專利名稱：倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片焊點(diǎn)缺陷的檢測方法，具體涉及一種倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷的檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著電子封裝技術(shù)向高密度、高性能、小型化的方向發(fā)展，BGA (Ball Grid Array)封裝形式已經(jīng)成為當(dāng)代電子封裝的主流。陶瓷球柵陣列CBGA (CeramicBall Grid Array)作為BGA的一種封裝形式，因其高I/O密度、高可靠性和良好的電氣及熱性能而廣泛地應(yīng)用于軍事、航空、航天電子設(shè)備制造領(lǐng)域。CCGA (Ceramic Column Grid Array)是在CBGA基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，它通過柱陣列替代球陣列，緩解了由熱失配引起的陶瓷基板和PCB間的剪切應(yīng)力，提高了熱循環(huán)可靠性。微電子互連焊點(diǎn)的微小化及焊接材料的復(fù)雜性很容易產(chǎn)生缺陷。焊接中出現(xiàn)的焊接偏位、焊接外形不良以及內(nèi)部氣孔、虛焊等這些都會對焊點(diǎn)的熱疲勞壽命產(chǎn)生影響。研究表明，電子器件失效70%是由于封裝及組裝失效引起，而在電子封裝及組裝的失效中，焊點(diǎn)的失效是主要原因。在電子封裝過程中，焊點(diǎn)連接是非常重要的，電子設(shè)備的可靠性常歸根于焊點(diǎn)的可靠性。焊點(diǎn)尺寸越來越小，焊點(diǎn)越成為最弱的連接環(huán)節(jié)。常見的非接觸式檢測方法主要有:光學(xué)視覺檢測、掃描聲顯微(SAM)檢測、X射線檢測。在光學(xué)視覺檢測技術(shù)中，結(jié)構(gòu)光3D視覺檢測技術(shù)通過光學(xué)三角法測得被測芯片的3D圖像信息，進(jìn)行圖 像處理即可得出3D結(jié)構(gòu)特征；光柵投影莫爾條紋干涉與不同光強(qiáng)多次相移技術(shù)結(jié)合形成的檢測技術(shù)，也可以進(jìn)行3D輪廓的測量，橫向分辨率達(dá)到7.5um，軸向可重復(fù)精度達(dá)到2um，適合于基底上金屬焊區(qū)的檢測；配備硅固體浸沒鏡頭的雙光子光致電流顯微鏡檢測技術(shù)，橫向分辨率達(dá)到166nm,軸向檢測深度達(dá)到IOOnm,適合于裸芯片(未倒裝鍵合)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢測。光學(xué)視覺檢測方法主要用來檢測FC芯片焊接前的工藝缺陷，可以實(shí)時在線檢測焊點(diǎn)缺陷和共面性，但不適用于焊接后隱藏的焊點(diǎn)缺陷檢測。SAM檢測利用聲顯微成像原理來檢測樣品的內(nèi)部缺陷。發(fā)射超聲換能器產(chǎn)生的超聲波經(jīng)禍合介質(zhì)(去離子水)傳播到被測樣品表面，當(dāng)樣品表面或內(nèi)部有氣泡、裂紋和斷層等缺陷時，超聲波傳播受阻，只有部分透過缺陷傳到樣品底部。在無缺陷處，超聲波能順利地傳播到樣品底部。經(jīng)樣品底部反射回的超聲波，在不同區(qū)域的聲波強(qiáng)度就不一樣，引起接受超聲換能器的機(jī)械振幅及產(chǎn)生的電流振幅不同，聲圖像上就呈現(xiàn)出不同的明暗變化。通過對聲圖像處理就能確定出缺陷區(qū)域的聲衰減，進(jìn)而表征出樣品內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)樣品內(nèi)部缺陷的檢測。X射線檢測是另外一種在FC芯片缺陷檢測中常用的技術(shù)。X射線源發(fā)射X射線通過被測樣品，由于不同材料對X射線的吸收率不同，接收器上便產(chǎn)生不同的明暗區(qū)域，形成樣品的陰影圖像。接收器將明暗區(qū)域轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像就得到了樣品內(nèi)部圖像，進(jìn)而檢測出樣品缺陷。X射線檢測可分為直射式X射線檢測和X射線分層檢測。利用直射式X射線對FC芯片檢測，可以得到焊點(diǎn)內(nèi)在特征，但不能區(qū)分垂直重疊特征。而X射線分層檢測技術(shù)在同一焊點(diǎn)不同高度取“水平切片”，可以測出焊點(diǎn)焊料量以及焊點(diǎn)成形情況，得到焊點(diǎn)3D檢測結(jié)果，完成絕大部分焊點(diǎn)缺陷檢測。X射線檢測設(shè)備比較昂貴，檢測時間長，效率低。X射線會損壞被測樣品，對虛焊裂紋情況無法檢出，并且對人體是有害的，需要操作者具有較強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)。綜上所述，現(xiàn)有的檢測技術(shù)無法滿足生產(chǎn)實(shí)際的需求，航空航天及軍工領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的可靠性有著極高的要求，因此研發(fā)一種可靠的倒裝芯片焊點(diǎn)缺陷檢測儀具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有檢測技術(shù)無法滿足生產(chǎn)實(shí)際需求的缺陷，本發(fā)明提供一種可靠的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷對視測溫檢測法。本發(fā)明按照如下方法檢測倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷:在倒裝芯片的一側(cè)設(shè)置一個熱像儀A，在基底一側(cè)設(shè)置一個熱像儀B和紅外激光器，激光光束直徑略小于焊盤，將紅外激光束對準(zhǔn)倒裝芯片基底待測焊盤，調(diào)整好功率和脈寬參數(shù)，對之施以熱激勵，熱像儀A和熱像儀B同時實(shí)時分別檢測激光光點(diǎn)照射基底焊盤處與相應(yīng)的芯片焊球區(qū)的溫升過程，同時觀察和拍攝溫升最高點(diǎn)的熱圖像，根據(jù)溫升曲線或熱像圖判斷倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷。與本方法最接近的是華中科大的“基于主動紅外熱成像的倒裝焊缺陷檢測方法研究”。兩者對比可知:
(I)激光熱加載位置不同，它是基底或芯片整面加載，對芯片的不利影響是一方面，另一方面由于整面加載導(dǎo)致熱傳導(dǎo)過程復(fù)雜化，基底和芯片的低導(dǎo)熱率又導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)到有效界面已很微弱，信噪比極低。

(2)正是由于信噪比低，想取得有效的檢測結(jié)果需對熱圖像進(jìn)行復(fù)雜的后期計(jì)算處理，不僅導(dǎo)致效率低，而且判別困難，目前實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)連缺球這一嚴(yán)重缺陷尚無法可靠檢出。因此華中科大這種檢測方法不僅難以取得有效的檢測結(jié)果，更離實(shí)際應(yīng)用尚遠(yuǎn)。(3)相對于華中科大，本發(fā)明的倒裝焊芯片焊點(diǎn)虛焊檢測法采用逐點(diǎn)檢測的方法，雖看上去效率有些低，但具有無損、缺陷高辨識率、判別直觀簡單的特點(diǎn)，具體如下:
無損:本檢測法只對焊盤施以激光激勵，激光器最大功率2瓦，焊盤引線焊球等最高溫升只需在40°C左右，芯片基底等其它地方處基本處于室溫狀態(tài)。高辨識率:盡管激光熱激勵很小，但全加載到了高導(dǎo)熱率的有效路徑，而芯片及基底等其它地方只處于室溫狀態(tài)，只是‘點(diǎn)亮’ 了相關(guān)的電路引線路徑，因此具有前所未有的高對比度，高信噪比，更易獲取有效的信息。判別直觀簡單:本方法可采取兩種方法來判別缺陷，(I)嚴(yán)重缺陷通過熱圖像對比即可直接判別，無需復(fù)雜的后期圖像計(jì)算處理。(2)溫升曲線對比可獲得比熱圖更準(zhǔn)確甚至可以量化的缺陷判別。適用工藝范圍廣:本方法可同樣適用于芯片側(cè)植球時缺陷檢測(圖7)和三維組裝時基底側(cè)面植球焊點(diǎn)缺陷檢測(圖8)，原理同上。


圖1為本發(fā)明焊點(diǎn)缺陷對視測溫檢測方法示意 圖2為合格焊點(diǎn)檢測示意 圖3為合格焊點(diǎn)溫升曲線；
圖4為虛焊、氣孔、裂紋、缺球等有缺陷焊點(diǎn)檢測示意 圖5為虛焊、氣孔、裂紋、缺球等有缺陷焊點(diǎn)溫升曲線；
圖6為橋連缺陷焊點(diǎn)檢測示意 圖7為橋連缺陷焊點(diǎn)溫升曲線；
圖8為焊球缺陷(缺球、大裂紋)時紅外熱像儀A的熱圖像；
圖9為焊球缺陷(缺球、大裂紋)時紅外熱像儀B的熱圖像；
圖10為焊球橋連時紅外熱像儀A的熱圖像；
圖11為焊球橋連時紅外熱像儀B的熱圖像；
圖12為芯片側(cè)植球過程焊球缺陷檢測 圖13為三維組裝工藝中基底側(cè)面植球過程焊點(diǎn)缺陷檢測圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限如此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。如圖1所示，在倒裝芯片的一側(cè)設(shè)置一個熱像儀B，在基底一側(cè)設(shè)置一個熱像儀A和紅外激光器，激光光束直徑略小于焊盤，將紅外激光束對準(zhǔn)倒裝芯片基底待測焊盤，調(diào)整好功率和脈寬參數(shù)，對之施以熱激勵，熱像儀A和熱像儀B同時實(shí)時分別檢測激光光點(diǎn)照射處的基底焊盤處與芯片焊球區(qū)的溫升過程，同時觀察和拍攝溫升最高點(diǎn)的熱圖像。鑒于激光功率脈寬的精密可控及器件本身的一致性，即給定的熱量是一致的，同時熱傳導(dǎo)路徑熱阻也是一致的，那么同類合格焊點(diǎn)所得到的兩個溫升曲線必定是極為接近相吻合的，假設(shè)基底焊盤側(cè)熱像儀A所測最高溫度達(dá)到55°C，芯片側(cè)熱像儀B所測最高溫度在35°C，溫差在20°C，見圖2、圖3。對于缺球、虛焊、氣孔、裂紋等缺陷，由于熱傳導(dǎo)路線上有不同程度的阻礙，熱量難以傳導(dǎo)到芯片上，其影響也會反映到其溫升曲線上，因此熱像儀A所測溫升曲線最高溫度為60°C，熱像儀B所測溫升曲線最高溫度為25°C，兩者溫差為35°C，溫差最大，遠(yuǎn)高于合格焊點(diǎn)的兩者溫差。見圖4、圖5。對于橋連缺陷，由于熱傳導(dǎo)路線的拓寬、分流，在基底一側(cè)熱像儀A所檢測到的溫升曲線最高溫度低于合格焊點(diǎn)，最高溫度可能是40°C，芯片側(cè)熱像儀B測到的溫升曲線最高溫度為30°C，溫差為10°C，兩者溫差最小，小于合格焊點(diǎn)兩者溫差。見圖6、圖7。當(dāng)溫度接近時還可根據(jù)熱像圖熱點(diǎn)區(qū)的不同來判別是橋連還是虛焊、氣孔、裂紋、缺球等缺陷。當(dāng)缺陷嚴(yán)重時，如缺球，大裂紋，大氣孔，嚴(yán)重橋連等情況，通過熱像儀A與B的熱圖像對比即可輕易判斷出。比如:在缺球，大裂紋，大氣孔情況下，熱傳導(dǎo)路徑被截斷或接近截斷時，基底側(cè)熱像儀A的焊盤表現(xiàn)為高溫，而另一側(cè)熱像儀B所攝取的芯片相應(yīng)位置基本無溫升現(xiàn)象，如圖8和9所示。
當(dāng)被測焊點(diǎn)有明顯橋連時，基底側(cè)熱像儀A的焊盤表現(xiàn)為低溫，而另一側(cè)熱像儀B所攝取的芯片相應(yīng)位置會兩個或多個溫升區(qū)，如圖10和11所示。因此在缺陷嚴(yán) 重時，只需將兩熱像圖相對比便可獲得直觀的判斷結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于所述方法步驟如下: 在倒裝芯片的一側(cè)設(shè)置一個熱像儀A，在基底一側(cè)設(shè)置一個熱像儀B和紅外激光器，激光光束直徑略小于焊盤，將紅外激光束對準(zhǔn)倒裝芯片基底待測焊盤，調(diào)整好功率和脈寬參數(shù)，對之施以熱激勵，熱像儀A和熱像儀B同時實(shí)時分別檢測激光光點(diǎn)照射基底焊盤處與相應(yīng)的芯片焊球區(qū)的溫升過程，同時觀察和拍攝溫升最高點(diǎn)的熱圖像，根據(jù)溫升曲線或熱像圖判斷倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于所述激光光束直徑小于焊盤直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于當(dāng)焊點(diǎn)存在缺球、虛焊、氣孔、裂紋缺陷時，熱像儀A所測的溫升曲線與熱像儀B所測的溫升曲線兩者溫差最大，遠(yuǎn)高于合格焊點(diǎn)的兩者溫差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于當(dāng)焊點(diǎn)存在橋連缺陷時，熱像儀A所檢測到的溫升曲線與熱像儀B所測的溫升曲線兩者溫差最小，小于合格焊點(diǎn)兩者溫差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于當(dāng)缺球、大裂紋、大氣孔、橋連缺陷嚴(yán)重時，通過對比熱圖像進(jìn)行判斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于在缺球、大裂紋、大氣孔情況下，熱像儀A的焊盤表現(xiàn)為高溫，熱像儀B所攝取的芯片相應(yīng)位置基本無溫升現(xiàn)象。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的倒裝焊芯片焊 點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，其特征在于當(dāng)被測焊點(diǎn)有明顯橋連時，熱像儀A的焊盤表現(xiàn)為低溫，熱像儀B所攝取的芯片相應(yīng)位置有兩個或多個溫升區(qū)。
全文摘要
倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷雙熱像儀紅外測溫檢測法，涉及一種芯片焊點(diǎn)缺陷的檢測方法。針對現(xiàn)有檢測技術(shù)無法滿足生產(chǎn)實(shí)際需求的缺陷，本發(fā)明按照如下方法檢測倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷在倒裝芯片的一側(cè)設(shè)置一個熱像儀A，在基底一側(cè)設(shè)置一個熱像儀B和紅外激光器，激光光束直徑略小于焊盤，將紅外激光束對準(zhǔn)倒裝芯片基底待測焊盤，調(diào)整好功率和脈寬參數(shù)，對之施以熱激勵，熱像儀A和熱像儀B同時實(shí)時分別檢測激光光點(diǎn)照射基底焊盤處與相應(yīng)的芯片焊球區(qū)的溫升過程，同時觀察和拍攝溫升最高點(diǎn)的熱圖像，根據(jù)溫升曲線或熱像圖判斷倒裝焊芯片焊點(diǎn)缺陷。本發(fā)明的倒裝焊芯片焊點(diǎn)虛焊檢測法采用逐點(diǎn)檢測的方法，具有無損、缺陷高辨識率、判別直觀簡單的特點(diǎn)。
文檔編號G01N21/88GK103234977SQ201310140090
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者孔令超, 田艷紅, 王春青, 安榮 , 劉寶磊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)