一种统计焦平面铟柱阵列高度数据的处理方法

摘要

本发明公开了一种统计焦平面铟柱阵列高度数据的处理方法。本发明根据焦平面器件铟柱的形状特点对由激光共聚焦显微镜获取的焦平面表面形貌数据进行数据处理，最终获得整个器件的铟柱高度数值及其统计分布。本发明包括：1，获取焦平面器件表面形貌数据矩阵，并生成对应的坐标矩阵；2，通过计算确定铟柱高度统计分析的基本高度；3，利用基本高度分离单个铟柱的高度数据矩阵；4，计算单个铟柱的高度；5，统计所有铟柱的高度。本发明的优点是：1，利用本发明可以实现铟柱高度统计的自动化，为焦平面器件的倒焊互连工艺提供依据；2，本发明提供的数据处理方法，其统计结果客观准确，排除人工选点的数据不完整性。

说明书

技术领域：

本发明涉及红外焦平面阵列与读出电路的倒焊互连领域。实现了焦平面铟 柱阵列高度统计的自动化，解决了人工统计存在的数据不完整性问题。

背景技术：

红外焦平面探测器日益向着大面阵方向发展，这使得作为大面阵焦平面器 件关键技术的倒焊互连的难度大大增加，而铟柱的质量最终决定了倒焊互连能 否高质量地完成。目前铟柱高度的检测一般采用显微照片观察及随机取样计算 平均值的方法。此两类方法有一定的局限性。由于铟柱表面并不是理想的平面， 显微照片观察很难获得铟柱的具体数值及其分布，随机取样测量不能获得完整 的铟柱高度数据分布，且容易引入人工定标的误差。

本发明独创性地对激光共聚焦获得的焦平面表面形貌数据进行处理分析， 具体指计算红外焦平面上铟柱的高度分布。本发明可以获得并获得了大量铟柱 的真实高度值及其统计分布，对红外焦平面器件的倒焊互连工艺的发展有很大 作用。

发明内容：

1，发明目的：统计焦平面器件表面铟柱的高度及其分布。

2，技术方案：

本发明的具体步骤如下：

步骤一：利用激光共聚焦显微镜对焦平面表面进行扫描，获取并保存焦平 面表面高度形貌数据矩阵Z=[z_ij]，其中z_ij指坐标位于x=i,y＝j处的高度数据， i，j的取值范围是[1,n]，n为采样密度，取值512或1024；

步骤二：生成高度数据矩阵Z对应的横坐标矩阵X＝[x_ij]，纵坐标矩阵Y＝[y_ij]， 其中，矩阵元素满足x_ij＝j，y_ij=i；

步骤三：求出高度数据矩阵Z中元素的最大值z_max=max(z_ij)，最小值 z_min=min(z_ij)，以指定的间隔Δz生成向量S＝[s_h]，满足s_h=z_min+(h-1)·Δz，其中 间隔Δz设为0.1，h取整数1，2……|(z_max-z_min)/Δz|；

步骤四：求解等高线坐标矩阵C_sh

C_sh=contour(Z,[s_h s_h])                (1)

式中，contour()为Matlab7.0中的函数，等高线坐标矩阵C_sh具体表达式为：

$C_{\mathrm{sh}}=\left(\begin{array}{cccccccc}{s}_h& \mathrm{xdata}\left(1\right)\mathrm{xdata}\left(2\right)& ...\mathrm{xdata}\left(\dim 1\right)& s_h& \mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...& \mathrm{xdata}\left(\dim 2\right)& s_h...\\ \dim 1& \mathrm{ydata}\left(1\right)\mathrm{ydata}\left(2\right)& ...\mathrm{ydata}\left(\dim 1\right)& \dim 2& \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...& \mathrm{ydata}\left(\dim 2\right)& \dim 3...\end{array}\right)---\left(2\right)$

式中，$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...\\ \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...\end{array}\right)$为每条等高线所在的坐标位置，第一行为横坐 标，第二行为对应的纵坐标，dim1，dim2，dim3…为每条等高线上点的数量， 对向量S中所有的元素分别统计式(2)中s_h的数量，统计结果记为m_h，并生成 等高线数量向量M＝[m_h]；生成“等高线数量—高度数据”关系曲线，其中横 坐标为向量S，纵坐标为等高线数量向量M；结合铟柱形貌特点，选取“等高 线数量—高度数据”关系曲线中第一个峰与第二个峰之间特定的高度为铟柱高 度分析的基本高度ZBasic；

步骤五：求解基本高度ZBasic处的等高线坐标矩阵C_zbasic

C_zbasic=contour(Z,[ZBasic ZBasic])           (3)

等高线坐标矩阵C_zbasic具体表达式为：

$\mathrm{Czbasic}=\left(\begin{array}{cccccccc}\mathrm{ZBasic}& \mathrm{xdata}\left(1\right)\mathrm{xdata}\left(2\right)& ...\mathrm{xdata}\left(\dim 1\right)& \mathrm{ZBasic}& \mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...& \mathrm{xdata}\left(\dim 2\right)& \mathrm{ZBasic}...\\ \dim 1& \mathrm{ydata}\left(1\right)\mathrm{ydata}\left(2\right)& ...\mathrm{ydata}\left(\dim 1\right)& \dim 2& \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...& \mathrm{ydata}\left(\dim 2\right)& \dim 3...\end{array}\right)---\left(4\right)$

以式中的ZBasic元素值为标记，分离出一系列的等高线坐标矩阵：

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...\mathrm{xdata}\left(\dim 1\right)\\ \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...\mathrm{ydata}\left(\dim 1\right)\end{array}\right)---\left(5\right)$

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...\mathrm{xdata}\left(\dim 2\right)\\ \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...\mathrm{ydata}\left(\dim 2\right)\end{array}\right)---\left(6\right)$

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...\mathrm{xdata}\left(\dim 3\right)\\ \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...\mathrm{ydata}\left(\dim 3\right)\end{array}\right)---\left(7\right)$

……；

步骤六：将式(5)记作：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xdata}1\\ \mathrm{Ydata}1\end{array}\right)---\left(8\right)$

式中，向量Xdata1，Ydata1为：

Xdata1=[xdata(1) xdata(2) ... xdata(dim1)]      (9)

Ydata1=[ydata(1) ydata(2) ... ydata(dim1)]       (10)

分别求出向量Xdata1，向量Ydata1中元素的最大值并取整得到Xdata1_max和 Ydata1_max，分别求其最小值并取整得到Xdata1_min和Ydata1_min，生成横坐标向量 X_1s：

X_1s＝[xdata1_min xdata1_min+1xdata1_min+2 ... xdata1_max]        (11)

纵坐标向量Ｙ_１s：

Ｙ_１s＝[ydata1_min ydata1_min+1ydata1_min+2 ... ydata1_max]      (12)

求解[Ｘ_１,Ｙ_１]：

[X₁,Y₁]＝meshgrid(X_1s,Y_1s)               (13)

生成横坐标矩阵X₁，纵坐标矩阵Y₁，式(13)中meshgrid()为Matlab7.0中的函数；

步骤七：求出横坐标矩阵X₁，纵坐标矩阵Y₁对应的高度数据矩阵Z₁=[z1_kl]， Z₁中元素满足z1_kl=z_kl，其中k，l为下标，且有：

xdata1_min＜k＜xdata1_max，ydata1_min＜l＜ydata1_max

利用步骤四中的方法求出矩阵Z₁对应的“等高线数量—高度数据”关系曲线， 利用该关系曲线，结合铟柱表面的形貌特点，选取曲线中第二个峰附近的等高 线数量为1的指定位置的高度为单个铟柱的近似高度值ZApro1；

步骤八：求解单个铟柱近似高度值ZApro1处的C_zapro1

C_zapro1=contour(Z₁,[ZApro1 ZApro1])       (14)

式中C_zapro1具体表达式为：

$\mathrm{Czapro}1=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{ZApro}}_1& \mathrm{xdata}\left(1\right)\mathrm{xdata}\left(2\right)& ...\mathrm{xdata}\left(\dim 1\right)\\ \dim 1& \mathrm{ydata}\left(1\right)\mathrm{ydata}\left(2\right)& ...\mathrm{ydata}\left(\dim 1\right)\end{array}\right)---\left(15\right)$

以式中的ZApro1值为标志，有且仅有一条等高线的坐标矩阵

$\left(\begin{array}{cc}\mathrm{xdata}\left(1\right)& \mathrm{xdata}\left(2\right)...\mathrm{xdata}\left(\dim 1\right)\\ \mathrm{ydata}\left(1\right)& \mathrm{ydata}\left(2\right)...\mathrm{ydata}\left(\dim 1\right)\end{array}\right)---\left(16\right)$

求解单个铟柱高度height₁：

height₁=mean(z1_pq)             (17)

其中p，q为下标，满足xdata(1)＜p＜xdats(dim1)，ydata(1)＜q＜ydata(dim1)；

步骤九：对式(6)，式(7)……一系列的等高线坐标矩阵分别重复步骤六、七、 八，得出相应的一系列铟柱高度值height₁，height₂，height₃……，生成铟柱高 度值向量H，

H＝[height₁,height₂,height₃…]        (18)

求解hist(H)，获得铟柱高度的统计直方图，其中hist()为Matlab7.0中的函数。

本发明具有以下优点：

1，利用本发明可以获得焦平面上大量铟柱的高度值及其统计分布，可以 用于客观判断焦平面上铟柱的生长质量，对红外焦平面阵列与读出电路的倒焊 互连工艺提供依据。

2，本发明提供的数据处理方法，其统计结果客观准确，排除人为选点的 数据不完整性。

附图说明：

附图1：本发明的方法流程图。

附图2：本发明处理的实例样品的表面形貌图。

附图3：利用激光共聚焦显微镜获取的数据文件生成的铟柱形貌图。

附图4：一个完整数据文件生成的等高线数量分布图。

附图5：分离出的单个铟柱高度数据绘制的铟柱形貌图。

附图6：两个典型的单个铟柱等高线数量分布图。

附图7：对16个完整数据文件进行统计获得的所有完整铟柱的高度统计直 方图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述：

本实施例使用的数据文件是由OLYMPUS-OLS3000激光共聚焦仪扫描出 的分辨率为1024×1024的焦平面样品表面形貌高度数据阵列。焦平面样品表 面形貌的激光共聚焦显微照片见图2，图2中的圆形亮斑为铟柱。本实施例对 扫描出的16个数据文件进行了分析。

首先对第一个数据文件进行分析，使用Matlab7.0导入表面形貌高度数据 阵列Z，按照说明书中步骤一、步骤二所述的方法生成X，Y坐标阵列，利用 mesh()函数生成如图3所示的红外焦平面阵列的表面形貌图；

然后，按照说明书中步骤三（设置指定间隔Δz为0.1um）、步骤四所述的 方法，作出如图4所示的“等高线数量-高度数据”关系曲线，图4中“等高 线数量-高度数据”关系曲线有两个峰。本实施例取两个峰值之间的最小值对 应的高度为铟柱高度分析的基本高度；

然后，按照说明书中步骤五所述的方法分离出单个铟柱的表面形貌高度数 据。利用分离出的单个铟柱的表面形貌高度数据，用mesh()函数画出如图5所 示的单个铟柱的表面形貌图；

然后，按照说明书中步骤六、步骤七、步骤八所述的方法，对单个铟柱的 表面形貌高度数据进行分析，获得如图6所示的单个铟柱的“等高线数量—高 度数据”关系曲线，并最终得到单个铟柱的高度height；

最后，按照说明书中步骤九所述的方法，得到第一个激光共聚焦数据文件 中所有铟柱的高度，再对其余的15个激光共聚焦数据文件重复上述步骤，最 终得到16个数据文件中所有的铟柱高度数据，利用hist()函数对获得的所有的 铟柱高度值进行统计，画出统计直方图。图7为本实施例获得的所有铟柱的高 度分布统计直方图。此样品的铟柱高度集中在8.5-9.0μm，符合正态分布规律。