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마이크로 BGA 패키지의 볼 형상 시각검사를 위한 모아레 간섭계 기반 3차원 머신 비젼 시스템
Three-dimensional Machine Vision System based on moire Interferometry for the Ball Shape Inspection of Micro BGA Packages

김민영    (경북대학교 IT대학 전자공학부  );
  • 초록

    본 논문에서는 마이크로 BGA 패키지 내외부의 마이크로 볼의 3차원 형상을 측정하는 광학 측정 시스템을 제안하고 이를 구현한다. 대부분의 시각 검사 시스템은 마이크로 볼의 복잡한 반사 특성 때문에 검사에 어려움을 겪고 있다. 정확한 형상의 측정을 위해서, 특별히 설계된 시각 센서 시스템을 제안하고, 위상이송 모아레 간섭계의 측정원리에 기반한 형상측정 알고리즘을 제안한다. 센서 시스템은 4개의 서브시스템을 보유한 패턴 투사 시스템과 영상획득 시스템으로 구성된다. 패턴 투사용 서브시스템은 공간상으로 서로 상이한 투사 방향을 가지며, 이는 측정 물체에 각기 다른 입사 방향을 가지는 패턴 조명이 투사될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 위상이송 모아레 간섭계의 구현을 위한 정밀 위상이송을 위해서, 각 서브시스템의 패턴 격자는 PZT 구동기를 이용하여 일정 간격으로 이송한다. 최종적으로 측정되는 마이크로 볼의 경면반사와 그림자 영역을 효과적으로 제거하기 위해서, 다중 패턴 투사 시스템과 영상획득 시스템을 구현하고, 이를 테스트한다. 특히, 다중 프로젝션을 이용하여 획득되는 다중 높이 정보를 효과적으로 융합하기 위하여, 베이지안 센서 융합 이론을 기반으로한 센서 융합 알고리즘이 제안된다. 제안되는 시스템의 원리검증과 성능확인을 위해, 마이크로 BGA볼과 기판 범프의 측정대상물에 대해서, 측정 반복성을 중심으로 실험이 수행되었으며, 획득된 실험 결과를 분석하고 논의한다.


    This paper focuses on three-dimensional measurement system of micro balls on micro Ball-Grid-Array(BGA) packages in-line. Most of visual inspection system still suffers from sophisticate reflection characteristics of micro balls. For accurate shape measurement of them, a specially designed visual sensor system is proposed under the sensing principle of phase shifting moire interferometry. The system consists of a pattern projection system with four projection subsystems and an imaging system. In the projection system, four subsystems have spatially different projection directions to make target objects experience the pattern illuminations with different incident directions. For the phase shifting, each grating pattern of subsystem is regularly moved by PZT actuator. To remove specular noise and shadow area of BGA balls efficiently, a compact multiple-pattern projection and imaging system is implemented and tested. Especially, a sensor fusion algorithm to integrate four information sets, acquired from multiple projections, into one is proposed with the basis of Bayesian sensor fusion theory. To see how the proposed system works, a series of experiments is performed and the results are analyzed in detail.


  • 주제어

    BGA ball inspection .   Ball Grid Array .   Semiconductor package inspection .   Moire interferometry .   Multiple projection.  

  • 참고문헌 (13)

    1. T. Hamano, "Flip Chip Technology and Market Trend", in MEPTEC (Micro-Electronics Packaging & Test Engineering Council) Report, pp.25-28, November/December (2000). 
    2. R. Lanzone, "How Flip-Chip Package Interactions Affect the Manufacture of High-Performance ICs", Chip Scale Review, Jan-Feb (2006). 
    3. G. Caswell and J. Partridge, "BGA to CSP to Flip Chip-Manufacturing Issues", J. Microelectron. Packag. Soc., 8(2), 37 (2001). 
    4. Amkor Technology, Amkor Technology Inc. March (2012) from http://www.amkor.com/go/packaging/all-packages/fcmbga- flip-chip- molded-ball-grid-array 
    5. P. Kim and S. Rhee, "Three-Dimensional Inspection of Ball Grid Array Using Laser Vision System", IEEE Trans. on Electronics Packaging Manufacturing, 22(2), 151 (1999). 
    6. H. Yen, D. Tsai and S. Feng, "Full-Field 3-D Flip-Chip Solder Bumps Measurement Using DLP-Based Phase Shifting Technique", IEEE Trans. on Advanced Packaging, 31(4), 830 (2008). 
    7. A. Teramoto, T. Murakoshi, M. Tsuzaka and H. Fujita, "Automated Solder Inspection Technique for BGA-Mounted Substrates by Means of Oblique Computed Tomography", IEEE Trans. on Electronics Packaging Manufacturing, 30(4), 285 (2007). 
    8. J. W. Park, J. S. Yang, and T. Y. Choi, "On the Development of an Inspection Algorithm for Micro Ball Grid Array Solder Balls", J. Microelectron. Packag. Soc., 8(3), 1 (2001). 
    9. M. Y. Kim, "Multi-Directional Projection Type Moire Interferometer and Inspection Method Using the Same", US Patent 7894077 (2011). 
    10. K. J. Gasvik, "Optical Metrology", 3rd Ed., pp.173-192, John Wiley & Sons, Ltd (2003). 
    11. J. E. Greivenkamp and J. H. Bruning, "Phase shifting interferometry", in Optical Shop Testing, D. Malacara, ed., pp.547- 666, Wiley, New York (1992). 
    12. L. A. Klein, "Sensor and Data Fusion: A Tool for Information Assessment and Decision Making", pp.127-147, SPIE Press, Washington (2004). 
    13. M. Y. Kim and K. Koh, "Shadow Free Moire Interferometer With Dual Projection For In-Line Inspection of Light Emitting Diodes", Int. J. Optomechatronics, 1(4), 404 (2007). 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Lee, Han-Ju ; Kim, Chang-Seok 2015. "Inspection System using CIELAB Color Space for the PCB Ball Pad with OSP Surface Finish" 마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, 22(1): 15~19     
    2. Joo, Byeong Gwon ; Cho, Taik Dong 2015. "3D Accuracy Enhancement of BGA Shiny Round Ball Using Optical Triangulation Method" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 32(9): 799~805     

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