1、BGAPCB影像檢測林宸生 逢甲自控系 光電及機器視覺實驗室1第1页，共47页。BGA腳座陣列 Ball Grid Array packaging 球格陣列構裝或錫球陣列構裝簡 介 IC構裝對外的接腳由早期的單邊(SIP)，到雙邊(DIP)，再進步到四邊(QFP)，當腳數達 300I/O 以上時，BGA 封裝在高腳數的應用，以整個 面的接腳方式，1.27mm大腳距及焊接自動對應(self-alignment)的功能，大幅提升良率，且不需投資購買昂貴之新設備，大部份可沿用傳統 SMT 的設備。2第2页，共47页。BGA腳座陣列 應 用 範 圍 PBGA，CBGA，TBGA，CSP_BGA等不同型
2、式的 BGA，其主要應用對象：Intel Triton n晶片組 Power PC 603系列 Ultra SPARC(CPU，SRAM等)Graphic晶片 CPU晶片 DRAM晶片3第3页，共47页。BGA封裝的優點.由於不帶引腳而可實現小型化,可提供高密度表面黏著封裝，所佔面積較傳統封裝技術為小。.縮小了著裝區,而且不必擔心引腳彎曲,較好處理。使用錫球取代引腳（Lead），減少組裝、測試過程中，因引腳變形所造成的損失。.由於電極部分不在Package外圍,而在底部,可加大腳距。具優良電氣散熱特性，散熱通孔等的作用提高了散熱特性。.接合點距離縮短,提高了電氣信特性。.由於在基板上著裝元件,
3、可使Package薄型化,以對應MCM。所需SMT製程與現有製程相容，且具有高生產良率。4第4页，共47页。5第5页，共47页。-BGA檢測糸統以取得錫球高度(z)資料庫。使用x-y table 移動，變換及丫座標.使用 三角量測法。使用雷射光打在BGA的錫球上，經由PSD接收反射光。6第6页，共47页。影像處理之考量 影像之背景 光源強度：1200 lumen（距離10cm）影像大小：640*480 Computer-Eyes Sat.,Hue,Contrast,Brightness.(0,0,100,45)CCD：距BGA座15cm7第7页，共47页。影像處理方法 影像之前處理：二值化8第
4、8页，共47页。經二值化處理9第9页，共47页。ImageT 1,1T1,2T1,3T2,1T2,2T2,3動態二值化將影像取成 6 區塊，然後求這些區塊的二值化臨界點第10页，共47页。ABAABCABCD影像分割之過程第11页，共47页。演算法中採用八鄰接點搜尋演算法中採用八鄰接點搜尋1.1.演算法開始，令標記演算法開始，令標記Label=1Label=1。2.2.自左向右、由上至下掃瞄影像，找尋其值為自左向右、由上至下掃瞄影像，找尋其值為1 1的種子點，設定種子點標記的種子點，設定種子點標記=Label=Label。假如。假如找不到種子點，則結束整個標記演算法找不到種子點，則結束整個標記
5、演算法3.3.對於種子點周圍同值之像素點做下述操作：對於種子點周圍同值之像素點做下述操作：由由x x軸方向軸方向(a)(a)自左向右逐點掃瞄影像，若自左向右逐點掃瞄影像，若f(x,y)f(x,y)標記為標記為LabelLabel，則令，則令f(x,y)f(x,y)八鄰接點中，值為八鄰接點中，值為1 1的像素點標記的像素點標記=Label=Label。(b)(b)自右向左逐點掃瞄影像，若自右向左逐點掃瞄影像，若f(x,y)f(x,y)標記為標記為LabelLabel，則令，則令f(x,y)f(x,y)八鄰接點中，值為八鄰接點中，值為1 1的像素點標記的像素點標記=Label=Label。改改y
6、y軸方向軸方向(c)(c)由上往下逐點掃瞄影像，若由上往下逐點掃瞄影像，若f(x,y)f(x,y)標記為標記為LabelLabel，則令，則令f(x,y)f(x,y)八鄰接點中，值為八鄰接點中，值為1 1的像素點的像素點標記標記=Label=Label。(d)(d)由下往上逐點掃瞄影像，若由下往上逐點掃瞄影像，若f(x,y)f(x,y)標記為標記為LabelLabel，則令，則令f(x,y)f(x,y)八鄰接點中，值為八鄰接點中，值為1 1的像素點標記的像素點標記=Lable=Lable。4.4.經過四個方向掃瞄後，標記為經過四個方向掃瞄後，標記為L L之微粒被完整取出。指定新的標記之微粒被完
7、整取出。指定新的標記Label+Label+，重複步驟，重複步驟2 2，直，直到標記完所有微粒。到標記完所有微粒。n3 n2 n1n4 f(x,y)n0n5 n6 n712第12页，共47页。扇形扇形(外圍外圍)掃描掃描 c(a)2121yyyy(b)2121xxxx(c)yxf,13第13页，共47页。(d)yxfiyjfixixj,1if ft f=0 i=1,2,3.iyiyjjixf1,if ft f=0 i=1,2,3.1,ixixjiyjfif ft f=0 i=1,2,3.(g)(g)14第14页，共47页。(g)1,iyiyjjixfif ft f=0 i=1,2,3.(h)y
8、xfjixfiyjfjixfiyjfiyiyjixixjiyiyjixixj,1111if ft f=0 i=1,2,3.15第15页，共47页。2,1,2,1,2,2,121211yxfyxfyxfyxfyxfjixfiyjfjixfiyjfiyiyjixixjiyiyjixixjif ft f=0 i=1,2,3.yxfyxfyxfyxfyxfjixfiyjfjixfiyjfiyiyjixixjiyiyjixixj,2,1,2,1,2,2,112121if f0 then s1=0 and s2=(y-x)/2if y-x0 then s2=0 and s1=(x-y)/2if y-x=0
9、 then s1=0 and s2=02010122111212111,3,12,12,smsnisyisyjisxisxjisyisyjisxisxjmyxfmyxfynxfynxfyxfjisxfisyjfjisxfisyjfif ft f=0 i=1,2,3.17第17页，共47页。以機器視覺的方式來檢測一個正常的 BGA 腳座(如圖 1)或是判斷一個不正常的 BGA 腳座(如圖 2，下方中央位置有一圓球脫落)18第18页，共47页。製程中檢測 BGA 腳座，不但要判斷圓球是否脫落，也要確定每個圓球之定位是否偏移，既迅速(要在 0.3 秒內完成)又正確的完成判斷的工作19第19页，共47
10、页。電腦影像視覺技術廠商使用的放大倍率，是包含顯示器的尺寸一起考慮的：影像視覺系統的放大倍率=實際物體的長度/顯示器中物體影像的長度每一像素點所代表的長度=CCD 感測晶片尺寸/(顯微鏡頭的放大倍率 CCD 感測晶片解析度)第20页，共47页。niiixgyaaE1210)(),(01)()(1)()(22222222bCyaCxbCyaCxyxyx01)()(22yxCyBCxA利用最小平方誤差法 其中 g(xi)：配合實驗數據的擬用函數 yi：實際函數利用橢圓方程式：將上式修改為(5)(6)21第21页，共47页。nininixixiyixiCxCxCyBCxAAE0102224)()()
11、()(0 (7)nininiyiyiyixiCyCyBCyCxABE1112422)()()()(0 (8)21221)()(niyixiCyBCxAE當邊緣點座標 x,y 帶入(6)式使之等號成立，則表示此點在橢圓方程式上，因此將(6)式當成誤差方程式為使誤差減少到最小，將上式對 A及 B做偏微分等於零得22第22页，共47页。niyinixiniyiniyixinixiyinixiCyCxCyCyCxCxCyCxBA121211412212214)()()()()()()()(11BbAa，短軸長軸niyinixiniyiniyixinixiyinixiCyCxBACyCyCxCxCyCx
12、12121412212214)()()()()()()()(將(7)(8)兩式化為矩陣型式所以(9)23第23页，共47页。0122DyCxByAx01222222yyxxCByCByBCAxCAxA (10)將(6)式展開：利用橢圓方程式另一形式令上式為誤差方程式niiiiiDyCxByAxE12221上式對 A、B、C、D 做偏微分等於零得(11)24第24页，共47页。niniiiiniiniiiniixDyxCxByxAxAE112213122142)()()()()(0niniiiniiiniiniiiyDyCyxByAyxBE112312141222)()()()()(0ninii
13、iiniiniiiniixDyxCxByxAxCE111212132)()()()()(0niniiiniiiniiniiiyDyCyxByAyxDE112113122)()()()()(0寫成矩陣型式並解出 A、B、C、D 及如下：25第25页，共47页。niiniiniiniiniiniiiniiniiiniiiniiniiiniiniiniiiniiniiiniiiniiniiiniiyxyxyyxyyxyxxyxxyyxyyxyxxyxxDCBA111212112113121121213131214122121312214)()()()(將(10)式與(11)式比較係數得中心位置(Cx
14、,Cy)26第26页，共47页。112222yxyxCBCADCBCCABBAABDCACCyx22 (12)27第27页，共47页。BGAPCB檢測逢甲-耀文電子產學合作28第28页，共47页。29第29页，共47页。耀文電子廠商委託案，其主要是要計算出電路版中孔的位置先前設計:手動操作的程式。更新：讓電腦來自動量測。30第30页，共47页。目標 利用影像處理的技術，結合程式設計工具，使用者只要框出一個範圍，就能自動將區域內兩個圓的圓心座標、半徑決定出來。31第31页，共47页。定圓步驟 擷取一張影像資料 對影像作二值化 利用質心法決定出內圓圓心座標 在利用水平掃瞄，哪一列符合的點數最多，就
15、令為可能直徑 在利用垂直掃瞄，哪一行符合的點數最多，就令為可能直徑 兩個可能直徑中取大的為內圓直徑 縮小搜尋範圍 逐一掃瞄，每三行統計一次符合的點數，超過33，則可能為圓的邊界 訂出四個外圓邊界後，即可訂出圓心和直徑32第32页，共47页。操作步驟 用滑鼠選定一個四方形區域 按enter或是按下”定圓”鈕，看是否有選取出內外圓 如果沒有選取出正確的內外圓，再利用微調鈕來調整至正確大小和位置 確定位置後，按記錄鈕，就會將目前的內外圓資訊存入電腦33第33页，共47页。成果 根據廠商提供的錄影帶，能定出有兩個圓一起的情況，因為程式流程是先定出內圓，再根據內圓的資訊，進而定出外圓。34第34页，共4
16、7页。least square circleprofileO(xc,yc)O(xc,yc)tSR35第35页，共47页。Nxxic 2Nyyic 236第36页，共47页。37第37页，共47页。1PCB imagecenter of pad pcenter of image Ccenter of hole hixiyiLiWSAiii38第38页，共47页。hapahbpb(0,0)34L2L3412L2L12)2W,2L(C122)W2W,L2L(p22122)yW2W,L2L(h 2222122x)2W,2L(C121)W2W,L2L(p11121)yW2W,L2L(h1111121x)
17、2W,2L(C343)W2W,L2L(p 3133343)yW2W,L2L(h3333343x)2W,2L(C24344)W2W,L2L(p 4244344)yW2W,L2L(h 4444344xW2W39第39页，共47页。40第40页，共47页。Dmax=max(Di)Dmin=min(Di)Ddev=Dmax-DminNDDiaveN)D-(DS2iave3SLCL)-D,D-min(ULCCpkaveave41第41页，共47页。FactorpRed color50y)(x,GR,1p23y)(x,GR,0p05y)(x,G32R,1823y)(x,GRpGreen color64y)
18、(x,GG,1p47y)(x,GG,0p64y)(x,G47G,1747y)(x,GGpBlue color40y)(x,GB,1p8y)(x,GB,0p40y)(x,G8B,328y)(x,GBp42第42页，共47页。43第43页，共47页。44第44页，共47页。45第45页，共47页。46第46页，共47页。參考文獻林宸生 邱創乾 陳德請，數位信號處理實務入門，高立書局。Ioannis Pitas,Digital Image Processing Algorithms,Prentice Hall,1993.http:/.tw/hw_info/bga.htmhttp:/.tw/BGA-0用錫球.htm邱奕契、梁有燈、莊富傑，BGA視覺檢測技術之研究，第十一屆全國自動化科技研討會47第47页，共47页。
