基于高频超声的倒装焊芯片缺陷检测方法研究与系统设计

作     者：王翀 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李可

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：倒装芯片 高频超声检测 稀疏算法 盲估计 声显微成像系统 

摘      要：集成电路是支撑国民经济和社会发展、维护国家安全的战略性、基础性与先导性产业,是实现信息技术产业自主创新发展的核心和基础。倒装焊技术作为先进微电子封装技术之一,在高密度化、微型化的芯片封装领域得到了广泛应用。但是随着倒装焊芯片工艺的提升,倒装焊芯片逐步朝着高密度化、超细间距化发展,在芯片键合处容易出现损伤,导致失效,因此对芯片焊球进行检测具有重要价值。基于高频超声的声显微技术已被广泛应用于倒装焊芯片的检测中,但超声信号会被噪声污染且出现边缘模糊效应,严重影响了芯片检测的可靠性和准确性。本文从高频超声检测倒装焊芯片方法出发,使用基于改进多路径匹配追踪的稀疏算法对超声一维信号进行降噪处理,同时针对超声检测的边缘模糊现象,使用基于改进局部最大梯度的去模糊算法对超声检测图像进行处理,根据检测精度需求搭建了高频超声显微成像检测设备。具体工作内容如下:(1)针对高频超声检测倒装焊芯片微缺陷的回波信号受噪声影响的问题,提出了一种基于改进多路径匹配追踪算法(multipath matching pursuit,MMP)的高频超声信号稀疏去噪方法。利用MMP算法获取全局最优的原子,针对MMP计算量过大的问题,在迭代过程中设置阈值和引入剪枝操作,筛选误差较大的路径,减少迭代路径,降低算法复杂度。为了避免字典维度上升导致的计算量过大,通过构建连续原子库对重构信号参数进行调整,最终实现芯片超声检测信号噪声的抑制。通过仿真和实验数据验证,所提方法能够有效的去除倒装芯片高频超声检测信号中的噪声,与其他去噪算法相比,所提方法通过牺牲少量计算复杂度的同时,实现了信号重构精度的提高,提升了B扫图的清晰度。(2)针对高频超声检测芯片过程时,焊球边缘衍射所导致的边缘模糊效应,提出一种基于局部最大梯度的超声显微成像重构方法。使用K-奇异值分解(K-Singular value decomposition,K-SVD)训练字典对超声图像进行去噪,减少噪声对后续模糊核估计的影响。采用基于局部最大梯度的最大后验对去噪后的图像进行模糊核估计,并通过稀疏联合非盲解卷积获得清晰图像。在对其他焊球进行去模糊时,根据结构及成像相似性,使用K-means++对焊球图片进行聚类,采用中心样本的中间模糊核迭代,降低了模糊核估计的迭代计算量。通过实验证明,相较于其他方法,本文提出的方法能够有效地去除C扫描图像中的噪声和边缘模糊效应,同时大大降低了方法的计算量。(3)介绍了超声显微成像系统的搭建过程。根据超声检测倒装芯片的精度要求和质量要求,设计超声显微成像系统。根据系统工作原理和结构,对运动控制模块、信号接收发射模块和图像处理模块进行设计,完成模块中主要硬件的选型与安装。基于.Net平台对系统软件进行设计开发,包括对检测过程中自动化控制机械运动,超声信号的采集与处理,最终的扫查结果成像等,实现系统的自动化检测。