CN103199030A - 倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法 - Google Patents

Abstract

倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，涉及一种芯片焊点缺陷的检测方法。本发明按照如下方法检测倒装焊芯片焊点缺陷：在倒装芯片的芯片一侧设置一个热像仪，基底一侧设置一个红外激光器，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，热像仪实时检测与该焊盘相连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。本发明的倒装焊芯片焊点虚焊检测法采用逐点检测的方法，具有无损、缺陷高辨识率、判别直观简单的特点。此外，适用工艺范围广，本方法可同样适用于芯片侧植球时缺陷检测和三维组装时基底侧面植球焊点缺陷检测。

Description

倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法

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：在倒装芯片的芯片一侧设置一个热像仪，基底一侧设置一个红外激光器，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，热像仪实时检测与该焊盘相连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。

本发明的倒装焊芯片焊点虚焊检测法采用逐点检测的方法，具有无损、缺陷高辨识率、判别直观简单的特点。此外，适用工艺范围广，本方法可同样适用于芯片侧植球时缺陷检测（图12）和三维组装时基底侧面植球焊点缺陷检测（图13）。

附图说明

图1为本发明焊点缺陷对视测温检测方法示意图；

图2为合格焊点检测示意图；

图3为合格焊点焊盘温升曲线；

图4为缺球、虚焊、裂纹、气孔等有缺陷焊点检测示意图；

图5为缺球、虚焊、裂纹、气孔有缺陷焊点温升曲线；

图6为桥连缺陷检测示意图；

图7为桥连缺陷焊点温升曲线；

图8为合格、缺陷、桥连温升曲线对比图；

图9为合格焊点热成像图；

图10为缺球、大裂纹等缺陷焊点热成像图；

图11为桥连焊点热成像图；

图12为芯片侧植球过程焊球缺陷检测图；

图13为三维组装工艺中基底侧面植球过程焊点缺陷检测图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，在倒装芯片的芯片一侧设置一个热像仪，红外激光器置于基底一侧，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，即将一固定热量输入到焊盘上，在此过程中焊盘温度迅速升高，经焊盘引线将热量传导至焊球再到芯片，热像仪实时检测与该焊盘相连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。

逐个检测焊点时，热像仪和红外激光器的相对位置是固定的，检测过程中芯片被固定在x-y载物台上，检测下一焊点时，移动芯片，使待测焊盘移动到激光光点照射处。

鉴于激光功率脉宽的精密可控及器件本身的一致性，即给定的热量是一致的，同时热传导路径热阻也是一致的，那么同类焊盘处所得到的温升曲线必定是极为接近相吻合的，假设最高温度为55℃，见图2、图3。

对于缺球、虚焊、气孔、裂纹等缺陷，由于热传导路线上有不同程度的阻碍，其影响也会反映到其温升曲线上，由于传导到芯片上的热量将减少甚至没有，因此热像仪所测温升曲线上明显低于合格焊点的温升曲线，最高温度可能只有25℃，见图4、图5。

对于桥连缺陷，由于热传导路线的拓宽、分流，在芯片一侧热像仪所检测到的温升曲线低于合格焊点，但高于虚焊、气孔、裂纹、缺球等缺陷，其最高温度可能是35℃，见图6、图7。

即在同一情况下，合格焊点的温升最高为55℃±3℃即可判别为合格焊点；若温升最高在25±3℃则判别为虚焊、气孔、裂纹、缺球等缺陷；若温升曲线最高在40℃±3℃则判别为桥连。

图8为同类合格、缺球、虚焊、裂纹、气孔；桥连焊点的温升曲线对比示意图，即在同一激光参数下，合格焊点的导热性好，将热量传导到芯片处的多，因此其温升曲线温度最高；如果是有缺球、虚焊、裂纹、气孔等缺陷时，热传导路径变窄，甚至断路，只有少量热量传导到芯片，那么热像仪所检测到的温升曲线温度就低；如果是桥连焊点，由于导热路径被拓宽，部分热量分流到其它焊球上，传导到芯片上的热量自然就低，一般情况下，它又比缺球、虚焊、裂纹、气孔等严重缺陷传导的热量多，因此它的温升曲线处于合格与缺球、虚焊、裂纹、气孔等严重缺陷曲线之中。

当温度接近时还可根据热像图热点区的不同来判别是桥连还是虚焊、气孔、裂纹、缺球等缺陷。

当缺陷严重时，如缺球、大裂纹、大气孔、严重桥连等情况，通过热像仪的热图像对比即可轻易判断出。比如：合格焊点芯片相应位置可看到明显温升区，如图9所示；在缺球、大裂纹、大气孔情况下，热传导路径被截断或接近截断时，热像仪所摄取的芯片相应位置基本无温升现象，如图10所示；当被测焊点有明显桥连时，热像仪所摄取的芯片相应位置会有两个或多个温升区，如图11所示；因此在缺陷严重时，只需将两热图相对比便可获得直观的判断结果（图像颜色深表示温度高）。

Claims (7)

1.一种倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于所述方法步骤如下：

在倒装芯片的芯片一侧设置一个热像仪，基底一侧设置一个红外激光器，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，热像仪实时检测与该焊盘相连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。

2.根据权利要求1所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于所述激光光束直径小于焊盘直径。

3.根据权利要求1所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于当焊点存在缺球、虚焊、气孔、裂纹缺陷时，热像仪所测温升曲线上明显低于合格焊点的温升曲线。

4.根据权利要求1或3所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于当焊点存在桥连缺陷时，热像仪所检测到的温升曲线低于合格焊点，但高于虚焊、气孔、裂纹、缺球缺陷的温升曲线。

5.根据权利要求1所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于当缺球、大裂纹、大气孔、桥连缺陷严重时，通过对比热图像进行判断。

6.根据权利要求5所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于在缺球、大裂纹、大气孔情况下，热像仪所摄取的芯片相应位置基本无温升现象。

7.根据权利要求5所述的倒装焊芯片焊点缺陷对视测温检测法，其特征在于当被测焊点有明显桥连时，热像仪所摄取的芯片相应位置会有两个或多个温升区。

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