(57)【特許請求の範囲】
【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、各ボール端子の輪郭画像を撮像する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、前記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、その中心位置データに基づいて前記３次元計測用ラインセンサの撮像方向における各ボール端子の位置を認識するとともに、前記３次元計測用ラインセンサで撮像された各ボール端子の輪郭画像の画像処理により各ボール端子の輪郭頂点を認識し、その各ボール端子の輪郭頂点データを前記３次元計測用ラインセンサの撮像方向における各ボール端子の位置データを用いて補正し、その補正後のデータからボール端子群の輪郭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。
【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、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、各ボール端子の輪郭画像を撮像する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、前記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、その中心位置データに基づいて前記３次元計測用ラインセンサの撮像方向における各ボール端子の位置を認識するとともに、前記３次元計測用ラインセンサで撮像された各ボール端子の輪郭画像の画像処理により各ボール端子の輪郭頂点を認識し、その各ボール端子の輪郭頂点データを前記３次元計測用ラインセンサの撮像方向における各ボール端子の位置データを用いて補正し、その補正後のデータからボール端子群の輪郭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Ｓ1 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Ｔ2 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Ｔ1 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
【図１】
0004191295.tif 000002
【図２】
0004191295.tif 000003
【図３】
0004191295.tif 000004
【図４】
0004191295.tif 000005
【図５】
0004191295.tif 000006
【図６】
0004191295.tif 000007
【図７】
0004191295.tif 000008
【図８】
0004191295.tif 000009