基于主動紅外熱成像的倒裝焊缺陷檢測方法研究.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實現(xiàn)芯片與基底之間的機械和電氣連接,因封裝尺寸小、信號傳輸速度快等優(yōu)點已逐漸成為微電子封裝的主流工藝。隨著倒裝芯片凸點密度的提高及其間距的進一步減小,芯片的功率密度將迅速增加,芯片的散熱和內(nèi)部熱應(yīng)力失配問題更加嚴重,易于發(fā)生鍵合失效。由于凸點或焊球隱藏于芯片和基底之間,其熱性能分析及缺陷檢測變得更加困難。為此,本文將主動紅外無損檢測技術(shù)應(yīng)用于微電子封裝領(lǐng)域,結(jié)合有限元仿真對焊球熱性能

2、及缺陷檢測進行了研究和分析,主要研究內(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程。將常見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作用下的倒裝焊內(nèi)部熱傳導(dǎo)狀況,對比分析了缺陷焊球與參考焊球?qū)?yīng)的溫度變化。通過計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紅外缺陷檢測提供了參考依據(jù)和評估指標。
　　研究了主動紅外熱成像檢測原理、方法及系統(tǒng)組成,并根據(jù)倒裝芯片特點和檢測要求,提出了一種基于主動紅外熱成像的倒裝焊缺陷檢測方法,設(shè)計并構(gòu)建了實驗檢測平臺。采用光纖耦合半導(dǎo)體激光器對芯片或基底表面進行非接觸式加熱,通過紅外熱像儀獲得芯片表面溫度分布及隨時間的變化,通過熱圖像信號處理提取特征量,對焊球缺陷進行診斷與辨識。主動紅外熱成像檢

4、測系統(tǒng)構(gòu)建及方法研究為開展倒裝焊缺陷檢測提供了實驗平臺和熱圖像解析的理論基礎(chǔ)。
　　利用主動紅外檢測實驗平臺,對不同尺寸焊球的缺陷檢測展開實驗研究。采用雙面測量法對焊球直徑為500μm的自制樣片S1進行了缺陷檢測實驗,通過熱圖像的空間自適應(yīng)濾波、邊緣檢測及圖像分割等方法,消除了熱圖像噪聲及焊球間隙對缺陷辨識的影響,并使用焊球的熱斑面積及其溫度直方圖對焊球缺陷進行定量分析;采用雙面測量法對焊球直徑為300μm的自制樣片S2進行了缺陷

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