3D 솔더볼 코플래너리티(Coplanarity) 측정 솔루션

프로젝트 배경

반도체 패키징 공정에서 솔더볼은 칩과 기판을 전기적으로 연결하는 핵심 요소입니다.
특히 모든 솔더볼의 높이 일관성(코플래너리티)은 최종 제품 수율을 직접적으로 좌우합니다. 한 주요 반도체 조립·테스트 기업은 첨단 생산 라인에서 심각한 공정 병목을 겪고 있었습니다. 초소형 DUT와 초미세 피치 구조를 다루는 환경에서 솔더볼 정점 높이를 기준 평면 대비 정밀하게 측정해야 했으며, 오차는 극히 낮은 범위로 제어되어야 했습니다.

도전 과제

극소형 타겟 구조:

• 직경: 200㎛

• 높이: 230㎛

• 피치: 400㎛

엄격한 공차: 모든 솔더볼 정점의 기준 평면 대비 높이 차이는 20㎛ 이하로 제어되어야 합니다.

높은 안정성: 고속·연속 측정 환경에서 장비 진동이나 알고리즘 오차로 인한 오검출을 방지해야 하며, 장시간 운용 시에도 일관된 측정 결과를 유지해야합니다.<

원본

솔루션

당사는 고정밀 3D 비전 측정 시스템과 맞춤형 평면 피팅(Plane Fitting) 알고리즘을 결합하여 원스톱 검사 솔루션을 구축했습니다.

고해상도 이미징: 미세 솔더볼 구조 측정을 위해 최대 20MP를 지원하는 고해상도 산업용 카메라를 구성했습니다. 이를 통해 현미경 수준의 시야에서도 솔더볼의 에지와 형상 디테일을 선명하게 확보합니다.

지능형 평면 피팅 알고리즘: 검사 영역(78개 솔더볼 단일 그리드) 내에서 여러 그리드 그룹을 무작위로 선택하여 기준 평면을 피팅하는 방식을 적용했습니다. 이를 통해 기판 워페이지(warpage)로 인한 간섭을 효과적으로 제거하고, 각 솔더볼의 높이를 '실제 기준 평면(true reference plane)' 대비 정확하게 산출합니다.

고신뢰성 검사 프로세스: 장시간 연속 운용 환경에서의 안정성을 검증하기 위해, 100회 연속 높이 측정 메커니즘을 구축했습니다.

SQ081017 (81 Mega pixel) 

SQ162053( 16.2 Mega pixel) 

측정 결과 및 효과

현장 테스트 결과, 본 솔루션은 고객의 기대를 충족하는 것을 넘어서는 우수한 성능을 입증했습니다.

데이터 손실 제로: 복잡한 반사 환경에서도 포인트 클라우드 완성도 100%를 달성했으며, 블라인드 스폿이나 데이터 결손이 발생하지 않았습니다.

극강의 반복 정밀도: 100회 연속 측정 결과, 영역 반복 정밀도는 0.2μm 이하로 안정적으로 유지되었으며, 이는 업계 표준을 현저히 초과하는 수준입니다.

완벽한 형상 재구성: 솔더볼 형상 재현 품질은 "High"등급으로 평가되었으며, 높이 이상이 있는 불량 부품을 정밀하게 식별할 수 있었습니다.

완전한 규격 준수: 측정 결과는 공정 허용 오차 요구사항을 완전히 충족하여, 출하 제품의 신뢰성을 안정적으로 보장했습니다.