专利名称：基于光热成像的微电子封装工艺质量检测装置及方法
技术领域：
本发明属于微电子封装领域，更具体地，涉及一种基于光热成像的微电子封装工艺质量检测装置及方法。
背景技术：
三维微电子封装技术，即立体电子封装技术，是在二维平面电子封装的基础上进一步向空间发展的更高密度电子封装，该技术可以使相应的电子系统功能更多、性能更好、可靠性更高，同时成本更低。其中，硅通孔技术作为三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新技术解决方案，具有如下显著优点芯片在三维方向的堆叠密度最大、芯片间互连线最短、外形尺寸最小，可以有效地实现三维芯片层叠，制造出结构更复杂、性能更强大、更具成本效率的芯片，成为了目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。 但是，受限于特征尺寸、微孔深宽比等方面的制约，在众多的硅通孔技术路线中尚存在诸多有待解决的工艺问题。尤其在工艺流程的多个阶段进行半成品、成品工艺质量检测，对于提高产品的成品率、识别废品并减少后续无用操作、降低生产成本等方面至关重要。类似的问题同样存在于二维倒装芯片封装、晶圆级封装以及基于嵌入主动元件和被动元件的系统级封装。例如，在晶圆上进行隆起铜柱焊盘操作之前需要制作上千的盲孔，这些盲孔的尺寸、深度、孔内残渣都需要测量或检测，以保证后续工艺的顺利进行。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以对基于光热成像的微电子封装工艺质量进行检测评估的检测装置。为实现上述目的，本发明提供了一种基于光热成像的图像获取装置，包括支架横梁、平动电机、成像探头、光发射器；平动电机固定于横梁的下侧面，成像探头垂直固定于平动电机中的移动块；光发射器通过可调连接件连接至所述移动块，通过调节可调连接件使其发射的光经试样反射后进入成像探头；所述平动电机中的移动块用于拖动光发射器和成像探头在试样的正上方做径向运动；所述光发射器用于发射光至试样的上表面；所述成像探头用于对试样上表面的反射光进行成像。本发明还提供了一种基于光热成像的图像获取装置，包括支架横梁、平动电机、成像探头、半透半反棱镜、光发射器；平动电机固定于横梁的下侧面，成像探头垂直固定于平动电机中的移动块；半透半反棱镜位于成像探头的前端；所述光发射器与所述半透半反棱镜位于同一平面；所述平动电机中的移动块用于拖动成像探头在试样的正上方做径向运动；所述光发射器用于给所述半透半反棱镜提供光源；所述半透半反棱镜用于使得经所述半透半反棱镜的光垂直入射至试样的上表面；所述成像探头用于对试样上表面的反射光进行成像。更进一步地，所述成像探头包括通过螺栓连接的成像传感器和成像镜头，所述成像镜头根据不同的试样配置；所述成像传感器用于获取光图像或热图像。
更进一步地，所述图像获取装置还包括位于所述光发射器的前端，用于对所述光发射器发射的光进行滤波和校准的光学元件。更进一步地，所述光发射器为激光发射器或红外光发射器。本发明还提供了一种基于光热成像的微电子封装工艺质量的检测装置，包括图像获取装置、工作台、控制装置及数据处理装置；所述图像获取装置为上述的图像获取装置，用于通过成像探头对试样上表面扫描并获取光图像和热图像数据；工作台，用于放置试样；控制装置，用于控制所述试样做匀速旋转运动；数据处理装置，用于对所述图像获取装置获取的光图像和热图像数据进行处理后获得相关系数和均方差统计系数，并将所述相关系数和均方差统计系数与预设的阈值进行比较，根据比较结果获得工艺质量评估。更进一步地，所述检测装置还包括位于所述试样的下端，用于对试样的下表面进行加热的射频热辐射加热部件。本发明还提供了一种基于光热成像的微电子封装工艺质量检测方法，包括下述步 骤SI :通过成像探头对试样上表面扫描获取光图像和热图像数据；S2 :根据系统误差相对应的光图像或热图像像素数量确定中心区域的大小；将第一个图像的中心区域在第二个图像内进行相关搜索计算相关系数，相关系数为最大值时所对应的两张图像的重叠部分即为图像子区；所述第一个图像为待测试样的光图像或热图像，所述第二个图像为标准试样或待测试样的同类位置光图像或热图像；S3:根据图像子区计算相关系数和均方差统计系数，相关系数反映了待测试样与标准试样同类位置的相似性；均方差统计系数反映了待测试样的不同位置工艺的稳定性；S4:将所述相关系数和均方差统计系数与预设的阈值进行比较，根据比较结果获得工艺质量评估。更进一步，在步骤S2和S3中，相关系数是根据下述公式计算；
权利要求
1.一种基于光热成像的图像获取装置，其特征在于，包括支架横梁、平动电机、成像探头、光发射器； 平动电机固定于横梁的下侧面，成像探头垂直固定于平动电机中的移动块；光发射器通过可调连接件连接至所述移动块，通过调节可调连接件使其发射的光经试样反射后进入成像探头； 所述平动电机中的移动块用于拖动光发射器和成像探头在试样的正上方做径向运动； 所述光发射器用于发射光至试样的上表面； 所述成像探头用于对试样上表面的反射光进行成像。
2.一种基于光热成像的图像获取装置，其特征在于，包括支架横梁、平动电机、成像探头、半透半反棱镜、光发射器； 平动电机固定于横梁的下侧面，成像探头垂直固定于平动电机中的移动块；半透半反棱镜位于成像探头的前端；所述光发射器与所述半透半反棱镜位于同一平面； 所述平动电机中的移动块用于拖动成像探头在试样的正上方做径向运动； 所述光发射器用于给所述半透半反棱镜提供光源； 所述半透半反棱镜用于使得经所述半透半反棱镜的光垂直入射至试样的上表面； 所述成像探头用于对试样上表面的反射光进行成像。
3.如权利要求I或2所述的图像获取装置，其特征在于，所述成像探头包括通过螺栓连接的成像传感器和成像镜头，所述成像镜头根据不同的试样配置；所述成像传感器用于获取光图像或热图像。
4.如权利要求I或2所述的图像获取装置，其特征在于，所述图像获取装置还包括位于所述光发射器的前端，用于对所述光发射器发射的光进行滤波和校准的光学元件。
5.如权利要求I或2所述的图像获取装置，其特征在于，所述光发射器为激光发射器或红外光发射器。
6.一种包括权利要求I或2所述的图像获取装置的基于光热成像的微电子封装工艺质量的检测装置，还包括工作台、控制装置及数据处理装置； 工作台，用于放置试样； 控制装置，用于控制所述试样做匀速旋转运动； 图像获取装置，用于通过成像探头对试样上表面扫描并获取光图像和热图像数据； 数据处理装置，用于对所述图像获取装置获取的光图像和热图像数据进行处理后获得相关系数和均方差统计系数，并将所述相关系数和均方差统计系数与预设的阈值进行比较，根据比较结果获得工艺质量评估。
7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括位于所述试样的下端，用于对试样的下表面进行加热的射频热辐射加热部件。
8.一种基于光热成像的微电子封装工艺质量检测方法，其特征在于，包括下述步骤 51:通过成像探头对试样上表面扫描获取光图像和热图像数据； 52:根据系统误差相对应的光图像或热图像像素数量确定中心区域的大小；将第一个图像的中心区域在第二个图像内进行相关搜索计算相关系数，相关系数为最大值时所对应的两张图像的重叠部分即为图像子区；所述第一个图像为待测试样的光图像或热图像，所述第二个图像为标准试样或待测试样的同类位置光图像或热图像； S3:根据图像子区计算相关系数和均方差统计系数； S4:将所述相关系数和均方差统计系数与预设的阈值进行比较，根据比较结果获得工艺质量评估。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，在步骤S2和S3中，相关系数是根据下述公式计算；
10.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，在步骤S4中，阈值的大小是根据系统标定和工艺要求高低来设定的。
全文摘要
本发明公开了一种基于光热成像的微电子封装工艺质量检测装置，包括图像获取装置、工作台、控制装置及数据处理装置；其中图像获取装置包括支架横梁、平动电机、成像探头、光发射器；平动电机固定于横梁的下侧面，成像探头垂直固定于平动电机中的移动块；光发射器通过可调连接件连接至所述移动块，通过调节可调连接件使其发射的光经试样反射后进入成像探头；数据处理装置用于对所述图像获取装置获取的光图像和热图像数据进行处理后获得相关系数和均方差统计系数，并将所述相关系数和均方差统计系数与预设的阈值进行比较，根据比较结果获得工艺质量评估。本发明可以实现残渣颗粒和空洞识别、材质识别及微孔深度测量，检测评估更可靠。
文档编号G01B11/00GK102901445SQ201210366219
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者刘胜, 戴宜全, 甘志银, 王小平 申请人:华中科技大学, 武汉飞恩微电子有限公司