CN109863394A - 超声波检查装置 - Google Patents

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Abstract

超声波检查装置(1)是以被封装化的半导体设备(D)为检查对象的装置，具备：超声波振动器(2)，其与半导体设备(D)相对配置；介质保持部(12)，其设置于超声波振动器(2)中与半导体设备(D)相对的端部(2b)，并保持传播超声波(W)的介质(M)；平台(3)，其使半导体设备(D)与超声波振动器(2)的相对位置移动；及解析部(22)，其解析与利用超声波振动器(2)的超声波(W)的输入对应的半导体设备(D)的反应。

Description

超声波检查装置
技术领域
本方式涉及超声波检查装置。
背景技术
作为现有的超声波检查装置，有例如使用专利文献1所记载的超声波加热的半导体集成电路配线系统的检查装置。该现有的超声波检查装置中，对被检查体即半导体集成电路一边自恒定电压源供给电力一边照射超声波。而且，对应于超声波的照射而检测流动于接地配线的电流的变化，由此生成半导体集成电路的电流像或缺陷像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-320359号公报
发明内容
发明所要解决的问题
上述现有的超声波检查装置中，自封装体取出的半导体芯片作为检查对象。然而，若考虑需要自封装体取出半导体芯片的作业、或半导体芯片的取出时电路的特性产生变化的可能性等，则优选以保持被封装化的状态检查半导体设备。另一方面，检查被封装化的半导体设备的情况下，由于无法自外部视觉辨认观察点即半导体芯片，因而需要想办法以对半导体芯片容易对准超声波的焦点。
本方式为了解决上述问题而完成，其目的在于，提供一种可使超声波的焦点容易对准被封装化的半导体设备内的所期望的位置的超声波检查装置。
解决问题的技术手段
本方式的一个方面所涉及的超声波检查装置，是以被封装化的半导体设备为检查对象的超声波检查装置，具备：超声波振动器，其与半导体设备相对配置；介质保持部，其设置于超声波振动器中与半导体设备相对的端部，并保持传播超声波的介质；平台，其使半导体设备与超声波振动器的相对位置移动；及解析部，其解析与利用超声波振动器的超声波的输入对应的半导体设备的反应。
该超声波检查装置中，可通过设置于超声波振动器的端部的介质保持部的位置，在保持在超声波振动器与半导体设备之间传播超声波的介质的状态下，而调整超声波振动器与半导体设备的间隔。因此，可使超声波的焦点容易对准被封装化的半导体设备内的所期望的位置。
另外，介质保持部也可由设置于超声波振动器的端部的筒状构件构成。该情况下，可由筒状构件的内部与超声波振动器的端部形成介质的保持空间。
另外，介质保持部也可装卸自如地嵌合于超声波振动器的端部。该情况下，通过在超声波振动器的端部调整筒状构件的嵌合位置，而可容易调整超声波振动器与半导体设备的间隔。
另外，介质保持部也可具有调整介质的保持量的介质流通口。由此，由介质保持部保持的介质的保持量的控制变得容易。
另外，介质保持部也可具有检测介质的保持量的保持量检测部。由此，由介质保持部保持的介质的保持量的控制进一步变得容易。
另外，也可还具备：电源装置，其对半导体设备施加恒定电压或恒定电流；及反应检测部，其在恒定电压或恒定电流的施加状态下，检测与超声波的输入对应的半导体设备的电流或电压，解析部基于来自反应检测部的检测信号生成解析图像。该情况下，通过测量起因于超声波的输入的半导体设备的电阻变化，而可精度良好地实施被封装化的半导体设备的检测。
另外，也可还具备：信号产生部，其对超声波振动器输入驱动信号，且输出对应于驱动信号的参考信号，解析部基于检测信号与参考信号生成解析图像。由此，可进一步提高被封装化的半导体设备的检查精度。
另外，也可还具备：反射检测部，其检测由半导体设备反射的超声波的反射波，解析部基于来自反射检测部的检测信号生成反射图像。该情况下，可基于反射图像取得半导体设备内部的芯片形状。
另外，解析部也可生成将解析图像与反射图像重叠后的重叠图像。该情况下，由于解析图像的解析结果与半导体设备内部的芯片形状重叠，因此故障位置等的特定变得容易。
发明的效果
根据本方式，可使超声波的焦点容易对准被封装化的半导体设备内的所期望的位置。
附图说明
图1是显示超声波检查装置的一个实施方式的概略结构图。
图2是显示超声波振动器的结构的概略图。
图3是显示检查执行时的超声波的焦点位置的概略图。
图4是显示超声波的焦点位置的调整控制的一个例子的图。
图5是显示图3的后续工序的图。
图6是显示超声波的焦点位置的调整的其他例子的图。
图7是显示解析图像的一个例子的图。
图8是显示反射图像的一个例子的图。
图9是显示重叠图像的一个例子的图。
图10是显示图1所示的超声波检查装置中的动作的一个例子的流程图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本方式的一个方面所涉及的超声波检查装置的优选的实施方式进行详细的说明。
图1是显示超音检查测装置的一个实施方式的概略结构图。该超声波检查装置1是将检查对象即半导体设备D在被封装化的状态下进行检查的装置。超声波检查装置1构成为基于测量起因于超声波W的输入的半导体设备D的电阻变化的方法，而进行被封装化的半导体设备D的故障的有无及故障位置等的特定等的装置。
半导体设备D的一面侧成为供超声波W输入的检查面Dt。半导体设备D以使该检查面Dt朝下方的状态由保持板等予以保持。作为半导体设备D，可列举包含二极管或功率晶体管等的个别半导体元件(分立(discrete))、光电元件、传感器/致动器、或由MOS(Metal-Oxide-Semiconductor(金属氧化物半导体))构造或双极构造的晶体管构成的逻辑LSI(Large Scale Integration(大规模集成电路))、存储器元件、线性IC(IntegratedCircuit(集成电路))、及它们的混合设备等。另外，半导体设备D也可为包含半导体设备的封装体、复合基板等。
如图1所示，超声波检查装置1构成为包含超声波振动器2、平台3、脉冲发生器(信号产生部)4、反应检测部5、锁定放大器(频率解析部)6、计算机(解析部)7、及监视器8。
超声波振动器2是向半导体设备D输入超声波W的设备。超声波振动器2如图2所示，具有脉冲器11及介质保持部12。超声波振动器2例如成为筒状，更具体而言成为圆筒状。超声波振动器2的前端面2a是输出超声波W的部分，以与半导体设备D的检查面Dt相对的方式朝上方配置。前端面2a实际上成为凹面状，在前端面2a的各个位置产生的超声波W在自前端面2a离开一定距离的位置具有焦点。自前端面2a输出的超声波W例如为20kHz～10GHz左右的弹性振动波。
脉冲器11是基于自脉冲发生器4输出的驱动信号来驱动超声波振动器2的部分。本实施方式中，脉冲器11也具有作为检测在半导体设备D的检查面反射的超声波W的接收机(反射检测部)13的功能。接收机13检测超声波W的反射波，将表示检测结果的检测信号输出至计算机7。
介质保持部12是在超声波振动器2与半导体设备D之间保持介质M的部分。由介质保持部12保持的介质M在本实施方式中为水。介质M只要是阻抗与半导体设备D的封装所用的材质整合的介质，就无特别限制，也可使用丙三醇等其他液体、或凝胶状、果冻状物质等。本实施方式中，介质保持部12具有由例如硅酮树脂等的充分具有可挠性及相对于介质M的润湿性的材料形成的筒状构件14。筒状构件14装卸自如地嵌合于超声波振动器2的前端面2a侧的端部2b。
筒状构件14的一部分以自前端面2a突出的方式将筒状构件14滑动自如地嵌合于端部2b，由筒状构件14的内周面14a与超声波振动器2的前端面2a形成保持介质M的保持空间S。通过调整筒状构件14自超声波振动器2的前端面2a的突出量，而使保持空间S的容积成为可变。通过调整该筒状构件14的突出量，而可调整能够调整自超声波振动器2输出的超声波W的焦点位置的范围。由此，相对于封装体的树脂厚度不同的半导体设备D，也可设定介质M不溢出的最佳保持空间S的容积。
为了容易掌握筒状构件14的突出量，也可对筒状构件14设置刻度。设置刻度的位置例如为筒状构件14的内周面14a或外周面14c。筒状构件14的突出量可通过手动地使筒状构件14相对于超声波振动器2的端部2b的位置滑动，改变筒状构件14的嵌合量而调整。筒状构件14相对于超声波振动器2的端部2b的位置也可使用滑动机构调整。另外，也可使筒状构件14的嵌合量为一定后，通过更换成不同长度的筒状构件14而调整筒状构件14的突出量。
在筒状构件14的周壁部分设有调整保持于保持空间S的介质M的保持量的介质流通口15。在介质流通口15插入有连接于外部的介质贮藏部(未图示)的流通管16，进行介质M向保持空间S的流入及介质M自保持空间S的排出。介质M的流通量例如通过计算机7控制。
另外，介质流通口15优选为自筒状构件14的前端面14b隔着一定间隔而设置。由此，在自介质流通口15流入的介质M中混入异物的情况下，也可抑制在保持空间S中异物集中于筒状构件14的前端面14b附近。与超声波振动器2的前端面2a附近相比，超声波W更聚焦于筒状构件14的前端面14b附近。由此，抑制异物集中于筒状构件14的前端面14b附近，抑制向异物的超声波W的干涉的影响。
另外，在筒状构件14的内周面14a，检测保持空间S中的介质M的保持量的位准传感器(保持量检测部)17被安装于较介质流通口15更上方(前端面14b侧)的位置。位准传感器17将表示检测结果的检测信号输出至计算机7。基于来自位准传感器17的检测信号，执行调整超声波W的焦点位置时的保持空间S的介质M的量的控制。也可在筒状构件14安装检测与半导体设备D的距离的距离传感器。由此，使下述的平台3在Z轴方向驱动时，可防止筒状构件14与半导体设备D的干涉。
平台3如图1所示是使半导体设备D与超声波振动器2的相对位置移动的装置。本实施方式中，平台3作为可在XYZ轴方向驱动的3轴平台而构成，在平台3上固定有超声波振动器2。基于来自计算机7的指示信号控制平台3的驱动。通过平台3在半导体设备D的检查面Dt的面内方向(XY轴方向)驱动，而扫描半导体设备D的检查面Dt上的超声波W的输入位置。
另外，通过平台3在半导体设备D的厚度方向(Z轴方向)驱动，而对半导体设备D的厚度方向以一定精度调整超声波W的焦点位置。另外，平台3也可不固定于超声波振动器2，而固定于半导体设备D。半导体设备D的检查开始时，如图2所示，以介质保持部12因表面张力而自保持空间S隆起的程度对保持空间S供给介质M。于是，通过平台3在半导体设备D的厚度方向驱动，使介质M的隆起部分Ma与半导体设备D的检查面Dt接触。由此，以介质M填充超声波振动器2的前端面2a至半导体设备D的检查面Dt的超声波W的路径。于是，如图3所示，平台3进一步在半导体设备D的厚度方向驱动，在半导体设备D内的芯片C附近调整超声波W的焦点位置。
脉冲发生器4是对超声波振动器2输入驱动信号的装置。驱动信号的频率设定为与由超声波振动器2产生的超声波W的频率相等的频率。如本实施方式那样，进行使用锁定放大器6的锁定检测的情况下，也可另外设定锁定频率，将产生用频率与锁定频率合成后的突发信号作为驱动信号，对超声波振动器2输入超声波W。该情况下，将对应于锁定频率的参考信号自脉冲发生器4输出至锁定放大器6。超声波产生用频率例如为25MHz～300MHz左右，锁定频率例如为1kHz～5kHz左右。
反应检测部5是检测与利用超声波振动器2的超声波W的输入对应的半导体设备D反应的装置。反应检测部5例如由连接于锁定放大器6的前段的检测放大器构成。反应检测部5内置对半导体设备D施加恒定电压或恒定电流的电源装置10。反应检测部5在恒定电压或恒定电流的施加状态下，检测对应于超声波W的输入的半导体设备D的电流或电压，将表示检测结果的检测信号输出至锁定放大器6。反应检测部5也可仅提取交流成分并输出检测信号。
锁定放大器6是锁定检测自反应检测部5输出的检测信号的装置。锁定放大器6基于自脉冲发生器4输出的参考信号，锁定检测自反应检测部5输出的检测信号。于是，锁定放大器6将表示检测结果的检测信号输出至计算机7。
计算机7在物理上构成为具备RAM、ROM等存储器、CPU等处理器(运算电路)、通信接口、硬盘等存储部、监视器8等显示部。作为该计算机7，可列举例如个人计算机、云端服务器、智能型设备(智能手机、平板终端等)、微电脑、FPGA(Field-Programmable Gate Array(现场可编程门阵列))等。计算机7通过以计算机系统的CPU执行存储于存储器的程序，而作为控制平台3的动作的平台控制部21、及解析来自锁定放大器6的检测信号的解析部22发挥功能。
更具体而言，平台控制部21执行超声波W相对于半导体设备D的厚度方向的焦点位置的调整控制，及超声波W相对于半导体设备D的检查面Dt的扫描控制。焦点位置的调整控制中，平台控制部21基于自超声波振动器的接收机13输出的该检测信号，执行平台3的Z方向的控制。超声波W的扫描控制中，平台控制部21以超声波W沿半导体设备D的检查面Dt移动的方式，执行平台3的XY方向的控制。平台控制部21对解析部22依次输出扫描控制时的平台3的位置信息。
图4是显示焦点位置的调整控制的一个例子的图。该图的例子中，横轴为时间(输出超声波W后至检测出反射波为止的时间)，纵轴为振幅，描绘来自接收机13的检测信号的时间波形K。该时间波形K也可为累计多次输出超声波W的情况下的反射波的检测信号的波形。
如图4所示，若使超声波W的焦点位置向半导体设备D移位，则在某位置上与半导体设备D的封装体表面上的反射对应的第1峰P1出现在时间波形K。若自出现第1峰P1的位置进一步使超声波W的焦点位置向半导体设备D侧移位，则超声波W的焦点位置移动至半导体设备D的封装体内，如图5所示，在某位置上与半导体设备D内部的芯片C表面上的反射对应的第2峰P2出现在时间波形K。因此，平台控制部21以第2峰P2的振幅成为最大的方式，控制平台3的Z轴方向的位置。
焦点位置的调整控制中，可考虑封装体的树脂厚度为已知的情况，或封装体的树脂组成为已知而可算出封装体内的超声波W的音速的情况。在该情况下，也可基于这些信息预先算出第2峰P2的出现位置(出现时间)的范围，而设定检测第2峰P2时的检测窗A。通过检测窗A的设定，而可谋求第2峰P2的出现位置的检测精度的提高及检测时间的缩短化。在半导体设备D内内置有多层芯片C是已知的情况下，也可基于第2峰P2以后的峰来控制平台3的Z轴方向的位置。
另外，由于超声波W的焦点深度较深，因而也考虑不易判别第2峰P2的振幅成最大的位置的情况。该情况下，例如如图6所示，也可以对应于第2峰P2的振幅成为最大的范围的中央位置(中央时刻)T的方式，对准平台3的Z轴方向的位置。另外，也可微分处理时间波形K，以对应于微分处理后的时间波形的峰值的中央位置的方式，对准平台3的Z轴方向的位置。
解析部22基于自平台控制部21输出的平台3的位置信息，映像半导体设备D的检查中自锁定放大器6输出的检测信号，如图7所示，生成解析图像31。解析图像中，对应于半导体设备D的反应(电流或电压的变化量)的显示亮度的范围、颜色、透过度等可任意设定。
另外，解析部22基于自平台控制部21输出的平台3的位置信息，映像半导体设备D的检查中自接收机13输出的检测信号，如图8所示，生成反射图像32。生成反射图像32时，优选为来自接收机13的检测信号中仅提取对应于自半导体设备D内的芯片C表面的反射波的时间的成分。这样的话，则可获得表示半导体设备D内的芯片C的形状的反射图像32。
解析部22如图9所示也可生成将解析图像31与反射图像32重叠后的重叠图像33。解析部22将生成的重叠图像33输出至监视器8。重叠图像33中，解析图像31所示的半导体设备D的反应与反射图像32所示的半导体设备D内的芯片C的形状重叠，芯片C的故障位置的特定变得容易。反射图像32中，有不仅可确认芯片C的形状，也可确认电路剥离等异常的情况。因此，重叠图像33中，可自解析图像31确认的异常位置与可自反射图像32确认的异常位置重叠的情况下，也可强调显示该异常位置。
接着，针对上述超声波检查装置1的动作进行说明。
图10是显示超声波检查装置1的动作的一个例子的流程图。如该图所示，使用超声波检查装置1实施半导体设备D的检查的情况下，首先，将半导体设备D配置于未图示的保持板等(步骤S01)。接着，使介质M自介质流通口15流入介质保持部12，在保持空间S保持介质M(步骤S02)。步骤S02中，如上所述，形成介质M因表面张力而隆起的部分Ma。于是，以筒状构件14的前端面14b不与半导体设备D的检查面Dt接触，仅介质M的隆起部分Ma与半导体设备D的检查面Dt接触的方式，在Z轴方向驱动平台3(参照图2)。
保持介质M后，调整超声波W的焦点位置(步骤S03)。此处，首先以超声波振动器2来到与芯片C相对的位置的方式，在X轴方向及Y轴方向驱动平台3。接着，基于自接收机13输出的超声波W的反射波的时间波形K中的第2峰P2的出现位置，以超声波W的焦点位置与半导体设备D内部的芯片C表面一致的方式，在Z轴方向驱动平台3(参照图3)。另外，超声波W的焦点位置的调整，可以是平台控制部21自动执行，也可通过超声波检查装置1的用户一边目视确认时间波形K的第2峰P2的出现位置，一边手动地使平台3的位置移动而执行。
超声波W的焦点位置的调整后，也可执行调整半导体设备D的倾斜度的步骤。该步骤中，例如以使平台3在X轴方向及Y轴方向一轴一轴驱动时的反射波的时间波形K互相一致的方式，调整保持板或平台3的姿势。该步骤中，可使平台控制部21自动执行，也可超声波检查装置1的用户一边目视确认时间波形K一边手动进行。
接着，生成半导体设备D的反射图像(步骤S04)。步骤S04中，自脉冲发生器4对超声波振动器2输入驱动信号，自超声波振动器2对半导体设备D照射超声波W。于是，以接收机13检测来自半导体设备D的反射波，基于自接收机13输出的检测信号，与自平台控制部21输出的平台3的位置信息，完成映像，由此生成反射图像32。
接着，进行基于反射图像32的解析位置的确认，执行半导体设备D的解析，生成解析图像(步骤S05)。步骤S05中，自电源装置10对半导体设备D施加恒定电压(或恒定电流)，且自脉冲发生器4对超声波振动器2输入驱动信号，自超声波振动器2对半导体设备D输入超声波W。于是，在XY轴方向驱动平台3，在半导体设备D的检查面Dt的各位置检测对应于超声波W的输入的半导体设备D的电流或电压的变化。半导体设备D的电流或电压的变化通过反应检测部5检测，自反应检测部5对锁定放大器6输出AC成分被提取了的检测信号。锁定放大器6中，基于自反应检测部5输出的检测信号与自脉冲发生器4输出的参考信号完成锁定检测，将其检测信号输出至解析部22。
解析部22中，基于锁定检测的检测信号生成解析图像。即，在半导体设备D的检查中，基于自平台控制部21输出的平台3的位置信息，映像自锁定放大器6输出的检测信号，生成解析图像31。于是，通过解析部22生成将解析图像31与反射图像32重叠后的重叠图像33，在监视器8显示重叠图像33(步骤S06)。
如以上所说明的那样，该超声波检查装置1中，可通过设置于超声波振动器2的端部2b的介质保持部12的位置，在保持在超声波振动器2与半导体设备D之间传播超声波W的介质M的状态下，调整超声波振动器2与半导体设备D的间隔。因此，可使超声波W的焦点容易对准被封装化的半导体设备内的所期望的位置。
另外，超声波检查装置1中，通过装卸自如地嵌合于超声波振动器2的端部2b的筒状构件14构成介质保持部12。由此，可通过筒状构件14的内周面14a与超声波振动器2的前端面2a形成介质M的保持空间S。另外，通过在超声波振动器2的端部2b调整筒状构件14的嵌合位置，而可容易调整超声波振动器2与半导体设备D的间隔。再者，在介质保持部12，设有调整介质M的保持量的介质流通口15，及检测介质M的保持量的位准传感器17。由此，由介质保持部12保持的介质M的保持量的控制变得容易。
另外，超声波检查装置1中，还设置有：电源装置10，其对半导体设备D施加恒定电压或恒定电流；及反应检测部5，其在恒定电压或恒定电流的施加状态下，检测对应于超声波W的输入的半导体设备D的电流或电压，解析部22基于来自反应检测部5的检测信号生成解析图像31。这样，通过测量起因于超声波W的输入的半导体设备D的电阻变化，而可精度良好地实施被封装化的半导体设备D的检测。
另外，超声波检查装置1中，还设置有对超声波振动器2输入驱动信号，且输出对应于驱动信号的参考信号的脉冲发生器4，解析部22基于检测信号与参考信号生成解析图像31。通过进行基于参考信号的锁定检测，可进一步提高被封装化的半导体设备D的检测精度。
另外，超声波检查装置1中，还设置有检测在半导体设备D反射的超声波W的反射波的接收机13，解析部22基于来自反应检测部5的检测信号生成反射图像32。该情况下，基于反射图像32可取得半导体设备D内的芯片C的形状。再者，也可检测出电路剥离等物理性异常。
另外，超声波检查装置1中，解析部22生成将解析图像31与反射图像32重叠后的重叠图像33。重叠图像33中，由于利用解析图像31的解析结果与半导体设备D内的芯片C的形状重叠，因此故障位置等的特定变得容易。
本方式不限定于上述实施方式。上述实施方式中，解析与超声波W的输入对应的半导体设备D的反应的装置中，将介质保持部12应用于超声波振动器2，但也可将介质保持部12的结构应用于以其他方法解析半导体设备的反应的装置。例如也可将介质保持部12应用于输入来自测试器的测试图案并解析半导体设备的反应的装置。
符号的说明
1…超声波检查装置、2…超声波振动器、2b…端部、3…平台、4…脉冲发生器(信号产生部)、5…反应检测部、10…电源装置、12…介质保持部、13…接收机(反射检测部)、14…筒状构件、15…介质流通口、17…位准传感器(保持量检测部)、22…解析部、31…解析图像、32…反射图像、33…重叠图像、C…芯片、D…半导体设备、M…介质、W…超声波。

Claims (9)

1.一种超声波检查装置，其中，
是以被封装化的半导体设备为检查对象的超声波检查装置，
具备：
超声波振动器，其与所述半导体设备相对地配置；
介质保持部，其设置于所述超声波振动器中与所述半导体设备相对的端部，并保持传播所述超声波的介质；
平台，其使所述半导体设备与所述超声波振动器的相对位置移动；及
解析部，其解析与利用所述超声波振动器的超声波的输入对应的所述半导体设备的反应。
2.如权利要求1所述的超声波检查装置，其中，
所述介质保持部由设置于所述超声波振动器的所述端部的筒状构件构成。
3.如权利要求1或2所述的超声波检查装置，其中，
所述介质保持部滑动自如地嵌合于所述超声波振动器的所述端部。
4.如权利要求1～3中任一项所述的超声波检查装置，其中，
所述介质保持部包含调整所述介质的保持量的介质流通口。
5.如权利要求1～4中任一项所述的超声波检查装置，其中，
所述介质保持部包含检测所述介质的保持量的保持量检测部。
6.如权利要求1～5中任一项所述的超声波检查装置，其中，
还具备：
电源装置，其对所述半导体设备施加恒定电压或恒定电流；及
反应检测部，其在所述恒定电压或所述恒定电流的施加状态下，检测与所述超声波的输入对应的所述半导体设备的电流或电压，
所述解析部基于来自所述反应检测部的检测信号而生成解析图像。
7.如权利要求6所述的超声波检查装置，其中，
还包含：信号产生部，其对所述超声波振动器输入驱动信号，且输出与所述驱动信号对应的参考信号，
所述解析部基于所述检测信号与所述参考信号而生成所述解析图像。
8.如权利要求6或7所述的超声波检查装置，其中，
还包含：反射检测部，其检测由所述半导体设备反射的所述超声波的反射波，
所述解析部基于来自所述反射检测部的检测信号而生成反射图像。
9.如权利要求8所述的超声波检查装置，其中，
所述解析部生成将所述解析图像与所述反射图像重叠后的重叠图像。
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