CN110646374B - 一种基于太赫兹时域光谱技术的ic芯片检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成电路检测技术领域，公开了一种基于太赫兹时域光谱技术的IC检测装置及方法，所述检测装置包括移动定位组件、安装组件和检测组件；所述移动定位组件实现安装组件的安装、移动和定位，且移动和定位均包括X轴和Y轴两个方向上的自动操作；所述安装组件包括依次连接的安装台、集成位移台和夹具，所述集成位移台实现夹具在X轴和Y轴两个方向上的移动；所述检测组件包括延伸架、太赫兹检测头和调位装置，所述调位装置实现太赫兹检测头在Z轴方向上的移动；综上，能有效调整待测IC芯片在X轴、Y轴和Z轴方向上的相对检测位置，并且整体调节操作自动完成，具有全自动和检测效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于集成电路测技术领域，具体涉及一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置及方法。
背景技术
在IC芯片（集成电路）的封装过程中，需要对封装过程中的内部缺陷和外部缺陷进行检测以淘汰掉不合格的产品。传统的无损检测方法有目视检查，X射线成像，扫描声学显微镜，红外热成像，表面声波等。但随着集成电路变得越来越趋于小型化，集成度越来越高，特别是3D封装的出现，需要具有及其精细空间分辨率的高精度技术来定位电路中的故障，传统的检测方式已经越来越难以满足需求。
太赫兹波由于光子能量很低、具有非破坏性和非等离特性，同时其极高的频率及特殊的穿透特点，使得太赫兹在材料检测和无损探测方面有着极高的空间分辨率及内部探测能力。
综上，将太赫兹波技术应用于IC芯片的封装检测中，可以很好的满足集成电路封装检测中对分辨率及内部结构缺陷的探测需求。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置及方法，以实现集成电路封装缺陷的检测，并具有高空间分辨率、快速、无损、全程自动化的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，包括移动定位组件、安装组件和检测组件；所述移动定位组件实现安装组件的安装、移动和定位，且移动和定位均包括X轴和Y轴两个方向上的自动操作；所述安装组件包括依次连接的安装台、集成位移台和夹具，其中所述夹具实现待测IC芯片的安装，所述集成位移台实现夹具在X轴和Y轴两个方向上的移动；所述检测组件包括延伸架、太赫兹检测头和调位装置，其中所述延伸架为L型结构，并固定于移动定位组件的一端，使得太赫兹检测头定位于安装组件的上方，所述太赫兹检测头实现待测IC芯片的检测，所述调位装置实现太赫兹检测头与延伸架的连接，并实现太赫兹检测头在Z轴方向上的移动。
优选的，所述移动定位组件包括电机、导轨、移动滚轮和皮带，其中所述电机驱动皮带传动，所述皮带与移动滚轮表壁接触，并通过摩擦作用驱使移动滚轮转动，所述移动滚轮与导轨配合，使得移动滚轮沿导轨产生移动；
具体所述电机包括第一电机和第二电机，所述导轨包括第一导轨和第二导轨，其中所述第一电机与第一导轨配合实现安装组件在X轴方向上的移动驱动，所述第二导轨与第二电机配合实现安装组件在Y轴方向上的移动驱动；
另外，所述移动定位组件还包括限位开关，且限位开关用于限定安装组件的移动行程，并实现对第一电机和第二电机的限位保护。
优选的，所述集成位移台包括依次连接的顶板、中间板和底板，其中所述底板直接固定于安装台上，所述夹具直接安装于顶板上，所述中间板底面与底板顶面配合，以此形成夹具在X轴方向上的移动，所述中间板顶面与顶板底面配合，以此形成夹具在Y轴方向上的移动。
优选的，所述调位装置包括安装板、驱动件和导向件，其中所述安装板固定于延伸架上，所述驱动件和导向件分别固定于安装板的两侧，且导向件上滑动连接有滑套，所述滑套直接与太赫兹检测头固定，且滑套通过驱动件进行驱动；
具体所述驱动件包括马达和丝杆，其中所述丝杆嵌入于导向件的一侧，并穿过滑套；
另外所述导向件的一端固定有端板，并通过端板实现滑套的限位。
2、一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测方法，应用上述提供的检测装置，包括如下步骤：
S1.校准安装台的水平位置与太赫兹检测头的竖直位置；
S2.将待测IC芯片放置于夹具内，并根据待测IC芯片的尺寸进行夹紧固定；
S3.确定安装组件的初始位置，并通过移动定位组件的驱动改变安装组件在X轴和Y轴方向上的位置，使得集成位移台移动至太赫兹检测头的下方；
S4.通过集成位移台改变夹具在X轴和Y轴方向上的位置，保证夹具精准定位在太赫兹检测头的正下方；
S5.通过调位装置改变太赫兹检测头在Z轴方向上的位置，以调整太赫兹检测头与待测IC芯片之间的距离；
S6.启动太赫兹检测头，设定太赫兹脉冲波发射角度，并向待测IC芯片发射太赫兹脉冲波，太赫兹脉冲波经待测IC芯片产生反射形成反射脉冲信号；太赫兹检测头接收反射脉冲信号，并根据接收反射脉冲信号的时间精准确定待测IC芯片的缺陷位置及形状。
进一步的，所述步骤S5中至少发出一束太赫兹脉冲波，且太赫兹脉冲波的反射在待测IC芯片表面、界面处产生；接收所述反射脉冲信号的时间包括表面反射接收时间和界面反射接收时间；
其中采用表面反射所对应的接收时间与界面反射所对应的接收时间进行计算，得到待测IC芯片的厚度分布，并通过厚度分布确定待测IC芯片的缺陷；另外，基于不同表面反射点所对应的接收时间，可确定不同反射点的相对位置，从而确定待测IC芯片的表面缺陷及形状。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明基于太赫兹波技术进行IC芯片的封装检测，能有效满足IC芯片的无损检测的需要，并利用了太赫兹波短脉冲特性，能有效保证状体装置具有较高的空间分辨率和检测精准度；
并且整体检测既能得到IC芯片表面的缺陷分布，又能得到IC芯片的厚度分布，从而能精准确定IC芯片中缺陷的位置及形状。
(2)本发明所提供的检测装置中，基于移动定位组件、集成位移台和调位装置，能有效调整待测IC芯片在X轴、Y轴和Z轴方向上的相对检测位置，并且整体调节操作自动完成，具有全自动和检测效率高的优点。
(3)上述集成位移台是在移动定位组件的基础上，进一步执行待测IC芯片在X轴和Y轴方向上的精调操作，并且集成位移台本身的结构具有正交限定效果，从而有效保证了待测IC芯片在检测时定位的精准性。
(4)本发明所提供的检测装置中，还设有限位开关，以实现整体装置的行程限位，进而起到电机的防撞保护效果，保证装置使用的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明所提供的检测装置的立体结构图；
图2为本发明所提供的检测装置中集成位移台的结构分解示意图；
图3为本发明所提供的检测装置中调位装置的结构分解图；
图4为本发明提供的方法的第一种实施示意图；
图5为本发明提供的方法进行第一种实施时形成的时域光谱图；
图6为本发明提供的方法的第二实施示意图；
图7为本发明提供的方法进行第二种实施时形成的时域光谱图；
图8为本发明提供的方法的检测流程图；
图中：10-移动定位组件、11-第一电机、12-第一导轨、13-移动滚轮、14-第二导轨、15-第二电机、16-限位开关、20-安装组件、21-安装台、22-集成位移台、221-顶板、222-中间板、223-底板、23-夹具、30-检测组件、31-延伸架、32-太赫兹检测头、33-调位装置、331-安装板、332-驱动件、3321-马达、3322-丝杆、333-导向件、3331-滑套、3332-端板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1、请参阅图1-图3所示，一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，包括移动定位组件10、安装组件20和检测组件30；
移动定位组件10实现安装组件20的安装、移动和定位，且移动和定位均包括X轴和Y轴两个方向上的自动操作；
安装组件20包括依次连接的安装台21、集成位移台22和夹具23，其中夹具23用于实现待测IC芯片的安装，且夹具23与集成位移台22之间为可拆卸连接，以便于实现夹具23的更换，从而满足不同尺寸的待测IC芯片的检测需要，集成位移台22实现夹具23在X轴和Y轴两个方向上的移动；
检测组件30包括延伸架31、太赫兹检测头32和调位装置33，其中延伸架31为L型结构，并固定于移动定位组件10的一端，使得太赫兹检测头32定位于安装组件20的上方，太赫兹检测头32实现待测IC芯片的检测，调位装置33实现太赫兹检测头32与延伸架31的连接，并实现太赫兹检测头32在Z轴方向上的移动。
具体：移动定位组件10的驱动实现安装组件20的粗调移动，保证检测时集成位移台22位于太赫兹检测头32的下方即可；集成位移台22则实现夹具23的精调移动，保证夹具23精准位于太赫兹检测头32的正下方；调位装置33实现太赫兹检测头32的调节，从而改变太赫兹检测头32与夹具23之间的相对距离；以此实现整体装置的自动、精准调节，进而保证后续检测操作的精确性；其中，太赫兹检测头32支持多种频段的太赫兹波段发射，能有效适用于不同材料的IC芯片检测，从而进一步提高整体装置的适用性。
优选的，结合图1所示，移动定位组件10包括电机、导轨、移动滚轮13和皮带17，其中电机驱动皮带17传动，皮带17与移动滚轮13表壁接触，并通过摩擦作用驱使移动滚轮13转动，移动滚轮13与导轨配合，使得移动滚轮13沿导轨产生移动；
进一步的，电机包括第一电机11和第二电机15，导轨包括第一导轨12和第二导轨14，其中第一电机11与第一导轨12配合实现安装组件20在X轴方向上的移动驱动，第二导轨14与第二电机15配合实现安装组件20在Y轴方向上的移动驱动。
更进一步的，移动定位组件10还包括限位开关16，限位开关16设置有2个，分别设置在X轴和Y轴。具体，当第二导轨14移动至X轴上的限位开关16所在的位置处时，第二导轨14与限位开关16产生碰撞，使得限位开关16发生闭合或断开，从而形成超出行程的反馈信号，在该反馈下停止第一电机11的驱动，从而实现X轴上的行程限定和保护，并有效避免了第二电机15产生碰撞；同理，基于Y轴上的限位开关16设置在第二电机15沿Y轴方向一侧，可实现对安装组件20的防撞保护。
优选的，结合图2所示，集成位移台22具体采用压电陶瓷位移台构成，其结构包括依次连接的顶板221、中间板222和底板223，其中底板223直接固定于安装台21上，夹具23直接安装于顶板221上，中间板222底面与底板223顶面配合，以此形成夹具23在X轴方向上的移动，中间板222顶面与顶板221底面配合，以此形成夹具23在Y轴方向上的移动；
具体：在进行X轴方向上的精调移动时，顶板221沿X轴移动，并通过配合（卡合）作用带动中间板222产生同步移动，而中间板222则通过配合与底板223产生相对滑动，以实现精调操作；在进行Y轴方向上的精调移动时，顶板221沿Y轴移动，通过配合与中间板222产生相对滑动，而此时的中间板222则在底板223的配合（卡合）下保持不动，以完成精调操作。
优选的，结合图3所示，调位装置33包括安装板331、驱动件332和导向件333，其中安装板331固定于延伸架31上，驱动件332和导向件333分别固定于安装板331的两侧，且导向件333上滑动连接有滑套3331，滑套3331直接与太赫兹检测头32固定，且滑套3331通过驱动件332进行驱动。
进一步的，驱动件332包括马达3321和丝杆3322，其中丝杆3322嵌入于导向件333的一侧，并穿过滑套3331。
更进一步的，导向件333的一端固定有端板3332，并通过端板3332实现滑套3331的限位。
具体：进行太赫兹检测头32在Z轴方向上位置的调节时，启动马达3321，马达3321驱使丝杆3322进行转动，丝杆3322穿过滑套3331从而与滑套3331产生旋合，以此驱动滑套3331产生移动，滑套3331沿导向件333往复移动，并带动太赫兹检测头32进行同步移动，从而有效改变太赫兹检测头32的位置。
2、根据上述提供的方法，并参阅图4-图8所示，本发明还提供了一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测方法，包括如下步骤：
S1.校准安装台21的水平位置与太赫兹检测头32的竖直位置；
S2.将待测IC芯片放置于夹具23内，并根据待测IC芯片的尺寸进行夹紧固定；
S3.确定安装组件20的初始位置，并通过移动定位组件10的驱动改变安装组件20在X轴和Y轴方向上的位置，使得定位组件10移动至太赫兹检测头32的下方；
S4.通过集成位移台22改变夹具23在X轴和Y轴方向上的位置，保证夹具23精准定位在太赫兹检测头32的正下方；
S5.通过调位装置33改变太赫兹检测头在Z轴方向上的位置，以调整太赫兹检测头32与待测IC芯片之间的距离；
S6.启动太赫兹检测头32，设定太赫兹脉冲波发射角度，并向待测IC芯片发射太赫兹脉冲波，脉冲波经待测IC芯片产生反射形成反射脉冲信号；太赫兹检测头32接收反射脉冲信号，并根据接收反射脉冲信号的时间精准确定待测IC芯片的缺陷位置及形状。
优选的，步骤S5中至少发出一束太赫兹脉冲波，且太赫兹脉冲波的反射在待测IC芯片表面、界面处产生；接收反射脉冲信号的时间包括表面反射接收时间和界面反射接收时间。
具体，根据计算的反射时间不同，包括如下方式：
第一实施例
启动太赫兹检测头，并设定太赫兹脉冲波的发射角度为30°，如图4所示，太赫兹脉冲波射向待测IC芯片，并在表面a以及界面b处发生反射；由此得到反射脉冲信号1/2（其中反射脉冲信号1为表面a处反射形成的，反射脉冲信号2为界面b处反射形成的），结合图5所示，其中第一次波峰为反射脉冲信号1所形成的，对应产生时间为t1，第二次波峰为反射脉冲信号2所形成的，对应产生时间为t2，根据t1-t2所形成的时间差，即可计算得出待测IC芯片的厚度，而根据各处厚度不同即可精准确定待测IC芯片的缺陷。
第二实施例
如图6所示，同样以30°的发射角度发出太赫兹脉冲波，同时待测IC芯片沿图6中箭头所示方向移动，初始位置设定为太赫兹脉冲波1的发射位置，此时太赫兹脉冲波1在待测IC芯片的表面a处产生反射，得到反射脉冲信号1’，由此得到一个脉冲返回时间；而随着待测IC芯片的移动，变化至太赫兹脉冲波2的发射位置，此时太赫兹脉冲波2在待测IC芯片的缺陷c处产生反射，得到反射脉冲信号2’，由此再次得到一个脉冲返回时间；而由于表面a处与缺陷c处的位置不同，因而上述形成的两个脉冲返回时间也有所不同；
具体如图7所示，在待测IC芯片的表面保持平整时，各处的脉冲返回时间均保持相同；而待测IC芯片的表面出现缺陷时，则会使脉冲返回时间发生变化；其中待测IC芯片具有凹陷缺陷时，则使脉冲返回时间延长，形成图7中所示的凸起；反之，待测IC芯片具有凸起缺陷时，则会缩短脉冲返回时间，在图7的时间线中形成凹陷，以此能精准显示出待测IC芯片缺陷的位置和形状。
另外，针对上述两种检测实施，在检测到的IC芯片内部存在缺陷时，还可采用相同的检测原理进行IC芯片缺陷位置处的断层扫描，以进一步保证检测的准确性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：包括移动定位组件(10)、安装组件(20)和检测组件(30)；
所述移动定位组件(10)实现安装组件(20)的安装、移动和定位，且移动和定位均包括X轴和Y轴两个方向上的自动操作；所述移动定位组件(10)包括电机、导轨、移动滚轮(13)和皮带(17)，其中所述电机驱动皮带(17)传动，所述皮带(17)与移动滚轮(13)表壁接触，并通过摩擦作用驱使移动滚轮(13)转动，所述移动滚轮(13)与导轨配合，使得移动滚轮(13)沿导轨产生移动；
所述安装组件(20)包括依次连接的安装台(21)、集成位移台(22)和夹具(23)，其中所述夹具(23)实现待测IC芯片的安装，所述集成位移台(22)实现夹具(23)在X轴和Y轴两个方向上的移动；所述集成位移台(22)包括依次连接的顶板(221)、中间板(222)和底板(223)，其中所述底板(223)直接固定于安装台(21)上，所述夹具(23)直接安装于顶板(221)上，所述中间板(222)底面与底板(223)顶面配合，以此形成夹具(23)在X轴方向上的移动，所述中间板(222)顶面与顶板(221)底面配合，以此形成夹具(23)在Y轴方向上的移动；
所述检测组件(30)包括延伸架(31)、太赫兹检测头(32)和调位装置(33)，其中所述延伸架(31)为L型结构，并固定于移动定位组件(10)的一端，使得太赫兹检测头(32)定位于安装组件(20)的上方，所述太赫兹检测头(32)实现待测IC芯片的检测，所述调位装置(33)实现太赫兹检测头(32)与延伸架(31)的连接，并实现太赫兹检测头(32)在Z轴方向上的移动；
设定太赫兹脉冲波发射角度，太赫兹检测头(32)向待测IC芯片发射太赫兹脉冲波，太赫兹脉冲波经待测IC芯片产生反射形成反射脉冲信号；太赫兹检测头(32)接收反射脉冲信号，根据接收反射脉冲信号的时间精准确定待测IC芯片的缺陷位置及形状；
太赫兹脉冲波的反射在待测IC芯片表面、界面处产生；接收所述反射脉冲信号的时间包括表面反射接收时间和界面反射接收时间；
其中采用表面反射所对应的接收时间与界面反射所对应的接收时间进行计算，得到待测IC芯片的厚度分布，并通过厚度分布确定待测IC芯片的缺陷；另外，基于不同表面反射点所对应的接收时间，可确定不同反射点的相对位置，从而确定待测IC芯片的表面缺陷及形状；
在检测到的IC芯片内部存在缺陷时，采用相同的检测原理进行IC芯片缺陷位置处的断层扫描。
2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：所述电机包括第一电机(11)和第二电机(15)，所述导轨包括第一导轨(12)和第二导轨(14)，其中所述第一电机(11)与第一导轨(12)配合实现安装组件(20)在X轴方向上的移动驱动，所述第二导轨(14)与第二电机(15)配合实现安装组件(20)在Y轴方向上的移动驱动。
3.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：所述移动定位组件(10)还包括限位开关(16)，且限位开关(16)用于限定安装组件(20)的移动行程，并实现对第一电机(11)和第二电机(15)的限位保护。
4.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：所述调位装置(33)包括安装板(331)、驱动件(332)和导向件(333)，其中所述安装板(331)固定于延伸架(31)上，所述驱动件(332)和导向件(333)分别固定于安装板(331)的两侧，且导向件(333)上滑动连接有滑套(3331)，所述滑套(3331)直接与太赫兹检测头(32)固定，且滑套(3331)通过驱动件(332)进行驱动。
5.根据权利要求4所述的一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：所述驱动件(332)包括马达(3321)和丝杆(3322)，其中所述丝杆(3322)嵌入于导向件(333)的一侧，并穿过滑套(3331)。
6.根据权利要求4所述的一种基于太赫兹时域光谱技术的IC芯片检测装置，其特征在于：所述导向件(333)的一端固定有端板(3332)，并通过端板(3332)实现滑套(3331)的限位。
7.应用权利要求1-6所述的任一IC芯片检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.校准安装台(21)的水平位置与太赫兹检测头(32)的竖直位置；
S2.将待测IC芯片放置于夹具(23)内，并根据待测IC芯片的尺寸进行夹紧固定；
S3.确定安装组件(20)的初始位置，并通过移动定位组件(10)的驱动改变安装组件(20)在X轴和Y轴方向上的位置，并使得集成位移台(22)移动至太赫兹检测头(32)的下方；
S4.通过集成位移台(22)改变夹具(23)在X轴和Y轴方向上的位置，保证夹具(23)精准定位在太赫兹检测头(32)的正下方；
S5.通过调位装置(33)改变太赫兹检测头在Z轴方向上的位置，以调整太赫兹检测头(32)与待测IC芯片之间的距离；
S6.启动太赫兹检测头(32)，设定太赫兹脉冲波发射角度，并向待测IC芯片发射太赫兹脉冲波，太赫兹脉冲波经待测IC芯片产生反射形成反射脉冲信号；太赫兹检测头(32)接收反射脉冲信号，并根据接收反射脉冲信号的时间精准确定待测IC芯片的缺陷位置及形状。
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