JP2000161916A - 半導体パッケージの検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ボールコプラナリティ計測を正確かつ高速に行
えるようにする。 【解決手段】ボール端子の全体画像を撮像する２次元計
測用ラインセンサ１と、パッケージＰの端子形成面に対
し斜め方向からボール端子の全体画像を撮像する３次元
計測用ラインセンサ２と、これらラインセンサ１，２と
パッケージＰとを相対的に移動する駆動機構１１とを備
え、２次元計測用ラインセンサ１で撮像されたボール端
子の全体画像から各ボール端子の中心位置を求め、３次
元計測用ラインセンサ２で撮像されたボール端子の全体
画像から各ボール端子の頂点を認識し、次いで中心位置
データより各ボール端子の２次元的な位置度を認識し、
頂点データとの相関をとることにより頂点データを１つ
の平面データに変換して、その変換後のデータからボー
ル端子群の頂点に沿う仮想平面を得てボールコプラナリ
ティを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ・ＣＳＰパ
ッケージ等の半導体パッケージに配列されたボール端子
（はんだバンプ）を検査する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＧＡ・ＣＳＰパッケージのボール端子
を検査する装置としては、従来、レーザ変位計測装置が
あり、また、画像処理を用いた装置が提案されている。

【０００３】レーザ変位計測装置は、半導体パッケージ
をトレイに反転した状態で収容し、パッケージ裏面のボ
ール端子に対してレーザ光をスキャンすることにより、
ボール端子の有無、ボールピッチ、ボール径、ボール形
状及びボール位置度（位置ずれ）を計測する装置であ
る。また、そのようなボール計測に加えて、ボール端子
配列の平坦度（ボールコプラナリティ）を計測する３次
元レーザ変位計測装置が実用化されている。

【０００４】画像処理を用いた検査装置としては、２次
元画像と３次元画像からボール天面の光沢小円の移動量
を求めてボール高さを計測しようとするものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ変位
計測装置によれば、ボール端子の頂点にレーザ光を正確
に照射しなければならず、しかもパッケージ内の全ての
ボール端子に対してレーザ光をスキャンする必要がある
ので、計測に多くの時間を要する。また、ボール端子の
頂点にレーザ光を照射し、その反射レーザ光をセンサ光
学系で計測する方式であるので、ボール端子の表面状況
が良好である場合は問題がないが、ボール端子全体が曇
っていて頂点に光沢（つや）がない場合や、ボール端子
の頂点表面に傷等がある場合には、正確な計測結果を得
ることができない。

【０００６】さらに、レーザ光のスキャンはボール端子
配列の列方向または行方向に沿って行われるが、計測ポ
ジションに対するパッケージ収納トレイの位置決めの誤
差などの原因により、レーザ光のスキャン位置が、必ず
しもボール端子の頂点に一致しているとは限らず、ボー
ルコプラナリティ計測の信頼性に欠けるという問題もあ
る。

【０００７】一方、画像処理を用いた従来の考え方とし
ては、図８に例示するように、ボール天面に照明によっ
て光沢小円を作り、２次元センサでのボール画像中の光
沢小円の位置（Ａ）と、斜めから撮像した３次元画像に
できる光沢小円の位置（Ｂ）との差で高さを求めようと
するものであるが、本方法では、ボール天面が現実に起
こり得る、酸化等による曇りが発生した場合や、同様に
天面に欠け、傷が生じて小円を作れなかった場合、及
び、ボールの真球度が損なわれている場合には、大きな
誤差を生じ計測ができなくなるという問題がある。

【０００８】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、ボールコプラナリティ計測を正確かつ高速に行
うことが可能な半導体パッケージの検査装置の提供を目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の検査装置は、Ｂ
ＧＡ・ＣＳＰパッケージなどの半導体パッケージに２次
元配列されたボール端子を検査する装置であって、半導
体パッケージのボール端子形成面と直交する方向から、
ボール端子の全体画像を撮像する２次元計測用ラインセ
ンサと、その２次元計測用ラインセンサと平行に配置さ
れ、半導体パッケージのボール端子形成面に対し斜め方
向から、ボール端子の全体画像を撮像する３次元計測用
ラインセンサと、これらラインセンサ及び半導体パッケ
ージを、ボール端子配列の一方向に相対的に移動する駆
動機構と、演算処理手段とを備えている。そして、演算
処理手段が、２次元計測用ラインセンサで撮像されたボ
ール端子の全体画像から、各ボール端子の中心位置を求
め、３次元計測用ラインセンサで撮像されたボール端子
の全体画像を曲線補間演算することにより各ボール端子
の頂点を認識し、次いでボール端子の中心位置データよ
りパッケージの傾きを含む各ボール端子の２次元的な位
置度を認識し、頂点データとの相関をとることにより頂
点データを１つの平面データに変換し、その変換後のデ
ータからボール端子群の頂点に沿う仮想平面を求め、そ
の仮想平面を用いてボール端子配列の平坦度を求めるよ
うに構成されていることによって特徴づけられる。

【００１０】本発明の検査装置によれば、ボール端子の
平面画像及び斜め画像を撮像し、その２つの画像データ
からボールコプラナリティを求めているので、ボール端
子の頂点をレーザ光でスキャンする方式のレーザ変位計
測装置に比べて、検査速度を速くすることができる。

【００１１】しかも、パッケージをラインセンサに対し
て相対的に移動させて、パッケージ内の全てのボール端
子を撮像する方式であるので、パッケージのボール端子
形成面に対してラインセンサ（３次元計測用）を傾けて
配置しても、得られる画像にラインセンサの傾き方向
（撮像方向）における歪み（縮み）が生じることがなく
なる。これにより、３次元計測用ラインセンサで撮像さ
れる斜め画像のデータ補正（ソフト的な補正）、あるい
はテレセントリックレンズ等の特殊なレンズ系を用いた
ハード的な補正が不要になる。

【００１２】また、３次元計測では、従来の光沢小円の
位置の移動で計測しようとする方法に比べ、ボール端子
の全輪郭を撮像し、その画像からボール端子の頂点を求
めているので、ボール端子全体が曇っていて頂点に光沢
（つや）がない場合や、頂点表面に傷等がある場合な
ど、ボール端子の頂点部の表面状況が悪くても、また、
少々真球度が悪くても、ボール端子の頂点を正確に認識
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明の実施の形態の概略構成を示
す斜視図である。図２はその実施の形態の信号処理系の
構成を示すブロック図である。

【００１５】まず、本実施の形態の検査装置は、段積み
ストッカ（図示せず）からハンドリングされ、移動テー
ブル１１ａ上に位置決めされたローダトレイＴ1 を、Ｘ
軸方向に沿って搬送して２次元／３次元計測ポジション
Ｓ1 を通過させる第１の移動機構１１と、表裏反転機構
１３によって移動テーブル１２ａ上に位置決めされたア
ンローダトレイＴ2 を、Ｘ軸方向に沿って搬送し（第１
の移動機構１１とは逆向きの搬送）、外観検査ポジショ
ンＳ2 を通過させる第２の移動機構１２とを備えてい
る。なお、ローダトレイＴ1 には、所定数のパッケージ
Ｐが、ボール端子Ｂの形成面を上に向けた状態で収納さ
れる。

【００１６】表裏反転機構１３は、２次元／３次元計測
ポジションＳ1 を通過したローダトレイＴ1 に、待機中
の空トレイ（アンローダトレイＴ2 ）を上方から被せ、
そのセット状態のローダトレイＴ1 と空トレイとの上下
を反転させることにより、ローダトレイＴ1 に収容され
ているパッケージＰを、表裏を反転させた姿勢で空トレ
イに移し替え、次いで上側のトレイ（ローダトレイＴ1
）を外し、下側のトレイ（アンローダトレイＴ2 ）を
第２の移動機構１２の移動テーブル１２ａ上に位置決め
する、という動作を実行するように構成されている。

【００１７】以上の第１の移動機構１１、第２の移動機
構１２及び表裏反転機構１３は、それぞれ、演算処理装
置２０からのコントロール信号によって後述する動作で
駆動制御される。

【００１８】２次元／３次元計測ポジションＳ1 には、
第１の移動機構１１によってＸ軸方向に移動するパッケ
ージＰのボール端子形成面と直交する方向（真上）か
ら、ボール端子Ｂの全体画像を撮像する２次元計測用ラ
インセンサ（ＣＣＤカメラ）１と、その２次元計測用ラ
インセンサ１と平行に配置され、パッケージＰのボール
端子形成面に対し斜め方向（例えば仰角３０°）から、
ボール端子Ｂの全体画像を撮像する３次元計測用ライン
センサ（ＣＣＤカメラ）２が配置されている。

【００１９】これら２次元計測用ラインセンサ１と３次
元計測用ラインセンサ２は、画素配列がパッケージＰの
移動方向と直交する方向つまりＹ軸方向に沿うように配
置されている。また、２次元／３次元計測ポジションＳ
1 には、２次元計測用ラインセンサ１の下方で、このラ
インセンサ１の光軸を挟んで互い対向する２本の照明用
光源４が配置されている。

【００２０】外観検査ポジションＳ2 には、第２の移動
機構１２によってＸ軸方向に移動するパッケージＰ表面
の平面像を撮像する外観検査用ラインセンサ（ＣＣＤカ
メラ）３（複数台でもよい）及びその照明用光源５が配
置されている。なお、外観検査用ラインセンサ３も、先
と同様に、画素配列がパッケージＰの移動方向と直交す
る方向（Ｙ軸方向）に沿うように配置されている。

【００２１】この外観検査ポジションＳ2 に配置された
外観検査用ラインセンサ３と、２次元／３次元計測ポジ
ションＳ1 に配置された２次元計測用ラインセンサ１及
び３次元計測用ラインセンサ２の各出力信号は、図２に
示すように、画像処理装置２１，２２，２３に順次に導
かれ、所定の信号処理（多値化処理等）が施された後、
演算処理装置２０に採り込まれる。

【００２２】なお、以上の３台のラインセンサ１，２，
３とその照明用光源４，５はそれぞれ演算処理装置２０
によって駆動が制御され、２次元計測用ラインセンサ１
及び３次元計測用ラインセンサ２と照明用光源４は、ロ
ーダトレイＴ1 が２次元／３次元計測ポジションＳ1 を
通過する間においてＯＮとなり、また、外観検査用ライ
ンセンサ３とその照明用光源５は、アンローダトレイＴ
2 が外観検査ポジションＳ2 を通過する間においてＯＮ
となる。

【００２３】演算処理装置２０は、パッケージＰが２次
元／３次元計測ポジションＳ1 を通過したときに採取さ
れる、２次元計測用ラインセンサ１からの平面画像デー
タ（図３参照）に基づいて、ボール端子の有無、ボール
径及びボール形状を求めるとともに、その平面画像デー
タ上での各ボール端子Ｂの中心位置を求め、その中心位
置データからボールピッチ及びボール位置度を求める。

【００２４】また、演算処理装置２０は、３次元計測用
ラインセンサ２からの斜め画像データ（図４参照）を処
理して、その平面画像データ上での各ボール端子Ｂの頂
点を認識し、その頂点データと先に求めた中心位置デー
タとを用いて、ボールコプラナリティを求める。

【００２５】具体的には、全ボール端子の中心位置デー
タから、撮像時におけるボール端子の配列方向（列方
向）のＸ軸に対する傾き（ローダトレイＴ1 及びパッケ
ージＰの位置決め誤差）を求め、その傾きデータと３次
元計測の角度データ（３０°）とをボール端子の頂点デ
ータにフィードバックして相関をとり、頂点データを１
つの平面データに変換し、その変換後のデータから、最
小二乗法により、ボール端子の頂点群に沿う仮想平面を
求め、この仮想平面を用いてボールコプラナリティを求
めるといった演算処理を行う。

【００２６】さらに、演算処理装置２０は、パッケージ
Ｐが外観検査ポジションＳ2 を通過したときに採取され
る外観検査用ラインセンサ３からの画像データに基づい
て、マーク有無・欠け・文字抜け及びパッケージボイド
の有無等を判定する。

【００２７】なお、演算処理装置２０は、以上の処理に
加えて、ボールピッチ、ボール径、ボール位置度及びボ
ールコプラナリティの各データ、及び、マーク・パッケ
ージボイドに関するデータをＣＲＴ等のビデオモニタ装
置２４、ＦＦＤ（フロッピィディスクドライブ）２５及
びプリンタ２６等の外部機器に出力する、という処理も
行う。

【００２８】次に、本実施の形態の検査動作を説明す
る。まず、ローダトレイＴ1 にパッケージＰを、ボール
端子形成面を上にした状態でセットし、このローダトレ
イＴ1 を段積みストッカ（図示せず）に収納しておく。

【００２９】検査が開始されると、段積みストッカから
１枚のローダトレイＴ1 が取り出され、第１の移動機構
１１の移動テーブル１１ａ上に位置決めされる。この動
作が完了した時点で、第１の移動機構１１が駆動され、
ローダトレイＴ1 が２次元／３次元計測ポジションＳ1
に向かって移動し、その計測ポジションＳ1 を通過する
際に、２次元計測用ラインセンサ１と３次元ラインセン
サ２によって、ローダトレイＴ1 内のパッケージＰのボ
ール端子Ｂの平面画像と斜め画像が撮像され、その各画
像データが演算処理装置２０内に採り込まれる。

【００３０】次に、ローダトレイＴ1 が表裏反転位置に
到達した時点で、表裏反転機構１３が駆動され、２次元
／３次元計測が完了したパッケージＰがローダトレイＴ
1 からアンローダトレイＴ2 へと移し替えられ、そのア
ンローダトレイＴ2 つまりパッケージＰが表面側を上に
して収容されたアンローダトレイＴ2 が第２の移動機構
１２の移動テーブル１２ａ上に位置決めされる。なお、
パッケージＰの移し替えにより空となったローダトレイ
Ｔ1 は回収ストッカに収納される。

【００３１】以上の表裏反転動作が完了した時点で、第
１の移動機構１１が駆動され、移動テーブル１１ａが初
期位置へと戻り、その移動テーブル１１ａ上に、次のロ
ーダトレイＴ1 が位置決めされる。また、表裏反転動作
が完了した時点で、第２の移動機構１２が駆動され、ア
ンローダトレイＴ2 が外観検査ポジションＳ2 に向かっ
て移動し、その検査ポジションＳ2 を通過する際に、外
観検査用ラインセンサ３によってパッケージＰ表面の平
面画像が撮像され、その画像データが演算処理装置２０
内に採り込まれる。なお、このような外観検査処理を行
っている間に、第１の移動機構１１が駆動されて、次の
ローダトレイＴ1 内のパッケージＰの２次元／３次元計
測処理が並列して実行される。

【００３２】以上でトレイ１枚分の計測が完了し、２次
元／３次元計測ポジションＳ1 で採取された画像データ
を基にして、演算処理装置２０が、ボール端子の有無、
ボールピッチ、ボール径、ボール形状、ボール位置度、
及び、ボールコプラナリティを求め、その各データが許
容範囲内に入っているか否かを判定するとともに、外観
検査ポジションＳ2 で採取された画像データからマーク
欠陥・パッケージボイドの有無を判定し、それら判定結
果からパッケージＰの良否を判定する。そして、パッケ
ージ不良がある場合は、詰替えポジション（図示せず）
において、不良品パッケージと予め準備された良品パッ
ケージとの詰替え処理が実行される。

【００３３】以上の実施の形態によれば、２次元／３次
元ポジションＳ1 でのボール計測と外観検査ポジション
Ｓ2 でのマーク・パッケージボイド検査を同一タクトで
行うことができるので、ＢＧＡ・ＣＳＰ等のパッケージ
の外観検査（ボール計測＋マーク・パッケージボイド検
査）を行うにあたり、その検査タクトの短縮化をはかる
ことができる。

【００３４】ここで、本発明の検査装置では、前記した
ような演算処理によりボールコプラナリティを求めてい
るので、常に正確なボールコプラナリティ計測を行うこ
とができる。その理由を、先の図１及び図５〜図７を参
照しながら、以下に詳細に説明する。

【００３５】まず、パッケージＰのボール端子Ｂ・・Ｂが
精度良く形成され、その２次元配列の列または行方向
（図１のＹ方向）に並ぶボール端子Ｂ・・Ｂが直線上に位
置している場合は、３次元計測用ラインセンサ２の撮像
方向において、各ボール端子Ｂと３次元計測用ラインセ
ンサ２との間の距離に差がないので、この３次元計測用
ラインセンサ２の画像データから得られる頂点データの
みでボールコプラナリティを求めても問題はない。

【００３６】しかし、図５及び図６に示すように、１列
に並ぶボール端子Ｂ・・Ｂが直線上にない場合、３次元計
測用ラインセンサ２の撮像方向において、各ボール端子
Ｂの距離に差が生じるため、実際では、全てのボール端
子Ｂ・・Ｂの頂点高さが同じであるのにも関わらず（図
５）、画像データ上では、図７に示すように、ボール端
子Ｂの輪郭頂点が直線上に並ばなくなり、頂点高さが異
なってしまう。すなわち、ボール端子Ｂを斜め方向から
撮像した場合、その撮像方向におけるボール端子Ｂ・・Ｂ
の位置精度が計測精度に大きな影響を及ぼすことにな
る。

【００３７】本発明の検査装置では、そのような点を考
慮して、２次元計測用ラインセンサ１からの平面画像デ
ータに基づいて各ボール端子の中心位置を求め、その中
心位置データを、３次元計測用ラインセンサ２によって
得られたボール端子の斜め画像（３次元画像）にフィー
ドバックすることで、パッケージＰの２次元的な傾き及
びボール端子個々の位置精度による影響を補正してお
り、しかも、本発明の検査装置では、ボール端子に照射
した照明光のうち、ボール端子の頂点で正反射光からボ
ール端子の頂点を測定する方式ではなく、ボール端子の
全輪郭（斜め画像）を撮像し、その画像処理によりボー
ル端子の頂点を認識しているので、ボール端子の頂点付
近の表面状態が悪くて、正常な反射光が得られなくて
も、それには関係なく、ボール端子の頂点を常に正確に
検出することができる。その結果として、常に正確なボ
ールコプラナリティを得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の検査装置
によれば、ＢＧＡ・ＣＳＰパッケージ等のボール端子の
ボールコプラナリティを、高速かつ高精度で計測するこ
とができる。しかも、ボール端子の全体画像を撮像し
て、その画像データからボール端子の頂点位置を認識し
て、ボールコプラナリティを求めているので、ボール端
子が曇っていたり、あるいはボール頂部に傷等がある場
合であっても、それに関係なく常に正確な計測を行える
ので、実用的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の概略構成を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の信号処理系の構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態において２次元計測用ライ
ンセンサで撮像される画像の一例を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態において３次元計測用ライ
ンセンサで撮像される画像の一例を示す図である。

【図５】本発明の検査装置においてボールコプラナリテ
ィを求める際の演算手法の説明図である。

【図６】同じくボールコプラナリティの演算手法の説明
図である。

【図７】同じくボールコプラナリティの演算手法の説明
図である。

【図８】画像処理を用いた検査装置における高さ計測方
法の説明図である。

【符号の説明】

１ ２次元計測用ラインセンサ ２ ３次元計測用ラインセンサ ３ 外観検査用ラインセンサ ４，５ 照明用光源 １１ 第１の移動機構 １２ 第２の移動機構 １３ 表裏反転機構 ２０ 演算処理装置 ２１，２２，２３ 画像処理装置 Ｐ パッケージ Ｔ1 ローダトレイ Ｔ2 アンローダトレイ Ｓ1 ２次元／３次元計測ポジション Ｓ2 外観検査ポジション

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA03 AA04 AA16 AA17 AA21 AA24 AA26 AA31 AA47 AA49 AA51 BB07 BB15 BB18 CC26 DD06 FF04 FF42 GG14 GG16 HH12 HH14 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 NN02 PP12 QQ03 QQ18 QQ21 QQ23 QQ24 QQ25 RR05 RR08 SS01 SS06 SS13 TT01 TT02 TT07 TT08 2G051 AA61 AA62 AB20 BA01 CA03 CA04 CA07 CB01 EA11 EC06 FA10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＢＧＡ・ＣＳＰパッケージなどの半導体
   パッケージに配列されたボール端子を検査する装置であ
   って、 半導体パッケージのボール端子形成面と直交する方向か
   ら、ボール端子の全体画像を撮像する２次元計測用ライ
   ンセンサと、その２次元計測用ラインセンサと平行に配
   置され、半導体パッケージのボール端子形成面に対し斜
   め方向から、ボール端子の全体画像を撮像する３次元計
   測用ラインセンサと、これらラインセンサ及び半導体パ
   ッケージを、ボール端子配列の一方向に相対的に移動す
   る駆動機構と、演算処理手段とを備え、 その演算処理手段は、２次元計測用ラインセンサで撮像
   されたボール端子の全体画像から各ボール端子の中心位
   置を求め、３次元計測用ラインセンサで撮像されたボー
   ル端子の全体画像から各ボール端子の頂点を認識し、次
   いでボール端子の中心位置データより各ボール端子の２
   次元的な位置度を認識し、頂点データとの相関をとるこ
   とにより頂点データを１つの平面データに変換し、その
   変換後のデータからボール端子群の頂点に沿う仮想平面
   を求め、その仮想平面を用いてボール端子配列の平坦度
   を求めるように構成されていることを特徴とする半導体
   パッケージの検査装置。