JP2008084881A - 電子装置の製造方法およびその検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 帯状の接続導体を有する電子装置の製造方法およびその検査方法を提供する。
【解決手段】 電極パッド１４（第１接続部位）とリード端子１５（第２接続部位）とを接続する帯状の接続導体１６を有する半導体装置１０において、振動周波数ｆを掃引しながら半導体装置１０を振動させ、接続導体１６の振動速度の周波数特性を求めるステップと、接続導体１６の振動速度の周波数特性と第１基準周波数特性とを比較し、第１比較結果を求めるステップと、振動周波数を掃引しながら固有振動数が既知のテスト部品４１を振動させ、テスト部品４１の振動速度の周波数特性を求めるステップと、テスト部品４１の振動速度の周波数特性と第２基準周波数特性とを比較し、第２比較結果を求めるステップと、前記第１および第２比較結果に基づいて接続導体１６の接続不良部を検出するステップとを具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子装置の製造方法およびその検査方法に関する。
電子装置、例えば半導体装置において、半導体チップとリードフレームとが帯状の接続導体（以後、ストラップとも言う）で接続されているものがある。
ストラップ接続は半導体チップにより大きな電流を流すことができ、しかも機械的に丈夫である点で、ワイヤ接続より優れている。
然しながら、帯状の接続導体を半導体チップの電極パッドやリードフレームのリード端子に接続する際に、接合面積が大きくなるので、全面が均一に接合されずに未接合部が生じる場合がある。
また、接合した後に、接合歪みなどにより接合部が部分的に剥離して、剥離部が生じる場合がある。以後、未接合部を含めて剥離部と言う。
帯状の接続導体に剥離部が存在すると、接合部の電気抵抗が高くなり、半導体チップに電流を流すと接合部が発熱する。その結果、封止樹脂と半導体チップおよびリードフレームとの密着性が悪化し、半導体装置の信頼性が低下する問題がある。
従来、半導体装置の帯状の接続導体の剥離検査は、目視により行なわれており、例えば半導体チップと接続導体との接合部の側面に光を照射し、側面を顕微鏡で観察すること等により検査していた。
しかし、このような目視によるサンプリング検査では、検査能率が悪く、場合によっては剥離部の見落としが生じ、検査基準に対して良否の判定が安定しないという問題がある。
これに対して、音波を利用して剥離を検査する方法が知られている（例えば特許文献１、または特許文献２参照。）。
特許文献１に開示された剥離検査方法は、母材表面に薄板が貼着されてなる複合材の剥離を検知するに当たり、パルスレーザを被検査面に照射し、被検査面が発生する音をマイクロフォンで捉え、音の周波数スペクルの差異に基づいて剥離の有無を検査している。
また、特許文献２に開示された剥離検査方法は、被測定壁面を打撃した際の打撃音を集音して打撃音の波形をスペクトル分析し、そのパワースペクトル密度に基づいて被測定壁面の剥離部を判定している。
然しながら、特許文献１、または特許文献２に開示された剥離検査方法は、何らかの不具合により、検査装置自体が正常に動作していない場合に、自己診断する機能を有していないので、誤判定が生じる問題がある。
しかし、これに関しては、何ら開示されていない。
特公平２−１５０７６４号公報 特開平１０−７３５７３号公報
本発明は、帯状の接続導体を有する電子装置の製造方法およびその検査方法を提供する。
本発明の一態様の電子装置の検査方法は、第１接続部位と第２接続部位とを接続する帯状の接続導体を有する電子装置の検査方法であって、振動周波数を掃引しながら前記電子装置を振動させ、前記接続導体の振動速度の周波数特性を求めるステップと、前記接続導体の振動速度の周波数特性と第１基準周波数特性とを比較し、第１比較結果を求めるステップと、振動周波数を掃引しながら固有振動数が既知のテスト部品を振動させ、前記テスト部品の振動速度の周波数特性を求めるステップと、前記テスト部品の振動速度の周波数特性と第２基準周波数特性とを比較し、第２比較結果を求めるステップと、前記第１および第２比較結果に基づいて、前記接続導体の接続不良部を検出するステップと、を具備することを特徴としている。
本発明の一態様の電子装置は、電子装置の第１接続部位に帯状の接続導体の一端を当接し、前記電子装置の第２接続部位に前記接続導体の他端を当接し、前記接続導体の当接部に超音波を印加する工程と、振動周波数を掃引しながら前記電子装置を振動させ、前記接続導体の振動速度の周波数特性を求める工程と、前記接続導体の振動速度の周波数特性と第１基準周波数特性とを比較し、前記比較結果に基づいて、前記接続導体の接続不良部を検出する工程と、を具備することを特徴としている。
本発明によれば、帯状の接続導体を有する電子装置の製造方法およびその検査方法が得られる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法およびその検査方法について、図１乃至図５を用いて説明する。図１は半導体装置を示す平面図、図２は半導体装置の製造に用いる実装装置の構成を示すブロック図、図３は半導体装置の製造方法を示すフローチャート、図４は半導体装置の検査システムの構成を示すブロック図、図５は検査方法を示すフローチャート、図６は検査結果を示す図で、図６（ａ）は不良品の半導体装置の検査結果を示す図、図６（ｂ）は良品の半導体装置の検査結果を示す図、図７は半導体装置の不良部を示す断面図である。本実施例は、電子装置が半導体装置の場合の例である。
図１に示すように、本実施例の半導体装置１０は、リードフレーム１１のマウントベッド１２に載置された半導体チップ１３と、半導体チップ１３の上面に形成された電極パッド１４（第１接続部位）に一端１６ａが接続され、リードフレーム１１のリード端子１５（第２接続部位）に他端１６ｂが接続された帯状の接続導体１６を具備している。
更に、半導体装置１０は、リード端子１５、１７を外部に延伸させて、リードフレーム１１と、半導体チップ１３と、接続導体１６を一体にモールドする樹脂（図示せず）を具備している。
リードフレーム１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）メッキされた厚さ２００μｍ程度の鉄（Ｆｅ）と銅（Ｃｕ）の合金（主成分は鉄）である。
半導体チップ１３は、例えばシリコンのｐｎ接合ダイオードである。アノードが接続導体１６およびリード端子１５を介して外部に電気的接続され、カソードがリード端子１７を介して外部に電気的接続されている。
帯状の接続導体１６は、熱伝導率が良く、電極パッド１４およびリード端子１５と超音波接合特性の優れた金属、例えば、幅２．８ｍｍ、厚さ１００μｍ程度の銅（Ｃｕ）材またはアルミニウム（Ａｌ）材が適している。
なお、この明細書で言う銅材とは銅または銅合金からなるものを言い、アルミニウム材とはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものを言う。
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。
図２に示すように、半導体装置１０は実装装置２０を用いて組み立てられる。実装装置２０は、基台（図示せず）の一方向に配設された搬送路２１と、搬送路２１の一側に配設された半導体部品供給部２２、基板供給部２３と、搬送路２１の他側に向かって配設された半導体部品載置部２４、接続導体当接部２５、超音波接合部２６、および接合検査部２７を有している。
半導体部品供給部２２は、マガジンに収納された半導体チップ１３をローダーにより半導体部品載置部２４に供給する。基板供給部２３は、同じくマガジンに収納されたリードフレーム１１をローダーにより半導体部品載置部２４に供給する。
半導体部品載置部２４は、供給された半導体チップ１３を、例えば導電性接着材を介してリードフレーム１１のマウントベッド１２に固着する。半導体チップ１３を固着したリードフレーム１１は搬送路２１に沿って搬送される。
接続導体当接部２５は、半導体チップ１３とリード端子１５の間を跨ぐように、帯状の接続導体１６の一端１６ａを半導体チップ１３の電極パッド１４に当接させ、他端１６ｂをリードフレーム１１のリード端子１５に当接させる。
超音波接合部２６は、半導体チップ１３が載置されたリードフレーム１１を超音波接合部２６のステージブロック（図示せず）にセットし、超音波ホーン（図示せず）の先端に取り付けられた、例えば先端が二股に分岐した超音波接合具（図示せず）を用いて、接続導体１６の一端部１６ａと半導体チップ１３の電極パッド１４との当接部と、接続導体１６の他端部１６ｂとリードフレーム１１のリード端子１５との当接部とを同時に押圧する。次に、当接部に、例えば周波数１５ｋＨｚ、出力３００Ｗ程度の超音波を印加し、加振時間１ｓｅｃ程度、加圧加重１ｋｇ／ｃｍ２程度で超音波接合を行う。
接合検査部２７は、振動周波数を掃引しながらリードフレーム１１を振動させ、接続導体１６の振動状態をモニターすることにより、超音波接合の良否（剥離部の有無）を検査する。超音波接合不良と判定された半導体チップ１３に不良マークを付する。
即ち、図３に示すように、リードフレーム１１に半導体チップ１３が載置され（ステップＳ０１）、半導体チップ１３とリード端子１５に接続導体１６を当接し（ステップＳ０２）、当接部に超音波を印加する（ステップＳ０３）。
次に、接続導体１６と半導体チップ１３との接合部、または接続導体１６とリード端子１５との接合部の剥離検査を行い（ステップＳ０４）、剥離がない場合に（ステップＳ０５のＮｏ）、良品に分類し（ステップＳ０６）、リード端子１５、１７を外部に延伸させて、リードフレーム１１、半導体チップ１３、接続導体１４を一体に樹脂でモールドし、パッケージに収納された半導体装置１０が得られる（ステップＳ０７）。
一方、剥離がある場合に（ステップＳ０５のＹｅｓ）、不良品に分類し（ステップＳ０８）、半導体チップ１３に不良マークが付される（ステップＳ０９）。
図４に示すように、接合検査部２７は、半導体チップ１３が載置されたリードフレーム１１を載置するステージ３１と、超音波ホーン３２を介してステージ３１を振動させる超音波振動子３３と、周波数ｆをｆ１からｆ２まで掃引しながら超音波振動子３３を駆動する周波数掃引器３４と、レーザヘッド３５と、レーザヘッド３５から放射されるレーザビームを走査するガルバノミラー３６と、レーザビームが照射された物体から反射して戻ってきたレーザビーム（測定ビーム）と放射したレーザビーム（基準ビーム）を干渉させてドップラ効果を検出するレーザドップラ振動計３７と、を具備している。
接合検査部２７は、レーザドップラ振動計３７の出力を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）して、振動速度の周波数特性を求めるＦＦＴアナライザ３８と、ＦＦＴアナライザ３８の分析結果に応じて超音波接合の良否（剥離部の有無）を判定する信号判定器３９と、周波数掃引器３４とレーザドップラ振動計３７とＦＦＴアナライザ３８と信号判定器３９の各動作を統一的に制御するためのコントローラ４０とを具備している。
更に、接合検査部２７は、一端がステージ３１に固定され、他端が開放された片持ち梁状のテストバー４１（テスト部品）、例えばバネ鋼を具備している。
テストバー４１は、ステージ３１の振動数がテストバー４１の固有振動数、例えば１００ｋＨｚに等しい場合に、固有振動数で振動する。
従って、テストバー４１の振動状態をモニターすることにより、接合検査部２７が正常に動作しているかを確認することができる。
テストバー４１の固有振動数が検出されない場合は、接合検査部２７に不具合があることを示しており、誤検査品が後工程に流出するのを防止することが可能である。
ガルバノミラー３６によって走査されたレーザビーム４２、４３は、接続導体１６の一端１６ａのコーナー部をそれぞれ照射する。
同様に、ガルバノミラー３６によって走査されたレーザビーム４４、４５は、接続導体１６の他端１６ｂのコーナー部をそれぞれ照射する。
更に、ガルバノミラー３６によって走査されたレーザビーム４６は、中継ミラー４７ａ、４７ｂを経由してテスト部品４１の先端部を照射する。
レーザビーム４２〜４６が照射された部位からの散乱光または反射光は、レーザドップラ振動計３７により、レーザビーム４２〜４６のドップラ周波数シフトが検出され、軸方向に存在する速度成分が求められる。
得られた速度成分は、ＦＦＴアナライザ３８によりフーリエ解析され、振動速度の周波数特性が求められる。
具体的には、レーザビームが照射された微小エリアの振動変位ｙ、振動速度ｖは、次の（１）および（２）式で表わされる。
ｙ＝a×ｓｉｎ（ωｔ）＝a×ｓｉｎ（２πｆｔ） （１）
ｖ＝aω×ｃｏｓ（ωｔ）＝a×２πｆ×ｃｏｓ（２πｆｔ） （２）
ここで、aは振幅、ωは角速度、ｔは時間、ｆは＝振動周波数を示している。
例えば、振幅a＝０．１μｍ、振動周波数ｆ＝１００ｋＨｚとしたとき、振幅ｙおよび振動速度ｖは、次の（３）および（４）式で表わされる。
ｙ＝０．１×ｓｉｎ（２π×１０５ｔ） （μｍ） （３）
ｖ＝２π×１０４×ｃｏｓ（２π×１０５ｔ） （μｍ／ｓ） （４）
となる。
一般に、周波数１００ｋＨｚで振動する０．１μｍの変位を測定することは難しいが、２π×１０４μｍ／ｓの速度を測定することは十分可能である。
図５に示すように、ステップＳ０４においては、始めに接合検査部２７の自己診断モードが設定される（ステップ４０１）。
例えば、半導体装置１０を検査するたびに自己診断を行うモードか、半導体装置１０の検査ロットごとに自己診断を行うモードかが指定される。
次に、設定された自己診断モードに従い、自己診断を実施するか否かがチェックされ（ステップ４０２）、自己診断を行う場合に（ステップ４０２のｙｅｓ）、ステップＳ４０３へ行き、自己診断モード（ステップＳ４０３〜Ｓ４０６）に入る。
一方、自己診断を行なわない場合に（ステップ４０２のＮｏ）、自己診断モードをスキップし、ステップＳ４０８へ行く。
自己診断モードでは、テストバー４１の固有振動数を含むように振動周波数ｆをｆ＝ｆ１からｆ＝ｆ２まで掃引しながら、ステージ３１を振動させ、テストバー４１に振動を伝え（ステップ４０３）、テストバー４１の振動速度の周波数特性を求め（ステップ４０４）、テストバー４１の振動速度の周波数特性と、予めテストバー４１の固有振動に係る応答を記憶させた第２基準周波数特性とを比較する（ステップ４０５）。
次に、テストバー４１の振動速度の周波数特性に固有振動数の１００ｋＨｚに対応する応答があるか否かをチェックし（ステップ４０６）、固有振動数が有る場合に（ステップ４０６のＹｅｓ）、接合検査部２７は正常に動作していると判断し、半導体装置１０の検査モード（ステップＳ４０８〜Ｓ４１０）に入る。
一方、固有振動数に対応する応答がない場合に（ステップ４０６のＮｏ）、接合検査部２７に異常があると判断し、半導体装置１０の検査モードをスキップし、接合検査部異常メッセージを出力し（ステップ４０７）、接合検査部２７の動作を停止する。
半導体装置１０の検査モードでは、振動周波数を掃引しながら、ステージ３１を振動させ、半導体装置１０に振動を伝え（ステップ４０８）、接続導体１６の振動速度の周波数特性を求め（ステップ４０９）、接続不良部を有しない接続導体１６に係る応答を予め記憶させた第１基準周波数特性と比較（第１比較結果）する（ステップ４１０）。
実験によれば、図６（ａ）に示すように、接続導体１６と電極パッド１３との間、または接続導体１６とリード端子１５との間に剥離部がある場合に、周波数１５０〜１７０ｋＨｚ程度の間に、振動速度が２００〜２５０μｍ／ｓ程度の応答が見られた。
また、図６（ｂ）に示すように、接続導体１６と電極パッド１３との間、または接続導体１６とリード端子１５との間に剥離部がない場合に、周波数１５０〜１７０ｋＨｚの間に、応答は見られなかった。
図７に示すように、接続導体１６の他端１６ｂと電極リード１５との接続部に、エッヂから内側に向って剥離した剥離部５０の存在が確認された。
従って、例えば周波数１５０〜１７０ｋＨｚの間で、振動速度の閾値を１００μｍ／ｓとすることにより、接続導体１６と電極パッド１３との間、または接続導体１６とリード端子１５との間の接合不良を検出することが可能である。
以上説明したように、本実施例では、振動周波数を掃引しながら、半導体装置１０の接続導体１６の振動速度の周波数特性と、固有振動数が既知のテストバー４１の振動速度の周波数特性を検出している。
その結果、接合検査部２７が正常に動作していることを保障した上で、接続導体１６と電極パッド１３との間、または接続導体１６とリード端子１５との間の接合不良を確実に検出することができる。
従って、帯状の接続導体１６を有する半導体装置１０の製造方法およびその検査方法が得られる。
ここでは、半導体チップ１３の電極パッド１４とリードフレーム１１のリード端子１５を帯状の接続導体１６で接続する場合について説明したが、電極パッド１４と、電極パッド１４と異なる電極パッドとを帯状の接続導体１６で接続することもできる。
また、リード端子１５と、リード端子１５と異なるリード端子とを接続導体１６で接続することもできる。
更に、半導体チップ１３の電極パッド１４と、半導体チップ１３と異なる半導体チップの電極パッドとを帯状の接続導体１６で接続することもできる。
電子装置が、シリコンｐｎ接合ダイオードを有する半導体装置１０である場合について説明したが、パワートランジスタを有する半導体装置や、他の電子装置であっても構わない。
パワートランジスタが、例えばプレーナ型のＭＯＳトランジスタの場合、ドレインおよびソースがそれぞれ帯状の接続導体を介してリード端子に接続され、ゲートが金ワイヤを介してリード端子に接続される。
ドレインおよびソースに接続された接続導体は、接合検査部２７または接合検査部７０において、接合検査が行われる。
なお、第１および第２基準周波数特性には、接続導体１６の接続不良に係る応答以外の応答を除去するように適当なフィルターをかけておくことが望ましい。
図８は本発明の実施例２に係る半導体装置のテスト部品を示す図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例１と異なる点は、電子装置の一部をテスト部品として使用することにある。
即ち、図８に示すように、半導体装置１０の一部であるリードフレーム１１のリード部６０をテスト部品として使用している。
リード部６０は、一端がリードフレーム１１の連結バー６２に接続され、他端が開放された片持ち梁状である。
従って、リードフレーム１１の寸法ばらつきによるリード部６０の固有振動数のばらつきを事前に調べておくことにより、テストバー４１と同様にテスト部品として使用することが可能である。
以上説明したように、本実施例は、半導体装置１０の一部であるリード部６０をテスト部品としているので、テストバー４１、テストバー４１にレーザビーム４６を照射するための中継ミラー４７ａ、４７ｂが不要となり、検査システム２７を簡略化できる利点がある。
ここでは、半導体装置１０の一部がリード部６０である場合について説明したが、リードフレーム１１のフレーム部６１をテスト部品とすることもできる。
リード部６０は、接続導体１６に比べて質量が小さいので、その固有振動数はより高い方にシフトする。フレーム部６１は、接続導体１６に比べて質量が大きいので、その固有振動数はより低い方にシフトする。
従って、テスト部品の固有振動数を高く設定したい場合に、リード部６０が適している。また、固有振動数を低く設定したい場合には、フレーム部６１が適している。
図９は本発明の実施例２に係る半導体装置の接続検査部の要部を示す図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例１と異なる点は、電子部品に振動を直接伝えるようにしたことにある。
即ち、図９に示すように、本実施例の接続検査部７０は、リードフレーム１１のマウントベッド１２の裏面に超音波ホーン３２を当接し、周波数ｆの振動を半導体装置１０に直接伝えている。
その結果、ステージ３１を介することによる超音波のエネルギー損失がなくなるので、より少ない超音波エネルギーで接合検査を行うことが可能である。
また、誤って過大な超音波が印加されて、半導体装置１０にダメージを与える恐れも防止することができる。
自己診断モードにおいては、ステージ３１を有しないので、上述したリード部６０をテスト部品とし、リード部６０にレーザビーム４６を照射することにより、接合検査部７０の異常をチェックすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、ステージ３１が不要なので、より少ない超音波エネルギーで接合検査を行うことができるとともに、接合検査部２７を更に簡略化できる利点がある。
本発明の実施例１に係る半導体装置を示す平面図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造に用いる実装装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施例１に係る半導体装置の接合検査部の構成を示すブロック図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャート。 本発明の実施例１に係る半導体装置の検査結果を示す図で、図６（ａ）は不良品の半導体装置の特性を示す図、図６（ｂ）は良品の半導体装置の特性を示す図。 本発明の実施例１に係る半導体装置の不良部を示す断面図。 本発明の実施例２に係る半導体装置のテスト部品を示す平面図。 本発明の実施例３に係る半導体装置の接合検査部の要部を示す図。
符号の説明
１０ 半導体装置（電子装置）
１１ リードフレーム
１２ マウントベッド
１３ 半導体チップ
１４ 電極パッド（第１接続部位）
１５ リード端子（第２接続部位）
１６ 接続導体
１７ リード端子
２０ 実装装置
２１ 搬送路
２７、７０ 接合検査部
３１ ステージ
３２ 超音波ホーン
３３ 超音波振動子
３４ 周波数掃引器
３５ レーザヘッド
３６ ガルバノミラー
３７ レーザドップラ振動計
３８ ＦＦＴアナライザ
３９ 信号判定器
４０ コントローラ
４１ テストバー（テスト部品）
４２〜４６ レーザビーム
４７ａ、４７ｂ 中継ミラー
５０ 剥離部
６０ リード部（テスト部品）
６１ フレーム部（テスト部品）
６２ 連結バー

Claims (5)

  1. 第１接続部位と第２接続部位とを接続する帯状の接続導体を有する電子装置の検査方法であって、
    振動周波数を掃引しながら前記電子装置を振動させ、前記接続導体の振動速度の周波数特性を求めるステップと、
    前記接続導体の振動速度の周波数特性と第１基準周波数特性とを比較し、第１比較結果を求めるステップと、
    振動周波数を掃引しながら固有振動数が既知のテスト部品を振動させ、前記テスト部品の振動速度の周波数特性を求めるステップと、
    前記テスト部品の振動速度の周波数特性と第２基準周波数特性とを比較し、第２比較結果を求めるステップと、
    前記第１および第２比較結果に基づいて、前記接続導体の接続不良部を検出するステップと、
    を具備することを特徴とする電子装置の検査方法。
  2. 前記テスト部品が、前記電子装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の検査方法。
  3. 前記電子装置がリードフレームを有し、前記テスト部品が前記リードフレームのフレーム部またはリード部であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の検査方法。
  4. 電子装置の第１接続部位に帯状の接続導体の一端を当接し、前記電子装置の第２接続部位に前記接続導体の他端を当接し、前記接続導体の当接部に超音波を印加する工程と、
    振動周波数を掃引しながら前記電子装置を振動させ、前記接続導体の振動速度の周波数特性を求める工程と、
    前記接続導体の振動速度の周波数特性と第１基準周波数特性とを比較し、前記比較結果に基づいて、前記接続導体の接続不良部を検出する工程と、
    を具備することを特徴とする電子装置の製造方法。
  5. 前記電子装置が、リードフレームと半導体チップとを有し、前記第１接続部位が前記半導体チップに形成された電極パッドまたは前記リードフレームのリード端子であり、前記第２接続部位が前記電極パッドと異なる電極パッドまたは前記リード端子と異なるリード端子であることを特徴とする請求項４に記載の電子装置の製造方法。
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