對半導體和 PCB 封裝進行高速 BGA 檢測
獨特的影像預處理器可確保精準度
球閘陣列封裝 (BGA) 廣泛應用於半導體封裝和 PCB 組裝程序，可在小巧的體積內實現高 I/O 密度。在封裝之前，BGA 檢測的重點在於驗證焊球本身的品質，確保其完整、圓潤、大小一致，並在陣列中精確對準。在回流焊接之後，檢驗會轉移到驗證焊點的品質和放置位置的準確性，確認每個 BGA 都已正確定位，並且穩固地接合到 PCB 上。
針對半導體和 PCB 封裝進行 BGA 檢測
隨著積體電路技術的進步，封裝技術也從早期的DIP (Dual In-line Package) 演進到QFP (Quad Flat Package) 和 QFN (Quad Flat No-lead Package)。隨著晶片日漸複雜，以及 I/O 需求的持續增加，BGA封裝以其底部的球狀網格結構，成為主流解決方案，並廣泛應用於智慧型手機、平板電腦、主機板和數位相機等消費性電子產品。與傳統封裝相比，BGA 技術可在相同的基底面積中容納更多連接點，同時縮短電氣通路，進而提升訊號完整性和整體效能。
在半導體封裝製程中，會將 BGA 焊球安裝到基板上，這是出貨前的最後一個步驟，必須透過檢測確保無缺球、直徑變異或共面偏差；否則 PCB 組裝的良率可能會受到影響。在 PCB 裝配 (SMT) 製程中，會將 BGA 安裝到電路板上並進行回流焊接；而檢驗重點會轉移到封裝下方的隱藏接點。如果發生空洞、球窩缺陷 (head-in-pillow) 和開路等缺失，都可能導致潛在的現場故障。
BGA 封裝尺寸範圍從小巧的 5 × 5 mm 裝置，到有數千個焊球的 50 × 50 mm 大型 FC-BGA 基板。檢驗的精確度必須從幾百微米到幾十微米。
BGA 檢查中的四個關鍵視覺要件
完善的 BGA 檢測需要結合各種技術。在 2D 層級透過 AOI 驗證錫球間距是否均勻、矩陣是否與設計網格準確對準，以及陣列是否完整，沒有遺漏或額外的錫球。3D AOI 則檢查焊球高度和共面性。此外，還需要以 X 光來檢測來找出內部缺陷，例如空洞、球窩缺陷和開路。
焊球品質檢測
BGA 檢測的第一個任務是確認每個焊球是否合格。典型的缺陷包括缺球、焊球過大或過小、毛邊與錯位。在早期系統中，使用解析度僅有 0.3 MP 的 Basler 工業相機，便足以進行基本檢測。近年來隨著焊球間距的縮小，以及精準度要求的提高，業界已將相機的解析度逐步提升，從 0.3 MP → 5 MP 來到 20 MP 以上；更高的相機解析度，能帶來更高的靈敏度，偵測結果發生錯誤的比率也為之下降。
擷取 BGA 影像後，即可使用影像處理軟體來進行特徵萃取與分類。諸如 pylon vTools 之類的工具，可擷取錫球形狀特徵（例如：圓度）和面積（過大或過小表示焊錫過多或不足）。接著套用閾值分割來完成品質檢查作業。
穩定的影像品質與可靠的焊球對準
穩定的影像品質與可靠的焊球對準BGA 檢測既需要在反射條件下清晰成像，又需要準確定位焊球。當錫球間距縮小到 0.5 mm 或以下時，即使是輕微的光學不穩定性或焦距變化都會影響測量精確度。 Basler 相機與影像擷取卡整合了先進的功能，可直接在來源端最佳化影像品質與幾何精確度。關鍵功能如HDR 成像、Blob 分析、形狀中心點尋找工具 (Shape Centroid Finder) 和焦點堆疊技術 (Focus Stacking)可增強對比度、確保精確的特徵映射，並提供可靠的量測資料，這些都是高速、精細間距 BGA 檢測所不可或缺的。
3D 共面性與高度量測
除了單顆錫球檢驗外，也必須對整個 BGA 陣列進行間距、對準和完整性的整體驗證。單靠 2D AOI 並無法發現揚起的錫球、高度偏差或基板翹曲等問題，而這些問題都會影響元件的長期可靠性。因此，現代化的檢測流程結合 3D 技術。以結構光進行 3D 檢測 (條紋投影) 仍是常用的方法，可快速產生全陣列高度圖，用以辨識細微的偏差。透過這種方式，系統可以拍攝到微小的高度差異，反映出製程的變化或封裝翹曲，並利用先進的演算法快速處理 3D 資料。如此一來就能精確偵測超出公差範圍的焊球，同時維持生產線的生產時間。對於更高的精確度需求，雷射三角測量也已成為主流解決方案。
穩定的連線與處理的可靠性
高產量 BGA 檢測需要能夠長時間可靠運作的視覺系統。任何連線中斷或處理延遲，都會對以秒為單位的週期時間運作生產線造成瓶頸。
我們的解決方案採用工業級相機架構和穩健的通訊協定，可確保在嚴苛的環境下持續運作。藉由 CoaXPress 或 GigE Vision 介面和以 FPGA 執行的預處理，系統可保證不中斷的資料傳輸和確定的處理量。
這些 FPGA 層級的預處理作業，可降低主機 CPU 負載並簡化整合，同時確保在連續作業過程中維持一致的影像品質與量測精準度。穩定的連線與硬體加速的結合，提供高速半導體與 PCB 封裝線所需的可靠性。
在使用過許多 BGA 檢測系統之後，我看到了板上預處理功能，對系統的穩定性和整體效能的直接影響。除了本使用案例中提到的先進功能之外，即時 FFC、降噪和使用者定義濾波等功能，在日常整合工作中也同樣重要。直接在相機或影像擷取卡上實作這些功能，有助於保持影像品質的一致性，以及負載處理的可預測性，讓系統調整更有效率。
在全速運轉時確保 BGA 完美無瑕
高解析度成像：配備 pylon vTools 的 5-20 MP+ 相機，可實現無縫特徵萃取和精確的焊球測量。
卓越的一致性： 跨批次的穩定影像，可支援可靠的演算法並減少錯誤呼叫。
工業級可靠度： 強大的介面和 FPGA 預處理功能，可確保作業高速運作不中斷。
此方案所用產品
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