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| 倒装焊作为一种应用广泛的微电子封装技术,具有对准精度高、互连线短、输入输出密度高等优势,是减小封装体积、提高封装密度的重要手段。随着倒装焊技术向高密度、微细间距发展,尺度效应和表面效应将更加明显,而无铅材料的引入也会使材料的热/应力失配更加严重,更易引起应力集中和损伤累积,导致焊点缺陷产生。加之倒装焊焊点隐藏在芯片和基底之间,微小焊点上的缺陷诊断也更为困难。为此,本论文以倒装焊焊点缺失、虚焊和裂纹等典型缺陷为研究对象,运用超声激振方法,对其缺陷诊断的关键技术进行了研究。具体内容如下：针对倒装焊芯片焊点缺失,建立了薄板-弹簧理论模型,通过理论计算揭示了焊点缺失芯片的共振频率小于无缺陷芯片,且芯片共振频率会随焊点缺失数量增加而减小的规律。以COMSOL为工具,构建了倒装芯片的有限元模型,验证了焊点缺失会导致芯片共振频率下降的规律,并进一步揭示了焊点缺失处的振动速度会大于无缺陷处的现象,而这种振动速度的差异可以通过特征系数α来表征。基于空气耦合超声激励和激光多普勒测振原理,搭建了倒装焊缺陷检测系统,制作了具有焊点缺失缺陷的倒装芯片,并运用缺陷检测系统对其进行检测,实验结果证明利用芯片的共振频率可以识别倒装焊芯片是否存在焊点缺失缺陷,而缺陷的具体位置则可通过芯片的振动速度来确定。针对倒装焊芯片虚焊缺陷,建立了相应的倒装芯片模型,通过有限元方法对芯片的模态特征进行了仿真分析,揭示了虚焊芯片与无缺陷芯片在模态振型和共振频率上的差异。利用缺陷检测系统,对倒装芯片在超声激励下的实时振动进行了测量,证明了虚焊产生会引起芯片模态振型的变化和共振频率的降低。对虚焊点和无缺陷点的速度频谱进行研究,发现虚焊缺陷会使芯片振动能量的分布发生变化,并可以利用频谱的均方根频率来表征。因此,通过倒装芯片的模态特征,如模态振型、共振频率可以识别倒装焊芯片是否存在虚焊缺陷,而缺陷的具体位置则可通过芯片的速度频谱及其均方根频率来确定。采用热循环和加热加压方法,在倒装焊芯片焊点中引入裂纹缺陷进行研究。通过模态分析,揭示了裂纹芯片与无缺陷芯片在模态振型上的差异,该差异可以由振型图像特征如高宽比、特征角来表征。同时,提取芯片共振频率进行分析,发现裂纹产生会引起芯片共振频率的下降,证明了倒装焊焊点裂纹可以通过芯片模态特征如模态振型、共振频率来识别。进一步,利用LMD方法对裂纹焊点的振动信号进行分析,证明了裂纹点与无缺陷点平均包络谱的差异可以用形状因子来表征,而倒装焊裂纹焊点位置则可通过PF分量平均包络谱的差异来确定,从而实现裂纹焊点的定位。本论文将超声激励和振动分析相结合,应用于倒装焊缺陷诊断的关键技术研究,实现了焊点典型缺陷的识别与定位。后续将进一步研究检测系统的改进、混合复杂缺陷的识别分类以及信号分析处理等,以完善缺陷诊断技术,实现倒装焊的在线检测。 |
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