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CN110849918B - 一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法和系统 - Google Patents

一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法和系统 Download PDF

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CN110849918B CN201911055493.8A CN201911055493A CN110849918B CN 110849918 B CN110849918 B CN 110849918B CN 201911055493 A CN201911055493 A CN 201911055493A CN 110849918 B CN110849918 B CN 110849918B
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Abstract

一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，包括如下步骤：步骤1、将填充底部填充胶后的倒装焊器件固定在载物台上；步骤2、将载物台放置在光源和探测器之间，调整载物台位置，使探测器与光源以及器件位于同一直线上；步骤3、开启光源，通过控制电压及电流的大小对光源发出的X射线进行调节；步骤4、使用探测器对底部填充胶释放的二次射线进行收集并测量，通过图像处理器将收集到的射线信息进行图像转换；步骤5、调整图像的清晰度、灰度以及放大倍数，对照检测示意图进行缺陷类型判定，确定焊点有无缺陷以及缺陷类型。本发明的方法提升高密度倒装焊器件焊点缺陷检测效率，保证倒装焊器件的工艺质量。

Description

一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法和系统
技术领域
本发明涉及一种芯片焊点缺陷的检测方法，具体涉及一种陶封或塑封倒装焊器件焊点缺陷的无损检测方法。
背景技术
倒装焊技术由于在芯片侧采用面阵列排布方式，具有封装密度高、互连距离短、可靠性高等特点，已被广泛应用在军用、宇航用等高性能、高可靠电子封装领域。如图1所示，典型倒装焊封装器件结构包含芯片1、基板2、焊点3以及底部填充胶4。
倒装焊封装器件中，焊点3是最重要的关键部位，焊点的焊接质量直接决定倒装焊器件的质量及长期可靠性，因此必须对焊点的互连工艺质量进行检测，常见的无损检测手段包括焊点影像测量、X射线检测、超声扫描检测等。
焊点影像测量是通过光学手段对焊点形貌进行观察，但仅可对芯片最外围焊点进行观察，分辨率较低，并且无法对芯片内部焊点的缺陷进行检测；X射线检测是焊点缺陷检测的常用技术手段，传统的直射型检测可以较好的对焊点偏移、桥连、缺失进行检测，但是无法对虚焊进行识别。X射线分层检测(CT)可以对焊点形状、虚焊等进行成像，但CT检测缺点是设备昂贵，检测耗时过长；超声扫描检测是利用超声波在不同界面处传播速度不同对缺陷进行检测，常用于底部填充胶的空洞及分层检测，并不适用于直径仅为几十微米的焊点缺陷检测。
综上所述，现有的检测手段均无法较好的满足倒装焊器件焊点缺陷检测需求，因此研发一种可靠的焊点缺陷无损检测方法对于提升倒装焊器件工艺质量及长期可靠性有着极为重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法和系统，可兼容各种不同封装尺寸、不同外壳及焊点材料的倒装焊封装器件，具有无损、缺陷识别度高、检测效率高、缺陷判断简单等特点，可以大大增强倒装焊器件的焊点缺失、焊点偏移，尤其是焊点虚焊的缺陷检测能力，提升高密度倒装焊器件焊点缺陷检测效率，保证倒装焊器件的工艺质量。
本发明所采用的技术方案是：一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，包括如下步骤：
步骤1、将填充底部填充胶后的倒装焊器件固定在载物台上；
步骤2、将载物台放置在光源和探测器之间，调整载物台位置，使探测器与光源以及器件位于同一直线上；
步骤3、开启光源，通过控制电压及电流的大小对光源发出的X射线进行调节；
步骤4、使用探测器对底部填充胶释放的二次射线进行收集并测量，通过图像处理器将收集到的射线信息进行图像转换；
步骤5、调整图像的清晰度、灰度以及放大倍数，对照检测示意图进行缺陷类型判定，确定焊点有无缺陷以及缺陷类型；对一个视窗内的焊点完成检测之后，移动载物台的位置至另一区域进行下一轮检测。
当载物台处于垂直位置时，具备沿X、Y、Z三轴方向移动的功能，倒装焊器件固定时确保芯片面对光源且芯片表面与光源方面垂直。
步骤2中，调整倒装焊器件与光源之间的间距至10mm～20mm，移动倒装焊器件时确保芯片的表面不会触碰到光源的端部。
焊点缺陷类型包括焊点缺失、焊点桥连、焊点偏移、焊点虚焊。
一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测系统，包括载物台、光源、探测器、图像处理器；载物台对倒装焊器件进行固定，载物台能够进行水平和垂直位置调节，当载物台垂直光源发射的光线时，载物台可沿三轴方向进行移动；光源产生X射线，通过控制电压及电流的大小对X射线进行调节，光源能够沿光源方向进行水平移动；进行焊点检测时，载物台位于光源、探测器之间，图像处理器安装在探测器后方，探测器与光源、载物台位于同一直线上，探测器测量X射线经过倒装焊器件后放射出来的二次射线的能量和数量；图像处理器将收集到的射线信息进行图像转换，获得焊点图像，对照检测示意图进行缺陷类型判定，确定焊点有无缺陷以及缺陷类型。
检测时，倒装焊器件与光源之间的间距至10mm～20mm，移动倒装焊器件时确保芯片的表面不会触碰到光源的端部。
焊点缺陷类型包括焊点缺失、焊点桥连、焊点偏移、焊点虚焊。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明利用X射线对倒装焊器件进行缺陷检测，未对倒装焊器件施加电流、温度、电磁等，对器件的各组成部分无损伤。
(2)本发明无需对倒装焊器件进行旋转、倾斜，仅需要调整载物台与光源之间的距离。现有技术在器件旋转、倾斜过程中，会使器件内部通孔、焊盘、焊点等部位的图像重叠，影响缺陷检测的精确度。
(3)本发明对器件进行整体检测，无需对焊点进行逐一检测，可大大提升缺陷的检测效率。
(4)本发明的缺陷检测方法对倒装焊器件整体进行检测，具有无损、缺陷识别度高、检测效率高、缺陷判断简单等特点，可以大大增强倒装焊器件的焊点缺失、焊点偏移，尤其是焊点虚焊的缺陷检测能力。
附图说明
图1为倒装焊器件结构示意图；
图2为倒装焊器件缺陷检测系统的结构示意图；
图3为合格焊点检测示意图；
图4为焊点缺失检测示意图；
图5为焊点桥连检测示意图；
图6为焊点偏移检测示意图；
图7为倒装焊器件焊点虚焊示意图；
图8为焊点虚焊检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细的描述，但并不局限如此，凡事对本发明方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
倒装焊封装器件采用的底部填充胶4以环氧树脂为基底材料，内部填充有细小的、质量百分比达到80％以上的二氧化硅(SiO2)颗粒，颗粒尺寸范围为1.0～5.0μm，该尺寸特性使得在二氧化硅颗粒可填充至倒装焊器件的任意区域，二氧化硅颗粒表面涂覆有对X射线8敏感的荧光物质，该物质在X射线8激励下会放射出二次射线11，该二次射线11具有特定的能量特性和波长特性。
如图2所示，载物台6可以对倒装焊器件进行固定，载物台6垂直与光源8方向，载物台6可水平放置也可以垂直放置，当垂直放置时，器件需要通过粘接的方式固定在载物台上。载物台可沿三轴方向进行移动。
光源7可以产生X射线8，通过控制电压及电流的大小对射线进行调节，光源7可沿光源方向进行水平移动。
探测器9与光源7、载物台6位于同一直线上，可以系统测量放射出来的二次射线11的能量和数量。
图像处理器10可根据探测器9的射线接受情况进行成像，根据图像对器件焊点是否存在缺陷进行判断。
本发明所述的倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，包括步骤如下：
(1)将器件固定在载物台6上，载物台6可通过粘接、夹持等方法对器件进行固定，载物台6既可水平也可以垂直。当载物台6垂直时，应具备沿X、Y、Z三轴方向移动的能力，器件固定时确保芯片1面对光源7且芯片1表面与光源方面垂直；
(2)缓慢移动载物台6，使探测器9与光源7、器件位于同一直线上，调整器件与光源7之间的间距至10mm～20mm，移动器件时确保芯片1的表面不会触碰到光源7的端部；
(3)开启设备光源7，调整X射线8的电压值与电流值大小，典型电压值为100KV，电流值为10μA；
(4)经图像处理器10处理后显示出焊点分布图像，进一步微调器件与光源7之间的间距以及图像灰度，以达到较高的图像清晰度，与检测示意图进行对比明确焊点有无缺陷以及缺陷类型，焊点检测示意如下：
对于合格器件，图像中黑色圆形为焊点3，白色区域为底部填充胶4，焊点3呈现规则圆形且大小基本一致，焊点3的位置与焊点实际分布一致，如图3所示；
对于焊点缺失，由于该位置无焊点3，原焊点3所占空间完全被底部填充胶4占据，使得图像显示为该处呈现白色，如图4所示；
对于焊点桥连，处于相邻位置的焊点3的焊料在中间区域结合，呈现出“带状”连接的结构，并导致原焊点3的焊料体积量减少。因此造成图像中代表焊点3位置的黑色图形面积减小，焊点3的位置可能保持原位也可能向中心发生轻微偏移，如图5所示；
对于焊点偏移，图像会显示出焊点3相较原位置发生明显偏移，如图6所示；
对于焊点虚焊，由于焊点3与焊盘5之间并未充分接触，只有焊点中心部分区域实现焊接，因而造成焊点四周在焊盘上悬空，使得底部填充胶4可以进入焊点3与焊盘5之间未接触的区域，形成虚焊焊点12，如图7所示。在图像上显现为黑色图像面积减小，而且面积越小代表虚焊越严重，如图8所示；
对一个视窗内的焊点完成检测之后，移动载物台6的位置至另一区域即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将填充底部填充胶(4)后的倒装焊器件固定在载物台(6)上；
步骤2、将载物台(6)放置在光源(7)和探测器(9)之间，调整载物台(6)位置，使探测器(9)与光源(7)以及器件位于同一直线上；
步骤3、开启光源(7)，通过控制电压及电流的大小对光源(7)发出的X射线(8)进行调节；
步骤4、使用探测器(9)对底部填充胶(4)释放的二次射线(11)进行收集并测量，通过图像处理器(10)将收集到的射线信息进行图像转换；
步骤5、调整图像的清晰度、灰度以及放大倍数，对照检测示意图进行缺陷类型判定，确定焊点有无缺陷以及缺陷类型；对一个视窗内的焊点完成检测之后，移动载物台(6)的位置至另一区域进行下一轮检测。
2.根据权利要求1所述的一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，其特征在于，当载物台(6)处于垂直位置时，具备沿X、Y、Z三轴方向移动的功能，倒装焊器件固定时确保芯片(1)面对光源(7)且芯片(1)表面与光源(7)垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，其特征在于，步骤2中，调整倒装焊器件与光源(7)之间的间距至10mm～20mm，移动倒装焊器件时确保芯片(1)的表面不会触碰到光源(7)的端部。
4.根据权利要求1或2所述的一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测方法，其特征在于，焊点缺陷类型包括焊点缺失、焊点桥连、焊点偏移、焊点虚焊。
5.一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测系统，其特征在于，包括载物台(6)、光源(7)、探测器(9)、图像处理器(10)；载物台(6)对倒装焊器件进行固定，载物台(6)能够进行水平和垂直位置调节，当载物台(6)垂直光源(7)发射的光线时，载物台(6)可沿三轴方向进行移动；光源(7)产生X射线(8)，通过控制电压及电流的大小对X射线(8)进行调节，光源(7)能够沿光源方向进行水平移动；进行焊点检测时，载物台(6)位于光源(7)、探测器(9)之间，图像处理器(10)安装在探测器(9)后方，探测器(9)与光源(7)、载物台(6)位于同一直线上，探测器(9)测量X射线(8)经过倒装焊器件后由底部填充胶(4)放射出来的二次射线(11)的能量和数量；图像处理器(10)将收集到的射线信息进行图像转换，获得焊点图像，对照检测示意图进行缺陷类型判定，确定焊点有无缺陷以及缺陷类型。
6.根据权利要求5所述的一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测系统，其特征在于，检测时，倒装焊器件与光源(7)之间的间距至10mm～20mm，移动倒装焊器件时确保芯片(1)的表面不会触碰到光源(7)的端部。
7.根据权利要求6所述的一种倒装焊器件焊点缺陷无损检测系统，其特征在于，焊点缺陷类型包括焊点缺失、焊点桥连、焊点偏移、焊点虚焊。
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