专利名称：电子封装内部分层缺陷的超声显微检测方法
技术领域：
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及电子封装材料和超声波检测，是一种用于观察电子封装内部分层结构(缺陷)显微图像的方法。
背景技术：
超声显微检测法是一种可以观察物体内部精细结构的无损检测技术，它利用高频超声波和被测物体相互作用，已能够获取亚微米等级的声学图像，在电子信息、航空航天、 工业机械和生物医学等多方领域都有广泛的应用。电子封装结构是大规模集成芯片、电子功能元件、连接线等电子器件的支撑体，是一种层状多元复合体结构，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用， 还是沟通芯片内部与外部电路的桥梁。电子封装体大多数是层状结构，例如塑封材料与粘结剂之间，芯片和芯片载体之间、芯片与粘结剂之间等形成了多个粘接界面。在电子器件封装过程中，由于材料和工艺因素的不可控会产生微缺陷，例如分层、微裂纹、空洞等，其中分层缺陷是这些缺陷中最常见的缺陷。在服役过程中，不同材料间形成的界面由于热膨胀系数不同会产生热应力，一旦界面应力达到临界值，就会发生界面分层开裂，引起封装的多种失效，完整性下降，最终导致电子器件性能失效。因此，对电子封装分层缺陷的检测具有重要的现实意义。中国专利101762762A给出了一种对比电性值对照表和实际电性值来检测封装结构电路节点断路位置的方法，这种方法只能针对电路结构一个方面，检测其电学运行特性是否完整；中国专利101493319A提供了一种利用X射线检测封装芯片的方法，能够检出封装中芯片与封装引线框架之间金属连线是否存在着变形，但此方法只局限在检测芯片金属层结构(缺陷)，不能检测电子封装各层不同材料间的结构(缺陷)，而且没有给出检测精度，只能作为定性判断的依据。超声显微检测法使用频段为20MHz——300MHz的超声波，可以在显微程度下解决电子封装内部分层结构的成像观察和判断问题。因为超声波的频率越高，分辨率越高，但穿透能力就越差，射入物体后引起的散射效应也就越严重，由此导致产生的图像�：踔廖薹ǖ玫接行枷瘢虼思觳馐毙韪莸缱臃庾暗牟牧虾秃穸龋侠硌≡裣嘤ζ德实幕荒芷�。 通过计算各频率换能器发射的超声波在入射被测电子封装后聚焦点位置发生的变化，能够有效调整换能器和被测电子封装的相对位置，获得电子封装内部所感兴趣的特定深度层面的优化图像。
发明内容
本发明目的是提供一种超声显微检测方法，用于检测电子封装内部的分层缺陷， 解决电子封装在使用过程中由于环境温度湿度变化、热循环、电磁及应力场作用而导致的缺陷无法检出的问题。欲达到上述目的，本发明的电子封装分层缺陷检测方法包括以下步骤步骤一提供针对电子封装结构检测设计的超声显微检测运动控制和数据处理装置。步骤二 将电子封装水平放入扫查运动控制系统的水槽中，并完全浸没在水中。步骤三超声波束垂直电子封装表面入射，超声波换能器接收来自于电子封装内部的反射回波，获得封装内部不同介质之间的层级(结构)图像。步骤四观察电子封装内部不同深度的层级(结构)图像， 判断是否存在分层缺陷。
四
图1超声波入射电子封装后焦距变化的理论计算示意2利用超声显微方法检测电子封装内部分层结构示意图
五具体实施例方式根据电子封装的厚度和检测要求的分辨率选择相应的超声波换能器，为使所发射的超声波能够垂直入射被测电子封装，，高频超声波换能器垂直地面安装在步骤一所述的超声显微检测装置上，所有可用于更换的超声波换能器均为水浸聚焦式换能器。电子封装水平放置在步骤二所述的水槽中，水槽中的水为无氧水。如图2所示，检测方法各部分包括水槽和水1、被测电子封装2、高频超声波换能器3、超声显微检测运动控制和数据处理装置4用于计算声束入射到电子封装内部因折射而产生焦点距离变化的公式如下
权利要求
1.电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，所述电子封装使用塑料封装，应用范围商业或工业。利用超声波束照射电子封装表面(或背面)，根据超声回波信号形成图像，检测封装内部不同介质之间的分层缺陷，其特征在于以下各步骤步骤一提供针对电子封装结构检测设计的超声显微检测运动控制和数据处理装置， 装置包括高频超声波换能器、高速数据采集卡、扫查运动控制系统、信号特征提取和图像处理系统。步骤二 将电子封装水平放入步骤一所述扫查运动控制系统的水槽中，并完全浸没在水中。步骤三超声波束垂直电子封装表面入射，超声波换能器接收来自于电子封装内部的反射回波，获得封装内部不同介质之间的层级(结构)图像。步骤四观察电子封装内部不同深度的层级(结构)图像，判断是否存在分层缺陷。
2.根据权利要求1所述的电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，其特征在于所述步骤二中用于浸没电子封装器件的水为无氧水。
3.根据权利要求1所述的电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，其特征在于所述步骤三中使用频率范围在20MHz——300MHz的高频超声波作为检测手段。
4.根据权利要求1所述的电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，其特征在于超声波垂直电子封装表面入射，依靠脉冲反射式回波方法接收电子封装内部不同介质之间的层级(结构)图像。
5.根据权利要求1所述的电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，其特征在于检测时不需要接触被测电子封装，不需要破坏被测电子封装，没有辐射，噪音小。
6.根据权利要求1所述的电子封装内部分层缺陷超声显微检测方法，其特征在于获取电子封装内部各层级的显微图像，显微精度为8um。
7.根据权利要求3所述的高频超声波频率范围，其特征在于使用时根据不同电子封装的结构属性，选择更换相应频率的超声波换能器，换能器均为水浸聚焦式。每更换一次换能器，需根据换能器焦距调整换能器和电子封装之间的垂直距离，使电子封装内部结构处于聚焦换能器焦柱范围之内。
8.根据权利要求4所述的电子封装内部不同介质之间的层级(结构)图像，其特征在于依靠反射回波的采集，一次性获取电子封装内部各层的声学图像。
9.根据权利要求4所述的电子封装内部不同介质之间的层级(结构)图像，其特征在于针对电子封装材料的厚度，根据不同频率超声波在介质中的穿透能力和声波由耦合剂 (水)进入封装介质后聚焦波束发生折射的现象，给出检测时超声波换能器和电子封装结构之间的精确理论距离，做到对电子封装内部所感兴趣的特定深度层面图像最优化。
全文摘要
本发明目的是提供一种超声显微检测方法，用于检测电子封装内部的分层缺陷，解决电子封装在使用过程中由于环境温度湿度变化、热循环、电磁及应力场作用而导致的缺陷无法检出的问题。欲达到上述目的，本发明的电子封装分层缺陷检测方法包括以下步骤步骤一提供针对电子封装结构检测设计的超声显微检测装置。步骤二将电子封装水平放入扫查运动控制系统的水槽中，并完全浸没在水中。步骤三超声波束垂直电子封装表面入射，超声波换能器接收来自于电子封装内部的反射回波，获得封装内部不同介质之间的层级(结构)图像。步骤四观察电子封装内部不同深度的层级(结构)图像，判断是否存在分层缺陷。
文档编号G01N29/06GK102507738SQ20111030904
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者刘中柱, 徐春广, 李喜鹏, 杨柳, 肖定国, 赵新玉, 郭祥辉, 门伯龙, 阎红娟 申请人:北京理工大学
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