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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 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.1, 2012년, pp.81 - 87  

김민영 (경북대학교 IT대학 전자공학부)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 se...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 10) 특히, 반도체 패키지의 볼형상 측정 대상물체와 투사되는 패턴의 기하학적 요인과 광학적 요인에 의해 생기는 그림자 효과 및 측정 물체의 경면 반사를 제거하기 위해서, 이 논문에서는 4개 이상의 다중 패턴 투사 시스템이 제안된다.
  • 이 논문에서는, 엔지니어링적 개념을 활용하여, 간섭계에 기반한 센서 시스템이 제안되며, 제안되는 시스템의 특징은 다중 입사각을 갖는 패턴 투사 시스템을 구비한다는 것이다. 본 논문에서는 제안하는 센서 시스템에 대하여 기술하고자 하며, 또한 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법에 대해서 제안하고 기술한다. 최종적으로, 제안된 시스템과 측정 알고리즘을 이용한 실제 시스템 구현과 실험 및 결과에 대해서 논한다.
  • 본 논문에서는, 플립칩 패키징 및 웨이퍼레벨 패키징의 반도체 패키징에 사용되는 범프와 BGA의 구형상 솔더볼을 측정 검사하기 위한 3차원 시각 센서 시스템을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 제안하는 센서 시스템에 대하여 기술하고자 하며, 또한 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법에 대해서 제안하고 기술한다. 최종적으로, 제안된 시스템과 측정 알고리즘을 이용한 실제 시스템 구현과 실험 및 결과에 대해서 논한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반도체 패키지의 생산 품질을 제어를 위해 매우 중요한 공정은? 이러한 반도체 패키지의 생산 품질을 제어하기 위해서, 패키지의 앞면 혹은 뒷면에 정렬되는 Ball-Grid-Array (BGA) 혹은 범프의 형상을 측정하고 검사하는 것은 매우 중요한 반도체 패키지 공정 중 하나이다.
상용 플립칩 BGA의 내부 구조는 어떠한가? 1은 상용 플립칩 BGA의 내부 구조 예를 보여준다.4) 웨이퍼 다이 아래에 장착된 범프 배열이 전체 BGA 패키 징으로 접점을 만들고, BGA 패키지의 최종 하단에는 다시 BGA가 전체 패키지의 접점을 형성한다. 이러한 접점 배열의 형성에 있어서, 범프 배열 및 BGA의 개별 높이 및 체적의 균일도, 그리고 옵셋의 정확도가 중요한 공정 검사항목이 된다.
논문에서 제안하는 엔지니어링적 개념을 활용하여, 간섭계에 기반한 센서 시스템의 특징은? 5-8) 이는 측정대상이 갖고 있는 복잡한 반사효과와 그림자 영향으로 대변되는 재료의 광학적 특징 그리고 형상의 기하학적 특징에 기인한다. 이 논문에서는, 엔지니어링적 개념을 활용하여, 간섭계에 기반한 센서 시스템이 제안되며, 제안 되는 시스템의 특징은 다중 입사각을 갖는 패턴 투사 시스템을 구비한다는 것이다. 본 논문에서는 제안하는 센서 시스템에 대하여 기술하고자 하며, 또한 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법에 대해서 제안하고 기술한다.
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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). 

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