[发明专利]检测焊球失效的电子散斑干涉系统及无损检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装领域，涉及用于检测板级组装球栅阵列(BGA，Ball GridArray)封装器件中焊球失效的电子散斑干涉(ESPI，Electronic Speckle PatternInterferometry)系统，及其检测方法。

背景技术

球栅阵列封装是I/O端子以球形或柱形焊点，按阵列形式分布的表面贴装形式。其能实现封装的高I/O数、高性能、多功能及高密度化，已经在电子封装领域得到广泛应用。但是，球栅阵列封装在再流焊等组装过程中，可能由于热失配或其他应力，在个别焊点发生裂纹、分层甚至脱落等失效。并且组装后焊点不外露，质量检测困难。目前常用的焊球失效分析手段，主要有电测试、边界扫描测试，和X射线扫描等方法。该方法步骤多、成本高、工艺集成性差、检测效率不高。

电子散斑干涉作为一种有效的无损检测手段，具有非接触、全场测量、高灵敏度、高精度等特点，已广泛应用于机械土木、航空航天、生物医学等领域。在相移技术的辅助下，电子散斑干涉的位移测量分辨率可达50纳米甚至以下，由于电子散斑干涉的这些优点，其在电子封装的可靠性检测方面有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于检测板级组装球栅阵列封装器件中焊球失效的电子散斑干涉测试系统。

本发明的另一个目的是提出板级组装球栅阵列封装器件中焊球失效的检测方法。

本发明提供了一种用于检测板级组装球栅阵列封装器件中焊球失效的电子散斑干涉测试系统，包括：检测样品固定与加载部分，电子散斑干涉的离面位移测试光路部分，以及计算机数据处理部分；其中，检测样品的固定与加载部分用于对被测球栅阵列封装提供稳定夹持，以及对检测样品施加机械载荷；离面位移测试光路部分用于形成检测样品在机械载荷下变形后的干涉条纹，即表面微位移信息；计算机数据处理部分，用于采集条纹、进行相位解包和位移计算、定位失效区域，并通过进一步计算处理，最终确定失效焊点及其损坏程度。

计算机数据处理部分是安装了分析电子散斑干涉条纹软件的计算机。本发明所对应的计算机数据处理部分可以是通过数据线连接的本地计算机，也可以是通过局域网或广域网等网络连接的远程计算机。所有的数据处理计算，可以由计算机、硬件模块、定制软件、多个软件的组合中的一个或多个来完成。所述的分析电子散斑干涉条纹软件可以是本领域常用的软件，通常能够计算分析所测板级组装球栅阵列封装器件在失效相关的相位分布、位移分布、位移梯度、该区域中各焊球横、纵截面的位移曲线等操作中的一个、多个及其组合，然后与定标测试的对应信息进行比较。该软件还可以根据对应信息的比较结果，判断相位值、位移值、位移梯度等相对完好试样偏离最大的位置为失效焊点所在位置。

检测样品固定与加载部分包括常规的球栅阵列封装固定和施加机械载荷的装置。例如采用夹持装置进行固定。在同型号板级组装球栅阵列封装器件的定标测试，以及每次测试中，施加的夹持完全相同。在同型号板级组装球栅阵列封装器件的定标测试，以及每次测试中，所施加机械载荷的方向、作用位置完全相同，大小差别不大。

所述的离面位移测试光路部分包括发射光线装置、分光装置、反射装置和叠加干涉装置；四者依次连接并形成特定角度，发射光线装置发出的光线穿过分光装置，一束经反射装置反射、穿过样品并投射到叠加干涉装置，另一束经过反射也投射到叠加干涉装置，两束光线通过叠加干涉装置形成电子散斑干涉条纹。

所述的离面位移测试光路部分还可以包括调整激光束相位的装置，调整激光束相位的装置与反射装置连接。

所述的离面位移测试光路部分还可以包括调整激光束光强的装置，调整激光束光强的装置与反射装置连接。

所述的发射光线装置、分光装置、反射装置、叠加干涉装置、调整激光束相位的装置和调整激光束光强的装置均可以采用常见的装置器件。例如，以激光器作为发射光线装置，以分光镜作为分光装置、以反射镜作为反射装置、以棱镜作为叠加干涉装置、以压电陶瓷相移器作为调整激光束相位的装置，以双偏振片作为调整激光束光强的装置。

具体而言，本发明的电子散斑干涉测试系统中，离面位移测试光路部分包括激光器、分光镜、扩束镜、全反镜和棱镜；激光器与分光镜连接，分光镜分别与扩束镜和全反镜连接，棱镜分别与扩束镜和全反镜连接；激光器发射出的激光经过分光镜分为两束，一束经过扩束镜后穿过待测样品投射到棱镜一个侧面，另一束经全反镜反射投射到棱镜的另一侧面，两束激光通过棱镜发生叠加干涉。