[发明专利]倒装焊芯片焊点缺陷双热像仪红外测温检测法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芯片焊点缺陷的检测方法，具体涉及一种倒装焊芯片焊点缺陷的检测方法。

背景技术

随着电子封装技术向高密度、高性能、小型化的方向发展，BGA（Ball Grid Array）封装形式已经成为当代电子封装的主流。陶瓷球栅阵列CBGA（CeramicBall Grid Array）作为BGA的一种封装形式，因其高I/O密度、高可靠性和良好的电气及热性能而广泛地应用于军事、航空、航天电子设备制造领域。CCGA（Ceramic Column Grid Array）是在CBGA基础上进行的改进，它通过柱阵列替代球阵列，缓解了由热失配引起的陶瓷基板和PCB间的剪切应力，提高了热循环可靠性。

微电子互连焊点的微小化及焊接材料的复杂性很容易产生缺陷。焊接中出现的焊接偏位、焊接外形不良以及内部气孔、虚焊等这些都会对焊点的热疲劳寿命产生影响。研究表明，电子器件失效70%是由于封装及组装失效引起，而在电子封装及组装的失效中，焊点的失效是主要原因。在电子封装过程中，焊点连接是非常重要的，电子设备的可靠性常归根于焊点的可靠性。焊点尺寸越来越小，焊点越成为最弱的连接环节。

常见的非接触式检测方法主要有:光学视觉检测、扫描声显微(SAM)检测、X射线检测。

在光学视觉检测技术中，结构光3D视觉检测技术通过光学三角法测得被测芯片的3D图像信息，进行图像处理即可得出3D结构特征；光栅投影莫尔条纹干涉与不同光强多次相移技术结合形成的检测技术，也可以进行3D轮廓的测量，横向分辨率达到7.5um，轴向可重复精度达到2um，适合于基底上金属焊区的检测；配备硅固体浸没镜头的双光子光致电流显微镜检测技术，横向分辨率达到166nm，轴向检测深度达到100nm，适合于裸芯片(未倒装键合)内部结构的检测。光学视觉检测方法主要用来检测FC芯片焊接前的工艺缺陷，可以实时在线检测焊点缺陷和共面性，但不适用于焊接后隐藏的焊点缺陷检测。

SAM检测利用声显微成像原理来检测样品的内部缺陷。发射超声换能器产生的超声波经祸合介质(去离子水)传播到被测样品表面，当样品表面或内部有气泡、裂纹和断层等缺陷时，超声波传播受阻，只有部分透过缺陷传到样品底部。在无缺陷处，超声波能顺利地传播到样品底部。经样品底部反射回的超声波，在不同区域的声波强度就不一样，引起接受超声换能器的机械振幅及产生的电流振幅不同，声图像上就呈现出不同的明暗变化。通过对声图像处理就能确定出缺陷区域的声衰减，进而表征出样品内部的微结构状态，实现样品内部缺陷的检测。

X射线检测是另外一种在FC芯片缺陷检测中常用的技术。X射线源发射X射线通过被测样品，由于不同材料对X射线的吸收率不同，接收器上便产生不同的明暗区域，形成样品的阴影图像。接收器将明暗区域转换为光学图像就得到了样品内部图像，进而检测出样品缺陷。X射线检测可分为直射式X射线检测和X射线分层检测。利用直射式X射线对FC芯片检测，可以得到焊点内在特征，但不能区分垂直重叠特征。而X射线分层检测技术在同一焊点不同高度取“水平切片”，可以测出焊点焊料量以及焊点成形情况，得到焊点3D检测结果，完成绝大部分焊点缺陷检测。X射线检测设备比较昂贵，检测时间长，效率低。X射线会损坏被测样品，对虚焊裂纹情况无法检出，并且对人体是有害的，需要操作者具有较强经验。

综上所述，现有的检测技术无法满足生产实际的需求，航空航天及军工领域对产品的可靠性有着极高的要求，因此研发一种可靠的倒装芯片焊点缺陷检测仪具有重大现实意义。

发明内容

针对现有检测技术无法满足生产实际需求的缺陷，本发明提供一种可靠的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法。

本发明按照如下方法检测倒装焊芯片焊点缺陷：在倒装芯片的一侧设置一个热像仪A，在基底一侧设置一个热像仪B和红外激光器，激光光束直径略小于焊盘，将红外激光束对准倒装芯片基底待测焊盘，调整好功率和脉宽参数，对之施以热激励，热像仪A和热像仪B同时实时分别检测激光光点照射基底焊盘处与相应的芯片焊球区的温升过程，同时观察和拍摄温升最高点的热图像，根据温升曲线或热像图判断倒装焊芯片焊点缺陷。

与本方法最接近的是华中科大的“基于主动红外热成像的倒装焊缺陷检测方法研究”。两者对比可知：

（1）激光热加载位置不同，它是基底或芯片整面加载，对芯片的不利影响是一方面，另一方面由于整面加载导致热传导过程复杂化，基底和芯片的低导热率又导致热量传导到有效界面已很微弱，信噪比极低。