基于显微数字全息的芯片封装形貌研究

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芯片表面形貌是芯片封装质量的重要参考。当前芯片封装纵横比增大、引线集成度增加,使芯片封装表面形貌测量变得困难。数字全息技术具有无接触、无标记、高分辨率以及实时测量等优势,本文以数字全息显微技术为核心进行芯片封装表面形貌的快速准确测量研究。本文对芯片封装技术进行了调研,阐述了数字全息显微技术和双波长数字全息技术的发展现状,分析了数字全息的几种重建算法,简述了测试样品相位的矫正。针对芯片封装样品表面结构纵横比大的实际,分析了相关数字全息测量的光路系统,对光源和显微物镜进行了参数分析,并搭建单波长激光照明数字全息显微系统进行了黑白格子晶片样品的测量,验证了光路系统及技术方案的有效。针对芯片表面形貌纵横比大导致高度差别大,设计了一种基于温控调制的双波长方案,使用两支相同型号的尾纤输出的半导体激光器,温控调制其中一支激光器波长漂移间隔2.81nm,双波长激光相差2.30nm,测试确定了温控的有效;搭建完成数字全息显微测量系统,对24μm标准样品和芯片封装样品进行测试,搭建实验系统测量样品高度结果与共聚焦显微物镜测量样品测量高度基本一致;使用离焦数字全息方案局部消除了台阶沟槽边缘的突变噪声,并使用数值仿真软件模拟了光学相位无包裹算法,该算法降低了双波长数字全息求解样品形貌中的噪声。为提高离轴数字全息解算样品形貌的速度,提出一种空间频谱复用数字全息加速算法。加速算法对整个全息图进行一维行傅里叶变换,再对样品频谱信息区域进行一维列傅里叶变换,减少了傅里叶变换维度,从而减少傅里叶变换计算时间,加快重建速度;数值模拟及实验验证了空间频谱复用数字全息加速算法的有效。为消除离轴双波长数字全息中重建物体形貌的一次畸变相位,提出一种旋转全息图平方滤波的方法,在系统消除二次相位畸变的前提下,仅需记录一幅离轴数字全息图就能恢复物体形貌,减少了双曝光方法中需要使用参考全息图消除畸变相位的操作步骤;仿真验证了算法的有效。
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