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集成電路引線焊接無損檢測技術(shù)的研究
引 言
研究和尋找集成電路引線焊接質(zhì)量的無損檢測方法一直是大家所關(guān)心的問題。傳統(tǒng)檢查焊接質(zhì)量的方法是用機(jī)械力推(或拉)動(dòng)測試，但它已不適應(yīng)輸入/輸出端點(diǎn)多達(dá)300個(gè)以上，引線間距小于0.1mm的集成電路引線焊接質(zhì)量的檢測，且檢測為破壞性，不足之處顯而易見。激光掃描聲學(xué)顯微鏡(簡稱SLAM)作為一種超聲無損檢測新技術(shù)，由于能給出被測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聲顯微圖像，反映出被測物體的機(jī)械彈性參數(shù)分布，故應(yīng)用廣泛。本文分析了SLAM用于集成電路引線焊接無損檢測的一些設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，通過對(duì)我們已有的國內(nèi)首創(chuàng)的SLAM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的改造，對(duì)一些集成電路引線焊接進(jìn)行了模擬性實(shí)驗(yàn)并探測到焊接質(zhì)量的缺陷。
2 SLAM系統(tǒng)的工作原理
SLAM的關(guān)鍵部分如圖1所示。聲換能器將微波轉(zhuǎn)變成聲波，該聲波經(jīng)過多層媒質(zhì)達(dá)到工作面板的下表面形成動(dòng)態(tài)波紋。聚焦的激光束在該面上作二維掃措時(shí)，反射光為受聲動(dòng)態(tài)波紋調(diào)制的角調(diào)制光束，用刀口技術(shù)進(jìn)行調(diào)解，就能在顯示屏上獲得聲像。
圖1所示的SLAM系統(tǒng)理想情況應(yīng)在0≤θ≤90°之間沒有零點(diǎn)響應(yīng)，以便任意角度入射的超聲波都可穿透被測樣品到達(dá)工作面板的下表面。在放置集成電路樣品之前，并且忽略聲學(xué)室表面的反射，根據(jù)選擇的聚苯乙烯材料的聲參數(shù)，可給出SLAM系統(tǒng)的響應(yīng)特性如圖2所示。
一旦把集成電路樣品放入SLAM系統(tǒng)中，此時(shí)，超聲波入射角的選擇除考慮SLAM系統(tǒng)響應(yīng)特性外，還考慮集成電路樣品放入后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)聲波傳輸特性的影響。對(duì)用于集成電路制造的典型陶瓷材料，其傳輸系數(shù)與入射角的關(guān)系曲線如圖3所示。
由以上分析，超聲波入射角的選擇應(yīng)同時(shí)考慮到SLAM系統(tǒng)響應(yīng)特性和被測集成電路樣品材料的傳輸特性，以期獲得最佳響應(yīng)。
3 SLAM系統(tǒng)裝置與實(shí)驗(yàn)
根據(jù)被測集成電路樣品參數(shù)，選擇SLAM工作于76MHz并對(duì)微波源、聲換能器、透鏡焦距、預(yù)放及解調(diào)電路等做相應(yīng)的改造，其實(shí)際SLAM系統(tǒng)如圖4。
實(shí)驗(yàn)用模擬集成塊的制作是在陶瓷基片上采用點(diǎn)焊的方法焊接不同尺寸的金屬帶狀引線而成。為了探測到焊接質(zhì)量的好壞，我們有意焊接了一些有缺陷的點(diǎn)，但通過人眼及光學(xué)顯微鏡，從表面并不能發(fā)現(xiàn)缺陷所在。下面給出模擬集成塊的SLAM聲學(xué)像(經(jīng)計(jì)算機(jī)處理)以及顯微光學(xué)像，如圖5、6、7、8所示。
上面圖中箭頭所示為焊點(diǎn)位置。由圖5聲學(xué)像可清楚地看到，金屬引線與陶瓷基片上的電極完全相連，整個(gè)焊點(diǎn)內(nèi)沒有空氣間隙。圖7和圖8分別是具有三個(gè)焊點(diǎn)的模擬集成塊的聲學(xué)像和光學(xué)像。從圖8光學(xué)像看不出焊點(diǎn)質(zhì)量好壞，但從圖7聲學(xué)像可知焊點(diǎn)1大部分焊接上，焊點(diǎn)2全部焊接上，焊點(diǎn)3只有一小部分焊接上。
4 結(jié) 論
屬于無損檢測的SLAM能夠獲得高分辨率的集成電路引線焊接聲顯微圖像，反映了SLAM掃描范圍內(nèi)集成電路的焊接結(jié)構(gòu)，只要有裂縫、氣泡、脫層等，就會(huì)在聲顯微圖中反映出來。實(shí)際測量中還應(yīng)注意根據(jù)被測對(duì)象選擇合造的聲波入射角、聲換能器輸入功率以滿足要求。整個(gè)工作為SLAM實(shí)際應(yīng)用于集成電路引線焊接質(zhì)量的無損檢測打下了基礎(chǔ)。
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