本发明专利技术提供了一种热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测方法及装置，其方法是采用红外非接触方式对被测芯片或基底表面进行均匀加热，同时施加超声激励，使芯片产生振动以改变缺陷处热阻属性，然后通过红外热像仪测量芯片或基底表面温度，并对热图像进行特征提取和分析，结合实现芯片焊点缺陷辨识和定位。其装置主要包括真空吸附式三维移动平台、红外加热模块、超声激振模块、热图像处理模块、缺陷标记模块、系统控制模块。本发明专利技术提供的方法及装置可对芯片焊点缺陷进行有效检测，具有实时、非接触、无破坏性的特点，适用于焊球阵列（ＢＧＡ）、芯片尺寸封装（ＣＳＰ）和倒装芯片（ＦＣ）等高密度电子封装工艺的焊点缺陷检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子封装缺陷检测技术，具体涉及一种芯片焊点缺陷在线检测方法及装置，该方法及装置适用于球栅阵列(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)和倒装芯片(FC)等高密度 电子封装工艺产品的焊点缺陷检测。
技术介绍
集成电路(IC)产品微型化的发展趋势，对芯片集成尺寸和封装可靠性提出了更 高的要求。目前IC产业广泛采用引线键合技术和倒装芯片技术来解决多层芯片间的互联 问题，以满足电子产品的封装要求。无论采用引线键合技术还是倒装芯片技术，都需要在芯 片上形成多个焊点，进而利用焊点完成互联。焊点缺陷(如焊点缺失、裂纹、虚焊等)会严 重影响封装可靠性，甚至使电子产品失效。因此，芯片焊点的缺陷检测是必不可缺的。通常，芯片焊点的缺陷检测主要有接触式和非接触式两种检测方法。接触式检测 包括功能测试、电测试等，主要用来检测芯片的短路和开路，但不能有效地区别和定位出焊 点缺陷。并且，接触式检测很容易对芯片表面造成损坏，检测效率也不高。非接触式检测主要有光学视觉检测、扫描声显微镜(SAM)检测、X射线检测。光 学视觉检测方法用光学显微镜来检测芯片键合前的工艺缺陷，可以实时在线检测外部暴露 焊点的缺陷。对于球栅阵列(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)和倒装芯片(FC)等封装工艺产品，焊点 缺陷隐藏于芯片内部，不能直接通过光学显微镜观测到，这就给焊点缺陷检测带来了困难。 尤其是对于倒装芯片，随着焊点密度不断增加，其缺陷检测难度也将更大，对检测设备也要 求也更高。目前，主要通过SAM检测和X射线检测来实现内部焊点的缺陷检测。SAM检测利用声显微成像原理来检测样品的内部缺陷，即通过对样品内部反射超 声波的分析来判断其缺陷状况。SAM检测是一种非接触、无破环、可靠且安全的检测方法。 但是，其检测时间较长，且需要耦合介质(水)，而大部分芯片是不适宜放于耦合介质(水) 中的。X射线检测利用不同特性材料对X射线的吸收率不同，来对样品进行检测的。它也 是一种非接触、无破环的检测技术，还可以进行3D微结构成像。不过，X射线检测设备比较 昂贵，检测时间长，效率低，需要操作者具有较强的经验，并且X射线对人体也是有害的。另外，红外热波无损检测技术是一种主要应用于航空材料内部缺陷(如空洞、裂 纹等)检测的有效技术。它利用外部热源主动加热样品材料的表面，如通过闪光灯或接触 式超声激振来加热样品表面，进而使样品表面产生热波。当表面热波向样品内部传播过程 中遇到缺陷时会引起表面温差，通过红外热像仪检测样品表面的温差以识别出内部缺陷。 这种检测技术有很强应用性和可拓展性，可应用于多种材料、结构和检测环境。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种芯片焊点缺陷在线检测方法，它采用红外非接触方式加热芯片或基底表面，同时施加超声激励，使芯片产生振动以改变缺陷处热阻属性，通过红外 热像仪测量芯片或基底表面温度，然后对热图像进行处理，并结合被测芯片的热传导模型 对其内部焊点状况进行分析和缺陷辨识。本专利技术还提供了实现该方法的检测装置(图1)， 可对芯片焊点缺陷进行实时、有效地检测，具有非接触、无破坏的特点，适用于芯片缺陷的 在线检测。采用的具体技术方案如下一种热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测方法，包括如下步骤(1)对芯片或基底采用近红外非接触方式加热，同时对芯片或基底表面施加超声 激励，使芯片产生谐振；(2)测量所述芯片或基底的表面温度场，获取热图像；(3)对所述热图像进行分析处理，判断热图像中有无异常区域即有无亮斑或暗斑， 确定芯片内部焊点是否存在缺陷；(4)若存在异常区域，则分割所述热图像中的亮斑或暗斑，提取异常区域里各像素 点温度值，并与参考温度阈值进行比较，从而对缺陷进行确认和定位；至此，即完成热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测过程。本专利技术所述的对热图像的分析处理为对比度增强处理。本专利技术所述的步骤(4)中，当所述的像素点温度值超出参考温度阈值的80%至 120%范围时，确认该像素点为缺陷像素点。本专利技术还可通过对缺陷芯片喷涂颜料以进行标记。一种实现上述权利要求1-4之一所述的芯片焊点缺陷在线检测方法的装置，包括 真空吸附式三维移动平台(1)、红外加热模块(3)、超声激振模块、热图像获取及处理模块 和系统控制模块(6)，其中，所述三维移动平台(1)用于定位被测芯片(2)，并实现其在XYZ 三个方向的平移，所述红外加热模块(3)和超声激振模块分别用于对所述芯片(2)进行热 激励和超声激励，所述热图像获取理模块测量芯片(2)的表面温度信息，获取热图像，并进 行处理和缺陷辨识，所述系统控制模块(6)协调控制各模块的操作。本专利技术所述的超声激振模块包括聚焦式空气超声换能器(7)、功率放大器(8)和 信号发生器(9)，所述聚焦式空气超声换能器(7)倾斜置于芯片(2)和红外加热模块(3)之 间，所述信号发生器(9)产生的信号经功率放大器(8)放大后驱动超声换能器(7)工作。本专利技术所述的红外加热模块(3)包括近红外灯，利用复合抛物面聚光器(CPC)将 所述近红外灯产生的红外光线汇聚于基底或芯片(2)表面以加热。本专利技术该装置还包括缺陷标记模块5，用以对缺陷芯片标记。本专利技术所述的缺陷标记模块(5)为气压式可控喷头，当所述装置检测到所述芯片 (2)存在缺陷时，系统控制模块(6)驱动所述三维移动平台(1)将芯片(2)移至喷头下方， 然后喷涂颜料进行标记。本专利技术方法及装置可对芯片焊点进行有效、可靠的在线检测，由于整个检测过程 采用非接触方式加热、空气耦合超声激振及快速热图像处理，所以本专利技术完全实现了非接 触、无损、实时检测。本专利技术适用于BGA、CSP和FC等工艺产品的焊点缺陷检测，并且跟SAM 检测和X射线检测相比，本专利技术操作更简单、对人体无害、成本更低，更适合于工业应用。附图说明图1 一种热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测装置图2芯片焊点缺陷在线检测步骤图3FC芯片热图像处理及缺陷类型辨识结果具体实施方式 下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。根据热波理论可知，缺球、空洞、裂纹、虚焊等焊点缺陷的存在将会改变芯片焊点 热阻属性。因此，对芯片或基底表面均勻加热后，由于热阻差异在芯片或基底表面会形成暂 态温差。然而，芯片制备材料硅(Si)和焊球金属材料(如PbSn，Au等)均具有很高的热扩 散率，使芯片或基底表面温度快速趋于平衡，对热图像采集系统具有极高的时间、空间、及 温度分辨率要求，不易检测。为了解决这一问题，本专利技术提供的芯片焊点缺陷在线检测方法首先采用近红外灯 以非接触方式加热芯片或基底表面，同时利用空气超声换能器激励芯片，使芯片产生谐振， 扩大缺陷对热传导的影响，通过红外热像仪采用透射或反射式测量芯片或基底表面温度 场，然后使用对比度增强、缺陷分割等方法对热图像进行处理，以精确判断和定位缺陷。如 图2所示，具体步骤如下步骤1对芯片或基底采用近红外非接触方式加热，同时对芯片或基底表面施加超 声激励，使芯片产生谐振，将缺陷焊点拉伸或压缩以改变其热阻属性，放大缺陷对热传导的 影响，从而扩大表面温差；步骤2测量芯片或基底表面温度场，获取热图像，其中可以使用红外显微镜头提 高热像仪空间分辨能力；步骤3对热图像进行分析处理(如对比度增强等方法)，然后根据有无异常区域 (即亮斑或暗斑)，判本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测方法，包括如下步骤：（１）对芯片或基底采用近红外非接触方式加热，同时对芯片或基底表面施加超声激励，使芯片产生谐振；（２）测量所述芯片或基底的表面温度场，获取热图像；（３）对所述热图像进行分析处理，判断热图像中有无异常区域即有无亮斑或暗斑，确定芯片内部焊点是否存在缺陷；（４）若存在异常区域，则分割所述热图像中的亮斑或暗斑，提取异常区域里各像素点温度值，并与参考温度阈值进行比较，从而对缺陷进行确认和定位；至此，即完成热和超声激励的芯片焊点缺陷在线检测过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖广兰，史铁林，陆向宁，张学坤，查哲瑜，聂磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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