专利名称：基于阴影法的高密度bga焊料球高度测量系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于阴影法的系统集成封装(SIP)器件中的高密度球栅阵列 (Ball GridArray, BGA)焊料球高度测量设备和方法。技术背景
随着IC (集成电路)技术的进步，继LSI (大规模集成电路)、VLSI (极大规模集成 电路),ULSI (超大规模集成电路)后，硅单芯片集成度难以继续提高，SIP (系统集成封装) 将多种不同类型、不同工艺的芯片集成在一起进行封装，是提高集成密度的一种有效方法。 在SIP中，BGA是实现芯片与基板甚至是芯片间互连的一种有效手段，具有组装成品率高、 寄生参数减�。藕糯溲映傩�、封装体积小等优势，发展速度非常迅速。
为了控制产品质量，在BGA球栅阵列器件与其他器件互连之前，需要测量①BGA焊 料球的高度，以确定所有焊料球的共面性；②BGA焊料球表面污染情况，以确定其是否需要 清洗。在此基础上，③测量BGA焊料球是否缺失等。其中，BGA焊料球的高度的测量是技术 的难点。
为此，中国发明专利(CN 1306582C)提出一种基于双目机器视觉的球栅阵列半导 体器件品质检测系统，用两套CCD和光源来采集球栅阵列的图像信息，经过对顶部CCD摄像 机所采集图像的处理，可以获取器件上焊料球的大小、形状、位置、间距等信息。经过对侧面 CCD采集图像的处理，通过几何换算，可以从图像的二维信息中得到各个焊料球的高度信 息，对焊料球的共面性进行评定。但是并未详细阐述测量焊料球高度的原理和方法，只是模 糊地提到根据光学成像原理和几何关系来确定，无法确定其高度如何测量，且需要复杂的 光学成像系统。美国发明专利(us 6177682 Bi)公布了一种利用BGA球阴影来估计铅锡焊 料球的方法，用X射线或者可见光从不同角度形成焊料球的阴影，将光线与焊料球的切点 作为球顶点的近似点，通过预先设定的修正方法来修正这种测量的误差。但是，该方法要求 光源与基板的夹角在10-40°之间，以使得切点与顶点尽可能接近，这对于SIP中的高密度 焊料球(间距小于焊料球直径1. 5倍)而言是不可行的，过小的光源与基板的夹角将使得 阴影投影到相邻的焊料球，无法测定阴影的长度，此外，目前已经不使用含铅焊料，且由于 SIP具有多层结构，基于X射线的方法不能确定所得阴影是否是焊料球的阴影，因此难以精 确测定SIP中焊料球的高度。
因此有必要研制一种光学成像系统结构简单、测量精度高、适用于测定SIP中高 密度BGA焊料球高度的系统。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测 量系统及方法，该测量系统结构简单，易于实施，检测精度高，检测速度快。
本发明的技术解决方案如下
一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统，在平板上设有支架；在平板4上设有带X轴导轨的X轴电移台，可在X轴电移台上沿X轴导轨滑动的Y轴电移台上设有 Y轴导轨，SIP�？榧芯呱柚迷赮轴导轨上并可以沿Y轴导轨滑动；
CCD摄像机以竖直方向安装在支架上，CCD摄像机的下方设有光学放大镜头；SIP �？榧芯吆凸庋Х糯缶低分渖栌谢沸喂庠矗琒IP模块夹具的侧上方设有点光源；
CXD摄像机的图像数据输出端与微处理器相连接；
微处理器中具有无阴影图像处理单元用于从CXD摄像机获取的SIP模块上的BGA 焊料球的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球中心点；获取无阴影图像时，环形 光源开启，点光源关闭；
微处理器中具有带阴影图像处理单元用于从CXD摄像机获取的SIP�？樯系腂GA 焊料球的带阴影图像中获得BGA焊料球中心点到阴影顶点的距离L ；获取带阴影图像时，环 形光源关闭，点光源开启；
微处理器中具有焊料球高度计算单元用于计算焊料球高度H的值，焊料球高度H 为# = (Z-^y)xtan(a) + i ，其中，α为点光源光线方向与C⑶摄像机镜头中心线之间 的夹角的余角。
CXD摄像机竖直方向通过Z轴电移台安装在支架上，Z轴电移台上设有竖直方向的 导轨，CXD摄像机可以沿Z轴导轨移动。
所述的点光源为多个，此时，带阴影图像处理单元获取的BGA焊料球中心点到阴 影顶点的距离L为多个BGA焊料球中心点到阴影顶点的距离的平均值。
所述的点光源为4个，4个点光源相对于SIP�？榧芯叩闹行乃街芟蚓鶆蚍植�。
一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量方法，包括以下步骤
步骤1 开启SIP�？檎戏降幕沸喂庠矗覵IP�？樯系恼戏交袢IP�？樯� 的BGA焊料球的无阴影图像，从所述的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球
权利要求
1.一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统，其特征在于，在平板上设有支 架；在平板上设有带X轴导轨的X轴电移台，可在X轴电移台上沿X轴导轨滑动的Y轴电移 台上设有Y轴导轨，SIP�？榧芯呱柚迷赮轴导轨上并可以沿Y轴导轨滑动；CCD摄像机以竖直方向安装在支架上，CCD摄像机的下方设有光学放大镜头；SIP�？� 夹具和光学放大镜头之间设有环形光源，SIP�？榧芯叩牟嗌戏缴栌械愎庠矗� CXD摄像机的图像数据输出端与微处理器相连接；微处理器中具有无阴影图像处理单元用于从CXD摄像机获取的SIP�？樯系腂GA焊料 球的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球中心点；获取无阴影图像时，环形光源 开启，点光源关闭；微处理器中具有带阴影图像处理单元用于从CXD摄像机获取的SIP�？樯系腂GA焊料 球的带阴影图像中获得BGA焊料球中心点到阴影顶点的距离L ；获取带阴影图像时，环形光 源关闭，点光源开启；微处理器中具有焊料球高度计算单元用于计算焊料球高度H的值，焊料球高度H为
2.根据权利要求1所述的基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统，其特征在于， CXD摄像机竖直方向通过Z轴电移台安装在支架上，Z轴电移台上设有竖直方向的导轨，CXD 摄像机可以沿Z轴导轨移动。
3.根据权利要求1所述的基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统，其特征在于， 所述的点光源为多个，此时，带阴影图像处理单元获取的BGA焊料球中心点到阴影顶点的 距离L为多个BGA焊料球中心点到阴影顶点的距离的平均值。
4.根据权利要求3所述的基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统，其特征在于， 所述的点光源为4个，4个点光源相对于SIP�？榧芯叩闹行乃街芟蚓鶆蚍植肌�
5.一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1 开启SIP�？檎戏降幕沸喂庠矗覵IP模块上的正上方获取SIP�？樯系腂GA焊料球的无阴影图像，从所述的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球中心点；步骤2 关闭环形电源，开启SIP�？椴嗌戏降牡愎庠矗覵IP�？樯系恼戏交袢IP �？樯系腂GA焊料球的带阴影图像，从所述的带阴影图像中获得BGA焊料球中心点到阴影 顶点的距离L ；步骤3 计算焊料球高度H 焊料球高度H为
6.一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量方法，其特征在于，采用权利要求1-4 任一项所述的基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统；具体包括以下步骤步骤1 开启SIP�？檎戏降幕沸喂庠矗覵IP模块上的正上方获取SIP�？樯系腂GA 焊料球的无阴影图像，从所述的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球中心点；步骤2 关闭环形电源，开启SIP�？椴嗌戏降牡愎庠矗覵IP�？樯系恼戏交袢IP �？樯系腂GA焊料球的带阴影图像，从所述的带阴影图像中获得BGA焊料球中心点到阴影 顶点的距离L ；步骤3:计算焊料球高度H:
全文摘要
本发明公开了一种基于阴影法的高密度BGA焊料球高度测量系统及方法，该方法为步骤1开启SIP�？檎戏降幕沸喂庠矗覵IP�？樯系恼戏交袢IP�？樯系腂GA焊料球的无阴影图像，从所述的无阴影图像中获得BGA焊料球的半径R和焊料球中心点；步骤2关闭环形电源，开启SIP�？椴嗌戏降牡愎庠矗覵IP�？樯系恼戏交袢IP�？樯系腂GA焊料球的带阴影图像，从所述的带阴影图像中获得BGA焊料球中心点到阴影顶点的距离L；步骤3通过几何关系计算焊料球高度H。该测量方法和系统易于实施，检测精度高，检测速度快。
文档编号G01B11/02GK102032872SQ20101053041
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者王福亮, 田晶晶, 覃经文, 陈云 申请人:中南大学
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