[发明专利]一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统

说明书

技术领域

本发明属于电子封装领域，具体涉及一种电子封装中的封装器件共面度测量系统，适用于对BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)和CSP(Chip Size Package，芯片尺寸封装)等大规模集成电路封装体的共面度进行实时的检测。

背景技术

集成电路(IC)产业已成为国民经济发展的关键，而IC设计、制造和封装测试是IC产业发展的三大产业支柱。在实际生产中，由于在线、离线评测手段匮乏，很多产品投入市场之前未能发现产品中存在的可靠性隐患，甚至只能通过器件的使用过程来检测其加工质量与可靠性，严重阻碍了微电子工业的快速发展。在各种新型封装材料、结构和工艺不断涌现的今天，IC封装测试显得尤为重要。因为封装测试可以实时检测器件在封装工艺过程中的形貌特征，也可以检测每一个封装器件的质量，在大批量生产中迅速发现有缺陷的产品。为IC产品的一致性、重复性、可靠性和耐久性提供了保障。

球栅阵列(Ball-Grid-Array)是当今最流行的封装技术。在BGA封装的过程中，由材料热膨胀系数(CTE)不匹配等因素而导致的基板翘曲以及BGA焊球自身的不均匀性都会导致基板上BGA焊球不共面的情况，会诱发电路的短路或断路，导致非安全的电气连接，影响电气连接性能和产品可靠性，甚至导致器件失效。因此，BGA焊球的共面性检查是至关重要的。

当今，BGA焊球共面性检查的三维测试系统主要是基于激光扫描技术或者是结构光投影方法。激光束的物理扫描过程会导致很低的测量速度。而且传统的检测方式是通过机械运动移动参考栅的位置实现相移，移动速度慢，运动带来震动、噪声和重复相移精度不好，不能满足高精度实时测量的要求。随着测量面积加大，待测器件在深度方向测量范围加大以及对测量精度和效率的要求不断提高，急需一种稳定可靠的快速测量方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，该系统将投影莫尔与LCD相移技术相结合，采用一个非相干冷光源和一个LCD虚拟光栅垂直投影正弦条纹图案到CCD视场下的待测物表面。同时冷光源垂直投影到参考平面，整个测量系统的测量面积和测量精度都得到很大提高。

一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源，准直透镜，CCD摄像机，LCD面板，投影透镜，光学平台，高精度移动台和计算机，其中，

所述准直透镜、LCD面板、投影透镜以及高精度移动台沿轴向依次被夹持固定在光学平台上，所述LCD面板与所述计算机相连，该LCD面板上显示通过所述计算机产生的条纹图案，所述冷光源发出的光经所述准直透镜后照射到所述LCD面板上，将显示在所述LCD面板上的条纹图案投影到被装载在高精度移动台上的参考平面或者待测物表面上，所述CCD摄像机设置在LCD面板侧面，用于捕捉投影在高精度移动台上的参考平面或待测物表面上的条纹图案强度，综合捕获的所述待测物表面条纹图案强度和所述参考平面的条纹图案强度，即可得出待测物表面的高度值h(x，y)。

作为本发明的进一步改进，所述得出待测物表面的高度值h(x，y)的具体过程为：通过上述捕获的参考平面和待测物表面上的条纹图案强度，分别获得参考平面和待测物表面上的相位值φ(x，y)，并进一步计算出参考平面和待测物表面上每个坐标值对应的相位差Δφ(x，y)，即可得到待测物表面的高度值h(x，y)。

作为本发明的进一步改进，所述相位值φ(x，y)通过四步相移方法获得，即将所述正弦条纹图案实施四步数字相移，相位分别为0，π/2，π和3π/2，再通过以下公式计算出参考平面或者待测物表面上的相位值φ(x，y)：