了得網工業技術_主動紅外微電子封裝缺陷檢測技術

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內容簡介

本書將主動紅外無損檢測技術應用於微電子封裝領域，在介紹主動紅外熱成像檢測原理、方法及繫統組成的基礎上，建立了倒裝焊結構的熱傳導數學模型，並給出解析求解過程；將常見焊球缺陷引入倒裝芯片的熱傳導模型，建立了倒裝焊結構的縱向熱阻網絡；采法仿真分析了外部熱激勵作用下的倒裝焊內部熱傳導狀況，結合主動紅外檢測實驗，采用不同的信號解析方法（主分量分析法、自參考技術、脈衝相位法，以及神經網絡和模糊聚類的智能算法），對微焊球缺陷檢測熱信號進行分析，實現封裝缺陷的有效檢測。

作者簡介

陸向寧：博士，江蘇師範大學副教授、碩士生導師。2012年7月畢業於華中科技大學機械制造及其自動化專業，獲工學博士學位。2014年4月至2015年4月作為公派訪問學者在美國佐治亞理工學院材料繫開展訪問研究，現為江蘇師範大學機電工程學院教師。主要研究方向為微電子封裝工藝及可靠性分析，碳納米材料及其應用。近年來，主持國家自然科學基金2項，江蘇省高校自然科學基金1項，國家重點實驗室開放基金項目1項；作為主要研究人員，參與國家973項目、國家自然基金項目、美國國家能源部項目等的課題研究工作。發表論文20餘篇，其中SCI收錄10餘篇，EI收錄10餘篇。

目錄
第1章緒論1
1.1 半導體技術的發展1
1.2 微電子封裝技術2
1.2.1 微電子封裝技術的發展2
1.2.2 芯片互連技術4
1.3 凸點倒裝焊技術7
1.3.1 凸點倒裝焊技術及其工藝7
1.3.2 凸點倒裝焊可靠性12
1.4 封裝缺陷檢測方法16
第2章紅外無損檢測技術21
2.1 紅外檢測技術概述21
2.2 紅外檢測繫統組成23
2.2.1 紅外光學繫統24目錄
第1章緒論1
1.1 半導體技術的發展1
1.2 微電子封裝技術2
1.2.1 微電子封裝技術的發展2
1.2.2 芯片互連技術4
1.3 凸點倒裝焊技術7
1.3.1 凸點倒裝焊技術及其工藝7
1.3.2 凸點倒裝焊可靠性12
1.4 封裝缺陷檢測方法16
第2章紅外無損檢測技術21
2.1 紅外檢測技術概述21
2.2 紅外檢測繫統組成23
2.2.1 紅外光學繫統24
2.2.2 紅外探測器25
2.2.3 紅外熱成像繫統28
2.3 主動紅外無損檢測方法32
2.4 微電子封裝紅外檢測繫統34
2.4.1 紅外熱像儀35
2.4.2 激光加熱繫統39
2.4.3 控制繫統及附件42
2.5 主動紅外微凸點檢測模型43
第3章主動紅外檢測仿真及焊球熱性能分析46
3.1 熱量傳遞的一般形式46
3.2 倒裝焊芯片熱傳導數學建模47
3.3 微凸點熱性能仿真分析55
3.3.1 倒裝焊熱阻網絡55
3.3.2 主動紅外微凸點檢分析58
3.3.3 微凸點熱性能表征與分析67
3.4 小結71
第4章主動紅外微凸點檢測分析72
4.1 主分量分析法72
4.1.1 主分量分析的基本原理72
4.1.2 檢測實驗及主分量分析流程74
4.1.3 熱圖像的主分量分析法77
4.2 熱信號的自參考技術86
4.2.1 紅外檢測及熱斑自參考技術86
4.2.2 微凸點的熱信號自參考辨識90
4.3 熱信號的脈衝相位分析95
4.3.1 脈衝相位成像法95
4.3.2 紅外檢測微凸點相位辨識97
4.4 小結106
第5章主動紅外微凸點檢測智能辨識方法107
5.1 人工神經網絡概述107
5.1.1 人工神經網絡的發展107
5.1.2 結構模型108
5.1.3 人工神經網絡的分類和特點111
5.1.4 人工神經網絡的發展方向和應用113
5.2 BP神經網絡的微凸點熱信號分析115
5.2.1 BP神經網絡115
5.2.2 微凸點BP神經網絡分類117
5.3 概率神經網絡的微凸點熱信號分析123
5.3.1 概率神經網絡123
5.3.2 微凸點概率神經網絡分類126
5.4 微凸點模糊聚類分析方法127
5.4.1 模糊聚類分析127
5.4.2 特征加權的模糊c均值聚類分析134
5.4.3 微凸點模糊聚類分析138
參考文獻146

前言

前言
微電子封裝互連是集成電路後道制造中為關鍵、技術難度的環節，它不但直接影響著集成電路本身的電性能、機械性能、光性能和熱性能，還在很大程度上決定著IC產品的小型化、多功能化、可靠性和成本。微電子封裝技術正以驚人速度蓬勃發展，倒裝焊技術、貫穿硅通孔在高密度微型化封裝領域得到了快速發展和廣泛應用，三維封裝技術受到了越來越多的重視和研究。
隨著IC特征尺寸的不斷減小，IC芯片的功率密度將迅速增加，尺度效應更加明顯；由於封裝材料無鉛化要求、Low-K材料引入等新特點，熱/應力失配將更加嚴重，更容易導致封裝界面變形、彎翹或劃傷，出現疲勞、應力集中，產生鍵合缺陷失效；而倒裝焊、貫穿硅通孔等主流互連技術中，微焊球、倒裝凸點、填充硅通孔等隱藏於芯片或封裝內部，其熱性能分析及缺陷檢測變得更加困難。微電子封裝缺陷檢測一直是業界熱點。目前，封裝缺陷檢測方法通常分為接觸式檢測和非接觸式檢測兩類。接觸式檢測技術效率低，成本高，且易於造成芯片表面損傷；非接觸檢測技術則不會造成器件損壞，可以檢測到芯片中的微觀特性，還能提供良好的工藝控制信息。前言
微電子封裝互連是集成電路後道制造中為關鍵、技術難度的環節，它不但直接影響著集成電路本身的電性能、機械性能、光性能和熱性能，還在很大程度上決定著IC產品的小型化、多功能化、可靠性和成本。微電子封裝技術正以驚人速度蓬勃發展，倒裝焊技術、貫穿硅通孔在高密度微型化封裝領域得到了快速發展和廣泛應用，三維封裝技術受到了越來越多的重視和研究。
隨著IC特征尺寸的不斷減小，IC芯片的功率密度將迅速增加，尺度效應更加明顯；由於封裝材料無鉛化要求、Low-K材料引入等新特點，熱/應力失配將更加嚴重，更容易導致封裝界面變形、彎翹或劃傷，出現疲勞、應力集中，產生鍵合缺陷失效；而倒裝焊、貫穿硅通孔等主流互連技術中，微焊球、倒裝凸點、填充硅通孔等隱藏於芯片或封裝內部，其熱性能分析及缺陷檢測變得更加困難。微電子封裝缺陷檢測一直是業界熱點。目前，封裝缺陷檢測方法通常分為接觸式檢測和非接觸式檢測兩類。接觸式檢測技術效率低，成本高，且易於造成芯片表面損傷；非接觸檢測技術則不會造成器件損壞，可以檢測到芯片中的微觀特性，還能提供良好的工藝控制信息。
紅外檢測是一種非接觸式、可在線監測的無損檢測技術，它以紅外輻射為基礎，通過接收物體所發射的紅外線，將物體溫度及其分布情況顯示出來，使檢測者能夠由此判斷出物體內部狀況。紅外檢測集光電成像、計算機數字信號處理、圖像處理等技術於一體，是一門跨學科、跨領域的實用型技術，具有實時、準確、快速、靈敏度高、場測量等優點，已廣泛應用於航空、航天、機械、醫療、石化、電力、電子等領域。隨著計算機數字信號處理技術的迅速發展，以及人們對紅外檢測新方法的不斷探索和實踐，通過施加外部熱激勵的方式，打破被測物體內部熱平衡，並將紅外探測器件所獲得的測量信號以熱圖像的方式呈現出來，即形成了主動紅外熱成像檢測技術。
本書將主動紅外熱成像技術與微電子封裝技術可靠性分析相結合，提出了基於主動紅外探測的微電子封裝缺陷檢測方法，采用光纖耦合半導體激光器對芯片或基底表面進行非接觸式加熱，通過紅外熱像儀獲得芯片表面溫度分布以及隨時間的變化，通過熱圖像信號處理提取特征量，對封裝缺陷進行診斷與識別，並詳細介紹了熱圖像信號的解析方法。全書共5章，具體內容如下：第1章介紹微電子封裝技術及其發展、典型的芯片互連技術，包括凸點倒裝焊工藝以及傳統的封裝缺陷檢測方法；第2章介紹紅外檢測基本原理、紅外檢測繫統構成、紅外無損檢測方法，設計並構建主動紅外微電子封裝缺陷檢測繫統，並提出主動紅外微凸點檢測模型；第3章構建倒裝焊芯片的熱傳導數學模型，並給出解析求解過程，采法仿真分析倒裝焊內部熱傳導，並對焊球熱性能進行表征；第4章介紹主分量分析法和脈衝相位成像法，提出一種亮斑自參考分析技術，並通過主動紅外倒裝焊凸點缺陷檢測實驗，詳細闡述熱圖像的預處理方法和缺陷辨識技術；第5章介紹人工神經網絡和模糊聚類分析方法，並利用BP神經網絡、概率神經網絡和改進的c均值模糊聚類方法對主動紅外倒裝焊檢測熱圖像信號進行處理，通過對微凸點進行有效分類或聚類，實現缺陷辨識。本書旨在把紅外無損檢測技術與微電子封裝可靠性分析結合起來，為IC產業提供一種新的缺陷檢測技術和方法。為增強可讀性，本書配有部分彩圖，其中各圖分別對應正文中相同編號的圖。
本書的研究內容多取材於著者及所在課題組近年來的科研成果，同時也引用了許多專家學者公開發表的論文和正式出版的圖書資料，在此表示衷心的感謝！本書的研究工作得到了國家自然科學基金項目（51305179）的資助。書中許多研究內容是在華中科技大學史鐵林教授和廖廣蘭教授的指導下完成的，謹表深深謝意！著者的研究和本書的出版得到了江蘇師範大學相關領導和同事們的鼓勵和大力支持，在此深表感謝！
由於著者水平所限，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者諒解並予以指正。

著者
2016年11月

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