JP2012083295A - 擬似接触の電気検査方法及び電気検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子の端子等と半田との擬似接触状態を確実に検査する。
【解決手段】擬似接触の電気検査装置１は、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１の擬似接触状態を電気検査する。この装置１は、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１に正圧と負圧を選択的に供給するための加圧治具２６及び正圧／負圧発生装置３２と、半導体素子１１に正圧と負圧が交互に供給されるときに、半導体素子１１の電気的特性を連続的に測定するためのプローブピン４及び計測装置３１と、その測定された電気的特性に基づいて擬似接触の有無を判断するための制御装置３３とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子部品の端子等が半田に正常に接触しているか否かを検査する擬似接触の電気検査方法及び電気検査装置に関する。

従来、電子部品の端子等が、プリント基板に対し半田により接合された場合、端子等が半田に正常に接触しているか否かは、外観からは判断できない。一見して正常に接触している状態であっても、振動や衝撃が加わることにより端子等が半田から離れてしまう不安定な接触状態もあり得る。このような不安定な接触状態を「擬似接触状態」と言う。電気的な検査では、端子等と半田との接触状態が正常でなくても、擬似接触状態のように電気的に接触していれば、電気的な導通は可能であるので、異常を検出することができない場合がある。このような擬似接触状態では、製品出荷後に市場で端子等と半田との接触状態が変化すると、不良品となるおそれがある。

ここで、端子等と半田の接触状態を検査する技術として、例えば、下記の特許文献１〜３に記載される技術が知られている。特許文献１には、加重装置により半田ボールに加重を加えながら半田ボールとＢＧＡパッケージとを電気的に接続させて電気検査を行うことが記載されている。また、特許文献２には、回路基板に半田により接合された電子部品に負圧（引き離す力）を作用させながら回路基板と電子部品との間の半田接続状態を検査する技術が記載されている。

特開２００５−２４１４２６号公報 特開２００４−２７３７２６号公報 特開２００１−１２４８３２号公報

ところが、特許文献１及び２に記載された技術では、加重を加えた状態又は負圧を加えた状態でしか検査することができず、擬似接触状態を適正に検査することができなかった。すなわち、加重を加えた状態だけでは、実際には端子等と半田が接合していなくても、加重を加えることで、電気的な導通状態が得られてしまうことがある。一方、負圧を加えた状態だけでは、実際には端子等と半田が接合していなくても、負圧を加えることで、電気的な導通状態が得られてしまうこともある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子の端子等と半田との擬似接触状態を確実に検査することを可能とした擬似接触の電気検査方法及び電気検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板に半田により接合された素子の擬似接触状態を電気検査する擬似接触の電気検査方法において、基板に半田により接合された素子に押す力と引く力を交互に供給しながら、素子の電気的特性を連続的に検査することにより、擬似接触の有無を判断することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、素子に押す力と引く力を交互に供給しながら、素子の電気的特性が連続的に検査されることから、素子が半田に押し付けられようとする状態と、素子が半田から引き離されようとする状態が交互に形成され、それら状態の少なくとも一方で非接触状態となるときに、擬似接触であると判断される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、押す力は正圧であり、引く力は負圧であることが好ましい。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、基板に半田により接合された素子の擬似接触状態を電気検査する擬似接触の電気検査装置において、基板に半田により接合された素子に押す力と引く力を選択的に供給するための力供給手段と、力供給手段により素子に押す力と引く力が交互に供給されるときに、素子の電気的特性を連続的に測定するための電気的特性測定手段と、電気的特性測定手段により測定された電気的特性に基づいて擬似接触の有無を判断するための擬似接触判断手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、力供給手段により、素子に押す力と引く力を交互に供給しながら、素子の電気的特性が電気的特性測定手段により連続的に測定される。これにより、素子が半田に押し付けられようとする状態と、素子が半田から引き離されようとする状態が交互に形成され、それら状態の少なくとも一方で非接触状態となるときに、擬似接触判断手段により擬似接触であると判断される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、力供給手段は、押す力としての正圧と、引く力としての負圧とを供給する圧力供給装置であることが好ましい。

請求項１又は２に記載の発明によれば、素子の端子と半田との擬似接触状態を確実に検査することができる。

請求項３又は４に記載の発明によれば、素子の端子と半田との擬似接触状態を確実に検査することができる。

第１実施形態に係り、電気検査装置の概略構成を示す断面図。 同実施形態に係り、回路基板を概念的に示す平面図。 同実施形態に係り、ピンボードの加圧治具及びプローブピンと、回路基板上の半導体素子等との関係を概念的に示す断面図。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（良品状態）を示す断面図。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（不良状態）を示す断面図。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（擬似接触状態）を示す断面図。 同実施形態に係り、電気検査の制御プログラムを示すフローチャート。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（加圧無し時）を示す断面図。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（正圧印加時）を示す断面図。 同実施形態に係り、半導体素子と半田との接触状態（負圧印加時）を示す断面図。 同実施形態に係り、「良品状態」に係る電気検査結果の一例を示すグラフ。 同実施形態に係り、「擬似接触状態」に係る電気検査結果の一例を示すグラフ。 第２実施形態に係り、電気検査装置の機械的概略構成を示す断面図。 同実施形態に係り、回路基板を概念的に示す平面図。 別の実施形態に係り、ピンボードの振動発生器と、回路基板上の半導体素子等との関係を概念的に示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における擬似接触の電気検査方法及び電気検査装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の電気検査装置１の概略構成を断面図により示す。この電気検査装置１は、回路基板２を水平に支持する支持台３と、複数のプローブピン４を一体的に支持するピンボード５と、ピンボード５を水平に支持する支持枠６と、支持枠６を上下動させる昇降機構７とを備える。

回路基板２上には、複数の半導体素子１１が半田１２により電極等に接合される。図２に、回路基板２を概念的に平面図により示す。回路基板２上には、複数の半導体素子１１が接合されると共に、複数のプローブピン４と接触する複数の検査用電極１３が、回路基板２の両側縁に沿って配列される。各検査用電極１３は、半導体素子１１に接合される回路基板２上の電極１４（図３参照）に電気的に接続される。

図１に示すように、支持台３は、その上面に複数の押し上げピン１６と、基準ピン１７とを備える。支持台３の上面にも、回路基板２の裏面の電極（図示略）に接触する複数のプローブピン４が設けられる。押し上げピン１６は、そのヘッドがバネ１８により上方へ付勢される。基準ピン１７は、回路基板２の基準孔（図示略）に係合するように設けられる。基準ピン１７と基準孔との係合により、回路基板２が各プローブピン４に対して位置決めされるようになっている。

図１に示すように、支持枠６は、水平に配置された基枠２１と、基枠２１の下側に設けられた複数の支持棒２２とを備える。複数の支持棒２２の下端には、ピンボード５が水平に支持される。支持枠６には、昇降機構７が機械的に連結される。

複数のプローブピン４は、ピンボード５の両側縁に沿って配列される。すなわち、プローブピン４は、図２に示す複数の検査用電極１３の配列に整合するように配置される。ピンボード５の下面側には、一つの加圧治具２６が取り付けられる。この加圧治具２６の下面には、複数の空気孔２７ａを有する吸着パッド２７が取り付けられる。吸着パッド２７は、弾力性を有する材料から形成される。この吸着パッド２７が、各半導体素子１１の上面に当接したとき、各空気孔２７ａが各半導体素子１１の上面に整合するようになっている。また、ピンボード５の下面側には、複数の押さえ棒２３が設けられる。これら押さえ棒２３は、支持台３の各押し上げピン１６との間で、回路基板２をクランプするようになっている。

図１に示すように、各プローブピン４は、計測装置３１に接続され、計測装置３１から通電信号が供給されるようになっている。加圧治具２６は、配管２８を介して正圧／負圧発生装置３２に接続され、同装置３２から正圧と負圧が選択的に供給されるようになっている。この実施形態で、加圧治具２６及び正圧／負圧発生装置３２は、本発明の圧力供給装置、延いては力供給手段に相当する。昇降機構７、計測装置３１及び正圧／負圧発生装置３２はそれぞれ制御装置３３に接続される。制御装置３３は、昇降機構７、計測装置３１と正圧／負圧発生装置３２をそれぞれ制御するようになっている。制御装置３３は、計測装置３１から出力される計測結果に基づいて回路基板２における半導体素子１１の端子等が半田４に非正常に接触しているか否か、すなわち「擬似接触状態」にあるか否かを判断するようになっている。この実施形態で、複数のプローブピン４と計測装置３１は、本発明の電気的特性測定手段に相当する。この実施形態で、制御装置３３は、本発明の擬似接触判断手段に相当する。

図３に、ピンボード５の加圧治具２６及びプローブピン４と、回路基板２上の半導体素子１１等との関係を概念的に断面図により示す。図３に示すように、回路基板２上には、複数の電極１４が設けられ、それら電極１４の上に半田１２を介して半導体素子１１が接合される。ピンボード５に支持された各プローブピン４が、回路基板２上の検査用電極１３に接触した状態で、加圧治具２６は吸着パッド２７を介して半導体素子１１の上面に当接している。そして、正圧／負圧発生装置３２を動作させて加圧治具２６から半導体素子１１に押す力である正圧と引く力である負圧を交互に供給しながら、計測装置３１を動作させて各プローブピン４に通電信号を供給することにより、計測装置３１により半導体素子１１の電気的特性を連続的に検査するようになっている。計測装置３１により検査された電気的特性データは、制御装置３３へ出力され、これに基づいて制御装置３３が擬似接触の有無を判断するようになっている。

即ち、この実施形態では、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１の擬似接触状態を電気検査する擬似接触の電気検査方法において、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１に押す力である正圧と引く力である負圧を交互に供給しながら、半導体素子１１の電気的特性を連続的に検査することにより、擬似接触の有無を判断するようにしている。

図４〜図６に、半導体素子１１と半田１２との異なる接触状態を断面図により示す。図４は、「良品状態」を示し、回路基板２上の電極１４に接合した半田１２と、半導体素子１１の両端子１１ａ，１１ｂとが良好に接触した状態を示す。図５は、「不良状態」を示し、回路基板２上の電極１４に接合した半田１２と、半導体素子１１の一方の端子１１ｂとが接触していない状態を示す。図６は、「擬似接触状態」を示し、回路基板２上の電極１４に接合した半田１２と、半導体素子１１の両端子１１ａ，１１ｂが接触はしているが、両端子１１ａ，１１ｂとも一部のみが半田１２に接触し、他の部分は半田１２から離れた状態を示す。このため、回路基板２に衝撃や振動が加わると、一方の端子１１ｂが半田１２から離れて接触状態を保てなくなる。この実施形態のこの電気検査装置１は、図４〜図６に示す各種接触状態を検査するようになっている。

次に、制御装置３３が実行する電気検査の制御内容について説明する。図７に、この制御プログラムをフローチャートにより示す。このフローチャートを参照して以下に説明する。

先ず、ステップ１００で、制御装置３３は、治具位置決めクランプを行う。すなわち、制御装置３３は、昇降機構７を動作させて支持枠６を降下させ、図１に示すように、支持台３と支持枠６の加圧治具２６との間で回路基板２をクランプさせる。

ステップ１１０で、制御装置３３は、電気検査を開始する。すなわち、制御装置３３は、計測装置３１を動作させて各プローブピン４に通電信号を供給させ、その通電信号に基づいて電気的特性を測定する。

ステップ１２０で、制御装置３３は、正圧と負圧を交互に供給する。すなわち、制御装置３３は、正圧／負圧発生装置３２を動作させ、加圧治具２６により各半導体素子１１に正圧と負圧を交互に供給する。制御装置３３は、この圧力供給を所定時間だけ継続させる。

その後、ステップ１３０で、制御装置３３は、正圧と負圧の供給を停止する。すなわち、制御装置３３は、所定時間経過後に正圧／負圧発生装置３２を停止させる。

次に、ステップ１４０で、制御装置３３は、電気検査を終了する。すなわち、制御装置３３は、計測装置３１による通電信号の出力と電気的特性の計測を停止させる。

その後、ステップ１５０で、制御装置３３は、接触状態を判定する。すなわち、制御装置３３は、計測装置３１からの電気的特性データに基づき、各半導体素子１１の両端子１１ａ，１１ｂの半田１２との接触状態を判定する。

ここで、検査中は、各計測項目の測定値の変動が、計測系（プローブピン４及び計測装置３１）が有する計測バラツキ範囲内で安定していることを確認する。この確認のために、加圧前の初期計測値を使用する。半導体素子１１の端子１１ａ，１１ｂと半田１２とが接触不良であれば、計測値が変動し、計測バラツキ範囲（計測バラツキ上限値と計測バラツキ下限値との間の範囲）を逸脱する。制御装置３３は、計測値が計測バラツキ範囲を規定回数以上外れたことを判断した場合に、接触不良と判定するようになっている。

その後、ステップ１６０で、制御装置３３は、治具位置決めアンクランプを行う。すなわち、制御装置３３は、昇降機構７を動作させて支持枠６を上昇させ、加圧治具２６と支持台３との間での回路基板２のクランプを解除する。

上記のような電気検査により、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１に正圧と負圧を交互に供給しながら、半導体素子２の電気的特性を連続的に検査することにより、半導体素子１１の端子１１ａ，１１ｂと半田１２との間の擬似接触の有無を判断することとなる。

ここで、図６に示す「擬似接触状態」の半導体素子１１につき、上記電気検査を行った場合の、接触状態の変化について説明する。図８〜図１０に、半導体素子１１と半田１２との異なる接触状態を断面図により示す。先ず、加圧無しのときは、図８に示すように、両端子１１ａ，１１ｂとも一部が半田１２に接触しているだけの状態となっている。この状態では、半導体素子１１の両端子１１ａ，１１ｂは、電極１４に対し導通状態となっている。この状態から、正圧を印加したときは、図９に示すように、半導体素子１１が半田１２に押さえ付けられ、両端子１１ａ，１１ｂとも半田１２に密着した状態となる。この状態では、半導体素子１１の両端子１１ａ，１１ｂは、電極１４に対し導通状態となっている。この状態から、負圧を印加したときは、図１０に示すように、半導体素子１１が半田１２から引き離されようとし、両端子１１ａ，１１ｂ又は一方の端子１１ａ，１１ｂが半田１２から離れた状態となる。この状態では、半導体素子１１の一方の端子１１ｂは、電極１４に対し非導通状態となっている。

図１１に、図４に示す「良品状態」に係る電気検査結果の一例をグラフにより示す。このグラフから分かるように、初期計測値の通電信号を半導体素子１１に供給した場合、「圧力印加無し」、「正圧／負圧印加中」及び「圧力印加無し」の違いにかかわらず、通電信号は、初期計測値を維持したままとなる。

図１２に、図６，８に示す「擬似接触状態」に係る電気検査結果の一例をグラフにより示す。このグラフから分かるように、初期計測値の通電信号を半導体素子１１に供給した場合、「圧力印加無し」、「正圧／負圧印加中」及び「圧力印加無し」の違い応じて通電信号が変化する。すなわち、「圧力印加無し」の場合は、通電信号は、初期計測値を維持したままとなるが、「正圧／負圧印加中」の場合は、通電信号は、初期計測値から計測バラツキ上限値と計測バラツキ下限値との範囲を周期的に逸脱するように変化する。この信号変化は、正圧と負圧を交互に印加したことを反映したものである。従って、このような周期的な信号変化を得た場合に、半導体素子１１の端子１１ａ，１１ｂが半田１２に対し擬似接触状態にあることを判断することができる。

以上説明したように、この実施形態の電気検査装置１及び電気検査方法によれば、正圧／負圧発生装置３２及び加圧治具２６により、半導体素子１１に押す力である正圧と引く力である負圧を交互に供給しながら、半導体素子１１の電気的特性がプローブピン４及び計測装置３１により連続的に計測される。これにより、半導体素子１１が半田１２に押し付けられようとする状態と、半導体素子１１が半田１２から引き離されようとする状態が交互に形成され、それら状態の少なくとも一方で半導体素子１１の端子１１ａ，１１ｂが半田１２に対して非接触状態となるときに、制御装置３３により擬似接触であると判断される。このため、半導体素子１１の端子１１ａ，１１ｂと半田１２との擬似接触状態を確実に検査することができる。

この実施形態では、加圧治具２６が弾力性を有する吸着パッド２７を含み、その吸着パッド２７を介して半導体素子１１に接触するようになっている。従って、半導体素子１１に多少の高さの違いがあっても、その高さのバラツキを吸着パッド２７により吸収することができる。

この実施形態では、ピンボード５の両側縁に沿って複数のプローブピン４が一列に配置され、加圧治具２６がそれらプローブピン４の配列の間に配置される。このため、加圧治具２６及び各半導体素子１１とプローブピン４との間の干渉を回避することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における擬似接触の電気検査方法及び電気検査装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図１３に、この実施形態の電気検査装置１の機械的概略構成を断面図により示す。この電気検査装置１は、ピンボード５におけるプローブピン４の配置と、加圧治具２６Ａ，２６Ｂの点で、第１実施形態と構成が異なる。

この実施形態では、回路基板２上に、複数の半導体素子１１が半田１２により電極等に接合される。図１４に、回路基板２を概念的に平面図により示す。回路基板２上には、半導体素子１１が接合されると共に、プローブピン４と接触する検査用電極１３が、各半導体素子１１と隣接して配置される。各検査用電極１３は、半導体素子１１に半田１２を介して接続される回路基板２上の電極１４（図３等参照）に接続される。

複数のプローブピン４は、ピンボード５の全面に分散して配置される。すなわち、図１４に示す複数の検査用電極１３の配置に整合するようにプローブピン４がピンボード５に配置される。ピンボード５の下面側には、半導体素子１１の配置と整合するように複数の加圧治具２６Ａ，２６Ｂが取り付けられる。これら加圧治具２６Ａ，２６Ｂの下面には、空気孔２７ａを有する吸着パッド２７が取り付けられる。各加圧治具２６Ａ，２６Ｂの吸着パッド２７が、各半導体素子１１の上面に接触したとき、各空気孔２７ａが各半導体素子１１の上面に整合するようになっている。各加圧治具２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ正圧／負圧発生装置３２に接続される。その他の構成は、基本的に第１実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態の電気検査方法及び電気検査装置でも、第１実施形態と基本的に同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、各半導体素子１１に対応して加圧治具２６Ａ，２６Ｂを設けているので、各半導体素子１１に対して個別に正圧及び負圧を供給することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

例えば、前記実施形態では、回路基板２に半田１２により接合された半導体素子１１に押す力と引く力を選択的に供給するための力供給手段として、押す力としての正圧と、引く力としての負圧とを供給する圧力供給装置を設けた。また、圧力供給装置を、加圧治具２６，２６Ａ，２６Ｂと正圧／負圧発生装置３２により構成した。これに対し、力供給手段を、図１５に示すように、ピンボード５に取り付けられた振動発生器４１と、その振動発生器４１に設けられ、半導体素子１１に吸着する吸着器４２とにより構成することもできる。この場合、振動発生器４１を動作させることにより、吸着器４２を介して半導体素子１１に、押す力と引く力を選択的に供給することができる。

この発明は、基板に半田により接合された素子の擬似接触状態を電気検査する電気検査方法及び電気検査装置であれば、あらゆる電気的特性を計測する技術に適用することができる。例えば、インサーキットテスト、ファンクション検査装置、電圧計、電流計及び静電容量計に利用可能である。

１ 電気検査装置
２ 回路基板
４ プローブピン（電気的特性測定手段）
１１ 半導体素子
１１ａ 端子
１１ｂ 端子
１２ 半田
２６ 加圧治具（力供給手段、圧力供給装置）
２６Ａ 加圧治具（力供給手段、圧力供給装置）
２６Ｂ 加圧治具（力供給手段、圧力供給装置）
２７ 吸着パッド
３１ 計測装置（電気的特性測定手段）
３２ 正圧／負圧発生装置（力供給手段、圧力供給装置）
３３ 制御装置（擬似接触判断手段）
４１ 振動発生器（力供給手段）
４２ 吸着器

Claims (4)

1. 基板に半田により接合された素子の擬似接触状態を電気検査する擬似接触の電気検査方法において、
   前記基板に半田により接合された素子に押す力と引く力を交互に供給しながら、前記素子の電気的特性を連続的に検査することにより、擬似接触の有無を判断することを特徴とする擬似接触の電気検査方法。
2. 前記押す力は正圧であり、前記引く力は負圧であることを特徴とする請求項１に記載の擬似接触の電気検査方法。
3. 基板に半田により接合された素子の擬似接触状態を電気検査する擬似接触の電気検査装置において、
   前記基板に半田により接合された素子に押す力と引く力を選択的に供給するための力供給手段と、
   前記力供給手段により前記素子に前記押す力と前記引く力が交互に供給されるときに、前記素子の電気的特性を連続的に測定するための電気的特性測定手段と、
   前記電気的特性測定手段により測定された電気的特性に基づいて擬似接触の有無を判断するための擬似接触判断手段と
   を備えたことを特徴とする擬似接触の電気検査装置。
4. 前記力供給手段は、前記押す力としての正圧と、前記引く力としての負圧とを供給する圧力供給装置であることを特徴とする請求項３に記載の擬似接触の電気検査装置。

Images