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、方法及係統組成的基礎上，建立瞭倒裝焊結構的熱傳導數學模型，並給齣解析求解過程；將常見焊球缺陷引入倒裝芯片的熱傳導模型，建立瞭倒裝焊結構的縱嚮熱阻網絡；采用有限元法仿真分析瞭外部熱激勵作用下的倒裝焊內部熱傳導狀況，結閤主動紅外檢測實驗，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

陸嚮寜：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製造及其自動化專業，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係開展訪問研究，現為江蘇師範大學機電工程學院教師。主要研究方嚮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，主持國傢自然科學基金2項，江蘇省高校自然科學基金1項，國傢重點實驗室開放基金項目1項；作為主要研究人員，參與國傢973項目、國傢自然基金項目、美國國傢能源部項目等的課題研究工作。發錶論文20餘篇，其中SCI收錄10餘篇，EI收錄10餘篇。

目錄

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 紅外檢測係統組成 23
2．2．1 紅外光學係統 24
2．2．2 紅外探測器 25
2．2．3 紅外熱成像係統 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係統 34
2．4．1 紅外熱像儀 35
2．4．2 激光加熱係統 39
2．4．3 控製係統及附件 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 主動紅外微凸點檢測有限元分析 58
3．3．3 微凸點熱性能錶徵與分析 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 神經元結構模型 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嚮和應用 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 特徵加權的模糊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/序言

前 言

　　微電子封裝互連是集成電路後道製造中最為關鍵、技術難度最大的環節，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産品的小型化、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、貫穿矽通孔在高密度微型化封裝領域得到瞭快速發展和廣泛應用，三維封裝技術受到瞭越來越多的重視和研究。

　　隨著IC特徵尺寸的不斷減小，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，更容易導緻封裝界麵變形、彎翹或劃傷，齣現疲勞、應力集中，産生鍵閤缺陷失效；而倒裝焊、貫穿矽通孔等主流互連技術中，微焊球、倒裝凸點、填充矽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睏難。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，且易於造成芯片錶麵損傷；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製信息。

　　紅外檢測是一種非接觸式、可在綫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綫，將物體溫度及其分布情況顯示齣來，使檢測者能夠由此判斷齣物體內部狀況。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齣來，即形成瞭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閤，提齣瞭基於主動紅外探測的微電子封裝缺陷檢測方法，采用光縴耦閤半導體激光器對芯片或基底錶麵進行非接觸式加熱，通過紅外熱像儀獲得芯片錶麵溫度分布以及隨時間的變化，通過熱圖像信號處理提取特徵量，對封裝缺陷進行診斷與識彆，並詳細介紹瞭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、紅外檢測係統構成、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係統，並提齣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，並給齣解析求解過程，采用有限元法仿真分析倒裝焊內部熱傳導，並對焊球熱性能進行錶徵；第4章介紹主分量分析法和脈衝相位成像法，提齣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閤起來，為IC産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，其中各圖分彆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，同時也引用瞭許多專傢學者公開發錶的論文和正式齣版的圖書資料，在此錶示衷心的感謝！本書的研究工作得到瞭國傢自然科學基金項目（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，謹錶深深謝意！著者的研究和本書的齣版得到瞭江蘇師範大學相關領導和同事們的鼓勵和大力支持，在此深錶感謝！

　　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