專利名稱：檢測焊球失效的電子散斑干涉系統(tǒng)及無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子封裝領(lǐng)域，涉及用于檢測板級組裝球柵陣列(BGA，Ball GridArray)封裝器件中焊球失效的電子散斑干涉(ESPI，Electronic Speckle PatternInterferometry)系統(tǒng),及其檢測方法。
背景技術(shù)：
球柵陣列封裝是I/O端子以球形或柱形焊點，按陣列形式分布的表面貼裝形式。 其能實現(xiàn)封裝的高I/O數(shù)、高性能、多功能及高密度化，已經(jīng)在電子封裝領(lǐng)域得到廣泛應(yīng) 用。但是，球柵陣列封裝在再流焊等組裝過程中，可能由于熱失配或其他應(yīng)力，在個別焊點 發(fā)生裂紋、分層甚至脫落等失效。并且組裝后焊點不外露，質(zhì)量檢測困難。目前常用的焊 球失效分析手段，主要有電測試、邊界掃描測試，和X射線掃描等方法。該方法步驟多、成本 高、工藝集成性差、檢測效率不高。電子散斑干涉作為一種有效的無損檢測手段，具有非接觸、全場測量、高靈敏度、 高精度等特點，已廣泛應(yīng)用于機械土木、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在相移技術(shù)的輔助下， 電子散斑干涉的位移測量分辨率可達50納米甚至以下，由于電子散斑干涉的這些優(yōu)點，其 在電子封裝的可靠性檢測方面有很好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于檢測板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的電 子散斑干涉測試系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的是提出板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的檢測方法。本發(fā)明提供了一種用于檢測板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的電子散斑 干涉測試系統(tǒng)，包括檢測樣品固定與加載部分，電子散斑干涉的離面位移測試光路部分， 以及計算機數(shù)據(jù)處理部分；其中，檢測樣品的固定與加載部分用于對被測球柵陣列封裝提 供穩(wěn)定夾持，以及對檢測樣品施加機械載荷；離面位移測試光路部分用于形成檢測樣品在 機械載荷下變形后的干涉條紋，即表面微位移信息；計算機數(shù)據(jù)處理部分，用于采集條紋、 進行相位解包和位移計算、定位失效區(qū)域，并通過進一步計算處理，最終確定失效焊點及其 損壞程度。計算機數(shù)據(jù)處理部分是安裝了分析電子散斑干涉條紋軟件的計算機。本發(fā)明所 對應(yīng)的計算機數(shù)據(jù)處理部分可以是通過數(shù)據(jù)線連接的本地計算機，也可以是通過局域網(wǎng)或 廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)連接的遠程計算機。所有的數(shù)據(jù)處理計算，可以由計算機、硬件模塊、定制軟 件、多個軟件的組合中的一個或多個來完成。所述的分析電子散斑干涉條紋軟件可以是本 領(lǐng)域常用的軟件，通常能夠計算分析所測板級組裝球柵陣列封裝器件在失效相關(guān)的相位分 布、位移分布、位移梯度、該區(qū)域中各焊球橫、縱截面的位移曲線等操作中的一個、多個及其 組合，然后與定標(biāo)測試的對應(yīng)信息進行比較。該軟件還可以根據(jù)對應(yīng)信息的比較結(jié)果，判斷 相位值、位移值、位移梯度等相對完好試樣偏離最大的位置為失效焊點所在位置。
檢測樣品固定與加載部分包括常規(guī)的球柵陣列封裝固定和施加機械載荷的裝置。 例如采用夾持裝置進行固定。在同型號板級組裝球柵陣列封裝器件的定標(biāo)測試，以及每次 測試中，施加的夾持完全相同。在同型號板級組裝球柵陣列封裝器件的定標(biāo)測試，以及每次 測試中，所施加機械載荷的方向、作用位置完全相同，大小差別不大。所述的離面位移測試光路部分包括發(fā)射光線裝置、分光裝置、反射裝置和疊加干 涉裝置；四者依次連接并形成特定角度，發(fā)射光線裝置發(fā)出的光線穿過分光裝置，一束經(jīng)反 射裝置反射、穿過樣品并投射到疊加干涉裝置，另一束經(jīng)過反射也投射到疊加干涉裝置，兩 束光線通過疊加干涉裝置形成電子散斑干涉條紋。所述的離面位移測試光路部分還可以包括調(diào)整激光束相位的裝置，調(diào)整激光束相 位的裝置與反射裝置連接。所述的離面位移測試光路部分還可以包括調(diào)整激光束光強的裝置，調(diào)整激光束光 強的裝置與反射裝置連接。所述的發(fā)射光線裝置、分光裝置、反射裝置、疊加干涉裝置、調(diào)整激光束相位的裝 置和調(diào)整激光束光強的裝置均可以采用常見的裝置器件。例如，以激光器作為發(fā)射光線裝 置，以分光鏡作為分光裝置、以反射鏡作為反射裝置、以棱鏡作為疊加干涉裝置、以壓電陶 瓷相移器作為調(diào)整激光束相位的裝置，以雙偏振片作為調(diào)整激光束光強的裝置。具體而言，本發(fā)明的電子散斑干涉測試系統(tǒng)中，離面位移測試光路部分包括激光 器、分光鏡、擴束鏡、全反鏡和棱鏡；激光器與分光鏡連接，分光鏡分別與擴束鏡和全反鏡連 接，棱鏡分別與擴束鏡和全反鏡連接；激光器發(fā)射出的激光經(jīng)過分光鏡分為兩束，一束經(jīng) 過擴束鏡后穿過待測樣品投射到棱鏡一個側(cè)面，另一束經(jīng)全反鏡反射投射到棱鏡的另一側(cè) 面，兩束激光通過棱鏡發(fā)生疊加干涉。所述的離面位移測試光路部分還可以包括壓電陶瓷相移器和雙偏振片，兩者都與 全反鏡連接。壓電陶瓷相移器用于調(diào)整全反鏡反射的激光的相位，雙偏振片用于調(diào)整全反 鏡反射的激光的光強。上述電子散斑干涉的離面位移測試光路部分可以是零散的光學(xué)組件，也可以是集 成的檢測儀器。可根據(jù)實際需要，在不影響實際功能的前提下，添加、減少、組合、或重新放 置部分組件。例如可以調(diào)換全反鏡與壓電陶瓷相移器的位置，或者使用其他具有調(diào)整光強 功能的器件來代替雙偏振片，等等。另外，該光路部分可以包括相移相關(guān)器件，以提高位移 測量的精確度，也可以省略該功能，使用傅立葉變換等其他方法來處理條紋，計算相位。參照圖1，上述測試系統(tǒng)包括三個主要部分1.檢測樣品的固定與加載部分，2.電 子散斑干涉的離面位移測試光路部分，3.計算機數(shù)據(jù)處理、分析部分。第1部分，檢測樣品 的固定與加載部分用于對被測樣品提供穩(wěn)定夾持，以及對待測樣品提供機械加載，機械加 載可采用位移控制或力控制。第2部分，電子散斑離面位移測試光路用于形成待測樣品在 機械載荷下變形后的干涉條紋。電子散斑干涉的離面位移測試光路如圖1所示。該光路原 理是激光器發(fā)射632納米波長的紅色激光、或532納米波長的綠色激光，以及其他可見光 波長范圍的激光，激光束通過分光鏡一分為二，其中一束激光通過擴束鏡擴束、照射到被測 封裝表面。測封裝表面反射的激光束由光學(xué)鏡頭接收，并將之投射到四方棱鏡側(cè)面之一。 另外一束激光經(jīng)全反鏡，通過調(diào)整全反鏡，使其以預(yù)定角度照射到壓電陶瓷相移器上。壓 電陶瓷相移器與相移控制器(未顯示)電連接，根據(jù)相移控制器的信號，改變該激光束的相位，該激光束再通過雙偏振片調(diào)整激光束的光強，然后經(jīng)另一擴束鏡將該激光束擴束、照射 到四方棱鏡另一側(cè)面。四方棱鏡互相垂直的相鄰側(cè)面分別接收光學(xué)鏡頭和擴束鏡送來的激 光束，并使之在對角面上發(fā)生疊加干涉，該對角面由作為光接收面的兩相鄰側(cè)面的兩條非 相交側(cè)棱構(gòu)成。位于四方棱鏡正后方的CCD成像系統(tǒng)與四方棱鏡光連接，并與計算機處理 部分(未顯示)連接，C⑶接收四方棱鏡傳來的兩束激光的疊加光信號，并將之轉(zhuǎn)換為電信 號，傳送到計算機中，作為下一步計算處理的輸入信息。第3部分，計算機數(shù)據(jù)處理、分析部 分包括采集干涉條紋、并對條紋進行相位解包和位移計算，定位失效區(qū)域，然后對該區(qū)域進 行進一步計算處理，最終確定失效焊點及其損壞程度。三個部分相互結(jié)合，形成檢測板級組 裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的檢測系統(tǒng)和方法。相應(yīng)的，本發(fā)明提供了一種球柵陣列封裝中焊球失效的電子散斑干涉檢測方法， 包括以下步驟(1)對同一型號板級組裝球柵陣列封裝器件的完好檢測樣品進行定標(biāo)測試，測量 并記錄完好樣品在一定夾持、機械加載情況下的離面位移條紋；(2)保持相同夾持、加載條件情況下，測量并記錄待測板級組裝球柵陣列封裝器件 的離面位移條紋；(3)對上述兩組離面位移條紋進行初步比較。如果兩組離面位移條紋不一致，則確定發(fā)生失效。如果兩組離面位移條紋一致，則 未發(fā)生失效，檢測結(jié)束。當(dāng)兩組離面位移條紋不一致時，可以通過對失效相關(guān)區(qū)域進行進一步計算處理， 最終確定失效焊點及其損壞程度。上述測試方法包括對同一型號完好板級組裝球柵陣列封裝器件進行定標(biāo)測試， 測量并記錄完好樣品在機械載荷下的離面位移條紋，載荷大小應(yīng)控制在使樣品僅產(chǎn)生微小 彈性變形的范圍內(nèi)；保持相同的夾持條件，測量并記錄待測球柵陣列封裝的離面位移條紋； 對上述兩組條紋進行相位解包和位移計算，比較焊球所在區(qū)域的單位載荷作用下的相位變 化和位移分布，若有失效發(fā)生，則可根據(jù)條紋變化定位失效區(qū)域；然后對失效相關(guān)區(qū)域進行 進一步計算處理，獲得該區(qū)域中位移梯度、各焊點所在橫、縱截面的位移分布等信息，最終 確定失效焊點及其損壞程度。所述的電子散斑干涉檢測方法包括測量并記錄確知完好的同型號板級組裝球 柵陣列封裝器件的電子散斑干涉條紋，計算該檢測樣品的整體相位分布、位移分布、位移梯 度、各焊球橫和縱截面的位移曲線信息。所述的條紋初步比較可以是，比較當(dāng)前樣品測試所得條紋與定標(biāo)測試中樣品的條 紋形狀，判斷條紋形狀與定標(biāo)測試相同的器件完好。也可以包括，比較當(dāng)前測試所得條紋與 定標(biāo)測試中的條紋形狀，判斷條紋形狀與定標(biāo)測試不同的器件失效，并判斷條紋形狀異常 所在位置為失效區(qū)域。所述的進一步計算處理，包括計算所測板級組裝球柵陣列封裝器件在失效相關(guān) 的相位分布、位移分布、位移梯度、該區(qū)域中各焊球橫、縱截面的位移曲線等操作中的一個、 多個及其組合。然后與定標(biāo)測試的對應(yīng)信息進行比較。還包括，根據(jù)對應(yīng)信息的比較結(jié)果， 判斷相位值、位移值、位移梯度等相對完好試樣偏離最大的位置為失效焊點所在位置。通 常，根據(jù)相位值、位移值、位移梯度等相對完好試樣的偏離量，判斷缺陷程度。偏離越大，缺陷越嚴(yán)重。由于散斑干涉在加載的同時即產(chǎn)生，通過條紋計算位移、及進一步計算分析都可 做到實時結(jié)果反饋，因此通過上述測試系統(tǒng)和測試方法，可以在不損壞被測封裝的前提下， 對流水線上的板級組裝球柵陣列封裝器件進行實時檢測。通過單次加載和單次測量，即可 檢測組裝器件中焊點是否發(fā)生失效，并定位失效區(qū)域、確定其損壞程度。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效果1.對器件沒有特殊加工要求，測量過程不會損壞器件，可用于生產(chǎn)成品的質(zhì)量檢 測；2.操作步驟簡單，夾持與加載可以通過機械自動化實現(xiàn)，圖形處理及進一步計算 則在電腦中完成，檢測過程可以實現(xiàn)無人操作；3.測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，只需在流水線后端，根據(jù)待測板級組裝球柵陣列封 裝器件，添加夾持、加載的固定裝置，并安裝相應(yīng)的電子散斑干涉離面位移測試光路系統(tǒng)， 就能對產(chǎn)品進行批量測試，工業(yè)集成性好；4.測試速度快，只需單次夾持及加載，就能通過計算機屏幕上顯示的條紋形狀、 整體位移分布，特定焊點橫、縱截面的位移分布等計算結(jié)果，判斷被測器件焊點是否發(fā)生失 效、定位失效焊點并分析該焊點的損壞程度，可以實現(xiàn)生產(chǎn)成品的實時檢測。本發(fā)明提出一種用電子散斑干涉結(jié)合計算分析、檢測板級組裝球柵陣列封裝器件 中焊球失效的檢測系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)可以通過單次加載和單次測量，對整個板級組裝球 柵陣列封裝器件進行檢測，確定是否發(fā)生焊球失效、定位失效焊點、并通過計算分析識別焊 點的失效模式。該檢測方法設(shè)備簡單、操作方便、工藝整合性好，可實現(xiàn)流水線上的實時測 量，從而大大提高板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的檢測效率。


圖1是光路圖顯示本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)的離面位移測試光路。其 中，1是激光器，2是分光鏡，3是擴束鏡，4是測封裝，5是光學(xué)鏡頭，6是全反鏡，7是壓電陶 瓷相移器，8是雙偏振片，9是擴束鏡，10是四方棱鏡，11是CXD成像系統(tǒng)。圖2是用本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)和方法檢測的簡易板級組裝球柵 陣列封裝器件的示意圖。圖3是本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試方法的流程圖。圖4是用本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)檢測完好的簡易板級組裝球柵陣 列封裝器件得到的離面位移條紋圖。圖5是用本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)檢測焊球分層的簡易板級組裝球 柵陣列封裝器件得到的離面位移條紋圖。圖6是用本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)檢測焊球脫落的簡易板級組裝球 柵陣列封裝器件得到的離面位移條紋圖。圖7是通過進一步計算分析，得到的完好的簡易板級組裝球柵陣列封裝器件在失 效焊球區(qū)域的位移分布表面圖。圖8通過進一步計算分析，得到的焊球分層的簡易板級組裝球柵陣列封裝器件在 失效焊球區(qū)域的位移分布表面圖。
圖9是通過進一步計算分析，得到的焊球脫落的簡易板級組裝球柵陣列封裝器件 在失效焊球區(qū)域的位移分布表面圖。
具體實施例方式以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施例所對應(yīng)的用于檢測板級組裝球柵陣列封裝 器件中焊球失效的電子散斑干涉測試系統(tǒng)及其測試方法。實施例1用于檢測板級組裝球柵陣列封裝中焊球失效的電子散斑干涉測試系統(tǒng)該系統(tǒng)包括固定與加載部分，電子散斑干涉的離面位移測試光路部分和計算機 數(shù)據(jù)處理部分。其中，固定與加載部分用于對被測板級組裝球柵陣列封裝器件提供穩(wěn)定夾 持并提供機械加載；離面位移測試光路部分用于形成封裝在機械載荷下變形后干涉條紋， 即表面微位移；計算機數(shù)據(jù)處理部分用于采集條紋、進行相位解包和位移計算、定位失效區(qū) 域，并通過進一步計算處理，最終確定失效焊點及其損壞程度。參照圖1，說明本發(fā)明實施例所對應(yīng)的電子散斑干涉的離面位移測試光路部分。圖 1是其光路圖，該光路包括激光器1，其用于發(fā)射激光。激光器1可以發(fā)射632納米波長的 紅色激光，或者發(fā)射532納米波長的綠色激光，以及其他可見光波長范圍的激光。分光鏡2， 其與激光器1光連接，用于接收激光器送來的激光，并將該激光束一分為二。位于分光鏡一 側(cè)的擴束鏡3，其與分光鏡2光連接，用于接收分光鏡2送來的激光束之一，并將該激光束擴 束、照射到被測封裝4表面。位于被測封裝4正前方的光學(xué)鏡頭5，其用于接收被測封裝4表 面反射的激光束，并將之投射到四方棱鏡10側(cè)面之一。位于分光鏡2另一側(cè)的全反鏡6，其 與分光鏡2光連接，用于反射分光鏡2送來的另一激光束，調(diào)整該激光束的傳播方向，使其 以預(yù)定角度照射到壓電陶瓷相移器7上。壓電陶瓷相移器7，其與全反鏡6光連接，并與相 移控制器(未顯示)電連接，用于反射全反鏡6送來的激光，調(diào)整該激光束的傳播方向，使 其以預(yù)定角度照射到光強調(diào)制部件上，并且根據(jù)相移控制器的信號，改變該激光束的相位。 雙偏振片8，其與壓電陶瓷相移器7光連接，用于調(diào)整壓電陶瓷相移器7送來的激光束的光 強。另一擴束鏡9，其與雙偏振片8光連接，用于接收雙偏振片8送來的激光束，并將該激光 束擴束、照射到四方棱鏡10另一側(cè)面。四方棱鏡10，其分別與光學(xué)鏡頭5和擴束鏡9光連 接，以互相垂直的相鄰側(cè)面分別接收光學(xué)鏡頭5和擴束鏡9送來的激光束，并使之在對角面 上發(fā)生疊加干涉，該對角面由作為光接收面的兩相鄰側(cè)面的兩條非相交側(cè)棱構(gòu)成。位于四 方棱鏡10正后方的C⑶成像系統(tǒng)11，其與四方棱鏡10光連接，并與計算機處理部分(未顯 示)連接，CXD接收四方棱鏡10傳來的兩束激光的疊加光信號，并將之轉(zhuǎn)換為電信號，傳送 到計算機中，作為下一步計算處理的輸入信息。上述電子散斑干涉的離面位移測試光路部分可以是零散的光學(xué)組件，也可以是集 成的檢測儀器?？筛鶕?jù)實際需要，在不影響實際功能的前提下，添加、減少、組合、或重新放 置部分組件。例如可以調(diào)換全反鏡6與壓電陶瓷相移器7的位置，或者使用其他具有調(diào)整 光強功能的器件來代替雙偏振片8，等等。另外，該光路部分可以包括相移相關(guān)器件，以提 高位移測量的精確度，也可以省略該功能，使用傅立葉變換等其他方法來處理條紋，計算相 位。本發(fā)明實施例所對應(yīng)的計算機數(shù)據(jù)處理部分可以是通過數(shù)據(jù)線連接的本地計算 機，也可以是通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)連接的遠程計算機。所有的數(shù)據(jù)處理計算，可以由
7計算機、硬件模塊、定制軟件、多個軟件的組合中的一個或多個來完成。實施例2球柵陣列封裝中焊球失效的電子散斑干涉測試方法參照圖3，說明本發(fā)明實施例所對應(yīng)的用于檢測球柵陣列封裝中焊球失效的電子 散斑干涉測試方法。圖3是該測試方法的流程圖。首先，在步驟SO中，對已知完好的同型 號球柵陣列封裝進行定標(biāo)測試。通過固定與加載部分固定封裝器件，并在封裝器件背面施 加機械載荷，該載荷在整個條紋提取和相移過程中應(yīng)保持不變。同時由電子散斑干涉的離 面位移測試光路獲取條紋圖，通過計算機采集。計算機數(shù)據(jù)處理部分對該輸入信息進行一 系列計算，包括器件在焊接部分的整體相位分布、位移分布、位移梯度，以及焊球在橫、縱截 面上的位移分布，等等?？梢越?shù)據(jù)庫，記錄所有計算結(jié)果，作為該型號球柵陣列封裝的 參照信息，而不必在每次測試之前執(zhí)行該步驟。接著，在步驟Sl中，對未知是否存在缺陷的器件進行檢測。在該步驟中，夾持與加 載與SO中的相同?？赏ㄟ^自動控制的機械裝置保持對檢測器件的夾持相同、施加的載荷方 向、大小和作用位置相同。然后，在步驟S2中，比較Sl中測得的條紋形狀與定標(biāo)測試的結(jié)果是否相同。如果 相同，則可以判定封裝完好，未發(fā)生失效，本次檢測程序完成，可以對下一封裝執(zhí)行新的檢 測。如果兩者的條紋形狀不同，則可判定該封裝器件焊球中存在失效。通過比較條紋形狀 出現(xiàn)差別的區(qū)域，可以定位發(fā)生失效的區(qū)域。這一過程可以由計算機的圖形處理工具完成。接著，在步驟S3中，由計算機數(shù)據(jù)處理部分計算該封裝器件在失效相關(guān)區(qū)域中的 相位分布、位移分布、位移梯度，以及該區(qū)域中各焊點在橫、縱截面上的位移曲線，并與定標(biāo) 檢測的測試結(jié)果進行比較。在所施加機械載荷為從背后對稱地推頂?shù)那闆r中，位移量偏離 完好器件結(jié)果最大位置所在的焊點即失效焊點。并且，偏離量越大，缺陷越嚴(yán)重。從而可以 定位失效焊點，并判斷其失效程度。得到上述相關(guān)結(jié)果后，本次檢測程序完成，可對下一板級組裝封裝器件執(zhí)行新的 檢測。在本實施例中，是先定位失效區(qū)域，然后在該相關(guān)區(qū)域中進行進一步計算。這樣， 可以減少計算機的運算負(fù)荷，加快檢測速度，提高檢測效率。然而，也可以直接計算整個焊 接部分中每個焊點的位移信息，這樣可以更準(zhǔn)確地定位失效焊點。或者，如果只需要判斷是 否發(fā)生失效，則僅執(zhí)行條紋形狀的比較即可。實施例3樣品檢測圖2是待檢測樣品的示意圖。樣品是在長寬厚為14. 60X10. 68X0. 92mm的PCB 板上通過電鍍、刻蝕等工藝，生成有焊盤、引線等基本互連，植上3X 2的鉛錫焊球陣列作為 模擬器件，焊球的直徑為0. 76mm，橫向間距4. 00mm，縱向間距6. OOmm0然后將該模擬器件通 過回流焊接到長寬厚分別為100、40、0. 92mm的PCB板上。形成完好的、器件右下角焊球分 層、器件右下角焊球脫落的三種情況下的樣品。圖4-6是用本發(fā)明所對應(yīng)電子散斑干涉測試系統(tǒng)分別檢測完好、焊球分層和焊球 脫落的樣品得到的離面位移條紋圖。由于本實施例中的器件形狀規(guī)則對稱，所以采用對稱 夾持和對稱加載。也可以采用非對稱的夾持和機械載荷。如圖4所示，完好器件的條紋形 狀規(guī)則，沒有明顯的不連續(xù)突變，據(jù)此可判斷該試樣的位移場無明顯異常，焊點完好。而在 圖5焊球分層器件的條紋圖和相位圖中，中心部分上PCB板右下角的條紋出現(xiàn)了明顯的不連續(xù)突變，可以明確判定該試樣右下角處的焊球發(fā)生失效。在圖6焊球脫落的器件中，中 心部分上PCB板右側(cè)的條紋出現(xiàn)了明顯的不連續(xù)突變，可以判定該試樣右側(cè)的焊球存在缺 陷，但無法分辨是右上角還是右下角。通過進一步計算，可以明確識別失效位置。圖7-9是通過進一步計算分析，得到的完好、焊球分層和焊球脫落的樣品在失效 區(qū)域表面的位移分布圖。其中，X為試樣的長度方向，Y為試樣的寬度方向，原點位于試樣的 左上頂角。在圖7中，模擬器件的離面位移分布平緩，無明顯傾斜趨勢。在圖8和9中，均 發(fā)現(xiàn)樣品表面的相對位移值從左上角向右下角遞增的現(xiàn)象，且增幅大于150nm，在ESPI的 測量精度內(nèi)。據(jù)此可判斷這兩個試樣均在右下角焊球發(fā)生失效，并且圖9的缺陷比圖8更 嚴(yán)重。由于該示例檢測所用的簡易球柵陣列封裝器件結(jié)構(gòu)簡單，焊球數(shù)少，無需進一步 計算各焊球在各自所在橫、縱截面的位移曲線就能對失效情況做出判定。在焊球數(shù)較多，焊 點間距較小的情況小，則可能需要該計算結(jié)果。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，很容易實現(xiàn)其他優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更廣大 方面并不限于本文說明的具體細(xì)節(jié)和典型實施例。相應(yīng)地，可以做出諸多修改，而不背離總 體發(fā)明概念的精神和范圍，該總體發(fā)明概念由附加的權(quán)利要求及其等價物定義。
權(quán)利要求
1.用于檢測板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征 在于，該電子散斑干涉測試系統(tǒng)包括檢測樣品固定與加載部分，電子散斑干涉的離面位移 測試光路部分，以及計算機數(shù)據(jù)處理部分；其中，檢測樣品的固定與加載部分對被測球柵陣列封裝提供穩(wěn)定夾持，以及對檢測樣 品施加機械載荷；離面位移測試光路部分形成檢測樣品在機械載荷下變形后的干涉條紋，即表面微位移 fn息；計算機數(shù)據(jù)處理部分采集條紋、進行相位解包和位移計算、定位失效區(qū)域，并通過進一 步計算處理，最終確定失效焊點及其損壞程度。
2.如權(quán)利要求1所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，離面位移測試光路部分 包括發(fā)射光線裝置、分光裝置、反射裝置和疊加干涉裝置；四者依次連接并形成特定角度， 發(fā)射光線裝置發(fā)出的光線穿過分光裝置，一束經(jīng)反射裝置反射、穿過樣品并投射到疊加干 涉裝置，另一束經(jīng)過反射也投射到疊加干涉裝置，兩束光線通過疊加干涉裝置形成電子散 斑干涉條紋。
3.如權(quán)利要求2所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，離面位移測試光路部分 還包括調(diào)整激光束相位的裝置，調(diào)整激光束相位的裝置與反射裝置連接。
4.如權(quán)利要求2所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，離面位移測試光路部分 還包括調(diào)整激光束光強的裝置，調(diào)整激光束光強的裝置與反射裝置連接。
5.如權(quán)利要求2所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，離面位移測試光路部分 包括激光器、分光鏡、擴束鏡、全反鏡和棱鏡；激光器與分光鏡連接，分光鏡分別與擴束鏡和 全反鏡連接，棱鏡分別與擴束鏡和全反鏡連接；激光器發(fā)射出的激光經(jīng)過分光鏡分為兩束， 一束經(jīng)過擴束鏡后穿過待測樣品投射到棱鏡一個側(cè)面，另一束經(jīng)全反鏡反射投射到棱鏡的 另一側(cè)面，兩束激光通過棱鏡發(fā)生疊加干涉。
6.如權(quán)利要求5所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，離面位移測試光路部分 還包括壓電陶瓷相移器和雙偏振片，兩者都與全反鏡連接。
7.如權(quán)利要求1所述的電子散斑干涉測試系統(tǒng)，其特征在于，計算機數(shù)據(jù)處理部分是 安裝了分析電子散斑干涉條紋軟件的計算機。
8.一種球柵陣列封裝中焊球失效的電子散斑干涉檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對同一型號板級組裝球柵陣列封裝器件的完好檢測樣品進行定標(biāo)測試，測量并記 錄完好樣品在一定夾持、機械加載情況下的離面位移條紋；(2)保持相同夾持、加載條件情況下，測量并記錄待測板級組裝球柵陣列封裝器件的離 面位移條紋；(3)對上述兩組離面位移條紋進行初步比較。
9.如權(quán)利要求8所述的電子散斑干涉檢測方法，其特征在于，兩組離面位移條紋不一 致，則確定發(fā)生失效。
10.如權(quán)利要求8所述的電子散斑干涉檢測方法，其特征在于，兩組離面位移條紋不一 致，則通過對失效相關(guān)區(qū)域進行進一步計算處理，最終確定失效焊點及其損壞程度。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子封裝領(lǐng)域，涉及一種用于檢測板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的電子散斑干涉測試系統(tǒng)及其檢測方法。該系統(tǒng)包括檢測樣品的固定與加載部分，電子散斑干涉的離面位移測試光路部分，和計算機數(shù)據(jù)分析處理部分。離面位移測試光路部分用于形成檢測樣品在機械載荷下變形后的干涉條紋，即表面微位移信息。計算機數(shù)據(jù)處理部分，用于采集條紋、進行相位解包和位移計算、定位失效區(qū)域。通過比較對標(biāo)準(zhǔn)品與樣品的離面位移條紋確定樣品是否發(fā)生焊球失效。該系統(tǒng)組成元件簡單，測量過程不會損壞器件，檢測方法簡便、工藝整合性好，可實現(xiàn)流水線上的實時測量，從而大大提高板級組裝球柵陣列封裝器件中焊球失效的檢測效率。
文檔編號G01N21/88GK102141524SQ20101010279
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者王珺, 肖斐, 高云霞 申請人:復(fù)旦大學(xué)