基于主動(dòng)紅外熱成像的倒裝焊缺陷檢測(cè)方法研究.pdf

1、芯片互連是微電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一,而倒裝焊采用凸焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)芯片與基底之間的機(jī)械和電氣連接,因封裝尺寸小、信號(hào)傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)已逐漸成為微電子封裝的主流工藝。隨著倒裝芯片凸點(diǎn)密度的提高及其間距的進(jìn)一步減小,芯片的功率密度將迅速增加,芯片的散熱和內(nèi)部熱應(yīng)力失配問(wèn)題更加嚴(yán)重,易于發(fā)生鍵合失效。由于凸點(diǎn)或焊球隱藏于芯片和基底之間,其熱性能分析及缺陷檢測(cè)變得更加困難。為此,本文將主動(dòng)紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于微電子封裝領(lǐng)域,結(jié)合有限元仿真對(duì)焊球熱性能

2、及缺陷檢測(cè)進(jìn)行了研究和分析,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　利用解析和數(shù)值仿真方法分析了倒裝芯片內(nèi)部焊球的導(dǎo)熱性能。建立了倒裝焊結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型,并給出了解析求解過(guò)程。將常見(jiàn)焊球缺陷引入倒裝芯片的熱傳導(dǎo)模型,建立了倒裝焊結(jié)構(gòu)的縱向熱阻網(wǎng)絡(luò);采用有限元法仿真分析了外部熱激勵(lì)作用下的倒裝焊內(nèi)部熱傳導(dǎo)狀況,對(duì)比分析了缺陷焊球與參考焊球?qū)?yīng)的溫度變化。通過(guò)計(jì)算獲得了存在裂紋或空洞的缺陷焊球與正常焊球各自的熱阻阻值,并進(jìn)一步研究了焊球熱阻與缺陷

3、尺寸之間的關(guān)系。倒裝焊內(nèi)部熱傳導(dǎo)分析及焊球熱性能表征為主動(dòng)紅外缺陷檢測(cè)提供了參考依據(jù)和評(píng)估指標(biāo)。
　　研究了主動(dòng)紅外熱成像檢測(cè)原理、方法及系統(tǒng)組成,并根據(jù)倒裝芯片特點(diǎn)和檢測(cè)要求,提出了一種基于主動(dòng)紅外熱成像的倒裝焊缺陷檢測(cè)方法,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)。采用光纖耦合半導(dǎo)體激光器對(duì)芯片或基底表面進(jìn)行非接觸式加熱,通過(guò)紅外熱像儀獲得芯片表面溫度分布及隨時(shí)間的變化,通過(guò)熱圖像信號(hào)處理提取特征量,對(duì)焊球缺陷進(jìn)行診斷與辨識(shí)。主動(dòng)紅外熱成像檢

4、測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建及方法研究為開(kāi)展倒裝焊缺陷檢測(cè)提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和熱圖像解析的理論基礎(chǔ)。
　　利用主動(dòng)紅外檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)不同尺寸焊球的缺陷檢測(cè)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究。采用雙面測(cè)量法對(duì)焊球直徑為500μm的自制樣片S1進(jìn)行了缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過(guò)熱圖像的空間自適應(yīng)濾波、邊緣檢測(cè)及圖像分割等方法,消除了熱圖像噪聲及焊球間隙對(duì)缺陷辨識(shí)的影響,并使用焊球的熱斑面積及其溫度直方圖對(duì)焊球缺陷進(jìn)行定量分析;采用雙面測(cè)量法對(duì)焊球直徑為300μm的自制樣片S2進(jìn)行了缺陷

5、檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過(guò)移動(dòng)平均濾波去除熱圖像序列中的隨機(jī)噪聲,構(gòu)建了加熱源能量分布圖,并采用自參考對(duì)比法,使用焊球熱斑邊緣點(diǎn)與UBM區(qū)中心點(diǎn)的溫差累積值對(duì)焊球狀況進(jìn)行判別,消除了加熱不均勻性對(duì)缺陷辨識(shí)的影響,實(shí)現(xiàn)了焊球缺陷的有效檢測(cè);采用單面測(cè)量法對(duì)焊球直徑為135μm的選購(gòu)樣片F(xiàn)A10進(jìn)行了缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)自適應(yīng)中值濾波及移動(dòng)平均濾波算法對(duì)熱圖像序列進(jìn)行空間和時(shí)間域上的平滑和去噪,并對(duì)熱圖像中各點(diǎn)的溫度序列值按指數(shù)形式進(jìn)行曲線擬合。為了減小