CN113686253A - 一种bga锡球检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种BGA锡球检测方法及系统，涉及集成电路封装测量技术领域，旨在解决BGA锡球检测效率较低，检测结果不精准的问题，采用的技术方案是，通过多组光场相机的配合拍摄，能够对BGA锡球进行多个视角的图像信息，通过对多个视角的图像信息观察和对比，更容易发现BGA锡球表面进行检测，使检测出的信息更具有准确性，同时使检测出的结果更加稳定；至少一组光场相机与检测管在同一水平面上，可通过此组光场相机来对BGA锡球的直径和真球度进行检测，使检测结构更加准确；测管倾斜设置，可使待检测的BGA锡球依次通过检测管，提高检测效率，同时也提高对BGA锡球检测的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装测量技术领域，具体为一种BGA锡球检测方法及系统。
背景技术
集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。
集成电路封装在电子学金字塔中的位置既是金字塔的尖顶又是金字塔的基座。说它同时处在这两种位置都有很充分的根据。从电子元器件(如晶体管)的密度这个角度上来说，IC代表了电子学的尖端。但是IC又是一个起始点，是一种基本结构单元，是组成我们生活中大多数电子系统的基础。同样，IC不仅仅是单块芯片或者基本电子结构，IC的种类千差万别(模拟电路、数字电路、射频电路、传感器等)，因而对于封装的需求和要求也各不相同。本文对IC封装技术做了全面的回顾，以粗线条的方式介绍了制造这些不可缺少的封装结构时用到的各种材料和工艺。
90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚微米技术的使用，LSI、VLSI、ULSI相继出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上，又增添了新的品种——球栅阵列封装，简称BGA。
三维测量及缺陷检测技术是机器视觉领域和测量领域的一项核心技术。三维测量及缺陷检测指识别物体的三维信息及缺陷。而对BGA锡球三维尺寸测量及缺陷检测一直都是工业外观检测的最难的议题之一。目前工业界对BGA锡球三维尺寸测量及缺陷检测多为二维相机检测后由人工复判，在锡球定位方面虽有优势，但由于缺少高度信息，某一角度讲只能判断相应位置焊锡的有无，对焊锡体积、表面圆度、异物等各种复杂情况下的不良现象的检出更多还是依靠人工复判与抽查，这对电子生产中进行自动化组网造成了严重制约。
BGA的全称是Ball Grid Array(球栅阵列结构的PCB)，该方法具有封装面积少；功能加大，引脚数目增多；PCB板溶焊时能自我居中，易上锡；可靠性高；电性能好，整体成本低等特点，应用越来越广泛。欧美、日韩等发达国家对BGA焊球的研究较早，包括制球设备、制球工艺以及锡球检测方法，目前借技术优势，在内存、CPU、数字信号处理器等大型电子产品生产销售上，引领着世界BGA行业发展方向，处于全球垄断地位。我国BGA钎焊球产品仍需要依靠进口。BGA封装锡球由于尺寸小，精密度要求高等特点，锡球制备技术及检测技术一直是限制该行业发展的主要原因。锡球检测不严格将会导致植球过程中出现焊点未焊合、跳球、空洞、焊点偏移等缺陷，引起元器件失效，严重时导致重大事故。
近年来国产BGA锡球逐渐兴起，然而目前国内对BGA锡球的检测主要是依靠检测直径为主，没有同一的检测方法，从而使合格率较低，因此，亟需一种BGA锡球检测方法及系统来解决上述问题。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种BGA锡球检测方法，包括以下步骤：
步骤1，对BGA锡球的检测场地及设备进行调试，包括检测管、光场相机、光源和分析设备的调试；
步骤2，将待检测的BGA锡球依次通过所述检测管，使待检测的BGA锡球单个有次序的依次通过，提高检测效率，同时也提高对BGA锡球的检测结果，使结果更精准；
步骤3，通过所述光场相机来对通过所述检测管的BGA锡球收集多视角图像，采集多视角的图像，便于分析设备对BGA锡球的对比检测，增加检测结果的精准度；
步骤4，分析所述光场相机收集到的BGA锡球多视角图像，通过图像对BGA锡球的三维尺寸信息及缺陷信息进行检测；
步骤5，得出BGA锡球的检测信息结果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述检测管采用透明材质，且所述检测管倾斜设置，所述检测管采用透明材质，便于所述光场相机对从所述检测管中通过的BGA锡球拍摄。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光场相机的调试包括所述光场相机的焦距和光圈，根据所述光场相机的摆放位置，选择适合的焦距和放大倍率的光学镜头。
作为本发明的一种优选技术方案，至少一个所述光场相机与所述检测管在同一平面，多个视角的图像信息观察和对比，更容易发现BGA锡球表面进行检测，使检测出的信息更具有准确性，同时使检测出的结果更加稳定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光源设有多组，且围绕所述检测管阵列设置，设置多组所述光源，能够保证所述光场相机在对BGA锡球拍摄时，使BGA锡球均处在同一光亮度的环境下，提高所述光场相机拍摄的BGA锡球图像更加清晰。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三维尺寸信息检测包括BGA锡球的直径和真球度，BGA锡球的直径检测，通过光场相机拍摄的图像，将所得图像放大，并采用测量工具对放大后的图像进行测量，测量的结果除以图像放大的倍数，能够计算得出BGA锡球的直径；所述缺陷信息检测包括表面凹陷、凸起、气孔、划痕和细缝，通过扫描电镜放大，观察其表面的凹坑、气孔、裂纹以及微观组织情况，表面含氧量采用氧氮氢分析仪测试。
作为本发明的一种优选技术方案，所述缺陷信息检测还包括Ball shear测试，所述Ball shear测试要求焊点断裂位置均发生在锡球，Ball shear值超过100gf。
本发明还公开了一种BGA锡球检测系统，采用的技术方案是，该检测系统包括检测管、光场相机、光源和分析设备，所述光源用于检测场地的照明以及帮助所述光场相机获取图像；所述光场相机用于获取BGA锡球在倾斜的所述检测管中滚动的图像，所述分析设备用于分析所述光场相机获得的图像。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光场相机设有多组，且错位设置在所述检测管的周圈，至少一组所述光场相机与所述检测管道在同一水平面，用于获取BGA锡球的直径。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分析设备包括微处理器，分析所述光场相机获得的图像，对图像中BGA锡球数据分类标记，并做出检测信息结果。
本发明的有益效果：本发明通过多组光场相机的配合拍摄，能够对BGA锡球进行多个视角的图像信息，通过对多个视角的图像信息观察，同时对拍摄的图像信息放大对比，更容易发现BGA锡球表面进行检测，使检测出的信息更具有准确性，同时使检测出的结果更加稳定；至少一组光场相机与检测管在同一水平面上，可通过此组光场相机来对BGA锡球的直径和真球度进行检测，使检测结构更加准确。
进一步的，检测管倾斜设置，可使待检测的BGA锡球依次通过检测管，提高检测效率，同时也提高对BGA锡球检测的精准性；通过分析设备对光场相机拍摄的图像进行分析，可对图像进行放大观察对比，对BGA锡球检测的更加彻底，降低检测结果存在误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明检测方法流程示意图一；
图2为本发明检测方法流程示意图二；
图3为本发明BGA锡球检测系统立体图；
图4为本发明BGA锡球检测系统主视图；
图5为本发明BGA锡球检测系统侧视图；
图中：1-检测管、2-光场相机、3-光源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明公开了一种BGA锡球检测方法，包括以下步骤：
步骤1，对BGA锡球的检测场地及设备进行调试，包括检测管1、光场相机2、光源3和分析设备的调试；
步骤2，将待检测的BGA锡球依次通过所述检测管1，待检测的BGA锡球可从样品中随机抽取，随机抽取的BGA锡球样品数量比例不低于BGA锡球总数量的万分之一；
步骤3，通过使用所述光场相机2对通过所述检测管1的BGA锡球收集多视角图像；
步骤4，分析所述光场相机2收集到的BGA锡球多视角图像，通过图像对BGA锡球的三维尺寸信息及缺陷信息进行检测；
步骤5，得出BGA锡球的检测信息结果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述检测管1采用透明材质，且所述检测管1倾斜设置，能够使BGA球在所述检测管1中顺利通过，同时也可进一步的观察BGA的真球度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光场相机2的调试包括所述光场相机2的焦距和光圈，根据所述光场相机的摆放位置，选择适合的焦距和放大倍率的光学镜头，具体表现为光场相机拍摄纯色校准板图像，该图像中微透镜阵列恰好或接近于相切状态。
作为本发明的一种优选技术方案，至少一个所述光场相机2与所述检测管1在同一平面，与所述检测管1在同一平面上的所述光场相机2用于检测BGA锡球的直径。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光源3设有多组，且围绕所述检测管1阵列设置，设置多组所述光源3，能够保证所述光场相机2在对BGA锡球拍摄时，使BGA锡球均处在同一光亮度的环境下，增加所述光场相机2拍摄的精准性，同时也便于后续分析设备对所述光场相机2拍摄的图像进行对比分析。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三维尺寸信息检测包括BGA锡球的直径和真球度；所述缺陷信息检测包括表面凹陷、凸起、气孔、划痕和细缝，通过扫描电镜放大，观察其表面的凹坑、气孔、裂纹以及微观组织情况，表面含氧量采用氧氮氢分析仪测试。
BGA锡球的直径检测，通过光场相机拍摄的图像，将所得图像放大，并采用测量工具对放大后的图像进行测量，测量的结果除以图像放大的倍数，能够计算得出BGA锡球的直径。
BGA锡球的缺陷信息检测包括，将拍摄得到的图像放大50倍，通过观察放大后的图像来观察BGA锡球的光洁度和平整度，肉眼看到不到任何杂质，同时也不存在划痕、凹陷、气孔和细缝。
作为本发明的一种优选技术方案，所述缺陷信息检测还包括Ball shear测试，所述Ball shear测试要求焊点断裂位置均发生在锡球，Ball shear值超过100gf。
键合金球剪切测试(BST)是另一种评价金球键合力度的方法。该方法为拉线测试的补充方法，但却不能代替拉线测试。这是因为在键合过程中表现出的失效机理在剪切测试中有较大的体现，而在拉线测试中只有较小的影响。
本发明还公开了一种BGA锡球检测系统，采用的技术方案是，该检测系统包括检测管1、光场相机2、光源3和分析设备，所述光源2用于检测场地的照明以及帮助所述光场相机2获取图像；所述光场相机2用于获取BGA锡球在倾斜的所述检测管1中滚动的图像，所述分析设备用于分析所述光场相机2获得的图像。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光场相机2设有多组，且错位设置在所述检测管1的周圈，至少一组所述光场相机2与所述检测管道1在同一水平面，用于获取BGA锡球的直径。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分析设备包括微处理器，分析所述光场相机2获得的图像，对图像中BGA锡球数据分类标记，并做出检测信息结果。
本文中未详细说明的部件为现有技术。
上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种BGA锡球检测方法，包括以下步骤：
步骤1，对BGA锡球的检测场地及设备进行调试，包括检测管(1)、光场相机(2)、光源(3)和分析设备的调试；
步骤2，将待检测的BGA锡球依次通过所述检测管(1)；
步骤3，通过所述光场相机(2)来对通过所述检测管(1)的BGA锡球收集多视角图像；
步骤4，分析所述光场相机(2)收集到的BGA锡球多视角图像，通过图像对BGA锡球的三维尺寸信息及缺陷信息进行检测；
步骤5，得出BGA锡球的检测信息结果。
2.根据权利要求1所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：所述检测管(1)采用透明材质，且所述检测管(1)倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：所述光场相机(2)的调试包括所述光场相机(2)的焦距和光圈。
4.根据权利要求3所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：至少一个所述光场相机(2)与所述检测管(1)在同一平面。
5.根据权利要求1所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：所述光源(3)设有多组，且围绕所述检测管(1)阵列设置。
6.根据权利要求1所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：所述三维尺寸信息检测包括BGA锡球的直径和真球度；所述缺陷信息检测包括表面凹陷、凸起、气孔、划痕和细缝。
7.根据权利要求6所述的一种BGA锡球检测方法，其特征在于：所述缺陷信息检测还包括Ball shear测试。
8.一种BGA锡球检测系统，其特征在于：该检测系统包括检测管(1)、光场相机(2)、光源(3)和分析设备，所述光源(2)用于检测场地的照明以及帮助所述光场相机(2)获取图像；所述光场相机(2)用于获取BGA锡球在倾斜的所述检测管(1)中滚动的图像，所述分析设备用于分析所述光场相机(2)获得的图像。
9.根据权利要求8所述的一种BGA锡球检测系统，其特征在于：所述光场相机(2)设有多组，且错位设置在所述检测管(1)的周圈，至少一组所述光场相机(2)与所述检测管道(1)在同一水平面，用于获取BGA锡球的直径。
10.根据权利要求8所述的一种BGA锡球检测系统，其特征在于：所述分析设备包括微处理器，分析所述光场相机(2)获得的图像，对图像中BGA锡球数据标记，并做出检测信息结果。
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