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1、兼守大工n工程舆管理系题成果彝表研言寸文械器视!在BGA金星球检测上之鹰用沈婉婷1S宗丞林群筌柳据怡羲守大孥工H工程典管理孥系高雄大榭乡郎孥城路一段一虢WM 人：b8720051isu.edu.tw1摘要近年来，随著霜子WFU!品典IC横装型熊的改燮，使得球格障列( Ball Grid Array , BGA )情 装已渐渐成悬今日半醇ft横装技秫亍的重要裂程之 一。由於BGA横装的生速度相富快，使得人工 椀限)的遇期畤大於生崖遇期之日寺,因此悬了缩短椀砥1日寺3t提高 BGA品之可靠度，本研究鹰用榭剧(Machine Vision )技秫亍，迤彳B BGA 金旱球尺寸量测舆缺陷椀限！，椀限)
2、系统之基本架横主 要是以CCD据影械，配合璟型光源定典影像撷 取卡的使用， CCD据影械所撷取到的 BGA金呈 球待检影像，先利用中通滤波符影像的亲隹消除， 再藉由二值化的方式符金呈球舆背景分雕出来，迤一步使用侦测找出各金旱球的座檄 ，最彳爰由各 金旱球的座檄言十算出金旱球的面稹及圄心座檄，所得的资料由建立的瑕疵判iPWW,有效地判断出缺球、球谩大或谩小、曼球、球距谩大或谩小 等缺陷，藉此可以判断金旱球尺寸是否檄型。言司：球格障列横装，檄器视it技街，缺陷椀na1. 前言1.1 研究背景我阈IC半醇蓬勃樊展，ft然成悬P皆段H 子的代名春司，其值或量，均高居阈内 第一位。受到阈除晶圄大11快速
3、改迤裂程技秫亍，不 僮月号ic的面稹日益缩小、罩位元容量著增加， 3t且功能整合的程度也大幅提高，以致封 IC封装 之高脚数、薄型化、低温化等技街需求也明提 高，悬了因雁整薄短小的超势，及追求封装的高密 度化舆降低整ft成本，大家熟知的 QFP (Quad Flat Package) 始被 BGA (Ball Grid Array) 取代。BGA突破引脚由封装ft四周伸出的概念，在封装 以下方以球状金呈金易凸现封装，侵黑占是在同檬的尺寸 下，BGA所能做到的最大接脚数敕遭!用四遏引脚 的QFP悬多，且具有侵良的重氟特性舆生良率， 因此，就横装而言 BGA横装技秫亍符合琪今重子 品所要求的整、薄
4、、短、小，所以BGA横装已彝展最快速最侵良的横装型式。但是由於BGA所需要的Hit技街比傅统的横装方式高，封裂程中的植球退金呈及军化彳爰的横瞬均较悬困莫隹，雎然BGA横装技秫亍已彝展多年但直到近年才被廉泛使 用，由此可冕 BGA横装仍有相富大的成II空1.2 研究勤械舆目的目前BGA封装技秫亍已成悬封装技秫亍的新主 流，可是BGA在裂作谩程中，常曾有漏植金旱球(缺 球)、金旱球大小不一或球距等等的情形亵 生，相封使得 BGA金旱球尺寸舆缺陷的横瞬愈来愈 困莫隹。目前我阈封装在检测方面，大部份使用 人工椀眼)的方式，不但浪30午多人力而且椀眼)的日寺 又比根本瓢法提高效率。本研究使用械器祝3!技
5、秫亍来迤行BGA金呈球尺寸椀眼)的工作，在重月管中央虑理器军元算速度迤 展神速的情况下，利用械器祝3!中各槿的快速圃形 辨及比封的演算法来椀限！BGA,瓢言病在效率上或是在能上都能比使用人工椀眼!方法提高多。1.3 横瞬流程在金旱球缺陷横瞬方面符分别就以下六槿缺陷 来作横瞬：(1) BGA金旱球是否缺球(2) BGA金旱球是否曼球(3)金旱球直彳空是否谩大羲守大阜工渠工程典管理阜系罩潭tn题成果彝表研言寸文(4)金旱球直彳更是否谩小(5)金旱球球距是否正常(6)金旱球是否共平面0 1.所示悬本研究的金旱球横瞬流程圃，优圃中可以看出本研究主要是由影像撷取、影像前虞理、 特徵值撷取、判断至旱球瑕疵
6、所横成。? ? D ? BGAyBGA? ? y 心0 1.金旱球横瞬之流程H 2.卷至旱球瑕疵判断的流程圈，以此做卷至旱球 瑕疵分I的依摞；而表 1卷至旱球瑕疵判断法HU,凡 至旱球超出可容圉者皆视卷缺陷。H 2.至旱球瑕疵判断的流程I至旱球缺陷槿I判断法HU缺球瓢法找出圄心辗法找出冬旱球面稹的H元黑占数 辗法找出至旱球的H元黑占数 瓢形燮量曼球金旱球面稹的圃元黑占建大至旱球的1元黑占数燮多HI心偏移球偏移金旱球面稹的圃元黑占燮大 /小至旱球的H元黑占数燮多 /少HI心偏移直彳空金旱球面稹的圃元黑占燮大 /小至旱球的H元黑占数燮多 /少共平卸度百十算至旱球的共平囿度表1.至旱球瑕疵判断法HU
7、2.研究内容2.1 撷取影像利用CCD和影像撷取卡，透谩撰K程式(藉由MIL-LITE程式摩)WB CCD狸得所欲椀砥J之 金旱球影像，3t符影像资料醇入所言十的金旱球检测软 Uto32.2 影像前虞理符掩得的影像条形由灰P皆化、亲隹消除及二值化及侦测等影像前虑理步骤，以突II影像特徵。羲守大阜工渠工程典管理阜系罩潭tn题成果彝表研言寸文r 0.11 g 0.59 b 0.3(1)1梯度=-X2 2y 一 y2 22(2)（1）灰皆化灰卜皆，是黑色和白色之依摞雨者混 合比例的不同，剥分成0到255等共256偃I色娜皆 ）fo 黑色悬第 0 P皆，而白色即悬 255 P皆。灰卜皆化的主要目的，乃
8、是藉由醇换，符所需虑 理的I形资料量曾化，以方便其他相信司的影像H 理。符原本悬彩色的6I案（RGB格式），透谩公式 （1）醇成灰卜皆格式，迤而逵到曾化资料虑理量之 目的。由於影像虑理的需要，在撷取影像的同日寺，已 符探取影像自勤醇卷灰卜皆。（2）亲隹消除在撷取影像的谩程中，由於外在璟境因素的干 摄（如外来光霜磁、热等） ，醇致影像出现亲隹 a,影警整彳固影像资料的可用性。根摞所需虑理影像的不同，亲稿k消除所使用的 方法亦不同，目前常冕的有均化滤波、高通滤波、 中通滤波、低通滤波等；然而反覆彳爰，彝 现以中通滤波的效果最好 ，不僮能有效的去除干摄 的亲隹音先更能清楚的保留金旱球的特徵。中通滤波
9、的做法是使用萍域中的6元黑占来决 定本身的新值，而它曾符像本身和其四周圉八偃 元黑占的灰口皆值由小排到大，然彳爰取其中值来常作 圃元黑占新的灰p皆值。利用中通滤波可以有效地去除影像中的亲隹 a,因卷亲隹就是在郝域中有巨大弓金度值燮化的 元黑占，而它曾在排序中被除掉。因此，在排序中特 别大或特别小的圃元黑占值都曾被忽略。由於使用璟形光源所拍掘的金旱球影像，金旱球中央曾有黑影出琨，曾造成横帽帮|叛，利用中通滤波 符影像中的黑影亲隹消除，使其成卷完整的冬旱球影 像。（3）二值化二值化是以某一灰卜皆值值（陶界值）迤行分I,招影像资料中I元灰卜皆值低於值以下者， 均醇卷黑色（灰皆值=0）,等於灰卜皆值值
10、及高於灰卜皆值值以上者，即醇卷白色（灰卜皆值=255）,藉以I分出待测至旱球，加滤去背景等其他不相信身影 像资言孔更迤一步符影像的资料军化，突II欲虑 理主醴，加快彳拶亶虑理之速度。在二值化的虑理谩程，使用者可祝富日寺影像的 效果，可自行手整值的逗择，以决定最佳的 值，条形谩多次tt!逾值逗择在灰卜皆值卷 71的影像较佳。又封於中通滤波瓢法消除的亲隹 黑占，可探用手勤框逗需修的I域，迤行亲隹消 除，道檬一来，原先不存在的亲隹黑占符被予以清 除，避免彳裔W影像虑理造成判。（4）测侦测是H像虑理中非常重要的一!工 具，它是I像切割的初步工作，圃像切割了之彳爰， 才可以再做迤一步的分析。利用H月削期
11、旱球典背景1g色的明亮燮 化，判断出至旱球的她加以言己金泉，以便推算至旱球 的相信昌特徵，透谩此虑理使得冬旱球的翰廓更卷清 晰。封於侦测道方面，使用封角梯度量分析 算（2）,突II出至旱球的所在。（5）檄型BGA资料建立藉由算檄型 BGA至旱球的座檄，攫得檄 型的冬旱球的特徵值，加建立资料以迤行比封，X 系统曾封所框逗的甄圉，侦测出每偃I至旱球的资料。资料建立分卷雨彳固步骤来撷取至旱球的特徵，分叙如下：a.教溥判断:乃是教醇重月船H某一特定I域之至旱球的座檄於以侦测3t言己金氯b.i算特徵值：算至旱球的座檄，攫得至旱球的估言十阊心座 面、成黑占数、面稹、以及形燮量 （R-ratio）。而金旱球
12、的圄心是用最小平方法来估言十的，由教醇判断中攫取至旱球的座檄值，接著使用最小 平方法来求出每一偃I金旱球的估言十圄心，圄心公式如9羲守大阜工渠工程典管理阜系罩潭tn题成果彝表研言寸文式(9) (10)。在此H，檄型 BGA金旱球资料建立完成的同畤，程式亦聘金旱球的各项特徵己金泉完Bo三角形所成，接著再言十算每偃I金旱球到座位平面的 距最大的即悬共平面度。ai =2卜 七 2 N x；(3)bi =2(Z XiZ yi -NZ xyi )(4)a? = bi(5)b2 =2卜 yi 2 -NZ y；(6)c1 二 x Xi -Nx X3一 一 2 一一 2+ XiZ yi -NZ XiyiC2
13、= X2 Xi -N X3+ XiZ y2 -NZ X：yi(8)Gh -c2b2/ 、X = ( 9)ah -a2bC2a 一c y =(io)ah -a2bXi、 yi卷至旱球的座檄值1.3 特徵比封在旅瞬系统轨行全程的自勤化旅瞬日寺，曾金十封之前框逗展域内的冬旱球迤行特徵值算，之彳爰便曾算所得之各金旱球的特徵值典檄型BGA冬旱球资料迤行比封，旅瞬其特徵值是否有超出烷甄甄圉， 加依摞各!特徵的比较值迤行至呈黑占缺陷舆否及缺 陷槿I之判定。1.5 结果输出系统分析待测 BGA彳爰，符结果舆金旱球相信司资 料，予以I1示在介面上，使用者可以容易且快速 瞭解至旱球缺陷的状况。3. 结果舆分析3.
14、1 BGA椀蹶作依照0 i的BGA金呈球横瞬流程，配合著表i的判断型HU及I 2的判断流程I ,条形由整参数的 容忍值，便可椀蹶T出BGA金旱球的各槿缺陷。(1)金旱球正常BGA檬品谩横瞬彳爰，至旱球的数目典檄型值 是一檬的，而且圄心、面稹、黑占，及形燮量舆 檄型值的差都在所定的容忍值之内，所以判断悬良品，0 3悬椀蹶T出正常 BGAo置I 3. BGA的良品3.4 言十算共平面度雷射测主要由光源、非球面及接收器所情 成的，透谩雷射测H招雷射黑占打在冬旱球上，至旱球表 面符雷射光束反射到接收器上，再配合三角函数公 式的算，可以言十算出至旱球舆雷射测11的距H，测 量出每S(金旱球的高度座檄彳爰
15、，即可言十算BGA的共平面度。共平面度的求法必须先求得晶片座位平(2)缺球BGA檬品谩横瞬彳爰，至旱球的数目典檄型值 不一檬，而且找不到金旱球的圄心、面稹、黑占， 及形燮量，故判断有 3偃I缺球，如圃4所示。(3)曼球BGA檬品谩横瞬彳爰，樊琪金旱球的面稹燮 大，金旱球的像素黑占也燮多，而且圄心也偏移 了，所以判断出有 i偃If!球，如I 5所示。面，座位平面即由三偃I最高且包含重心黑占所情成之H 4.缺球横瞬(5)金旱球谩小BGA檬品瞬彳爰，其余旱球的数目正常， 心心值也在容忍靶圉内，可是金旱球的面稹太小，而 且的像素黑占较少，所以判断卷至旱球的直彳空谩 小，如H 7所示。一 ：-a一 -
16、4 口 ZM 1ST 1IFN444IRE.： y 4%四 K rp- itjas ： f 细出、 (， 纭鹏 孑电励彳看卡* i a# e-jeiii P岳m . i堂第5站磐玉H 5.曼球横瞬3UDUH naJJg 口? norrl 口*# *: 一 :WfiXi 峭.-wf 产制国睢 uRii qB _4_BU _ qb、1球彳空谩小d 一(4)金旱球谩大BGA檬品谩椀蹶嚷t其余旱球的数目正常， 圄心值也在容忍靶圉内，可是金旱球的面稹太大，而 且的像素黑占也太多，所以就判断有1彳固大球,如圃6所示。H 7.球彳空谩小横瞬(6)金旱球偏移BGA檬品瞬彳爰，樊琪金旱球的数目雎然 正常，但其圄
17、心值偏移了，不谩金旱球的面稹和 像素黑占都遢在容忍甄圉内，因此判断至旱球偏移的 缺陷，如圃8所示。* KL.frSa 3：Li.fcHTP* X；风与。0 /!-,)-J-il *!:* H-+* ，十油*T *4峰BII- 中也-an-v-n .评券 *4n球偏移be-MH 151 4JOCDULsyoau *惠 EW-B ECl： 工 “ KHMK代的*口 Nil多V 件/鸟尽山”占(小球彳空谩大H 8.球偏移横瞬3.2目前研究结果由1T瞬的结果，目前优取像到金旱球瑕疵判一，包含影像横瞬结果存槽，每一偃I檬本日寺余勺2秒。兼守大工n工程舆管理系mw题成果彝表研言寸文4. 用目前本金崔射i槿
18、较常冕的金旱球缺陷，撷取其影像来迤行分析，优中研判各槿金旱球缺陷的影像特 性，来言丁定其缺陷的横瞬方法 ，31利用Borland C+ Builder4.0来撰嘉一套自勤化椀蹶嘲:ft。而由椀喝作彳爰，本琨到在取像日寺，光 的照明方式典光源型熊，封金旱球影像的虑理有相 常大的影警，尤其是 BGA金腐塾片之反光封检瞬 之判影警更加著；此外在瓢外来光干攥的情 况下，取得影像较悬分明，二值化畤亦较能突出 金旱球的特性。相同的，在理日寺也较易分明。 至於比较舆分析的方法，乃是符取得之待测金旱球影 像，亲隹消除、二值化、侦测彳爰，利用所得 的特徵资料，舆檄型 BGA迤行特徵比封，如此可 判断是否有金旱球
19、瑕疵的垣象生，再来金十封相信司资 料迤行分析，判H金旱球瑕疵的槿在特徵比封的判H型期及方法中，如何去逗 撵鞫圭的模式和更快速的恻脚寺胤以及更具人 性化之操作者使用介面，符是未来之展望。参考文献1. 大新资言焉睾，深入涣出 Borland C+Bulider4.0 ,基峰（1999）。2. 吴木杏、傅楸善、球格矩障椀眼!技秫亍之探言寸，械械工，第187期，第 150-156 M （ 1998）。3. 周建宏，鹰用相移干涉法作BGA共平面度检测，成功大械工程研究所硕士文（ 2000） 。4. 邱振洋，鹰用H月管视3!於 IC瑕疵椀限J之研究，雪林科技大工H工程舆管理研究所硕 士文（2000）。5.
20、 官午淳熙，BGA上椀眼!系统之，交通大械工程研究所硕士文（2000）。6. 黄文成，BGA IC 2雉外觐尺寸精密椀眼!系统之，屏柬科技大械工程研究所硕 士文（2000）。7. 梁有燎，械器祝3!在BGA金呈球尺寸量测上之鹰用，中革大械典航太工程研究所硕士文（ 1998）。8. 集秋城、王文豪褊著，影像虞理典分析，基峰 （ 1995）。9. 集明忠，非接斶式测距典 3D祝3!技秫打， 械械工H亲隹部，第142期，第163-169 M（ 1995） 。10 .金童志俾，BGA 3D椀限J模!，械械工t 部，第 198 期，第 162-167 M （ 1999）。11 . Craig A. Li
21、ndley著，吴玲生考睾， H用影像H 理，建典（1994）。INSTRUCTION TO AUTHORSShen Wan-Ting Xie Zhong-ChengLin Chin-Chang Liu Jun-YiDepartment of Industrial Engineering and Management, I-Shou UniversityCorresponding author: Xie Zhong-Cheng(b8720051mail.isu.edu.tw)ABSTRACTThese years, the BGA( ball grid array ) packages are more and more common, therefore, how to inspect is an important subject. In this paper, machine vision is proposed to automate BGA inspection. And the results of inspection are present. Hope our experiment is useful for the BGA inspection.Keywords： Ball Grid Array 、 Machine Vision 、 inspection#