倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于倒裝焊封裝技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 倒裝焊焊點(diǎn)的缺陷檢測和可靠性評估對1C制造技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。無損 檢測技術(shù)作為控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證服役設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng) 域。目前，針對倒裝焊焊點(diǎn)的無損檢測技術(shù)有X射線檢測和掃描聲學(xué)顯微鏡（SAM)檢測。X 射線檢測可以區(qū)分焊點(diǎn)的內(nèi)在特征，但不能區(qū)分垂直重疊特征，而且設(shè)備昂貴。掃描聲學(xué)顯 微鏡檢測能夠?qū)更c(diǎn)缺陷進(jìn)行定性分析，但是由于封裝結(jié)構(gòu)之間的差異容易造成誤判。
[0003] 脈沖禍流熱成像技術(shù)（EddyCurrentPulsedThermography，ECPT)是一種新興的 檢測方法，它結(jié)合了渦流檢測和熱成像技術(shù)兩方面的優(yōu)勢。該技術(shù)具有較高的空間分辨率 和靈敏度。目前，ECPT測試對象主要是航空航天，鐵路軌道，石油管道，復(fù)合材料等大型或 大面積樣本尺寸，并未將該技術(shù)應(yīng)用到微小結(jié)構(gòu)的細(xì)小缺陷檢測和研究上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法，基 于脈沖渦流熱成像進(jìn)行焊點(diǎn)缺陷檢測，該方法具有檢測準(zhǔn)確率高，操作簡單，對環(huán)境要求低 且檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法包括以下步驟：
[0006] S1 :將倒裝焊芯片置于亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的內(nèi)部均勻磁場范圍內(nèi)，在倒裝焊芯 片的中心軸線上設(shè)置一個(gè)熱像儀，用于獲取倒裝焊芯片的溫度圖像；
[0007] S2 :向亥姆霍茲線圈通電，激勵(lì)電流在220A~380A范圍內(nèi)，頻率在200kHz~ 440kHz，通電時(shí)長為t1;
[0008]S3:從亥姆霍茲線圈通電開始，采用熱像儀對倒裝焊芯片進(jìn)行時(shí)長為〖2的溫度圖 像采集，t2>ti，所得到的溫度圖像數(shù)量記為N;
[0009]S4:在溫度圖像中標(biāo)注出每個(gè)焊點(diǎn)i的中心坐標(biāo)（Xi,y;)，i的取值范圍為i= 1，2, "·，Μ，Μ表示焊點(diǎn)數(shù)量；對于每個(gè)焊點(diǎn)i，在每幅溫度圖像中以（Xl，yi)為中心、2L+1為 邊長，提取出焊點(diǎn)i對應(yīng)的圖像塊，每個(gè)圖像塊中有K= (2L+1)2個(gè)像素，將K個(gè)像素對應(yīng) 的溫度值平均，得到第j幅溫度圖像中焊點(diǎn)i的溫度?\，從而得到時(shí)間t2內(nèi)焊點(diǎn)i的溫度 曲線；將每個(gè)焊點(diǎn)的溫度曲線與預(yù)先在相同測試條件下得到的合格焊點(diǎn)的溫度曲線求差， 得到溫差曲線；
[0010] S5:從焊點(diǎn)i對應(yīng)的溫差曲線中得到焊點(diǎn)i與合格焊點(diǎn)的最大溫差值δ1;如果溫 差值Si大于預(yù)設(shè)閾值Δi，則預(yù)判為空洞焊點(diǎn)，^^0,根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置；如果溫差值δi 小于預(yù)設(shè)閾值A(chǔ)2，則預(yù)判為裂紋焊點(diǎn)，Δ2< 0,根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置；否則為合格焊點(diǎn)；
[0011]S6:從熱像儀獲得的Ν幅溫度圖像中，選取加熱結(jié)束即時(shí)刻的溫度圖像I;然后 根據(jù)焊點(diǎn)預(yù)判結(jié)果提取出空洞焊點(diǎn)和裂紋焊點(diǎn)處的圖像塊，與相應(yīng)的預(yù)先獲取的空洞焊點(diǎn) 圖像模板和裂紋焊點(diǎn)圖像模板進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則確定該焊點(diǎn)為空洞焊點(diǎn)或者為 裂紋焊點(diǎn)，否則為合格焊點(diǎn)。
[0012] 本發(fā)明倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法，將倒裝焊芯片置于亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的內(nèi) 部磁場范圍內(nèi)，向亥姆霍茲線圈通電對焊球進(jìn)行加熱，采用熱像儀獲取倒裝焊芯片的溫度 圖像，根據(jù)溫度圖像得到各個(gè)焊點(diǎn)的溫度曲線，并與合格焊點(diǎn)的溫度曲線求差，得到溫差曲 線；然后根據(jù)溫差曲線對各焊點(diǎn)的情況進(jìn)行預(yù)判；再選取加熱結(jié)束時(shí)刻的溫度圖像，根據(jù) 焊點(diǎn)預(yù)判結(jié)果提取出空洞焊點(diǎn)和裂紋焊點(diǎn)處的圖像塊，與相應(yīng)圖像模板進(jìn)行匹配，如果匹 配成功則確定為缺陷焊點(diǎn)，否則為合格焊點(diǎn)。本發(fā)明通過結(jié)合ECPT無損檢測物理原理，通 過溫差曲線和溫度圖像特征來檢測和識(shí)別缺陷，其測量時(shí)間短、操作簡單，對環(huán)境要求低。
【附圖說明】
[0013] 圖1是脈沖渦流熱成像檢測示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法的流程圖；
[0015] 圖3是三個(gè)焊點(diǎn)的溫度曲線圖；
[0016] 圖4是三個(gè)焊點(diǎn)的溫差曲線圖；
[0017] 圖5是實(shí)驗(yàn)樣本溫度圖像圖；
[0018] 圖6是實(shí)驗(yàn)樣本溫度圖像預(yù)處理結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0020] 為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，首先對本發(fā)明所運(yùn)用的原理進(jìn)行說明。本發(fā) 明是基于脈沖渦流熱成像檢測來實(shí)現(xiàn)倒裝焊點(diǎn)缺陷檢測的。圖1是脈沖渦流熱成像檢測示 意圖。如圖1所示，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)在線圈中通入交變電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變的 磁場，焊球處于交變的磁場中，在焊球內(nèi)部會(huì)形成渦流。由焦耳定律可知，當(dāng)導(dǎo)體中有電流 存在時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生焦耳熱（或阻抗熱）。焦耳熱Q的大小和導(dǎo)體內(nèi)部的電流密度上 或者電場強(qiáng)度E成正比，Q、1和E三者的關(guān)系可由下述公式描述。
[0022]同時(shí)，產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)在焊球內(nèi)部傳播，其傳播規(guī)律遵循公式（2)。
[0024] 熱量在傳導(dǎo)和擴(kuò)散的過程中，由于焊球的運(yùn)行狀態(tài)以及缺陷對熱傳導(dǎo)的阻礙或者 促進(jìn)作用，在焊球表面會(huì)形成"熱區(qū)"和"冷區(qū)"，進(jìn)而以表面溫度不均勻的形式表現(xiàn)出來。以 紅外輻射理論為依據(jù)，利用熱像儀記錄焊球頂端在加熱和冷卻時(shí)段內(nèi)熱視頻圖像，如果焊 球存在內(nèi)部或表面缺陷，會(huì)使焊球表面和焊球內(nèi)部區(qū)域溫度有差異，缺陷焊球頂端的溫度 場分布與正常焊球相比也會(huì)存在差異，根據(jù)溫度差異和熱圖像的不同特征來判斷焊球中存 在哪種常見缺陷，從而達(dá)到檢測和識(shí)別的目的。
[0025] 圖2是本發(fā)明倒裝焊焊點(diǎn)缺陷檢測方法的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明倒裝焊焊 點(diǎn)缺陷檢測方法包括以下步驟：
[0026]S201:測試平臺(tái)設(shè)置：
[0027] 根據(jù)圖1所示的脈沖渦流熱成像檢測示意圖可知，將倒裝焊芯片置于亥姆霍茲線 圈所產(chǎn)生的內(nèi)部均勻磁場范圍內(nèi)，在倒裝焊芯片的中心軸線上設(shè)置一個(gè)熱像儀，用于獲取 倒裝焊芯片的溫度圖像。
[0028] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到，當(dāng)?shù)寡b焊芯片與導(dǎo)電線圈平行放置，倒裝焊芯片的中心軸線與導(dǎo) 電線圈軸線重合，所得到溫度圖像效果較好，據(jù)此溫度圖像進(jìn)行檢測的性能也較好。
[0029] 熱像儀所獲取的溫度圖像，每個(gè)焊點(diǎn)處所對應(yīng)的像素點(diǎn)不宜太少，否則會(huì)難以反 映焊點(diǎn)處的圖像特征，影響溫度計(jì)算和圖像匹配的準(zhǔn)確度。因此當(dāng)?shù)寡b焊芯片較大時(shí)，可以 對倒裝芯片分區(qū)進(jìn)行檢測。
[0030]S102:導(dǎo)電線圈通電：
[0031] 向?qū)щ娋€圈通電，以加熱焊球。由于倒裝焊芯片的焊球和缺陷尺寸小，激勵(lì)電流過 大產(chǎn)生的高溫會(huì)融化焊球，而過小又不能產(chǎn)生足夠的熱量以影響熱像儀的記錄結(jié)果；激勵(lì) 頻率太高會(huì)影響材料的集膚效應(yīng)；同時(shí)，線圈與焊球的相對位置不同決定磁場方向和缺陷 檢測效果，因此需要根據(jù)焊球的大小和線圈的尺寸對激勵(lì)電流、頻率和線圈位置進(jìn)行調(diào)整。 本發(fā)明中所采用的激勵(lì)電流在220A~380A范圍內(nèi)，頻率在200kHz~440kHz，通電時(shí)長為 t1<3h根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。由于焊點(diǎn)的熔點(diǎn)較低，過長的加熱時(shí)間可能對檢測結(jié)果造成不利 影響。所以加熱時(shí)間應(yīng)該控制在一個(gè)相對較短的時(shí)間內(nèi)，通常加熱時(shí)間設(shè)定為〇. 2s-0. 5s。
[0032]S103:獲取溫度圖像：
[0033] 從亥姆霍茲線圈通電開始，采用熱像儀對倒裝焊芯片進(jìn)行時(shí)長為t2的溫度圖像采 集，t2>ti，所得到的溫度圖像數(shù)量記為N。本發(fā)明中需要獲取加熱階段和降溫階段的溫度 圖像，通常降溫時(shí)間設(shè)定在3s_5s，t2即為加熱時(shí)間和降溫時(shí)間之和。
[0034]S104:計(jì)算各焊點(diǎn)溫差曲線：
[0035] 在溫度圖像中標(biāo)注出每個(gè)焊點(diǎn)i的中心坐標(biāo)（Xi,y;)，i的取值范圍為i= 1，2,…，M，Μ表示焊點(diǎn)數(shù)量。
[0036] 焊點(diǎn)中心坐標(biāo)可以直接手動(dòng)標(biāo)注，也可以用計(jì)算方式得到：以基板的一角為坐標(biāo) 原點(diǎn)，根據(jù)焊球尺寸和焊球間距兩個(gè)定值，可以計(jì)算出每個(gè)焊球的中心坐標(biāo)。