2。2。2 红外光学系统

光学系统的功能就是接收来自被测物体的红外辐射并将其传递给探测器。常 见的光学系统有反射式、透射式和组合式三种形式。光学系统具有视场小。孔径 大的特点，其性能的评定是以光学系统和光电探测器匹配的灵敏度和信噪比为依 据的。文献综述

2。2。3 红外探测器

红外探测器作为红外检测系统最主要的部件，它的主要工作原理是检测人眼 看不见的红外辐射，将其转化为能够测量的电信号。按照响应辐射方式的不同， 可以将红外探测器分为光子探测器和热探测器。热探测器吸收了物体的红外辐射 之后温度便会上升，继而导致了电阻率和温差电动势发生变化。这些物理量的实 际意义是红外辐射能量或者功率，测量出这些变化的量便可以知道它们的大小。 由于热探测器的响应只与红外辐射能量和功率或其变化率有关而与红外辐射的 光谱成分无关，所以热探测器属于无选择性的探测器。光子探测器是依据光电效 应的原理将光信号转换为电信号的元件。电子在吸收了光子的能量之后运动，它 的状态就会发生改变，继而产生电信号。由于这种直接作用的过程，所以光子探 测器的响应速度非常快，这也是它能够被广泛使用所具备的一个优点。

2。3  基于主动红外的焊球缺陷检测

主动红外焊球缺陷检测系统是利用热激励源对倒装芯片进行加热，再利用红 外热像仪将不可见的辐射场转化成可见的温度热图像。红外热像仪作为红外无损 检测系统的关键部件，因为其包含了光学系统、探测器、信号处理单元、输出装 置以及其他辅助装置，所以利用热像仪对被测对象的红外波段进行检测，并将其

能量幅值转化为电信号，从而得到被测物体的温度信号，处理后得到的红外热图 像可以直观地了解焊球表面的温度分布情况，当焊球内部存在裂纹、空洞、焊球 缺失等缺陷时，在热激励源对焊球施加激励的过程中，热传导会受到影响，热阻 也会随之变化，最后导致呈现出来的热像图中正常的焊球和缺陷焊球在温度上存 在差异，由此便可以判断倒装芯片上的焊球是否存在缺陷[20-21]。

对于焊球缺陷检测的主动红外系统来说需要选择的主要是合适的热激励源 和红外热像仪。在前面介绍的几种热激励源中，激光器因为其具有加热快速、效 率高、噪声小、可重复性高的特点在检测领域应用广泛，相比于闪光灯而言，作 为热激励源也不会在检测的过程中加入热噪声，在主动红外焊球缺陷检测系统中 可以作为一个比较合适的热激励源。因为在红外热成像无损检测系统中，测试数 据的准确性受到物体自身辐射率、大气传播环境和其他背景辐射等因素的影响， 所以需要控制实验时的环境和检测仪器与被测对象之间的距离，还要选择合适的 红外热像仪，热像仪选择依据的主要参数有：空间分辨率、成像速率、热灵敏度、 测温范围、检测视场大小。

2。4  本章小结

本章在介绍了主动红外无损检测技术的基本原理之后，接着介绍了主动红外 检测系统的组成，简单阐述了脉冲加热法、阶跃脉冲加热法、调制加热法和超声 振动加热法这几种主动式加热方法，对于热激励源、红外光学系统和红外探测器 的选择做了一定的介绍，最后介绍了基于主动红外焊球缺陷检测的方法原理。

3  主动红外焊球缺陷检测实验研究

3。1  实验样片的制作

倒装芯片的结构一般是由焊球、UBM 复合金属层、钝化保护层、铝压焊块 和基底组成。利用主动红外无损检测技术对焊球进行缺陷检测是对其施加热激 励，以红外热像图呈现出来的图像反映了其在受热激励过程中内部热传导情况。 所以在缺陷检测过程中无需考虑其电学性能，因此可以忽略电路结构和电气层， 不对其进行制作。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com