用于翘曲测量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测量样本的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)的系统，该系统包括用于执行所述系统的图像捕获和分析处理校准的图像捕获和分析加处理准的装置，用于测量样本架中样本的表面平坦度的装置，用于以预定曲线来加热所述样品架的加热装置，以及用于将预定的加热曲线提供所述样本的表面上的控制装置以及所述图像捕获和分析处理校准装置、所述测量装置和所述加热装置的控制操作。

Devices and methods for warpage measurement

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于翘曲测量的装置和方法
技术介绍
由于设计问题、材料缺陷和/或在其适当处理中，不平坦或翘曲是IC芯片制造中的常见问题。区分和剔除翘曲超过期望规格的组件的能力对设计资质和生产线很重要，这是因为它允许制造商发现制造步骤中的问题并保持产品质量。利用一对相机的图像捕获和分析处理可以用作非接触式光学方法来跟踪和配准图像，以供精确的2D和3D测量，尤其是固体的变形和应变测量，诸如高级集成电路(IC)芯片。随着这些芯片变得更薄，IC芯片翘曲已经成为一个问题。在当前芯片技术的许多层中，使用具有不同热膨胀系数(CTE)的材料会加剧该情况。
技术实现思路
在一方面，提供了用于测量样本的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)的系统，包括用于执行所述系统的图像捕获和分析处理校准的图像捕获和分析处理校准装置，用于测量样本架中的样本的表面变形和/或热膨胀系数(CTE)的测量装置，用于以预定曲线加热或冷却所述样本架的温度改变装置，以及用于在所述样本的表面上提供预定的加热或冷却曲线的控制装置，以及所述图像捕获和分析处理校准装置、所述测量装置和所述温度改变装置的控制操作。在另一方面，提供了用于测量样本的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)的方法，包括(1)经由校准组件执行图像捕获和分析处理校准，(2)用测试样本替换校准组件，(3)将来自光源模块的光投射到有经设计的图案的所述测试样本，或者投射到印刷有经设计的图案的所述测试样本，或者投射到具有选定表面特征的所述测试样本，(4)在室温T1下通过测量装置拍摄测试样本的图像，(5)经由温度改变装置将样本加热或冷却至T，(6)在温度T下通过所述测量装置拍摄测试样本的图像，(7)使用图像捕获和分析处理装置处理图像，以确定由(T-T1)引起的应变，(8)生成应变ε与温度的图；以及(9)基于步骤8的结果确定样本的表面平坦度。交叉引用本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同具体地且单独地指明每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。附图说明在所附权利要求书中具体阐述了本专利技术的新颖特征。通过参考对在其中利用到本专利技术原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会获得对本专利技术的特征和优点的更好的理解，在附图中：图1示出了一般工作机制。通过比较物体变形之前和之后的选定位置(见图1A)，可以如图1B所示计算出形貌和变形。图2A/图2B示出了示例性校准组件(2A)和操作校准组件(2B)的机制。图3A/图3B提供了根据实施方式图3A的示例性设备，该设备包括温度改变模块如加热室11、图像捕获和分析处理模块21以及计算机28。图3B提供了基于图3A的简化系统。图4A至图4C示出了示例性表面关联实施方式(如样本的经设计的图案或选定特征)，以经由示例性设备来应用图像捕获和分析处理方法。图4A提供了被投射到或被印刷在样本的表面上的经设计的图案的代表性图像100。图4B示出了具有设计图案的示例性蚀刻玻璃(经设计的图案投射装置的示例)，该经设计图案用于与光源配合以将经设计的图案投射到样本的表面上。图4C示出了被选择用于图像捕获和分析处理测量的样本(从a到a’)的示例性表面特征。图5提供了采用本专利技术系统进行样本的CTE测量的程序的示例性流程图。具体实施方式2014年全球的半导体封装和测试市值达到了245亿美元，其中与翘曲相关的测试是不可或缺的一部分。IC芯片行业可以分为芯片设计、制造和封装与测试。翘曲测量分析在这些的每一项中均占有重要地位，尤其是在IC封装和测试如倒装芯片BGA板组件，尤其是随着芯片大小的增加和无铅焊料的使用。例如，诸如SAC305的无铅焊料的柔性较低，并且回流温度(260℃)高于旧铅焊料(230℃以下)。JEDEC规定，FCBGA封装的翘曲必须小于一定值，以确保封装的可靠性。为了有助于此，已经研发出各种材料方法。芯片与基底之间的间隙填充有环氧树脂底胶，以帮助减轻由焊料凸点互连诱导的应力。虽然底部填充材料可以保护焊料凸点，但由于底部填充材料的膨胀系数(CTE)非常高并且通过底部填充材料的较高耦合程度引入更多的翘曲，也加剧了IC芯片的弯曲变形。因此，翘曲是芯片设计中确定设计是否通过资质的关键规范之一。各公司常常不得不花费数百万美元来重新设计IC芯片只为满足翘曲规范。然而，材料在高于其玻璃化转变的温度下变软。诸如应变仪、膨胀仪和热机械分析(TMA)的用于测量CTE的常规方法是难以测试软质材料的基于接触的方法论。当前的CTE测量仪器被设计为通过施加预加载用探头压缩测试样品。即使很小的预加载也将使柔软的材料显著变形，并引入巨大的测量误差。在高于其玻璃化转变温度的条件下测量聚合物材料的CTE一直是一个巨大的挑战。因此，由于测量方法的原因，用当前的仪器不能很好地测量玻璃化转变温度(Tg)以上的翘曲和CTE测量。当前的翘曲测量设备正遭受较低分辨率、低效率和高成本的困扰，其中CTE测量设备无法为材料在高于其玻璃化转变温度的较软状态下提供可靠测量。热分析仪或膨胀计是接触式测量方法并且通常用于较硬固体材料或液体的热膨胀系数(CTE)测量。CTE是定义不同温度下材料膨胀和收缩的关键材料特性，其与芯片的可靠性直接相关。涉及使用立体相机的图像捕获和分析处理(关联)是用于测量样本的表面平坦度和位移的、基于计算机视觉的非接触式光学技术。其原理是使用三角测量方法，经由从校准程序获得的相机系统，用参数重建空间坐标。它也可以用于跟踪物体变形时的运动，如跟踪经设计的图案的运动或定点运动。图1示出了一般工作机制。通过比较物体变形之前和之后的选定位置(参见图1A)，可以如图1B所示计算出形貌和变形。在一些实施方式中，为了使图像捕获和分析处理有效地工作，需要利用与其背景形成鲜明对比的独特图案。在一些实施方式中，为了使图像捕获和分析处理有效地工作，需要在物体变形之前和之后比较测试样本的选定固定特征。本专利技术适用于在受控环境中样本的精确的翘曲、位移和CTE测量的方法(例如，IC芯片翘曲测量)。例如，在一个实施方式中，本专利技术采用与受控温度改变模块(例如，加热或冷却室)相结合的图像捕获和分析处理模块来测量样品的CTE。可以直接获得由加热或冷却引起的测试样品/样本上的应变，以供CTE测定。测试样本在(x，y，z)三个方向上的应变由图像捕获和分析处理模块确定并且因此可以独立地用于x、y和z三个方向上的CTE测定。这些对于复合材料或各向异性材料是必需的。测试样本可以是任何形状和尺寸，可以在没有任何固定设备的情况下将其放置在加热或冷却室内，从而消除了像传统的接触式CTE测量设备那样准确地知道测试样本的长度的需求。在一些实施方式中，图像捕获和分析处理模块包括一对或多对数码相机(例如，一对、两对、三对或四对或更多数码相机)、将光投射在样本上的一个或多个光源模块以及测量样本的表面温度的温度测量装置。在某些实施方式中，光源模块投射可见光或不可见光。在某些实施方式中，光源模块投射光的选定波长，如绿光(510nm)和蓝光(470n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量样本的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)的系统，包括用于执行所述系统的图像捕获和分析处理校准的图像捕获和分析处理校准装置，用于测量样本架中的样本的表面变形和/或热膨胀系数(CTE)的测量装置，用于以预定曲线加热或冷却所述样本架的温度改变装置，以及用于在所述样本的表面上提供预定的加热或冷却曲线的控制装置，以及所述图像捕获和分析处理校准装置、所述测量装置和所述温度改变装置的控制操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170824 US 62/549,9481.一种用于测量样本的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)的系统，包括用于执行所述系统的图像捕获和分析处理校准的图像捕获和分析处理校准装置，用于测量样本架中的样本的表面变形和/或热膨胀系数(CTE)的测量装置，用于以预定曲线加热或冷却所述样本架的温度改变装置，以及用于在所述样本的表面上提供预定的加热或冷却曲线的控制装置，以及所述图像捕获和分析处理校准装置、所述测量装置和所述温度改变装置的控制操作。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像捕获和分析处理校准装置包括平台和用于图像捕获和分析处理校准的校准目标，所述校准目标被配置为沿着所述平台的x、y或z轴旋转。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述校准目标是其表面上刻有或印刷有网格或圆、所述网格或点之间具有固定距离的平板。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像捕获和分析处理校准装置被放置在所述温度改变装置中。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述测量装置包括图像捕获和分析处理模块，以在室温T1和预定温度T2下捕获样本表面的图像，以确定测试样本的表面上的表面平坦度、变形和/或热膨胀系数(CTE)。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述图像捕获和分析处理模块包括一对或多对数码相机、将光投射到所述样本上的一个或多个光源以及用于测量所述样本的表面温度的温度测量装置。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述一个或多个光源装配有经设计的图案投射装置以将所述经设计的图案投射到所述样本上。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述经设计的图案投射装置是具有经设计的图案的蚀刻玻璃。


9.根据权利要求6所述的系统，其中所述光源将光投射到印刷有经设计的图案的所述样本的表面。


10.根据权利要求6所述的系统，其中所述光源将光投射到所述样本的选定的表面特征。


11.根据权利要求6所述的系统，其中所述温度测量装置是热成像相机。


12.根据权利要求1所述的系统，其中所述温度改变装置包括具有温度控制器的温度改变模块，以根据预定的和期望的温度曲线来控制样本温度。

【专利技术属性】
技术研发人员：崔通，布兰登·华莱士，
申请(专利权)人：CB技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US