[논문]정확도를 향상시킨 BGA 솔더볼 외관검사 기법 개발

허경무

정확도를 향상시킨 BGA 솔더볼 외관검사 기법 개발
Development of an Accuracy-improved Vision Inspection System for BGA Solder Ball 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SC, 시스템 및 제어, v.47 no.6 = no.336, 2010년, pp.80 - 85

허경무 (단국대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

현재 BGA 409 chip의 외관검사는 대부분 현미경을 이용한 육안검사로 이루어지고 있다. 그러나 인간의 시력에 의존하여 검사하는 현재의 외관검사 방법은 검사자의 육체적, 정신적 부분에 의하여 검사 결과가 변화하기 때문에 안정적인 결과를 기대하기 어렵다. 따라서 육안검사 시 발생하는 문제점을 개선하기 위해 BGA 솔더볼 외관검사의 비전 시스템이 개발 되었고, 이는 기존의 검사 방법에 비해 BGA 409 chip의 솔더볼의 외관검사의 신뢰성과 효율성을 증가시켰다. 하지만 BGA 솔더볼의 크기가 미세하고 그 특징의 구분이 힘들어 검사의 정확도가 떨어지고 오리엔테이션 오류가 발생하였다. 이에 본 논문에서는 BGA 솔더볼 외관검사의 정확도를 향상시키기 위해 에지 검출 알고리즘의 보완과 특징들만을 비교하는 패턴매칭 기법을 제안하였으며, 또한 특징 공간 설정의 기준이 되는 기준 영역의 개선을 통해 오리엔테이션 오류의 개선을 제안하였다. 즉, 본 논문에서는 기존의 비전 시스템의 정확도와 오리엔테이션 오류를 개선하는 방법을 제안함으로써 BGA 솔더볼 외관검사의 정확도를 향상시켜 결과적으로 BGA 솔더볼 외관검사의 에러율을 줄이고 검사 속도의 향상 등 기존의 외관검사 방법에 비해 향상된 검사 결과를 획득하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

BGA 409 chip currently the most as a visual inspection of the exterior inspection is conducted. Human depending on visual inspection of the exterior inspection of the current state of testers, depending on how the test results because the change is difficult to expect reliable results. Therefore, the challenges of visual inspection of BGA solder balls to improve the visual inspection technique was developed. However, BGA solder ball size of the microstructure and the characteristics of the distinction between hard test the accuracy of the fall orientation error has a problem. In this paper BGA solder balls exterior inspection of the accuracy to improve the edge detection algorithm, the complement of features and only the comparison proposed a pattern-matching techniques, based on the characteristics of spatial configuration of the area by improving the standard error of the orientation proposed improvements.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

BGA 솔더볼 외관검사는 15㎜×15㎜ 크기의 BGA 409 chip 위에 존재하는 409개의 솔더볼의 불량 검출을 목적으로 한다.
이에 본 논문에서는 특징 공간의 설정 방법의 개선을 통해 BGA 솔더볼 외관검사 시 발생하는 오리엔테이션 오류의 개선하는 방법을 제안한다. 또한 기존의 BGA 솔더볼 외관검사 시스템에서 문제가 야기되었던 특징 추출과 패턴 매칭 기법의 단점을 보완하여 검사의 정확도를 향상시키는 방법을 제안하고자 한다.
본 논문에서 제안하는 BGA 솔더볼 외관검사에서는 검사의 정확도를 향상시키기 위하여 기존의 시스템에서 이용된 특징 추출 방법의 개선을 실행하였다. 기존의 시스템에서 에지 검출 시 사용된 LoG와 DoG를 이용한 방법으로 진행하되, 정확도의 향상을 위하여 LoG 연산의 처리 후, DoG 연산을 하는 과정인 기존의 에지 검출 방법에 LoG 연산자를 한번 더 사용하여 세밀한 에지를 검출할 수 있도록 알고리즘을 개선하였다.
본 논문에서는 기존의 BGA 409 chip의 외관검사 시스템의 문제점을 보완하기 위하여 기존 시스템의 분석을 통해 정확도를 향상시킨 BGA 솔더볼 외관검사 기법을 제안하였다.
하지만 BGA 409 chip의 크기와 외관검사 시 불량 판정 기준의 단위가 미세하기 때문에 불량 판정의 오류를 일으킬 수 있는 오리엔테이션 오류(Orientation Error)가 발생한다. 이에 본 논문에서는 특징 공간의 설정 방법의 개선을 통해 BGA 솔더볼 외관검사 시 발생하는 오리엔테이션 오류의 개선하는 방법을 제안한다. 또한 기존의 BGA 솔더볼 외관검사 시스템에서 문제가 야기되었던 특징 추출과 패턴 매칭 기법의 단점을 보완하여 검사의 정확도를 향상시키는 방법을 제안하고자 한다.

제안 방법

BGA 솔더볼의 위치 측정은 패턴 매칭 되어진 BGA 409 chip의 입력 영상과 표준 패턴을 이용하여 각 솔더볼의 중심점 좌표를 구한 후 그 좌표를 비교하는 방법으로 이루어지며, 이 때 솔더볼이 보드의 기준 위치에서 ±15[㎛] 이상의 차이를 가지는 경우를 불량으로 판정한다.
BGA 솔더볼의 위치 측정 방법을 이용하면 BGA 솔더볼의 볼의 존재유무와 접합 불량의 확인도 가능하다. BGA 솔더볼의 입력 영상과 표준 패턴 간의 패턴 매칭을 통하여 출력된 영상을 통해 솔더볼의 빠짐과 접합 불량을 확인하였다. 이 때, 솔더볼이 보드 상의 정해진 위치에 존재하지 않을 경우 불량으로 판정한다.
BGA 솔더볼의 크기 측정은 특징 추출 시 이용된 에지 검출을 이용하여 수행된다. BGA 409 chip의 각 솔더볼에 대한 에지 검출을 수행한 후, 검출된 에지에 대한 정보를 바탕으로 에지의 길이 값을 얻는다.
BGA 솔더볼의 특징 추출을 통하여 얻어진 특징 공간을 에지를 이용하여 정의하고, 정의된 특징 공간을 외관검사에 이용하는 방법의 패턴 매칭을 실행하였다. 제안하는 방법은 입력 영상을 표준 패턴과 비교연산을 수행할 떄 전체 픽셀을 비교하는 것이 아니라 표준 패턴에 정의되어 있는 일정 영역만을 비교하여 패턴 매칭을 수행하는 방법이다.
BGA 솔더볼 외관검사의 불량 판정은 솔더볼의 크기와 위치, 솔더볼의 존재유무에 대한 불량 판정 기준에 해당할 경우 결정된다. 각각 기존의 BGA 솔더볼 외관검사의 방법과 정확도를 향상시킨 BGA 솔더볼 외관검사의 방법으로 솔더볼의 위치와 크기 불량 및 솔더볼의 존재유무 불량 검사를 실행한 후, 그 결과에 대한 정확도를 검사 오차율을 통해 비교, 분석하였다.
이러한 방법은 검사의 기준이 되는 표준 패턴의 데이터의 양을 크게 감소시켜 줄 수 있으며, 각 패턴의 노이즈에 대한 민감도를 줄일 수 있다. 검사의 진행은 입력 영상과 표준 패턴 간의 차이를 나타내는 M.E(Matching Error)를 이용하였다.
본 논문에서 제안하는 BGA 솔더볼 외관검사에서는 검사의 정확도를 향상시키기 위하여 기존의 시스템에서 이용된 특징 추출 방법의 개선을 실행하였다. 기존의 시스템에서 에지 검출 시 사용된 LoG와 DoG를 이용한 방법으로 진행하되, 정확도의 향상을 위하여 LoG 연산의 처리 후, DoG 연산을 하는 과정인 기존의 에지 검출 방법에 LoG 연산자를 한번 더 사용하여 세밀한 에지를 검출할 수 있도록 알고리즘을 개선하였다.
본 논문에서 제안하는 BGA 솔더볼 외관검사 방법은 오리엔테이션 오류의 문제를 해결하기 위해 기준볼을 포함하며, 가로 방향의 방향성을 가지는 영역을 특징 공간의 기준 영역으로 설정하는 방법을 이용하여 표준 패턴을 정의하였다.
이로 인해 발생하게 되는 오리엔테이션 오류는 결과적으로 BGA 솔더볼 외관검사의 오차율을 증가시켜 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다. 이에 방향성을 가지는 특징 영역의 설정을 통해 BGA 솔더볼 외관 검사 시 발생하는 오리엔테이션 오류를 개선하였다. 오리엔테이션 오류의 개선은 BGA 솔더볼 외관검사의 정확도를 향상시켜 외관검사의 에러율이 개선되는 결과를 초래한다.
BGA 솔더볼의 특징 추출을 통하여 얻어진 특징 공간을 에지를 이용하여 정의하고, 정의된 특징 공간을 외관검사에 이용하는 방법의 패턴 매칭을 실행하였다. 제안하는 방법은 입력 영상을 표준 패턴과 비교연산을 수행할 떄 전체 픽셀을 비교하는 것이 아니라 표준 패턴에 정의되어 있는 일정 영역만을 비교하여 패턴 매칭을 수행하는 방법이다. 이러한 방법은 검사의 기준이 되는 표준 패턴의 데이터의 양을 크게 감소시켜 줄 수 있으며, 각 패턴의 노이즈에 대한 민감도를 줄일 수 있다.
특징 추출을 위한 에지 검출 시 전처리 과정을 거친 입력 영상을 LoG를 이용하여 세밀한 에지까지 검출한 후, DoG를 이용하여 전체적인 배열과 큰 에지를 검출하는 과정에서, 불필요한 잡음을 제거하여 특징을 추출하였다. 이러한 방법을 통한 특징 추출은 LoG의 속도 문제를 DoG가 보완하게 된다.

대상 데이터

본 논문에서는 BGA 제품 중 직경 0.3㎜의 솔더볼 409개가 존재하는 15㎜×15㎜ 크기의 BGA 409 chip을 이용하여 연구를 진행한다.

이론/모형

여러 가지의 매칭기법이 존재하지만, 복잡한 구조에서도 원하는 특징을 구분할 수 있고 구현하기 비교적 용이하여 많은 소자들로 이루어진 회로기판에서 어느 특정한 특징만을 검사하는데 많이 사용되는 NCC(Normalized Cross Correlation)을 사용하였다.^[4]

성능/효과

기존의 검사방법은 평균 3.7% 정도의 에러율이 발생하였으나, 제안한 검사방법은 평균 0.8%의 에러율이 나타났다. 즉, 정확도를 향상시킨 외관검사를 통해 에러율을 2.
기존의 방법에 의한 특징 추출에 비해 제안하는 방법의 특징 추출 기법이 볼의 에지를 더 정확하고 세밀하게 검출해 내는 것을 확인할 수 있었다. 기존의 방법에 비해 잡음은 조금 더 늘었지만, 에지의 윤곽선이 더 뚜렷하게 나타났다.
가로 방향의 방향성을 가지는 영역을 기준 영역으로 설정한 경우, 기존의 방법에 비해 오리엔테이션 오류가 크게 감소하였다. 따라서 방향성을 가지는 영역을 특징 공간으로 설정하는 방법을 이용하여 정의된 표준 패턴은 BGA 솔더볼의 입력 영상과 더 정확한 패턴 매칭을 가능하게 하여, 결과적으로 BGA 솔더볼 외관검사의 오차율을 줄여 정확도를 향상시키게 된다.^[8]
오리엔테이션 오류의 개선은 BGA 솔더볼 외관검사의 정확도를 향상시켜 외관검사의 에러율이 개선되는 결과를 초래한다. 또한 기존의 특징 추출 기법에 사용된 LoG와 DoG를 병행하여 사용하는 알고리즘에 LoG를 추가하는 방법을 제안함으로써 기존의 특징 추출 기법보다 더 정확하고 정밀한 특징의 추출이 가능하게 하였다. 본 논문에서 제안하는 BGA 솔더볼 외관검사를 수행하였을 경우, 전체적인 에러율은 평균 0.
본 논문에서 제시한 BGA 솔더볼의 위치 측정 알고리즘과 BGA 솔더볼의 크기 측정 알고리즘을 이용하면, 최종적으로 BGA 솔더볼의 위치와 크기를 동시에 측정이 가능해진다.
또한 기존의 특징 추출 기법에 사용된 LoG와 DoG를 병행하여 사용하는 알고리즘에 LoG를 추가하는 방법을 제안함으로써 기존의 특징 추출 기법보다 더 정확하고 정밀한 특징의 추출이 가능하게 하였다. 본 논문에서 제안하는 BGA 솔더볼 외관검사를 수행하였을 경우, 전체적인 에러율은 평균 0.8% 정도로 기존의 검사 방법을 이용하여 외관검사를 수행하였을 경우의 평균 3.7%의 에러율에 비해 에러율이 크게 개선되었다.
본 논문에서 제안하는 방법을 기준 영역으로 설정하였을 경우, 특징 공간의 설정에 방향성이 생겨 기존의 방법에 비해 오리엔테이션 오류가 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.^[7]
기존의 방법에 비해 잡음은 조금 더 늘었지만, 에지의 윤곽선이 더 뚜렷하게 나타났다. 제안하는 방법을 이용한 에지의 검출은 에지의 정확도를 향상시켜 각 개체의 특징을 부과하고 더 선명한 에지 윤곽선을 가짐으로 인해 BGA 솔더볼의 외관검사 시 표준 패턴과 입력 영상의 매칭을 더 효과적으로 할 수 있게 하였다. 이러한 방법을 적용하였을 경우 기존의 방법에 비해 좀 더 세밀하고 정확한 에지의 검출이 가능해져 각 개체의 특징의 구별이 가능해진다.
8%의 에러율이 나타났다. 즉, 정확도를 향상시킨 외관검사를 통해 에러율을 2.9% 정도 개선하여 외관검사의 정확도를 98% 이상 향상시켰다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	육안검사 시 발생하는 문제점을 개선하기 위해서 무엇이 개발되었는가?	그러나 인간의 시력에 의존하여 검사하는 현재의 외관검사 방법은 검사자의 육체적, 정신적 부분에 의하여 검사 결과가 변화하기 때문에 안정적인 결과를 기대하기 어렵다. 따라서 육안검사 시 발생하는 문제점을 개선하기 위해 BGA 솔더볼 외관검사의 비전 시스템이 개발 되었고, 이는 기존의 검사 방법에 비해 BGA 409 chip의 솔더볼의 외관검사의 신뢰성과 효율성을 증가시켰다. 하지만 BGA 솔더볼의 크기가 미세하고 그 특징의 구분이 힘들어 검사의 정확도가 떨어지고 오리엔테이션 오류가 발생하였다.
	BGA란?	BGA는 최근 전자제품 및 통신기기들의 소형화, 고성능화 추세로 주요 부품인 반도체의 집적도가 높아지면서 수요가 큰 폭으로 증가하고 있다. BGA는 Ball Grid Array의 약자로 Bare chip을 얹은 PCB의 뒷면에 반구형의 납땜 단자를 2차원 어레이 상으로 줄지어 배열해 리드를 대신하는 대규모 집적회로 패키지이다. 본 논문에서는 BGA 제품 중 직경 0.
	비전 검사 시스템의 단점은?	비전 검사 시스템은 외관검사의 속도를 향상시키며, 상당량의 변수를 동반한 경우에도 능동적으로 대처하여 균일한 품질의 보장이 가능하며, 육안 검사 시 발생 가능한 주관적인 판단에 의한 오차까지도 방지할 수 있어, 제품의 신뢰성을 향상시킨다. 하지만 BGA 409 chip의 크기와 외관검사 시 불량 판정 기준의 단위가 미세하기 때문에 불량 판정의 오류를 일으킬 수 있는 오리엔테이션 오류(Orientation Error)가 발생한다. 이에 본 논문에서는 특징 공간의 설정 방법의 개선을 통해 BGA 솔더볼 외관검사 시 발생하는 오리엔테이션 오류의 개선하는 방법을 제안한다.

참고문헌 (11)

C H Chen and P S P Wang. (2005) Pattern Recognition and Computer Vision. World Scientific. pp 310-480
Milan Sonka. (1999) Image Processing Analysis, and Machine Vision. PWS Publishing. pp 68-137
Maria Retrou and Panagiota Bosdogianni. (1999) Image Processing. John Wiley & Sons Inc. pp 265-282
임헌민,마연수,박병해, '노말라이즈드 코릴레이션 패턴 매칭기법을 이용한 부품 장착 상태 비젼 검사기의 개발', Samsung Group Technical Conference, 1995.
Forsyth, David A. (2003) Computer Vision : A Modern Approach. Prentice Hall. pp 175-186
JANG Da-zhi. (2001) Research and Overview of Image non-linear Distortion in Computer Vision. Computer Engineering. pp 108-110
P Kornprobst and R Deriche and G Aubert. (1997) Nonlinear Operators in Image Restoration. Computer Vision and Pattern Recognition pp 325-330
GN Desonza and AC Kak. (2002) Vision for Mobile Robot Navigation. IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence. pp 237-267
SE Unbaugh. (1997) Computer Vision and Image Processing Prentice Hall PTR. pp 197-218
"Matrox inspector user guide," version4, Matrox electronic System Ltd. 2002.
Tamal Bose, Francois Meyer,"Digital Signal and Image Processing", John Wiley & Sons, pp.599-612, 2003.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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