CN208043698U - 集成芯片裂纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成芯片裂纹检测装置，该装置包括：相互连接的控制单元、感应单元、励磁单元，在控制单元的指令下，励磁单元产生线状激光束，线状激光束射向半导体芯片表面，在所述半导体芯片表面进行横向和纵向的扫描，同时线状激光束在所需励磁线处产生热波，热波的热反应由感应单元进行捕捉，热反应数据再传递给控制单元。本实用新型实现对集成芯片表面裂纹无接触、无损伤、无侵入的检测识别；不受芯片材料限制，检测效率高，适用于在线检测；且提高了裂纹检测的能力及集成芯片的可靠性与安全性。

Description

集成芯片裂纹检测装置

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，尤其涉及一种集成芯片裂纹检测装置。

背景技术

集成电路又称芯片，是一种微型电子器件或部件，一般为半导体材料，被喻为工业生产的“心脏”。在芯片的开发与制造过程中，人们对更轻更薄的电子产品的需求与日俱增。因此要求厂家制造更小、更薄、更高性能的集成芯片。然而，集成芯片的晶片变薄带来了一系列问题。其中一个主要问题是芯片制作过程中会由于表面裂纹而形成次品。由于表面裂纹会降低最终电子设备的性能和可靠性，因此在制造过程中对集成芯片表面裂纹进行检查的需求不断增长。

现有技术对芯片表面裂纹检测有冲击测试技术、涡流传感技术、太赫兹成像技术和扫描式声波显微技术。冲击测试技术是一种基于接触芯片，通过冲击测试的方式来检测裂纹的方法；涡流传感技术是一种用电磁场同金属间电磁感应进行检测的方法；太赫兹成像技术是通过利用位于特殊波段的太赫兹波来检测芯片裂纹存在的方法；扫描式声波显微技术是通过裂纹处的声波吸收和反射程度不同来检测芯片裂纹。近些年亦有一些检测技术提出，但由于其本身技术原因和关键技术内容的空白导致应用价值受限。

总体而言，尽管至今已有许多用于芯片裂纹检测的检测技术被提出，但是仍有关键技术问题和缺陷限制其发展和实际工程应用。如上所列举的冲击测试技术的缺点必须接触目标芯片才可进行，这会对芯片造成潜在的损伤；涡流传感技术所使用的强涡流不仅会对芯片造成一定程度的损伤，对其性能产生不良影响，而且这项技术不适用于非导电材料。太赫兹成像技术中的太赫兹波穿透深度浅，更重要地是，因为它无法穿透金属层，所以不适用于金属材料；扫描式声波显微技术虽然比太赫兹波穿透深度深，但是由于其检测时间长，因此不适用于在线检测，除此之外还要求所检测的目标芯片必须没入水中或者至少用水滴覆盖，这有可能对该芯片造成其他损坏。

实用新型内容

本实用新型提供一种集成芯片裂纹检测装置，以实现对集成芯片表面裂纹无接触、无损伤、无侵入的检测识别，提高集成芯片的可靠性与安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种集成芯片裂纹检测装置，包括：控制单元、励磁单元、感应单元，所述控制单元、励磁单元、感应单元相互联系；其中：

所述控制单元，用于控制励磁单元和感应单元，并接收由感应单元采集到的数据；

所述励磁单元，用于在控制单元的指令下，产生线状激光束，并将所述线状激光束射向半导体芯片表面，从横向和纵向扫描所述半导体芯片表面，并在所需励磁线处产生热波，热波传播模式与芯片的裂纹有关；

所述感应单元，用于捕捉所述线状激光束产生的热波的热反应，进行热检测，并将检测到的热反应数据发送至所述控制单元；

所述控制单元，还用于通过控制信号对所述感应单元的热检测进行控制，并获取检测到的热反应数据。

其中，所述励磁单元包括：任意波形发射器、连续波激光器和线束发生器，所述连续波激光器连接在所述任意波形发射器和线束发生器之间，所述任意波形发射器连接所述控制单元；其中：

所述连续波激光器，用于产生连续激光束；

所述任意波形发射器，用于调节所述连续波激光器所产生的激光光束的波形，使所述连续波激光器产生点状脉冲激光束；

所述线束发生器，用于将点状脉冲激光束转变为线状激光束并射向所述半导体芯片的表面。

其中，所述线束发生器包含柱面透镜、检流计以及聚焦透镜，来自所述连续波激光器的点状脉冲激光束依次经所述柱面透镜、检流计以及聚焦透镜后，转变为线状激光束并射向所述半导体芯片的表面。

其中，所述感应单元包括带有特写镜头的红外相机。

其中，所述控制单元为计算机。

其中，所述控制单元，还用于通过裂纹可视化算法对所述热反应数据进行处理。

相比现有技术，本实用新型提出的集成芯片裂纹检测装置，采用线激光热激励源，以及通过无基线芯片裂纹可视化算法，达到对集成芯片表面裂纹无接触、无损伤、无侵入的检测识别。相比现有技术，本实用新型检测时完全无接触、无损伤和无侵入；不仅可以检测导电材料，还可以应用于非导电材料；通过无基线芯片裂纹的可视化算法，无基线裂纹诊断只需要当前状态热图像，无需任何历史状态热图像，检测效率高，适用于在线检测；而且通过提高热图像空间分辨率、消除所测热图像的噪声分量提高了裂纹检测的能力。利用本实用新型，可以提高集成芯片的可靠性与安全性，对当今应用非常巨大的芯片领域具有重大意义。

附图说明

图1为本实用新型集成芯片裂纹检测装置的结构框图；

图2为本实用新型集成芯片裂纹检测装置的细化结构框图；

图3为本实用新型无基线芯片裂纹可视化算法的流程示意图；

图4为本实用新型提高裂纹最小可测宽度分辨率的示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的集成芯片裂纹检测装置基于新型线激光锁相热成像技术，可以实现以下技术突破：(1)检测时完全无接触、无损伤和无侵入；(2)不仅可以检测导电材料，还可以应用于非导电材料；(3)实现拥有知识产权的自研发无基线芯片裂纹的可视化算法，无基线裂纹诊断只需要当前状态热图像，无需任何历史状态热图像，检测效率高，适用于在线检测；(4)通过提高热图像空间分辨率、消除所测热图像的噪声分量提高了裂纹检测的能力。

具体地，请参照图1及图2所示，图1是本实用新型集成芯片裂纹检测装置的结构框图；图2为本实用新型集成芯片裂纹检测装置的细化结构框图。

本实用新型提出的一种集成芯片裂纹检测装置，包括：控制单元13、感应单元12、励磁单元11，所述控制单元13、励磁单元11、感应单元12相互关联；其中：

所述控制单元13，用于控制励磁单元11和感应单元12，并接收由感应单元12采集到的数据；

所述励磁单元11，用于在控制单元13的指令下，产生线状激光束，并将所述线状激光束射向半导体芯片145的表面，从横向和纵向扫描所述半导体芯片145的表面，并在所需励磁线处产生热波，热波传播模式与芯片的裂纹有关；

所述感应单元12，用于捕捉所述线状激光束产生的热波的热反应，进行热检测，并将检测到的热反应数据发送至所述控制单元13；

所述控制单元13，还用于通过控制信号对所述感应单元12的热检测进行控制，并获取检测到的热反应数据。

具体地，如图2所示，所述励磁单元11包括：任意波形发射器111、连续波激光器112和线束发生器113，所述连续波激光器112连接在所述任意波形发射器111和线束发生器113之间，所述任意波形发射器111连接所述控制单元13；其中：

所述连续波激光器112，用于产生连续激光束；

所述感应单元12，用于调节所述连续波激光器112所产生的激光光束的波形，使所述连续波激光器112产生点状脉冲激光束；

所述线束发生器113，用于将点状脉冲激光束转变为线状激光束并射向所述半导体芯片145的表面。

本实用新型中，所述线束发生器113包含柱面透镜1131、检流计1132以及聚焦透镜1133，来自所述连续波激光器112的点状脉冲激光束依次经所述柱面透镜1131、检流计1132以及聚焦透镜1133后，转变为线状激光束并射向所述半导体芯片145表面。

所述感应单元12包括带有特写镜头的红外相机121。所述控制单元13可以为计算机131。

进一步地，所述控制单元13还可以通过裂纹可视化算法对所述热反应数据进行处理。

以下对本实用新型集成芯片裂纹检测装置的工作原理进行详细阐述：

首先由计算机131通过控制信号141，触发励磁单元11内的任意波形发射器111和连续波激光器112产生点状脉冲激光束；包含柱面透镜1131、检流计1132以及聚焦透镜1133的线束发生器113将点状脉冲激光束142转变为线状激光束143并射向目标表面。随后，所述线激光束在半导体芯片145表面进行横向和纵向的扫描，并在所需励磁线处产生热波144。感应单元12内的红外相机121可捕捉相应的热反应146。由于励磁单元11和感应单元12同步工作，因此锁相热反应幅值可通过后面介绍的裂纹可视化算法精确计算。

其次，计算机131通过控制信号147对红外相机121的热检测进行控制，检测到的热反应可通过数据148传输至控制单元13内计算机131存储。最后，测量的数据使用裂纹可视化算法处理。从而实现芯片表面任意方向的裂纹检测。

本实用新型的无基线芯片裂纹可视化算法技术方案可以如图3所示。具体包括：

S41，根据热反应数据计算锁相热图像的幅值；

S42，根据所述锁相热图像的幅值，建立非连续图像成像并进行叠加；

S43，对应所有垂直线励磁的不连续图像成像；

S44，对应所有水平线励磁的不连续图像成像；

S45，叠加不连续图像的成像。

具体地，本实用新型中无基线芯片裂纹可视化算法是基于Holder指数分析和罗伯茨滤波工艺的无基线列为可视化算法。其原理为：

当励磁激光束照射在目标表面时，该目标表面上产生有热波，并且该热波通过该表面传播。热导率和激光束诱导的温度梯度之间的关系可利用狄拉克δ函数的傅里叶方程的一维解表示，当热波到达热物理性能相较周围完好区域突变的故障区域时，热波传播模式随之改变。尤其是，裂纹形成阻碍热波传播，造成热波阻挡现象。因此，由于热导率突变，大部分热波不能通过气穴传播。热波成像的优势在于即使当裂纹的物理宽度太小以至其它检测技术如视觉统都无法检测到时，它仍可轻易可视化热波阻挡现象。

本实用新型提出的无基线芯片裂纹可视化算法独特之处在于它可以提取和可视化裂纹引起的热波阻挡现象，并且无需芯片初始状态的任何基线图像。

此外，还可以提高热图像空间分辨率以及消除所测热图像的噪声分量以提高裂纹最小可测宽度分辨率。本实用新型的提高裂纹最小可测宽度分辨率技术方案如图4所示。

其中，芯片裂纹检测能力可以通过提高热图像空间分辨率以及消除所测热图像的噪声分量得以显著提高，通过利用罗伯茨交叉卷积及阈值法，降低噪音。

罗伯茨交叉卷积核心如图4所示，每个核心用于叠加不连续图像，从而分别计算+45°的梯度边缘(a)的Kx和-45°的梯度边缘(b)Ky。图4核心每个方格内表示叠加不连续图片内的单个像素。

进一步地，为了验证本实用新型提出的线激光锁相热成像技术的性能，本实用新型利用两种不同类型的半导体芯片145进行裂纹检验测试，目的是为了研究压制芯片的表面图案和类型对裂纹可视化结果的影响。

相比现有技术，本实用新型设计的基于线激光锁相热成像法的集成芯片裂纹检测，采用了线激光热激励源，以及通过无基线芯片裂纹可视化算法，达到对集成芯片表面裂纹无接触、无损伤、无侵入的检测识别。利用本实用新型，可以提高集成芯片的可靠性与安全性，对当今应用非常巨大的芯片领域具有重大意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，包括：控制单元、励磁单元、感应单元，所述控制单元、励磁单元、感应单元相互联系；其中：

所述控制单元，用于控制励磁单元和感应单元，并接收由感应单元采集到的数据；

所述励磁单元，用于在控制单元的指令下，产生线状激光束，并将所述线状激光束射向半导体芯片表面，从横向和纵向扫描所述半导体芯片表面，并在所需励磁线处产生热波，热波传播模式与芯片的裂纹有关；

所述感应单元，用于捕捉所述线状激光束产生的热波的热反应，进行热检测，并将检测到的热反应数据发送至所述控制单元；

所述控制单元，还用于通过控制信号对所述感应单元的热检测进行控制，并获取检测到的热反应数据。

2.根据权利要求1所述的集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，所述励磁单元包括：任意波形发射器、连续波激光器和线束发生器，所述连续波激光器连接在所述任意波形发射器和线束发生器之间，所述任意波形发射器连接所述控制单元；其中：

所述连续波激光器，用于产生连续激光束；

所述任意波形发射器，用于调节所述连续波激光器所产生的激光光束的波形，使所述连续波激光器产生点状脉冲激光束；

所述线束发生器，用于将点状脉冲激光束转变为线状激光束并射向所述半导体芯片的表面。

3.根据权利要求2所述的集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，所述线束发生器包含柱面透镜、检流计以及聚焦透镜，来自所述连续波激光器的点状脉冲激光束依次经所述柱面透镜、检流计以及聚焦透镜后，转变为线状激光束并射向所述半导体芯片的表面。

4.根据权利要求1所述的集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，所述感应单元包括带有特写镜头的红外相机。

5.根据权利要求1所述的集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，所述控制单元为计算机。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的集成芯片裂纹检测装置，其特征在于，所述控制单元，还用于通过裂纹可视化算法对所述热反应数据进行处理。