Beschreibungdescription
Verfahren zur Qualitätskontrolle von Anschlusskugeln von elektronischen BauelementenProcess for quality control of connection balls of electronic components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Anschlusskugeln von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Ball-Grid-Arrays, Chip-Scale Packages, Micro Ball-Grid-Arrays und/oder Flip-Chips, bei denen die An- schlusskugeln auf einer flächigen Unterseite des Bauelements angeordnet sind.The invention relates to a method for quality control of connection balls of electronic components, in particular of ball grid arrays, chip scale packages, micro ball grid arrays and / or flip chips, in which the connection balls are on a flat underside of the Component are arranged.
Durch die immer weiter steigende Integrationsdichte auf elektronischen Baugruppen nimmt die Zahl der Anschlüsse von elek- tronischen Bauelementen stetig zu. Um diesem Trend zu entsprechen, wurden Montage- und Kontaktierungsverfahren entwik- kelt, bei denen die Bauelemente über Lotkugeln auf der Unterseite der Bauelemente mit auf einem zu bestückenden Substrat ausgebildeten Anschlussflächen kontaktiert werden. Derartige Bauelemente sind beispielsweise sogenannte Ball-Grid-Arrays, Chip-Scale Packages, Micro Ball-Grid-Arrays und/oder Flip- Chips. Um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten, müssen die Anschlüsse vor dem Bestücken genau inspiziert werden, da nach dem Bestücken fehlerhafte Anschlüsse, die zu ei- nem schlechten elektrischen Kontakt zwischen Bauelement und den Anschlussflächen führen, nur sehr schwer detektiert werden können.Due to the ever increasing integration density on electronic assemblies, the number of connections of electronic components is steadily increasing. In order to meet this trend, assembly and contacting methods have been developed in which the components are contacted via solder balls on the underside of the components with connection surfaces formed on a substrate to be equipped. Such components are, for example, so-called ball grid arrays, chip scale packages, micro ball grid arrays and / or flip chips. In order to ensure reliable contacting, the connections must be inspected precisely before assembly, since faulty connections which lead to poor electrical contact between the component and the connection surfaces can only be detected with great difficulty after assembly.
Bei BGA-Bauelementen können zum Beispiel fehlende, unvoll- ständige oder flachgedrückte Anschlusskugeln zu einer fehlerhaften Kontaktierung des gesamten Bauelements führen.In the case of BGA components, for example, missing, incomplete or flattened connection balls can lead to incorrect contacting of the entire component.
Aus der EP 968522 Bl ist ein Verfahren zur Anwesenheitskontrolle von Anschlusskugeln, insbesondere auf Ball-Grid-Arrays bekannt, bei dem die Anschlusskugeln mit aus einer Richtung schräg einfallendem Licht beleuchtet werden, so dass von jeder Anschlusskugel ein Lichtreflex und seitlich der An-
schlusskugel auf der Unterseite des BGA-Bauele ents ein Schattenwurf erzeugt wird. Die Lichtreflexe sowie die Schatten der einzelnen Anschlusskugeln werden von einer Kamera er- fasst. Eine der Kamera nachgeschaltete Bildauswerte-Einheit verwendet die Größe des bei einer bestimmten Höhe der jeweiligen Anschlusskugel zu erwartenden Schattens bei gleichzeitiger Anwesenheit eines zugehörigen Lichtreflexes der Anschlusskugel als Kriterium für die Anwesenheit der jeweiligen Anschlusskugel. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es bei einem reflektierenden, d.h. glänzenden Bauteilgehäuse nicht und bei einem absorbierenden, d.h. schwarzen Bauteilgehäuse nur sehr schlecht funktioniert.EP 968522 B1 discloses a method for checking the presence of connecting balls, in particular on ball grid arrays, in which the connecting balls are illuminated with light coming in at an angle from one direction, so that a light reflection from each connecting ball and to the side of the connector closing ball on the underside of the BGA component a shadow is created. The light reflections and the shadows of the individual connection balls are recorded by a camera. An image evaluation unit connected downstream of the camera uses the size of the shadow to be expected at a certain height of the respective connection ball with simultaneous presence of an associated light reflection of the connection ball as a criterion for the presence of the respective connection ball. However, this method has the disadvantage that it does not work with a reflective, ie glossy component housing and only very poorly with an absorbent, ie black component housing.
Aus der JP 02-081449 ist ein Verfahren zur Vermessung von An- schlusskugeln bekannt, bei dem die Anschlusskugeln unter einem schrägen Winkel beleuchtet werden und der jeweils resultierende Schattenwurf vermessen wird. Dabei kann anhand der Größe und der Form des Schattenwurfs auf die Größe und die Form der jeweiligen Anschlusskugel rückgeschlossen werden. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Genauigkeit der Vermessung der Anschlusskugeln stark von der Reflektivi- tät des jeweiligen Bauteilgehäuses abhängt, an dem die Anschlusskugeln ausgebildet sind.JP 02-081449 discloses a method for measuring connecting balls, in which the connecting balls are illuminated at an oblique angle and the resulting shadow cast is measured. The size and shape of the shadow cast can be used to determine the size and shape of the respective connection ball. This method also has the disadvantage that the accuracy of the measurement of the connection balls strongly depends on the reflectivity of the respective component housing on which the connection balls are formed.
Aus der WO 99/44408 ist ein Verfahren zur Vermessung von Anschlusskugeln bekannt, bei dem eine auf der Unterseite eines Bauelements vorhandene Anschlusskugel von einem allseitig schräg einfallenden Licht beleuchtet und der zugehörige Lichtreflex von einer Kamera erfasst wird. Der Strahlengang des Beleuchtungslichts verläuft dabei parallel oder zumindest nahezu parallel zu der Unterseite des Bauelements. Die Kamera ist derart angeordnet, dass diejenigen Lichtreflexe erfasst werden, deren Strahlengang senkrecht zu der Unterseite des Bauelements verläuft. Auf diese Weise entstehen bei intakten Anschlusskugeln Lichtreflexe rαit einer ringförmigen Struktur. Aus dem Durchmesser der ringförmigen Struktur und der Helligkeit der Lichtreflexe kann auf die Größe und damit auch auf
die Anwesenheit der jeweiligen Anschlusskugel rückgeschlossen werden.From WO 99/44408 a method for measuring connecting balls is known, in which a connecting ball provided on the underside of a component is illuminated by light that is incident at an angle on all sides and the associated light reflection is recorded by a camera. The beam path of the illuminating light runs parallel or at least almost parallel to the underside of the component. The camera is arranged in such a way that those light reflections are detected whose beam path runs perpendicular to the underside of the component. In this way, light reflections with an annular structure arise when the connection balls are intact. From the diameter of the ring-shaped structure and the brightness of the light reflections, the size and thus also the size the presence of the respective connection ball can be inferred.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Anschlusskugeln von elektronischen Bauelementen zu schaffen, mittels welchem eine Vielzahl von möglichen Defekten von Anschlusskugeln schnell und zuverlässig unabhängig von der Reflektivität des Bauelementgehäuses erkannt werden können.The invention has for its object to provide a method for quality control of connection balls of electronic components, by means of which a large number of possible defects of connection balls can be detected quickly and reliably regardless of the reflectivity of the component housing.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Anschlusskugeln von elektronischen Bauelementen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine getrennte Bildverarbeitung von zwei unterschiedlichen Bildern der Anschlusskugeln und eine nachfolgende Kombination der Ergebnisse der beiden Bildverarbeitungen die Qualität der Anschlusskugeln schnell und zuverlässig bestimmt werden kann. Dabei wird ein erstes Bild der Anschlusskugeln dadurch erzeugt, dass die flächige Unterseite des Bauelements unter einem steilen, d.h. einem kleinen Winkel zur Normalen der Unterseite beleuchtet wird. Das andere Bild wird bei einer flachen Beleuchtung, d.h. einem großen Winkel zur Normalen der Unterseite beleuchtet. Eine Kombination der beiden Bildverarbei- tungen erlaubt eine schnelle und zu verlässige Bestimmung der Qualität der einzelnen Anschlusskugel. Der Begriff der Qualität einer Anschlusskugel ist in diesem Zusammenhang dahingehend zu verstehen, dass qualitativ hochwertige Anschlusskugeln eine gering Abweichung in ihrer Form und ihrer Größe von einer bestimmten Referenz-Anschlusskugel aufweisen, so dass bereits vor der eigentlichen Kontaktierung der Bauelemente vorausgesagt werden kann, dass eine einwandfreie elektrische Kontaktierung des Bauelements erreicht werden kann, wenn sämtliche Anschlusskugeln eine hohe Qualität aufweisen.This object is achieved by a method for quality control of connection balls of electronic components with the features of independent claim 1. The invention is based on the knowledge that the separate processing of two different images of the connection balls and a subsequent combination of the results of the two image processing processes the Quality of the connection balls can be determined quickly and reliably. A first image of the connection balls is generated by the flat underside of the component under a steep, i.e. is illuminated at a small angle to the normal of the bottom. The other picture is in flat lighting, i.e. illuminated at a large angle to the normal of the underside. A combination of the two image processing methods enables the quality of the individual connection balls to be determined quickly and reliably. The term quality of a connection ball is to be understood in this context to mean that high-quality connection balls have a slight deviation in their shape and size from a specific reference connection ball, so that it can be predicted before the actual contacting of the components that a perfect electrical contacting of the component can be achieved if all connection balls are of high quality.
Da in Bestückautomaten für die Erkennung von BGA-Bauele enten neben einer Bauelementekamera in der Regel auch eine hochwer-
tige Beleuchtungseinrichtung mit sowohl einer steilen als auch mit einer flachen Beleuchtung vorhanden ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne große Umbauten in herkömmlichen Bestückautomaten durchgeführt werden.Since automatic placement machines for the detection of BGA components usually include not only a component camera but also a high-quality term lighting device with both steep and flat lighting is available, the inventive method can be carried out without major conversions in conventional placement machines.
Die sequentielle Beleuchtung gemäß Anspruch 2, bei der die Anschlusskugeln nicht gleichzeitig, sondern nacheinander von der steilen und von der flachen Beleuchtung beleuchtet werden, hat den Vorteil, dass sämtliche Lichtreflexe besonders deutlich, d. h. mit hohem Kontrast von der Kamera erfasst werden können.The sequential lighting according to claim 2, in which the connecting balls are not illuminated simultaneously, but successively by the steep and the flat lighting, has the advantage that all light reflections are particularly clear, i. H. can be captured by the camera with high contrast.
Die Verwendung von unterschiedlichen Beleuchtungsfärben für unterschiedliche Beleuchtungswinkel gemäß Anspruch 3 er ög- licht auf vorteilhafte Weise eine gleichzeitige Erfassung der ersten und der zweiten Lichtreflexe, sofern eine spektral auflösende Kamera verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden kann.The use of different illuminating colors for different illuminating angles advantageously enables simultaneous detection of the first and second light reflections, provided that a spectrally resolving camera is used. This has the advantage that the method can be carried out particularly quickly.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 4 besteht zwischen dem Einfallswinkel der steilen Beleuchtung und dem Einfallswinkel der flachen Beleuchtung kein Überlapp. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen den Einfallswinkeln der steilen Beleuchtung und den Einfallswinkeln der fla- chen Beleuchtung ein großer Unterschied gewählt wird bzw. dass für die steile Beleuchtung und/oder für die flache Beleuchtung ein Beleuchtungslicht mit zumindest annähernd parallelen Lichtstrahlen verwendet wird.In the method according to claim 4, there is no overlap between the angle of incidence of the steep lighting and the angle of incidence of the flat lighting. This can be achieved, for example, by choosing a large difference between the angles of incidence of the steep illumination and the angles of incidence of the flat illumination, or by using an illumination light with at least approximately parallel light beams for the steep illumination and / or for the flat illumination ,
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 5 werden die Anschlusskugeln von der flachen Beleuchtung gleichzeitig von verschiedenen Seiten beleuchtet. Dies kann beispielsweise durch eine seg- mentierte flache Ringbeleuchtung oder durch eine quasi kontinuierliche Ringbeleuchtung erreicht werden, bei der eine Vielzahl von Lichtquellen mit einem Höhenversatz senkrecht zu der Unterseite des Bauelements ringförmig um das Bauelement herum angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die
Lichtquellen auch durch eine entsprechende Spiegelanordnung ersetzt werden können, welche das Beleuchtungslicht von einer oder von einer Mehrzahl von Lichtquellen derart reflektieren, dass die Anschlusskugeln von verschiedenen Seiten unter einem flachen Einfallswinkel beleuchtet werden. Anstelle einer Spiegelanordnung können auch mehrere Lichtwellenleiter verwendet werden, die das von den Beleuchtungslichtquellen emittierte Licht an die entsprechende Stellen leiten, so dass das Bauelement ebenfalls entsprechend beleuchtet wird.In the method according to claim 5, the connection balls are simultaneously illuminated from different sides by the flat lighting. This can be achieved, for example, by segmented flat ring lighting or by quasi-continuous ring lighting, in which a multiplicity of light sources with a height offset perpendicular to the underside of the component are arranged in a ring around the component. It should be noted that the Light sources can also be replaced by a corresponding mirror arrangement, which reflect the illuminating light from one or a plurality of light sources such that the connecting balls are illuminated from different sides at a flat angle of incidence. Instead of a mirror arrangement, it is also possible to use a plurality of optical waveguides which guide the light emitted by the illuminating light sources to the corresponding points, so that the component is also appropriately illuminated.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 6 wird das Licht der steilen Beleuchtung senkrecht auf die Unterseite des Bauelements gerichtet, so dass die ersten Lichtreflexe besonders einfach ausgewertet werden können.In the method according to claim 6, the light of the steep illumination is directed perpendicularly onto the underside of the component, so that the first light reflections can be evaluated particularly easily.
Gemäß Anspruch 7 werden diejenigen Lichtstrahlen des reflektierten Lichts erfasst, deren Strahlengänge senkrecht zu der Unterseite verlaufen.According to claim 7, those light rays of the reflected light are detected whose beam paths are perpendicular to the underside.
In Verbindung mit einer kontinuierlichen RingbeleuchtungIn conjunction with continuous ring lighting
(siehe Anspruch 5) ergeben sich für rotationssymmetrische Anschlusskugeln kreisförmige zweite Lichtreflexe, deren Durchmesser ein Maß für die Volumina der Anschlusskugeln darstellen. Zudem ist die Vollständigkeit der Ringstruktur der kreisförmigen zweiten Lichtreflexe ein Maß für die Symmetrie der Anschlusskugeln.For rotationally symmetrical connection balls, circular second light reflections result, the diameters of which represent a measure of the volumes of the connection balls. In addition, the completeness of the ring structure of the circular second light reflections is a measure of the symmetry of the connection balls.
In Verbindung mit einer senkrechten Beleuchtung (siehe Anspruch 6) ist die Helligkeit der ersten Lichtreflexe ein Maß für eine eventuell vorhandene Abflachung der Anschlusskugeln. Zudem deutet eine seitliche Verschiebung eines erste Lichtreflexes auf eine eventuell vorhandene seitliche Abflachung der entsprechenden Anschlusskugeln hin.In conjunction with vertical lighting (see claim 6), the brightness of the first light reflections is a measure of a possible flattening of the connection balls. In addition, a lateral shift of a first light reflex indicates a possible lateral flattening of the corresponding connection balls.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass eine relativ zu der flächigen Unterseite des Bauelements senkrechte Beleuchtung kombiniert mit einer relativ zu der Unterseite
senkrechten Erfassung des reflektierten Lichts durch den Einsatz eines herkömmlichen Strahlteilers realisiert werden kann. Dabei kann sowohl das senkrechte Beleuchtungslicht an dem Strahlteiler reflektiert und die Lichtreflexe durch den Strahlteiler transmittiert als auch umgekehrt das senkrechte Beleuchtungslicht transmittiert und die von der Kamera zu erfassenden Lichtreflexe an dem Strahlteiler reflektiert werden.At this point, it is pointed out that lighting perpendicular to the flat underside of the component combines with illumination relative to the underside vertical detection of the reflected light can be realized by using a conventional beam splitter. Both the vertical illuminating light can be reflected on the beam splitter and the light reflections transmitted through the beam splitter, and conversely the vertical illuminating light can be transmitted and the light reflections to be detected by the camera can be reflected on the beam splitter.
Da für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung eines Bauelements koplanare Anschlusskugeln erforderlich sind, ist nicht das absolute, sondern das relative Volumen der einzelnen Anschlusskugeln maßgeblich. Aus diesem Grund werden gemäß Anspruch 8 die ersten und/oder die zweiten Lichtreflexe mit Referenz-Lichtreflexen verglichen, welche durch eine statistische Auswertung wie beispielsweise eine einfache Mittelwertbildung über verschiedene erste bzw. zweite Lichtreflexe bestimmt werden.Since coplanar connection balls are required for reliable electrical contacting of a component, it is not the absolute but the relative volume of the individual connection balls that is decisive. For this reason, according to claim 8, the first and / or the second light reflections are compared with reference light reflections, which are determined by a statistical evaluation such as, for example, a simple averaging over different first and second light reflections.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsforrα.Further advantages and features of the present invention result from the following exemplary description of a currently preferred embodiment.
In der Zeichnung zeigen Figur la eine senkrechte Beleuchtung einer intakten Anschlusskugel und den zugehörigen senkrechten Lichtreflex bei einem relativ zu der Unterseite des Bauelements senkrechten Beobachtungswinkel, Figur lb eine ringförmige Beleuchtung einer intakten An- schlusskugel unter einem flachen Beleuchtungswinkel und den zugehörigen senkrechten Lichtreflex, Figur 2a eine intakte Anschlusskugel und die entsprechenden senkrechten Lichtreflexe bei einer senkrechten und bei einer flachen Beleuchtung, Figur 2b eine fehlende Anschlusskugel und die entsprechenden Lichtreflexe bei einer senkrechten und bei einer flachen Beleuchtung, und
Figur 2c-f vier verschiedene Möglichkeiten für fehlerhafteIn the drawing, FIG. 1 a shows a vertical illumination of an intact connection ball and the associated vertical light reflex at an observation angle perpendicular to the underside of the component, FIG. 1 b shows a ring-shaped illumination of an intact connection ball under a flat illumination angle and the associated vertical light reflection, FIG. 2 a an intact connection ball and the corresponding vertical light reflections in the case of vertical and flat lighting, FIG. 2b a missing connection ball and the corresponding light reflections in the case of vertical and flat lighting, and Figure 2c-f four different ways for faulty
Anschlusskugeln und die entsprechenden Lichtreflexe bei einer senkrechten und bei einer flachen Beleuchtung.Connection balls and the corresponding light reflections for vertical and flat lighting.
Die Figuren la und lb zeigen ein elektronisches Bauelement 100 mit einer Anschlussfläche 101, an welcher sich eine intakte Anschlusskugel 102 befindet. Wie aus Figur la ersichtlich, wird die Anschlusskugel 102 von einer senkrechten Be- leuchtung 103a beleuchtet. Eine nicht dargestellte Kamera erfasst den aufgrund der senkrechten Beleuchtung 103a erzeugten Lichtreflex, dessen Strahlengang senkrecht zu der Unterseite des Bauelements 100 nach unten gerichtet ist. Die Strahlengänge des senkrechten Beleuchtungslichts 103a und des senk- recht zu der Unterseite des Bauelements 100 verlaufenden Lichtreflexes werden auf herkömmliche Weise mittels eines nicht dargestellten Strahlteilers räumlich getrennt.Figures la and lb show an electronic component 100 with a connection surface 101, on which an intact connection ball 102 is located. As can be seen from FIG. 1 a, the connecting ball 102 is illuminated by a vertical illumination 103 a. A camera, not shown, detects the light reflection generated due to the vertical illumination 103a, the beam path of which is directed downwards perpendicularly to the underside of the component 100. The beam paths of the vertical illuminating light 103a and the light reflex running perpendicular to the underside of the component 100 are spatially separated in a conventional manner by means of a beam splitter, not shown.
Die Figur lb zeigt eine flache Beleuchtung 103b der An- schlusskugel 102, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung von einer ringförmigen Beleuchtungseinheit erzeugt wird, so dass die Anschlusskugel 102 unter einem festen Winkel gleichzeitig von allen Seiten beleuchtet wird. Die Strahlengänge der Beleuchtungsstrahlen der flachen Beleuchtung 103b definieren dabei die Mantelfläche eines Kegels, der sich in Richtung auf die zu vermessenden Anschlusskugeln 102 verjüngt. Die nicht dargestellte Kamera erfasst den aufgrund der flachen Beleuchtung 103b erzeugten Lichtreflex, welcher senkrecht zu der Unterseite des Bauele- ments 100 nach unten gerichtet ist. Dabei ergibt sich bei der intakten Anschlusskugel 102 ein kreisringförmiger Lichtreflex 104b, dessen Durchmesser ein Maß für das Volumen der Anschlusskugel 102 ist.FIG. 1b shows a flat illumination 103b of the connection ball 102, which, according to the exemplary embodiment of the invention shown here, is generated by an annular lighting unit, so that the connection ball 102 is simultaneously illuminated from all sides at a fixed angle. The beam paths of the illumination beams of the flat illumination 103b define the lateral surface of a cone that tapers in the direction of the connection balls 102 to be measured. The camera, not shown, detects the light reflection generated due to the flat illumination 103b, which is directed downwards perpendicularly to the underside of the component 100. The intact connection ball 102 results in an annular light reflection 104b, the diameter of which is a measure of the volume of the connection ball 102.
Zur Bestimmung der Qualität, d.h. zur Vermessung der Form und der Größe der Anschlusskugel 102 werden die Lichtreflexe 104a und 104b jeweils getrennt von einem Bildverarbeitungssystem
ausgewertet und dabei mit Referenz-Lichtreflexen verglichen, welche die Größe und die Form einer vorgegebenen intakten Anschlusskugel widerspiegeln. Auf diese Weise kann bei einer Abweichung von zumindest einem der beiden Lichtreflexe 104a bzw. 104b von einem entsprechenden Referenz-Lichtreflex eine fehlende oder eine defekte Anschlusskugel zuverlässig erkannt werden.To determine the quality, ie to measure the shape and size of the connecting ball 102, the light reflections 104a and 104b are each separated from an image processing system evaluated and compared with reference light reflections, which reflect the size and shape of a given intact connection ball. In this way, if at least one of the two light reflections 104a or 104b deviates from a corresponding reference light reflex, a missing or a defective connection ball can be reliably identified.
Die Figuren 2a bis 2f zeigen in Form einer tabellarischen Übersicht verschiedene Anschlusskugeln (linke Spalte), zugehörige von einer senkrechten Beleuchtung erzeugte erste Lichtreflexe (mittlere Spalte) und zugehörige von einer flachen Ringbeleuchtung erzeugte zweite Lichtreflexe (reche Spalte) . Die dargestellten Lichtreflexe werden von einer Ka- mera aufgenommen, welche die flächige Unterseite des Bauelements unter einem senkrechten Winkel erfasst.FIGS. 2a to 2f show, in the form of a tabular overview, different connection balls (left column), associated first light reflections (middle column) generated by vertical illumination and associated second light reflections generated by flat ring illumination (right column). The light reflections shown are recorded by a camera, which captures the flat underside of the component at a vertical angle.
Figur 2a zeigt noch einmal eine intakte Anschlusskugel, die unter einer senkrechten Beleuchtung einen Lichtreflex mit ei- ner punktsymmetrischen Helligkeitsverteilung und bei einer flachen kontinuierlichen Ringbeleuchtung einen punktsymmetrischen ringförmigen Lichtreflex ergibt. Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund des Re lexionsgesetzes, wonach der relativ zu der reflektierenden Oberfläche der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist, der helle Punkt in der Mitte des ersten Lichtreflexes einen Durchmesser aufweist, der deutlich kleiner als der reale Durchmesser der Anschlusskugel ist. Ebenso ergibt sich aus dem Reflexionsgesetz, dass in dem zweiten Lichtreflex der Durchmesser des Kreisringes etwas kleiner als der reale Durchmesser der Anschlusskugel ist.FIG. 2a shows once again an intact connecting ball which, under vertical illumination, produces a light reflection with a point-symmetrical brightness distribution and, in the case of flat, continuous ring illumination, a point-symmetrical ring-shaped light reflection. It is pointed out that due to the re lexions law, according to which the angle of incidence relative to the reflecting surface is equal to the angle of reflection, the bright point in the middle of the first light reflection has a diameter which is significantly smaller than the real diameter of the connecting ball. It also follows from the law of reflection that in the second light reflection the diameter of the circular ring is somewhat smaller than the real diameter of the connecting ball.
Figur 2b zeigt den ersten und den zweiten Lichtreflex bei einer fehlenden Anschlusskugel . Für eine senkrechte Beleuchtung ergibt sich ein kreisförmiger Reflex, der die Anschlussfläche des Bauelements abbildet. Da die Anschlussflächen üblicherweise eine plane Oberfläche aufweisen, ergibt sich ein kreisförmiger Lichtreflex, der einen gegenüber einer intakten An-
schlusskugel deutlich größeren Durchmesser aufweist. Bei einer flachen Beleuchtung ergibt sich ein ebenfalls kreisförmiger Lichtreflex, dessen Helligkeit stark von der optischen Oberflächenbeschaffenheit der Anschlussfläche abhängt. Ist die Anschlussfläche mit Lotresten bedeckt, dann kann eine geringe Helligkeit detektiert werden. Bei einer blanken Anschlussfläche gelangt praktisch kein Licht mehr in die Kamera.Figure 2b shows the first and the second light reflex in the absence of a connecting ball. For vertical lighting, there is a circular reflex that shows the connection surface of the component. Since the connection surfaces usually have a flat surface, there is a circular light reflection that opposes an intact closing ball has a significantly larger diameter. With flat lighting, there is also a circular light reflection, the brightness of which strongly depends on the optical surface properties of the connection surface. If the connection surface is covered with solder residues, a low brightness can be detected. With a bare connection surface, practically no light gets into the camera.
Figur 2c zeigt eine beschädigte Anschlusskugel, bei der auf der rechten Seite ein Teil der Lotkugel herausgebrochen ist. Bei einer senkrechten Beleuchtung ergibt sich ein erster Lichtreflex, welcher in dem linken Teilbereich einem Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel entspricht. In dem kleine- ren rechten Teilbereich weist der erste Lichtreflex eine Undefinierte Struktur auf. Bei einer flachen ringförmigen Beleuchtung ergibt sich ein unvollständiger Kreisring.Figure 2c shows a damaged connecting ball, in which a part of the solder ball has broken out on the right side. In the case of vertical illumination, there is a first light reflex, which corresponds to a light reflex of an intact connection ball in the left part. In the smaller ren right partial region, the first light reflection on a U ndefinierte structure. Flat, circular lighting results in an incomplete circular ring.
Figur 2d zeigt eine Anschlusskugel mit einem zu kleinen Volu- men. Aufgrund der Oberflächenspannung des Lotmaterials ist die Anschlussfläche in der Regel vollständig mit Lot benetzt, die Oberfläche der Anschlusskugel ist jedoch gegenüber einer intakten Anschlusskugel deutlich abgeflacht. In diesem Fall ergibt sich bei einer senkrechten Beleuchtung ein erster Lichtreflex, der in der Regel kaum von dem Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel zu unterscheiden ist. Bei einer flachen Beleuchtung ergibt sich jedoch gegenüber einer intakten Anschlusskugel ein deutlicher Unterschied, der darin besteht, dass der Durchmesser des Kreisrings gegenüber dem zweiten Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel reduziert ist.FIG. 2d shows a connecting ball with a volume that is too small. Due to the surface tension of the solder material, the connection surface is generally completely wetted with solder, but the surface of the connection ball is significantly flattened compared to an intact connection ball. In this case, there is a first light reflex in the case of vertical illumination, which is generally hardly distinguishable from the light reflex of an intact connecting ball. With flat lighting, however, there is a clear difference compared to an intact connection ball, which consists in the fact that the diameter of the circular ring is reduced compared to the second light reflection of an intact connection ball.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich bei einer Anschlusskugel, die ein gegenüber einer intakten Anschlusskugel zu großes Lotvolumen aufweist, ein gegenüber einem zweiten Refe- renz-Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel kreisringförmiger Lichtreflex mit einem größeren Durchmesser ergibt.
Figur 2e zeigt eine Anschlusskugel, die eine Abflachung parallel zu der Unterseite des Bauelements aufweist. In diesem Fall ergibt sich bei einer senkrechten Beleuchtung ein kreisförmiger erster Lichtreflex, der in der Mitte eine helle kreisförmige Fläche aufweist, die gegenüber einem ersten Referenz-Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel einen größeren Durchmesser aufweist. Die flache ringförmige Beleuchtung ergibt in diesem Fall einen zweiten Lichtreflex, der sich von dem zweiten Referenz-Lichtreflex einer intakten Anschlussku- gel in nicht signifikanter Weise unterscheidet.It is pointed out that in the case of a connection ball which has a solder volume which is too large compared to an intact connection ball, an intact connection light with a larger diameter results from an intact connection ball compared to a second reference light reflex. FIG. 2e shows a connection ball which has a flattening parallel to the underside of the component. In this case, in the case of vertical illumination, a circular first light reflection results, which has a bright circular surface in the center, which has a larger diameter than a first reference light reflection of an intact connection ball. In this case, the flat, ring-shaped illumination results in a second light reflex, which differs insignificantly from the second reference light reflex of an intact connecting ball.
Figur 2f zeigt eine Anschlusskugel, welche ebenfalls eine Abflachung aufweist, deren Oberfläche schräg zu der Unterseite des Bauelements verläuft und somit zu einer asymmetrischen Form der Anschlusskugel führt. Bei der senkrechten Beleuchtung ergibt sich je nach Asymmetrie der Anschlusskugel ein mehr oder weniger schwacher erster Lichtreflex, der gegenüber einem ersten Referenz-Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel seitlich verschoben ist. Bei der flachen ringförmigen Beleuchtung ergibt sich für den Fall, dass die Asymmetrie der Anschlusskugel nicht übermäßig stark ausgeprägt ist, ebenfalls ein zweiter Lichtreflex, der sich von einem zweiten Referenz-Lichtreflex einer intakten Anschlusskugel ebenfalls in nicht signifikanter Weise unterscheidet.FIG. 2f shows a connection ball, which likewise has a flattening, the surface of which runs obliquely to the underside of the component and thus leads to an asymmetrical shape of the connection ball. In the case of vertical illumination, depending on the asymmetry of the connecting ball, a more or less weak first light reflex results, which is laterally displaced compared to a first reference light reflex of an intact connecting ball. In the case of the flat, ring-shaped illumination, if the asymmetry of the connection ball is not excessively pronounced, there is also a second light reflection, which also differs insignificantly from a second reference light reflection of an intact connection ball.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren 2b, 2c und 2d dargestellten Anschlusskugeln in der Regel durch Produktionsfehler bei der Herstellung der elektronischen Bauelemente verursacht werden. Die in den Figuren 2e und 2f dargestellten Anschlusskugeln beruhen häufig auf einer unsachgemäßen Handhabung der elektronischen Bauelemente.It is pointed out that the connection balls shown in FIGS. 2b, 2c and 2d are generally caused by production errors in the manufacture of the electronic components. The connection balls shown in FIGS. 2e and 2f are often based on improper handling of the electronic components.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei der gleichzeitigen Vermessung von einer Mehrzahl von Anschlusskugeln, welche auf der flächigen Unterseite eines Bauelements verteilt sind, die einzelnen Anschlusskugeln insbesondere von der flachen Beleuchtung jeweils unter einem leicht unterschiedlichen Win-
kel beleuchtet werden. Dies hat zur Folge, dass insbesondere die entsprechenden zweiten Lichtreflexe für jede Anschlusskugel eine leicht unterschiedliche Struktur aufweisen. Bei einer festen räumlichen Position des zu vermessenden Bauele- ments relativ der Beleuchtungseinheit, welche die ringförmige flache Beleuchtung erzeugt, sind jedoch die geometrischen Beleuchtungsverhältnisse für jede Anschlusskugel fest vorgegeben, so dass die unterschiedlichen Beleuchtungswinkel bei einer nachfolgenden Auswertung der Lichtreflexe entsprechend berücksichtigt und kompensiert werden können.It is also pointed out that when measuring a plurality of connection balls, which are distributed on the flat underside of a component, the individual connection balls, in particular of the flat illumination, are each subjected to a slightly different winch. be illuminated. As a result, the corresponding second light reflections in particular have a slightly different structure for each connecting ball. In the case of a fixed spatial position of the component to be measured relative to the lighting unit which generates the annular flat lighting, however, the geometric lighting conditions are fixed for each connecting ball, so that the different lighting angles can be taken into account and compensated accordingly in a subsequent evaluation of the light reflections ,
Zusammenfassend schafft die Erfindung ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Anschlusskugeln 102 von elektronischen Bauelementen 100, insbesondere von Ball-Grid-Arrays, Chip- Scale Packages, Mikro Ball-Grid-Arrays und/oder Flip-Chips, bei denen die Anschlusskugeln 102 auf einer flächigen Unterseite des Bauelements 100 angeordnet sind. Die Unterseite der Bauelemente 100 wird von einer steilen Beleuchtung 103a und von einer flachen Beleuchtung 103b beleuchtet, so dass unter- schiedliche Lichtreflexe 104a und 104b erzeugt werden. Durch einen Vergleich der von den unterschiedlichen Beleuchtungen erzeugten Lichtreflexe, die jeweils einer Anschlusskugel 102 zugeordnet werden, mit Referenz-Lichtreflexen, kann die Qualität jeder einzelnen Anschlusskugel 102 bestimmt werden. Ei- ne bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass (a) die steile Beleuchtung 103a senkrecht von unten auf Bauelemente 100 trifft, dass (b) die flache Beleuchtung 103b von einer ringförmigen Beleuchtungseinheit erzeugt wird und somit die Anschlusskugeln 102 unter einem be- stimmten Winkel von allen Seiten beleuchtet werden, und dass (c) die Lichtreflexe senkrecht zu der Unterseite der Bauelemente erfasst werden.
In summary, the invention provides a method for quality control of connection balls 102 of electronic components 100, in particular of ball grid arrays, chip scale packages, micro ball grid arrays and / or flip chips, in which the connection balls 102 are on a flat surface Bottom of the component 100 are arranged. The underside of the components 100 is illuminated by a steep illumination 103a and by a flat illumination 103b, so that different light reflections 104a and 104b are generated. The quality of each individual connection ball 102 can be determined by comparing the light reflections generated by the different illuminations, which are each assigned to a connection ball 102, with reference light reflections. A preferred embodiment of the invention is characterized in that (a) the steep lighting 103a hits components 100 vertically from below, (b) the flat lighting 103b is generated by an annular lighting unit and thus the connecting balls 102 under one be - Selected angles are illuminated from all sides, and that (c) the light reflections are detected perpendicular to the underside of the components.