基于影子云纹法的封装基板翘曲测量系统研究

摘要

近年来,随着微电子封装器件朝着更轻、更小、更高集成度的方向发展,微电子器件的热-机械可靠性显得越来越重要。在制造和使用过程中,微电子器件中各种封装材料的热膨胀系数失配会导致很多可靠性问题例如基板的翘曲变形。在封装过程中,印刷电路板(PCB基板)、陶瓷基板、硅基板、金属基板的变形翘曲是影响微电子器件的质量、性能和可靠性的重要因素之一。因此,为了提高微电子器件的可靠性和成品率,在封装制造过程中对器件的基板进行翘曲测量是至关重要的,甚至决定了产品的总体热-机械性能。
　　影子云纹法是一种高精度、非接触的全场测量方法,已经成为了固体力学领域应用最广泛的离面位移测量方法之一。
　　本文,基于非接触的影子云纹技术开发了大尺寸封装基板翘曲测量系统,对各种基板例如方形扁平无引脚封装(Quad Flat No-lead Package,QFN)金属基板、球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)基板以及硬币花纹面等进行了测量。在翘曲测量系统研制时,本文使用相移技术对通过影子云纹法得到的莫尔条纹图案进行分析,大大提高了分析莫尔条纹图案的灵敏度。传统的影子云纹测量设备受环境杂光的影响较大,系统的主要误差之一是来自于光源照明时偏离主光线的杂光照进参考光栅,在试样表面产生多个光栅影子叠加,造成莫尔条纹噪声;在翘曲测量系统中,本文在光源光纤和参考光栅之间设置了一个准直透镜,光线从白光源发出后经过准直透镜准直之后变成平行光再照射到参考光栅表面,使大部分光线能量不偏离主光线方向而进入参考栅,从而减少偏离主光线方向的杂散光的误差影响;在进行测量时,翘曲测量系统的CCD相机的位置是可调的,以满足不同尺寸封装基板的测量。同时,入射反光镜的角度也是可调的,以调节测量系统的分辨率满足不同测试样品的需求。
　　在本文中,利用该系统对QFN基板和BGA基板进行了相应的实验测试分析,系统的测量精度可以达到1μm,重复性误差在2％以内,能够满足从工业界到学术界绝大部分封装基板测试的要求。

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1 绪 论

1.1引言

1.2国内外研究现状与应用前景

1.3几种主流的翘曲测量技术

1.4本文研究目标和研究内容

2 封装基板翘曲测量原理研究

2.1影子云纹测量原理

2.2塔尔博特距离

2.3相移技术分析与比较

2.4相位解包裹算法

3 测量系统的组成与实现

3.1系统总体布置

3.2光源照射子系统

3.3位置控制子系统

3.4图像采集子系统

3.5软件系统

3.6试样与参考光栅之间的平行校正

3.7标定系统和图像滤波处理

3.8小结

4 测量系统验证及测试结果分析

4.1系统实验步骤

4.2试样表面要求及预处理

4.3测试结果与分析

4.4误差分析

4.5本章总结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士学位期间研究成果

附录Ⅱ 攻读硕士学位期间已获得专利证书