CN113324912A - 塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质 - Google Patents

塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质 Download PDF

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CN113324912A CN202110401371.0A CN202110401371A CN113324912A CN 113324912 A CN113324912 A CN 113324912A CN 202110401371 A CN202110401371 A CN 202110401371A CN 113324912 A CN113324912 A CN 113324912A
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谷成
王与烨
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Abstract

本公开提供的一种塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质，包括：探测探头，设置于塑封结构外，被配置为能够发出照射于塑封外壳的波长为1000nm至1100nm的探测激光，使塑封外壳在探测激光的照射下产生探测声波；接收探头，设置于塑封结构外，探测探头旁，被配置为能够接收探测声波在塑封结构内部探测完成的反馈声波；处理器，与探测探头及接收探头通讯连接，被配置为能够分析反馈声波确定塑封结构内部的缺陷。本公开通过在塑封结构表面照射低功率密度激光，以使塑封结构外壳产生超声波，以此超声波进行塑封结构内部的缺陷检测，以此突破了传统的超声检测技术必须采用水基耦合介质进行超声检测的制约，避免了检测时的二次损伤。

Description

塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质
技术领域
本公开涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质。
背景技术
现有塑封结构在模塑化合物包封的过程中，有可能在模塑化合物与芯片或金属框架之间产生内部空洞、分层、裂纹等缺陷，超声扫描显微镜检测设备是当前检测该缺陷的有效方法之一。
但是，传统的超声扫描显微镜检测***利用离子水做耦合介质对塑封器件内部结构缺陷进行成像检查，其需要将塑封结构完全沉浸在离子水中，并在测试后需要采用高温125℃进行烘干处理。塑封结构由于吸湿和高温烘烤过程会导致器件结构二次损伤，从而带来新的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质。
基于上述目的，本公开提供了一种塑封结构内部缺陷检测设备，应用于包括塑封外壳的塑封结构，包括：
探测探头，设置于所述塑封结构外，被配置为能够发出照射于所述塑封外壳的波长为1000nm至1100nm的探测激光，使所述塑封外壳在所述探测激光的照射下产生探测声波；
接收探头，设置于所述塑封结构外，所述探测探头旁，被配置为能够接收所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波；
处理器，与所述探测探头及所述接收探头通讯连接，被配置为能够分析所述反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。
基于同一构思，本公开还提供了一种塑封结构内部缺陷检测方法，包括：
处理器根据输入指令控制探测探头对塑封结构发射波长为1000nm至1100nm的探测激光，使所述塑封结构的塑封外壳在所述探测激光的照射下产生探测声波；
所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，根据所述反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。
基于同一构思，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机实现如上任一项所述的方法。
从上面所述可以看出，本公开提供的一种塑封结构内部缺陷检测设备、方法及存储介质，包括：探测探头，设置于塑封结构外，被配置为能够发出照射于塑封外壳的波长为1000nm至1100nm的探测激光，使塑封外壳在探测激光的照射下产生探测声波；接收探头，设置于塑封结构外，探测探头旁，被配置为能够接收探测声波在塑封结构内部探测完成的反馈声波；处理器，与探测探头及接收探头通讯连接，被配置为能够分析反馈声波确定塑封结构内部的缺陷。本公开通过在塑封结构表面照射低功率密度激光，以使塑封结构外壳产生超声波，以此超声波进行塑封结构内部的缺陷检测，以此突破了传统的超声检测技术必须采用水基耦合介质进行超声检测的制约，实现了无耦合介质超声检测技术，该技术避免了传统超声显微塑封结构缺陷检测由于水耦合以及高温处置带来的二次损伤，并有效提高了检测的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提出的现有塑封结构内部缺陷检测设备的结构示意图；
图2为本公开实施例提出的一种塑封结构内部缺陷检测设备的结构示意图；
图3为本公开实施例提出的一种塑封结构内部缺陷检测设备的探测探头的具体结构示意图；
图4为本公开实施例提出的一种塑封结构内部缺陷检测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本说明书进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件、物件或者方法步骤涵盖出现在该词后面列举的元件、物件或者方法步骤及其等同，而不排除其他元件、物件或者方法步骤。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，塑封结构是采用模塑化合物将半导体芯片、金属框架、键合丝等结构包封起来的。但由于塑封结构属于潮湿和温变敏感器件，传统检测测试的弊端也较为凸显：塑封结构由于吸湿和高温烘烤过程会导致器件结构二次损伤带来新的缺陷。如图1所示，为现有塑封结构内部缺陷检测设备的结构示意图。其工作原理是通过超声换能器120发出一定频率(10-100MHz)的超声波121，经过声学透镜聚焦，由耦合介质100(例如去离子水等)传到塑封结构110上。超声波121进入塑封结构110内部并被塑封结构110内的某个界面反射形成回波，通过改变换能器的水平位置，在平面上以机械扫描的方式产生一幅超声图像。因为声波是机械纵波，需要传输介质进行传播，为提高声波的传输效率，利用去离子水作为声波的耦合机制，因此需要将塑封结构110浸泡在去离子水中。将塑封结构110浸泡到液体中会造成塑封结构110大量吸湿，虽然会经过烘干等工艺处理，但是对于塑封器件的二次损伤带来很大的风险性。
结合上述实际情况，本公开实施例提出了一种塑封结构内部缺陷检测设备，通过在塑封结构表面照射低功率密度激光，以使塑封结构外壳产生超声波，以此超声波进行塑封结构内部的缺陷检测，以此突破了传统的超声检测技术必须采用水基耦合介质进行超声检测的制约，实现了无耦合介质超声检测技术，该技术避免了传统超声显微塑封结构缺陷检测由于水耦合以及高温处置带来的二次损伤，并有效提高了检测的准确率。
如图2所示，为本公开提供的一种塑封结构内部缺陷检测设备的结构示意图，应用于包括塑封外壳111的塑封结构110，包括：
探测探头210，设置于所述塑封结构110外，被配置为能够发出照射于所述塑封外壳111的波长为1000nm至1100nm的探测激光211，使所述塑封外壳111在所述探测激光211的照射下产生探测声波212；
接收探头220，设置于所述塑封结构110外，所述探测探头210旁，被配置为能够接收所述探测声波212在所述塑封结构110内部探测完成的反馈声波222；
处理器300，与所述探测探头210及所述接收探头220通讯连接，被配置为能够分析所述反馈声波222确定所述塑封结构110内部的缺陷。
其中，塑封结构是采用模塑化合物将半导体芯片、金属框架、键合丝等结构包封起来的，由模塑化合物构成塑封外壳。在具体应用场景中，发明人发现，在低功率密度激光照射下塑封外壳由于吸收高能激光而局部产生材料热膨胀，致使材料发生应变与应力，在一定频率的脉冲照射下，塑封外壳会产生一组机械波，通过对激光脉冲频率进行调制可以在塑封外壳产生超声波，超声波向塑封器件内部传导，和传统超声扫描显微镜类似可以进行缺陷检测和成像。从而确定可以通过照射1000nm至1100nm波长的探测激光使塑封外壳能够产生检测用的超声波，同时又不会由于能量过高而对塑封外壳造成破坏，并且其产生的超声波比现有超声缺陷检测利用的超声波频率更高、频带更宽。以此，可以通过照射激光的方式来代替现有技术中将塑封结构浸泡在耦合介质中通过超声来进行检测的方案，同时由于塑封结构不会浸泡在耦合介质中，也不用进行高温烘干处理，从而可以有效防止由于吸湿和高温烘烤过程导致的塑封结构的二次损伤带来的新的缺陷。之后，采用光学聚焦光声成像探测方式，因为光学聚焦比声学聚焦更加紧密，光学焦点比声探测焦点小，其横向分辨率取决于光学焦点的大小，可以达到从百纳米到数微米尺度，深度可以达到1-2mm。可以看出，利用光声转换方式进行探测比现有直接利用声波进行探测的方式的探测精准度更高、可以发掘出塑封结构内部更细微更深层次的缺陷。
之后，接收探头可以直接与塑封外壳接触进行反馈声波的接收；也可以利用光波与声波的波性质，利用波之间的干涉特性，接收探头同样可以通过测振激光器利用激光进行反馈声波的接收等等。即，在一些应用场景中，如图2所示，所述接收探头220为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光221的测振激光器；所述测振激光器，被配置为能够通过所述干涉激光221与所述反馈声波222的干涉进行所述反馈声波222的接收。在具体应用场景中，利用激光产生超声进行缺陷检测的方式与现有超声进行缺陷检测的方式的主要区别在于激发过程中以及激发后的超声波频率高、频带宽。对于激光所激发超声的接收，本质上依旧是对质点振动位移的接收，因此这与传统压电超声的接收方法是一致的。
最后，处理器根据反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。在一些应用场景中，通过探测探头及接收探头在塑封外壳范围内的往复运动，即可完成塑封结构单点的内部缺陷检测，采用光束偏转的方式对整个塑封器件进行逐点、逐线扫描，最终处理器可以形成塑封结构内部的缺陷检测和成像。
从上面所述可以看出，本公开提供的一种塑封结构内部缺陷检测设备，包括：探测探头，设置于塑封结构外，被配置为能够发出照射于塑封外壳的波长为1000nm至1100nm的探测激光，使塑封外壳在探测激光的照射下产生探测声波；接收探头，设置于塑封结构外，探测探头旁，被配置为能够接收探测声波在塑封结构内部探测完成的反馈声波；处理器，与探测探头及接收探头通讯连接，被配置为能够分析反馈声波确定塑封结构内部的缺陷。本公开通过在塑封结构表面照射低功率密度激光，以使塑封结构外壳产生超声波，以此超声波进行塑封结构内部的缺陷检测，以此突破了传统的超声检测技术必须采用水基耦合介质进行超声检测的制约，实现了无耦合介质超声检测技术，该技术避免了传统超声显微塑封结构缺陷检测由于水耦合以及高温处置带来的二次损伤，并有效提高了检测的准确率。
更重要的是，本公开提供的塑封结构内部缺陷检测设备，其选择非接触形式的激光超声检测方案，由于激光器能够非接触远程发和接收声信号，不需要耦合介质，从而避免了水基耦合介质对塑封器件带来的干扰和污染。同时，由于非接触式的激光检测能在高温、高压、腐蚀等恶劣环境中完成，所产生的声信号不仅具有频率高、波长短、检测精度高以及灵敏度高等优势，还可以在金属、合金、复合材料、液体、气体等各类物质中传递，因此，可以检测出微米数量级的缺陷。
在一些应用场景中，为了在干涉激光的波长范围内确定干涉特性最强的激光波长，以使接收反馈声波的效果达到最佳。所述干涉激光的波长为1550nm。
在一些应用场景中，所述探测激光的波长为1064nm。其中，选择1064nm波长的激光，其激光稳定性能较好的同时可以产生高能量，同时，这个波长的窄脉冲宽度激光，不同材质的塑封外壳表面均表现出较好的吸收能力，能够产生更为稳定的探测声波。
在一些应用场景中，为了能够更为稳定的生成特定波长的激光。如图3所示，所述探测探头210，包括：激光器213，被配置为生成原始激光；激光准直器214，通过传输光纤与所述激光器连接，被配置为接收所述传输光纤传输后发散的所述原始激光，并使所述发散的所述原始激光转换成平行激光；聚焦透镜215，被配置为接收所述平行激光，并使所述平行激光进行聚焦；扫描振镜216，被配置为接收聚焦的所述平行激光，并生成扫描激光；分束镜217，被配置为接收所述扫描激光进行分光生成所述探测激光。
其中，激光准直器属于光纤通信光器件的用于输入输出的一个光学元件，其是将通过光纤传出的发散光通过前置的类似凸透镜等结构变成平行激光(高斯光束)。聚焦透镜属于梯度折射率透镜。具有端面聚焦和成象的特性，以及其具有圆柱状的外形特点，因而可以应用于多种不同的微型光学***中。聚焦透镜有5种基本类型：即平凸、正凹凸、非球面、衍射和反射透镜。最后一种反射镜通常为离轴抛物面反射镜，在具体应用场景中聚焦透镜可以为一个或多个。扫描振镜是一种优良的矢量扫描器件，是一种特殊的摆动电机，基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与旋转电机不同，其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时，电磁力矩与回复力矩大小相等，故不能像普通电机一样旋转，只能偏转，偏转角与电流成正比，与电流计一样，故扫描振镜又叫电流计扫描振镜(galvanometricscanner)。在具体应用场景中扫描振镜可以为一个或多个。分束镜是一种镀膜玻璃。在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜，当一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，光束就被分为两束或更多束。
在一些应用场景中，为了适应不同类型、不同材质的塑封结构。所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
其中，根据不同类型的塑封结构，探测激光需要调节到不同的激光能量和重复频率。
需要说明的是，本公开的实施例还可以通过以下方式进一步描述：
在一些实施方式中，所述接收探头为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光的测振激光器；
所述测振激光器，被配置为能够通过所述干涉激光与所述反馈声波的干涉进行所述反馈声波的接收。
在一些实施方式中，所述干涉激光的波长为1550nm。
在一些实施方式中，所述探测激光的波长为1064nm。
在一些实施方式中，所述探测探头，包括：
激光器，被配置为生成原始激光；
激光准直器，通过传输光纤与所述激光器连接，被配置为接收所述传输光纤传输后发散的所述原始激光，并使所述发散的所述原始激光转换成平行激光；
聚焦透镜，被配置为接收所述平行激光，并使所述平行激光进行聚焦；
扫描振镜，被配置为接收聚焦的所述平行激光，并生成扫描激光；
分束镜，被配置为接收所述扫描激光进行分光生成所述探测激光。
在一些实施方式中，所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
基于同一构思，与上述任意实施例设备相对应的，本公开还提供了一种塑封结构内部缺陷检测方法，参考图4所示，具体包括以下步骤：
步骤401，处理器根据输入指令控制探测探头对塑封结构发射波长为1000nm至1100nm的探测激光，使所述塑封结构的塑封外壳在所述探测激光的照射下产生探测声波。
步骤402，所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，根据所述反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。
上述实施例的方法应用于前述实施例中相应的塑封结构内部缺陷检测设备，在前述塑封结构内部缺陷检测设备的实施例中已经涉及了上述各步骤包括的具体内容的说明以及相应的有益效果，故在本实施例中不再赘述。
在一些应用场景中，为了对探测激光进行具体限定以使其适应各类塑封结构材质，并使探测激光达到更好的探测效果。所述探测激光的波长为1064nm，所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
在一些应用场景中，为了能够适应不同的检测环境，即使在高温、高压、腐蚀等恶劣环境中也能完成检测，接收探头最好也能是通过激光的方式进行反馈声波的接收。即所述接收探头为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光的测振激光器；所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，包括：所述测振激光器通过所述干涉激光与所述反馈声波的干涉进行所述反馈声波的接收，生成接收信号；所述处理器获取所述接收信号。
需要说明的是，本公开的实施例还可以通过以下方式进一步描述：
在一些实施方式中，所述探测激光的波长为1064nm，所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
在一些实施方式中，所述接收探头为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光的测振激光器；
所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，包括：
所述测振激光器通过所述干涉激光与所述反馈声波的干涉进行所述反馈声波的接收，生成接收信号；
所述处理器获取所述接收信号。
基于同一构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的一种塑封结构内部缺陷检测方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的一种塑封结构内部缺陷检测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塑封结构内部缺陷检测设备，应用于包括塑封外壳的塑封结构，包括：
探测探头，设置于所述塑封结构外，被配置为能够发出照射于所述塑封外壳的波长为1000nm至1100nm的探测激光，使所述塑封外壳在所述探测激光的照射下产生探测声波；
接收探头，设置于所述塑封结构外，所述探测探头旁，被配置为能够接收所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波；
处理器，与所述探测探头及所述接收探头通讯连接，被配置为能够分析所述反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接收探头为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光的测振激光器；
所述测振激光器，被配置为能够通过所述干涉激光与所述反馈声波的干涉进行所述反馈声波的接收。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述干涉激光的波长为1550nm。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述探测激光的波长为1064nm。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述探测探头，包括：
激光器，被配置为生成原始激光；
激光准直器，通过传输光纤与所述激光器连接，被配置为接收所述传输光纤传输后发散的所述原始激光，并使所述发散的所述原始激光转换成平行激光；
聚焦透镜，被配置为接收所述平行激光，并使所述平行激光进行聚焦；
扫描振镜，被配置为接收聚焦的所述平行激光，并生成扫描激光；
分束镜，被配置为接收所述扫描激光进行分光生成所述探测激光。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
7.一种塑封结构内部缺陷检测方法，包括：
处理器根据输入指令控制探测探头对塑封结构发射波长为1000nm至1100nm的探测激光，使所述塑封结构的塑封外壳在所述探测激光的照射下产生探测声波；
所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，根据所述反馈声波确定所述塑封结构内部的缺陷。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述探测激光的波长为1064nm，所述探测激光的单次脉冲能量为1mJ至16mJ，所述探测激光的脉冲宽度为5ns至8ns，所述探测激光的重复频率为1kHz至2kHz。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述接收探头为能够发射波长为1500nm至1600nm的干涉激光的测振激光器；
所述处理器获取接收探头接收的所述探测声波在所述塑封结构内部探测完成的反馈声波，包括：
所述测振激光器通过所述干涉激光与所述反馈声波的干涉进行所述反馈声波的接收，生成接收信号；
所述处理器获取所述接收信号。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机实现权利要求7至9任一项所述的方法。
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