裝在佈線板上的半導體晶片被稱為蓋的遮罩所覆蓋，並且半導體晶片和蓋經由散熱膏等與彼此接觸。並且其具有作為散熱板的功能。（例如，日本專利早期公開第JP-A-2011-146415號）。
例如，在FCBGA型半導體封裝完成之後，FCBGA型半導體封裝可以在檢查過程中被按壓。這時，可能發生蓋形變。
根據本說明書和附圖的描述，其他物件和新穎特徵將變得清楚。
下面將簡要描述本公開的代表性實施例的概要。即，外觀檢查設備包括：其上安裝有具有蓋的FCBGA型半導體封裝（半導體裝置）的台架，同軸照明裝置和傾斜照明裝置，利用來自同軸照明裝置和傾斜照明裝置的照明光線照射該FCBGA型半導體封裝，相機，該相機獲得由同軸照明裝置和傾斜照明裝置利用照明光線照射的該FCBGA型半導體的捕獲圖像，以及控制裝置。在此，同軸照明裝置和傾斜照明裝置位於台架和相機之間。控制裝置將捕獲圖像轉換為二值圖像中，藉由整合二值圖像的預定圖元值的圖元的數目來計算判定值，並且藉由比較判定值和預定值來判斷檢查目標的通過或否決。
根據本公開，檢查蓋形變是可能的。
下面將參考附圖描述實施例。然而，在以下描述中，相同的元件由相同的附圖標號表示，並且可以省略其重複描述。應當注意的是，為了清楚地解釋，與實際實施例相比，關於相應部分的寬度、厚度，形狀，附圖可以以等式的方式表示。此外，在多個附圖中，相應元素的尺寸關係，相應元素的比例等不一定與彼此一致。
首先，將參考圖1描述檢查目標的結構，該檢查目標的結構是具有蓋的FCBGA型半導體封裝（半導體裝置）的結構。圖1是示意性示出FCBGA型半導體封裝的結構的橫截面視圖。
在FCBGA型半導體封裝1中，半導體晶片20由稱為蓋30的遮罩覆蓋。蓋30由高度導熱的金屬材料（例如，銅）製成。蓋30在頂部30b處附著於半導體晶片20。此外，蓋30僅藉由邊緣30a附著於線路基板10。蓋30的邊緣30a是與線路基板10接觸的外框架部分（帶蓋的）。為了使蓋30作為散熱器工作，例如，在底部填充膠（UF）樹脂21被固化之後，散熱膏22被施加到半導體晶片20的底部表面。例如，蓋30以以下方式附著於線路基板10。黏著劑（蓋黏著樹脂）23線性地施加到線路基板10，蓋30的邊緣30a附著於被施加粘著劑23的部分，蓋30被附著，並且粘著劑23被固化。
接下來，FCBGA型半導體封裝1的問題將參考圖2描述。圖2是示出了圖1中所示的蓋30的修改的視圖。
在圖1中所示的FCBGA型半導體封裝1的完成之後的檢查過程中，例如，在非缺陷/缺陷產品的篩選測試中，可能如圖2所示的發生蓋形變。具體地，當產品未對準發生在測量單元中時，諸如，在篩選測試裝置中的其上放置有FCBGA型半導體封裝1的插座，FCBGA型半導體封裝1的上表面上的蓋30可能被傳送FCBGA型半導體封裝1的測量手柄等按壓。此時，可能發生蓋形變。該蓋形變可能導致蓋30的邊緣30a從線路基板10移動到預定高度或更多。在該情況下，假定形變量（d）是蓋30的邊緣30a通常固定的底部表面和蓋30的邊緣30a由於形變而上升的底部表面端部分之間的距離。
接下來，能夠檢查上面所描述的蓋形變的外觀檢查設備將參考圖3描述。圖3是根據實施例的示出了外觀檢查設備的示例性配置的圖示。
外觀檢查設備100包括相機110、第一照明裝置120、第二照明裝置130、台架140，以及控制裝置150。相機110位於例如台架140的正上方並且以視角垂直向下定向的方式來被定位。相機110被定位使得FCBGA型半導體封裝1位於視野中。第一照明裝置120和第二照明裝置130照射照明光線以使放置於台架140上的FCBGA型半導體封裝1的亮度能夠由相機110拍攝。利用該配置，相機110可以對FCBGA型半導體封裝1的上表面拍攝。即，相機110可以拍攝FCBGA型半導體封裝1的外觀的圖像。相機110包括成像裝置111和透鏡112。相機110使亮度數位化（光強度）。
第一照明裝置120位於相機110和台架140之間。第一照明裝置120包括表面發射照明（surface emitting illumination）（光源）121和半反射鏡（半透射鏡）122。來自表面發射照明121的照明光線在相機110的相同光軸上由半反射鏡122反射，並且照射到台架140上的FCBGA型半導體封裝1上。以相機110的相同光軸照射到成像目標上的散射光由FCBGA型半導體封裝1反射，並且鏡面反射的光傳輸通過半反射鏡122以到達相機110，從而捕獲FCBGA型半導體封裝1的捕獲圖像。第一照明裝置120是同軸落射照明（coaxial epi-illumination）裝置（同軸照明裝置）。
注意的是，表面發射照明121的光源顏色是單一顏色，例如藍色。此外，優選地使用能夠調整光源的功率的光源，並且其示例包括用於以發光二極體（LED）的脈衝調光占空比（pulse dimming duty）調整照明光線的量的裝置。例如，光源的亮度可以調整到256（0到256）灰階。
第二照明裝置130位於相機110和台架140之間。第二照明裝置130是斜杆式照明裝置並且以相對於相機110的光軸的預定角度照射台架140上的FCBGA型半導體封裝1。提供了四個斜杆式照明以面向FCBGA型半導體封裝1的四側。預定角度例如是35度到45度。
注意的是，第二照明裝置130的光源顏色是單色的，例如具有比表面發射照明121的照明光線波長更長的紅色顏色。優選地使用能夠調整光源的功率的光源，並且其示例包括用於以LED的脈衝調光占空比調整照明光線的量的裝置。例如，光源的亮度可以調整到256（0到256）灰階。
控制裝置150包括中央處理裝置（CPU）、存放裝置，以及輸入/輸出裝置。由相機110捕獲的圖像資料經由圖像擷取裝置（捕獲板）存儲在存放裝置中。存放裝置由二級存放裝置（例如RAM（隨機存取記憶體）和HDD（機械硬碟））組成。存放裝置存儲用於控制外觀檢查設備100的上面所描述單元的操作的程式（軟體），並且例如檢查閾值的資料在下面描述。CPU執行存儲在主存放裝置中的程式。輸入/輸出裝置包括觸控板、滑鼠、圖像擷取裝置（捕獲板）、監視器、電機控制裝置，以及I/O信號控制裝置等。
CPU在所存儲的圖像資料上執行影像處理。CPU經由I/O信號控制裝置（包括電機控制裝置、感測器、切換控制等）來控制驅動單元例如台架140的XY工作臺、第一照明裝置120和第二照明裝置130。
很難藉由用相機110從FCBGA型半導體封裝1的上方拍攝來直接觀察蓋形變。因此，在本實施例中，藉由來自第一照明裝置120和第二照明裝置130的照明光束對蓋形變部分著色。相機110從上面對FCBGA型半導體封裝1拍照，並且基於FCBGA型半導體封裝1的捕獲圖像的亮度和暗度來間接地觀察蓋形變。
在蓋30的表面例如是鍍鎳的並且第一照明裝置120和第二照明裝置130的亮度較高（蓋30的表面的亮度較高）時，即使蓋30的邊緣30a變形，邊緣30a的形變部分和其他部分之間亮度的差異也較小。因此，調整第一照明裝置120和第二照明裝置130的亮度以提高亮度差異。優選直接在FCBGA型半導體封裝1上方照射照明光線的第一照明裝置120的亮度相對較低。由於該照明未單獨提供充足的亮度，優選使傾斜地照射FCBGA型半導體封裝1的第二照明裝置130的亮度比第一照明裝置120的亮度略高。
第一照明裝置120和第二照明裝置130的示例性設置在下面示出。第一照明裝置120的亮度：5到10（256灰階）。第二照明裝置130的亮度：15到20（256灰階）。FCBGA型半導體封裝1的正面的亮度：70到85（lx）。這裡，“5到10”意味著“5或更多以及10或更少”。同樣的內容應用到其他數位範圍。
檢測蓋形變的方法將參考圖4到圖6描述。圖4是具有蓋形變的FCBGA型半導體封裝1的捕獲圖像的圖示。圖5是圖4中所示的捕獲圖像的長條圖的圖示。圖6是藉由對圖4中所示的捕獲圖像進行二值化所獲取的圖像的圖示。
（圖像捕獲：步驟S10）控制裝置150將第一照明裝置120和第二照明裝置130設置到預定條件，照射第一照明裝置120和第二照明裝置130，並且從上方利用相機110捕獲FCBGA型半導體封裝1以拍攝捕獲圖像。捕獲圖像例如是8位元灰度數據（256灰度級）。在如圖4中所示的捕獲圖像中，蓋30的邊緣30a的變形部分DF的上表面比未變形部分更暗。
（二值化過程：步驟S20）控制裝置150在預定閾值範圍內，針對由相機110所捕獲的捕獲圖像執行二值化過程。二值化過程藉由長條圖創建（步驟S21）、閾值化（步驟S22），以及二值化（步驟S23）來被執行。
（步驟S21）為了設置閾值，控制裝置150創建圖5中所示的長條圖。橫坐標表示圖元值（指示亮度的灰階，並且值越大越亮），並且縱坐標表示出現圖元的數目。具有較大數目的出現圖元的區域（A）是蓋30沒有蓋形變的部分。在圖元值比區域（A）更小的一側，存在出現圖元的數目略大的區域（B）。區域（B）是蓋30的形變部分。在圖元值比區域（B）的圖元值更小的一側存在出現圖元的數目更小的區域（C）。此外，在圖元值大於區域（A）的一側存在出現圖元的數目更小的區域（D）。
（步驟S22）控制裝置150在區域（A）和區域（B）之間的邊界處設置第一閾值數值（Th1），並且在區域（B）和區域（C）之間的邊界處設置第二閾值數值（Th2）。要注意的是，藉由適當地設置第一照明裝置120和第二照明裝置130，區域（A）和區域（B）之間的邊界以及區域（B）和區域（C）之間的邊界變得清楚，並且第一閾值數值（Th1）和第二閾值數值（Th2）可以被設置。
（佈置S23）控制裝置150執行二值化，在二值化中具有第一閾值數值（Th1）和第二閾值數值（Th2）之間的圖元值的圖元（區域（B））被設置為“1”（白色），並且具有其他圖元值的區域（區域（C）、區域（A），以及區域（D））中的圖元被設置為“0”（黑色）。換句話說，控制裝置150提取其中圖元值在預定範圍內的圖元。藉由執行該二值化過程，獲取了圖6中所示的圖像，並且蓋30的形變部分變成白色。
（印跡分析（blob analysis）：步驟S30）控制裝置150藉由整合圖6中所示的圖像的白色圖元來計算白色區域。所計算的白色區域（圖元的數目）被用作判定值。
（判斷過程：步驟S40）在判定值超過預設測試閾值數值時，控制裝置150確定缺陷（步驟S40）。這裡，判定值和檢查閾值是圖元的數目，並且判定值隨著蓋變形的形變量更大而更大。
將描述設置檢查閾值的方法。在測試之前提前確定測試閾值。針對每個產品準備具有不同形變的相同產品的許多樣本。這裡，測量並且知曉每個樣本的形變量。例如，樣本可以被安裝在實施例中的外觀檢查設備的台架上，並且測量佈線板10的上表面和脊30的邊緣30a的下表面之間的距離差異。
控制裝置150針對每個樣本執行上面描述的步驟S10到S30的過程以獲取相應判定值及其形變量。基於所獲取的形變量和判定值之間的關係，控制裝置150在控制裝置150的存放裝置中將形變量等於或大於預定值的形變值存儲為檢查閾值。針對每個產品執行這些過程。
根據本實施例，檢查脊形變而不使用三維檢查功能（例如鐳射測長功能或相移測長投影儀）是可能的。此外，藉由檢查脊形變，減少蓋形變的缺陷產品的運輸是可能的。
雖然已經基於實施例具體描述了本公開的發明人做出的公開，但是毫無疑問，本公開不限於上述實施例，並且可以進行各種修改。
相關申請的交叉引用
於2022年7月5日提交的日本專利申請號2022-108707的公開內容，包括說明書，附圖和摘要，通過整體引用併入本文。
1:FCBGA型半導體封裝
10:線路基板
20:半導體晶片
21:底部填充膠（UF）樹脂
22:散熱膏
23:黏著劑（蓋黏著樹脂）
30:蓋
30a:邊緣
30b:頂部
100:外觀檢查設備
110:照相機
111:成像裝置
112:透鏡/半反射鏡
120:第一照明裝置
121:表面發射照明
122:半反射鏡
130:第二照明裝置
140:載物台
150:控制裝置
d:形變量
DF:變形部分
圖1是示意性地示出FCBGA型半導體封裝的結構的橫截面視圖。
圖2是示出圖1中所示的蓋的修改的視圖。
圖3是根據實施例的示出外觀檢查設備的示例性配置的圖示。
圖4是具有蓋形變的FCBGA型半導體封裝的捕獲圖像的圖示。
圖5是圖4中所示的捕獲圖像的長條圖的圖示。
圖6是藉由對圖4中所示的捕獲圖像進行二值化所獲取的圖像的圖示。
1:FCBGA型半導體封裝
100:外觀檢查設備
110:照相機
111:成像裝置
112:透鏡/半反射鏡
120:第一照明裝置
121:表面發射照明
122:半反射鏡
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140:載物台
150:控制裝置
Claims (14)
- 一種外觀檢查設備，其包括： 台架，於其上，供安裝(mount)檢查目標； 同軸照明裝置和傾斜照明裝置，其利用來自上述同軸照明裝置和上述傾斜照明裝置的照明光線照射上述檢查目標； 相機，上述相機獲得由上述同軸照明裝置和上述傾斜照明裝置利用上述照明光線照射的上述檢查目標的捕獲圖像；以及 控制裝置，其中 上述控制裝置將上述捕獲圖像轉換為二值圖像中， 上述控制裝置藉由整合上述二值圖像的預定圖元值的圖元的數目來計算判定值，以及 上述控制裝置藉由比較上述判定值和預定值來針對上述檢查目標判定非缺陷產品或缺陷產品。
- 如請求項1之外觀檢查設備，其中 上述同軸照明裝置和上述傾斜照明裝置位於上述台架和上述相機之間。
- 如請求項1之外觀檢查設備，其中 上述檢查目標是具有蓋的FCBGA型半導體封裝，並且 上述外觀檢查設備是用於檢查具有上述蓋的上述FCBGA型半導體封裝的外觀的設備。
- 如請求項2之外觀檢查設備，其中 藉由檢查具有另一蓋的另一FCBGA型半導體封裝來獲取上述預定值，上述另一蓋變形到已知量的形變。
- 如請求項2之外觀檢查設備，其中 上述同軸照明裝置的上述照明光線是藍色的，並且上述傾斜照明裝置的上述照明光線是紅色的。
- 如請求項2之外觀檢查設備，其中 上述控制裝置設定上述同軸照明裝置的亮度以及上述傾斜照明裝置的亮度使得上述蓋的形變可以被檢測。
- 如請求項6之外觀檢查設備，其中 上述控制裝置將上述同軸照明裝置的上述亮度設定為低於上述傾斜照明裝置的上述亮度。
- 一種外觀檢查方法，其包括： （a）在台架上安裝檢查目標； （b）由同軸照明裝置和傾斜照明裝置向上述檢查目標照射來自上述同軸照明裝置和傾斜照明裝置的照明光線； （c）藉由相機獲得由上述同軸照明裝置和上述傾斜照明裝置利用上述照明光線照射的上述檢查目標的捕獲圖像； （d）在控制裝置上將上述捕獲圖像轉換為二值圖像； （e）在上述控制裝置上藉由整合上述二值圖像的預定圖元值的圖元的數目來計算判定值； （f）在上述控制裝置上藉由比較上述判定值和預定值來針對上述檢查目標判定非缺陷產品或缺陷產品。
- 如請求項8之外觀檢查方法，其中 上述同軸照明裝置和上述傾斜照明裝置位於上述台架和上述相機之間。
- 如請求項8之外觀檢查方法，其中 上述檢查目標是具有蓋的FCBGA型半導體封裝。
- 如請求項10之外觀檢查方法，其中 藉由檢查具有另一蓋的另一FCBGA型半導體封裝來獲取上述預定值，上述另一蓋變形到已知量的形變。
- 如請求項8之外觀檢查方法，其中 上述同軸照明裝置的上述照明光線是藍色的，並且上述傾斜照明裝置的上述照明光線是紅色的。
- 如請求項8之外觀檢查方法，其中 上述控制裝置設定上述同軸照明裝置的亮度以及上述傾斜照明裝置的亮度以檢測上述蓋的形變。
- 如請求項13之外觀檢查方法，其中 上述控制裝置將上述同軸照明裝置的上述亮度設定為低於上述傾斜照明裝置的上述亮度。
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