CN102519351A

CN102519351A - 电子封装制品翘曲的测量方法

Info

Publication number: CN102519351A
Application number: CN2011103631558A
Authority: CN
Inventors: 蒋程捷; 肖斐
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN102519351B

Abstract

本发明提供一种电子封装制品翘曲的测量方法，该方法包括如下步骤：(一)传感器芯片的标定：将硅应力传感器芯片贴置在标定样品的一表面，利用压块使得待测制品产生翘曲变形，硅应力传感器芯片翘曲变形而产生输出电压，根据测量结果标定硅应力传感器的输出电压与标定样品翘曲程度的关系；(二)电子封装制品翘曲的测量：将硅应力传感器芯片贴置于待测电子封装制品表面或内部；传感器芯片产生翘曲变形，并形成输出电压；根据标定关系及测量结果得到待测电子封装制品的翘曲程度。通过本发明方案的技术方法，可监测封装过程或是封装体系的翘曲状况，从而根据测量结果实现对封装工艺参数的调整与完善。

Description

电子封装制品翘曲的测量方法

技术领域

本发明关于电子封装，尤其关于电子封装的制品的翘曲程度的测量方法。

背景技术

在电子封装体系中，硅片以及印制电路板的翘曲将会对封装体系的性能产生很大的影响，硅片在工艺过程中(如减薄、刻蚀)的翘曲会对封装工艺的进程产生影响，利用特定的方法测量这类体系的翘曲情况，可以为改进封装体系的设计与工艺提供有益帮助。

目前，硅片的翘曲主要是采用《硅片翘曲度非接触式测试方法》(国标GB/T6620-200×)，硅片置于基准环的3个支点上，3个支点形成一个基准平面。测试仪的一对探头在硅片上、下表面沿规定的路径同步扫描。在扫描过程中，成对地给出上、下探头与硅片最近表面之间的距离，求出每对距离的差值，其中，探头传感可以是电容的、光学的或其他非接触式的。成对距离差值的最大与最小值之差的一半就是硅片翘曲度的测试值。

这种方法的最大优势在于，可以通过扫描的方法获得整个硅片的翘曲状况，并且测量精度准确。但是这种方法也存在着应用上的问题：首先，硅圆片的翘曲测量需采用完整的圆片，而无法对封装完成后的体系的翘曲进行测量；其次，该方法对测量环境的洁净度要求很高，任何硅片上的小沾污都会影响到最后的测量结果。此外，这种测量方法对环境温度与湿度均有严格的要求，在使用上也具有一定的不便性；而且，这类仪器目前的成本还比较高。

对于印制电路板的翘曲测量，主要有基板悬挂检测法(日本JISC6481标准)、IPC-TM-650检测法、以及《“印制电路用覆铜箔层压板”检测方法》(国标GB/T4721-92)。对于悬挂检测法，由于印制电路板受到重力的影响，对刚性较低的板将会形成一个附加的形变，从而对测试结果产生影响；对于IPC-TM-650检测法，则是将试样置于测试平台上，并用弓曲测量或是扭曲测量得到基板的翘曲，若样品变形成波浪状，则测量时样品的一条边与平台有多点接触，则不适合用该标准进行测量；而对于国标GB/T4721-92，测量法则与前者类似，不过只适合于用来测量原张覆铜板。

本发明则提供一种新的电子封装制品翘曲的测量方法用以改善或解决上述的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种不受测量环境影响并且可以对进入封装体系的待测制品进行翘曲测量的测量方法。

本发明通过这样的技术方案解决上述的技术问题：

本发明提供一种电子封装制品翘曲的测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)传感器芯片的标定：

提供标定样品；

提供硅应力传感器芯片，将其贴置在标定样品的一表面；

提供压块，压块具有压杆，抵接在标定样品的一表面；

提供垫块，垫块抵接于标定样品的另一表面；

上下移动压块，使得标定样品产生翘曲变形；

硅应力传感器芯片由于标定样品的翘曲变形而产生输出电压；

根据测量结果标定硅应力传感器的输出电压与标定样品翘曲程度的关系；

(2)电子封装制品翘曲的测量：

提供待测电子封装制品；

提供硅应力传感器，将硅应力传感器芯片贴置于待测电子封装制品表面或内部；

在封装制品的工艺或使用过程中，传感器芯片产生翘曲变形，并形成输出电压；

根据标定关系及测量结果得到待测电子封装制品的翘曲程度。

作为本发明的一种改进，硅应力传感器芯片正面朝上贴置于待测制品的表面上，其电性连接一直流电桥，直流电桥输出硅应力传感器芯片的输出电压。

作为本发明的一种改进，硅应力传感器芯片正面朝下贴置于待测制品的表面上，待测制品的表面设有电路与硅应力传感器芯片电性连接，其两者之间通过各向异性导电胶连接，通过直流电桥输出硅应力传感器芯片的输出电压。

作为本发明的一种改进，硅应力传感器芯片被置于待测制品的中央位置。

作为本发明的一种改进，待测制品包括硅片、印制电路板或者封装模块。

作为本发明的一种改进，传感器芯片的标定过程中，压杆与垫块的数量均为2，用于实现待测制品的四点弯曲。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：由于电子封装体系的翘曲会对封装可靠性产生很大的影响，通过本发明方案的技术方法，可以将传感器芯片贴装至待封装系统表面或体内，并监测封装过程或是封装体系的翘曲状况，从而根据测量结果实现对封装工艺参数的调整与完善。利用该方法还可以有效地测量硅片、电路板、封装模块的翘曲，相对于目前的测量设备，在测试的简易程度、成本上有很大的优势。

附图说明

图1是本发明电子封装制品翘曲的测量方法中利用四点弯曲法标定样品翘曲与应力传感器输出关系的示意图；

图2是本发明电子封装制品翘曲的测量方法利用直流电桥、并正面朝上贴装应力传感器芯片实现对待测制品翘曲测量的示意图。

图3是本发明电子封装制品翘曲的测量方法应力传感器芯片正面朝下贴装布线示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

对于硅应力传感器芯片，当芯片本身受到一定的应力时，会使得芯片中压电阻的大小发生变化，从而根据其电学参数的变化得到其应力的变化。利用硅应力传感器的这一特性，可以对电子封装系统的翘曲状况进行定量的测定。

使用粘接剂将硅应力传感器芯片贴装至待测制品表面(如硅圆片、印制电路板等)，当待测制品发生一定程度的翘曲后，应力传感器芯片也会产生相应的形变，从而在芯片内部产生平面内的正应力与剪切力。利用硅应力传感器可以得到这些附加的正应力和剪切力的大小，并依据待测制品与硅应力传感器的应力关系得到待测物体的翘曲状况。

硅应力传感器的应力大小与待测制品的应力大小会存在一定的关系，且不同的待测制品材料对应力与翘曲的传递程度也不同。可以通过实验的方法标定不同材料作为待测对象时，硅应力传感器示数与实际翘曲情况的关系。

在实验中可以通过四点弯曲的方法来标定待测制品的翘曲，通过控制两侧施力点的上下移动，可以实现不同程度的翘曲，并且这一翘曲程度是可控的，且易于标定的。四点弯曲梁上的应力可用如下公式计算：其中，M为横截面弯矩，y为所求应力点到中性轴的距离，I为横截面对形心主轴(即中性轴)的惯性矩，E为杨氏模量，ε为应变。通过这一测量的方法，我们可以标定，对于不同的材料(硅片、印制电路板等)，应力传感器的输出示值与相应的待测物体翘曲程度的关系。

请参图1所示，为本发明利用四点弯曲法标定样品翘曲与应力传感器输出关系的示意图，标定样品10被压块11和垫块12分别从其上下两侧面夹持，硅应力传感器芯片13被置于标定样品10的上表面，一般，被置于标定样品10的的中央位置，压块11的两压杆111以及两个垫块12分别对称地置于硅应力传感器芯片13的两侧。上下移动压块11，使得标定样品10在压杆111与垫块12的共同作用下产生翘曲变形。

根据图1所示，硅应力传感器芯片13贴置于标定样品10的上表面，当标定样品10发生一定程度的翘曲后，应力传感器芯片13也会产生相应的形变，从而在芯片内部产生平面内的正应力与剪切力。利用硅应力传感器13可以得到这些附加的正应力和剪切力的大小，并依据待标定样品10与硅应力传感器芯片13的应力关系得到标定样品的翘曲状况与输出电压的标定关系。

图2所示为，当硅应力传感器13正面朝上贴装在待测制品的上表面时，由于硅应力传感器芯片13的压电阻元件及电路、焊盘等均在其上表面，可以使用探针，或通过焊接形成导线的方法来测量应力传感器的输出参数。如，可以使用如图2种所示的直流电桥14的方法来实现对于压电阻微小变化的测量。当待测制品10发生翘曲后，硅应力传感器芯片13中的压电阻阻值也发生微小变化，利用直流电桥14实现的电压输出信号可以得到硅应力传感器芯片13平面内的应力状况，并根据上述实验标定的结果，可以实现对待测制品翘曲程度的检测。

实际上，在测量中还可以选择使用硅应力传感器正面朝下的贴装方法。这样的贴装方法好处是传感器芯片中有测量效果的压电阻部分紧贴待测制品的表面，在这种状态下，翘曲形变的传递会更为有效，测量信号也会更大。但是这种方法要求在待测物体的贴装表面形成相应的电路，用以实现传感器线路的连接以便于测试，如图3所示，待测制品10的表面上设置的硅应力传感器芯片13的正面朝下，在待测制品10的表面上形成电路15，可以使用各向异性导电胶来实现电路15与硅应力传感器芯片13的电连接，并完成焊盘的电学连接，从而从电路15及焊盘获得电压输出信号。

本发明主要利用硅应力传感器来测量电子封装体系的翘曲。具体为：将硅应力传感器芯片直接粘接至待测制品上(硅片、印制电路板)，则待测制品的翘曲状况将传递至硅应力传感器芯片上，并通过直流电桥形成电压的输出，由此测算出的应力与待测物体的翘曲程度将形成一一对应的关系。这一关系可以通过四点弯曲的实验进行标定，根据不同的材料与不同的贴装方法，均采用相应的方法进行标定，可以实现硅应力传感器对电子封装体系中的翘曲程度的测量。

在测量中，可以根据输出电压得到硅应力传感器芯片中应力状况，再根据硅的杨氏模量及泊松比可以直接得到硅芯片的形变情况。在粘接剂的粘接效果很好的情况下，应力传感器芯片的形变将与待测制品的翘曲保持基本一致，利用这一特性也可以实现对待测制品翘曲状况的测量。

总结起来，本发明提供的电子封装制品翘曲的测量方法，包括如下步骤：

(1)传感器芯片的标定：

提供标定样品；

提供硅应力传感器芯片，将其贴置在标定样品的一表面；

提供压块，压块具有压杆，抵接在标定样品的一表面；

提供垫块，垫块抵接于标定样品的另一表面；

上下移动压块，使得标定样品产生翘曲变形；

(2)电子封装制品翘曲的测量：

提供待测电子封装制品；

由于电子封装体系的翘曲会对封装可靠性产生很大的影响，通过本发明方案的技术方法，可以将传感器芯片贴装至待封装系统表面或体内，并监测封装过程或是封装体系的翘曲状况，从而根据测量结果实现对封装工艺参数的调整与完善。利用该方法还可以有效地测量硅片、电路板、封装模块的翘曲，相对于目前的测量设备，在测试的简易程度、成本上有很大的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)传感器芯片的标定：

提供标定样品；

提供硅应力传感器芯片，将其贴置在标定样品的一表面；

提供压块，压块具有压杆，抵接在标定样品的一表面；

提供垫块，垫块抵接于标定样品的另一表面；

上下移动压块，使得标定样品产生翘曲变形；

(2)电子封装制品翘曲的测量：

提供待测电子封装制品；

2.根据权利要求1所述的电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于：硅应力传感器芯片正面朝上贴置于待测制品的表面上，其电性连接一直流电桥，直流电桥输出硅应力传感器芯片的输出电压。

3.根据权利要求1所述的电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于：硅应力传感器芯片正面朝下贴置于待测制品的表面上，待测制品的表面设有电路与硅应力传感器芯片电性连接，其两者之间通过各向异性导电胶连接，通过直流电桥输出硅应力传感器芯片的输出电压。

4.根据权利要求1或2或3所述的电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于：硅应力传感器芯片被置于待测制品的中央位置。

5.根据权利要求1或2或3所述的电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于：待测制品包括硅片、印制电路板或者封装模块。

6.根据权利要求1所述的电子封装制品翘曲的测量方法，其特征在于：传感器芯片的标定过程中，压杆与垫块的数量均为2，用于实现待测制品的四点弯曲。