一种自动检测集成电路器件翘曲度的方法及装置与流程

本发明涉及集成电路器件翘曲度检验技术领域，尤其是一种自动检测集成电路器件翘曲度的方法及装置。

背景技术：

在现代电子制造业中，电子元器件的制造过程和集成电路的封装过程，不可避免的要使用到化学加工、机械加工、热加工等加工成型、表面处理等工艺制造手段；在封装过程中，大到各种类型的基板，小到裸芯片的不同种类器件之间需要使用胶结或焊接等不同的工艺封装方式。因此在电子元器件的制造过程和集成电路的封装过程，将大量的机械应力、温度应力和材料配备应力等引入电子元器件中，造成元器件的变形失效，进而严重影响了集成电路的功能实现。

随着电子行业的飞速发展，大规模集成电路中的器件的微小型化是发展的必然趋势，集成电路产品的微型化和大规模化就意味着元器件密度更高。对高密度器件的进行局部手工测量器件变形是无法满足制造需求又是明显无法实施的。在这样的现状面前，如何及时、高效得发现集成电路产品中封装前后元器件由应力变形等失效情况是实现高可靠、高一致、高效率制造集成电路产品的重要保障。通常的检测设备是无法快速直接对即将封装和封装完成的元器件中的残余应力进行检测表征。但是，应力的释放途径是材料的变形，可以通过测量元器件的变形翘曲度可以判断该元器件是否存在变形，从而判定是否为失效件。因此，在高端集成电路制造领域急需能无损检测和表征电子元器件翘曲度的自动检测翘曲度的方法，高效快速的实现对集成电路自动化生产用物料和集成电路产品的失效变形的检测及判定，从而提高产品的成品率和可靠性。目前的自动检测方法中，没有针对电气元器件翘曲度的自动化方法，只有在产品出现问题时才进行质量问题追溯，查找原因，此时产品已经完成，只能报废，浪费了大量的人力和物力。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种能无损检测和表征电子元器件翘曲度的自动检测翘曲度，高效快速的实现对集成电路自动化生产用物料和集成电路产品的失效变形的检测及判定，从而提高产品的成品率和可靠性的自动检测集成电路器件翘曲度的方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种自动检测集成电路器件翘曲度的方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）获取器件的表面特征图像Fig0，在器件的表面特征图像Fig0上截取待测区域F0作为翘曲度对比所用的标准区域图Fig_F0；

（2）提取待测器件的表面特征图像Fig1、Fig2、……FigN，逐个识别待测区域F1 、F2 、……Fn；

（3）对识别到的待测区域进行翘曲量扫描并计算翘曲度数值γ；

（4）将计算得到的翘曲度数值γ与设定的翘曲度标准值L进行比对，并计算容差；若待测器件计算得到的容差在设定的容差差值S的范围内，则判定该待测器件或集成电路产品为合格，否则，为不合格。

在步骤（1）中，将多个集成电路器件或集成电路成品置于夹持工装上，传送导轨将夹持工装传送到载物台上；令白光光源产生光线，通过干涉显微镜照射到夹持工装上其中一只元器件表面，通过显示输出系统调节待测区域灰度，运用图像处理系统采集接收到的元器件反射的光信号，生成器件的表面特征图像Fig0，并由信号处理系统存储起来；设置白光光源、干涉显微镜和图像处理系统，在表面特征图像Fig0上搜索待测区域，并在表面特征图像Fig0上截取待测区域F0作为翘曲度对比所用的标准区域图Fig_F0，存入信号处理系统。

在步骤（2）中，启动载物台上的传送导轨，将待测的夹持工装逐个放置在干涉显微镜的下方；由图像处理系统将图像信号转换生成对应的器件的表面特征图像FigN，N取1至n，并传递并储存至信号处理系统，其中，第一个待测器件所对应的表面特征图像记为Fig1，第二个待测器件所对应的表面特征图像记为Fig2，以此类推，第n个待测的器件对应的表面特征图像记为FigN；信号处理系统提取图像处理系统传递来的器件的表面特征图像FigN，将白光光源和干涉显微镜移到器件上需要测量的位置并识别待测区域F1 、F2 、……、Fn。

在步骤（3）中，白光光源通过干涉显微镜分成参考光束和测量光束，其中测量光束照射元器件表面，在表面形成反射再次通过干涉显微镜与参考光束形成干涉图像；该图像被图像处理系统采集，信号处理系统对采集的图像进行计算，显示输出系统显示照射区域的翘曲图像和数据，逐个进行扫描获得第N个器件的待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲量并测算该区域翘曲度，获得翘曲度数值，依次为第N器件的第一扫描位置的翘曲度数值γ1、第二扫描位置的翘曲度数值γ2、……、第n扫描位置的翘曲度数值γn；上述n个区域扫描位置的翘曲度数值γ1、γ2、……γn存储在信号处理系统中等待调用；信号处理系统中按预设程序，设定待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲度标准值L1、 L2、……Ln以及容差差值±S1、±S1、……±Sn。

在步骤（4）中，智能判定系统将器件上待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲度数值γ1、γ2、……γn与系统设定的翘曲度标准值L1、 L2、……Ln进行比对，若容差差值小于设定的容差差值±S1、 ±S1、……±Sn，则判定该处区域为合格，否则判定为不合格；器件盒中或集成电路中的所有待测元器件的待判定的位置翘曲度全部合格，则判定该器件或集成电路产品合格，否则，判定该器件或集成电路产品不合格。

所述信号处理系统寻找设定元器件或集成电路成品上多个需要测量翘曲度的待测区域F1 、F2 、……、Fn的方法如下：在元器件的表面特征图像FigN中预设需寻找的待测区域F1的图像搜索区FigF1，对待测区域F1进行相似图像对比定位，得到待测元器件或集成电路成品上需要测量翘曲度的待测区域F1，并通过此方法依次获取元器件或集成电路成品上多个需要测量翘曲度的待测区域F1、F2 、F3 、……、Fn。

本发明的另一目的在于提供一种自动检测集成电路器件翘曲度的装置，包括载物台，其上安装用于传送夹持工装的传送导轨，所述夹持工装上夹持多个电子元器件或集成电路产品，夹持工装的正上方设置用于采集器件表面翘曲量图像的白光扫描干涉测量系统，白光扫描干涉测量系统的第一信号输出端与用于对器件表面翘曲量图像进行数据提取和存储的信号处理系统的信号输入端相连，信号处理系统的信号输出端与用于对信号处理系统生成的数据特征进行判定的智能判定系统的信号输入端相连，智能判定系统的信号输出端、白光扫描干涉测量系统的第二信号输出端分别与显示输出系统的第一信号输入端和第二信号输入端相连。

所述白光扫描干涉测量系统由干涉显微镜、白光光源和图像处理系统组成，所述干涉显微镜位于夹持工装的正上方，所述白光光源位于干涉显微镜和图像处理系统之间，图像处理系统的信号输出端与白光光源的控制端相连，所述图像处理系统的输出端作为白光扫描干涉测量系统的输出端，所述图像处理系统内设有CCD图像传感器。

所述信号处理系统和智能判定系统均内置于计算机内，所述信号处理系统内设一个存储单元。

由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，本发明利用自动化机器识别技术对待测区域进行识别定位，再利用白光扫描干涉技术对待测区域进行扫描并进行翘曲量测量并计算翘曲度，最后通过比对系统中预设的元器件待测范围的翘曲度数值是否满足设定容差阈值来判定元器件来料是否合格和集成电路成品是否达到制造要求，整个过程无需人工操作，能够有效得自动判定电子元器件或集成电路产品是否合格，有利于快速高效地排查出在军品级、宇航级等可靠性要求苛刻的集成电路产品自动化制造过程中出现的产品质量问题；第二，本发明能够快速高效对批量电子元器件上需要测试的区域进行识别定位并测试翘曲量，计算出翘曲度数据，判定该器件是否符合来料封装要求和集成电路产品是否合格，不仅能在集成电路制造之前发现来料问题，剔除不符合要求的器件，而且能在集成电路制造完毕后检查产品的质量隐患，及时返工，大大提高了产品的成品率和可靠性，节约大量资金和人力。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是一种LTCC低温共烧陶瓷与AlSi合金基板焊接在一起的示意图；

图3是待测区域F1的翘曲量扫描图和数据；

图4是待测区域F2的翘曲量扫描图和数据；

图5是用测得的翘曲量计算得出翘曲度的原理示意图；

图6是不同合金成分的AlSi基板与LTCC焊接后待测区域F1和F2的翘曲度数据统计示意图；

图7是对不同产品的平均翘曲度进行统计的示意图；

图8是本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图8所示，一种自动检测集成电路器件翘曲度的方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）获取器件的表面特征图像Fig0，在器件的表面特征图像Fig0上截取待测区域F0作为翘曲度对比所用的标准区域图Fig_F0；

（2）提取待测器件的表面特征图像Fig1、Fig2、……FigN，逐个识别待测区域F1 、F2 、……Fn；

（3）对识别到的待测区域进行翘曲量扫描并计算翘曲度数值γ；

（4）将计算得到的翘曲度数值γ与设定的翘曲度标准值L进行比对，并计算容差；若待测器件计算得到的容差在设定的容差差值S的范围内，则判定该待测器件或集成电路产品为合格，否则，为不合格。

如图8所示，在步骤（1）中，将多个集成电路器件或集成电路成品置于夹持工装上，传送导轨将夹持工装传送到载物台上；令白光光源产生光线，通过干涉显微镜照射到夹持工装上其中一只元器件表面，通过显示输出系统调节待测区域灰度，运用图像处理系统采集接收到的元器件反射的光信号，生成器件的表面特征图像Fig0，并由信号处理系统存储起来；设置白光光源、干涉显微镜和图像处理系统，在表面特征图像Fig0上搜索待测区域，并在表面特征图像Fig0上截取待测区域F0作为翘曲度对比所用的标准区域图Fig_F0，存入信号处理系统。

如图8所示，在步骤（2）中，启动载物台上的传送导轨，将待测的夹持工装逐个放置在干涉显微镜的下方；由图像处理系统将图像信号转换生成对应的器件的表面特征图像FigN，N取1至n，并传递并储存至信号处理系统，其中，第一个待测器件所对应的表面特征图像记为Fig1，第二个待测器件所对应的表面特征图像记为Fig2，以此类推，第n个待测的器件对应的表面特征图像记为FigN；信号处理系统提取图像处理系统传递来的器件的表面特征图像FigN，将白光光源和干涉显微镜移到器件上需要测量的位置并识别待测区域F1 、F2 、……、Fn。

如图8所示，在步骤（3）中，白光光源通过干涉显微镜分成参考光束和测量光束，其中测量光束照射元器件表面，在表面形成反射再次通过干涉显微镜与参考光束形成干涉图像；该图像被图像处理系统采集，信号处理系统对采集的图像进行计算，显示输出系统显示照射区域的翘曲图像和数据，逐个进行扫描获得第N个器件的待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲量并测算该区域翘曲度，获得翘曲度数值，依次为第N器件的第一扫描位置的翘曲度数值γ1、第二扫描位置的翘曲度数值γ2、……、第n扫描位置的翘曲度数值γn；上述n个区域扫描位置的翘曲度数值γ1、γ2、……γn存储在信号处理系统中等待调用；信号处理系统中按预设程序，设定待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲度标准值L1、 L2、……Ln以及容差差值±S1、±S1、……±Sn。

如图8所示，所述信号处理系统寻找设定元器件或集成电路成品上多个需要测量翘曲度的待测区域F1 、F2 、……、Fn的方法如下：在元器件的表面特征图像FigN中预设需寻找的待测区域F1的图像搜索区FigF1，对待测区域F1进行相似图像对比定位，得到待测元器件或集成电路成品上需要测量翘曲度的待测区域F1，并通过此方法依次获取元器件或集成电路成品上多个需要测量翘曲度的待测区域F1、F2 、F3 、……、Fn。

如图8所示，在步骤（4）中，智能判定系统将器件上待测区域F1 、F2 、……、Fn的翘曲度数值γ1、γ2、……γn与系统设定的翘曲度标准值L1、 L2、……Ln进行比对，若容差差值小于设定的容差差值±S1、 ±S1、……±Sn，则判定该处区域为合格，否则判定为不合格；器件盒中或集成电路中的所有待测元器件的待判定的位置翘曲度全部合格，则判定该器件或集成电路产品合格，否则，判定该器件或集成电路产品不合格。

如图1所示，本装置包括载物台，其上安装用于传送夹持工装的传送导轨，所述夹持工装上夹持多个电子元器件或集成电路产品，夹持工装的正上方设置用于采集器件表面翘曲量图像的白光扫描干涉测量系统，白光扫描干涉测量系统的第一信号输出端与用于对器件表面翘曲量图像进行数据提取和存储的信号处理系统的信号输入端相连，信号处理系统的信号输出端与用于对信号处理系统生成的数据特征进行判定的智能判定系统的信号输入端相连，智能判定系统的信号输出端、白光扫描干涉测量系统的第二信号输出端分别与显示输出系统的第一信号输入端和第二信号输入端相连。显示输出系统含有显示器，负责显示图像处理系统所成像、信号处理系统的数据处理结果、智能判定系统的数据特征比较结果。

如图1所示，所述白光扫描干涉测量系统由干涉显微镜、白光光源和图像处理系统组成，所述干涉显微镜位于夹持工装的正上方，所述白光光源位于干涉显微镜和图像处理系统之间，图像处理系统的信号输出端与白光光源的控制端相连，所述图像处理系统的输出端作为白光扫描干涉测量系统的输出端，所述图像处理系统内设有CCD图像传感器。所述信号处理系统和智能判定系统均内置于计算机内，所述信号处理系统内设一个存储单元。

如图1所示，载物台的上方设有传送带，可逐个连续移动多个夹持工装进入白光光源和干涉显微镜的可拍摄范围。夹持工装的材质为合金或塑料，夹持工装上设有多个阵列式排布的空腔，可装载多个元器件或者集成电路成品以供快速批量测量。白光光源和干涉显微镜可在系统驱动下沿X、Y和Z三轴方向运动，可以将光源聚焦在任何需要测量的区域，从而获得清晰的区域图像。显示输出系统与图像处理系统、信号处理系统、智能判定系统连接，并可以实时显示图像处理系统所成图像、信号处理系统所抓取并测量的结果、智能判定系统判定元器件或集成电路成品是否合格的结果。

如图1所示，干涉显微镜和图像处理系统可以对元器件整体或局部进行翘曲度扫描计算，且不受元器件大小和形状限制，可以肉眼进行图像和数据比对或通过和智能判定系统比对，在进入生产线前可以首先判定来料质量，翘曲度是否符合要求，在进入生产线之后可以对元器件安装完毕的集成电路产品进行质量检测，再次判定是否合格。

图2中虚线区域为翘曲度待测区域F1和F2；白光光源发射白光分别照射在待测区域F1和F2，通过干涉显微镜进行翘曲度的测量。

图3是待测区域F1的翘曲量扫描图和数据，设备通过扫描待测区域，从而获得该区域的3D位置情况，主要是扫描出Z轴方向相对基准面的高度变化ΔZ，并计算出变化最大的变量值，即为待测区域F1的翘曲量h1。

图4是待测区域F2的翘曲量扫描图和数据，设备通过扫描待测区域，从而获得该区域的3D位置情况，主要是扫描出Z轴方向相对基准面的高度变化，并计算出变化最大的变量值，即为F2翘曲量h2。

图5是用测得的翘曲量计算得出翘曲度的原理示意图；利用装置获得翘曲量h的直接数据，通过计算翘曲度公式：γ=h/L来获得待测区域的翘曲度。

图6是不同合金成分的AlSi基板与LTCC焊接后待测区域F1和F2的翘曲度数据统计示意图；提取设备中翘曲度的数据，通过容差比对，可以对元器件来料质量和产品生产质量进行显示和控制。

图7是对不同产品的平均翘曲度进行统计，提取设备中的翘曲度数据，可以掌握不同产品的生产质量和翘曲特点。

综上所述，本发明利用自动化机器识别技术对待测区域进行识别定位，再利用白光扫描干涉技术对待测区域进行扫描并进行翘曲量测量并计算翘曲度，最后通过比对系统中预设的元器件待测范围的翘曲度数值是否满足设定容差阈值来判定元器件来料是否合格和集成电路成品是否达到制造要求，整个过程无需人工操作，能够有效得自动判定电子元器件或集成电路产品是否合格。