專(zhuān)利名稱(chēng)：集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非接觸式紅外顯微無(wú)損檢測(cè)及紅外圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種能夠?qū)Υ笠?guī)模集成電路進(jìn)行故障區(qū)域診斷的紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
集成電路故障診斷和引線(xiàn)焊接質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)方法一直是大家所關(guān)心的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)檢查缺陷的方法是用機(jī)械力推(或拉)動(dòng)測(cè)試和局部引腳通電測(cè)試，但它已不適應(yīng)輸入/輸出端點(diǎn)多達(dá)幾百個(gè)以上，引線(xiàn)間距小于0. Imm的集成電路引線(xiàn)焊接質(zhì)量的檢測(cè)，且檢測(cè)為破壞性，不足之處顯而易見(jiàn)。尤其是現(xiàn)在的集成電路其集成化已經(jīng)非常的高，內(nèi)部元器件密度非常大且引腳更加緊密。在現(xiàn)有的技術(shù)方法中有一種激光掃描聲學(xué)顯微鏡(簡(jiǎn)稱(chēng)SLAM)可作為一種超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，由于能給出被測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聲顯微圖像，反映出被測(cè)物體的機(jī)械彈性參數(shù)分布，在一些模擬性試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)集成電路焊接質(zhì)量缺陷。但是在實(shí)際測(cè)量中需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象選擇合造的聲波入射角、聲換能器輸入功率等條件，以滿(mǎn)足檢測(cè)要求，實(shí)際應(yīng)用中還存在缺陷圖像失效的情況。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中現(xiàn)有技術(shù)的不足與局限，本發(fā)明提出了一種新型集成電路缺陷診斷設(shè)備——集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀。該設(shè)備可以通過(guò)檢測(cè)出集成電路的熱輻射分布，并用獨(dú)特設(shè)計(jì)的陣列式紅外顯微鏡頭對(duì)熱輻射分布實(shí)時(shí)拍攝，獲取集成電路的詳細(xì)局部熱分布紅外顯微圖像，再通過(guò)后續(xù)的紅外熱像的預(yù)處理技術(shù)發(fā)現(xiàn)集成電路中存在缺陷的具體部位。本發(fā)明提出的集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，包含三個(gè)模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預(yù)處理模塊。紅外熱輻射采集模塊從輻射源開(kāi)始包括待檢測(cè)集成電路、紅外準(zhǔn)直透鏡組和矩形光闌；紅外顯微熱像采集模塊包括紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、紅外熱像儀(采用高分辨率焦平面陣列探測(cè)器)和處理電路；紅外熱像預(yù)處理模塊包括圖像存儲(chǔ)與處理，紅外熱像預(yù)處理模塊的任務(wù)由計(jì)算機(jī)完成。所述的紅外準(zhǔn)直透鏡組由兩個(gè)紅外透鏡組成，直徑為102mm，兩個(gè)透鏡具有相同的焦距，且兩個(gè)鏡頭間距離為兩倍焦距，經(jīng)準(zhǔn)直后紅外輻射近似平行。所述的矩形光闌，其矩形孔的大小可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，根據(jù)被測(cè)集成電路的大小來(lái)實(shí)時(shí)手動(dòng)確定孔的大小。因此可保證后方系統(tǒng)得到的信息來(lái)自于集成電路部分。所述的紅外顯微鏡頭陣列，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了輻射量采集鏡頭，規(guī)模較大的集成電路難以用單鏡頭對(duì)其完全成像，不能保證所成像攜帶集成電路信息的完整性。設(shè)計(jì)的紅外顯微鏡頭陣列為12X12分布，單個(gè)小顯微鏡頭直徑尺寸在8mm，單鏡頭緊密排列，集成電路各個(gè)區(qū)域的輻射信息會(huì)被單鏡頭分別獲得，可保證獲得詳細(xì)的區(qū)域信息，所述的單個(gè)顯微鏡頭為紅外鏡片，可接收紅外輻射信息，有效孔徑為79. 5mm，單透鏡間距為1mm，整個(gè)陣列由前方矩形光闌的大小確定實(shí)際有效的個(gè)數(shù)。在紅外顯微鏡頭陣列的后方設(shè)計(jì)有一個(gè)用于成像的透鏡，成像透鏡為紅外透鏡， 透鏡直徑為100mm，可將前方顯微鏡頭陣列采集到的信息整體成像到該透鏡后方的焦平面上，該透鏡后面的焦平面處為紅外探測(cè)器。所述的高分辨率紅外熱像儀，內(nèi)部采用的紅外探測(cè)器為640X480的焦平面陣列， 可實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。顯微鏡頭陣列、成像透鏡及紅外探測(cè)器集成在一起，組成集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀的紅外成像模塊。所述的紅外熱像預(yù)處理模塊中的圖像預(yù)處理包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測(cè)，最后進(jìn)行邊緣的特征提取，得到缺陷部位的邊緣信息。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種顯微鏡頭陣列，創(chuàng)新性地采用 12X12陣列式顯微鏡頭，組成陣列的單個(gè)鏡頭可分別采集集成電路各個(gè)區(qū)域的輻射信息， 這樣可以分區(qū)域提取集成電路內(nèi)部詳細(xì)的紅外輻射信息。對(duì)集成電路的顯微紅外輻射進(jìn)行熱成像，熱像中會(huì)包含電路內(nèi)部的缺陷信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像的預(yù)處理后可以得到集成電路內(nèi)部的輻射分布，缺陷處會(huì)有明顯輪廓差異體現(xiàn)，可以完成大規(guī)模集成電路的無(wú)損缺陷檢測(cè)。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不會(huì)破壞原有集成電路，屬于無(wú)損檢測(cè)范疇。在工業(yè)生產(chǎn)及儀器維修方便會(huì)起到很大的幫助作用。


圖1檢測(cè)儀輻射采集光路。圖2檢測(cè)儀工作模塊結(jié)構(gòu)圖。圖3工作原理框圖。圖釋11待測(cè)集成電路，12準(zhǔn)直透鏡組，13矩形光闌，14紅外顯微透鏡陣列，15成像透鏡，16成像透鏡焦平面，17紅外熱像儀。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖1和圖2所示，本發(fā)明集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，包含三個(gè)模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預(yù)處理模塊。紅外熱輻射采集模塊從輻射源開(kāi)始包括待檢測(cè)集成電路11、紅外準(zhǔn)直透鏡組12和矩形光闌13 ；紅外顯微熱像采集模塊包括紅外顯微鏡頭陣列14、成像透鏡15、紅外熱像儀17 (內(nèi)部采用高分辨率紅外探測(cè)器)和處理電路；紅外熱像預(yù)處理模塊包括圖像存儲(chǔ)與處理，紅外熱像預(yù)處理模塊的任務(wù)由計(jì)算機(jī)完成。檢測(cè)原理在檢查前，要對(duì)集成芯片進(jìn)行預(yù)處理，目的是為了讓集成芯片內(nèi)部的電路產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的溫差變化，這樣可以保證正常區(qū)域和缺陷部位的熱輻射存在一個(gè)差異，輻射信息的差異可使成像效果會(huì)更好。這里采用的方法是局部通電法，選用Voo和Vcc兩個(gè)管腳，接通低壓電源，電壓值低于集成芯片額定電壓。通電后缺陷部位的電阻會(huì)發(fā)生變化，電阻的變化會(huì)導(dǎo)致該部位熱分布有變化，與正常區(qū)域的發(fā)熱量會(huì)有差異。之后，該集成電路的熱輻射依次通過(guò)紅外準(zhǔn)直透鏡組，對(duì)紅外輻射進(jìn)行準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后通過(guò)矩形光闌，矩形光闌空的大小可以根據(jù)所測(cè)集成電路的實(shí)際尺寸進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整， 保證透過(guò)的輻射來(lái)自于集成芯片，排除外界輻射的干擾。紅外顯微鏡頭陣列接收集成電路各區(qū)域的輻射，可以獲得各個(gè)區(qū)域更為細(xì)微的輻射信息。鏡頭陣列后方的采集鏡頭可將接收到的輻射信息成像到透鏡的焦平面上，即紅外熱像儀所在位置。再之后，熱輻射會(huì)進(jìn)入到紅外熱像儀的探測(cè)器上，這里采用640X480高分辨率陣列式探測(cè)器，可是實(shí)現(xiàn)精細(xì)部位的成像。集成電路的熱輻射經(jīng)準(zhǔn)直透鏡組和紅外顯微光學(xué)系統(tǒng)后會(huì)直接到達(dá)紅外熱像儀的探測(cè)器上面，將輻射信息經(jīng)處理后成像，形成集成電路的輻射紅外熱像圖并進(jìn)行圖像的存儲(chǔ)。熱像會(huì)保存在存儲(chǔ)模塊中，存儲(chǔ)的圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)調(diào)用會(huì)進(jìn)行圖像的預(yù)處理，圖像的預(yù)處理模塊包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測(cè)。最后進(jìn)行邊緣的特征提取，得到缺陷處邊緣信息。熱像圖的處理過(guò)程如下采用加權(quán)平均法獲得灰度圖像，根據(jù)重要性及其它指標(biāo)，將圖像RGB三個(gè)分量以不同的權(quán)值進(jìn)行加權(quán)平均。這里采用f (i，j) = 0. 299R(i, j)+0. 587G(i，j)+0. 114B(i, j) 實(shí)現(xiàn)各個(gè)分量的加權(quán)；采用鄰域平均法實(shí)現(xiàn)灰度圖像的平滑去噪，用幾個(gè)像素灰度的平均值來(lái)代替每個(gè)像素的灰度；采用Carmy算子進(jìn)行圖像的邊緣檢測(cè)，提取連續(xù)完整的邊緣。電路內(nèi)部缺陷的邊緣可以完整的檢測(cè)出來(lái)。通過(guò)人工設(shè)定整體閾值的方法將圖像進(jìn)行二值化處理，將圖像上的點(diǎn)的灰度值設(shè)為0或255，也就是將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。因?yàn)槲矬w同背景的差別一般表現(xiàn)不在灰度值上(比如紋理不同)，因此可以將這個(gè)差別特征轉(zhuǎn)換為灰度的差別，然后利用先前設(shè)定的閾值來(lái)分割該圖像。由于缺陷處的邊緣信息會(huì)很明顯，因此無(wú)需涉及紅外圖像的融合匹配問(wèn)題，經(jīng)一系列圖像的預(yù)處理后，便可得到集成電路內(nèi)部的熱分布情況，根據(jù)不同分布區(qū)的邊緣差異便可以找到集成電路存在缺陷的地方。具體檢測(cè)過(guò)程首先在檢查前，對(duì)集成芯片進(jìn)行預(yù)處理，這里采用的方法是局部通電法，選則Voo 和Vcc兩個(gè)管腳，接通低壓電源，電壓值低于集成芯片額定電壓，額定電壓可根據(jù)集成電路的參數(shù)獲得。通電后缺陷部位的電阻值會(huì)發(fā)生變化，阻值的變化及電阻的熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致該部位熱分布發(fā)生變化，與正常區(qū)域的發(fā)熱量會(huì)有差異。集成芯片內(nèi)部的電路產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的溫差變化，保證正常區(qū)域和缺陷部位的熱輻射存在一個(gè)差異，輻射信息的差異可使成像效果更好。通電之后，集成電路的輻射信息會(huì)一次通過(guò)檢測(cè)儀的各個(gè)模塊，如圖1所示，依次通過(guò)紅外準(zhǔn)直透鏡組12、矩形光闌13、紅外顯微鏡頭陣列14、成像透鏡15、紅外光學(xué)成像系統(tǒng)17。集成電路的熱輻射首先通過(guò)紅外準(zhǔn)直透鏡組12，對(duì)紅外輻射進(jìn)行準(zhǔn)直，一般的輻射都是四面八方的，經(jīng)準(zhǔn)直后可更有效利用輻射信息。
準(zhǔn)直后通過(guò)矩形光闌13，矩形光闌面積的大小可以根據(jù)所測(cè)集成電路的實(shí)際尺寸來(lái)手動(dòng)調(diào)整，使得后續(xù)光路只收集來(lái)自于集成芯片的輻射，排除外界輻射的干擾。經(jīng)光闌后，輻射到達(dá)紅外顯微鏡頭陣列14，每個(gè)陣列點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)較小的單鏡頭，每個(gè)小鏡頭可以獨(dú)立采集集成電路的顯微輻射信息。鏡頭陣列后方的采集鏡頭15會(huì)將前方鏡頭陣列接收到的輻射信息成像到其焦平面上，即紅外探測(cè)器17所在位置。探測(cè)器接收前方光學(xué)系統(tǒng)采集到的輻射信息，經(jīng)相應(yīng)的處理電路將輻射信息轉(zhuǎn)為紅外熱像，記得到集成電路的顯微紅外輻射熱像。該圖像上面會(huì)記錄到集成電路的內(nèi)部輻射信息，圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元，如圖2所示。存儲(chǔ)模塊中的熱輻射圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，得到的圖像會(huì)顯示出該集成電路內(nèi)部是否存在缺陷。若存在缺陷，處理后的圖像與原基礎(chǔ)電路比較，可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)缺陷部位的具體位置，以此得到檢測(cè)的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于該檢測(cè)儀包含三個(gè)模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊和紅外熱像預(yù)處理模塊；紅外熱輻射采集模塊從輻射源開(kāi)始包括待檢測(cè)集成電路、紅外準(zhǔn)直透鏡組和矩形光闌，紅外顯微熱像采集模塊包括 紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、紅外熱像儀和處理電路，紅外熱像預(yù)處理模塊包括圖像存儲(chǔ)與處理，紅外熱像預(yù)處理模塊的任務(wù)由計(jì)算機(jī)完成。
2.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的紅外準(zhǔn)直透鏡組由兩個(gè)紅外透鏡組成，直徑為102mm，兩個(gè)透鏡具有相同的焦距，且兩個(gè)鏡頭間距離為兩倍焦距，經(jīng)準(zhǔn)直后紅外輻射平行。
3.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的矩形光闌矩形孔的大小可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，根據(jù)被測(cè)集成電路的大小來(lái)實(shí)時(shí)手動(dòng)確定孔的大小。因此可保證后方系統(tǒng)得到的信息來(lái)自于集成電路部分。
4.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的紅外顯微鏡頭陣列為12X12小鏡頭分布，單個(gè)小顯微鏡頭尺寸設(shè)計(jì)為8mm，單鏡頭緊密排列，集成電路各個(gè)區(qū)域的輻射信息會(huì)被單鏡頭分別獲得，可保證獲得詳細(xì)的區(qū)域信息，所述的單個(gè)顯微鏡頭為紅外鏡片，可接收紅外輻射信息，有效孔徑為79. 5mm，單透鏡間距為1mm，整個(gè)陣列由前方矩形光闌的大小確定實(shí)際有效的個(gè)數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的成像透鏡為紅外透鏡，可將前方顯微鏡頭陣列采集到的信息整體成像到該透鏡后方的焦平面上，焦平面處為紅外熱像儀的探測(cè)器。
6.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的紅外熱像儀， 其內(nèi)部的紅外探測(cè)器為640X480焦平面陣列，可實(shí)現(xiàn)高分辨率熱成像。
7.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于，顯微鏡頭陣列、成像透鏡及紅外探測(cè)器集成在一起，組成集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀的紅外顯微熱像采集模塊。
8.如權(quán)利要求1所述集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀，其特征在于所述的紅外熱像預(yù)處理模塊中的圖像預(yù)處理包括紅外圖像灰度化處理、灰度圖像平滑去噪、邊緣檢測(cè)，最后進(jìn)行邊緣的特征提取，得到缺陷部位的邊緣信息。
全文摘要
一種集成電路紅外顯微無(wú)損檢測(cè)儀屬于非接觸式紅外顯微無(wú)損檢測(cè)及紅外圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。該檢測(cè)儀包含三個(gè)處理模塊紅外熱輻射采集模塊、紅外顯微熱像采集模塊、紅外熱像預(yù)處理模塊。集成電路作為輻射源，從輻射源開(kāi)始分別包括集成電路、紅外準(zhǔn)直透鏡組、矩形光闌、紅外顯微鏡頭陣列、成像透鏡、高分辨率紅外熱像儀、計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)了一種顯微鏡頭陣列，采用陣列式顯微鏡頭，組成陣列的單個(gè)鏡頭可分別采集集成電路各個(gè)區(qū)域的輻射信息，分區(qū)域提取集成電路內(nèi)部詳細(xì)的紅外輻射信息，細(xì)微的輻射信息在會(huì)熱像儀上成像，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像的預(yù)處理后可以得到集成電路內(nèi)部的輻射分布，可以完成大規(guī)模集成電路的無(wú)損缺陷檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102565069SQ201110434080
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者姜嘯宇, 王茂榕, 萇浩, 趙彩敏, 趙思寧, 邢志廣, 鐘聲, 魏臻 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)