热/声激励的高密度超细间距倒装焊缺陷诊断方法研究

随着IC制造技术的发展，倒装焊将逐步成为32nm及以下IC封装的主流工艺之一，并进一步向高密度、超细间距趋势发展，功率密度更大，尺度效应更加明显。而无铅凸点及Low-K材料的引入，将导致其热/应力失配更加严重，更容易产生缺陷或失效，检测和诊断也更加困难，这已成为倒装焊技术继续发展面临的重要挑战。本项目以高密度、超细间距倒装焊为研究对象，提出一种热/声激励的缺陷诊断新方法。通过理论、仿真与试验相结合，揭示缺陷失效机理。采用非接触加热倒装芯片，声激励振动芯片以充分暴露其内部隐藏缺陷，同时红外热像仪获得芯片/基底表面温度分布。然后对红外温度分布图像进行特征选择和提取，应用自组织网络和支持向量机对缺陷进行诊断识别，并结合有限元分析和热冲击、高低温循环等试验，最终实现高密度超细间距倒装焊的缺陷在线检测与失效预测，为工艺优化以及芯片后续应用提供指导，也为我国IC制造提供基础理论和技术创新源泉。

本项目以倒装焊为研究对象，旨在探索基于热/声激励的高密度、超细间距倒装焊缺陷诊断新理论、新方法，推动相关技术的进一步发展，主要研究内容和成果包括：.1. 采用超声扫描显微镜（SAM）、红外热像仪、多普勒测振仪，搭建了倒装焊缺陷检测试验平台，为相关试验研究奠定了坚实的基础。.2. 深入研究了倒装键合工艺机理，探讨了关键工艺因素对键合质量的影响，包括回流焊工艺参数对焊接质量、缺陷形成机制的影响，优化了清洗方法、匀胶转速和曝光时间、以及回流曲线，为倒装焊工艺的理论、试验研究奠定了基础。.3. 研究了倒装焊热传导理论，建立了倒装焊热传导模型；开展了倒装焊热传导仿真研究，分析了倒装焊缺球和裂纹缺陷对传热的影响，发现缺陷阻断热传导通道而造成局部温差较大；开展了热/声激励下主动红外检测研究，建立了基于脉冲相位法、像素点累积温差法的热图像处理方法，揭示了焊球缺陷对低频段相位的影响规律和像素点累积温差变化规律，构建了焊球热图像定量分析方法，实现了各类倒装焊缺陷的有效检测。.4. 建立了超声空气耦合激励下的倒装焊振动仿真模型，揭示了焊球缺陷与固有频率的对应关系；研究了倒装焊的振动模态，揭示了模态振型的对称性与焊球缺陷的对应关系，提出了采用模态振型特征角进行缺陷检测分析的方法，理论与实验表明，该方法具有较好的识别效果。.5. 将超声扫描用于倒装焊的缺球检测，结合特征提取与神经网络识别，取得了平均识别率96.93%，最小误差0.95%的效果，为后续倒装焊的缺陷检测奠定了坚实的基础。.6. 发表学术论文25篇，其中SCI收录12篇，EI收录20篇；申请发明专利6项，授权1项；培养教育部新世纪优秀人才(2011)、国家优秀青年基金获得者(2012)各1人次。