CN114743891A - 半导体封装结构的底胶检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体封装结构的底胶检测装置，用于对承载台上的受测区域进行检测，该底胶检测设备包含：面光源装置及取像装置；其中,面光源装置包括贯通本体的通道以及向承载台照射的多个发光单元，通道壁面间的最大间距为第一限距，形成面照射光源的各发光单元的发光角不大于30度；配置于面光源装置上方的取像装置借助通道对受测区域取得截取影像；面光源装置的底面至取像装置的聚焦平面间的距离为第二限距，第二限距与第一限距的比值介于3‑7.5之间。这样，可实现对半导体封装结构的底胶分布状况进行正确的检测。

Description

半导体封装结构的底胶检测装置

【技术领域】

本发明涉及一种半导体封装结构的表面检测装置，更具体地讲，本发明涉及一种对半导体封装结构的表面进行底胶(Underfill)分布状况的底胶检测装置。

【背景技术】

在半导体封装的制备过程中，芯片与基板之间会透过底胶的适当施加来提高接点的机械强度，进而提高芯片的使用寿命。举例来说，覆晶芯片(Flip Chip)就可通过底胶的施加来增加其可靠度，避免芯片与基板之间因热膨胀系数的不同而导致接点(焊点)的脱落或断裂等情况。

然而，随着半导体整体制备过程能力的逐渐提升，对于封装精确度的要求也越趋严格。当底胶的施加有异常时，会让底胶无法适当地分布在芯片与基板之间，进而在整体的涂胶面积上产生过宽或过窄的情形，导致溢胶或爬胶的异常情况，这些异常情况需要被有效检知。

【发明内容】

本发明的一目的在于提出可有效检知半导体封装结构的底胶分布状况的一种底胶检测设备。

为了实现上述目的及其他目的，本发明提出了一种半导体封装结构的底胶检测设备，用于对一承载台的一受测区域进行检测，该底胶检测设备包含：面光源装置及取像装置。面光源装置配置于承载台的上方，包括贯通面光源装置的一通道以及用于向承载台照射的多个发光单元，通道的壁面间的最大间距为第一限距，形成一面照射光源的各发光单元的半功率角不大于30度。取像装置配置于面光源装置的上方，用于通过通道对受测区域取得一截取影像。其中，面光源装置的底面至取像装置的一聚焦平面之间的距离为第二限距，第二限距与第一限距的比值介于3-7.5之间。

根据本发明的一实施例，第二限距不超过350mm。

根据本发明的一实施例，通道位于二附加通道之间。

根据本发明的一实施例，底胶检测设备可进一步包含：对受测区域提供斜向入射光的一侧光源装置，斜向入射光入射至受测区域的光入射角为60度-65度，其中，半导体封装结构内的一芯片的顶面的底胶检测的照明,是通过面光源装置提供的；半导体封装结构内的一基板的顶面的底胶检测的照明，是仅通过侧光源装置提供的。

根据本发明的一实施例，侧光源装置具有一第一侧光源模块及一第二侧光源模块，第一侧光源模块及第二侧光源模块分别以沿着面光源装置的两长边侧的方式配置。

根据本发明的一实施例，第一侧光源模块及第二侧光源模块内的各个发光单元具有不大于30度的半功率角。

根据本发明的一实施例，斜向入射光的波长可与基板的颜色互为互补色。

据此，通过对检测设备的发光角度的限制及光源高度与取像通道间的配置关系的限制，可有助于半导体封装结构上的底胶轮廓的检测，进而可正确检知底胶分布状况，避免人工目视检测下的误差。此检测设备也能够被应用为在空间有限的量产在线的逐一且全面的检测，避免人工抽测时所容易造成的瑕疵品漏检/未检出的情况。

【附图说明】

图1为一种半导体封装结构的示意图；

图2为本发明一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图；

图3为本发明一实施例中的底胶检测设备的立体示意图；

图4为本发明另一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图；

图5为本发明再一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图；

图6为图5实施例的底胶检测设备的立体示意图；

图7为图5实施例中的第一种检测状态示意图；

图8为图5实施例中的第二种检测状态示意图；以及

图9为本发明又一实施例中的底胶检测设备的立体示意图。

【具体实施方式】

为充分了解本发明的目的、特征及功效，现借助下述具体的实施例，并配合附图，对本发明做一详细说明，说明如后：

在本申请中，所描述的用语“一”或“一个”来描述单元、部件、结构、装置、模块、系统、部位或区域等。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范畴提供一般性的意义。因此，除非很明显地另指他意，否则此种描述应理解为包括一个或至少一个，且单数也同时包括复数。

在本申请中，所描述的用语“包含、包括、具有”或其他任何类似用语意非仅限于本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明确列出但却是所述单元、部件、结构、装置、模块、系统、部位或区域通常固有的其他要件。

请参照图1，为一种半导体封装结构的示意图。图1的半导体封装结构是以覆晶封装结构来做为示例，包含基板11、芯片12、接合点13、及底胶14。一般来说，在制备过程中先将芯片12与基板11对位叠合，接着进行回焊，以使芯片12底面的锡球可以与基板11顶面的焊垫相接合，形成接合点13，再通过涂胶机于芯片12的一侧或多侧涂上适量的底胶，利用毛细作用或额外的负压吸力，使底胶流入芯片12与基板11间的间隙内，以完成充填，后续进行固化。此时在半导体封装结构上所呈现的底胶的分布，就会随着填充状况的良窳而有着相异的分布。

正常的底胶分布状态会在芯片12的侧缘，固化后可呈现如图1中所示的正常状态141。若芯片12顶面出现底胶时，即呈现爬胶状态143，属于异常。此外，若基板11上的底胶分布过广，即呈现溢胶状态142，亦属于异常。这些异常情况，需要被检出，通过人工目视抽检并无法有效检出。

接着请同时参照图2及图3，图2为本发明一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图，图3为本发明一实施例中的底胶检测设备的立体示意图。底胶检测设备是用来对承载台40上的受测区域A进行检测。底胶检测设备包含：面光源装置20及取像装置30。面光源装置20被配置于承载台40的上方，面光源装置20本身包括贯通其本体的通道21，此通道21用来让配置在面光源装置20上方的取像装置30可藉此对受测区域A进行取像，进而取得截取影像I1。

受测区域A的面积与截取影像I1的面积可相同或相异，例如当受测区域A的面积较大时，可通过移动检测设备或移动承载台40、以多次撷取影像的方式，完成受测区域A的检测。此外，亦可通过多个取像装置30来协同达成受测区域A的检测。

如图2所示，通道21的壁面间，具有的最大间距被定义为第一限距D1。上述的壁面间是指相互面对面的两个壁面之间。面光源装置20底面的平面P1至取像装置30的聚焦平面P2间的距离被定义为第二限距D2。面光源装置20包括有用于向承载台40照射的多个发光单元22，这些发光单元22的半功率角皆不大于30度(即左右各不超过15度)，分布成面状以对承载台40提供面照射光源。虽然发光单元22的半功率角较小时能形成类似于平行光的照射效果，减少反射回取像装置30的反射光量，然而在半导体封装结构的底胶检测上，需进一步具有空间参数的相关限定，才能达到可靠的底胶检测。

在本发明的实施例中，第二限距D2与第一限距D1的比值(D2/D1)需介于3-7.5之间，亦即，通过这样的空间关系的特殊界定，面光源装置20的底面可具有足够的光源布局面积，且通道21开口大小的限制也可对不期望的反射光发挥阻挡的作用，让自底胶反射的光线不易进入取像装置30，提高底胶轮廓的辨识程度。对于底胶的检测来说，实施例中有关第二限距D2与第一限距D1间的特定配置关系，令底胶检测设备可达到小空间的使用与底胶分布状况的正确检知。

第一限距D1指的是面光源装置20的通道21的壁面间的最大距离。举例来说，若此通道为圆形通孔，则第一限距D1为直径。此外，若此通道为矩形通孔，则第一限距D1为对角的距离。

聚焦平面P2指的是取像装置30对承载台40的聚焦位置，并能具有一定程度的景深(Depth of field,DOF)，使得在此景深范围内的待测半导体封装结构10的表面结构皆能被清晰地呈现在截取影像I1中。面光源装置20配置的高度(第二限距D2)即可通过P1与P2此二平面来界定。

进一步地，基于前述，在各发光单元22的半功率角小于30度的配置关系下，和/或第二限距D2不超过350(mm)的配置关系下，底胶检测设备能被配置地更加紧凑，进而更有助于底胶检测设备在现有在产生产线的装配。基于这些在产生产线可使用的空间条件会更加地严苛，能被紧凑配置且可提供正确检测结果的底胶检测设备将有助于解决此问题。上述的半功率角指的是就发光单元22的剖面来看，选取发光强度为中心强度一半的两个出射方向，此二者间的夹角。换言之，半功率角为半功率强度的光束所能形成的最大夹角。其中，发光单元22例如可以采用发光二极管。

接着请参照图4，为本发明另一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图。此实施例中，进一步包含二个附加取像装置31，同时，面光源装置20还具有二个附加通道211。附加取像装置31可透过对应的附加通道211，于受测区域里，取得对应的附加截取影像。当受测区域较大，因应底胶的反射特性，需进一步具备特定的配置关系，以在扩大受测区域的操作下，仍可令底胶的分布状况被有效检知。

在图4的示例中，附加通道211的壁面间的最大间距为第三限距D3，第三限距D3需被配置为不大于第一限距D1的1/2，以及附加通道211与通道21的壁面之间的最短距离D4不超过第三限距D3的1/2。此等配置关系令面光源装置20可对受测区域内具有底胶的部位提供有效且足够的入射光线，这些有效且足够的照明光线同时可在第二限距D2不超过350(mm)的紧凑配置下，让扩大的受测区域内的底胶分布情况可被各个取像装置有效地检知。在图4示例的配置关系下，检测范围的宽边的最大长度可达到350(mm)，上述检测范围的宽边同时平行于面光源装置20在通道21及两个附加通道211的排列方向上所延伸的边长D5。

请参阅图5及图6。图5为本发明再一实施例中的底胶检测设备的剖面示意图，图6为图5实施例的底胶检测设备的立体示意图。相较于图3的实施例，在图5及图6的实施例中，底胶检测设备额外再配置有可对基板11(受测区域)提供斜向入射光L1的侧光源装置50。侧光源装置50具有第一侧光源模块51及第二侧光源模块52。如图6所示，第一侧光源模块51及第二侧光源模块52可分别沿着面光源装置20的两个长边侧进行延伸，以此配置方式对受测区域提供照明。应了解的是，侧光源装置50也可以仅包括单一组的侧光源模块，图5及图6所示并非是一种限制。

图5的实施例中，具有第一侧光源模块51及第二侧光源模块52的侧光源装置50被配置为使斜向入射光L1以介于60度-65度的入射角θ入射至承载台40。亦即，斜向入射光L1对半导体封装结构10的基板11具有入射角θ。侧光源装置50内的第一侧光源模块51及第二侧光源模块52所搭载的各个发光单元(或称侧发光单元)的半功率角可配置为不大于30度(即左右各不超过15度)。其中，当底胶检测设备透过取像装置30进行芯片12顶面是否具有涂布层的检测时，使用面光源装置20进行照明(侧光源装置50不开启)；当底胶检测设备透过取像装置30进行基板11上的涂布层溢出状况的检测时，则仅仅使用侧光源装置50进行照明，以完成半导体封装结构表面的涂布层的溢出分布状况的检测。对于使用环氧树脂(Epoxy)(即底胶)的涂布层来说，图5示例的底胶检测设备即可对溢胶状态提供更正确的检测。

接着请同时参照图5及图7。图7为图5实施例的第一种检测状态示意图，以正向入射光L2进行照射。图7示例的底胶分布状况包含正常状态141、溢胶状态142及爬胶状态143。图5中的面光源装置20提供接近正向的正向入射光L2，当入射表面较平整的芯片12及基板11时，来自平坦面(即正向入射光L2的入射面)的反射光L2'基于反射定律，较易进入配置在芯片12及基板11上方的取像装置30，因此，在取像装置30取得的画面中，芯片12与基板11的成像是偏亮的。另一方面，对于爬胶状态143来说，由于爬胶状态143的表面具有一定程度的弧度，当接近正向入射的入射光L2入射时，基于反射定律，来自爬胶状态143的反射光L2"容易以接近水平的方向朝四周围传递，进而较不易被配置在上方的取像装置30捕捉，爬胶状态143的成像是偏暗的。对于正常状态141及溢胶状态142来说，在涂胶缘较窄的涂布条件下，不易有蔓延情况(没有覆盖较大面积的基板11表面)，虽然正向入射光L2是入射至可导致漫反射的粗糙表面，但来自正常状态141的反射光L2"'及来自溢胶状态142的反射光L2""同样地不易被配置在上方的取像装置30捕捉，正常状态141及溢胶状态142的成像同样是偏暗的。因此，芯片12与基板11的成像偏亮，正常状态141、溢胶状态142及爬胶状态143的成像偏暗，底胶的涂布状态可被检知。

接着请同时参照图5及图8。图8为图5实施例的第二种检测状态示意图。第二种检测状态针对溢胶状态的进一步变化。图8示例的底胶分布状况包含正常状态141及溢胶状态142'。其中图8示例的溢胶状态142'属于涂胶缘较宽的涂布条件下所呈现的涂布状态，溢胶状态易有蔓延情况(有覆盖较大面积的基板11表面)。图5中的侧光源装置50所提供的斜向入射光L1，当入射表面较平整的芯片12及基板11时，来自平坦面(即斜向入射光L1的入射面)的反射光L1'基于反射定律，不易进入配置在芯片12及基板11上方的取像装置30，因此，在取像装置30取得的画面中，芯片12与基板11的成像是偏暗的。另一方面，对于溢胶状态142'来说，图5中的侧光源装置50所提供的斜向入射光L1，基于溢胶状态142'所具有的粗糙表面会产生漫反射而形成各种方向的反射光L1"(来自溢胶状态的反射光)，可易于被配置在上方的取像装置30所捕捉。同样地，基于正常状态141同样具有的粗糙表面，在斜向入射光L1的照射下，可产生漫反射而同样形成各种方向的反射光L1"'(来自正常状态的反射光)，如图8所示，同样地可易于被配置在上方的取像装置30所捕捉。据此，相对于芯片12与基板11的成像来说，底胶14的成像反而是偏亮的。

此外，在涂胶缘较宽的涂布条件下，溢胶状态142'的边缘较为蔓延而易具有薄且平坦的涂布区域。对于溢胶状态142'来说，由于溢胶状态142'覆盖较大面积的基板11表面，进而具有大致平行于基板11表面的覆盖部位，这将使得正向入射光L2入射后会形成各种方向的反射光，而这些反射光可能容易被配置在上方的取像装置30所捕捉，但由于在正向入射光L2下，溢胶状态142'的成像必需偏暗(需要不易使光线反射回取像装置30)。

因此，在进一步提升或强化溢胶检知效果的需求下，对于涂胶缘较宽的涂布条件来说，溢胶状态142’的检知可被执行在仅有侧光源装置50照射的条件下。因此，无论有无侧光源装置50，皆可用来进行溢胶的检知，其中，对于无侧光源装置50(或不使用斜向入射光L1)的底胶检测设备来说，可用于一般溢胶状况(边缘非平坦的溢胶)；对于有使用斜向入射光L1的底胶检测设备来说，则是能检知更多型态的溢胶状况，包含一般溢胶及边缘平坦的溢胶。

回到图8的示例中，在斜向入射光L1的提供下，来自溢胶状态142’的边缘处的反射光L1""可容易地被配置在上方的取像装置30所捕捉。因此，芯片12与基板11的成像会偏暗，底胶14的成像会偏亮，底胶的分布轮廓可以被清晰显现。在一实施例中，取像装置30在第一种检测状态及第二种检测状态下取得的画面可被正确判定出胶宽D6。举例来说，在无爬胶的情况下，当定义的胶宽D6若需介于1(mm)-2.5(mm)之间，此范围以外的胶宽D6均属于溢胶，为异常，底胶14是否具有溢胶状态即可相应地被正确检知。

在第一种检测状态及第二种检测状态下所取得的画面中，相对于芯片12与基板11的成像来说，底胶14在爬胶状态143的部位的成像是偏暗的。这样，芯片12与基板11的成像偏亮，底胶14在爬胶状态143的部位的成像偏暗，芯片12及基板11的轮廓可以被清晰显现，进而可对照出有被底胶14遮蔽的区域，再基于已知的芯片12表面积，即可通过影像中爬胶状态143的范围与芯片12表面积范围，来界定出爬胶状态143自芯片12边缘向芯片12中心蔓延的爬胶范围，而该爬胶范围与芯片12边缘之间所具有的最大垂直距离即可被定义为最大宽度，爬胶范围沿着芯片12边缘延伸所具有的最长距离即可被定义为最大长度。基于此即可界定最大宽度及最大长度各自的门槛值，超过此等门槛值时，即属异常的爬胶状态143。据此，底胶14是否具有爬胶状态即可相应地被正确检知。

因此，在前述的光源高度与取像通道间的配置关系基础上，有助于爬胶状态及溢胶状态的检知。其中，在进一步提升或强化溢胶检知效果的需求下，可再加入侧光源装置50，即可在光源高度与取像通道间的配置关系基础上，正确检知出底胶14在爬胶状态与较蔓延的溢胶状态的分布情况。

进一步地，在前述第二种检测状态下，可令侧光源装置50提供的入射光L1的波长被配置为与半导体封装结构的基板11的颜色互补，可更进一步有助于显现出底胶分布状况。这是由于入射光L1的波长被配置为与基板11的颜色互为互补色时，基板11的反射光(来自平坦面的反射光L1'的其中一种)的对比度可被进一步提高，有助于底胶分布状况的显现。举例来说，当基板11的颜色为绿色时，侧光源装置50可采用能提供红光波段的发光单元，或是透过对侧光源装置50的输出光波段的切换来实现。此外，一种底胶(或称黑胶)对于红光的反射率较高，亦有助于检知正确性的进一步提升。

接着请参照图9，其为本发明又一实施例中的底胶检测设备的立体示意图。在图9的示例中，可在有限空间内，基于前述图4及图5中描述的各项安排，使得底胶检测设备可紧凑化并被装设于在产生产线。

综上所述，通过对检测设备的发光角度的限制及光源高度与取像通道间的配置关系的限制，有助于底胶轮廓的检测，可正确检知底胶分布状况，供后端筛选。此外，本发明实施例公开的检测设备也能够被直接搭载进空间限制条件严苛的量产生产线，达到逐一且全面的半导体封装结构的底胶分布检测，避免人工抽测时所容易造成的瑕疵品漏检/未检出的情况或是目视误判的情况，使本发明实施例公开的检测设备能够达到对底胶分布状况的正确检测。

本发明在上文中公开了优选的实施例，然本领域技术人员应理解的是，此处的实施例仅用于描述本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，所有与实施例等效的变化与置换，均应理解为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求的保护范围为准。

【附图标记】

10 半导体封装结构

11 基板

12 芯片

13 接合点

14 底胶

141 正常状态

142 溢胶状态

142' 溢胶状态(涂胶缘较宽的涂布条件)

143 爬胶状态

20 面光源装置

21 通道

211 附加通道

22 发光单元

30 取像装置

31 附加取像装置

40 承载台

50 侧光源装置

51 第一侧光源模块

52 第二侧光源模块

A 受测区域

D1 第一限距

D2 第二限距

D3 第三限距

D4 附加通道与通道的壁面之间的最短距离

D5 面光源装置的边长

D6 胶宽

I1 截取影像

L1 斜向入射光

L1' 来自平坦面的反射光

L1" 来自溢胶状态的反射光

L1"' 来自正常状态的反射光

L1"" 来自溢胶状态142’边缘处的反射光

L2 正向入射光

L2' 来自平坦面的反射光

L2" 来自爬胶状态的反射光

L2"' 来自正常状态的反射光

L2"" 来自溢胶状态的反射光

P1 面光源装置底面的平面

P2 取像装置的聚焦平面

θ 入射光L入射承载台的入射角

Claims (8)

1.一种半导体封装结构的底胶检测设备，用于对一承载台的一受测区域进行检测，所述底胶检测设备包含：

一面光源装置，其配置于所述承载台的上方，包括贯通所述面光源装置的一通道以及用于向所述承载台照射的多个发光单元，所述通道的壁面间的最大间距为第一限距，形成一面照射光源的所述各个发光单元的半功率角不大于30度；以及

一取像装置，其配置于所述面光源装置的上方，用于通过所述通道对所述受测区域取得一截取影像，

其中，所述面光源装置的底面至所述取像装置的一聚焦平面之间的距离为第二限距，所述第二限距与所述第一限距的比值介于3-7.5之间。

2.如权利要求1所述的底胶检测设备，其中更包含：二附加取像装置，配置于所述面光源装置上方，所述面光源装置另具有二附加通道，所述各个附加通道的壁面间的最大间距为第三限距，所述第三限距不大于所述第一限距的1/2，所述各个附加通道与所述通道的壁面之间的最短距离不大于所述第三限距的1/2，所述各个附加取像装置用于通过对应的所述附加通道对所述受测区域取得对应的一附加截取影像。

3.如权利要求2所述的底胶检测设备，其中所述第二限距不超过350mm。

4.如权利要求3所述的底胶检测设备，其中所述通道位于所述二附加通道之间。

5.如权利要求1-4之一所述的底胶检测设备，其中所述底胶检测设备还包含：对所述受测区域提供斜向入射光的一侧光源装置，所述斜向入射光入射至所述受测区域的光入射角为60度-65度，其中，所述半导体封装结构内的一芯片的顶面的底胶检测的照明通过所述面光源装置所提供，所述半导体封装结构内的一基板的顶面的底胶检测的照明仅通过所述侧光源装置所提供。

6.如权利要求5所述的底胶检测设备，其中所述侧光源装置具有一第一侧光源模块及一第二侧光源模块，所述第一侧光源模块及所述第二侧光源模块分别以沿着所述面光源装置的两长边侧的方式配置。

7.如权利要求5所述的底胶检测设备，其中所述第一侧光源模块及所述第二侧光源模块内的各个发光单元具有不大于30度的半功率角。

8.如权利要求5所述的底胶检测设备，其中所述斜向入射光的波长与所述基板的颜色互为互补色。

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