TWI769000B

TWI769000B - 半導體封裝結構的底膠檢測裝置

Info

Publication number: TWI769000B
Application number: TW110124776A
Authority: TW
Inventors: 詹凱劭; 張巍耀
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202226402A

Abstract

本發明揭露一種半導體封裝結構的底膠檢測裝置，用於對承載台上的受測區域進行檢測，該底膠檢測設備包含：面光源裝置及取像裝置，面光源裝置包括貫通本體的通道以及朝承載台照射的複數發光單元，通道壁面間的最大間距為第一限距，形成面照射光源的各該發光單元的發光角不大於30度，配置於面光源裝置上方的取像裝置藉由通道對受測區域取得截取影像，面光源裝置的底面至取像裝置的聚焦平面間的距離為第二限距，第二限距與第一限距的比值介於3~7.5之間。藉此，可對半導體封裝結構的底膠分布狀況進行正確的檢測。

Description

半導體封裝結構的底膠檢測裝置

本發明係關於一種半導體封裝結構的表面檢測裝置，更特別是關於一種對半導體封裝結構的表面進行底膠(Underfill)分布狀況的底膠檢測裝置。

在半導體封裝的製程中，晶片與基板之間會透過底膠的適當施加來提高接點的機械強度，進而提高晶片的使用壽命。舉例來說，覆晶晶片(Flip Chip)就可藉由底膠的施加來增加其可靠度，避免晶片與基板之間因熱膨脹係數的不同而致生接點(焊點)的脫落或斷裂等情況。

然而，隨著半導體整體製程能力的逐漸提升，對於封裝精確度的要求也越趨嚴格。當底膠的施加有異常時，會讓底膠無法適當地分布在晶片與基板之間，進而在整體的塗膠面積上產生過寬或過窄的情形，導致溢膠或爬膠的異常情況，這些異常情況需要被有效檢知。

本發明之一目的在於提出可有效檢知半導體封裝結構的底膠分布狀況的一種底膠檢測設備。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種半導體封裝結構的底膠檢測設備，係用於對一承載台的一受測區域進行檢測，該底膠檢測設備包含：面光源裝置及取像裝置。該面光源裝置係配置於該承載台的上方，包括貫通該面光源裝置的一通道以及用於朝該承載台照射的複數發光單元，該通道之壁面間的最大間距係為第一限距，形成一面照射光源的各該發光單元的半功率角係不大於30度。該取像裝置係配置於該面光源裝置的上方，用於藉由該通道對該受測區域取得一截取影像。其中，該面光源裝置的底面至該取像裝置的一聚焦平面之間的距離係為第二限距，該第二限距與該第一限距的比值係介於3~7.5之間。

根據本發明的一實施例，第二限距不超過350(mm)。

根據本發明的一實施例，通道位於二附加通道之間。

根據本發明的一實施例，底膠檢測設備可更包含：對受測區域提供斜向入射光的一側光源裝置，斜向入射光入射至受測區域的光入射角係為60度~65度，其中，半導體封裝結構內的一晶片的頂面的底膠檢測的照明係藉由面光源裝置所提供，半導體封裝結構內的一基板的頂面的底膠檢測的照明係僅藉由側光源裝置所提供。

根據本發明的一實施例，側光源裝置具有一第一側光源模組及一第二側光源模組，第一側光源模組及第二側光源模組分別以沿著面光源裝置的兩長邊側的方式配置。

根據本發明的一實施例，第一側光源模組及第二側光源模組內的各個發光單元具有不大於30度的半功率角。

根據本發明的一實施例，該斜向入射光的波長可與該基板的顏色互為互補色。

據此，藉由對檢測設備的發光角度的限制及光源高度與取像通道間的配置關係的限制，可有助於半導體封裝結構上的底膠輪廓的檢測，進而可正確檢知底膠分布狀況，避免人工目視檢測下的誤差。此檢測設備也能夠被應用為在空間有限的量產線上的逐一且全面的檢測，避免人工抽測時所容易造成的瑕疵品漏未檢出的情況。

10:半導體封裝結構

11:基板

12:晶片

13:接合點

14:底膠

141:正常狀態

142:溢膠狀態

142’:溢膠狀態(塗膠緣較寬的塗佈條件)

143:爬膠狀態

20:面光源裝置

21:通道

211:附加通道

22:發光單元

30:取像裝置

31:附加取像裝置

40:承載台

50:側光源裝置

51:第一側光源模組

52:第二側光源模組

A:受測區域

D1:第一限距

D2:第二限距

D3:第三限距

D4:附加通道與通道的壁面之間的最短距離

D5:邊長

D6:膠寬

I1:截取影像

L1:斜向入射光

L1’:來自平坦面的反射光

L1”:來自溢膠狀態的反射光

L1''':來自正常狀態的反射光

L1'''':來自溢膠狀態142’邊緣處的反射光

L2:正向入射光

L2’:來自平坦面的反射光

L2”:來自爬膠狀態的反射光

L2''':來自正常狀態的反射光

L2'''':來自溢膠狀態的反射光

P1:面光源裝置底面的平面

P2:取像裝置的聚焦平面

θ:入射光L入射承載台的入射角

[圖1]為一種半導體封裝結構的示意圖。

[圖2]為本發明一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖。

[圖3]為本發明一實施例中的底膠檢測設備的立體示意圖。

[圖4]為本發明另一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖。

[圖5]為本發明再一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖。

[圖6]為圖5實施例的底膠檢測設備的立體示意圖。

[圖7]為圖5實施例下的第一種檢測狀態示意圖。

[圖8]為圖5實施例下的第二種檢測狀態示意圖。

[圖9]為本發明再一實施例中的底膠檢測設備的立體示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

於本文中，所描述之用語「一」或「一個」來描述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域等。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。

於本文中，所描述之用語「包含、包括、具有」或其他任何類似用語意係非僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明確列出但卻是所述單元、部件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域通常固有的其他要件。

請參照圖1，為一種半導體封裝結構的示意圖。圖1的半導體封裝結構是以覆晶封裝結構來做為示例，包含基板11、晶片12、接合點13、及底膠14。一般來說，在製程上是先將晶片12與基板11對位疊合，接著進行回焊以讓晶片12底面的錫球可以與基板11頂面的焊墊相接合，形成接合點13，再藉由塗膠機於晶片12的一側或多側塗上適量的底膠，利用毛細作用或額外的負壓吸力，讓底膠流入晶片12與基板11間的間隙內，以完成充填，後續進行固化。此時在半導體封裝結構上所呈現的底膠的分布，就會隨著填充狀況的良窳而有著相異的分布。

正常的底膠分布狀態會在晶片12的側緣，固化後可呈現如圖1中所示的正常狀態141。若晶片12頂面出現底膠時，即呈現爬膠狀態143，屬於異常。此外，若基板11上的底膠分布過廣，即呈現溢膠狀態 142，亦屬於異常。這些異常情況，需要被檢出，藉由人工目視抽檢並無法有效檢出。

接著請同時參照圖2及圖3，圖2為本發明一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖，圖3為本發明一實施例中的底膠檢測設備的立體示意圖。底膠檢測設備是用來對承載台40上的受測區域A進行檢測。底膠檢測設備包含：面光源裝置20及取像裝置30。面光源裝置20被配置於承載台40的上方，面光源裝置20本身包括貫通其本體的通道21，此通道21用來讓配置在面光源裝置20上方的取像裝置30可藉此對受測區域A進行取像，進而取得截取影像I1。

受測區域A的面積與截取影像I1的面積可相同或相異，例如當受測區域A的面積較大時，可藉由移動檢測設備或移動承載台40來以多次的影像擷取的方式，完成受測區域A的檢測。此外，亦可藉由多個取像裝置30來協同達成受測區域A的檢測。

如圖2所示，通道21的壁面間，具有的最大間距被定義為第一限距D1。所述的壁面間是指相互面對面的兩個壁面之間。面光源裝置20底面的平面P1至取像裝置30的聚焦平面P2間的距離被定義為第二限距D2。面光源裝置20包括有用於朝承載台40照射的複數發光單元22，這些發光單元22的半功率角皆不大於30度(即左右各不超過15度)，分布成面狀以對承載台40提供面照射光源。雖然發光單元22的半功率角較小時能形成類似於平行光的照射效果，減少反射回取像裝置30的反射光量，然而在半導體封裝結構的底膠檢測上，需進一步具有空間參數的相關限定，始能達到可靠的底膠檢測。

於本發明的實施例中，第二限距D2與第一限距D1的比值(D2/D1)需介於3~7.5之間，亦即，藉由此等空間關係的特殊界定，面光源裝置20的底面可具有足夠的光源布局面積，且通道21開口大小的限制也可對不期望的反射光發揮阻擋的作用，讓自底膠反射的光線不易進入取像裝置30，提高底膠輪廓的辨識程度。對於底膠的檢測來說，實施例中有關第二限距D2與第一限距D1間的特定配置關係，令底膠檢測設備可達到小空間的使用與底膠分布狀況的正確檢知。

第一限距D1指的是面光源裝置20的通道21的壁面間的最大距離。舉例來說，若此通道為圓形通孔，則第一限距D1為直徑。此外，若此通道為矩形通孔，則第一限距D1為對角的距離。

聚焦平面P2指的是取像裝置30對承載台40的聚焦位置，並能具有一定程度的景深(Depth of field,DOF)，使得在此景深範圍內的待測半導體封裝結構10的表面結構皆能被清晰地呈現在截取影像I1中。面光源裝置20配置的高度(第二限距D2)即可藉由P1與P2此二平面來界定。

進一步地，基於前述，在各該發光單元22的半功率角小於30度的配置關係下，及/或第二限距D2不超過350(mm)的配置關係下，底膠檢測設備能被配置地更加緊湊，進而更有助於底膠檢測設備在既有產線上的裝配。基於這些產線上可使用的空間條件會更加地嚴苛，能被緊湊配置且可提供正確檢測結果的底膠檢測設備將有助於解決此問題。所述的半功率角指的是就發光單元22的剖面來看，選取發光強度為中心強度一半的兩個出射方向，此二者間的夾角。換言之，半功率角為半功率強度的光束所能形成的最大夾角。其中，發光單元22例如可以採用發光二極體。

接著請參照圖4，為本發明另一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖。此實施例中，更包含二個附加取像裝置31，同時，面光源裝置20另具有二個附加通道211。附加取像裝置31可透過對應的附加通道211，於受測區域裡，取得對應的附加截取影像。當受測區域較大，因應底膠的反射特性，需進一步具備特定的配置關係，以在擴大受測區域的操作下，仍可令底膠的分布狀況被有效檢知。

在圖4的示例中，附加通道211的壁面間的最大間距為第三限距D3，第三限距D3需被配置為不大於第一限距D1的1/2，以及附加通道211與通道21的壁面之間的最短距離D4不超過第三限距D3的1/2。此等配置關係令面光源裝置20可對受測區域內具有底膠的部位提供有效且足夠的入射光線，這些有效且足夠的照明光線同時可在第二限距D2不超過350(mm)的緊湊配置下，讓擴大之受測區域內的底膠分布情況可被各個取像裝置有效地檢知。在圖4示例的配置關係下，檢測範圍的寬邊的最大長度可達到350(mm)，所述檢測範圍的寬邊同時平行於面光源裝置20在通道21及兩個附加通道211的排列方向上所延伸的邊長D5。

請參閱圖5及圖6，圖5為本發明再一實施例中的底膠檢測設備的剖面示意圖，圖6為圖5實施例的底膠檢測設備的立體示意圖。相較於圖3的實施例，圖5及圖6實施例中，底膠檢測設備額外再配置有可對基板11(受測區域)提供斜向入射光L1的側光源裝置50。側光源裝置50具有該第一側光源模組51及該第二側光源模組52。如圖6所示，第一側光源模組51及第二側光源模組52可分別沿著面光源裝置20的兩個長邊側進行延伸，以此配置方式對受測區域提供照明。應了解的是，側光源裝置50也可以僅包括單一組的側光源模組，圖5及圖6所示例者非為一種限制。

圖5的實施例中，具有第一側光源模組51及第二側光源模組52的側光源裝置50被配置為使斜向入射光L1以介於60度~65度的入射角θ入射至承載台40。亦即，斜向入射光L1對半導體封裝結構10的基板11具有入射角θ。側光源裝置50內的第一側光源模組51及第二側光源模組52所搭載的各個發光單元(或稱側發光單元)的半功率角可配置為不大於30度(即左右各不超過15度)。其中，當底膠檢測設備透過取像裝置30進行晶片12頂面是否具有塗佈層的檢測時，使用面光源裝置20進行照明(側光源裝置50不開啟)；當底膠檢測設備透過取像裝置30進行基板11上的塗佈層溢出狀況的檢測時，則僅僅使用側光源裝置50進行照明，以完成半導體封裝結構表面的塗佈層的溢出分布狀況的檢測。對於使用環氧樹脂(Epoxy)(即底膠)的塗佈層來說，圖5示例的底膠檢測設備即可對溢膠狀態提供更正確的檢測。

接著請同時參照圖5及圖7，圖7為圖5實施例下的第一種檢測狀態示意圖，係以正向入射光L2進行照射。圖7示例的底膠分布狀況包含正常狀態141、溢膠狀態142及爬膠狀態143。圖5中之面光源裝置20提供接近正向的正向入射光L2，當入射表面較平整的晶片12及基板11時，來自平坦面(即正向入射光L2的入射面)的反射光L2’基於反射定律，較易進入配置在晶片12及基板11上方的取像裝置30，因此，在取像裝置30取得的畫面中，晶片12與基板11的成像是偏亮的。另一方面，對於爬膠狀態143來說，由於爬膠狀態143的表面具有一定程度的弧度，當接近正向入射的入射光L2入射時，基於反射定律，來自爬膠狀態143的反射光L2”容易以接近水平的方向朝四周圍傳遞，進而較不易被配置在上方的取像裝置30捕捉，爬膠狀態143的成像是偏暗的。對於正常狀態141及溢膠狀態142來說，在塗膠緣較窄的塗佈條件下，不易有蔓延情況(沒有覆蓋較大面積的基板11表面)，雖然正向入射光L2是入射至可致生漫反射的粗糙表面，但來自正常狀態141的反射光L2'''及來自溢膠狀態142的反射光L2''''同樣地不易被配置在上方的取像裝置30捕捉，正常狀態141及溢膠狀態142的成像同樣是偏暗的。因此，晶片12與基板11的成像偏亮，正常狀態141、溢膠狀態142及爬膠狀態143的成像偏暗，底膠的塗佈狀態可被檢知。

接著請同時參照圖5及圖8，圖8為圖5實施例下的第二種檢測狀態示意圖。第二種檢測狀態係針對溢膠狀態的進一步變化。圖8示例的底膠分布狀況包含正常狀態141及溢膠狀態142’。其中圖8示例的溢膠狀態142’屬於塗膠緣較寬的塗佈條件下所呈現的塗佈狀態，溢膠狀態易有蔓延情況(有覆蓋較大面積的基板11表面)。圖5中之側光源裝置50所提供的斜向入射光L1，當入射表面較平整的晶片12及基板11時，來自平坦面(即斜向入射光L1的入射面)的反射光L1’基於反射定律，不易進入配置在晶片12及基板11上方的取像裝置30，因此，在取像裝置30取得的畫面中，晶片12與基板11的成像是偏暗的。另一方面，對於溢膠狀態142’來說，圖5中之側光源裝置50所提供的斜向入射光L1，基於溢膠狀態142’所具有的粗糙表面會產生漫反射而形成各種方向的反射光L1”(來自溢膠狀態的反射光)，可易於被配置在上方的取像裝置30所捕捉。同樣地，基於正常狀態141同樣具有的粗糙表面，在斜向入射光L1的照射下，可產生漫反射而同樣形成各種方向的反射光L1'''(來自正常狀態的反射光)，如圖8所示，同樣地可易於被配置在上方的取像裝置30所捕捉。據此，相對於晶片12與基板11的成像來說，底膠14的成像反而是偏亮的。

此外，基於塗膠緣較寬的塗佈條件，溢膠狀態142’的邊緣較為蔓延而易具有薄且平坦的塗佈區域。對於溢膠狀態142’來說，起因於溢膠狀態142’覆蓋較大面積的基板11表面，進而具有約略平行於基板11表面的覆蓋部位，這將使得正向入射光L2入射後會形成各種方向的反射光，而這些反射光可能容易被配置在上方的取像裝置30所捕捉，但由於在正向入射光L2下，溢膠狀態142’的成像必需偏暗(需要不易使光線反射回取像裝置30)。

因此，在進一步提升或強化溢膠檢知效果的需求下，對於塗膠緣較寬的塗佈條件來說，溢膠狀態142’的檢知可被執行在僅有側光源裝置50照射的條件下。是以，無論有無側光源裝置50，皆可用來進行溢膠的檢知，其中，對於無側光源裝置50(或不使用斜向入射光L1)的底膠檢測設備來說，可用於一般溢膠狀況(邊緣非平坦的溢膠)；對於有使用斜向入射光L1的底膠檢測設備來說，則是能檢知更多型態的溢膠狀況，包含一般溢膠及邊緣平坦的溢膠。

回到圖8的示例中，在斜向入射光L1的提供下，來自溢膠狀態142’之邊緣處的反射光L1''''可容易被配置在上方的取像裝置30所捕捉。因此，晶片12與基板11的成像會偏暗，底膠14的成像會偏亮，底膠的分布輪廓可以被清晰顯現。在一實施例中，取像裝置30在第一種檢測狀態及第二種檢測狀態下取得的畫面可被正確判定出膠寬D6，舉例來說，在無爬膠的情況下，當定義的膠寬D6若需介於1(mm)~2.5(mm)之間，此範圍以外的膠寬D6均屬於溢膠，為異常，底膠14是否具有溢膠狀態即可相應地被正確檢知。

在第一種檢測狀態及第二種檢測狀態下所取得的畫面中，相對於晶片12與基板11的成像來說，底膠14在爬膠狀態143的部位的成像是偏暗的。藉此，晶片12與基板11的成像偏亮，底膠14在爬膠狀態143的部位的成像偏暗，晶片12及基板11的輪廓可以被清晰顯現，進而可對照出有被底膠14遮蔽的區域，再基於已知的晶片12表面積，即可藉由影像中爬膠狀態143的範圍與晶片12表面積範圍來界定出爬膠狀態143自晶片12邊緣向晶片12中心蔓延的爬膠範圍，而此爬膠範圍與晶片12邊緣之間所具有的最大垂直距離即可被定義為最大寬度，爬膠範圍沿著晶片12邊緣延伸所具有的最長距離即可被定義為最大長度。基於此即可界定最大寬度及最大長度各自的門檻值，超過此等門檻值時，即屬異常的爬膠狀態143。據此，底膠14是否具有爬膠狀態即可相應地被正確檢知。

是以，在前述之光源高度與取像通道間的配置關係基礎上，有助於爬膠狀態及溢膠狀態的檢知。其中，在進一步提升或強化溢膠檢知效果的需求下，可再加入側光源裝置50，即可在光源高度與取像通道間的配置關係基礎上，正確檢知出底膠14在爬膠狀態與較蔓延的溢膠狀態的分布情況。

進一步地，在前述第二種檢測狀態下，可令側光源裝置50提供的入射光L1的波長被配置為與半導體封裝結構的基板11的顏色互補，可更進一步有助於顯現出底膠分布狀況。這是由於入射光L1的波長被配置為與基板11的顏色互為互補色時，基板11的反射光(來自平坦面的反射光L1’的其中一種)的對比度可被進一步提高，有助於底膠分布狀況的顯現。舉例來說，當基板11的顏色為綠色時，側光源裝置50可採用可提供紅光波段的發光單元，或是透過對側光源裝置50的輸出光波段的切換來實現。此外，一種底膠(或稱黑膠)對於紅光的反射率較高，亦有助於檢知正確性的進一步提升。

接著請參照圖9，為本發明再一實施例中的底膠檢測設備的立體示意圖。在圖9的示例中，可在有限空間內，基於前述圖4及圖5中描述的各項安排，使得底膠檢測設備可緊湊化並被裝設於產線上。

綜上所述，藉由對檢測設備的發光角度的限制及光源高度與取像通道間的配置關係的限制，有助於底膠輪廓的檢測，可正確檢知底膠分布狀況，供後端篩選。此外，本發明實施例揭露的檢測設備也能夠被直接搭載進空間限制條件嚴苛的量產線上，達到逐一且全面的半導體封裝結構的底膠分布檢測，避免人工抽測時所容易造成的瑕疵品漏未檢出的情況或是目視誤判的情況，使本發明實施例揭露的檢測設備能夠達到對底膠分布狀況的正確檢測。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。