专利名称：集成电路红外显微无损检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于非接触式红外显微无损检测及红外图像处理技术领域，特别是一种能够对大规模集成电路进行故障区域诊断的红外显微无损检测仪。
背景技术：
集成电路故障诊断和引线焊接质量的无损检测方法一直是大家所关心的问题。目前国内外传统检查缺陷的方法是用机械力推(或拉)动测试和局部引脚通电测试，但它已不适应输入/输出端点多达几百个以上，引线间距小于0. Imm的集成电路引线焊接质量的检测，且检测为破坏性，不足之处显而易见。尤其是现在的集成电路其集成化已经非常的高，内部元器件密度非常大且引脚更加紧密。在现有的技术方法中有一种激光扫描声学显微镜(简称SLAM)可作为一种超声无损检测技术，由于能给出被测物体内部结构的声显微图像，反映出被测物体的机械弹性参数分布，在一些模拟性试验中可以发现集成电路焊接质量缺陷。但是在实际测量中需要根据被测对象选择合造的声波入射角、声换能器输入功率等条件，以满足检测要求，实际应用中还存在缺陷图像失效的情况。
发明内容
针对背景技术中现有技术的不足与局限，本发明提出了一种新型集成电路缺陷诊断设备——集成电路红外显微无损检测仪。该设备可以通过检测出集成电路的热辐射分布，并用独特设计的阵列式红外显微镜头对热辐射分布实时拍摄，获取集成电路的详细局部热分布红外显微图像，再通过后续的红外热像的预处理技术发现集成电路中存在缺陷的具体部位。本发明提出的集成电路红外显微无损检测仪，包含三个模块红外热辐射采集模块、红外显微热像采集模块和红外热像预处理模块。红外热辐射采集模块从辐射源开始包括待检测集成电路、红外准直透镜组和矩形光阑；红外显微热像采集模块包括红外显微镜头阵列、成像透镜、红外热像仪(采用高分辨率焦平面阵列探测器)和处理电路；红外热像预处理模块包括图像存储与处理，红外热像预处理模块的任务由计算机完成。所述的红外准直透镜组由两个红外透镜组成，直径为102mm，两个透镜具有相同的焦距，且两个镜头间距离为两倍焦距，经准直后红外辐射近似平行。所述的矩形光阑，其矩形孔的大小可实时调节，根据被测集成电路的大小来实时手动确定孔的大小。因此可保证后方系统得到的信息来自于集成电路部分。所述的红外显微镜头阵列，创新性设计了辐射量采集镜头，规模较大的集成电路难以用单镜头对其完全成像，不能保证所成像携带集成电路信息的完整性。设计的红外显微镜头阵列为12X12分布，单个小显微镜头直径尺寸在8mm，单镜头紧密排列，集成电路各个区域的辐射信息会被单镜头分别获得，可保证获得详细的区域信息，所述的单个显微镜头为红外镜片，可接收红外辐射信息，有效孔径为79. 5mm，单透镜间距为1mm，整个阵列由前方矩形光阑的大小确定实际有效的个数。在红外显微镜头阵列的后方设计有一个用于成像的透镜，成像透镜为红外透镜， 透镜直径为100mm，可将前方显微镜头阵列采集到的信息整体成像到该透镜后方的焦平面上，该透镜后面的焦平面处为红外探测器。所述的高分辨率红外热像仪，内部采用的红外探测器为640X480的焦平面阵列， 可实现高分辨率成像。显微镜头阵列、成像透镜及红外探测器集成在一起，组成集成电路红外显微无损检测仪的红外成像模块。所述的红外热像预处理模块中的图像预处理包括红外图像灰度化处理、灰度图像平滑去噪、边缘检测，最后进行边缘的特征提取，得到缺陷部位的边缘信息。本发明的优点和积极效果本发明设计了一种显微镜头阵列，创新性地采用 12X12阵列式显微镜头，组成阵列的单个镜头可分别采集集成电路各个区域的辐射信息， 这样可以分区域提取集成电路内部详细的红外辐射信息。对集成电路的显微红外辐射进行热成像，热像中会包含电路内部的缺陷信息，经计算机图像的预处理后可以得到集成电路内部的辐射分布，缺陷处会有明显轮廓差异体现，可以完成大规模集成电路的无损缺陷检测。整个检测过程不会破坏原有集成电路，属于无损检测范畴。在工业生产及仪器维修方便会起到很大的帮助作用。
图1检测仪辐射采集光路。图2检测仪工作模块结构图。图3工作原理框图。图释11待测集成电路，12准直透镜组，13矩形光阑，14红外显微透镜阵列，15成像透镜，16成像透镜焦平面，17红外热像仪。下面结合附图进一步说明本发明的具体内容。
具体实施例方式实施例如图1和图2所示，本发明集成电路红外显微无损检测仪，包含三个模块红外热辐射采集模块、红外显微热像采集模块和红外热像预处理模块。红外热辐射采集模块从辐射源开始包括待检测集成电路11、红外准直透镜组12和矩形光阑13 ；红外显微热像采集模块包括红外显微镜头阵列14、成像透镜15、红外热像仪17 (内部采用高分辨率红外探测器)和处理电路；红外热像预处理模块包括图像存储与处理，红外热像预处理模块的任务由计算机完成。检测原理在检查前，要对集成芯片进行预处理，目的是为了让集成芯片内部的电路产生一个实时的温差变化，这样可以保证正常区域和缺陷部位的热辐射存在一个差异，辐射信息的差异可使成像效果会更好。这里采用的方法是局部通电法，选用Voo和Vcc两个管脚，接通低压电源，电压值低于集成芯片额定电压。通电后缺陷部位的电阻会发生变化，电阻的变化会导致该部位热分布有变化，与正常区域的发热量会有差异。之后，该集成电路的热辐射依次通过红外准直透镜组，对红外辐射进行准直，准直后通过矩形光阑，矩形光阑空的大小可以根据所测集成电路的实际尺寸进行自动的调整， 保证透过的辐射来自于集成芯片，排除外界辐射的干扰。红外显微镜头阵列接收集成电路各区域的辐射，可以获得各个区域更为细微的辐射信息。镜头阵列后方的采集镜头可将接收到的辐射信息成像到透镜的焦平面上，即红外热像仪所在位置。再之后，热辐射会进入到红外热像仪的探测器上，这里采用640X480高分辨率阵列式探测器，可是实现精细部位的成像。集成电路的热辐射经准直透镜组和红外显微光学系统后会直接到达红外热像仪的探测器上面，将辐射信息经处理后成像，形成集成电路的辐射红外热像图并进行图像的存储。热像会保存在存储模块中，存储的图像经计算机调用会进行图像的预处理，图像的预处理模块包括红外图像灰度化处理、灰度图像平滑去噪、边缘检测。最后进行边缘的特征提取，得到缺陷处边缘信息。热像图的处理过程如下采用加权平均法获得灰度图像，根据重要性及其它指标，将图像RGB三个分量以不同的权值进行加权平均。这里采用f (i，j) = 0. 299R(i, j)+0. 587G(i，j)+0. 114B(i, j) 实现各个分量的加权；采用邻域平均法实现灰度图像的平滑去噪，用几个像素灰度的平均值来代替每个像素的灰度；采用Carmy算子进行图像的边缘检测，提取连续完整的边缘。电路内部缺陷的边缘可以完整的检测出来。通过人工设定整体阈值的方法将图像进行二值化处理，将图像上的点的灰度值设为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。因为物体同背景的差别一般表现不在灰度值上(比如纹理不同)，因此可以将这个差别特征转换为灰度的差别，然后利用先前设定的阈值来分割该图像。由于缺陷处的边缘信息会很明显，因此无需涉及红外图像的融合匹配问题，经一系列图像的预处理后，便可得到集成电路内部的热分布情况，根据不同分布区的边缘差异便可以找到集成电路存在缺陷的地方。具体检测过程首先在检查前，对集成芯片进行预处理，这里采用的方法是局部通电法，选则Voo 和Vcc两个管脚，接通低压电源，电压值低于集成芯片额定电压，额定电压可根据集成电路的参数获得。通电后缺陷部位的电阻值会发生变化，阻值的变化及电阻的热效应会导致该部位热分布发生变化，与正常区域的发热量会有差异。集成芯片内部的电路产生一个实时的温差变化，保证正常区域和缺陷部位的热辐射存在一个差异，辐射信息的差异可使成像效果更好。通电之后，集成电路的辐射信息会一次通过检测仪的各个模块，如图1所示，依次通过红外准直透镜组12、矩形光阑13、红外显微镜头阵列14、成像透镜15、红外光学成像系统17。集成电路的热辐射首先通过红外准直透镜组12，对红外辐射进行准直，一般的辐射都是四面八方的，经准直后可更有效利用辐射信息。
准直后通过矩形光阑13，矩形光阑面积的大小可以根据所测集成电路的实际尺寸来手动调整，使得后续光路只收集来自于集成芯片的辐射，排除外界辐射的干扰。经光阑后，辐射到达红外显微镜头阵列14，每个阵列点对应一个较小的单镜头，每个小镜头可以独立采集集成电路的显微辐射信息。镜头阵列后方的采集镜头15会将前方镜头阵列接收到的辐射信息成像到其焦平面上，即红外探测器17所在位置。探测器接收前方光学系统采集到的辐射信息，经相应的处理电路将辐射信息转为红外热像，记得到集成电路的显微红外辐射热像。该图像上面会记录到集成电路的内部辐射信息，图像存储到存储单元，如图2所示。存储模块中的热辐射图像经计算机处理，得到的图像会显示出该集成电路内部是否存在缺陷。若存在缺陷，处理后的图像与原基础电路比较，可以发现出现缺陷部位的具体位置，以此得到检测的结果。
权利要求
1.一种集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于该检测仪包含三个模块红外热辐射采集模块、红外显微热像采集模块和红外热像预处理模块；红外热辐射采集模块从辐射源开始包括待检测集成电路、红外准直透镜组和矩形光阑，红外显微热像采集模块包括 红外显微镜头阵列、成像透镜、红外热像仪和处理电路，红外热像预处理模块包括图像存储与处理，红外热像预处理模块的任务由计算机完成。
2.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的红外准直透镜组由两个红外透镜组成，直径为102mm，两个透镜具有相同的焦距，且两个镜头间距离为两倍焦距，经准直后红外辐射平行。
3.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的矩形光阑矩形孔的大小可实时调节，根据被测集成电路的大小来实时手动确定孔的大小。因此可保证后方系统得到的信息来自于集成电路部分。
4.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的红外显微镜头阵列为12X12小镜头分布，单个小显微镜头尺寸设计为8mm，单镜头紧密排列，集成电路各个区域的辐射信息会被单镜头分别获得，可保证获得详细的区域信息，所述的单个显微镜头为红外镜片，可接收红外辐射信息，有效孔径为79. 5mm，单透镜间距为1mm，整个阵列由前方矩形光阑的大小确定实际有效的个数。
5.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的成像透镜为红外透镜，可将前方显微镜头阵列采集到的信息整体成像到该透镜后方的焦平面上，焦平面处为红外热像仪的探测器。
6.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的红外热像仪， 其内部的红外探测器为640X480焦平面阵列，可实现高分辨率热成像。
7.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于，显微镜头阵列、成像透镜及红外探测器集成在一起，组成集成电路红外显微无损检测仪的红外显微热像采集模块。
8.如权利要求1所述集成电路红外显微无损检测仪，其特征在于所述的红外热像预处理模块中的图像预处理包括红外图像灰度化处理、灰度图像平滑去噪、边缘检测，最后进行边缘的特征提取，得到缺陷部位的边缘信息。
全文摘要
一种集成电路红外显微无损检测仪属于非接触式红外显微无损检测及红外图像处理技术领域。该检测仪包含三个处理模块红外热辐射采集模块、红外显微热像采集模块、红外热像预处理模块。集成电路作为辐射源，从辐射源开始分别包括集成电路、红外准直透镜组、矩形光阑、红外显微镜头阵列、成像透镜、高分辨率红外热像仪、计算机。设计了一种显微镜头阵列，采用阵列式显微镜头，组成阵列的单个镜头可分别采集集成电路各个区域的辐射信息，分区域提取集成电路内部详细的红外辐射信息，细微的辐射信息在会热像仪上成像，经计算机图像的预处理后可以得到集成电路内部的辐射分布，可以完成大规模集成电路的无损缺陷检测。
文档编号G01N21/88GK102565069SQ201110434080
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者姜啸宇, 王茂榕, 苌浩, 赵彩敏, 赵思宁, 邢志广, 钟声, 魏臻 申请人:天津理工大学