JP2003249516A - 半田ボ−ル検査装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半田ボ−ル２１が形成された半導体装置の半田
ボ−ル２１とランド２２との接合状態を検査する半田ボ
−ル検査装置およびその検査方法において、簡便な方法
でインラインに適用できるようにする。 【解決手段】加熱棒１を半田ボ−ル２１に接触させ、半
田ボ−ル２１を所定の温度に加熱してから、加熱棒１を
半田ボ−ル２１から退避させ、所定時間放置された半田
ボ−ル２１が下降する温度を温度センサ２で測定する。
この下降する温度によって接合状態の良否を判定する。
すなわち、基準温度より高ければ、接合状態は不良と判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田ボ−ル検査装
置およびその検査方法に関し、特に複数のランドのそれ
ぞれに半田ボ−ルが接合形成された半導体装置における
半田ボ−ルとランドとの接合状態を検査する半田ボ−ル
検査装置およびその検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａ
ｒｒａｙ）のような半導体装置では、半田ボ−ルとラン
ドとの接合状態を検査するのに、半田ボ−ルとランドと
のはんだ付け状態の確認を可視範囲で判断することは周
辺部以外は困難である。そこで、この接続状態をより確
実に信頼度の高い検査方法として、Ｘ線の透過画像を用
いて接続状態の良否の判定を行う方法である。

【０００３】例えば、特開２００１−３１９９５１号公
報に開示されている接続検査方法は、Ｘ線発生部からＸ
線の放射面を半田ボ−ルと半田ボ−ルの接触面と水平に
し、半田ボ−ルとランドとの接合部およびランド含む基
板の部分にＸ線を照射し、Ｘ線検出部を接触面に対し斜
めに傾け、はんだの接合部を含むＸ線透過像を得る。

【０００４】そして、このＸ線透過像にはんだ接合部の
有無によって接合の良否を判定している。すなわち、Ｘ
線が最も吸収されるＸ線透過画像の黒色の半田ボ−ルの
画像と灰色のランド画像との間に黒灰色の接合部の画像
の有無で判定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法は、Ｘ線発生部、Ｘ線検出部、およびＸ線検出部
の傾斜角度制御部という精密装置を必要とし、さらに、
Ｘ線防護手段をも備えなければならず装置として大掛か
りになるという欠点がある。また、検査装置としてはイ
ンラインに設置することができず、オフラインに配置し
なければならない。従って、検査結果がでないと、次工
程に進むことができず、全体のラインのスル−プットを
妨げるという問題がある。また、オフラインで検査を行
うにしても、Ｘ線撮影など多大な工数を必要とする。

【０００６】従って、本発明の目的は、簡便な構成部品
で構成され操作が簡単であるとともにインラインに適用
できる半田ボ−ル検査装置およびその検査方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給す
る供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−
ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前
記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと
接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材
に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−
ルの温度を測定する温度センサと、減圧状態で所定の温
度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱
させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する
温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と
判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置であ
る。

【０００８】また、前記加熱部材の下に前記半田ボ−ル
を位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位
置決め手段を備えることが望ましい。そして、好ましく
は、前記位置決め手段は、前記ステ−ジのＸＹ方向に移
動させるパルスモ−タの回転制御する数値制御装置を備
えることである。さらに、前記温度センサは、非接触温
度センサであることが望ましい。一方、前記加熱部材の
先端部は、前記半田ボ−ルの球の直径と同じ直径をもつ
窪みを有することが望ましい。また、前記半田ボ−ルの
良品と不良品とに分類して収納する収納部とを備えるこ
とが望ましい。

【０００９】本発明の第２の特徴は、半田ボ−ルが縦横
に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給
された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納
し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載
置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−
ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置さ
れるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定す
る温度センサと、減圧状態で所定の温度に加熱された前
記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放
置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半
田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段
とを備える半田ボ−ル検査装置において、接合状態が良
である前記半田ボ−ルの下降温度を基準温度とし、前記
半田ボ−ルの下降温度が前記基準温度より高いとき前記
接合状態が不良と判定する半田ボ−ルの検査方法であ
る。

【００１０】本発明の第３の特徴は、半田ボ−ルが縦横
に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給
された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納
し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載
置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−
ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置さ
れるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定す
る温度センサと、前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを
位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置
決め手段と、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半
田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置し
たとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ
−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを
備える半田ボ−ル検査装置において、前記位置決め手段
により前記半田ボ−ルを順次前記加熱部材の下に送り、
前記加熱部材との接触および離脱を順次行い前記半田ボ
−ルの下降温度を測定し、前記半田ボ−ルの接合状態の
不良が発生すれば、それ以降の前記半田ボ−ルの接合状
態の検査を不要にし、当該半導体装置は不良として前記
真空チャンバから排出し不良の前記収納部に収納する半
田ボ−ルの検査方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施の形態における半田
ボ−ル検査装置を示す模式断面図である。この半田ボ−
ル検査装置は、図１に示すように、半田ボ−ル２１が形
成された半導体装置２０を供給する供給部１８と、供給
された半導体装置２０を半田ボ−ル２１を上にして真空
チャンバ５に収納し半導体装置２０を載置するＸＹステ
−ジ３と、真空チャンバ５を真空排気する真空ポンプ９
と、ＸＹステ−ジ３に載置された半導体装置２０の半田
ボ−ル２１と接触し半田ボ−ル２１を加熱する加熱棒１
と、この加熱棒１に隣接して設けられるとともに加熱さ
れた半田ボ−ル２１の温度を測定する温度センサ２と、
減圧状態で所定の温度に加熱された半田ボ−ル２１から
加熱棒１をヘッド４からの引き上げにより離脱させ放置
したとき半田ボ−ルが下降する温度により半田ボ−ル２
１の接合状態の良否を判定する測定結果判定部１３とを
備えている。

【００１３】また、この測定結果判定部１３により良否
を判定された半導体装置２０を分類して収納する良品用
の収納箱１１および不良品用の収納箱１２とを備えてい
る。さらに、加熱棒１を所定の温度に維持するヒ−タ温
度制御部１５と、加熱棒１を半田ボ−ル２１と接触させ
たり離脱させたりする加熱棒１の上下運動を制御すると
ともに非接触式の温度センサ２を半田ボ−ル２１に近接
したり離間させたりする上下動制御部１４とを備えてい
る。

【００１４】さらに、真空チャンバ５を開閉する扉は、
スペ−スが狭くて済むゲ−トバルブ６ａ,６ｂを設ける
ことが望ましい。なお、半導体装置２０の半田ボ−ル２
１の測定毎に半田ボ−ルの位置決めのために、ＸＹステ
−ジ３を半田ボ−ルの配置ピッチに応じて定寸法で送る
送りねじ（図示せず）が備えられ、ＸＹステ−ジ３にそ
れぞれ固定されたナット（図示せず）に噛み合ってい
る。そして、Ｘ方向の送りねじと直結するパルスモ−タ
１９ａおよびＹ方向の送りねじに直結するパルスモ−タ
１９ｂの回転数を制御するＮＣ制御装置１７を設けるこ
とが望ましい。

【００１５】一方、検査を自動化するために、バルブ８
およびバルブ１０の開閉シ−ケンス、測定結果判定部１
３の良否判定によるロボットア−ム７の移動制御、およ
び上下動制御部１４による加熱棒１の動作と温度センサ
２の動作のシ−ケンスおよびＮＣ制御装置１７の作動に
係わるシ−ケンスを制御するシ−ケンス制御部１６を設
けることが望ましい。

【００１６】さらに、加熱棒１はヒ−タ内蔵の銅棒であ
って、ソレノイドのオンによってヘッド４から下方に突
出し半田ボ−ル２１に接触し熱の伝達を行っている。ま
た、ソレノイドのオフによりヘッド４に内蔵されるスプ
リングによって加熱棒１は半田ボ−ル２１より離脱され
る。なお、加熱棒１からの熱の伝達をより良くするため
に、加熱棒１の先端部に球状の半田ボ−ルと同じ直径を
もつ球状の窪みをもつことが望ましい。

【００１７】温度センサ２は、非接触の温度センサが望
ましい。例えば、半田ボ−ル２１から発生する赤外線を
捕捉し半田ボ−ル２１の温度を測定する赤外線温度セン
サが適している。そして、この温度センサをオプチカル
ファイバの先端に取付け、剛性のあるシ−スに被せ、こ
のシ−スをソレノイドのオンによってヘッド４から温度
センサ２が突出し、温度センサ２を半田ボ−ル２１に近
づけ半田ボ−ル２１の温度を測定する。また、温度測定
以外はヘッド４に内蔵されるスプリングによって温度セ
ンサ２は半田ボ−ル２１から退避する。

【００１８】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の動作原理を
説明するための図である。この半田ボ−ル検査装置の被
検査対象の半導体装置は、図２に示すように、チップ２
５を搭載した基板２３上の複数のランド２２に半田ボ−
ル２１が取り付けられた構造を有している。

【００１９】まず、図２（ａ）に示すように、減圧され
た真空チャンバに収納された半導体装置の半田ボ−ル２
１に温度センサ２を近づけ、加熱棒１を半田ボ−ル２１
に接触させる。温度センサ２により半田ボ−ル２１の温
度を測定する。半田ボ−ル２１の温度が半田融点（摂氏
１５０度から２３０度）以下の所定の温度に達したら、
図２（ｂ）に示すように、加熱棒１を半田ボ−ル２１よ
り引き離す。

【００２０】このことにより、接合の良い半田ボ−ル２
１の熱は、熱抵抗の低い基板２３に拡散され、図２
（ｃ）に示すように、半田ボ−ル２１の温度が下降す
る。一方、接合不良の半田ボ−ルは、減圧された室内の
空気を伝わって逃げる熱は通常の空気圧に比べ非常に少
ない。また、接合状態が悪いと、熱抵抗が大きく半田ボ
−ル２１に熱が蓄積される。このように熱の拡散が少な
いことから、図２（ｃ）に示すように、温度の下降が極
めて緩やかである。従って、判定時における半田ボ−ル
２１の接合状態が良い場合の温度を基準温度とすれば、
基準温度以上を示す温度の半田ボ−ル２１は、接合不良
と判定することができる。

【００２１】図３は半導体装置における半田ボ−ルの位
置を示すマップ図、図４は半田ボ−ルの検査方法を説明
するためのフロ−チャ−トである。次に、図１、図３お
よび図４を参照して半田ボ−ル検査方法を説明する。い
ま、半田ボ−ル２１が図３に示すように縦横に配置され
ていると仮定する。

【００２２】まず、図４のＡステップにより、図１のゲ
−トバルブ６ａを開き、半導体装置２０を供給部１８か
ら真空チャンバ５に収納し、ＸＹステ−ジ５に半導体装
置２０を載置する。そして、ステップＢでバルブ８を開
き真空チャンバ５を真空排気する。次に、ステップＣ
で、ＮＣ装置１７のパルス信号によりパルスモ−タ１９
ａおよびパルスモ−タ１９ｂを回転させ、図３のＮＯ１
の半田ボ−ル２１をヘッド４の下に位置決めする。

【００２３】次に、図４のステップＤにより、図１の加
熱棒１を半田ボ−ル２１に接触させ半田ボ−ル２１を所
定の温度に加熱する。そして、所定の温度に達したら、
加熱棒１を半田ボ−ル２１より退避させる。そして、下
降する半田ボ−ル２１の温度を測定する。次に、ステッ
プＥで、測定された半田ボ−ル２１の温度が基準温度よ
り高いか否か図１の測定結果判定部１３で判定する。も
し、高ければ、不良と判定し、ステップＦで、ＸＹステ
−ジ３が移動し、ステップＫで、バルブ８が閉じバルブ
１０が開き真空チャンバ５を大気にし、ゲ−トバルブ６
ｂが開き、ロボットア−ム７が半導体装置２０を拾い不
良品の収納箱１２に収納する。

【００２４】もし、ステップＥの判定で基準温度と等し
いか低ければ、ステップＧで、次のＮＯ２の半田ボ−ル
２１をＮＣ制御装置１７により位置決めする。そして、
ステップＨで、半田ボ−ル２１を加熱棒１で加熱し、加
熱棒１が離脱された半田ボ−ル２１の温度を測定する。
そして、ステップＩで、半田ボ−ルの温度が基準の温度
より高いか否かを判定する。もし、高ければ不良と判定
し、ステップＦで、ＸＹステ−ジ３が移動し、ステップ
Ｋで、バルブ８が閉じバルブ１０が開き真空チャンバ５
を大気にし、ゲ−トバルブ６ｂが開き、ロボットア−ム
７が半導体装置２０を拾い不良品の収納箱１２に収納す
る。

【００２５】また、ステップＩの判定で基準温度と等し
いか低ければ、ステップＪで、全ての半田ボ−ル２１の
検査が終了したか判定し、完了していなければ、ステッ
プＧに進み、次のＮＯ３の半田ボ−ル２１をＮＣ制御装
置１７により位置決めする。このように繰り返して検査
を行い、ステップＪで、ＮＯ１からＮＯ１２までの半田
ボ−ル２１の接合状態を検査し、全ての半田ボ−ル２１
の接合状態が良品であれば、ステップＭで、バルブ８が
閉じバルブ１０が開き真空チャンバ５を大気にし、ゲ−
トバルブ６ｂが開き、ロボットア−ム７が半導体装置２
０を拾い良品の収納箱１１に収納する。

【００２６】このように、半田ボ−ルを順次位置決め
し、半田ボ−ルの接合状態を一個づつ検査し、検査を進
めて行く途中で一個の半田ボ−ル２１の接合状態が不良
であれば、当該半導体装置を不良と判定し、後の半田ボ
−ルの検査を不要になるので検査工数が少なく済むと言
う利点がある。

【００２７】また、半田 ボ−ルの接合不良の半導体装
置は、不良品の収納箱１２に収納するので、良品と不良
品とを間違いを起こすことがない。また、この方法で半
導体装置を検査すれば、一個の半導体装置を検査するの
に数分で済みインラインに十分に適用できる。また、処
理速度を上げるために、複数本の加熱棒および温度セン
サを設けても良い。しかし、この場合には、互いに熱伝
導が影響しないように、加熱棒の間隔を十分に拡げ、等
間隔に加熱棒を配置することが必要である。また、加熱
棒の代わりに赤外線ランプが考えられるが、一個づつ確
実に半田ボ−ルを加熱するには、不適である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、簡便な加
熱棒の接触により半田ボ−ルを所定の温度にさせ、誤差
が生じやすい接触圧でなく非接触の温度センサで半田ボ
−ルの温度を正確に測定し、半田ボ−ルから加熱棒を退
避させ、熱から放置された半田ボ−ルの下降温度を測定
することによって、半田ボ−ルとランドとの熱抵抗の大
小を判定して、半田ボ−ルとランドとの接合状態の良否
が極めて短時間で判定できインラインに適用できるとい
う効果がある。

【００２９】また、縦横に並べて形成された半田ボ−ル
を順次位置決めし、半田ボ−ルの接合状態を一個づつ検
査し、検査を進めて行く途中で一個の半田ボ−ル２１の
接合状態が不良であれば、当該半導体装置を不良と判定
し、後の半田ボ−ルの検査を不要になるので検査工数が
少なく済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における半田ボ−ル検査
装置を示す模式断面図である。

【図２】本発明の動作原理を説明するための図である。

【図３】半導体装置における半田ボ−ルの位置を示すマ
ップ図である。

【図４】半田ボ−ルの検査方法を説明するためのフロ−
チャ−トである。

【符号の説明】

１ 加熱棒 ２ 温度センサ ３ ＸＹステ−ジ ４ ヘッド ５ 真空室 ６ａ,６ｂ ゲ−トバルブ ７ ロボットア−ム ８,１０ バルブ ９ 真空ポンプ １１,１２ 収納箱 １３ 測定結果判定部 １４ 上下動制御部 １５ ヒ−タ温度制御部 １６ シ−ケンス制御部 １７ ＮＣ制御装置 １８ 供給部 １９ａ,１９ｂ パルスモ−タ １８ フィルタ ２０ 半導体装置 ２１ 半田ボ−ル ２２ ランド ２３ 基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導
   体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置
   を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空
   チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前
   記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材
   と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱され
   た前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧
   状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記
   加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ
   −ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の
   良品と不良品と判定する判定手段とを備えることを特徴
   とする半田ボ−ル検査装置。
2. 【請求項２】 前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位
   置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置決
   め手段を備えることを特徴とする請求項１記載の半田ボ
   −ル検査装置。
3. 【請求項３】 前記位置決め手段は、前記ステ−ジのＸ
   Ｙ方向に移動させるパルスモ−タの回転制御する数値制
   御装置を備えることを特徴とする請求項２の半田ボ−ル
   検査装置。
4. 【請求項４】 前記温度センサは、非接触温度センサで
   あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半
   田ボ−ル検査装置。
5. 【請求項５】 前記加熱部材の先端部は、前記半田ボ−
   ルの球の直径と同じ直径をもつ窪みを有することを特徴
   とする請求項１、請求項２または請求項４記載の半田ボ
   −ル検査装置。
6. 【請求項６】 前記半田ボ−ルの良品と不良品とに分類
   して収納する収納部とを備えることを特徴とする請求項
   １、請求項２、請求項４または請求項５記載の半田ボ−
   ル検査装置。
7. 【請求項７】 半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導
   体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置
   を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空
   チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前
   記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材
   と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱され
   た前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧
   状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記
   加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ
   −ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の
   良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル
   検査装置において、接合状態が良である前記半田ボ−ル
   の下降温度を基準温度とし、前記半田ボ−ルの下降温度
   が前記基準温度より高いとき前記接合状態が不良と判定
   することを特徴とする半田ボ−ルの検査方法。
8. 【請求項８】 半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導
   体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置
   を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空
   チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前
   記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材
   と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱され
   た前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、前記
   加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位置決めする前記ステ
   −ジをＸＹ方向に移動させる位置決め手段と、減圧状態
   で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱
   部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ル
   が下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品
   と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査
   装置において、前記位置決め手段により前記半田ボ−ル
   を順次前記加熱部材の下に送り、前記加熱部材との接触
   および離脱を順次行い前記半田ボ−ルの下降温度を測定
   し、前記半田ボ−ルの接合状態の不良が発生すれば、そ
   れ以降の前記半田ボ−ルの接合状態の検査を不要にし、
   当該半導体装置は不良として前記真空チャンバから排出
   し不良の前記収納部に収納することを特徴とする半田ボ
   −ルの検査方法。