JP2009180620A - Device and method for testing bond strength of ic chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ICチップの接合強度試験装置及び接合強度試験方法に関する。詳しくは、回路基板の端子にフェイスダウン状態で接合している平板状ICチップの接合強度をICチップを破壊することなく試験する試験装置と試験方法に関する。 The present invention relates to an IC chip bonding strength test apparatus and a bonding strength test method. More specifically, the present invention relates to a test apparatus and a test method for testing the bonding strength of a flat IC chip that is bonded to a terminal of a circuit board in a face-down state without breaking the IC chip.
試験対象物が微少であって試験機で把持(チャック)する部分が得られない場合は、剥離強度や引っ張り強度の試験が困難になる場合がある。特に最近、ICチップ(半導体集積回路)を回路基板に実装した物品が日常生活でも多用されるようになってきているが、これら物品のICチップ接合強度が弱くては実用に耐えないので、チップ接合強度を試験する機会が増え、簡単な試験方法で確認する必要性が高くなってきている。 When the test object is very small and a portion to be gripped (chucked) by a testing machine cannot be obtained, the peel strength and tensile strength tests may be difficult. In particular, recently, articles in which IC chips (semiconductor integrated circuits) are mounted on circuit boards have come to be used frequently in daily life. However, if these articles have weak IC chip bonding strength, they cannot be put into practical use. Opportunities for testing the bonding strength are increasing, and the need for confirmation by a simple test method is increasing.
ICチップは近年ますます微少化しているので、回路基板の端子等にフェイスダウン状態で接合(フリップチップ実装)している場合は、特に試験を行うことが困難になる。
ICチップは、シリコンチップの片側面に集積した回路が形成され、当該回路から外部回路に接続するパッドまたはバンプが同じ表面(フェイス)側に形成され、フェイスダウン状態で実装の場合は当該フェイス面が、回路基板の端子に接合されている。一方、シリコンチップの集積回路面とは反対側面は、平滑な面にされていて、チャッキング箇所が得られないのが通常である。
Since IC chips are becoming increasingly smaller in recent years, it is particularly difficult to perform a test when they are bonded face-down (flip chip mounting) to terminals or the like of a circuit board.
An IC chip has a circuit integrated on one side of a silicon chip, and pads or bumps connecting from the circuit to an external circuit are formed on the same surface (face) side. Are bonded to the terminals of the circuit board. On the other hand, the side surface opposite to the integrated circuit surface of the silicon chip is usually a smooth surface, and a chucking portion is usually not obtained.
ICチップ3を外部回路の端子等にフェイスダウン状態で接合する場合は、図6のように、端子21,22にパッドまたはバンプ31,32が接触する状態にして固定し、周囲を封止剤7で樹脂封止して固定することが行なわれる。これとは別に、パッドまたはバンプ31,32と端子21,22間に、液状の異方導電性接着剤を塗布して接続したり熱溶融性の異方導電性接着シートを挟んで熱圧をかけて接続する場合もある。
When bonding the
このように実装されたICチップ3を試験するためには、特許文献1が記載するように、ICチップ3の表面に接着剤によるポール(凸状突起)を設けて、これにジグをあて、側面から押圧して剥離強度を試験する場合がある。しかし、このような試験方法では、ジグを当てる場所(高さ)で測定値が変化して一定の測定値が得られない問題がある。
また、特許文献2のような「基板配線剥離試験機」もあるが装置が大ががりとなることと特別な装置のため、簡単には導入できない問題がある。
In order to test the
There is also a “board wiring peeling tester” as in
また、図7のように、ICチップ3背面の平滑面にチャッキング用のワイヤw等を熱硬化性接着剤18で固定して、このワイヤwをチャックして試験機で引っ張って試験することも考えられる。しかし、このような試験方法は、言わば破壊試験であって試験をしたICチップ3が再利用できなくなる問題がある。また、例えば、非接触ICタグ等の製造工程で、迅速にかつ大量に試験することも困難である。
Further, as shown in FIG. 7, a chucking wire w or the like is fixed to a smooth surface on the back surface of the
ICチップを実装した物品等では、ICチップの端子との接合強度が耐久性に大きく影響するので、製品の出荷時に接合強度が基準に満たない製品を排除する必要が生じる。
このような場合、従来の試験装置や試験方法では迅速な測定ができないか、安定した結果が得られないか、あるいはまた、ICチップを破壊してしまう試験であって、生産効率が低下したり資源の浪費となる問題があった。
そこで、本発明は製造工程において迅速に試験結果が得られ、資源の浪費とならない試験装置および試験方法を研究して完成したものである。
In an article or the like mounted with an IC chip, the bonding strength with the terminal of the IC chip greatly affects the durability. Therefore, it is necessary to exclude products whose bonding strength does not meet the standard when the product is shipped.
In such a case, a conventional test apparatus or test method cannot perform quick measurement, a stable result cannot be obtained, or a test that destroys an IC chip, resulting in a decrease in production efficiency. There was a problem that wasted resources.
Therefore, the present invention has been completed by researching a test apparatus and a test method in which test results can be obtained quickly in the manufacturing process and resources are not wasted.
本発明の第1は、回路基板の端子にフェイスダウン状態で接合している平板状ICチップの接合強度を試験する装置であって、ICチップの前記接合面とは反対側の平坦面部分を吸着する吸着盤と、該吸着盤と真空ポンプ間を接続するチューブ状体と、該チューブ状体を試験装置の1のチャックに固定する機構部を備えることを特徴とするICチップの接合強度試験装置、にある。 A first aspect of the present invention is an apparatus for testing the bonding strength of a flat-plate IC chip bonded face-down to a terminal of a circuit board, wherein a flat surface portion opposite to the bonding surface of the IC chip is tested. An IC chip bonding strength test comprising: an adsorbing plate to be adsorbed; a tube-like body connecting the adsorbing plate and a vacuum pump; and a mechanism for fixing the tube-like body to one chuck of a test apparatus. In the device.
上記において、前記チューブ状体の内径が、0.3mm〜1.0mmであるようにすれば、微少なICチップにも対応できる。また、チューブ状体がプラスチック管または金属管であるようにすれば、試験装置にチャックすることが容易になる。また、平板状ICチップが非接触ICタグのアンテナに装着されたものであるようにすることもできる。 In the above, if the inner diameter of the tubular body is 0.3 mm to 1.0 mm, it can be applied to a minute IC chip. In addition, if the tubular body is a plastic tube or a metal tube, it can be easily chucked to the test apparatus. Further, the flat IC chip may be mounted on the antenna of the non-contact IC tag.
本発明の第2は、回路基板の端子にフェイスダウン状態で接合している平板状ICチップの接合強度を試験する方法であって、回路基板の端子に接合したICチップの前記接合面とは反対側の平坦面部分に吸着盤を固定し、該吸着盤をチューブ状体により真空ポンプに接続して真空吸引した後、該チューブ状体を試験装置の1のチャックに固定し、試験装置の他の1のチャックに回路基板を固定し、前記平板状ICチップに吸着盤を吸着させた状態で前記チューブ状体を引張して、ICチップを前記回路基板の端子から剥離する際の強度を求めることを特徴とするICチップの接合強度試験方法、にある。 A second aspect of the present invention is a method for testing the bonding strength of a flat-plate IC chip that is bonded to a terminal of a circuit board in a face-down state. What is the bonding surface of the IC chip bonded to the terminal of the circuit board? The suction plate is fixed to the opposite flat surface portion, and the suction plate is connected to a vacuum pump by a tube-like body and vacuum suction is performed. Then, the tube-like body is fixed to one chuck of the test apparatus, The strength at the time of peeling the IC chip from the terminal of the circuit board by fixing the circuit board to the other one chuck, pulling the tube-like body in a state where the suction plate is adsorbed to the flat IC chip. There is a method for testing the bonding strength of an IC chip, which is characterized in that it is obtained.
上記において、前記チューブ状体の内径を、0.3mm〜1.0mmとすれば、微少なICチップにも対応できる。また、チューブ状体がプラスチック管または金属管であるようにすれば、試験装置にチャックすることが容易になる。また、平板状ICチップが非接触ICタグのアンテナに装着されたものであるようにすることもできる。 In the above, if the inner diameter of the tubular body is set to 0.3 mm to 1.0 mm, it can be applied to a minute IC chip. In addition, if the tubular body is a plastic tube or a metal tube, it can be easily chucked to the test apparatus. Further, the flat IC chip may be mounted on the antenna of the non-contact IC tag.
本発明のICチップの接合強度試験装置は、ICチップを接合強度以上の力で吸着する吸着盤を備え、ICチップが吸着盤に吸着した状態で接合強度の試験ができるので、迅速な測定が可能となる。また、試験結果に測定値のばらつきが生じることがない。またさらに、ICチップを破壊しないで試験できるので、材料や資源を無駄にすることがない。
本発明のICチップの接合強度試験方法では、上記試験装置を使用してICチップの接合強度を非破壊で迅速に試験することができる。
The IC chip bonding strength test apparatus of the present invention includes an adsorption board that adsorbs an IC chip with a force equal to or higher than the bonding strength. Since the IC chip can be adsorbed to the adsorption board, the bonding strength test can be performed. It becomes possible. In addition, there is no variation in measured values in the test results. Furthermore, since the test can be performed without destroying the IC chip, materials and resources are not wasted.
In the IC chip bonding strength test method of the present invention, the bonding strength of the IC chip can be rapidly tested nondestructively using the test apparatus.
本発明は、回路にフェイスダウン状態で接合している平板状ICチップの接合強度を試験する試験装置、および試験方法に関する。フェイスダウン状態とは、ICチップ(半導体集積回路)のバンプまたはパッドが回路基板の端子に対面するように、いわゆるフリップチップ状態で実装されていることを意味する。回路基板とは特に限定されず、ICチップ3のバンプまたはパッドが接続する端子を有する印刷またはエッチングによる配線基板等を意味する。樹脂板や積層板であってもよくフィルム状であってもよい。バンプまたはパッドの数、また端子の数も特に限定されるものではない。
The present invention relates to a test apparatus and a test method for testing the bonding strength of a flat IC chip bonded to a circuit in a face-down state. The face-down state means that a bump or pad of an IC chip (semiconductor integrated circuit) is mounted in a so-called flip chip state so as to face the terminal of the circuit board. The circuit board is not particularly limited, and means a printed or etched wiring board having terminals to which bumps or pads of the
ICチップ3は平板状のものであって端子1,2と接合するフェイス面と反対側は平坦面部分3bを有するのが好ましい。平坦面部分3bの大きさはチップの外形に依存し、極微少サイズのICチップでは確保し難いが、外面差し渡し長さ、または外径が、0.5mm〜2.0mm以上であることが好ましい。近年は、微細片化したICチップも使用されているが、吸着盤の吸着領域を確保する必要があるからである。
The
ICチップ3と回路基板の端子21,22間は、どのような状態で接合されていても構わない。一般に、異方導電性接着剤や異方導電性接着シートを用いて固定する方法が採用される。単に、両者間を密着させた状態でICチップの周囲を封止樹脂で固定する方法の場合もある。はんだ付けや超音波で両者間を接合した場合であってもよい。
このような、接合状態の典型的な例としては、非接触ICタグにおいて、非接触ICチップをアンテナコイルの端子に接続した例を挙げることができる。
The
As a typical example of such a joined state, an example in which a non-contact IC chip is connected to a terminal of an antenna coil in a non-contact IC tag can be given.
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の接合強度試験装置の実施形態を示す図、図2は、同他の実施形態を示す図、図3は、ICチップが吸着盤に吸着された状態を示す斜視図、図4は、ICチップが接合する端子の回路基板側の固定方法の断面図、図5は、非接触ICタグを示す平面図、である。 The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a bonding strength test apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a state in which an IC chip is adsorbed on a suction disk, FIG. 4 is a cross-sectional view of a method for fixing a terminal to which an IC chip is bonded on the circuit board side, and FIG. 5 is a plan view showing a non-contact IC tag.
図1は、本発明の接合強度試験装置の実施形態を示す図である。図1のように、ICチップ3の前記接合面とは反対側の平坦面部分3bが吸着盤6により吸着されている。吸着盤6はチューブ状体8を介して図示しない真空ポンプに接続している。真空ポンプに接続するチューブ状体8に近接した部分は図のように懸架手段9により保持してもよい。ICチップ3の剥離時、クロスヘッド12は僅かに動くだけだから、このように保持しても測定値に影響を与えることはない。ICチップ3と端子21,22間の接合状態は見えないが、前記図6のように接合しているものとする。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a bonding strength test apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the
接合強度試験装置10は、該吸着盤6と真空ポンプ間を接続するためのチューブ状体8をを把持して試験装置10のチャック16に固定する機構部15を備えている。
図1の場合、チューブ状体8は小口径の真空ゴムホース8gであり、機構部15は真空ゴムホース8gの周囲を固く保持している。ゴムホース8gと一体の状態であって引張した際、ずれないように保持されている必要がある。このように、チューブ状体8はゴム管であっても良いが、真空吸引した場合、大気圧により圧縮されて潰れてしまう軟質のものは避ける必要がある。ワイヤスパイラルで補強したゴムホースであってもよい。
チューブ状体8の内径は、吸着盤6の内径と同様に0.3mm〜1.0mmとするか、内径よりはやや縮小した寸法になる。ただし、1mm〜2mm角程度の微少ICチップを試験する場合のことであって、ICチップ3が大サイズの場合は、いずれの寸法をも拡大できるのは明らかである。
The bonding
In the case of FIG. 1, the
The inner diameter of the tube-
チューブ状体8自体は機構部15の途中から屈曲し、図示しない真空ポンプ本体に接続している。チューブ状体8は硬質なものが望ましい。硬質とは上記のように大気圧により圧縮されて潰れないことと機構部15により把持された際に伸縮したり変形しない程度の固さが必要なことを意味する。真空ゴムホースの市販のものは内径6mm以上のものが多いが、微少ICチップに適用するためには小径の吸着盤6に接続するため、市販品よりは細い内径のものが必要になる。ゴムホースに限らず、プラスチック管や金属管、セラミック管等を使用してもよい。
The
機構部15は、チャック16とロードセル13を介してクロスヘッド12に固定される。ロードセル13は、力(質量、トルク)を検出するセンサーであって、力を加えるとそれを検出し、さらに、検出した荷重を電気信号に変換して出力する機能を行なう。
接合強度試験装置10の基本構造は、平板状ICチップ3の回路基板5側をチャックする基台11と、チューブ状体8を把持する機構部15をチャックするクロスヘッド12、基台11とクロスヘッド12間を連結する両側のフレーム(枠体)14部分から構成されている。クロスヘッド12はフレーム(枠体)14の内側に沿って設けられたレールに沿って上下動するようにされている。試験装置10の基本構造自体は、引張試験機やいわゆる万能試験機と同様のものである。
The
The basic structure of the bonding
非接触ICタグの場合、ICチップ3と端子間の接合強度は接合条件によりばらつきが大きく、10〜1000N(1チップ当たり)の範囲となることが多い。従って、ICチップ3を吸着する吸着盤6の吸着強度も1000N以上、得られることが好ましい。
非接触ICタグの場合の接合強度の合格基準は、ICタグの用いられ方によって一律ではない。ICチップ3面が保護シートで被覆される場合はそれによる補強効果が期待できる。保護シートで被覆されない場合は、かなりの強度を有することが条件となる。
In the case of a non-contact IC tag, the bonding strength between the
The acceptance criteria for bonding strength in the case of a non-contact IC tag is not uniform depending on how the IC tag is used. When the surface of the
図2は、本発明装置の他の実施形態を示す図である。試験装置10の外形構造は図1の場合と同様であるため、ICチップ3と吸着盤6、およびチューブ状体8を把持する部分のみを図示している。図2の場合、チューブ状体8は、金属管またはプラスチック管8pからなっている。真空ゴムホース8gよりも伸縮や変形が小さく圧縮潰れし難い利点がある。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the device of the present invention. Since the external structure of the
金属管またはプラスチック管8pは、ICチップ3の平坦面3b部分を吸着した吸着盤6から垂直に、1cm〜10cm程度立ち上がりする部分8vを有し、当該部分の末端からT字状に枝分かれした略水平部分8h1、8h2を有している。枝分かれした8h2側は先端がめくら蓋にされていて空気の流れを遮断している。枝分かれした8h1側は、図示しない真空ポンプに真空ゴムホース8gにより接続している。枝分かれ部を設けるのは、真空ポンプ接続側との傾きを調整して、立ち上がり部分8vを垂直に維持するためである。従って、2方向ではなく4方向等に分岐していてもよい。前記図1のように、ゴムホース8gの懸架手段9を設けてもよい。チューブ状体8が金属管またはプラスチック管である場合も、チューブ状体8の内径は、吸着盤6と同様に0.3mm〜1.0mmとするか、やや縮小した寸法になる。
The metal tube or the
チューブ状体8pを保持する機構部15は、立ち上がり部8vの先端から図2のように金属材料で垂直に引張してもよいし、T字状に枝分かれした略水平部分8h1、8h2の双方から、引張してもよい。この場合の機構部15とは、チューブ状体8pをチャック16に固定する懸垂部分だけのことになる。
なお、図1の場合も同様であるが、試験装置は縦型でなく横型でもよいものである。その場合は当然のことであるが、試料は垂直方向ではなく水平方向に引っ張られる。回路基板5は、基台11に平行しかつ垂直(重力)方向に取り付けられることになる。
The
The same applies to FIG. 1, but the test apparatus may be a horizontal type instead of a vertical type. In that case, of course, the sample is pulled in the horizontal direction, not the vertical direction. The
図3は、ICチップが吸着盤に吸着された状態を示す斜視図である。吸着盤6の吸着面6fの平面外形は、円形や矩形状となる。吸着盤6の外形大きさはICチップ3の平坦面部分3bの大きさに合わせ、外径φが、0.5mm〜10.0mm程度、微少化したICチップを対象とする場合は、0.5mm〜2.0mm程度であることが好ましい。
空気が吸引される吸引孔の内径は、吸着盤6の外径φの大きさに対応して0.3mm〜1.0mmの範囲であることが好ましい。チューブ状体8の内径rは同等かやや縮小した寸法になる。近年のICチップ3は1.0mm角以下にまで微片化しているものがあるので、微少な平坦面にも対応できるようにするためである。吸着盤6はシリコンゴムやポリウレタンゴムからなるものが多い。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the IC chip is adsorbed to the adsorbing board. The planar outer shape of the
The inner diameter of the suction holes through which air is sucked is preferably in the range of 0.3 mm to 1.0 mm corresponding to the size of the outer diameter φ of the suction disk 6. The inner diameter r of the
本発明のICチップの接合強度試験方法は、上記試験装置10を使用して以下のように行なう。まず、平板状ICチップ3が端子21,22にフェイスダウン状態で接合している回路基板5を準備する。回路基板5の端子21,22に接合したICチップ3の前記接合面とは反対側の平坦面部分に吸着盤6を真空吸引しながら固定する。該吸着盤6をチューブ状体8により真空ポンプに接続した状態で真空吸引を続ける。該チューブ状体8を試験装置10の1のチャック16に固定し、回路基板5を試験装置の基台11側の他の1チャックに固定する。前記平板状ICチップ3に吸着盤6を吸着させた状態で、クロスヘッド12を動作させて、前記チューブ状体8を引張し、ICチップ3が前記回路基板5の端子21,22から剥離した際の接合強度を求める。
The IC chip bonding strength test method of the present invention is performed as follows using the
上記のように、ICチップ3が対面する回路基板5側は装置基台11のチャックに固定する。回路基板5が変形しない剛直な基板である場合は、チャック固定に特別な工夫は必要がなくそのまま固定できるが、非接触ICタグのように、柔軟なフィルムにされている場合は、そのままではチャックできない。そこで、以下のように行なう。
As described above, the side of the
図4は、ICチップ3が接合する端子の回路基板5側の固定方法の断面図である。フレキシブルな基材からなる非接触ICタグ20の場合を図示している。
図4(A)は、非接触ICタグ20のベースフィルム5pの背面(ICチップ3がアンテナ2に実装されている側とは反対側のフィルム面)を微細な孔(径0.5〜1.0mm程度)が多数開けられた真空吸着板(バキューム板)30に密着させ、真空吸引して固定させた状態で測定する方法である。
図4(B)は、非接触ICタグ20のベースフィルム5pの背面を硬質な基板31に接着剤17により接着し測定する状態を示している。硬質な基板31を基台11のチャックに固定して測定する方法である。この場合もICチップ3自体は破壊されない。
図4(C)は、非接触ICタグ20の表面をICチップ3の平面形状よりは僅かに大きく開口32hした硬質板32を、開口32hにICタグ3をはめ込むようにして覆い、背面側は孔開けしない同様の硬質板33をあてがい、非接触ICタグ20を両硬質板32,33で挟んだ状態で基台11のチャックに固定して測定する方法である。
回路基板5側は、このような固定方法のいずれかを採用できる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fixing method on the
4A shows a fine hole (diameter 0.5 to 1) on the back surface of the
FIG. 4B shows a state in which the back surface of the
In FIG. 4C, the surface of the
Any of such fixing methods can be employed on the
ここで参考のため、非接触ICタグについて説明する。図5は、非接触ICタグを示す平面図である。アンテナパターン2が形成されている透明基材であるベースフィルム5pの背面側から透視して見た状態である。非接触ICタグ20は、ベースフィルム5pにアンテナパターン2を形成し、当該アンテナパターン2の両端部端子21,22にICチップ3を接合している。最終製品ではアンテナとICチップ3面は保護シートで被覆されているのが通常である。図1〜図4等が非接触ICタグ20である場合は、保護シートをラミネートする前に行なわれる試験を意味する。導通部材26はアンテナの他端を背面側から端子21に接続する部材である。最近のICチップ3は、100μmから500μm程度の厚みを有する。ベースフィルム5pには、PET、ポリイミド等が使用される。
アンテナパターン2は、図5では平面コイル状のものを示しているが、左右の2片からなるダイポールアンテナやパッチアンテナからなる場合もある。通常は、ベースフィルム5pにラミネートした金属箔をエッチングしたり、導電性インキにより印刷したパターンからなっている。
Here, for reference, a non-contact IC tag will be described. FIG. 5 is a plan view showing a non-contact IC tag. It is the state seen through from the back side of the
The
本発明の試験装置は、以上のような簡単な構成であるが、ICチップの接合強度を簡易に測定できる特徴がある。また、製品の製造工程において迅速に試験結果が得られ、ICチップを破壊しないので、資源を浪費しない試験装置となる。
本発明のICチップの接合強度試験方法では、上記試験装置を使用してICチップの接合強度を非破壊で迅速に試験することができる。なお、ICチップ以外の微少品の接合強度試験に使用できることは明らかなことである。
The test apparatus of the present invention has the simple configuration as described above, but has a feature that the bonding strength of the IC chip can be easily measured. In addition, since a test result can be obtained quickly in the manufacturing process of the product and the IC chip is not destroyed, the test apparatus does not waste resources.
In the IC chip bonding strength test method of the present invention, the bonding strength of the IC chip can be rapidly tested nondestructively using the test apparatus. It is obvious that it can be used for the bonding strength test of minute products other than IC chips.
2 アンテナパターン
21,22 端子
3 ICチップ 31,32 パッド
5 回路基板
6 吸着盤
7 封止剤
8 チューブ状体
9 懸架手段
10 接合強度試験装置
11 基台
12 クロスヘッド
13 ロードセル
14 フレーム
15 機構部
16 チャック
17 接着剤
20 非接触ICタグ
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