CN105044536A

CN105044536A - 一种新型的封装缺陷检测方法和系统

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Publication number: CN105044536A
Application number: CN201510124177.7A
Authority: CN
Inventors: 游飞; 张臻丙; 黄贵平; 黄广亮
Original assignee: COSMOS WEALTH Co Ltd
Current assignee: COSMOS WEALTH Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: CN105044536B

Abstract

本发明公开了一种新型的封装缺陷检测方法和系统，所述的系统包括MCU、电源模组、显示模组、DAC？VI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组；显示模组、电源模组、DAC？VI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组均与MCU相连；DAC？VI源产生模组集成有D/A转换器和放大电路；DAC？VI源产生模组为被测芯片提供测试用的激励电压或偏置电流；ADC量测模组集成有A/D转换器，用于检测被测芯片某一管脚处的电压值；继电器控制模组基于继电器的开关切换以实现DAC？VI源产生模组和ADC量测模组与被测芯片的某一管脚对接。该新型的封装缺陷检测方法和系统易于实施，且能实现自动化检测。

Description

一种新型的封装缺陷检测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种新型的封装缺陷检测方法和系统。

背景技术

在IC封装过程中，会通过打线(wirebonding)的方式，将金线/铜线/铝线链接到基导上，作为外部引脚的输出；如此，会出现下述封装缺陷问题。

第一、会出现漏打线情况，导致封装ic缺陷率大幅提高。

第二、会出现打线不良，虚焊、短路情况，导致封装ic缺陷率提高。

综上所述，研发IC封装缺陷检测仪器及方法，成为了技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的封装缺陷检测方法和系统，该新型的封装缺陷检测方法和系统易于实施，且能实现自动化检测。

发明的技术解决方案如下：

一种新型的封装缺陷检测系统，包括MCU、电源模组、显示模组、DACVI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组；

显示模组、电源模组、DACVI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组均与MCU相连；

DACVI源产生模组集成有D/A转换器和放大电路；DACVI源产生模组为被测芯片提供测试用的激励电压或偏置电流；

ADC量测模组集成有A/D转换器，用于检测被测芯片某一管脚处的电压值；

继电器控制模组基于继电器的开关切换以实现DACVI源产生模组和ADC量测模组与被测芯片的某一管脚对接。

DACVI源产生模组的放大电路包括运算放大器U1和U2；

D/A转换器的输出端经电阻R3接运算放大器U1的同向输入端；运算放大器U1的输出端经依次串联的电阻R2和R1接地；电阻R2和R1的连接点接运算放大器U1的反向输入端；

运算放大器U1的输出端依次经串接的电阻R27和R7接运算放大器U2的同向输入端；电阻R27和R7的连接点接待测芯片的某一管脚；本质上是电阻R27和R7的连接点经负载电阻RL接地；所述的负载电阻即待测芯片的某一管脚与地之间的内阻；

运算放大器U2的输出端与反向输入端短接；运算放大器U2的输出端还通过电阻R4接运算放大器U1的同向输入端。

R1～R4均为1000Ω；R27和R7均为10kΩ。

所述的新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的TTL通信模组；TTL通信模组用于MCU与外部的分选机的通信；分选机通过与MCU通信，依次将待测芯片送入新型的封装缺陷检测系统的检测位，实现自动连续的缺陷检测。

所述的新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的COM烧录模组。

被测芯片的封装形式包括：SOT23-5，SOT23-6，SOT23-3，SOP8，SOP8，DIP8和TO-220。

一种新型的封装缺陷检测方法，采用前述的新型的封装缺陷检测系统对待测芯片实施测量；

测量时，通过继电器控制模组将DACVI源产生模组的输出端与待测芯片的某一管脚相接从而对该管脚施加偏置电流；同时通过继电器控制模组将ADC量测模组切换到该管脚以测量该管脚受该偏置电流作用时的电压；基于以下方法判断管脚是否存在缺陷：

(1)如果测量的电压小于0.2V，说明管脚短路；

(2)如果测量的电压大于0.9V，说明管脚开路；

(3)如果测量的电压在0.2V到0.9V之间，说明管脚是良好的，没有缺陷；

按照以上方法对该被测芯片的其他需要检测的所有管脚实施缺陷检测，即完成了整个被测芯片的缺陷检测。

新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的TTL通信模组；TTL通信模组用于MCU与外部的分选机的通信；分选机通过与MCU通信，依次将待测芯片送入新型的封装缺陷检测系统的检测位置，实现自动连续的缺陷检测。

新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的COM烧录模组；从而实现在线对MCU进行编程，提高调试和测试效率。

钳位电路如图4所示，采用对称式钳位模式，所谓对称式钳位，实际上是用运放电路将钳位电压转换为大小相等，方向相反的两路电压；实现电路如图4；钳位工作过程描述如下：

当电路检测到电压或者电流超过设定值时，即进行电路的自动保护，过程为：FIMV模式的时候，控制钳位DAC的输入值和改变量程电路，设定输出钳位电压，然后把加流模式切换到加压模式，测试电压值返回的是钳位电压值；FVMI时，把加压模式切换到加流模式，通过控制钳位DAC的输入值和改变量程电阻，输出所设定的钳位电流，所测电流就是钳位电流值；

CLAMPDAC为A正B负：数值为：

VB＝-(Vclampin-二极管压降0.2V)

VA＝-VB

即：钳位电压要减去二极管压降

输出为正，即Vclampin为正时

VB的负电压起到钳位作用

反之，VA的正电压起到钳位作用

有益效果：

本发明的新型的封装缺陷检测方法和系统通过其对封装ic的脚位性能测试，可以解决现有技术中检测复杂的缺陷。

本发明的ADC量测模组采样ic所有管脚的电性能，将结果传递到MCU主控制模组判断，将结果反馈给显示模组显示出来，同时通过TTL通信模组和自动分选设备连接，实现连续量测，并且不会对ic本身造成任何影响，本发明能实现自动、连续测量，成本低，易于实施，构思巧妙。

附图说明

图1是本发明的新型的封装缺陷检测系统的总体结构框图。

图2是DACVI源产生模组的放大电路的原理图。

图3是SOP8封装的NE555芯片的管脚示意图。

图4为对称式钳位电路原理图；

图5为图5FVMI原理图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1-5所示，一种新型的封装缺陷检测系统，包括MCU、电源模组、显示模组、DACVI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组；

DACVI源产生模组的放大电路包括运算放大器U1和U2；

R1～R4均为1000Ω；R27和R7均为10kΩ。

(1)如果测量的电压小于0.2V，说明管脚短路；

(2)如果测量的电压大于0.9V，说明管脚开路；

本发明提供了一种封装ic检测系统，用于检测封装ic的内部缺陷，例如打线(wirebonding)的漏打线，短路虚焊等情况。

在本实施例中，检测系统包括：设置对封装ic管脚编程电流，生成并采集管脚电压给MCU又称为MCU主控制模组、TTL通信模组、显示模组、电压/电流钳位模组、DACVI产生模组、电源模组、MCU主控制模组、量程切换模组、COM烧录模组、继电器控制模组、ADC量测模组。

TTL通信模组采用光电隔离设计方式。

其中：

TTL即是逻辑门电路，全称为Transistor-TransistorLogic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT(BipolarJunctionTransistor即双极结型晶体管，晶体三极管)和电阻构成，具有速度快的特点。

TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>＝2.0V，输入低电平<＝0.8V，噪声容限是0.4V。

TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式。

在本发明中，TTL接口用16pin牛角座作为接口，用来和外部ic分选设备连接，实现自动连续测试目的。

外部分选设备包括，分选机、Handler；

分选机有如下典型品牌：上海中艺自动化生产的CT系列、上海旭丰硅电子生产的SG系列、东莞华越系列、东莞弘宇系列、杭州长川系列、台湾四方自动化机械股份有限公司的CRH系列；

Handler包括：EXIS利益高科技系列、ASM先域半导体系列、ismeca系列、日本上野精机系列、台湾键鼎系列、深圳远望自动化系列。

作为检测系统，本发明设计了检测结果显示模组；用于将检测数据及时准确的显示出来，MCU主控制模组通过扫描方式，将检测结果动态的显示到显示模组上，由于扫面频率很高，达到1k以上，鉴于人眼分辨不出50hz以上的频率，所以显示模组显示出来的是静态结果。

电源模组作为整个主机的总供电电源，采用DC-DC隔离电压变换模块，将5V电压变换为正负15V，给整个系统，所有模组供电。

其中：

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制。内部一般具有PWM(脉宽调制)模块，E/A(误差放大器模块)，比较器模块等几大功能模块。

DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器。本发明采用的是升压型方式。

作为一个配件，本发明采用了山东晋楠电子有限公司的NR5D15/150CDC/DC升压电源模块。NR5D15/150CDC/DC升压电源模块规格如下：

输入电压：4.75-5.52V(DC)；

双路输出电压：正15V/0.15A,15V/0.15A。

作为整个检测系统的控制核心，MCU主控制模组起着通信、换算、输入输出控制的作用，系统采用11.0952MHz主时钟，将整个系统的频率精确到1兆级别。极大地提高了系统的运行速度。

量程切换模组通过切换对应的开关，实现系统FIMV(施加电流量测电压)、FVMI(施加电压量测电流)的选择，满足不同情况的量测需求。

COM烧录模组实现在线对MCU主控制模组进行编程，极大地缩短了调试周期。

其中：

COM通信，即是串口通信，串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。

RS-232(ANSI/EIA-232标准)是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。

本发明采用RS232协议对MCU主控制模组进行读写操作，可以快速实现在线编程，缩短调试周期。

继电器控制模组，通过MCU主控制模组对其控制，实现继电器的开关，从而用来切换封装ic不同的脚位。由于主控模组频频比较高，继电器切换速度可以达到毫秒级别，能够满足快速连续测试的需求。

为了能够精确采集到被测试ic管脚的电流/电压状态，被系统，设计了ADC量测模组，通过将模拟信号转换为数字信号，传递给MCU主控制模组，实现电压/电流的量测。

以上发明，对于本领域的专业技术人员来说，可以有各种变化和更改。

DACVI产生模组采用积分负反馈电路模式，可以实现FIMV(施加电流测量电压)，FVMI(施加电压测量电流)的作用，图2为DACVI产生模组详细电路；

FVMI模式：

在FVMI方式中，驱动电压值通过数模转换器提供给输出驱动器；驱动电流由采样电阻采样，通过差分放大器转换成电压值，再由模数转换器读回电流值箝位值可根据负载设值，箝位电路在这里起到限流保护作用，当负载电流超过箝位值时，输出变为恒流源，输出电流为箝位电流；

FIMV模式：

在FIMV方式中，驱动电流值通过数模转换器提供给输出驱动器；电压由模数转换器读回箝位值可根据负载设值，箝位电路在这里起到限压保护作用，当负载电压超过箝位值时，输出变为恒压源；

以FIMV为例，说明电路工作原理，图2为FIMV的原理图：

电路引入负反馈，U1构成同相求和运算电路，U2构成电压跟随器。

令R1＝R2＝R3＝R4＝R；

\frac{U_{N 1}}{R 1} = \frac{U_{O 1} - U_{N 1}}{R 2},

因为R1＝R2，所以

U_{N 1} = \frac{U_{O 1}}{2} - - - (1)

U_{P 1} = \frac{U_{N 1} - U_{O 2}}{R_{3} + R_{4}} * R_{4},

因为R3＝R4,所以

U_{p 1} = \frac{U_{O 1} + U_{O 2}}{2} - - - (2)

根据运放续短路续断可以得出：U_o2＝U_P2＝U_RO

因(2)式可以推导为：

R_{P 1} = \frac{DAC + U_{RO}}{2} - - - (3)

由于U_N1＝U_P1

综合(1)(3)式，可得：DAC＝U_O1-U_RO

即加到量程电阻R27两端上的电压值等于输入电压值DAC,根据运放虚断原理，U2的P2端相当于断路，因此没有电流流过，因此流过量程电阻R27的电流绝大部分都流入了RL负载电阻上，因此电路通过负反馈回路形成了一个稳定的电流，只要通过控制DAC输入，就能得到不同的电流值。

FVMI工作原理：如图5，根据负反馈电路特性，当电路达到稳定且R1＝R7；,必有V1+VF＝0成立，因为，V1和VF的任何偏差，都会引起反馈，自动达到平衡，最终使得V1+VF＝0成立；

因此有：

VF = VO (- \frac{RV}{R 10}) (- 1) (1 + \frac{R 4}{R 5})

如果R4＝R5，并且V1＝-VF,精简上述公式，得到：

VO = - \frac{R 10}{2 * RV} * V 1;

由于R10和RV都是固定电阻值，因此VO也是固定值。实现了FVMI的施加。

在DACVI产生模组中，为了电路工作的稳定性，积分电路采用了正负电源供电的单运放LF357，其他电路用OP07，从而节约了成本。

本发明适合测试所有8pin脚的ic的封装缺陷；

被发明可以检测的封装缺陷封装形式包括：SOT23-5/SOT23-6/SOT23-3/SOP8/SOP8/DIP8/TO-220\

封装缺陷一般通过IC的开短路开检测，开短路(OPEN-SHORT)测试，能快速检测出IC是否存在电性能物理缺陷，如引脚短路、bondwire缺失、静电损坏、以及制造缺陷等。

开短路测试，一般通过测试IC内部的保护二极管来实现，测试IC内部保护二极管的步骤是：

所有管脚都设为0V；

待测管脚上施加正向偏置电流“I”,如200微安；

测量由于偏置电流“I”引起的压降；

如果测量的电压小于0.2V，说明管脚短路；

如果测量的电压大于0.9V，说明管脚开路；

如果测量的电压在0.2V0.9V之间，说明管脚是良好的，没有缺陷。

下面根据上述步骤，根据本发明，对SOP8封装的ICNE555的管脚进行缺陷检测；

图3是NE555的引脚布局图：

通过对NE555PIN2、PIN3、PIN4、PIN7、PIN8脚的测量，实现此IC的缺陷检测。

验证结果证明本发明能否满足设计需求。

Claims

1.一种新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，包括MCU、电源模组、显示模组、DACVI源产生模组、ADC量测模组和继电器控制模组；

2.根据权利要求1所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，DACVI源产生模组的放大电路包括运算放大器U1和U2；

运算放大器U1的输出端依次经串接的电阻R27和R7接运算放大器U2的同向输入端；电阻R27和R7的连接点接待测芯片的某一管脚；

3.根据权利要求2所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，R1～R4均为1000Ω；R27和R7均为10kΩ。

4.根据权利要求1所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，还包括与MCU相连的TTL通信模组；TTL通信模组用于MCU与外部的分选机的通信；分选机通过与MCU通信，依次将待测芯片送入新型的封装缺陷检测系统的检测位，实现自动连续的缺陷检测。

5.根据权利要求1-4任一项所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，还包括与MCU相连的COM烧录模组。

6.根据权利要求5所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，被测芯片的封装形式包括：SOT23-5，SOT23-6，SOT23-3，SOP8，SOP8，DIP8和TO-220。

7.一种新型的封装缺陷检测方法，其特征在于，采用权利要求3所述的新型的封装缺陷检测系统对待测芯片实施测量；

(1)如果测量的电压小于0.2V，说明管脚短路；

(2)如果测量的电压大于0.9V，说明管脚开路；

8.根据权利要求7所述的新型的封装缺陷检测方法，其特征在于，新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的TTL通信模组；TTL通信模组用于MCU与外部的分选机的通信；分选机通过与MCU通信，依次将待测芯片送入新型的封装缺陷检测系统的检测位置，实现自动连续的缺陷检测。

9.根据权利要求7所述的新型的封装缺陷检测方法，其特征在于，新型的封装缺陷检测系统还包括与MCU相连的COM烧录模组；从而实现在线对MCU进行编程，提高调试和测试效率。

10.根据权利要求7-9任一项所述的新型的封装缺陷检测系统，其特征在于，被测芯片的封装形式包括：SOT23-5，SOT23-6，SOT23-3，SOP8，SOP8，DIP8和TO-220。