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研究生:陳彥廷
論文名稱:BGA黏晶與覆晶構裝晶片之自動檢測
指導教授:羅鵬飛羅鵬飛引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:機械與航太工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:電子構裝覆晶接合BGA黏晶次像素尋邊最小中值法
外文關鍵詞:electronics packageassembly of flip chipBGA die bondingSubpixel Localizationminimum median squares method
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本文發展一視覺量測系統,針對覆晶接合試驗型與Mark型晶片作Chip對位量測,並對PBGA黏晶晶片,檢測其晶粒旋轉度與晶粒黏晶位置。
本文於影像邊界量測上,首先以Sobel operation與次像素技術找尋影像中各物體邊界點,並由所搜尋的邊界點以最小中值平方法求取其邊界方程式。而在兩邊界間距計算上,則先以兩邊界之單位向量求取其角平分線直線方程,再由邊界點計算兩邊界間距之平均距離。
在試驗型覆晶晶片中,本文以焦聚於標準Chip的影像求取Scale factor,並於Sample影像座標下以左Chip建立Chip座標系統,並計算在此座標系統下另一Chip轉動角度與其角落之位置向量,並與已知工程規格比較計算誤差。而在Mark型晶片中,首先以上、下兩Mark水平軸間距計算Scale factor後,分別建立上、下Mark座標系統,並在此二座標系統下量測Chip的位置向量與旋轉角度。在PBGA黏晶晶片自動檢測上,本實驗以投影法判斷並計算Chip與基板環金圈邊界方程式,並以外環金圈內側邊界為基準軸,計算Chip與基準線間的夾角與距離,進而判斷黏晶的位置是否正確。
In the paper a vision inspection system is developed to determine the position of the chip for both Test and Mark type flip chips. Also the rotation angle and the bonding position of the PBGA bonding chip are inspected using the developed system.
The edge points of the chip were determined using Sobel operation and subpixel edge localization. A minimum median squares method was then applied to fit the determined edge points to a line equation. In the determination of the distance between two edges, the unit vector along each edge was used to obtain the bisector line equation. Then the average distance between two edges can be computed.
In the Test type flip chip, the image acquired by focusing on a standard chip was used to determine the scale factor. A chip coordinate system was erected on the corner of the left chip. Based on the chip coordinate system, the rotation angle and corner position of the right chip were measured and compared with the known specifications. In the Mark type chip, the scale factor was obtained by evaluating the distance between the upper and lower cross marks. An upper and a lower cross mark coordinate system are erected on the upper and lower cross mark, respectively. Based on each of the cross mark coordinate system, the chip position vector and rotation angle are then computed. In the automatic inspection on PBGA die bonding, a projection method was used to judge the position of the chip and the Au ring so that the line equation for the chip edges and Au ring edges can be easily obtained. Using the inside edge of the outside Au ring as a base line, the angle and the distance between the chip and the base line was computed and can be used to judge whether or not the chip is at the right position.
目錄
中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅲ
致謝……………………………………………………………………Ⅴ
目錄………………….………………………………………………….Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………Ⅸ
圖目錄…………………………………………………………………..Ⅹ
第一章 簡介……………………………………….…………………..1
1-1 研究背景……………………………..……….……………….1
1-2 動機與目的…………………………………………………….8
1-3 文獻回顧………………………………………………………9
第二章 電子構裝製程………………………………………………..11
2-1 PBGA封裝…………………………………………………….11
2-2 覆晶構裝……………………………………………………..13
第三章 檢測系統與流程………………………………………………19
3-1 實驗設備………………………………………………………19
3-2 覆晶構裝晶片…………………………..…………………...22
3-3 PBGA黏晶自動量測流程………………………………..…25
第四章 實驗方法………………………………………………………26
4-1 影像擷取…………………………………………………….26
4-2 試驗型覆晶Chip比例係數的求取……………………….....28
4-2-1 次像素邊緣搜尋…………………………………………30
4-2-1-1 Sobel operation………………………………....30
4-2-1-2 次像素精度邊界定位…………………………31
4-2-2 Chip邊界直線方程式求取……………………………..34
4-2-2-1 最小平方直線逼近法………………………...…34
4-2-2-2最小中值平方法…………………………………...37
4-2-3比例係數求取…………………………………………39
4-3 試驗型覆晶Chip相關尺寸位置量測………………………39
4-4 Mark型覆晶Chip比例係數的求取………………………….48
4-5 Mark型覆晶Chip相關尺寸位置量測……………………...50
4-6 BGA晶片旋轉角度量測…………………………………....59
4-6-1 臨界值的決定…………………...………………………60
4-6-2 投影法……………………………………………………62
4-6-3 計算晶片旋轉角度……………………………………....64
4-7 BGA黏晶晶片位置量測…………………………………….65
第五章 結果與討論……………………………………………………67
第六章 結論……………………………………………………..……71
6-1 結論………………………………………………………….71
6-2 未來展望…………………………………………………….71
參考文獻………………………………………………………………..72
附錄A…………………………………………………………………...75
表目錄
表1-1 2000年台灣國資封裝業重要指標……………………………..2
表4-1 最小平方直線逼近法求取直線結果…………………………36
表4-2 最小中值平方法求取直線結果………………………………38
表4-3 以影像平面座標原點旋轉2度的測試結果………………….45
表4-4 以影像平面座標原點旋轉4度的測試結果………………….46
表4-5 以影像平面座標原點旋轉6度的測試結果………………….47
表4-6 以影像平面座標原點旋轉2度的測試結果………………….56
表4-7 以影像平面座標原點旋轉4度的測試結果………………….57
表4-8 以影像平面座標原點旋轉6度的測試結果………………….58
表5-1 標準片與Sample於顯微鏡下之Scale factor……………….69
表A-1 試驗型覆晶Chip重要尺寸量測結果………….…………...86
表A-2 Chip重要尺寸量測結果(上Mark座標系統)………………87
表A-3 Chip重要尺寸量測結果(下Mark座標系統)………………87
表A-4 PBGA黏晶晶片最小中值臨界值……………………………88
表A-5 PBGA黏晶晶片重要尺寸量測結果…………………………88
圖目錄
圖1-1 構裝的層次………...…………………………………………..4
圖1-3 第二層次構裝…....……………………..………………………..5
圖1-3 第三層次構裝…....……………………..………………………..5
圖1-4 電子構裝發展趨勢…....……………………..…………………..6
圖2-1 PBGA封裝之後的晶粒………….………..………..…………..12
圖2-2 PBGA封裝流程………..………………………………………..13
圖2-3 Solder Bump結構示意圖……………………………………….15
圖2-4 自行對準效應…..…………………………………………….16
圖2-5 Chip與Substrate接合完成後結構示意圖…………………….17
圖2-6 覆晶組裝流程…………………………………………………18
圖3-1 Flip Chip檢測系統架構………………………………………..20
圖3-2 BGA黏晶檢測系統架構………………………………………..20
圖3-3 電子構裝量測系統介面……………………………………..…21
圖3-4 試驗型覆晶晶片對位量測流程………………………………23
圖3-5 Mark型覆晶晶片對位量測流程……………………………...24
圖3-6 PBGA黏晶自動量測流程…………………………………….25
圖4-1 試驗型覆晶Chip影像…………………………...……………27
圖4-2 Mark型覆晶Chip影像…………………………….………….27
圖4-3 BGA黏晶Chip影像……………………………………………27
圖4-4 試驗型覆晶Chip比例係數求取流程…………………………29
圖4-5 經Sobel operation後之物件影像……………………………....31
圖4-6 灰階梯度分佈圖……………………………………………….32
圖4-7 具常態分佈之灰階梯度分佈圖……………………………….32
圖4-8 無雜訊邊界…………………………………………………….36
圖4-9 含少量雜訊邊界……………………………………………….36
圖4-10 含大量雜訊邊界…………………………………………….36
圖4-11 無雜訊邊界………..………………………………………….38
圖4-12 含少量雜訊邊界…………………………………………….38
圖4-13 含大量雜訊邊界…………………………………………….38
圖4-14 標準Chip邊界之直線影像……………………….…………39
圖4-15 Chip相關尺寸位置量測流程………………………………….40
圖4-16 Chip量測位置示意圖………………………………………….41
圖4-17 標準原始影像…………………………………………………43
圖4-18 以影像平面座標原點旋轉2度影像…………………….….43
圖4-19 以影像平面座標原點旋轉4度影像………………………….44
圖4-20 以影像平面座標原點旋轉6度影像………………………….44
圖4-21 上、下兩十字Mark水平對稱軸之角平分線…………………49
圖4-22 Chip相關尺寸位置量測流程…………………………………50
圖4-23 Chip量測位置示意圖………………………………………..51
圖4-24 標準原始影像…………………………………………………54
圖4-25 以影像平面座標原點旋轉2度影像………………………….54
圖4-26 以影像平面座標原點旋轉4度影像………………………….55
圖4-27 以影像平面座標原點旋轉6度影像………………………….55
圖4-28晶粒旋轉角度量測流程………………………………………59
圖4-29 BGA黏晶Chip影像……………………………………………60
圖4-30影像灰階直方圖……………………………………………...61
圖4-31 二值化影像…………………………………………………...61
圖4-32 二值化影像垂直投影………………………………………...63
圖4-33 二值化影像水平投影………………………………………...63
圖4-34 經Sobel運算後Chip影像……………………………………64
圖4-35(A) 外環金圈內區域二值化影像….………………………….65
圖4-35(B) Chip相對於環金圈位置示意圖………………………….65
圖5-1 100倍率下標準片影像………………………………………….69
圖5-2 100倍率下Sample影像………………………………………..69
圖A-1 第1組試驗型Chip量測影像…………………………………76
圖A-2 第2組試驗型Chip量測影像…………………………………76
圖A-3 第3組試驗型Chip量測影像…………………………………77
圖A-4 第4組試驗型Chip量測影像…………………………………77
圖A-5 第5組試驗型Chip量測影像…………………………………78
圖A-6 第6組試驗型Chip量測影像…………………………………78
圖A-7 第7組試驗型Chip量測影像…………………………………79
圖A-8 第8組試驗型Chip量測影像…………………………………79
圖A-9 第9組試驗型Chip量測影像…………………………………80
圖A-10 第10組試驗型Chip量測影像………………………………80
圖A-11 第11組試驗型Chip量測影像………………………………81
圖A-12 第1組Chip與十字Mark量測影像………………………….81
圖A-13 第2組Chip與十字Mark量測影像………………………….82
圖A-14 第3組Chip與十字Mark量測影像………………………….82
圖A-15 第4組Chip與十字Mark量測影像………………………….83
圖A-16 第5組Chip與十字Mark量測影像………………………….83
圖A-17 第6組Chip與十字Mark量測影像………………………….84
圖A-18 第1組BGA自動量測影像………………………………….84
圖A-19 第2組BGA自動量測影像………………………………….85
圖A-20 第3組BGA自動量測影像………………………………….85
參考文獻
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