倒装焊焊点缺陷检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于倒装焊封装技术领域，更为具体地讲，涉及一种倒装焊焊点缺陷检测 方法。
【背景技术】
[0002] 倒装焊焊点的缺陷检测和可靠性评估对1C制造技术起着至关重要的作用。无损 检测技术作为控制产品质量、保证服役设备安全运行的重要手段，已经广泛应用到各个领 域。目前，针对倒装焊焊点的无损检测技术有X射线检测和扫描声学显微镜（SAM)检测。X 射线检测可以区分焊点的内在特征，但不能区分垂直重叠特征，而且设备昂贵。扫描声学显 微镜检测能够对焊点缺陷进行定性分析，但是由于封装结构之间的差异容易造成误判。
[0003] 脉冲祸流热成像技术（EddyCurrentPulsedThermography，ECPT)是一种新兴的 检测方法，它结合了涡流检测和热成像技术两方面的优势。该技术具有较高的空间分辨率 和灵敏度。目前，ECPT测试对象主要是航空航天，铁路轨道，石油管道，复合材料等大型或 大面积样本尺寸，并未将该技术应用到微小结构的细小缺陷检测和研究上。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种倒装焊焊点缺陷检测方法，基 于脉冲涡流热成像进行焊点缺陷检测，该方法具有检测准确率高，操作简单，对环境要求低 且检测速度快的优点。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明倒装焊焊点缺陷检测方法包括以下步骤：
[0006] S1 :将倒装焊芯片置于亥姆霍兹线圈所产生的内部均匀磁场范围内，在倒装焊芯 片的中心轴线上设置一个热像仪，用于获取倒装焊芯片的温度图像；
[0007] S2 :向亥姆霍兹线圈通电，激励电流在220A~380A范围内，频率在200kHz~ 440kHz，通电时长为t1;
[0008]S3:从亥姆霍兹线圈通电开始，采用热像仪对倒装焊芯片进行时长为〖2的温度图 像采集，t2>ti，所得到的温度图像数量记为N;
[0009]S4:在温度图像中标注出每个焊点i的中心坐标（Xi,y;)，i的取值范围为i= 1，2, "·，Μ，Μ表示焊点数量；对于每个焊点i，在每幅温度图像中以（Xl，yi)为中心、2L+1为 边长，提取出焊点i对应的图像块，每个图像块中有K= (2L+1)2个像素，将K个像素对应 的温度值平均，得到第j幅温度图像中焊点i的温度?\，从而得到时间t2内焊点i的温度 曲线；将每个焊点的温度曲线与预先在相同测试条件下得到的合格焊点的温度曲线求差， 得到温差曲线；
[0010] S5:从焊点i对应的温差曲线中得到焊点i与合格焊点的最大温差值δ1;如果温 差值Si大于预设阈值Δi，则预判为空洞焊点，^^0,根据实际情况设置；如果温差值δi 小于预设阈值A2，则预判为裂纹焊点，Δ2< 0,根据实际情况设置；否则为合格焊点；
[0011]S6:从热像仪获得的Ν幅温度图像中，选取加热结束即时刻的温度图像I;然后 根据焊点预判结果提取出空洞焊点和裂纹焊点处的图像块，与相应的预先获取的空洞焊点 图像模板和裂纹焊点图像模板进行匹配，如果匹配成功，则确定该焊点为空洞焊点或者为 裂纹焊点，否则为合格焊点。
[0012] 本发明倒装焊焊点缺陷检测方法，将倒装焊芯片置于亥姆霍兹线圈所产生的内 部磁场范围内，向亥姆霍兹线圈通电对焊球进行加热，采用热像仪获取倒装焊芯片的温度 图像，根据温度图像得到各个焊点的温度曲线，并与合格焊点的温度曲线求差，得到温差曲 线；然后根据温差曲线对各焊点的情况进行预判；再选取加热结束时刻的温度图像，根据 焊点预判结果提取出空洞焊点和裂纹焊点处的图像块，与相应图像模板进行匹配，如果匹 配成功则确定为缺陷焊点，否则为合格焊点。本发明通过结合ECPT无损检测物理原理，通 过温差曲线和温度图像特征来检测和识别缺陷，其测量时间短、操作简单，对环境要求低。
【附图说明】
[0013] 图1是脉冲涡流热成像检测示意图；
[0014] 图2是本发明倒装焊焊点缺陷检测方法的流程图；
[0015] 图3是三个焊点的温度曲线图；
[0016] 图4是三个焊点的温差曲线图；
[0017] 图5是实验样本温度图像图；
[0018] 图6是实验样本温度图像预处理结果图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0020] 为了更好地说明本发明的技术方案，首先对本发明所运用的原理进行说明。本发 明是基于脉冲涡流热成像检测来实现倒装焊点缺陷检测的。图1是脉冲涡流热成像检测示 意图。如图1所示，根据法拉第电磁感应定律，当在线圈中通入交变电流时，会产生交变的 磁场，焊球处于交变的磁场中，在焊球内部会形成涡流。由焦耳定律可知，当导体中有电流 存在时，导体内部会产生焦耳热（或阻抗热）。焦耳热Q的大小和导体内部的电流密度上 或者电场强度E成正比，Q、1和E三者的关系可由下述公式描述。
[0022]同时，产生的焦耳热会在焊球内部传播，其传播规律遵循公式（2)。
[0024] 热量在传导和扩散的过程中，由于焊球的运行状态以及缺陷对热传导的阻碍或者 促进作用，在焊球表面会形成"热区"和"冷区"，进而以表面温度不均匀的形式表现出来。以 红外辐射理论为依据，利用热像仪记录焊球顶端在加热和冷却时段内热视频图像，如果焊 球存在内部或表面缺陷，会使焊球表面和焊球内部区域温度有差异，缺陷焊球顶端的温度 场分布与正常焊球相比也会存在差异，根据温度差异和热图像的不同特征来判断焊球中存 在哪种常见缺陷，从而达到检测和识别的目的。
[0025] 图2是本发明倒装焊焊点缺陷检测方法的流程图。如图2所示，本发明倒装焊焊 点缺陷检测方法包括以下步骤：
[0026]S201:测试平台设置：
[0027] 根据图1所示的脉冲涡流热成像检测示意图可知，将倒装焊芯片置于亥姆霍兹线 圈所产生的内部均匀磁场范围内，在倒装焊芯片的中心轴线上设置一个热像仪，用于获取 倒装焊芯片的温度图像。
[0028] 根据实验得到，当倒装焊芯片与导电线圈平行放置，倒装焊芯片的中心轴线与导 电线圈轴线重合，所得到温度图像效果较好，据此温度图像进行检测的性能也较好。
[0029] 热像仪所获取的温度图像，每个焊点处所对应的像素点不宜太少，否则会难以反 映焊点处的图像特征，影响温度计算和图像匹配的准确度。因此当倒装焊芯片较大时，可以 对倒装芯片分区进行检测。
[0030]S102:导电线圈通电：
[0031] 向导电线圈通电，以加热焊球。由于倒装焊芯片的焊球和缺陷尺寸小，激励电流过 大产生的高温会融化焊球，而过小又不能产生足够的热量以影响热像仪的记录结果；激励 频率太高会影响材料的集肤效应；同时，线圈与焊球的相对位置不同决定磁场方向和缺陷 检测效果，因此需要根据焊球的大小和线圈的尺寸对激励电流、频率和线圈位置进行调整。 本发明中所采用的激励电流在220A~380A范围内，频率在200kHz~440kHz，通电时长为 t1<3h根据实际情况设置。由于焊点的熔点较低，过长的加热时间可能对检测结果造成不利 影响。所以加热时间应该控制在一个相对较短的时间内，通常加热时间设定为〇. 2s-0. 5s。
[0032]S103:获取温度图像：
[0033] 从亥姆霍兹线圈通电开始，采用热像仪对倒装焊芯片进行时长为t2的温度图像采 集，t2>ti，所得到的温度图像数量记为N。本发明中需要获取加热阶段和降温阶段的温度 图像，通常降温时间设定在3s_5s，t2即为加热时间和降温时间之和。
[0034]S104:计算各焊点温差曲线：
[0035] 在温度图像中标注出每个焊点i的中心坐标（Xi,y;)，i的取值范围为i= 1，2,…，M，Μ表示焊点数量。
[0036] 焊点中心坐标可以直接手动标注，也可以用计算方式得到：以基板的一角为坐标 原点，根据焊球尺寸和焊球间距两个定值，可以计算出每个焊球的中心坐标。