[논문]Quad Chip 외관 불량 검사를 위한 2D/3D 광학 시스템

한창호; 이상준; 박철근; 이지연; 유영기; 고국원

doi:10.5762/kais.2016.17.1.684

초록
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LQFP/TQFP(Low-profile Quad Flat Package/Thin Quad Flat Package) 패키지 공정에서는 높은 수준의 품질 관리를 위해 3차원 형상 측정 방법을 도입하고 있어 본 연구에서는 최종 외관 불량 검사를 위하여 projection moire 방식의 3D 영상 검사를 위한 광학 시스템과 영상처리 알고리즘을 개발하였다. LQFP/TQFP칩에서 발생하는 불량들은 2D 불량항목과 3D 불량 항목으로 구분하여 불량 항목을 상세히 정의하였다. 광학계를 설계함에 있어서 2D 측정 광학계는 돔 조명을 사용하여 일정한 광분포도를 갖도록 설계하고, 3D 측정 광학계는 PZT를 이용하여 모아레 패턴이 90도씩 정확한 위상을 갖도록 이송을 위한 기구적 메커니즘을 설계한다. 물체의 모아레 측정시 위상 변화에서 나타나는 $2{\pi}$ 모호성을 해결하기 위해 측정된 모아레 무늬를 비교하여 $2{\pi}$ 위상의 모호성이 발생하는 부분에서 수정된 다른 위상을 참고하는 알고리즘을 적용하였다. 개발된 검사 시스템은 LQFP/TQFP 외관 검사 공정에 적용하였으며, 실험에서 최대 높이의 측정 오차는 $1.34{\mu}m$ 이내로, 3차원 외관형상 불량 검사 조건을 만족할 만한 성능을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the manufacturing process of the LQFP/TQFP (Low-profile Quad Flat Package/Thin Quad Flat Package), the requirement of a 3 dimensional inspection is increasing rapidly and a 3D inspection of the shape of a chip has become an important report of quality control. This study developed a 3 dimensional...

In the manufacturing process of the LQFP/TQFP (Low-profile Quad Flat Package/Thin Quad Flat Package), the requirement of a 3 dimensional inspection is increasing rapidly and a 3D inspection of the shape of a chip has become an important report of quality control. This study developed a 3 dimensional measurement system based on PMP (Phase Measuring Profilometry) for an inspection of the LQFP/TQFP chip and image processing algorithms. The defects of the LQFP/TQFP chip were classified according to the dimensions. The 2 dimensional optical system was designed by the dorm illumination to achieve constant light distribution, In the 3 dimensional optical system, PZT was used for moving 90 degree in phase. The problem of 2 ambiguity was solved from the measured moir? pattern using the ambiguity elimination algorithm that finds the point of ambiguity and refines the phase value. The proposed 3D measurement system was evaluated experimentally.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 2차원 패턴 검사로 행해지던 LQFP/TQFP 패키징 검사 공정에서 3차원 형상 공정 관리를 위해 영사식 모아레 간섭계 방법을 이용한, 광학계 시스템을 설계하고 3차원 측 알고리즘을 구현하였다. 본 연구에서 구현한 측정 장비의 성능을 테스트하기 위해 국내에서 제조 중인 LQFP/TQFP 패키징 공정의 검사 라인에 적용하였으며, 측정 결과 LQFP/TQFP 공정 중 불량이 가장 많이 발생하는 Saw Depth 측정에서 10 회 반복 측정시 최대 오차는 1.
이 모아레 방법은 빠른 검사 속도로, mm급의 수평 검사 영역과 수백 μm 단위의 높이 형상 측정이 가능하여 package의 외관 형상 검사에 적합하다[6]. 본 연구에서는 Quad chip 공정에서 최종 외관 불량 검사를 위한 3D 영상 검사 시스템을 구축하기 위해 광학 장치를 설계하고 이에 따른 영상처리 알고리즘을 구현하였다. 구현된 3D 검사 장비는 실제 LQFP/TQFP 패키징 공정에 적용하여 불량을 검사 실험을 하였으며, 실험 결과에서 10 회 반복 측정 시 최대 오차는 1.

제안 방법

그림 18은 실제 LQFP/TQFP의 Saw 공정 후에서 groove의 높이를 측정한 결과이다. Land Lead면의 A지점과 Saw면의 B지점을 반복 측정함으로써 반복 성능을 테스트하였다. 측정결과 A지점은 표준편차 0.
돔 조명을 사용하여 구성하였으며 30x22mm의 FOV 내에서 그림 4와 같이 광 분포도 해석을 통하여 일정한 광분포도를 가지도록 설정하였다. LED는 100도의 광각을 갖는 3mm 직경의 것을 사용하였다.
모아레 발생에 사용된 grid는 500Lp/inch의 Grid Glass를 가지고 약 8배의 배율을 가지도록 Projection Lens를 설계하였다. Grid의 투사각은 40도 이며 미러를 통해 반사되어 주사하게 설계하였다[9].
본 연구에서 사용한 flexure 구조의 선형 안내 기구는 그림 10과 같이 탄성 힌지 메커니즘을 이용한 4절 기구 형태(four-Link mechanism)로 설계하였다. 스테이지는 사절 링크 기구, PZT 구동소자, 예압 스프링 및 격자로 구성되며, 4절 링크의 회전관절은 원형노치형 탄성힌지로 구현된다.
이때 바닥면에서의 모아레의 projection된 격자 무늬의 주기는 404.6μm로 측정 높이 유효 분해능은 15.172μm이므로 최소 불량 검출 항목인 38μm를 검출 할 수 있도록 설계하였다.
이송 장치의 정확도 실험을 위하여 그림 11과 같이 광학식 검사 장치를 구성하였으며 위치 이송 변화를 영상을 이용하여 측정하였다. 이때 사용된 배율을 100배 대물렌즈를 사용하였으며 0.
정밀도를 측정하는 여러 가지 방법이 있지만 수직으로 기준면을 50μm씩 이동시켜 해당 높이를 측정하는 방법을 사용하였다.
측정 대상인 LQFP/TQFP 칩은 검정색이므로 모아레 무늬의 contrast를 높이기 위하여 광학 시뮬레이션을 통하여 condensing 렌즈의 사양을 조절하여 격자패턴의 밝기의 진폭 값을 높였다. 그림 8은 condensing lens 설계 전후의 모아레 영상의 밝기 변화를 나타낸 것이며 모아레 위상의 분해능에 밀접한 영향을 미치므로 크게 하는 것이 중요하다.

대상 데이터

돔 조명을 사용하여 구성하였으며 30x22mm의 FOV 내에서 그림 4와 같이 광 분포도 해석을 통하여 일정한 광분포도를 가지도록 설정하였다. LED는 100도의 광각을 갖는 3mm 직경의 것을 사용하였다. 광 분포도 해석 결과 가장자리와 중앙의 조명 분포도 차이는 5%이내의 범위를 갖는다.
그림 7은 제작된 모아레 3차원 측정 광학계를 나타내었다. 카메라로는 4M(2352*1728)를 사용하였으며 60fps의 속도를 가진다. 측정하고자 하는 LQFP의 칩 크기가 20x20mm이상이므로 2D 검사영역과 동일하게 FOV는 30x22mm로 정하였다.

이론/모형

LQFP/TQFP 칩의 3차원 불량 검사를 위해서 본 연구에서는 그림 5와 같이 영사식 위창천이 모아레(PMP) 3차원 측정 방식을 사용하였다. 영사식 위상천이 모아레 방법은 광원 앞에 투영격자를 위치하고 프로젝션 렌즈를 통하여 투영 격자를 측정하고자 하는 대상물에 투영시키며, 투영된 격자 무늬는 대상물의 높이 따라 변형이 생긴다.

성능/효과

구현된 3D 검사 장비는 실제 LQFP/TQFP 패키징 공정에 적용하여 불량을 검사 실험을 하였으며, 실험 결과에서 10 회 반복 측정 시 최대 오차는 1.34μm와 측정 오차의 표준편차가 0.715μm를 보여주며, 이 결과는 최근 산업에서 요구하는 3차원 불량 검사를 만족할 만한 성능을 보였다.
그 결과 본 연구에서 적용한 flexure 타입의 선형 안내기구가 LM Guide에 비하여 15μm 정도로 hysteresis가 작고 선 형성이 강한 것을 확인 할 수 있다.
본 연구에서 구현한 측정 장비의 성능을 테스트하기 위해 국내에서 제조 중인 LQFP/TQFP 패키징 공정의 검사 라인에 적용하였으며, 측정 결과 LQFP/TQFP 공정 중 불량이 가장 많이 발생하는 Saw Depth 측정에서 10 회 반복 측정시 최대 오차는 1.34μm와 측정 오차의 표준편차가 0.715μm로 나타났으며, 이 결과를 토대로 LQFP/TQFP의 외관에 대한 3차원 형상 측정 및 불량 검출이 가능함을 알 수 있었다.

후속연구

715μm로 나타났으며, 이 결과를 토대로 LQFP/TQFP의 외관에 대한 3차원 형상 측정 및 불량 검출이 가능함을 알 수 있었다. 향후 본 연구에서 제작된 광학계 시스템을 사용하여 불량 검사 알고리즘에 대한 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위상천이 모아레를 이용한 3차원 측정 방법은 무엇인가?	3 차원 형상 정보를 획득하기 위한 방법으로 여러 가지 방법들이 연구개발되어지고 있으며, 레이저를 이용한 3차원 측정 방법[1], 모아레를 이용한 방법[2], 백색광 간섭을 이용한 방법[3], 스테레오 비젼을 이용한 방법[4], 공초점 현미경을 이용한 방법[5] 등이 주로 전자 부품의 외관 3차원 형상 측정 및 검사에 사용되고 있다. 이중에서 위상천이 모아레를 이용한 3차원 측정 방법은 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 맥놀이(Beating)현상에 의해 발생 하는 저주파의 고유한 무늬로 대상물체의 3차원 높이 정보를 획득하는 방법이다. 모아레 기법은 크게 영사식 모아레와 그림자식 모아레로 분류할 수 있다.
	LQFP/TQFP칩에서의 2차원 불량 검사 불량항목은 무엇을 요구하는가?	2차원 불량 검사 불량항목은 최소 2차원 형상 치수만 요구되는 불량항목이다. 그림 1(a)는 PKG Chipout/ Incomplete Fill 불량으로 패키징 공정에서 수지가 완벽 하게 들어가지 않거나 Mold면이 깨져서 생기는 불량이다.
	모아레 기법은 어떻게 분류할 수 있는가?	이중에서 위상천이 모아레를 이용한 3차원 측정 방법은 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 맥놀이(Beating)현상에 의해 발생 하는 저주파의 고유한 무늬로 대상물체의 3차원 높이 정보를 획득하는 방법이다. 모아레 기법은 크게 영사식 모아레와 그림자식 모아레로 분류할 수 있다. 이중 영사식위상천이 모아레법(Phase-shifting Projection Moire)은 광원 앞에 격자를 설치하고 격자를 미세하게 이동시켜 얻어지는 연속적인 영상들의 집합을 이용하여, 물체의 위상정보를 추출하고, 이를 기준 위상정보와 비교함으로써, 3차원 형상 정보를 추출하는 방법이다.

참고문헌 (13)

Byeong Gwon Joo and Taik Dong Cho, "3D Accuracy Enhancement of BGA Shiny Round Ball Using Optical Triangulation Method", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 32, No. 9, pp. 799-805, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.7736/KSPE.2015.32.9.799

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Won-Yong Choi, Yang-Jae Park, and Jeoung- Hyun Lee, "The Method of Precision Three Dimension BGA Height Inspection By Laser Scan", Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol. 9, No. 12, pp.221-227, 2011.
Kuk Won Ko, Jae Hwan Sim, Min Young Kim, "A High-Speed White-Light Scanning Interferometer for Bump Inspection of Semiconductor Manufacture", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol.30 No.7, pp. 702-708, July, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.7736/KSPE.2013.30.7.702

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Young-Soon Park. Joon-Seek Kim, "A Study on the Measurement Algorithm for the Ball Height of BGA Device Using Stereo Vision", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers Vol. 20, No.6, pp. 26-34, July 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.5207/JIEIE.2006.20.6.026

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Sang Woo Bae, Min Young Kim, Kuk Won Ko, and Kyung Chul Koh, "A Parallel Mode Confocal System using a Micro-Lens and Pinhole Array in a Dual Microscope Configuration", Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, Vol. 19, No 11, pp. 979-983, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5302/J.ICROS.2013.13.9032

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S.W.Kim, "Technological Trends for Precision Optical Metrology", Journal of the Korean Society of Precision Engineering Vol. 17, 2001.
Jong-Hyeong Kim, Se-Hyun Han, Kuk Won Ko, Kyung-Cheol Koh, "Development of 3-D Inspection Technology for Solder Paste Using PMP method", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol.20, No. 10, pp. 12-21, 2003.
Takasaki H, "Moire Topograph" Applied Optics, Vol. 9 No. 6 pp. 1467-1472, 1970. DOI: http://dx.doi.org/10.1364/AO.9.001467

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J.G. Zhong. "Linear integer unconcerned phase map profilometry by changing the projection angle of the grating," Optical Engineering, Vol.40 No.7, pp. 1377-1382, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1117/1.1385334

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Kuk Won Ko, Min Young Kim, "A Robust Method for Automatic Generation of Moire Reference Phase from Noisy Image", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society. Vol. 10, No. 5, pp. 909-916, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.5.909

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W. Li, X. Su, "Real-Time Calibration algorithm for phase shifting in phase-measuring profilometry," Optical Engineering, Vol. 40 No.5, May 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1117/1.1357195

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Kyung-Seok Jeong, Yongsang Jung, "Application of DMD for Phase Shifting in Moire Topology", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 12, No. 6 pp. 2457-2462, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.6.2457

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Sungui Hwang, Junhwan Jang, Kyihwan Park , "Solving 2pi ambiguity problem of a laser scanner based on phase-shift measurement method for long distances measurement," ICCAS 2012, pp. 1250-1252, Oct.2012.

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