专利名称：以波形判断连接失效发生位置的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用波形判断连接失效发生位置的方法，尤指一种将待测件的物理结构波形，比对于样本的物理结构样本波形，即可以判断连接失效位置的方法。
数个组件连接一起组成的系统发生讯号传递问题时，需分析及判断出内部的电子组件的失效区域，用以帮助生产者加强生产流程管制，其分析的方式通常有两种，为将电子组件作非破坏性失效分析及破坏性结构分析；其中非破坏性失效分析是采用外观检验及X-ray分析方法；然而外观检验通常为概略性的观察电子组件外观，无法很正确的了解电子组件连结失效位置，亦无法了解电子封装组件内部的连接失效位置，所以另利用X-ray做非破坏性失效分析；虽然X-ray可做局部细微分析，但通常无法确切了解电子组件连结失效位置，导致无法对此电子组件做进一步深入分析。
另破坏性结构分析则要破坏电子组件的结构，以检验导线是否有暇疵。此方法虽可直接反映破坏的结构区域的状况，但亦可能破坏先前结构良好区域，而导致失效位置判断错误，且不易准确地破坏预定的区域；另对多个不确定区域做破坏工作时，易导致浪费许多时间及资源，所以难以提供生产者了解制程及生产问题。
本发明的主要目的是为了克服上述现有技术的不足之处而提供一种利用波形判断连接失效发生位置的方法；该方法能够在非破坏的情形下，进行组件连接失效分析，并据以判断连接失效位置。
本发明的次要目的是为了提供一种以波形判断连接失效发生位置的方法，既可对数个组件连接一起组成的系统做分析，用以了解系统内组件间连接的问题，并判断连接失效发生位置。
本发明的另一目的是为了提供一种以波形判断连接失效发生位置的方法，既可检验单一组件内部的的连接问题，并可判断出连接失效位置。
本发明的目的可通过如下措施来实现依据前述发明目的，本发明是一种以波形判断连接失效发生位置的方法，该方法是利用时域反射测量器(TDR)的波形能够直接反映互连的物理结构特性，而建立样本的反射波形模型，再测量出待测件的反射波形，并与样本波形模型进行比对，据以判断出组件连接失效发生位置。即一种以波形判断连接失效发生位置的方法，其步骤包括将讯号输入样本，并接收储存该样本的反射波，用以建立样本反射波模型；将讯号输入待测件并记录其反射波讯号；及将该待测件的反射波与该样本的反射波模型比对，即可判断出连接失效发生位置。
上述的讯号为上升或下降极快的方波讯号。
上述的上升或下降极快的方波讯号的上升/下降时间为35ps-200ps的方波。
上述的样本的反射讯号以图形方式储存。
上述的讯号通过时域反射测量器传输至该样本。
上述的讯号通过时域反射测量器传输至该待测件。
上述的讯号输入至该样本及该待测件的位置是与讯号输出至该样本及该待测件的位置相同。
本发明的目的还可通过如下措施来实现一种以波形判断连接失效发生位置的方法，其步骤包括利用时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至样本，且在相同位置接收该样本的反射波并予以储存，用以建立样本反射波模型；将时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至待测件，并在相同位置接收待测件的反射波形讯号，且记录该反射波形讯号；及将该待测件的反射波与该样本的反射波形讯号比对，利用该待测件的反射波的波形出现拐点及其相应的回传时间对应的物理结构的距离或相对距离，即可判断出连接失效发生位置。
上述的讯号输入至该样本及该待测件的位置与讯号输出至该样本及该待测件的位置相同。
上述的上升或下降极快的方波讯号的上升/下降时间为35-200ps的方波。
另TDR发出的方波的上升/下降时间代表的物理意义为分辨率，时间愈短表示分辨率愈高，时间愈长表示分辨率愈低。故在测量封装件(package)问题时因需发现较小尺寸的问题而需使用较高的解析度如为50-100ps；在测量印刷线路板(PCB)问题时因需发现较大尺寸的问题而可使用较低的解析度如为200ps。
本发明的优点在于本发明利用时域反射测量器的波形能够直接反映互连的物理结构特性，即其反射波的时间与互连的物理结构的距离对应，当物理元件不相通时，反射波的波形在此处即上升或下降的拐点且发散；利用该原理对待测件进行非破坏性失效分析，可在非破坏的情形下迅速了解数个相连接组件的情形，并可借由波形清楚判断出连接问题的发生点，再进行单一组件或局部分析，如此即可判断出连接失效发生的正确位置，且容易分析封装组件内部的连接失效位置，所以便于提供生产者了解制程及生产问题，以避免重蹈覆辙；且提高了分析效率。
图12是本发明的第六型态样本侧视图；图13是本发明的第四待测件侧视图；图14是本发明的检验连接导线的时域反射测量器的反射波形图。
因此，即可对数个组件连接一起的系统做分析，用以了解系统内的组件连接问题，并判断连接失效发生位置。如图2所示，将印刷电路板10视为第一型态样本20；图3所示，当锡球11焊接在印刷电路板10视为第二型态样本21；图4所示，基板12、锡球11和印刷电路板10依序焊接连接视为第三型态样本22；利用时域反射测量器的信号产生器2发出上升或下降时间极短如120ps的方波讯号，且输入至第一型态样本20的印刷电路板10的导线上，此时时域反射测量器的示波器1在讯号输入位置同时接收第一型态样本20的反射波10a参照图7，且将其记录储存；并以相同的方法测量第二型态样本21及第三型态样本22的反射波形，其中第一型态样本的反射波10a设定为粉红色线、第二型态样本的反射波11a设定为绿色线及第三型态样本的反射波12a设定为蓝色线；此外再依上述步骤测量待测件的反射波并记录如图7所示，其测得第一待测件23的反射波13a浅蓝色线，此时可发现第一型态样20本的反射波10a粉红色线与第一待测件23的反射波13a浅蓝色线重叠，如此即可知第一待测件23只有印刷电路板10的反射波，故可判断第一待测件23在锡球11与印刷电路板10间有连接失效发生，此亦吻合于第一待测件23参照图5的锡球11未焊接于印刷电路板10上；另，测量第二待测件24参照如图6，同时记录其第二待测件24的反射波形14a于图7，此时可发现第二型态样本21的反射波11a绿色线与第二待测件24的反射波14a紫色线重叠，借此可知第二待测件24没有基板12的反射波，借此可判断锡球11与基板12间有连接失效发生，如此亦吻合第二待测件24如图6所示的锡球11未焊接于基板12上，另可借由待测件的反射波形(图未示)重叠于图7合格品的第三型态样本22的反射波12a黑色线，据此可判断出锡球11焊接在印刷电路板10与基板12间，所以借由反射波形可判断待测件系统内的组件间是否连接失效，且可利用该待测件的反射波的波形出现拐点及其相应的回传时间对应的物理结构的距离进一步判断其连接失效发生位置。
其中，请参阅如图7，可进一步了解到纵轴是为电压值voltage，横轴是为时间单位Times，且借由第一型态的反射波10a至第三型态的反射波形12a可知，第一型态样本20的反射波10a是最早开始大幅向上爬升至最高点，并在此爬升点设置第一标记13，第三型态样本22的反射波形12a是最晚开始大幅向上爬升至最高点，并在此爬升点设置第三标记15，而第二型态样本21的反射波形11a的开始大幅向上爬升至最高的时间点设置第二标记14，该第二标记14是介于第一标记13及第三标记15的时间点间，据此可知第三型态样本22是为印刷电路板10、锡球11和基板12依序接合，所以反射波回传的时间亦依序累加，而有较长的反射波回传时间。第一型态样本20只有印刷电路板10，所以亦只有印刷电路板10的反射波10a讯号回传时间，且每一型态样本的讯号输出入位置是相对应，所以每一型态样本的相同组件的回传时间亦相同，以致于第一型态样本20的反射波10a及第二型态样本21的反射波11a皆有与第三型态样本22的反射波12a相叠合部分，当待测件的反射波形显示于图7时，即可借由待测件的反射波回传时间及该反射波开始大幅向上爬升的时间点对应于型态样本的反射波模型，即可判断连接失效发生位置，并可借由标记13、14、15的设置，快速地判断连接失效发生位置。
另一实施例是可检验单一组件内的连接状况，例如封装组件，并可利用辅助夹具连接在封装组件的连接点(图未示)，以利于时域反射测量器测量其组件的反射波，如此即可将其反射波形记录如于图11，并借以判断连接失效发生位置。首先利用时域反射测量器测量并建立如图8所示的第四样本型态25的基板12的反射波15a蓝色线及如图9所示的第五样本型态26为基板12、覆晶凸块16及芯片17依序焊接良好的反射波16a绿色线如图11，另测量第三待测件27如图10所示的反射波17a黑色线，并将第三待测件27的反射波17a黑色线比对于样本的反射波形15a，16a，既可发现第三待测件27的反射波形17a的开始大幅向上爬升至最高的时间点位于第四型态样本25的反射波形15a及第五型态样本26的反射波形16a的大幅向上爬升至最高的时间点间，如此可借由反射波回传至时域反射测量器的时间观察出第三待测件27如图10所示有基板12的反射波，但无芯片17的反射波，据此既可判断第三持测件27的连接失效位置是为覆晶凸块16，且吻合在第三待测件27如图10所示的覆晶凸块16未焊接于芯片17上。
在一般情况下，对第一、二待测件的测量只要能判断其失效是发生在印刷电路板10、锡球11及基板12何者之上即可；对第三待测件的测量只要判断其失效是发生在基板12、覆晶凸块16及芯片17何者之上即可，并不一定要找出其确切的物理结构的详细距离位置。
当然，本发明的方法的进一步特点是能够找出失效发生的具体位置。具体找出失效位置的原理为利用待测件的反射波的波形出现拐点及其相应的回传时间对应的物理结构的距离，即可判断出连接失效发生位置。其原理为由单一组件或多个组件的结构与介电层的材质特性决定了时域反射测量器的讯号及其反射波在其上的传递速度，再根据连接失效发生处回传的相对时间，即拐点处的反射波回传至时域反射测量器的时间，此时间为时域反射测量器的讯号在物理结构的参考基准位置至失效发生处的物理结构上的传递时间的两倍，然后以下式计算其物理结构相对距离失效处回传的相对时间/2×传递速度＝失效处物理结构的相对距离。其具体的方法为由波形图的比对找出“相对时间”或“相对距离”的“物理结构的参考基准位置”，且该“参考基准”至该失效处的传递速度是唯一，就可用上述公式算出“相对距离”；其中该“物理结构的参考基准位置”可能是测量处，也可能是图7中离开锡球11进入基板12的位置，也可能是图11中进入基板12的位置，或是离开基板12进入覆晶凸块16的位置，主要是根据失效处的波形图与样本波形图比较后，如何选取该“物理结构的参考基准位置”能最有利于失效位置的计算。(2)针对自测量处起至失效处为止的每一不同传递速度的物理结构，利用上述公式分别计算出其相对距离，加总即可得出自测量处起至失效处为止的物理结构距离，以找出线路断开的位置点。
另，可借由本发明进一步检验导线是否正常，其中借由时域反射测量器发出上升或下降时间约为50ps的方波讯号输入至如图12所示的第六型态样本28的正常导线18，并接收及储存其第六型态样本28的反射波形19a如图14所示的蓝色线，用以建立正常导线18的样本反射波模型；另，参照图13，第四待测件29的导线19借由时域反射测量器测量出第四待测件的反射波20a红色线如图14，此时第四待测件29的反射波20a并未完全叠合于第六型态样本28的反射波形19a蓝色线，且该第四待测件29的反射波20a是提早大幅向上爬升，即该待测件29的反射波的波形出现拐点，据此可判断此第四待测件29是为断裂的导线19，且亦吻合图13所示第四待测件29的断裂导线19。同时根据反射波的波形出现拐点及其相应的回传时间对应的物理结构的距离，即可判断出导线断裂的发生位置。其原理为由导线的材质、以及导线所在的介电质的材质特性以及导线的几何断面形状的不同，而决定了时域反射测量器的讯号及其反射波在其上的传递速度，再根据导线断裂发生处回传的相对时间，即拐点处的反射波回传至时域反射测量器的时间，此时间为时域反射测量器的讯号在测量位置至导线断裂处的物理结构上的传递时间的两倍，然后以下式计算其物理结构距离导线断裂处回传的相对时间/2×传递速度＝导线断裂处至测量处的物理结构的距离。
依据以上所述，本发明的以波形判断连接失效发生位置的方法包括以下步骤A、利用时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至样本，且在相同位置接收该样本的反射波并予以储存，用以建立样本反射波模型；B、将时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至待测件，并在相同位置接收待测件的反射波形讯号，且记录该反射波形讯号；及C、将该待测件的反射波与该样本的反射波形讯号比对，即可判断出连接失效发生位置。
惟以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此拘限本发明的专利范围，故举凡运用本发明的说明书及图标内容所为的等效结构变化，均同理皆包含在本发明的范围内，特此声明。
权利要求
1.一种以波形判断连接失效发生位置的方法，其步骤包括将讯号输入样本，并接收储存该样本的反射波，用以建立样本反射波模型；将讯号输入待测件并记录其反射波讯号；及将该待测件的反射波与该样本的反射波模型比对，即可判断出连接失效发生位置。
2.如权利要求1所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的讯号为上升或下降极快的方波讯号。
3.如权利要求2所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的上升或下降极快的方波讯号的上升/下降时间为35ps-200ps的方波。
4.如权利要求1所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的样本的反射讯号以图形方式储存。
5.如权利要求1所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的讯号通过时域反射测量器传输至该样本。
6.如权利要求1所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的讯号通过时域反射测量器传输至该待测件。
7.如权利要求1所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的讯号输入至该样本及该待测件的位置是与讯号输出至该样本及该待测件的位置相同。
8.一种以波形判断连接失效发生位置的方法，其步骤包括利用时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至样本，且在相同位置接收该样本的反射波并予以储存，用以建立样本反射波模型；将时域反射测量器发出上升或下降极快的方波讯号输入至待测件，并在相同位置接收待测件的反射波形讯号，且记录该反射波形讯号；及将该待测件的反射波与该样本的反射波形讯号比对，利用该待测件的反射波的波形出现拐点及其相应的回传时间对应的物理结构的距离或相对距离，即可判断出连接失效发生位置。
9.如权利要求8所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的讯号输入至该样本及该待测件的位置与讯号输出至该样本及该待测件的位置相同。
10.如权利要求8所述的以波形判断连接失效发生位置的方法，其特征在于所述的上升或下降极快的方波讯号的上升/下降时间为35-200ps的方波。
全文摘要
本发明涉及一种以波形判断连接失效发生位置的方法，能够以非破坏的方式判断出组件连接失效区域并加以分析，该方法是利用时域反射测量器测量样本的反射波形，并记录储存的，再测量待测件的反射波形且记录的，并比对待测件及样本的反射波形，借此既可判断待测件内的连接失效位置，以提供生产者了解其制程及生产问题。
文档编号G01R31/28GK1479109SQ0214150
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月30日 优先权日2002年8月30日
发明者徐鑫洲 申请人:威盛电子股份有限公司