BGA锡球共面度与间距量测.PDF

BGA 錫球共面度與間距量測 藍于瀅 陳俊賢 李漢文 ITRI ITRI ITRI yuyinglan@itri.org.tw jim.chen@itri.org.tw hanwenlee@itri.org.tw 摘要 本研究利用相位移掃描的3D 技術結合 2D 的影像處理方法，同時量測 BGA 上錫球的間距與錫球間的 共面度。運用線掃描技術，內含兩種打光方式，環形光用來取得錫球的外輪廓，而結構光用來取得錫 球的高度。利用解析度 16um 的相位移掃描技術計算球高，並加入演算法，使得球高數值更具客觀度。 最後再與解析度0.7um 的白光干涉技術所量到的數值相比，量測差距僅在 10um 內。 關鍵字： 球柵陣列封裝 、共面度 、錫球間距量測 、相位移掃描 壹、前言 若 BGA 在堆疊時，其錫球共面度與間距誤差過大，腳位無法與錫球完整的結合，會造成該晶片效能 不佳，甚至是無法使用的狀況。本研究為解決此問題，先利用環形光源取得影像，並經 2D 影像處理 演算法，計算出 BGA 上每顆錫球的中心點與半徑，除計算球的間距是否符合規格，更以其畫出 ROI ， 接著再使用 Phase Shiftting 方法取得 ROI 內的高度資訊計算出球的客觀高度，進而得到此 BGA 上 的錫球共面度。 圖一：BGA 實體拍攝影像。 圖一為軟性 BGA 樣本的實體拍攝影像，該 BGA 上左右兩邊皆有錫球，此研究方法即為計算出左右兩 邊的錫球共面度，另外也經由環形光的拍攝方式取得錫球的輪廓，如圖二。 1 論文全文請參考論文集光碟 圖二 ：環形光拍攝 BGA 擷取錫球輪廓。 貳、基本研究方法 線型三維形貌量測是對待測物體打一Sine Pattern ，並等速移動待測物且同時以彩色線型CCD 取像， 如圖三所示。彩色線型 CCD 的功用是要擷取到待測物體在實際上的某一條 Line 的不同時間的影像， 即可以擷取到三張不同干涉條紋影像，如圖四所示，(a)(b)(c)三張影像為彩色線型CCD 的 R 、G 、B 三條線所取到的影像。這三張影像的每個 pixel 可以公式化成圖五中的公式(a)(b)(c) ，由公式(a)(b)(c) 可以算出相位分布。 圖三 ：線型三維量測示意圖。 圖四 ：三張不同干涉條紋影像。 圖五 ：相位分布公式。 參、進階研究方法與成果 本研究一開始使用解析度 16um 的取像裝置，當時計算出來當片 BGA 的錫球，最高減最低球差為 75um ，但BGA 生產商表明該片 BGA 最高減最低球差應為 20um 左右。因此再以解析度為 0.7um 2 的白光干涉量測最左與最右兩列錫球，其數值最大 128um ，最小108um ，最大減最小為20um ，此 一結果符合生產商的標準，因此以白光干涉所量測出來的結果來當做是標準答案，做出一系列的演算 法改良。 圖六 ：白光干涉數值與 Moire 數值與顯微鏡對焦數值比較。紅色字體為白光干涉數值，藍色為顯微鏡 對焦數值，黑色為 Moire 量測數值。其白光干涉數值僅量測最左與最右兩列的數值，而顯微鏡數值僅 量測這兩列中的某三顆，目的在用以驗證白光干涉數值的正確性。 首先，先將 Moire 的解析度從 16um 的換成 10um ，此時整顆BGA 的最高錫球與最低錫球差約在 50um 左右。調高解析度後，數值仍與白光干涉的數值相差 2.5 倍，因此再繼續從演算法下手，希望 能逐漸的拉近 Moire 量測與白光干涉的數據。 圖七 ：Moire 球高計算示意圖。A 是錫球；B 是最高點的計算區域；C 是錫球上曝光過度的區域