JP2009170699A - 半導体装置の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の半導体装置の検査装置は、気泡などが存在しても光を完全に遮断することがないアンダーフィル剤の充填状態を検査するために、そのまま適用することは困難である。
【解決手段】半導体パッケージ１２を、該半導体パッケージ１２の一面に形成されたはんだバンプ１３により回路基板１１に接続し、接続した半導体パッケージ１２と回路基板１１との間の隙間１５にアンダーフィル剤１６を充填して構成した半導体装置１０の検査装置１であって、前記半導体装置１０の前記アンダーフィル剤１６内へ光を照射する発光具２と、前記発光具２から発光され前記アンダーフィル剤１６内を透過した光を受光する受光具３と、前記受光具３の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定する制御装置５とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体パッケージを、該半導体パッケージの一面に形成されたバンプにより回路基板に接続し、接続した半導体パッケージと回路基板との間の隙間に樹脂を充填して構成した半導体装置の検査装置および検査方法に関する。

近年、半導体装置の小型および高密度化に伴って、その一面にはんだなどにて構成される多数のバンプを配列したＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージを回路基板に表面実装して構成される半導体装置が、多く用いられている。
このようなＢＧＡやＣＳＰなどの半導体パッケージを回路基板に表面実装した半導体装置は、例えば特許文献１に示すようなものがある。

また、ＢＧＡやＣＳＰなどの半導体パッケージを回路基板に表面実装した半導体装置においては、前記半導体パッケージのバンプと回路基板との接合面積が小さい場合などに、接合した半導体パッケージと回路基板との間の隙間にエポキシ樹脂などの樹脂（アンダーフィル剤）を充填して、半導体パッケージと回路基板との接合強度を高めて、両者の接合信頼性を向上している。

このように、前記アンダーフィル剤は、接合信頼性を確保するものであるため、半導体パッケージと回路基板との隙間内に密に充填されていることが好ましい。
つまり、充填されたアンダーフィル剤の中に気泡や異物などが混入していると、アンダーフィル剤と半導体パッケージおよび回路基板との接合面積が減少したり、アンダーフィル剤の強度が低下したりするため、接合信頼性が低下するおそれがある。
従って、半導体パッケージと回路基板との隙間内にアンダーフィル剤を充填して構成した半導体装置においては、アンダーフィル剤の充填状態を検査することが重要である。

半導体装置におけるアンダーフィル剤の充填状態の検査としては、例えば回路基板に実装された半導体パッケージを該回路基板から剥がしてアンダーフィル剤の充填状態を確認する方法があるが、このような検査方法は半導体装置が検査のために破壊される破壊検査であるため、極一部の製品を抜き取りで検査するだけであり、全数を検査することができないので、アンダーフィル剤の充填状態を全ての製品について保証することが困難であり、好ましくない。

これに対して、半導体パッケージを破壊しないでアンダーフィル剤の充填状態を確認することができる非破壊検査は、全ての製品に対して行うことができ、アンダーフィル剤の充填状態を全ての製品について保証することが可能であるため好ましい。
半導体装置におけるアンダーフィル剤の充填状態を非破壊検査により検査する方法としては、例えば特許文献１に示すように、半導体装置の上面側または下面側からエックス線を照射してアンダーフィル剤のエックス線透過像を取得し、取得したエックス線透過像に基づいてアンダーフィル剤の充填状態を検査する方法がある。

また、ＢＧＡなどの半導体パッケージを回路基板に表面実装した半導体装置におけるアンダーフィル剤の充填状態を検査する方法に類似する検査方法として、特許文献２に示すように、ＢＧＡパッケージを回路基板に接合して構成した半導体装置におけるはんだボールの接合状態を検査する検査方法が開示されている。
特許文献２においては、ＢＧＡパッケージのはんだボールの接合部の隙間に光線を照射して、前記隙間を通過した光線を受光素子により受光して、その受光状態に基づいてはんだボールの接合状態を検査するように構成している。
特開２００７−１８０３６１号公報 特開２００６−４１１６７号公報

前述の特許文献１に記載のように、エックス線透過像に基づいてアンダーフィル剤の充填状態を検査する場合、アンダーフィル剤を構成する樹脂材料は比重が小さいために、そのままでは大きなコントラストのエックス線透過像を得ることが困難なことから、アンダーフィル剤に比重の大きな金属塩などの粉末を分散させて、コントラストが大きいエックス線透過像を得るようにしていた。
しかし、金属塩などの粉末を分散させたアンダーフィル剤は粘性が高くなって流動性が低下するため、半導体パッケージと回路基板との隙間にアンダーフィル剤を充填するのに多くの時間を要し、生産性が低下するという問題があった。
また、半導体装置にエックス線を照射する検査方法であるため、エックス線を遮蔽する必要があり、設備が大掛かりになるという問題があった。

また、特許文献２に記載されるように、半導体装置の一側方からＢＧＡパッケージと回路基板との隙間に光線を照射して、隙間を通過した光線が半導体装置の他側方にて検出されるか否かを検査している。
つまり、光線を照射している箇所にはんだボールのショートが存在していたり、はんだボールの接続位置がずれていて光線を照射している箇所にはんだボールが存在していたりすると、前記隙間における光線の透過が遮られて、半導体装置の一側方から照射された光線が他側方へ到達することができなくなるため、半導体装置の他側方における光線の検出の有無を検査するようにしている。

しかし、前記アンダーフィル剤の充填状態を検出するために、アンダーフィル剤として光が透過する材料を用い、特許文献２に記載のように、半導体装置の一側方から光線を照射し、他側方にて光線の検出の有無を検出するように構成した場合、アンダーフィル剤中に気泡が存在していたとしても、光は完全に遮られるわけではなくある程度は透過して他側方へ到達するため、単に半導体装置の他側方における光線の検出の有無を検査するだけでは、アンダーフィル剤の充填状態を適切に検査することは困難である。
このように、特許文献２に記載の技術は、光を完全に遮断するはんだボールの接続状態を検査するものであるため、気泡などが存在しても光を完全に遮断することがないアンダーフィル剤の充填状態を検査するために、そのまま適用することは困難である。

そこで、本発明においては、エックス線を照射する場合のように大掛かりな設備を必要とせず、また生産性の低下を招くことなく、アンダーフィル剤の充填状態を適切に検査することができる半導体装置の検査装置および検査方法を提供するものである。

上記課題を解決する半導体装置の検査装置および検査方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、半導体パッケージを、該半導体パッケージの一面に形成されたバンプにより回路基板に接続し、接続した半導体パッケージと回路基板との間の隙間に樹脂を充填して構成した半導体装置の検査装置であって、前記半導体装置の前記樹脂内へ光を照射する発光部と、前記発光部から発光され前記樹脂内を透過した光を受光する受光部と、前記受光部の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する判定部とを有する。
これにより、光を完全に遮断することがない樹脂内の気泡や異物等の存在を受光部による受光量の変化により検出することが可能であるので、樹脂の充填状態を適切に検査することができる。
また、半導体パッケージの周囲に発光部および受光部を配置するだけの簡単な構成で樹脂の充填状態を検査することができるため、エックス線を照射する場合のように遮蔽構造を設けたりする等の大掛かりな設備を必要とすることがない。
さらに、アンダーフィル剤に金属塩などの粉末を分散させる必要もなくそのまま用いることができるので、半導体パッケージと回路基板との隙間にアンダーフィル剤を充填する際には短時間で充填することができ、生産性が低下することもない。

また、請求項２記載の如く、前記発光部は、前記半導体パッケージの側方に並設される複数の発光器を備え、前記受光部は、前記半導体パッケージを挟んで前記複数の発光器に対向して配置される複数の受光器を備え、前記各受光器は、該各受光器に対応する発光器から照射された光を受光する。
これにより、他の受光器よりも受光量が少ない受光器を検出し、その受光量が少ない受光器の配置位置から樹脂における気泡や異物等の存在箇所を特定することが可能となり、より精密な樹脂の充填状態の検査を行うことが可能となる。

また、請求項３記載の如く、前記半導体パッケージまたは回路基板には、前記隙間内と外部とを連通する導光孔が形成されており、前記発光部は前記導光孔から前記樹脂内へ光を照射し、前記受光部は、前記隙間の周縁部に配置される。
これにより、光を、導光孔を通じた一点から照射するだけで樹脂の充填状態を適切に検査することが可能となり、発光部を小型化することができる。

また、請求項４記載の如く、前記判定部は、前記受光部の受光量の合計を算出し、前記受光量の合計値の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する。
これにより、各受光器の受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する場合に比べて判定部での演算量を減少させることができ、判定部の低コスト化を図ることができる。

また、請求項５記載の如く、半導体パッケージを、該半導体パッケージの一面に形成されたバンプにより回路基板に接続し、接続した半導体パッケージと回路基板との間の隙間に樹脂を充填して構成した半導体装置の検査方法であって、前記半導体装置の前記樹脂内へ光を照射する光照射工程と、前記光照射工程にて照射され前記樹脂内を透過した光を受光する受光工程と、前記受光工程にて受光した光の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する判定工程とを有する。
これにより、光を完全に遮断することがない樹脂内の気泡や異物等の存在を受光工程における受光量の変化により検出することが可能であるので、樹脂の充填状態を適切に検査することができる。
また、半導体パッケージの周囲から光を照射して、半導体パッケージの周囲にて樹脂内を透過した光を受光するだけの簡単な構成で樹脂の充填状態を検査することができるため、エックス線を照射する場合のように遮蔽構造を設けたりする等の大掛かりな設備を必要とすることがない。
さらに、アンダーフィル剤に金属塩などの粉末を分散させさせる必要もなくそのまま用いることができるので、半導体パッケージと回路基板との隙間にアンダーフィル剤を充填する際には短時間で充填することができるので、生産性が低下することもない。

また、請求項６記載の如く、前記発光工程では、前記半導体パッケージの側方における複数個所から前記樹脂内へ光を照射し、前記受光工程では、前記複数個所から照射された光をそれぞれ受光し、前記判定工程では、前記受光した光毎の受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する。
これにより、他の受光箇所よりも受光量が少ない受光箇所を検出し、その受光量が少ない受光箇所の位置から樹脂における気泡や異物等の存在箇所を特定することが可能となり、より精密な樹脂の充填状態の検査を行うことが可能となる。

また、請求項７記載の如く、前記半導体パッケージまたは回路基板には、前記隙間内と外部とを連通する導光孔が形成されており、前記光照射工程では、前記導光孔から前記樹脂内へ光を照射し、前記受光工程では、前記隙間の周縁部にて前記樹脂内を透過した光を受光する。
これにより、光を、前記導光孔を通じた一点から照射するだけで樹脂の充填状態を適切に検査することが可能となり、光を照射する発光部を小型化することができる。

また、請求項８記載の如く、前記判定工程では、受光した光の合計受光量を算出し、算出した合計受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する。
これにより、複数の受光箇所の受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する場合に比べて、判定時の演算量を減少させることができ、判定時に演算を行う演算装置の低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、光を完全に遮断することがない樹脂内の気泡や異物等の存在を受光部による受光量の変化により検出することが可能であるので、樹脂の充填状態を適切に検査することができる。
また、エックス線を照射する場合のように遮蔽構造を設けたりする等の大掛かりな設備を必要とすることがなく、生産性を低下させることもない。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

[第一の実施形態]
図１および図２に示す半導体装置の検査装置１は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージ１２を回路基板１１に表面実装し、実装した半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５に樹脂にて構成されるアンダーフィル剤１６を充填して構成される半導体装置１０において、前記アンダーフィル剤１６の充填状態を検査するための装置である。

前記半導体パッケージ１２は、平面視において略矩形状に形成され、該半導体パッケージ１２の一面側（図２における下面側）にははんだバンプ１３・１３・・・が多数形成されており、前記多数のはんだバンプ１３・１３・・・はマトリックス（行列）状に配置されている。

前記半導体パッケージ１２は、このように一面側に形成されているはんだバンプ１３・１３・・・により前記回路基板１１にはんだ付け実装されており、半導体パッケージ１２と回路基板１１との間には、両者間に介装されるはんだバンプ１３・１３・・・により隙間１５が形成されている。

そして、前記半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５（厳密には、半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５における、はんだバンプ１３・１３・・・が占めている以外の空間）にアンダーフィル剤１６が充填されている。

前記アンダーフィル剤１６は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂部材にて構成されており、ペースト状のアンダーフィル剤１６をディスペンサなどの樹脂供給具により前記隙間１５に注入した後に、半導体装置１０を加熱するなどして前記アンダーフィル剤１６を硬化させている。
また、前記アンダーフィル剤１６を構成する樹脂部材としては、光が透過可能な部材が用いられている。

半導体装置の検査装置１は、光を発する発光具２・２と、光を受ける受光具３・３と、前記発光具２・２および受光具３・３に接続され、該発光具２・２の発光の制御や、受光具３・３の受光信号の処理などを行う制御装置５とを備えている。
前記発光具２は、例えば複数の発光素子２ａ・２ａ・・・を並設して構成され、前記受光具３は、例えば複数の受光素子３ａ・３ａ・・・を並設して構成されている。

具体的には、前記発光具２は、例えば発光素子２ａ・２ａ・・・として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子やＬＤ（レーザーダイオード）素子を用いたＬＥＤアレイやＬＤアレイにて構成され、前記受光具３は、例えば受光素子３ａ・３ａ・・・として複数のＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子やフォトトランジスタを用いたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサやフォトトランジスタアレイにて構成されている。
また、前記発光具２から照射される光は可視光領域の光に限るものではなく、より波長が短い紫外光等や、より波長が長い赤外光等を用いることもできる。

前記一方の発光具２は、前記半導体パッケージ１２における一辺の側部近傍に配置され、前記一方の発光具２が配置される一辺に対向する一辺の側部近傍に前記一方の受光具３が配置されている。
また、前記一方の発光具２が配置される一辺に隣接する一辺の側部近傍に前記他方の発光具２が配置され、前記他方の発光具２が配置される一辺に対向する一辺の側部近傍に前記他方の受光具３が配置されている。
図１においては、半導体パッケージ１２の左側の辺と上側の辺の側部近傍に発光具２・２が配置され、右側の辺と下側の辺の側部近傍に受光具３・３が配置されている。

前記一方の発光具２に対向して配置される一方の受光具３には、該一方の発光具２を構成する各発光素子２ａ・２ａ・・・に対応する受光素子３ａ・３ａ・・・がそれぞれ備えられており、前記他方の発光具２に対向して配置される他方の受光具３には、該他方の発光具２を構成する各発光素子２ａ・２ａ・・・に対応する受光素子３ａ・３ａ・・・がそれぞれ備えられている。

また、前記発光具２・２および受光具３・３は、配置される半導体パッケージ１２の一辺の長さと同等もしくはそれ以上の長さに構成されている。
そして、前記発光具２を構成する各発光素子２ａ・２ａ・・・は、それぞれ前記各はんだバンプ１３・１３・・・間に光を照射するように配置されており、前記受光具３を構成する各受光素子３ａ・３ａ・・・は、対応する発光素子２ａ・２ａ・・・から発光され、はんだバンプ１３・１３間を透過してきた光をそれぞれ受光するように配置されている。

次に、このように構成される検査装置１により、前記半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５に充填されるアンダーフィル剤１６の充填状態を検査する方法について説明する。

まず、前記制御装置５の制御により、前記発光具２・２の各発光素子２ａ・２ａ・・・から前記隙間１５へ向けて光が照射される。
各発光素子２ａ・２ａ・・・から照射された光は、前記半導体パッケージ１２の一辺（図１における左側および上側の辺）側から、前記隙間１５内に充填されているアンダーフィル剤１６内を透過して、前記一辺（図１における左側および上側の辺）と対向する一辺（図１における右側および下側の辺）側へ到達し、前記各受光素子３ａ・３ａ・・・により受光される。

この場合、気泡や異物等がなく、前記隙間１５に完全に充填された状態のアンダーフィル剤１６の部分を透過する光（図３において実線で示される光）は、途中部に透過を妨げるものが存在しないため透過率が高くなり、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量が多くなるため、該各受光素子３ａ・３ａ・・・から出力される受光信号は大きくなる。

一方、気泡や異物等が存在している状態のアンダーフィル剤１６の部分を透過した光（図３、図４において点線で示される光）は、透過途中に気泡や異物等により散乱や遮蔽等されて透過率が低くなり、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量が少なくなるため、各受光素子３ａ・３ａ・・・から出力される受光信号は小さくなる。

このように、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光信号の大きさが、アンダーフィル剤１６の充填状態により変化するため、受光信号の大きさに基づいてアンダーフィル剤１６の充填状態（気泡や異物等の存在）を検査することが可能となっている。
本例の場合、光を受光した前記各受光素子３ａ・３ａ・・・からの受光信号が前記制御装置５に入力され、該制御装置５において入力された受光信号の大きさに基づきアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定するようにしている。

例えば、予め制御装置５に受光信号の閾値を設定しておき、制御装置５に入力された受光信号の値が前記閾値以上であれば、その光の透過経路途中に気泡や異物等がなくアンダーフィル剤１６の充填状態は良好であると判定し、制御装置５に入力された受光信号の値が前記閾値よりも小さければ、その光の透過経路途中に気泡や異物等が存在していてアンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると判定するように構成することができる。

具体的には、図５に示すように、受光具３を構成する各受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・のうち、受光素子３ａ−５の受光信号強度が閾値Ｔよりも小さい値を示している場合、受光素子３ａ−５が受光した光の透過経路内に気泡や異物等が存在しており、アンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると制御装置５にて判定される。

また、受光素子３ａ−５以外の受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・については閾値Ｔ以上の値を示しているため、当該受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・が受光した光の透過経路内には気泡や異物等が無く、アンダーフィル剤１６の充填状態は良好であると制御装置５にて判定される。

このように、アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定する場合、図３に示すように、前記発光具２・２からの光の照射を、行方向および列方向における全てのはんだバンプ１３・１３間に行うことで、前記隙間１５の全ての領域におけるアンダーフィル剤１６の充填状態を検査することが可能となる。

なお、前記アンダーフィル剤１６は光を透過可能な部材にて構成されているが、必ずしも完全に透明である必要ではなく、例えば半導体装置１０の一側方から光を照射した際に、照射された光がアンダーフィル剤１６内を透過して、ある程度の強度の光が半導体装置１０の他側方へ到達する程度の透明度を有していれば、いわゆる半透明であってもよい。
特に、光の透過経路にあたるアンダーフィル剤１６内に気泡や異物等が存在する場合と存在しない場合とで、前記受光素子３ａ・３ａ・・・における受光信号の大きさの違いが制御装置５において識別できる程度の光を、該受光素子３ａ・３ａ・・・が受光できる程度の透明度を有していればよい。

また、アンダーフィル剤１６の充填状態の良否の判定は、受光具３を構成する各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計値の多少に基づいて行うこともできる。
つまり、前記各受光素子３ａ・３ａ・・・の透過経路の何れかに気泡や異物等が存在していると、気泡や異物等が全く存在していない場合に比べて各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計値が減少するため、前記受光量の合計値の閾値を制御装置５に予め設定しておき、制御装置５に入力された受光量の合計値が前記閾値以上であるか、または前記閾値より少ないかによってアンダーフィル剤１６の充填状態の良否の判定を行うことができる。

例えば、図６には、受光具３における各受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・の受光量を表す受光信号強度の合計値の閾値Ｔが示されている。
前記閾値Ｔは、受光素子３ａ−１〜３ａ−９の全てにおいてアンダーフィル剤１６の充填状態が良好である場合の、各受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・の受光量の合計値よりも小さく、かつ、何れか一つ以上の受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・においてアンダーフィル剤１６の充填状態が不良であった場合の、各受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・の受光量の合計値よりも大きくなる値に設定されている。

従って、図６における左側のグラフのように、受光素子３ａ−１〜３ａ−９の全ての透過経路におけるアンダーフィル剤１６に気泡や異物等がなく、各受光素子３ａ−１・３ａ−２・・・の受光量の合計値が前記閾値Ｔ以上である場合には、制御装置５にてアンダーフィル剤１６の充填状態が良好であると判定され、図６における右側のグラフのように、受光素子３ａ−５の透過経路におけるアンダーフィル剤１６に気泡や異物等があって受光量の合計値が前記閾値Ｔよりも小さい場合には、制御装置５にてアンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると判定される。

このように、受光具３における各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計値が予め設定された閾値Ｔ以上であるか否かを判定することによっても、アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査することが可能である。

なお、本例の場合、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計値は、一方および他方の受光具３における各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計値をそれぞれ個別に求めてもよく、一方の受光具３における各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量、および他方の受光具３における各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の全ての合計値を求めてもよい。

以上のごとく、本半導体装置の検査装置１は、前記半導体装置１０の隙間１５に充填されるアンダーフィル剤１６内へ光を照射する発光部である発光具２・２と、前記発光具２・２から発光され前記アンダーフィル剤１６内を透過した光を受光する受光部である受光具３・３と、前記受光具３・３の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定する判定部となる制御装置５とを有しており、光を完全に遮断することがないアンダーフィル剤１６内の気泡や異物等の存在を受光具３・３による受光量の変化により検出することが可能であるので、アンダーフィル剤１６の充填状態を適切に検査することができる。

また、半導体パッケージ１２の周囲に発光具２・２および受光具３・３を配置するだけの簡単な構成でアンダーフィル剤１６の充填状態を検査することができるため、エックス線を照射する場合のように遮蔽構造を設けたりする等の大掛かりな設備を必要とすることがない。
さらに、アンダーフィル剤１６に金属塩などの粉末を分散させさせる必要もなくそのまま用いることができるので、半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５にアンダーフィル剤１６を充填する際には短時間で充填することができるので、生産性が低下することもない。

特に、本半導体装置の検査装置１においては、前記発光具２は、前記半導体パッケージ１２の側方（一辺の側部近傍）に並設される複数の発光素子２ａ・２ａ・・・を備え、前記受光具３は、前記半導体パッケージ１２を挟んで前記複数の発光素子２ａ・２ａ・・・に対向して配置される複数の受光素子３ａ・３ａ・・・を備えており、前記各受光素子３ａ・３ａ・・・は、該各受光素子３ａ・３ａ・・・に対応する発光素子２ａ・２ａ・・・から照射された光を受光するようにして、受光素子３ａ・３ａ・・・単位で受光量の多少を検出できるように構成しているので、他の受光素子３ａ・３ａ・・・よりも受光量が少ない受光素子３ａ・３ａ・・・を検出し、その受光量が少ない受光素子３ａ・３ａ・・・の配置位置からアンダーフィル剤１６における気泡や異物等の存在箇所を特定することが可能となり、より精密なアンダーフィル剤１６の充填状態の検査を行うことが可能となる。

また、前記制御装置５においては、前記受光具３・３における受光量の合計を算出し、前記受光量の合計値の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定することも可能であるので、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定する場合に比べて制御装置５での演算量を減少させることができ、制御装置５の低コスト化を図ることができる。

なお、本例では、前記発光具２および受光具３は、それぞれ複数の発光素子２ａ・２ａ・・・および複数の受光素子３ａ・３ａ・・・を並設して構成しているが、単独の発光素子２ａおよび受光素子３ａにて構成することもできる。
この場合、前記発光素子２ａおよび受光素子３ａは、それぞれ配置される半導体パッケージ１２の一辺の長さと同等もしくはそれ以上の長さに構成することが好ましい。

[第二の実施形態]
半導体装置の検査装置１は、次に示すように構成することもできる。
図７および図８に示す半導体装置１０は、図１および図２に示した第一の実施形態の半導体装置１０と同様に、はんだバンプ１３・１３・・・により回路基板１１と半導体パッケージ１２とを接合し、該回路基板１１と半導体パッケージ１２との隙間１５にアンダーフィル剤１６を充填して構成されているが、回路基板１１における半導体パッケージ１２実装位置の略中央部に導光孔１１ａが形成されている点で、第一の実施形態の半導体装置１０と異なっている。
回路基板１１に導光孔１１ａが形成されていること以外の構成については、図７および図８に示す半導体装置１０と図１および図２に示した前述の半導体装置１０とで同様であるため、説明を省略する。

前記導光孔１１ａは、回路基板１１の裏面（半導体パッケージ１２が実装されている面とは反対側の面）から表面（半導体パッケージ１２が実装されている面）にかけて貫通しており、回路基板１１の裏面側から前記導光孔１１ａに光を照射すると、照射された光が前記回路基板１１と半導体パッケージ１２との隙間１５内に到達するように構成されている。

図７および図８に示す半導体装置の検査装置１も、第一の実施形態の場合と同様に、ＢＧＡやＣＳＰなどの半導体パッケージ１２を回路基板１１に表面実装し、実装した半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５に樹脂にて構成されるアンダーフィル剤１６を充填して構成される半導体装置１０において、前記アンダーフィル剤１６の充填状態を検査するための装置である。

本実施形態の半導体装置の検査装置１は、光を発する発光具２と、光を受ける受光具３・３・・・と、前記発光具２および受光具３・３・・・に接続され、該発光具２の発光の制御や、受光具３・３・・・の受光信号の処理などを行う制御装置５とを備えている。
前記発光具２は、例えば単独の発光素子２ａからなり、前記受光具３は、例えば複数の受光素子３ａ・３ａ・・・を並設して構成されている。

具体的には、前記発光具２は、例えば発光素子２ａとしてＬＥＤ（発光ダイオード）素子やＬＤ（レーザーダイオード）素子を用いて構成されており、前記受光具３は、例えば受光素子３ａ・３ａ・・・として複数のＣＣＤ素子やＣＭＯＳ素子やフォトトランジスタを用いたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサやフォトトランジスタアレイにて構成されている。
また、本例の場合も、前記発光具２から照射される光は可視光領域の光に限るものではなく、より波長が短い紫外光等や、より波長が長い赤外光等を用いることもできる。

前記発光具２は、前記回路基板１１の裏面側における導光孔１１ａ形成位置近傍に配置されており、回路基板１１の裏面側から導光孔１１ａ内に光を照射するように構成されている。
また、前記受光具３・３・・・は、前記半導体パッケージ１２における各辺の側部近傍に配置されている。つまり、受光具３・３・・・は、半導体パッケージ１２の四辺全ての側部近傍に配置されており、該半導体パッケージ１２の周囲を全域にわたって囲んでいる。
また、受光具３・３・・・は、配置される半導体パッケージ１２の一辺の長さと同等もしくはそれ以上の長さに構成されている。

次に、このように構成される検査装置１により、前記半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５に充填されるアンダーフィル剤１６の充填状態を検査する方法について説明する。

まず、前記制御装置５の制御により、前記発光具２の発光素子２ａから前記導光孔１１ａへ向けて光が照射される。
発光素子２ａから照射された光は、導光孔１１ａから回路基板１１と半導体パッケージ１２との隙間１５内へ侵入し、該隙間１５内に充填されたアンダーフィル剤１６内を透過していく。

導光孔１１ａから隙間１５内に侵入した光は、平面視において該導光孔１１ａを中心として半導体パッケージ１２の周縁部側へ向かって四方八方に進行していき、該半導体パッケージ１２の周縁部に到達して、半導体パッケージ１２の各辺近傍に配置された各受光具３・３・・・により受光される。

この場合、隙間１５内に充填されるアンダーフィル剤１６の内部に気泡や異物等がなく充填状態が良好であれば、導光孔１１ａは半導体パッケージ１２の略中央に位置しているとともに、光は前記隙間１５内を導光孔１１ａから半導体パッケージ１２の周縁部側へ向かって進行する際にアンダーフィル剤１６内を均等に進行していくため、各辺における受光具３・３・・・の受光量（各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の合計）は略等しくなる。

一方、アンダーフィル剤１６内の何れかの箇所に気泡や異物等が存在していると、導光孔１１ａから半導体パッケージ１２の周縁部側へ向かって進行する光がその気泡や異物等により拡散や遮蔽等されるため、導光孔１１ａからの透過経路途中に気泡や異物が存在している光を受光する受光具３（図７においては半導体パッケージ１２の右側に位置する受光具３）、他の受光具３・３・・・（図７においては半導体パッケージ１２の左側、上側、および下側に位置する受光具３・３・・・）に比べて受光量が少なくなる。

従って、各辺に配置された各受光具３・３・・・の受光量の多少によりアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査したり、各辺に配置された各受光具３・３・・・の受光量を比較して、その差分の大きさに基づいてアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査したり、各受光具３・３・・・の受光量の全てを合計した総受光量の多少によりアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査したりすることができる。

半導体パッケージ１２の各辺の側方に配置された各受光具３・３・・・の受光量の多少によりアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査する場合には、例えば前述の図５に示した場合と同様に、予め受光量の閾値を制御装置５に設定しておき、該制御装置５にて各受光具３・３・・・の受光量が前記閾値よりも多いか否かを判定して、前記閾値よりも少ない受光量の受光具３・３・・・がなければアンダーフィル剤１６の充填状態が良好であると判断し、前記閾値よりも少ない受光量の受光具３・３・・・があった場合には、アンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると判断するように構成することができる。

また、各辺に配置された各受光具３・３・・・の受光量を比較してアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査する場合には、各受光具３・３・・・の受光量の差分が予め設定しておいた所定値以上あった場合に、アンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると判断するように構成することができる。

さらに、各受光具３・３・・・の受光量の全てを合計した総受光量の多少によりアンダーフィル剤１６の充填状態の良否を検査する場合には、予め前記総受光量の閾値を制御装置５に設定しておき、該制御装置５にて各受光具３・３・・・の総受光量が前記閾値よりも多いか否かを判定して、総受光量が前記閾値よりも多ければアンダーフィル剤１６の充填状態が良好であると判断し、前記閾値よりも少なければ、アンダーフィル剤１６の充填状態が不良であると判断するように構成することができる。

このように、前記導光孔１１ａを通じて前記隙間１５の略中央部に光を照射し、該隙間１５の略中央部からアンダーフィル剤１６内を周縁部に向かって透過する光を、前記半導体パッケージ１２の周囲に配置した受光具３・３・・・により受光することで、導光孔１１ａを通じた一点から光を照射するだけでアンダーフィル剤１６の充填状態を適切に検査することが可能となり、発光具２の小型化を図ることもできる。

また、本例の半導体装置の検査装置１においても、前記制御装置５にて、前記各受光具３・３における受光量の合計を算出し、前記受光量の合計値の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定することもが可能となっている。
これにより、各受光素子３ａ・３ａ・・・の受光量の多少により前記アンダーフィル剤１６の充填状態の良否を判定する場合に比べて制御装置５での演算量を減少させることができ、制御装置５の低コスト化を図ることができる。

また、前記導光孔１１ａは、本例の半導体装置の検査装置１の場合、回路基板１１に形成したが、半導体パッケージ１２に形成することも可能である。
この場合、導光孔は平面視において半導体パッケージ１２の略中央に形成して、前記半導体パッケージ１２と回路基板１１との隙間１５の略中央部に発光具２からの光を照射するように構成することができる。

また、本例では、前記受光具３は、複数の受光素子３ａ・３ａ・・・を並設して構成しているが、単独の受光素子３ａにて構成することもできる。
この場合、前記受光素子３ａは、配置される半導体パッケージ１２の一辺の長さと同等もしくはそれ以上の長さに構成することが好ましい。

半導体装置の検査装置を示す平面図である。 半導体装置の検査装置を示す側面断面図である。 アンダーフィル剤内に気泡が存在する場合の光の透過具合を示す平面図である。 アンダーフィル剤内に気泡が存在する場合の光の透過具合を示す側面断面図である。 複数の受光素子の受光信号強度、および受光信号強度の閾値を示す図である。 受光素子の全てにおいてアンダーフィル剤の充填状態が良好である場合の受光信号強度の合計値、および何れか一つの受光素子においてアンダーフィル剤の充填状態が不良である場合の受光量の合計値を示す図である。 半導体装置の検査装置の第二の実施形態を示す平面図である。 半導体装置の検査装置の第二の実施形態を示す側面断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置の検査装置
２ 発光具
２ａ 発光素子
３ 受光具
３ａ 受光素子
５ 制御装置
１０ 半導体装置
１１ 回路基板
１１ａ 導光孔
１２ 半導体パッケージ
１３ はんだバンプ
１５ 隙間
１６ アンダーフィル剤

Claims (8)

1. 半導体パッケージを、該半導体パッケージの一面に形成されたバンプにより回路基板に接続し、接続した半導体パッケージと回路基板との間の隙間に樹脂を充填して構成した半導体装置の検査装置であって、
   前記半導体装置の前記樹脂内へ光を照射する発光部と、
   前記発光部から発光され前記樹脂内を透過した光を受光する受光部と、
   前記受光部の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する判定部とを有する、
   ことを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 前記発光部は、前記半導体パッケージの側方に並設される複数の発光器を備え、
   前記受光部は、前記半導体パッケージを挟んで前記複数の発光器に対向して配置される複数の受光器を備え、
   前記各受光器は、該各受光器に対応する発光器から照射された光を受光する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
3. 前記半導体パッケージまたは回路基板には、前記隙間内と外部とを連通する導光孔が形成されており、
   前記発光部は前記導光孔から前記樹脂内へ光を照射し、
   前記受光部は、前記隙間の周縁部に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
4. 前記判定部は、前記受光部の受光量の合計を算出し、
   前記受光量の合計値の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の半導体装置の検査装置。
5. 半導体パッケージを、該半導体パッケージの一面に形成されたバンプにより回路基板に接続し、接続した半導体パッケージと回路基板との間の隙間に樹脂を充填して構成した半導体装置の検査方法であって、
   前記半導体装置の前記樹脂内へ光を照射する光照射工程と、
   前記光照射工程にて照射され前記樹脂内を透過した光を受光する受光工程と、
   前記受光工程にて受光した光の受光量を算出し、前記受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する判定工程とを有する、
   ことを特徴とする半導体装置の検査方法。
6. 前記発光工程では、前記半導体パッケージの側方における複数個所から前記樹脂内へ光を照射し、
   前記受光工程では、前記複数個所から照射された光をそれぞれ受光し、
   前記判定工程では、前記受光した光毎の受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の検査方法。
7. 前記半導体パッケージまたは回路基板には、前記隙間内と外部とを連通する導光孔が形成されており、
   前記光照射工程では、前記導光孔から前記樹脂内へ光を照射し、
   前記受光工程では、前記隙間の周縁部にて前記樹脂内を透過した光を受光する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の検査方法。
8. 前記判定工程では、受光した光の合計受光量を算出し、算出した合計受光量の多少により前記樹脂の充填状態の良否を判定する、
   ことを特徴とする請求項５〜請求項７の何れか一項に記載の半導体装置の検査方法。
   
   

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