CN112577439A - 基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电子基板翘曲检测相关技术领域，其公开了一种基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法和***。该方法包括：在微电子基板表面喷射随机分布的散斑；对微电子基板进行加热，同时采集微电子基板的红外图像和光学图像；将光学图像和原始光学图像进行图像相关获得位移应变场，红外图像插值后与光学图像的分辨率相同，进而获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。通过将光学图像和红外图像进行耦合获得微电子基板的变形情况和对应的温度情况，可以定量的得到微电子基板的变形量和温度的关系，操作简单，测量精准。
Description
技术领域
本发明属于微电子基板翘曲检测相关技术领域，更具体地，涉及一种基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法和***。
背景技术
微电子芯片封装过程中的温度变化，会使得微电子基板产生翘曲变形，此外封装芯片在工作状态下，也会出现受热翘曲变形，甚至出现膨胀分层，对微电子基板的制备和基板搭载的电子器件可靠性产生重大影响，常规的检测方法为观察法、塞尺测量等，效率低且存在误检的情况。
中国专利CN208606731U公开了一种基板翘曲检测装置，设置位于四个角的四个传感器，检测基板边缘的位置。控制***根据接收的传感器检测信号，判断基板是否发生了翘曲。该装置只可以对基板边缘位置的翘曲进行测量，未涉及基板全场翘曲的检测。全场的翘曲情况比局部翘曲在指导设计和质量评估中更有价值。中国专利CN210546451U中，基板通过传送带先后经过粗检和精检，粗检控制调整杆和传送带之间的间隙，筛选出不合格产品，精检利用激光传感器是否被基板翘曲遮挡从而判断翘曲的情况。粗检的调整杆会在基板表面留下划痕，精检中只能判断翘曲是否合格，却不能将翘曲和具体的位置对应起来。因此，亟需设计一种可以对基板整个表面进行检测且能对翘曲温度场进行定量分析的无损检测方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法和***。通过将光学图像和红外图像进行耦合获得微电子基板的变形情况和对应的温度情况，可以定量的得到微电子基板的变形量和温度的关系，操作简单，测量精准。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法，所述方法包括：S1，在微电子基板表面喷射随机分布的散斑；S2，对所述微电子基板进行加热，同时采集所述微电子基板的红外图像和两幅对称于所述红外图像采集的光学图像；S3，将在步骤S2获得的两幅光学图像进行图像匹配获得图像视差，根据所述图像视差获得所述微电子基板上散斑在Z方向的坐标，将所述光学图像与光学采集相机在初始时刻采集的原始光学图像进行图像相关获得所述散斑在X，Y和Z方向的位移，以获得所述散斑的位移应变，红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配，进而获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。
优选地，步骤S1具体包括：在所述微电子基板表面均匀喷涂哑光黑漆，待所述哑光黑漆干燥后随机喷涂白色哑光漆，获得所述散斑。
优选地，步骤S3还包括对采集的光学图像和红外图像进行去畸变。
优选地，步骤S3中采用极线约束的方法将所述两幅光学图像进行图像匹配获得图像视差。
优选地，步骤S3中所述红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配具体为：
将所述红外图像的全场温度进行插值，使得所述红外图像与所述光学图像的分辨率一致，将插值后的散斑各点的温度与所述散斑的位移应变一一对应获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。
按照本发明的另一个方面，提供了一种用于实现上述基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法的***，所述***包括：密封环境加热炉，其内包括载物台以及设于所述载物台下的加热管，所述密封环境加热炉的上表面包括第一观察窗以及设于所述第一观察窗***的第二观察窗，其中所述第一观察窗和第二观察窗位于所述载物台的正上方；设于所述第一观察窗正上方的红外热成像仪以及位于所述第二观察窗上方并对称设于所述红外热成像仪周围的两个光学采集相机。
优选地，所述光学采集相机与所述红外热成像仪的空间角为15°～30°。
优选地，所述第一观察窗的材料为锗、KBr、蓝色滤光片、蓝宝石、ZnSe、CaF2中的一种，所述第二观察窗的材料为熔融石英。
优选地，所述***还包括与所述密封环境加热炉通信连接的计算机控制装置，所述密封环境加热炉还包括热电偶，所述热电偶采集所述密封环境加热炉的温度并将所述温度发送至所述计算机控制装置，计算机根据所述温度反馈调节所述密封环境加热炉中的温度。
优选地，所述密封环境加热炉内壁还包括多个不同高度的三角形台阶，所述载物台设于所述三角形台阶上。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法至少具有如下有益效果：
1.本申请通过在微电子基板表面随机喷涂散斑有利于后期采集的光学图像进行图像相关分析得到位移应变场，进而将反应温度的红外图像和反应位移变形的光学图像进行合成，得到微电子基板上各点处的位移变形和温度变形的关系；
2.在微电子基板上喷涂散斑时首先均匀喷涂哑光黑漆，在哑光黑漆干燥后随机喷涂白色哑光漆，使得散斑的发射率近似为1，便于图像的精确采集和分析；
3.通过高发射率的散斑将光学图像和红外图像进行合成，由于散斑是随机产生，每个散斑均有独特的形貌和大小，使得光学图像和红外图像的合成准确度高；
4.该***中，仅需一个加热炉、红外相机和光学相机这些简单的设备即可获得微电子基板的翘曲情况，设备简单，成本低；
5.采用标定后的相机对采集的光学图像和红外图像进行去畸变可以得到还原度高的准确视图，进而更加准确的获得微电子基板的变形位移和温度场；
6.还可以在加热炉中设置热电偶，将热电偶与外部控制计算机相连实现对加热炉内温度的控制，加热炉内壁上还可以设置高度可调的三角形台阶，用于实现对不同尺寸的微电子基板的翘曲的测量；
7.第一观测窗采用锗、KBr、蓝色滤光片、蓝宝石、ZnSe、CaF2中的一种，该材料反射吸收可见光并透射近红外光，该材料本身不会引入额外的温度场误差。
附图说明
图1示意性示出了根据本实施例的基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法的步骤图；
图2示意性示出了用于实现基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法的***的结构示意图；
图3示意性示出了本实施例中光学采集相机的空间角；
图4示意性示出了本实施例中的密封环境加热炉的主视图；
图5示意性示出了本实施例中的密封环境加热炉的立体图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
100-密封环境加热炉：
110-载物台；120-加热管；130-第一观察窗；140-第二观察窗；150-热电偶；160-安全开关；
200-红外热成像仪；
300-光学采集相机；
400-计算机控制装置；
500-光源；
600-支撑支架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法，如图1所示，所述方法包括步骤S1～S3。
S1，在微电子基板表面喷射随机分布的散斑。
本公开实施例中，首先在所述微电子基板表面均匀喷涂哑光黑漆，待所述哑光黑漆干燥后随机喷涂白色哑光漆，获得所述散斑。以此方式可以使得散斑的发射率近似为1。
S2，对所述微电子基板进行加热，同时采集所述微电子基板的红外图像和两幅对称于所述红外图像采集的光学图像。
本实施例中，可以在所述微电子基板正上方布置一红外热成像仪以采集所述微电子基板的红外图像，并在所述红外热成像仪周围对称布置两个光学采集相机以采集所述微电子基板的光学图像。光学采集相机优选为黑白CCD相机。两光学采集相机对称布置与红外热成像仪的两侧，两相机的空间角为15°～30°。调整两光学采集相机和红外热成像仪的光圈、焦距，直至成像清晰，完成对光学采集相机和红外热成像仪的标定。
对微电子基板进行加热时同时触发光学采集相机采集光学图像和红外热成像仪采集红外图像。
S3，将在步骤S2获得的两幅光学图像进行图像匹配获得图像视差，根据所述图像视差获得所述微电子基板上散斑在Z方向的位置，将所述光学图像与所述原始光学图像进行图像相关获得所述散斑在X，Y和Z方向的位移，以获得所述散斑的位移应变，红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配，进而获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。
基于标定后的红外热成像仪和光学采集相机的标定结构对上述步骤S3采集的光学图像和红外图像进行去畸变。本实施例中，采用极线约束的方法将所述两个光学采集相机在步骤S2获得的光学图像进行图像匹配获得图像视差。
其中，步骤S3中所述红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配具体为：将所述红外图像的全场温度进行插值，使得所述红外图像与所述光学图像分辨率一致，将插值后的散斑各点的温度与所述散斑的位移应变一一对应获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。
根据本发明另一方面提供了一种用于实现上述基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法的***，如图2所示，所述***包括：
如图4和图5所示，密封环境加热炉100，其内包括载物台110以及设于所述载物台110下的加热管120，所述密封环境加热炉100的上表面包括第一观察窗130以及设于所述第一观察窗130***的第二观察窗140，其中所述第一观察窗130和第二观察窗140位于所述载物台110的正上方。密封环境加热炉100上还可以设置安全开关160，以防止密封环境加热炉100被意外打开。
本公开实施例中，所述第一观察窗130的材料优选为锗、KBr、蓝色滤光片、蓝宝石、ZnSe、CaF2中的一种，所述第二观察窗140的材料优选为熔融石英。
设于所述第一观察窗130正上方的红外热成像仪200以及位于所述第二观察窗140上方并对称设于所述红外热成像仪200周围的两个光学采集相机300。
其中，如图3所示，光学采集相机300与所述红外热成像仪200的空间角α为15°～30°。
所述***还包括与所述密封环境加热炉100通信连接的计算机控制装置400以及设于密封环境加热炉100上方的光源500，所述密封环境加热炉100还包括热电偶150，所述热电偶150采集所述密封环境加热炉100的温度并将所述温度发送至所述计算机控制装置400，计算机根据所述温度反馈调节所述密封环境加热炉100中的温度；所述密封环境加热炉100内壁还包括多个不同高度的三角形台阶，所述载物台110设于所述三角形台阶上。光源500用于照射微电子基板，便于红外热成像仪和光学采集相机采集图像。
以上设备均可以设置在可以自由平移的支撑支架600上。
综上所述，本申请通过将光学图像和红外图像进行耦合获得微电子基板的变形情况和对应的温度情况，可以定量的得到微电子基板的变形量和温度的关系，操作简单，测量精准。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，在微电子基板表面喷射随机分布的散斑；
S2，对所述微电子基板进行加热，同时采集所述微电子基板的红外图像和两幅对称于所述红外图像采集的光学图像；
S3，将在步骤S2获得的两幅光学图像进行图像匹配获得图像视差，根据所述图像视差获得所述微电子基板上散斑在Z方向坐标，将所述光学图像与光学采集相机在初始时刻采集的原始光学图像进行图像相关获得所述散斑在X，Y和Z方向的位移，以获得所述散斑的位移应变，将红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配，进而获得所述散斑所在的微电子基板各个区域的翘曲情况与温度的变化关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：在所述微电子基板表面均匀喷射哑光黑漆，待所述哑光黑漆干燥后随机喷射白色哑光漆，获得所述散斑。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3还包括对采集的光学图像和红外图像进行去畸变。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中采用极线约束的方法将所述两幅光学图像进行图像匹配获得图像视差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述红外图像插值后与所述散斑的位移应变匹配具体为：
将所述红外图像的全场温度进行插值，使得所述红外图像与所述光学图像的分辨率一致，将插值后的散斑各点的温度与所述散斑的位移应变一一对应获得所述散斑所在的微电子基板的翘曲情况与温度的变化关系。
6.一种用于实现权利要求1～5任意一项所述的基于红外和光学图像的微电子基板翘曲测量方法的***，其特征在于，所述***包括：
密封环境加热炉(100)，其内包括载物台(110)以及设于所述载物台(110)下的加热管(120)，所述密封环境加热炉(100)的上表面包括第一观察窗(130)以及设于所述第一观察窗(130)***的第二观察窗(140)，其中所述第一观察窗(130)和第二观察窗(140)位于所述载物台(110)的正上方；
设于所述第一观察窗(130)正上方的红外热成像仪(200)以及位于所述第二观察窗(140)上方并对称设于所述红外热成像仪(200)周围的两个光学采集相机(300)。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述光学采集相机(300)与所述红外热成像仪(200)的空间角为15°～30°。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述第一观察窗(130)的材料为锗、KBr、蓝色滤光片、蓝宝石、ZnSe、CaF2中的一种，所述第二观察窗(140)的材料为熔融石英。
9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***还包括与所述密封环境加热炉(100)通信连接的计算机控制装置(400)，所述密封环境加热炉(100)还包括热电偶(150)，所述热电偶(150)采集所述密封环境加热炉(100)的温度并将所述温度发送至所述计算机控制装置(400)，计算机根据所述温度反馈调节所述密封环境加热炉(100)中的温度。
10.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述密封环境加热炉(100)内壁还包括多个不同高度的三角形台阶，所述载物台(110)设于所述三角形台阶上。
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