JP2007178370A - Method for inspecting solder junction and method of manufacturing integrated circuit component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント配線板に実装されたBGA(Ball Grid Array)型パッケージやCSP(Chip Scale Package)型パッケージなどのアレイパッケージのはんだ接合の状態を検査する方法、および集積回路部品製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for inspecting a solder joint state of an array package such as a BGA (Ball Grid Array) type package or a CSP (Chip Scale Package) type package mounted on a printed wiring board, and an integrated circuit component manufacturing method. It is.
近年、携帯電話、パーソナルコンピュータ、映像機器等の電子機器における、高性能化、小型軽量化にはめざましいものがある。これを可能にしているのは、その核となる半導体装置の実装技術であり、半導体装置を搭載するためのパッケージの高密度化、信号処理の高速化が進んでいる。特に、多端子化に有効なパッケージ形態としてBGAやCSP等のアレイパッケージが注目を集めている。
しかしながら、BGA等のパッケージは多端子化には優れているが、その構造上、プリント配線板に実装した場合、パッケージ本体によりプリント配線板との接合部が隠れてしまうので、従来の光学式やレーザー式等の外観検査装置ではプリント配線板と半導体装置の接合状態を観察することが不可能であり、接合状態の良否判定が困難という問題がある。
これらの問題解決手段として、X線検査装置を用いてBGA等のパッケージとプリント配線板の接合部を観察し良否判定する方法が各種提案されている。
例えば、X線透過装置を用いて接合部を透過し、接合部の形状を他の接合部と比較することにより、例えば、面積が大きいか小さいか比較することにより、良否判定を行っている。また、X線を照射して得られた3次元形状画像から、接合部の界面を観察し、良否判定を判断する検査方法も提案されている。
In recent years, electronic devices such as mobile phones, personal computers, and video devices have been remarkably improved in performance and size and weight. What makes this possible is the mounting technology of the semiconductor device that is the core of the technology, and the density of packages for mounting the semiconductor device and the speed of signal processing are increasing. In particular, array packages such as BGA and CSP are attracting attention as a package form effective for increasing the number of terminals.
However, although packages such as BGA are excellent in increasing the number of terminals, due to their structure, when they are mounted on a printed wiring board, the junction with the printed wiring board is hidden by the package body. Laser-type visual inspection devices cannot observe the bonding state between the printed wiring board and the semiconductor device, and there is a problem that it is difficult to determine whether the bonding state is good or bad.
As a means for solving these problems, various methods have been proposed in which an X-ray inspection apparatus is used to observe a bonded portion of a package such as a BGA and a printed wiring board to determine whether the product is good or bad.
For example, the quality determination is performed by transmitting the joint using an X-ray transmission device and comparing the shape of the joint with other joints, for example, by comparing whether the area is large or small. In addition, an inspection method has been proposed in which the interface of the joint is observed from a three-dimensional shape image obtained by irradiating X-rays to determine pass / fail judgment.
さらに、より高精度に検査する手法として、例えば、はんだ接合部の隙間はプリント配線板と平行方向に生じることが多いということを利用して、プリント配線板の主面に対して垂直方向となる断面画像(いわゆる縦断層画像)を取得することにより良否判定を行っている(特許文献1参照)。
また、X線透過装置によりはんだ合金中の鉛分の陰影を検出することにより良否判定を行っている(特許文献2参照)。
Moreover, the quality determination is performed by detecting the shadow of the lead content in the solder alloy with an X-ray transmission device (see Patent Document 2).
しかしながら、従来のX線を用いて接合部の良否判定を行う方法では、昨今の環境問題に対応し、鉛を含まないいわゆる鉛フリーはんだでプリント配線板にBGA等のパッケージを実装すると接合部から鉛分がなく陰影を検出できず良否判定をすることが不可能である。
また、BGA等のパッケージに設けたはんだボールの大きさにはばらつきがある。例えば600μmのはんだボールに対して150μm程度の公差は設計上良品である。このため、はんだペーストを150μmの厚さで印刷し、このような公差を有するBGA等のパッケージをプリント配線板に実装すると、接合状態が良品であるにもかかわらず、中央部の断面積が小さくなるために接合の良否を判定することは困難である。
また、はんだボールの大きさが通常より大きく形成されていても、熱処理の際に加熱が不十分なためはんだボールが溶けずに起こる接続不良を判定することは困難である。
さらに、プリント配線板には、BGA等のパッケージ以外に他の電子部品(例えば、電解コンデンサ、コネクタ、チップ部品)がプリント配線板の両面に実装されているため、X線装置をBGA等のパッケージ部に近づけることが困難であり、縦断面画像の解像度やCTスキャンによる3次元形状画像の解像度を上げることが困難となり、はんだボールとプリント配線板に隙間があるかどうか観察することは困難である。
However, in the conventional method of determining the quality of the joint using X-rays, in response to the recent environmental problems, if a package such as BGA is mounted on a printed wiring board with lead-free solder that does not contain lead, Since there is no lead content, no shadow can be detected, and it is impossible to make a pass / fail judgment.
Also, the size of solder balls provided on a package such as BGA varies. For example, a tolerance of about 150 μm for a 600 μm solder ball is a good product in design. For this reason, when the solder paste is printed with a thickness of 150 μm and a package such as BGA having such a tolerance is mounted on a printed wiring board, the cross-sectional area at the center is small even though the bonding state is good. Therefore, it is difficult to determine whether the joining is good or bad.
Even if the size of the solder ball is larger than usual, it is difficult to determine the connection failure that occurs without melting the solder ball because of insufficient heating during the heat treatment.
In addition to the BGA package, other electronic components (for example, electrolytic capacitors, connectors, and chip components) are mounted on both sides of the printed wiring board on the printed wiring board. It is difficult to get close to the area, it is difficult to increase the resolution of the longitudinal section image and the resolution of the three-dimensional shape image by CT scan, and it is difficult to observe whether there is a gap between the solder ball and the printed wiring board. .
そこで本発明は、上記従来のはんだ接合検査方法の問題点を改良し、集積回路パッケージとプリント配線板の接合状態をより精度よく良否判定する検査方法、ならびに当該接合部の検査方法により接合の良否を判定し、接続の信頼性を向上させた集積回路部品の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the problems of the above conventional solder joint inspection method, and inspects the joint state between the integrated circuit package and the printed wiring board more accurately, and the joint quality by the joint inspection method. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an integrated circuit component in which the reliability of connection is improved.
第1の発明としてのはんだ接合検査方法は、集積回路パッケージの表面に配置された複数のはんだボールと、プリント配線板に設けられた接続端子とのはんだ接合を検査するはんだ接合検査方法であって、検出工程と、判定工程とを備えている。検出工程は、はんだ接合される部分にX線を照射することにより得られる情報から、接続端子上に塗布されたはんだペーストに含まれ、かつ、はんだボールに含まれない元素の分布を検出する。判定工程は、検出された元素の分布に基づいて、はんだ接合の良否を判定する。
ここで、「集積回路パッケージ」は、例えば、BGA型パッケージ、CSP型パッケージと呼ばれる表面実装用のパッケージである。「はんだボール」は、例えば、バンプと呼ばれる小さなはんだ材料を丸めたものである。「接続端子」は、例えば、プリント配線板において、集積回路パッケージのはんだボールが搭載される位置に形成されたランドと呼ばれる電極であり、例えば、銅などにより形成されている。さらに、接続端子には、例えば、クリームはんだと呼ばれるはんだペーストが塗布(印刷)されている。「はんだボールに含まれない元素」とは、例えば、はんだボールに全く含まれない元素を意味するだけでなく、はんだボールの主要な構成元素では無いがはんだボールに微少量付着している元素や、はんだボールに極微少量だけ含まれている元素をも意味する。
A solder joint inspection method as a first invention is a solder joint inspection method for inspecting solder joints between a plurality of solder balls arranged on the surface of an integrated circuit package and connection terminals provided on a printed wiring board. And a detection step and a determination step. In the detection step, the distribution of elements that are included in the solder paste applied on the connection terminals and not included in the solder balls is detected from information obtained by irradiating the X-rays to the portions to be soldered. In the determination step, the quality of the solder joint is determined based on the distribution of the detected elements.
Here, the “integrated circuit package” is, for example, a surface mounting package called a BGA type package or a CSP type package. “Solder balls” are, for example, rounded small solder materials called bumps. The “connection terminal” is, for example, an electrode called a land formed at a position where a solder ball of an integrated circuit package is mounted on a printed wiring board, and is formed of, for example, copper. Further, for example, a solder paste called cream solder is applied (printed) to the connection terminals. “Elements not contained in solder balls” means, for example, not only elements that are not contained in solder balls at all, but also elements that are not the main constituent elements of solder balls but are attached to solder balls in small amounts. It also means an element contained in a very small amount in a solder ball.
はんだ接合では、集積回路パッケージとプリント配線板とが、それぞれ位置決めされて装着される。さらに、集積回路パッケージまたはプリント配線板への加熱により、はんだボールとはんだペーストとを溶かし、溶融はんだとすることにより、はんだ接合を行う。この際、正常にはんだ接合が行われると、例えば、はんだペーストに含まれる材料が、溶融はんだの表面を覆う。一方、接合が不良である場合には、はんだペーストとはんだボールとの間には、隙間ができる、あるいは、はんだペーストとはんだボールとが溶融しないなどの状態となる。
本発明では、このように正常にはんだ接合が行われると、はんだボールと溶融はんだとに含まれる元素が異なることを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。すなわち、はんだ接合後に、はんだ接合が行われた部分にX線を照射することにより得られる情報から、はんだボールが溶融はんだとなったか否かを判断し、はんだ接合の良否を判定する。これにより、集積回路パッケージとプリント配線板の接合状態をより精度よく良否判定することが可能となる。
第2の発明としてのはんだ接合検査方法は、第1の発明であって、元素とは、はんだペーストが含むフラックスを構成する元素のいずれかである。
In solder bonding, an integrated circuit package and a printed wiring board are positioned and mounted. Further, soldering is performed by melting the solder balls and the solder paste by heating to the integrated circuit package or the printed wiring board to form a molten solder. At this time, if the solder joint is normally performed, for example, a material contained in the solder paste covers the surface of the molten solder. On the other hand, when the bonding is poor, a gap is formed between the solder paste and the solder ball, or the solder paste and the solder ball are not melted.
In the present invention, when solder bonding is normally performed in this way, it is possible to determine whether solder bonding is good or bad by utilizing the fact that the elements contained in the solder ball and the molten solder are different. That is, after solder joining, it is judged from the information obtained by irradiating the X-rays on the part where the solder joint is performed, whether or not the solder ball has become molten solder, and the quality of the solder joint is judged. As a result, it is possible to determine the quality of the bonding state between the integrated circuit package and the printed wiring board with higher accuracy.
The solder joint inspection method as the second invention is the first invention, wherein the element is any of the elements constituting the flux contained in the solder paste.
ここで、「フラックス」は、例えば、松ヤニ等の植物性天然樹脂に薬品などを加えたものであり、例えば、はんだより低い温度で溶けて、はんだの濡れ現象を促進したり、溶融はんだの表面を覆って再酸化を防ぐためなどに用いられるものである。
本発明では、例えば、はんだボールとはんだペーストとが溶融することにより、はんだボール側にまでフラックスを構成する元素が移動することを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。
第3の発明としてのはんだ接合検査方法は、第2の発明であって、元素とは、炭素、水素、酸素、塩素、臭素、フッ素のいずれかである。
フラックスは、炭素、水素、酸素、塩素、臭素、フッ素などにより構成される。このため、これらのいずれかを検出することにより、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。特に、フラックスは、炭素の含有量が多いため、炭素を検出することにより、はんだ接合の良否を判定してもよい。
第4の発明としてのはんだ接合検査方法は、第1の発明であって、検出工程は、プリント配線板に略垂直な方向からX線を照射する工程と、照射されたX線の透過X線を検出し、元素の分布を検出する工程と、を有する。
Here, the “flux” is a product obtained by adding a chemical or the like to a vegetable natural resin such as pine ani, for example, melts at a temperature lower than that of the solder, promotes the solder wetting phenomenon, It is used to cover the surface and prevent reoxidation.
In the present invention, for example, it is possible to determine the quality of the solder joint by utilizing the fact that the elements constituting the flux move to the solder ball side by melting the solder ball and the solder paste.
The solder joint inspection method as a third invention is the second invention, wherein the element is any of carbon, hydrogen, oxygen, chlorine, bromine and fluorine.
The flux is composed of carbon, hydrogen, oxygen, chlorine, bromine, fluorine, and the like. For this reason, it becomes possible to determine the quality of solder joint by detecting any of these. In particular, since the flux has a high carbon content, the quality of solder joints may be determined by detecting carbon.
A solder joint inspection method as a fourth invention is the first invention, wherein the detection step includes a step of irradiating X-rays from a direction substantially perpendicular to the printed wiring board, and a transmission X-ray of the irradiated X-rays And detecting the distribution of elements.
ここで、検出工程では、はんだ接合される部分の元素の分布状態を、プリント配線板に略垂直な方向に積算して検出することができる。
本発明では、例えば、はんだボールとはんだペーストとが溶融することにより、はんだペーストに含まれる材料がはんだボール側にまで移動することを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。すなわち、このような移動が起こる場合と起こらない場合とで、検出した透過X線における元素の分布が異なることを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。
第5の発明としてのはんだ接合検査方法は、第4の発明であって、判定工程は、検出された元素が、はんだ接合される部分の中心部に存在しない場合に、はんだ接合が正常であると判定し、中心部に存在する場合に、はんだ接合が不良であると判定する。
正常にはんだ接合が行われると、例えば、はんだペーストに含まれる材料が、溶融はんだの表面を覆う。このため、プリント配線板に垂直な方向からの透過X線では、はんだ接合が正常に行われると、はんだペーストに含まれる材料は、はんだ接合される部分(溶融はんだとなる部分)の外周部に分布する。一方、はんだ接合が不良である場合には、はんだペーストに含まれる材料は、はんだペーストの表面を覆っている。このため、プリント配線板に垂直な方向からの透過X線では、はんだペーストに含まれる材料が、はんだ接合される部分の中心部にまで分布する。
Here, in the detection step, the distribution state of the element in the portion to be soldered can be integrated and detected in a direction substantially perpendicular to the printed wiring board.
In the present invention, for example, it is possible to determine whether solder bonding is good or not by utilizing the fact that the material contained in the solder paste moves to the solder ball side by melting the solder ball and the solder paste. . That is, it is possible to determine whether the solder joint is good or bad by using the fact that the distribution of elements in the detected transmitted X-rays differs depending on whether or not such movement occurs.
The solder joint inspection method as the fifth invention is the fourth invention, wherein the determination step is normal when the detected element does not exist in the center of the part to be soldered. If it exists in the central portion, it is determined that the solder joint is defective.
When soldering is normally performed, for example, a material included in the solder paste covers the surface of the molten solder. For this reason, with transmitted X-rays from a direction perpendicular to the printed wiring board, when soldering is performed normally, the material contained in the solder paste is placed on the outer periphery of the part to be soldered (the part that becomes molten solder). Distributed. On the other hand, when the solder joint is defective, the material contained in the solder paste covers the surface of the solder paste. For this reason, in the transmission X-ray from the direction perpendicular to the printed wiring board, the material contained in the solder paste is distributed to the center of the portion to be soldered.
本発明では、以上の現象を利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。
また、この判定工程は、画像処理により自動的に実行されてもよい。例えば、元素の分布を濃淡で示す画像を処理し、はんだペーストに含まれる材料の分布を判定してもよい。このような自動検査が可能となることにより、抜き取り検査ではなく全数検査が可能となり、品質の安定した接続の信頼性の高い製品を提供することが可能となる。
第6の発明としてのはんだ接合検査方法は、第1の発明であって、検出工程は、はんだ接合される部分にX線を照射する工程と、照射されたX線の蛍光X線を検出し、プリント配線板に略垂直な方向の所定位置における、はんだ接合される部分の元素の分布を検出する工程と、を有する。
ここで、検出工程では、はんだ接合される部分の所定位置の断面における元素の分布状態を、検出することができる。このため、例えば、はんだ接合される部分における元素の分布状態を3次元的に検出することも可能となる。
本発明では、例えば、はんだボールとはんだペーストとが溶融することにより、はんだペーストに含まれる材料がはんだボール側にまで移動することを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。すなわち、このような移動が起こる場合と起こらない場合とで、検出した透過X線における元素の分布が異なることを利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。
In the present invention, it is possible to determine the quality of the solder joint using the above phenomenon.
Further, this determination step may be automatically executed by image processing. For example, an image showing the distribution of elements in shading may be processed to determine the distribution of the material contained in the solder paste. By enabling such automatic inspection, it is possible to perform 100% inspection instead of sampling inspection, and it is possible to provide a highly reliable connection with stable quality.
The solder joint inspection method as a sixth invention is the first invention, wherein the detecting step detects a step of irradiating the portion to be soldered with X-rays, and detects fluorescent X-rays of the irradiated X-rays. And a step of detecting an element distribution of a portion to be soldered at a predetermined position in a direction substantially perpendicular to the printed wiring board.
Here, in the detection step, it is possible to detect the element distribution state in the cross section at a predetermined position of the portion to be soldered. For this reason, for example, it is possible to three-dimensionally detect the distribution state of elements in a portion to be soldered.
In the present invention, for example, it is possible to determine whether solder bonding is good or not by utilizing the fact that the material contained in the solder paste moves to the solder ball side by melting the solder ball and the solder paste. . That is, it is possible to determine whether the solder joint is good or bad by using the fact that the distribution of elements in the detected transmitted X-rays differs depending on whether or not such movement occurs.
第7の発明としてのはんだ接合検査方法は、第6の発明であって、判定工程は、検出された元素が、はんだ接合される部分の中心部に存在しない場合に、はんだ接合が正常であると判定し、中心部に存在する場合に、はんだ接合が不良であると判定する。
正常にはんだ接合が行われると、例えば、はんだペーストに含まれる材料が、溶融はんだの表面を覆う。このため、はんだ接合される部分における蛍光X線では、はんだ接合が正常に行われると、はんだペーストに含まれる材料は、はんだ接合される部分(溶融はんだとなる部分)の外周部に分布する。一方、はんだ接合が不良である場合には、はんだペーストに含まれる材料は、はんだペーストの表面を覆っている。このため、所定位置における蛍光X線では、はんだペーストに含まれる材料が、はんだ接合される部分の中心部にまで分布する。
本発明では、以上の現象を利用して、はんだ接合の良否を判定することが可能となる。
また、この判定工程は、画像処理により自動的に実行されてもよい。例えば、元素の分布を濃淡で示す画像を処理し、はんだペーストに含まれる材料の分布を判定してもよい。このような自動検査が可能となることにより、抜き取り検査ではなく全数検査が可能となり、品質の安定した接続の信頼性の高い製品を提供することが可能となる。
The solder joint inspection method as the seventh invention is the sixth invention, wherein the determination step is normal when the detected element does not exist in the center of the part to be soldered. If it exists in the central portion, it is determined that the solder joint is defective.
When soldering is normally performed, for example, a material included in the solder paste covers the surface of the molten solder. For this reason, in the fluorescent X-rays in the part to be soldered, when the soldering is normally performed, the material contained in the solder paste is distributed on the outer peripheral part of the part to be soldered (the part that becomes the molten solder). On the other hand, when the solder joint is defective, the material contained in the solder paste covers the surface of the solder paste. For this reason, in the fluorescent X-rays at a predetermined position, the material contained in the solder paste is distributed to the center of the part to be soldered.
In the present invention, it is possible to determine the quality of the solder joint using the above phenomenon.
Further, this determination step may be automatically executed by image processing. For example, an image showing the distribution of elements in shading may be processed to determine the distribution of the material contained in the solder paste. By enabling such automatic inspection, it is possible to perform 100% inspection instead of sampling inspection, and it is possible to provide a highly reliable connection with stable quality.
第8の発明としての集積回路部品製造方法は、集積回路パッケージの表面に配置された複数のはんだボールと、プリント配線板に設けられた接続端子とをはんだ接合する工程と、第1〜第7の発明としてのはんだ接合検査方法によりはんだ接合を検査する工程と、を備える。
ここで、「集積回路部品」とは、例えば、集積回路パッケージとプリント配線板とがはんだ接合された部品である。
本発明では、第1〜第7の発明としてのはんだ接合検査方法によりはんだ接合を検査する工程を備えるため、集積回路パッケージとプリント配線板との接続の信頼性を高め、品質の安定した集積回路部品を提供することが可能となる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an integrated circuit component comprising: a step of solder-joining a plurality of solder balls arranged on the surface of an integrated circuit package and connection terminals provided on a printed wiring board; And a step of inspecting solder joints by the solder joint inspection method according to the present invention.
Here, the “integrated circuit component” is, for example, a component in which an integrated circuit package and a printed wiring board are joined by soldering.
In the present invention, since it includes the step of inspecting the solder joints by the solder joint inspection method as the first to seventh inventions, the reliability of the connection between the integrated circuit package and the printed wiring board is improved, and the integrated circuit with stable quality Parts can be provided.
本発明により、集積回路パッケージとプリント配線板の接合状態をより精度よく良否判定する検査方法を提供することが可能となる。また、当該接合部の検査方法により接合の良否を判定し接続の信頼性を向上させた集積回路部品の製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an inspection method for determining the quality of a bonded state between an integrated circuit package and a printed wiring board with higher accuracy. In addition, it is possible to provide a method of manufacturing an integrated circuit component in which the bonding quality is determined by the bonding portion inspection method and the connection reliability is improved.
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係るはんだ接合部の検査方法を説明する。
〈概要について〉
はんだ接合部の検査方法では、BGAパッケージやCSPパッケージなどの表面実装用のパッケージの表面に設けたはんだボールと、プリント配線板に設けたランド部とをはんだペーストを用いて接合したとき、はんだペースト中に含まれるフラックスが接合部(溶融はんだ)のまわりに残渣となることを利用するものである。
はんだペーストとは、はんだ合金とフラックスの混錬物である。フラックスは、松ヤニや活性剤、チキソ剤や溶剤、などからなる有機物である。松ヤニや活性剤は、はんだ合金が溶融し接合するために接合部の酸化膜を除去する。チキソ剤や溶剤は、プリント配線板のランド部に、はんだペーストを精度よく印刷塗布するために用いられる。
フラックスは、はんだ接合時に、接合部の表面の酸化膜を除去する。これにより、はんだペーストが、濡れ広がり、はんだボールと溶融、固化する。この時、フラックスは、溶融はんだの外側に移動し、残渣となる。
〈はんだ接合について〉
以下、実施の形態1に係るはんだ接合部のはんだ接合について図面を用いて説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a method for inspecting a solder joint according to the first embodiment of the present invention will be described.
<About the overview>
In the solder joint inspection method, when a solder ball provided on the surface of a package for surface mounting such as a BGA package or a CSP package and a land provided on a printed wiring board are joined using a solder paste, the solder paste This utilizes the fact that the flux contained therein becomes a residue around the joint (molten solder).
The solder paste is a kneaded product of solder alloy and flux. Flux is an organic substance composed of pine crabs, activators, thixotropic agents and solvents. Pine jani or activator removes the oxide film at the joint in order for the solder alloy to melt and join. A thixotropic agent and a solvent are used for printing and applying a solder paste to a land portion of a printed wiring board with high accuracy.
The flux removes the oxide film on the surface of the joint at the time of solder joining. As a result, the solder paste spreads out and melts and solidifies with the solder balls. At this time, the flux moves to the outside of the molten solder and becomes a residue.
<About solder joints>
Hereinafter, the solder joint of the solder joint according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は、はんだ接合部のはんだ接合を説明するためのBGAパッケージの断面図である。図1は、はんだ接合される前のBGAパッケージの断面図を示している。
図1に示すように、BGAパッケージ10は、半導体チップ2と、半導体チップ2を固定するBGA用基板4と、半導体チップ2の電極部とBGA用基板4の電極部とを電気的に接続する金ワイヤー3と、半導体チップ2と金ワイヤー3とBGA用基板4の電極部とを保護する樹脂製の外装体1と、外装体1とは反対側の表面に配置される、はんだボール5とから主に構成されている。
はんだボール5は、BGA用基板4の電極部と電気的に接続されている。これにより、はんだ接合されたBGAパッケージ10とプリント配線板11とは、電気的に接続される。はんだボール5は、直径0.6mmの球体であり、金属により構成されていればよいが、Sn3Ag0.5Cu(Agが3wt%、Cuが0.5wt%、残りがSn)の合金により形成してもよい。
プリント配線板11には、BGAパッケージ10のはんだボール5が配置されている位置に対応する位置に、接続端子としてのランド12が形成されている。ランド12は、プリント配線板11に配置された部品との電気接続を行うための部材であり、エッチング等により形成される。ランド12には、合金組成がSn3Ag0.5Cuのはんだペースト16が印刷塗布されている。ランド12は、厚み0.035mmに形成されており、はんだペースト16は、ランド12の厚みを含め、厚み0.15mmに形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a BGA package for explaining solder bonding at a solder joint. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a BGA package before being soldered.
As shown in FIG. 1, the
The
以上の構成により、BGAパッケージ10は、プリント配線板11に、はんだ接合により実装される。具体的には、BGAパッケージ10のはんだボール5と、プリント配線板11のランド12とが一致するように装着し、リフロー炉等の加熱装置ではんだ合金の融点以上に加熱し、その後冷却することにより、はんだ接合が行われる。
図2は、以上に説明したはんだ接合により接合された後のBGAパッケージ10とプリント配線板11との断面図である。
図2に示すように、プリント配線板11のランド12と、BGAパッケージ10とは、はんだボール5とはんだペースト16とが溶融固化したはんだ接合部13により接合される。
この時、良好に接合されたはんだ接合部13は、厚み0.55mmに形成され、表面には、フラックス残渣15が存在する。このフラックス残渣15は、はんだボール5と溶融したはんだペースト16に含まれているフラックスの一部が残渣として表面に付着したものである。
一方、はんだ接合が不良である場合、はんだボール5の周りにはフラックス残渣15が付着せず、はんだペースト16のまわりに付着している。
With the above configuration, the
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 2, the
At this time, the solder
On the other hand, when the solder joint is defective, the
〈はんだ接合検査方法について〉
上記した現象を利用して、本実施の形態では、はんだ接合の良否の判定を行う。これについて、図3と図4とを用いて、さらに具体的に説明を行う。
図3に示すはんだ接合検査方法は、はんだ接合される部分にX線を照射することにより得られる情報から、フラックス残渣15の分布を検出する第1工程(S101〜S102)と、検出された分布に基づいて、はんだ接合の良否を判定する第2工程(S103〜S108)とから主に構成されている。
図4は、上述の第1工程(S101〜S102)により得られる、フラックス残渣15が含む炭素の濃度分布を示す画像である。この濃度分布は、はんだ接合の良否を判定する部分に対して、プリント配線板11に垂直な方向(BGAパッケージ10側からプリント配線板11側に向く方向)からX線を照射し(S101)、透過X線を検出することにより得られる(S102)。すなわち、このような方向から照射されたX線の透過X線を検出することで、プリント配線板11の垂直な方向に、フラックス残渣15が含む炭素の濃度が積算された画像が得られる。すなわち、炭素を多く含む部分は濃く、炭素を含まない部分は薄く表示される。
<About solder joint inspection method>
In the present embodiment, whether the solder joint is good or bad is determined using the phenomenon described above. This will be described more specifically with reference to FIGS. 3 and 4.
The solder joint inspection method shown in FIG. 3 includes a first step (S101 to S102) for detecting the distribution of the
FIG. 4 is an image showing the concentration distribution of carbon contained in the
炭素は、はんだ接合部13においては、フラックス残渣15中にのみ存在する。このため、はんだ接合が良好なはんだ接合部13では、炭素は、はんだ接合部13の外周部にのみ分布する。このため、はんだ接合が良好なはんだ接合部13では、外周部だけ炭素が存在する接合良好画像21を得る。すなわち、接合良好画像21は、外周部に濃度の濃い環状部21aを有し、中心部には濃度の薄い円形部21bを有する。
一方、はんだ接合が不良の場合には、図2に示すようにはんだボール5とはんだペースト16とは接合されておらず、はんだペースト16が含むフラックスは、はんだボール5側に移動していない。このため、透過X線により、はんだペースト16の表面に位置する炭素が検出され、外周以外の中心部にも炭素が存在する接合不良画像22が得られる。即ち、接合不良画像22は、全体にわたりほぼ均等な濃さの円形画像となる。
第2工程(S103〜S108)では、上述の第1工程(S101〜S102)で得られた炭素の濃度分布画像に基づいて、はんだ接合の良否を判定する。具体的には、図4に示す画像が得られた後、それぞれの画像はデジタル処理される。
デジタル処理では、それぞれの画像は、濃さに応じたデジタルデータとしてデジタル化される(S103)とともに、所定の閾値を用いて2値化処理(S104)が行われる。これにより、所定量以上の炭素を含む部分の画像は、黒色に置き換えられ、所定量未満の炭素を含む部分の画像は、白色に置き換えられる。なお、ここで所定の閾値は、接合不良画像22の濃さが黒色に置き換えられるような値に設定される。これにより、接合良好画像21の環状部21aは、黒色領域に、円形部21bは、白色領域に、接合不良画像22は、黒色領域に置き換えられる。
Carbon is present only in the
On the other hand, when the solder joint is defective, as shown in FIG. 2, the
In the second step (S103 to S108), the quality of the solder joint is determined based on the carbon concentration distribution image obtained in the first step (S101 to S102). Specifically, after the images shown in FIG. 4 are obtained, each image is digitally processed.
In the digital processing, each image is digitized as digital data corresponding to the darkness (S103), and binarization processing (S104) is performed using a predetermined threshold. Thereby, the image of the part containing carbon of a predetermined amount or more is replaced with black, and the image of the part containing carbon less than the predetermined amount is replaced with white. Here, the predetermined threshold is set to such a value that the darkness of the poorly bonded
さらに、2値化されたそれぞれの画像の中心部の白色領域の大きさdが所定大きさ以上あるか否かが判定される(S105)。ここで、所定大きさとは、例えば、ランド12の直径の3分の2などと言った大きさである。ここで、判定結果が肯定的である場合には(S105)、その画像は、接合良好画像21であると判断される。一方、判定結果が否定的である場合には、その画像は、接合不良画像22であると判断される。
このような判定を、全ての画像に対して行う。全ての画像について、S105の判定結果が肯定的である場合には、BGAパッケージ10とプリント配線板11との接合が良好であると判断され、その判断結果が出力される(S107)。一方、一つの画像でも、S105の判定結果が否定的である場合には、BGAパッケージ10とプリント配線板11との接合が不良であると判断され、その判断結果が出力される(S108)。なお、接合が不良であると判断された製品は、破棄、改修される。
なお、以上の処理は、X線照射装置に接続されたコンピュータなどの制御部により行われる。
〈効果〉
以上のはんだ接合検査方法では、以上のようなX線画像を取得し、炭素の分布により接合の良否を判定することが可能である。従って、BGAパッケージ10に設けたはんだボール5の大きさにばらつきがあっても、高精度で接合の良否を判定することが可能である。
Further, it is determined whether or not the size d of the white area at the center of each binarized image is greater than or equal to a predetermined size (S105). Here, the predetermined size is, for example, a size such as two-thirds of the diameter of the
Such a determination is performed for all images. If the determination result of S105 is affirmative for all images, it is determined that the
The above process is performed by a control unit such as a computer connected to the X-ray irradiation apparatus.
<effect>
In the solder joint inspection method described above, it is possible to acquire the X-ray image as described above and determine the quality of the joint based on the carbon distribution. Therefore, even if the size of the
以上のように、本実施の形態では、炭素の濃度分布によりはんだ接合の検査を行う。このため、光学式検査装置やレーザー式検査装置では検査が不可能であったBGAパッケージのはんだ接合の良否判定を非破壊で高精度で行うことが可能である。
〈その他〉
(1)
上記実施の形態では、フラックスが含む炭素の濃度を検出すると記載したが、検出する元素はこれに限定されない。例えば、はんだペースト16に含まれ、かつ、はんだボール5に含まれない元素であればよく、さらには、フラックスを構成する元素のいずれかであればよい。具体的には、炭素以外には、水素、酸素、塩素、臭素、フッ素のいずれかを検出してもよい。なお、「はんだボール5に含まれない元素」とは、例えば、はんだボール5に全く含まれない元素を意味するだけでなく、はんだボール5の主要な構成元素では無いがはんだボール5の表面などに微少量付着している元素や、はんだボール5に極微少量だけ含まれている元素をも意味する。
(2)
上記実施の形態では、BGAパッケージ10を一例として説明したが、本発明は、他のアレイパッケージなどにも適用可能である。具体的には、本発明は、CSPパッケージなどに適用することもの可能である。
As described above, in the present embodiment, the solder joint is inspected based on the carbon concentration distribution. For this reason, it is possible to perform non-destructive and high-accuracy determination of the quality of solder bonding of a BGA package, which cannot be inspected by an optical inspection apparatus or a laser inspection apparatus.
<Others>
(1)
In the above embodiment, it is described that the concentration of carbon contained in the flux is detected, but the element to be detected is not limited to this. For example, any element that is included in the
(2)
In the above embodiment, the
(3)
上記実施の形態では、はんだ接合検査方法の第2工程を自動化する場合について説明したが、第1工程で得られた濃度分布画像を人間が判断してもよい。
(4)
上記実施の形態では、第2工程は、白色領域の大きさを用いて、接合良好画像21であるか接合不良画像22であるかを判定すると説明したが、白色領域の形状などを考慮してもよい。具体的には、白色領域がランド12と同様の形状であるか否かにより判定を行ってもよい。
(5)
上記実施の形態では、はんだペースト16として、Sn3Ag0.5Cuを用いているが、他の材質であってもよい。本発明では、鉛入りであるか、鉛フリーであるかを問わず同様の測定が可能である。
(6)
炭素の濃度分布を得るためにX線装置を用いているが、他の装置でも炭素の濃度分布の画像を入手できれば同様の効果を有している。
(3)
In the above embodiment, the case where the second step of the solder joint inspection method is automated has been described. However, a human may determine the density distribution image obtained in the first step.
(4)
In the above embodiment, the second step has been described as determining whether the image is a good joining
(5)
In the above embodiment, Sn3Ag0.5Cu is used as the
(6)
Although an X-ray apparatus is used to obtain the carbon concentration distribution, other apparatuses have the same effect if an image of the carbon concentration distribution can be obtained.
(7)
上記実施の形態では、X線を照射して透過X線を検出することによりはんだ接合の良否を判定すると記載した。ここで、蛍光X線を検出することにより、はんだ接合の良否を判定してもよい。
蛍光X線では、照射強度を調節することにより、物体内部の様々な位置における元素濃度を検出することが可能である。
例えば、図5に示すように、X線の照射濃度を調整して蛍光X線を検出することにより、プリント配線板11から所定の高さにおけるはんだ接合部13の断面の元素濃度分布を得ることができる。
ここで、所定の高さとは、例えば、はんだペースト16とはんだボール5とが正常な大きさに形成されている場合に接触する位置であり、具体的には、はんだペースト16がプリント配線板11から最も離れた位置である。すなわち、上述のように、はんだペースト16は、ランド12の厚さを入れて、厚さ0.15mmに形成されているため、所定高さとは、例えば、0.15mmとなる。
この所定高さにおけるはんだ接合部13の断面の元素濃度分布画像は、図4に示したのと同様である。具体的には、はんだ接合が良好な場合には、接合良好画像21が得られ、はんだ接合が不良な場合には、接合不良画像22が得られる。この後の処理は、上述したため、ここでは説明を省略する。
(7)
In the above-described embodiment, it is described that the quality of solder joint is determined by irradiating X-rays and detecting transmitted X-rays. Here, the quality of the solder joint may be determined by detecting fluorescent X-rays.
With fluorescent X-rays, it is possible to detect element concentrations at various positions inside the object by adjusting the irradiation intensity.
For example, as shown in FIG. 5, the element concentration distribution of the cross section of the solder joint 13 at a predetermined height is obtained from the printed
Here, the predetermined height is, for example, a position where the
The element concentration distribution image of the cross section of the solder joint 13 at the predetermined height is the same as that shown in FIG. Specifically, when the solder joint is good, a good
以上に説明した元素濃度分布画像は、一つの断面に対して取得してもよいし、X線の照射濃度を調整して異なる高さの複数の断面に対して取得してもよい。複数の断面により取得する場合には、3次元的に元素濃度分布画像を取得することが可能となり、はんだ接合のより正確な判定が可能となる。
特に、このような蛍光X線を用いた判定では、図5に示すように、プリント配線板11の両面の同じ位置にBGAパッケージ10が実装されている場合でも、それぞれのBGAパッケージ10毎に炭素の濃度分布画像を得ることが可能となる。
なお、上記では、濃度分布を検出する断面の所定高さを、例えば、0.15mmとしたが、プリント配線板11より0〜0.15mmの高さであれば、はんだペースト16の状態によらず正確に判定を行うことが可能となる。
(8)
なお、本実施の形態で示した構造はあくまで一例であり、本発明はこれらの具体例にのみに限定されるものではない。
The element concentration distribution image described above may be acquired for one cross section, or may be acquired for a plurality of cross sections having different heights by adjusting the X-ray irradiation concentration. When acquiring with a plurality of cross sections, it is possible to acquire an element concentration distribution image three-dimensionally, and it is possible to more accurately determine solder joints.
In particular, in such determination using fluorescent X-rays, as shown in FIG. 5, even when the
In the above description, the predetermined height of the cross section for detecting the concentration distribution is set to 0.15 mm, for example, but if the height is 0 to 0.15 mm from the printed
(8)
Note that the structure shown in this embodiment mode is merely an example, and the present invention is not limited to these specific examples.
本発明のはんだ接合検査方法で検査されたプリント配線板は、はんだ接合の信頼性が高く、長期信頼性の高いものである。従って、すべての電子機器で有用であるが、特に、BGA(CSP)パッケージを多数使用する携帯電話、デジタルカメラ、ムービー、映像機器といった製品等に有用である。 The printed wiring board inspected by the solder joint inspection method of the present invention has high solder joint reliability and high long-term reliability. Therefore, it is useful for all electronic devices, but is particularly useful for products such as mobile phones, digital cameras, movies, and video devices that use many BGA (CSP) packages.
1 外装体
2 半導体チップ
3 金ワイヤー
4 BGA用基板
5 はんだボール
11 プリント配線板
12 ランド
13 はんだ接合部
15 フラックス残渣
16 はんだペースト
21 接合良好画像
22 接合不良画像
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exterior body 2 Semiconductor chip 3 Gold wire 4
Claims (8)
はんだ接合される部分にX線を照射することにより得られる情報から、前記接続端子上に塗布されたはんだペーストに含まれ、かつ、前記はんだボールに含まれない元素の分布を検出する検出工程と、
検出された前記元素の分布に基づいて、はんだ接合の良否を判定する判定工程と、
を備える、
はんだ接合検査方法。 A solder joint inspection method for inspecting solder joints between a plurality of solder balls arranged on the surface of an integrated circuit package and connection terminals provided on a printed wiring board,
A detection step of detecting a distribution of elements contained in the solder paste applied onto the connection terminals and not included in the solder balls, from information obtained by irradiating the X-rays on the soldered portions; and ,
Based on the detected distribution of the elements, a determination step for determining whether the solder joint is good or bad,
Comprising
Solder joint inspection method.
請求項1に記載のはんだ接合検査方法。 The element is any of the elements constituting the flux contained in the solder paste.
The solder joint inspection method according to claim 1.
請求項2に記載のはんだ接合検査方法。 The element is any of carbon, hydrogen, oxygen, chlorine, bromine and fluorine.
The solder joint inspection method according to claim 2.
前記プリント配線板に略垂直な方向からX線を照射する工程と、
前記照射されたX線の透過X線を検出し、前記元素の分布を検出する工程と、
を有する、
請求項1に記載のはんだ接合検査方法。 The detection step includes
Irradiating X-rays from a direction substantially perpendicular to the printed wiring board;
Detecting transmitted X-rays of the irradiated X-rays and detecting the distribution of the elements;
Having
The solder joint inspection method according to claim 1.
検出された前記元素が、前記はんだ接合される部分の中心部に存在しない場合に、はんだ接合が正常であると判定し、前記中心部に存在する場合に、はんだ接合が不良であると判定する、
請求項4に記載のはんだ接合検査方法。 The determination step includes
When the detected element does not exist at the center of the part to be soldered, it is determined that the solder joint is normal, and when it is present at the center, it is determined that the solder joint is defective. ,
The solder joint inspection method according to claim 4.
前記はんだ接合される部分にX線を照射する工程と、
前記照射されたX線の蛍光X線を検出し、前記プリント配線板に略垂直な方向の所定位置における、前記はんだ接合される部分の前記元素の分布を検出する工程と、
を有する、
請求項1に記載のはんだ接合検査方法。 The detection step includes
Irradiating the soldered portion with X-rays;
Detecting the X-ray fluorescence of the irradiated X-ray, and detecting the distribution of the element in the soldered portion at a predetermined position in a direction substantially perpendicular to the printed wiring board;
Having
The solder joint inspection method according to claim 1.
検出された前記元素が、前記はんだ接合される部分の中心部に存在しない場合に、はんだ接合が正常であると判定し、前記中心部に存在する場合に、はんだ接合が不良であると判定する、
請求項6に記載のはんだ接合検査方法。 The determination step includes
When the detected element does not exist at the center of the part to be soldered, it is determined that the solder joint is normal, and when it is present at the center, it is determined that the solder joint is defective. ,
The solder joint inspection method according to claim 6.
請求項1〜7のいずれか一項に記載のはんだ接合検査方法によりはんだ接合を検査する工程と、
を備える、
集積回路部品製造方法。
Solder bonding a plurality of solder balls arranged on the surface of the integrated circuit package and connection terminals provided on the printed wiring board;
A step of inspecting a solder joint by the solder joint inspection method according to claim 1;
Comprising
Integrated circuit component manufacturing method.
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JP2005379523A JP2007178370A (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Method for inspecting solder junction and method of manufacturing integrated circuit component |
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-
2005
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