CN210833445U - 一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于封装模块监测技术领域，公开了一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，包括投影云纹模块、超声波模块、监测分析模块。本实用新型解决了现有技术中无法对封装模块的翘曲变形及缺陷进行在线监测的问题，能够对电子器件的封装模块的失效情况进行在线监测。

Description

一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及封装模块监测技术领域，尤其涉及一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置。

背景技术

目前集成电路技术已渗透到工业及社会生活的各个领域，电子工业已成为当今第一大产业。电子工业的发展及其产品的广泛应用，对全球经济文化等方面产生了极其深刻的影响。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。

当今大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。电子器件的封装技术是制约集成电路发展的关键环节之一。电子器件在封装中由于各种材料(基底、粘结层、芯片及封装材料)的尺寸和材料性能的差异在较大温差作用下引起的翘曲问题已严重影响了电子器件的可靠性、焊接性能和成品率。因此，电子器件的翘曲问题已成为影响电子封装技术继续深入发展的一个重大障碍。

在半导体工艺过程中，随着在晶圆表面形成各种材料层以及各种半导体器件结构，会对晶圆表面产生各种应力，使得晶圆在工艺过程中发生翘曲。最理想的状态下，晶圆不应发生翘曲的，即便无法完全平坦，在理想状态下，晶圆的翘曲也应当是边缘向晶圆正面方向翘起的且关于垂直晶圆的中轴线对称的碗状；而实际情况中，由于晶圆正面受到应力的不对称性，经常会造成晶圆各种形态的不对称的翘曲，导致晶圆容易发生翘曲缺陷导致部分芯片失效甚至发生碎片的情况。

现有技术中，在工业生产中难以实现对于电子器件的翘曲缺陷的在线监测。翘曲变形的测量方法有许多，例如电子散斑干涉技术、阴影云纹、投影云纹及数字图像相关法(DIC)等。这些方法各自有其特定的测量精度及应用场景，同时其测量面积及测量范围也有所不同。电子散斑干涉技术因其昂贵的大功率激光器不适用于例如晶圆这类大面积翘曲变形的测量与监测。阴影云纹因其光路设置的问题同样不适用于大面积翘曲变形的测量与监测。而数字图像相关法因其需在样件表面喷一层具有特异性灰度的散斑而不适用于不能进行表面预处理的样件。投影云纹法是20世纪70年代发展起来的一种现代光学测量技术，多用于面内变形、离面位移、表面形貌的检测。凭借非接触、快速、全场测量、高分辨率、高精度的优势，投影云纹法被广泛应用于生物、医学检测、产品检测、逆向工程等众多领域。而投影云纹技术目前国内外均有成熟的设备产品，对于翘曲的测量精度较高，可达1.5微米的精度，但投影云纹技术因其自身原理的缘故，只能对物体表面进行测量，其基本不具有穿透能力，因而对于产品的内部缺陷的探测能力较弱。

此外，当前对于电子器件的翘曲变形及缺陷，在工业生产过程中通常的只是在电子器件失效之后对其进行离线检测，不但流程复杂、所需设备繁多，而且耗时较长、测试效果不佳，对于改善电子器件的生产工艺也助益不大。如何有效可靠地在线监测电子器件的翘曲状态，是目前工业生产中亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，解决了现有技术中无法对封装模块的翘曲变形及缺陷进行在线监测的问题。

本申请实施例提供一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，包括：投影云纹模块、超声波模块、监测分析模块；

所述监测分析模块分别与所述投影云纹模块、所述超声波模块相连。

优选的，所述投影云纹模块包括：CCD相机、光栅投影仪；

所述光栅投影仪用于投射光栅至待测封装模块样品表面；

所述CCD相机用于对所述待测封装模块样品表面的光栅变化进行连续拍摄采集，获得所述第一翘曲信息。

优选的，所述投影云纹模块还包括：第一同步触发器；

所述CCD相机为多个CCD相机组成的CCD相机阵列；所述CCD相机阵列与所述第一同步触发器连接；

所述光栅投影仪为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。

优选的，所述超声波模块包括：空气耦合超声波探头、超声波信号发射接收器、前置放大器；

所述空气耦合超声波探头与所述超声波信号发射接收器连接，所述超声波信号发射接收器与所述前置放大器连接，所述前置放大器与所述监测分析模块连接。

优选的，所述超声波模块还包括：第二同步触发器；

所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组；所述阵列式空气耦合超声波探头组与所述第二同步触发器连接。

优选的，所述监测分析模块包括：数据存储装置、数据分析装置、监测显示装置。

优选的，所述封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置还包括：光学三维测量标定器；

所述光学三维测量标定器用于对相机进行内参、外参、高度标定。

优选的，所述封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置还包括：平面安置台；

所述待测封装模块样品放置在所述平面安置台上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，结合投影云纹和超声波技术，实现对实际工业生产过程中的电子器件的封装模块的失效情况进行在线监测，改变了以往工业界对于失效产品离线检测的僵局。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，主要包括：投影云纹模块、超声波模块、监测分析模块；所述监测分析模块分别与所述投影云纹模块、所述超声波模块相连。

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的说明。

实施例1：

实施例1提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置包括：投影云纹模块、超声波模块、监测分析模块；所述监测分析模块分别与所述投影云纹模块、所述超声波模块相连。

其中，所述投影云纹模块包括：CCD相机、光栅投影仪；所述光栅投影仪用于投射光栅至待测封装模块样品表面；所述CCD相机用于对所述待测封装模块样品表面的光栅变化进行连续拍摄采集，获得所述第一翘曲信息。

优选的方案中，所述投影云纹模块还包括：第一同步触发器；所述CCD相机为多个CCD相机组成的CCD相机阵列；所述CCD相机阵列与所述第一同步触发器连接；所述光栅投影仪为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。

通过数据线将所述第一同步触发器和多台CCD相机分别连接起来，再将所述第一同步触发器与控制拍照和分析的工作站(即监测分析模块)连接起来。采用第一同步触发器是为了在拍照时保证多个CCD相机能够同时触发拍照，以保证在同一时刻拍出的照片能够在工作站中被合成一整张照片。

采用CCD相机阵列可以实现对大面积的封装模块进行在线监测，可改善相机视场大小的限制。通过多个相机组成阵列来测量，例如16个CCD相机组阵列的视场为600*600mm，测量精度可达4微米，在240*240mm视场下精度可达1.5微米。通过本实用新型采用64、100、200乃至更多的相机组成阵列，理论上可以测量无限大的面积下的翘曲变形及缺陷。

所述光栅投影仪的个数的多少理论上取决于投影仪投出的光栅是否覆盖待测封装模块样件的全部表面。为了实现理论上无限大的测量面积，通过增加光栅投影仪的数量，即光栅投影仪阵列式组装可以实现大面积监测的目的。

其中，所述超声波模块包括：空气耦合超声波探头、超声波信号发射接收器、前置放大器；所述空气耦合超声波探头与所述超声波信号发射接收器连接，所述超声波信号发射接收器与所述前置放大器连接，所述前置放大器与所述监测分析模块连接。

根据应用需要，所述空气耦合超声波探头可以为平面探头、点聚焦探头、线聚焦探头中的任意一种。例如，平面探头适用于大面积的平面探测，点聚焦探头适用于厚度较大的大物件探测。

所述前置放大器可提高系统的信噪比，减少外界干扰的相对影响，便于合理布局,便于调节与使用，能够实现阻抗转换和匹配。

优选的方案中，所述超声波模块还包括：第二同步触发器；所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组；所述阵列式空气耦合超声波探头组与所述第二同步触发器连接。

对大面积的封装模块进行在线监测时，单个超声波探头可能不能覆盖整个待检测区域，因此，采用阵列式空气耦合超声波探头组可实现大面积的覆盖。采用所述第二同步触发器可保证多个超声波探头同时工作。

此外，CCD相机阵列与阵列式空气耦合超声波探头组之间可设置第三同步触发器，以保证两者的工作同时触发准确。

所述投影云纹模块用于获得待测封装模块样品的第一翘曲信息；所述超声波模块用于获得待测封装模块样品的第二翘曲信息；所述监测分析模块用于根据所述第一翘曲信息、所述第二翘曲信息获得监测结果信息。

其中，所述监测分析模块包括：数据存储装置、数据分析装置、监测显示装置；所述数据存储装置用于存储来自所述投影云纹模块、所述超声波模块的信息，并传输至所述数据分析装置；所述数据分析装置用于根据所述第一翘曲信息获得翘曲变形信息，用于根据所述第二翘曲信息获得翘曲缺陷信息，用于根据所述翘曲变形信息和所述翘曲缺陷信息获得所述监测结果信息；所述监测显示装置用于对所述监测结果信息进行显示。

具体的，所述数据存储装置采用现有的数据存储器件即可，例如256G固态硬盘+惠普(HP)EX950 1T M.2NVMe PCle SSD固态硬盘X2；所述数据分析装置采用至强W2123处理器，P2000-5G显卡，(内部配置现有的Vic-3D软件)；所述监测显示装置采用现有的显示器件即可，例如戴尔(DELL)2719HS微边框液晶显示器。

需要说明的是，本实用新型提供的是实现封装模块翘曲变形及缺陷的在线监测的装置，是对现有监测装置的结构或组成进行的改进，不涉及具体的分析方法、软件的改进。

由于投影云纹技术对于产品翘曲变形的测量具有较高的精度，因此可在线监测可能存在较大翘曲缺陷的大面积封装模块的翘曲变形测量的过程。由于超声波技术具有响应速度快、检测区域大、可在线监测某些难以接触或禁止接触的被测物体等特点，因此在缺陷表征方面具有较为显著的优势，因而可在线监测大面积封装模块中可能存在较大翘曲缺陷的表征过程。将投影云纹技术与超声波技术进行结合，可进一步对工业生产中的电子器件的翘曲缺陷进行在线监测，提高翘曲缺陷监测的时效性，及时发现不合格的失效器件，为产品生产的工艺流程的质量提升提供有效的动态参考，从而提高电子器件的良品率，降低生产成本。

此外，所述封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置还包括：光学三维测量标定器、平面安置台。所述光学三维测量标定器用于对相机进行内参、外参、高度标定，建立相机之间以及相机与待测封装模块样件之间的空间坐标系。所述待测封装模块样品放置在所述平面安置台上。

具体的，参看图1，所述CCD相机1为多个CCD相机组成的CCD相机阵列，所述光栅投影仪2为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组；所述阵列式空气耦合超声波探头组可分为：发信探头3、收信探头4。待测封装模块样品(例如晶圆或OLED屏幕等)5放置在所述平面安置台上，所述发信探头3位于所述待测封装模块样品5的上方，所述收信探头4位于所述待测封装模块样品5的下方，例如所述收信探头4可设置在所述平面安置台的内部，所述发信探头3、所述收信探头4均垂直于所述待测封装模块样品5。

实施例2：

实施例2提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，参看图2，所述CCD相机1为多个CCD相机组成的CCD相机阵列，所述光栅投影仪2为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组。与实施例1不同的是，实施例2中的探头为发信收信探头3。待测封装模块样品4放置在所述平面安置台上，所述发信收信探头3位于所述待测封装模块样品4的上方，且垂直于所述待测封装模块样品4。

实施例3：

实施例3提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，参看图3，所述CCD相机1为多个CCD相机组成的CCD相机阵列，所述光栅投影仪2为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组；所述阵列式空气耦合超声波探头组可分为：发信探头3、收信探头4。待测封装模块样品5放置在所述平面安置台上，所述发信探头3、所述收信探头4均位于所述待测封装模块样品5的上方，且所述发信探头3、所述收信探头4均与所述待测封装模块样品5成一定的角度。

针对实施例1-实施例3提供的装置，下面给出一个参考参数：(1)可以发射的光栅条纹投影面积为600mm×600mm，频率为50Hz，条纹密度为2-50线可调；(2)图像分辨率为6400万像素，相机帧率为75fps，帧频为6400万像素下采集帧频不低于10fps，视场不小于600mm×600mm，翘曲变形测量分辨率为4微米(600mm×600mm)。

本实用新型实施例提供的一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置至少包括如下技术效果：

本实用新型可对工业生产中的电子器件的翘曲缺陷进行在线监测，提高翘曲缺陷监测的时效性，及时发现不合格的失效器件，为产品生产的工艺流程的质量提升提供有效的动态参考，从而提高电子器件的良品率，降低生产成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，包括：投影云纹模块、超声波模块、监测分析模块；

所述监测分析模块分别与所述投影云纹模块、所述超声波模块相连。

2.根据权利要求1所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，所述投影云纹模块包括：CCD相机、光栅投影仪；

所述光栅投影仪用于投射光栅至待测封装模块样品表面；

所述CCD相机用于对所述待测封装模块样品表面的光栅变化进行连续拍摄采集，获得第一翘曲信息。

3.根据权利要求2所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，所述投影云纹模块还包括：第一同步触发器；

所述CCD相机为多个CCD相机组成的CCD相机阵列；所述CCD相机阵列与所述第一同步触发器连接；

所述光栅投影仪为多个光栅投影仪组成的光栅投影仪阵列。

4.根据权利要求1所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，所述超声波模块包括：空气耦合超声波探头、超声波信号发射接收器、前置放大器；

所述空气耦合超声波探头与所述超声波信号发射接收器连接，所述超声波信号发射接收器与所述前置放大器连接，所述前置放大器与所述监测分析模块连接。

5.根据权利要求4所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，所述超声波模块还包括：第二同步触发器；

所述空气耦合超声波探头为多个空气耦合超声波探头组成的阵列式空气耦合超声波探头组；所述阵列式空气耦合超声波探头组与所述第二同步触发器连接。

6.根据权利要求1所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，所述监测分析模块包括：数据存储装置、数据分析装置、监测显示装置。

7.根据权利要求1所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，还包括：光学三维测量标定器；

所述光学三维测量标定器用于对相机进行内参、外参、高度标定。

8.根据权利要求1所述的封装模块翘曲变形及缺陷立体在线监测装置，其特征在于，还包括：平面安置台；

待测封装模块样品放置在所述平面安置台上。

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