專利名稱：集成電路紅外顯微無損檢測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于非接觸式紅外顯微無損檢測及紅外圖像處理技術領域，特別是一種能夠對大規(guī)模集成電路進行故障區(qū)域診斷的紅外顯微無損檢測儀。
背景技術：
集成電路故障診斷和引線焊接質量的無損檢測方法一直是大家所關心的問題。目前國內外傳統(tǒng)檢查缺陷的方法是用機械力推(或拉)動測試和局部引腳通電測試，但它已不適應輸入/輸出端點多達幾百個以上，引線間距小于0. Imm的集成電路引線焊接質量的檢測，且檢測為破壞性，不足之處顯而易見。尤其是現(xiàn)在的集成電路其集成化已經(jīng)非常的高，內部元器件密度非常大且引腳更加緊密。在現(xiàn)有的技術方法中有一種激光掃描聲學顯微鏡(簡稱SLAM)可作為一種超聲無損檢測技術，由于能給出被測物體內部結構的聲顯微圖像，反映出被測物體的機械彈性參數(shù)分布，在一些模擬性試驗中可以發(fā)現(xiàn)集成電路焊接質量缺陷。但是在實際測量中需要根據(jù)被測對象選擇合造的聲波入射角、聲換能器輸入功率等條件，以滿足檢測要求，實際應用中還存在缺陷圖像失效的情況。

發(fā)明內容
針對背景技術中現(xiàn)有技術的不足與局限，本發(fā)明提出了一種新型集成電路缺陷診斷設備——集成電路紅外顯微無損檢測儀。該設備可以通過檢測出集成電路的熱輻射分布，并用獨特設計的陣列式紅外顯微鏡頭對熱輻射分布實時拍攝，獲取集成電路的詳細局部熱分布紅外顯微圖像，再通過后續(xù)的紅外熱像的預處理技術發(fā)現(xiàn)集成電路中存在缺陷的具體部位。本發(fā)明提出的集成電路紅外顯微無損檢測儀，包含三個模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預處理模塊。紅外熱輻射采集模塊從輻射源開始包括待檢測集成電路、紅外準直透鏡組和矩形光闌；紅外顯微熱像采集模塊包括紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、紅外熱像儀(采用高分辨率焦平面陣列探測器)和處理電路；紅外熱像預處理模塊包括圖像存儲與處理，紅外熱像預處理模塊的任務由計算機完成。所述的紅外準直透鏡組由兩個紅外透鏡組成，直徑為102mm，兩個透鏡具有相同的焦距，且兩個鏡頭間距離為兩倍焦距，經(jīng)準直后紅外輻射近似平行。所述的矩形光闌，其矩形孔的大小可實時調節(jié)，根據(jù)被測集成電路的大小來實時手動確定孔的大小。因此可保證后方系統(tǒng)得到的信息來自于集成電路部分。所述的紅外顯微鏡頭陣列，創(chuàng)新性設計了輻射量采集鏡頭，規(guī)模較大的集成電路難以用單鏡頭對其完全成像，不能保證所成像攜帶集成電路信息的完整性。設計的紅外顯微鏡頭陣列為12X12分布，單個小顯微鏡頭直徑尺寸在8mm，單鏡頭緊密排列，集成電路各個區(qū)域的輻射信息會被單鏡頭分別獲得，可保證獲得詳細的區(qū)域信息，所述的單個顯微鏡頭為紅外鏡片，可接收紅外輻射信息，有效孔徑為79. 5mm，單透鏡間距為1mm，整個陣列由前方矩形光闌的大小確定實際有效的個數(shù)。在紅外顯微鏡頭陣列的后方設計有一個用于成像的透鏡，成像透鏡為紅外透鏡， 透鏡直徑為100mm，可將前方顯微鏡頭陣列采集到的信息整體成像到該透鏡后方的焦平面上，該透鏡后面的焦平面處為紅外探測器。所述的高分辨率紅外熱像儀，內部采用的紅外探測器為640X480的焦平面陣列， 可實現(xiàn)高分辨率成像。顯微鏡頭陣列、成像透鏡及紅外探測器集成在一起，組成集成電路紅外顯微無損檢測儀的紅外成像模塊。所述的紅外熱像預處理模塊中的圖像預處理包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測，最后進行邊緣的特征提取，得到缺陷部位的邊緣信息。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明設計了一種顯微鏡頭陣列，創(chuàng)新性地采用 12X12陣列式顯微鏡頭，組成陣列的單個鏡頭可分別采集集成電路各個區(qū)域的輻射信息， 這樣可以分區(qū)域提取集成電路內部詳細的紅外輻射信息。對集成電路的顯微紅外輻射進行熱成像，熱像中會包含電路內部的缺陷信息，經(jīng)計算機圖像的預處理后可以得到集成電路內部的輻射分布，缺陷處會有明顯輪廓差異體現(xiàn)，可以完成大規(guī)模集成電路的無損缺陷檢測。整個檢測過程不會破壞原有集成電路，屬于無損檢測范疇。在工業(yè)生產及儀器維修方便會起到很大的幫助作用。


圖1檢測儀輻射采集光路。圖2檢測儀工作模塊結構圖。圖3工作原理框圖。圖釋11待測集成電路，12準直透鏡組，13矩形光闌，14紅外顯微透鏡陣列，15成像透鏡，16成像透鏡焦平面，17紅外熱像儀。下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的具體內容。
具體實施例方式實施例如圖1和圖2所示，本發(fā)明集成電路紅外顯微無損檢測儀，包含三個模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預處理模塊。紅外熱輻射采集模塊從輻射源開始包括待檢測集成電路11、紅外準直透鏡組12和矩形光闌13 ；紅外顯微熱像采集模塊包括紅外顯微鏡頭陣列14、成像透鏡15、紅外熱像儀17 (內部采用高分辨率紅外探測器)和處理電路；紅外熱像預處理模塊包括圖像存儲與處理，紅外熱像預處理模塊的任務由計算機完成。檢測原理在檢查前，要對集成芯片進行預處理，目的是為了讓集成芯片內部的電路產生一個實時的溫差變化，這樣可以保證正常區(qū)域和缺陷部位的熱輻射存在一個差異，輻射信息的差異可使成像效果會更好。這里采用的方法是局部通電法，選用Voo和Vcc兩個管腳，接通低壓電源，電壓值低于集成芯片額定電壓。通電后缺陷部位的電阻會發(fā)生變化，電阻的變化會導致該部位熱分布有變化，與正常區(qū)域的發(fā)熱量會有差異。之后，該集成電路的熱輻射依次通過紅外準直透鏡組，對紅外輻射進行準直，準直后通過矩形光闌，矩形光闌空的大小可以根據(jù)所測集成電路的實際尺寸進行自動的調整， 保證透過的輻射來自于集成芯片，排除外界輻射的干擾。紅外顯微鏡頭陣列接收集成電路各區(qū)域的輻射，可以獲得各個區(qū)域更為細微的輻射信息。鏡頭陣列后方的采集鏡頭可將接收到的輻射信息成像到透鏡的焦平面上，即紅外熱像儀所在位置。再之后，熱輻射會進入到紅外熱像儀的探測器上，這里采用640X480高分辨率陣列式探測器，可是實現(xiàn)精細部位的成像。集成電路的熱輻射經(jīng)準直透鏡組和紅外顯微光學系統(tǒng)后會直接到達紅外熱像儀的探測器上面，將輻射信息經(jīng)處理后成像，形成集成電路的輻射紅外熱像圖并進行圖像的存儲。熱像會保存在存儲模塊中，存儲的圖像經(jīng)計算機調用會進行圖像的預處理，圖像的預處理模塊包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測。最后進行邊緣的特征提取，得到缺陷處邊緣信息。熱像圖的處理過程如下采用加權平均法獲得灰度圖像，根據(jù)重要性及其它指標，將圖像RGB三個分量以不同的權值進行加權平均。這里采用f (i，j) = 0. 299R(i, j)+0. 587G(i，j)+0. 114B(i, j) 實現(xiàn)各個分量的加權；采用鄰域平均法實現(xiàn)灰度圖像的平滑去噪，用幾個像素灰度的平均值來代替每個像素的灰度；采用Carmy算子進行圖像的邊緣檢測，提取連續(xù)完整的邊緣。電路內部缺陷的邊緣可以完整的檢測出來。通過人工設定整體閾值的方法將圖像進行二值化處理，將圖像上的點的灰度值設為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。因為物體同背景的差別一般表現(xiàn)不在灰度值上(比如紋理不同)，因此可以將這個差別特征轉換為灰度的差別，然后利用先前設定的閾值來分割該圖像。由于缺陷處的邊緣信息會很明顯，因此無需涉及紅外圖像的融合匹配問題，經(jīng)一系列圖像的預處理后，便可得到集成電路內部的熱分布情況，根據(jù)不同分布區(qū)的邊緣差異便可以找到集成電路存在缺陷的地方。具體檢測過程首先在檢查前，對集成芯片進行預處理，這里采用的方法是局部通電法，選則Voo 和Vcc兩個管腳，接通低壓電源，電壓值低于集成芯片額定電壓，額定電壓可根據(jù)集成電路的參數(shù)獲得。通電后缺陷部位的電阻值會發(fā)生變化，阻值的變化及電阻的熱效應會導致該部位熱分布發(fā)生變化，與正常區(qū)域的發(fā)熱量會有差異。集成芯片內部的電路產生一個實時的溫差變化，保證正常區(qū)域和缺陷部位的熱輻射存在一個差異，輻射信息的差異可使成像效果更好。通電之后，集成電路的輻射信息會一次通過檢測儀的各個模塊，如圖1所示，依次通過紅外準直透鏡組12、矩形光闌13、紅外顯微鏡頭陣列14、成像透鏡15、紅外光學成像系統(tǒng)17。集成電路的熱輻射首先通過紅外準直透鏡組12，對紅外輻射進行準直，一般的輻射都是四面八方的，經(jīng)準直后可更有效利用輻射信息。
準直后通過矩形光闌13，矩形光闌面積的大小可以根據(jù)所測集成電路的實際尺寸來手動調整，使得后續(xù)光路只收集來自于集成芯片的輻射，排除外界輻射的干擾。經(jīng)光闌后，輻射到達紅外顯微鏡頭陣列14，每個陣列點對應一個較小的單鏡頭，每個小鏡頭可以獨立采集集成電路的顯微輻射信息。鏡頭陣列后方的采集鏡頭15會將前方鏡頭陣列接收到的輻射信息成像到其焦平面上，即紅外探測器17所在位置。探測器接收前方光學系統(tǒng)采集到的輻射信息，經(jīng)相應的處理電路將輻射信息轉為紅外熱像，記得到集成電路的顯微紅外輻射熱像。該圖像上面會記錄到集成電路的內部輻射信息，圖像存儲到存儲單元，如圖2所示。存儲模塊中的熱輻射圖像經(jīng)計算機處理，得到的圖像會顯示出該集成電路內部是否存在缺陷。若存在缺陷，處理后的圖像與原基礎電路比較，可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)缺陷部位的具體位置，以此得到檢測的結果。
權利要求
1.一種集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于該檢測儀包含三個模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預處理模塊；紅外熱輻射采集模塊從輻射源開始包括待檢測集成電路、紅外準直透鏡組和矩形光闌，紅外顯微熱像采集模塊包括 紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、紅外熱像儀和處理電路，紅外熱像預處理模塊包括圖像存儲與處理，紅外熱像預處理模塊的任務由計算機完成。
2.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的紅外準直透鏡組由兩個紅外透鏡組成，直徑為102mm，兩個透鏡具有相同的焦距，且兩個鏡頭間距離為兩倍焦距，經(jīng)準直后紅外輻射平行。
3.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的矩形光闌矩形孔的大小可實時調節(jié)，根據(jù)被測集成電路的大小來實時手動確定孔的大小。因此可保證后方系統(tǒng)得到的信息來自于集成電路部分。
4.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的紅外顯微鏡頭陣列為12X12小鏡頭分布，單個小顯微鏡頭尺寸設計為8mm，單鏡頭緊密排列，集成電路各個區(qū)域的輻射信息會被單鏡頭分別獲得，可保證獲得詳細的區(qū)域信息，所述的單個顯微鏡頭為紅外鏡片，可接收紅外輻射信息，有效孔徑為79. 5mm，單透鏡間距為1mm，整個陣列由前方矩形光闌的大小確定實際有效的個數(shù)。
5.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的成像透鏡為紅外透鏡，可將前方顯微鏡頭陣列采集到的信息整體成像到該透鏡后方的焦平面上，焦平面處為紅外熱像儀的探測器。
6.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的紅外熱像儀， 其內部的紅外探測器為640X480焦平面陣列，可實現(xiàn)高分辨率熱成像。
7.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于，顯微鏡頭陣列、成像透鏡及紅外探測器集成在一起，組成集成電路紅外顯微無損檢測儀的紅外顯微熱像采集模塊。
8.如權利要求1所述集成電路紅外顯微無損檢測儀，其特征在于所述的紅外熱像預處理模塊中的圖像預處理包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測，最后進行邊緣的特征提取，得到缺陷部位的邊緣信息。
全文摘要
一種集成電路紅外顯微無損檢測儀屬于非接觸式紅外顯微無損檢測及紅外圖像處理技術領域。該檢測儀包含三個處理模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊、紅外熱像預處理模塊。集成電路作為輻射源，從輻射源開始分別包括集成電路、紅外準直透鏡組、矩形光闌、紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、高分辨率紅外熱像儀、計算機。設計了一種顯微鏡頭陣列，采用陣列式顯微鏡頭，組成陣列的單個鏡頭可分別采集集成電路各個區(qū)域的輻射信息，分區(qū)域提取集成電路內部詳細的紅外輻射信息，細微的輻射信息在會熱像儀上成像，經(jīng)計算機圖像的預處理后可以得到集成電路內部的輻射分布，可以完成大規(guī)模集成電路的無損缺陷檢測。
文檔編號G01N21/88GK102565069SQ201110434080
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者姜嘯宇, 王茂榕, 萇浩, 趙彩敏, 趙思寧, 邢志廣, 鐘聲, 魏臻 申請人:天津理工大學