JP3613167B2 - パッド電極の接続状態の検査方法 - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、部品に形成されたパッド電極（部品側パッド電極）と、基板に形成されたパッド電極（基板側パッド電極）を、はんだバンプにより接続する際の接続状態の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
部品に形成された部品側パッド電極と、基板に形成された基板側パッド電極を、はんだバンプにより接続する際の接続構造としては、例えば、特開平９−８２７６０号に開示されているような接続構造が知られている。
【０００３】
この接続構造は、図７(ａ)，(ｂ)に示すように、下面に複数の端子電極（部品側パッド電極）１１２が設けられた半導体チップ（表面実装部品）１１１を、配線基板１１３上に搭載して、配線基板１１３上に設けられた配線パターン（基板側パッド電極）１１４と、部品側パッド電極１１２とを、バンプ（はんだバンプ）１１５によって電気的に接続する場合の接続構造であり、この接続構造において、バンプ１１５は、はんだ１１５ａと、Ｃｕなどを用いた金属コア１１５ｂとより構成されている。さらに、はんだ１１５ａのうち半導体チップ１１１の平面形状に対応する領域の外縁より外側（外周部側）に形成された部分は、配線パターン（基板側パッド電極）１１４上に形成されたソルダーレジスト１１７と接している。
【０００４】
そして、この接続構造においては、半導体チップ１１１の配線基板１１３への実装にはリフロー法が用いられており、具体的には以下に述べるような方法で接続が行われている。
【０００５】
(１)まず、半導体チップ１１１の端子電極１１２上に金属コア１１５ｂを形成し、はんだ１１５ａで被覆してバンプ１１５を形成しておく。
(２)そして、半導体チップ１１１を配線基板１１３上の配線パターン（基板側パッド電極）１１４上に位置決め搭載し、バンプ１１５のはんだ１１５ａを溶融させ、その後冷却してはんだ１１５ａを凝固させる。
【０００６】
このようにして端子電極１１２と配線パターン（基板側パッド電極）１１４とがバンプ１１５によって電気的に接続され、半導体チップ１１１が、配線基板１１３上に実装される。このとき溶融したはんだ１１５ａは、はんだの濡れ性の良い配線パターン（基板側パッド電極）１１４の上を流れて広がり、ソルダーレジスト１１７によって堰とめられる。その結果、はんだバンプ１１５のはんだ１１５ａの量と配線パターン（基板側パッド電極）１１４のソルダーレジスト１１７により覆われていない部分の面積を適切に設定することにより、バンプ１１５と配線パターン（基板側パッド電極）１１４との接触面積を一定にして、安定した接続状態を確保することができるという特徴を有している。
【０００７】
しかし、上記従来の接続構造においては、基板側パッド電極１１４が半導体チップ１１１の平面形状に対応する領域の外縁より外側に延びて形成されているため、半導体チップなどの表面実装部品を高密度に実装する場合には適用することが困難であり、また、半導体チップなどを実装することにより得られる製品の小型化が制約されるという問題点がある。
【０００８】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、高密度実装に対応することが可能で、表面実装部品を基板に実装してなる製品の小型化を図ることを可能にした、部品側パッド電極と基板側パッド電極のはんだバンプによる接続構造における接続状態の検査方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明（請求項１）のパッド電極の接続状態の検査方法は、
基板の表面に形成された基板側パッド電極が、表面実装部品の平面形状に対応する領域（以下、「部品対応領域」）の内側に、かつ、部品対応領域の外縁に沿って一列に配設されているとともに、基板側パッド電極の部品対応領域の外縁に略直交する方向の寸法（以下、「基板側パッド電極の長さ」）が、表面実装部品の基板と対向する面に形成された、対応する部品側パッド電極の、表面実装部品の外縁に略直交する方向の寸法（以下、「部品側パッド電極の長さ」）より大きく、かつ、基板側パッド電極が、対応する部品側パッド電極よりも部品対応領域の中央側に長く延びており、
部品側パッド電極が、対応する基板側パッド電極に、はんだバンプが溶融して流れ込んだはんだにより接続されたパッド電極の接続構造におけるパッド電極の接続状態の検査方法であって、
前記基板の裏面側からＸ線を照射し、前記部品対応領域の内側の領域であって、外縁が前記複数の基板側パッド電極を長さ方向の途中部分で横切る領域についてＸ線透過像を得る工程と、
得られたＸ線透過像から、前記はんだバンプが溶融し、前記基板側パッド電極上を流動した後のはんだの形状を検出して、部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続状態の良否を識別する工程と
を具備することを特徴としている。
【００１０】
本願発明（請求項１）のパッド電極の接続状態の検査方法においては、基板の表面に形成された基板側パッド電極が、部品対応領域の内側に、かつ、部品対応領域の外縁に沿って一列に配設されているので、表面実装部品を高密度実装した場合にも、各表面実装部品 の電極どうしの短絡を招いたりすることがなく、また、基板側パッド電極の長さが、表面実装部品の基板と対向する面に形成された、対応する部品側パッド電極の長さより長く形成され、かつ、基板側パッド電極が、対応する部品側パッド電極よりも部品対応領域の中央側に長く延びているので、例えば、Ｘ線撮影による非破壊検査で、はんだバンプが溶融流動した後のはんだの形状を検出することにより、部品側パッド電極と基板側パッド電極の、はんだバンプによる接続状態の良否を容易かつ確実に識別することができる。
また、基板の裏面側からＸ線を照射し、部品対応領域の内側の領域であって、外縁が複数の基板側パッド電極を長さ方向の途中部分で横切る領域についてＸ線透過像を得るとともに、得られたＸ線透過像から、はんだバンプが溶融流動した後のはんだの形状を検出することにより、部品側パッド電極と基板側パッド電極の、はんだバンプによる接続状態の良否を容易かつ確実に識別することが可能になり、表面実装部品の実装信頼性を向上させることが可能になる。
【００１１】
また、請求項２のパッド電極の接続状態の検査方法は、前記部品側パッド電極の幅が、前記基板側パッド電極の幅よりも大きく形成されていることを特徴としている。
【００１２】
部品側パッド電極の幅を基板側パッド電極の幅より大きくすることにより、部品側パッド電極上にはんだバンプを形成する場合に、はんだバンプの幅を基板側パッド電極の幅より大きくすることが可能になり、基板側パッド電極の長手方向へのはんだの流れ込み量を大きくして、識別の精度を向上させることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【００１４】
［実施形態１］
この実施形態１では、図１及び図２に示すように、基板１と対向する面に部品側パッド電極２が形成されており、かつ、部品側パッド電極２上にはんだバンプ３が形成されたＩＣチップ（表面実装部品）４を、表面に基板側パッド電極１２が形成された基板１上に実装する場合における、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の接続構造におけるパッド電極の接続状態の検査方法を例にとって説明する。
なお、図１はＩＣチップ４を基板１上に載置した状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図、図２はリフロー後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図である。
【００１５】
＜基板側パッド電極と部品側パッド電極の構成＞
この実施形態１においては、図１(ａ)，(ｂ)に示すように、基板側パッド電極１２が、基板１上のＩＣチップ４の平面形状に対応する領域（部品対応領域）Ａの内側に配設されているとともに、基板側パッド電極１２の、部品対応領域Ａの外縁に略直交する方向の寸法（長さ）Ｌ１が、対応する部品側パッド電極２の、ＩＣチップ４の外縁に略直交する方向の寸法（長さ）Ｌ２よりも大きく形成されている。
【００１６】
すなわち、この実施形態１においては、基板側パッド電極１２は、平面形状が、幅Ｗ１が０．１mm、長さＬ１が０．２mmの長方形の電極であり、部品側パッド電極２は、平面形状が、直径（＝長さＬ２＝幅Ｗ２）が０．１mmの円形の電極であり、Ｌ１＞Ｌ２となっている。また、部品側パッド電極２上に形成されたはんだバンプ３の幅Ｗ３及び長さＬ３も０．１mmとなっている。
【００１７】
なお、この実施形態１では、基板側パッド電極１２の平面形状を長方形とし、部品側パッド電極２の平面形状を円形としているが、その他の形状とすることも可能である。例えば、部品側パッド電極の平面形状を、円形ではなく、正多角形としてもよく、また、基板側パッド電極の平面形状を、長方形ではなく、長円形状や楕円形状とすることも可能である。
【００１８】
＜ＩＣチップの実装（部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続）＞
次に、ＩＣチップ（表面実装部品）４を基板１上に実装する際の、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の接続方法について説明する。
【００１９】
(１)まず、図１(ａ)，(ｂ)に示すように、ＩＣチップ４を、その部品側パッド電極２上のはんだバンプ３が、対応する基板側パッド電極１２に対向するように位置決めして、基板１上に載置する。
(２)それから、基板１ごとリフロー炉に入れて、所定の温度に加熱することにより、はんだバンプ３を溶融させる。これにより、図２(ａ)，(ｂ)に示すように、はんだバンプ３が溶融したはんだ３ａが流動して、基板側パッド電極１２の表面に広がる。
(３)その後、はんだ３ａを凝固させることにより、図２(ａ)，(ｂ)に示すように、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２とがはんだ３ａによって電気的、機械的に接続され、ＩＣチップ４が基板１上に実装される。
【００２０】
＜部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続状態の検査方法＞
次に、上述のようにして接続された部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の接続状態の検査方法について説明する。
【００２１】
(１)まず、基板１の裏面側からＸ線を照射して、図３，図４に示すような透過像を得る。
(２)次に、得られたＸ線透過像から、はんだバンプ３が溶融して流動したはんだ３ａの形状を検出して、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の、はんだバンプ３（はんだ３ａ）による接続状態の良否を識別（判定）する。
【００２２】
なお、図３(ａ)及び図４(ａ)は平面透視図、図３(ｂ)及び図４(ｂ)は、図３(ａ)及び図４(ａ)のＸ線照射領域ＢのＸ線透過像を示している。
図３(ｂ)に示すように、各基板側パッド電極１２のすべてについて、溶融したはんだ３ａが流動して、基板側パッド電極１２上の全面にゆきわたっている場合には、複数の部品側パッド電極２のすべてが、溶融したはんだバンプ３（はんだ３ａ）を介して基板側パッド電極１２に接続されていると判定する。
【００２３】
一方、図４(ｂ)に示すように、各基板側パッド電極１２のうちの一部に、はんだバンプ３が溶融して、その全面にゆきわたっている状態が認められない基板側パッド電極１２（１２ａ）が検出された場合には、かかる基板側パッド電極１２（１２ａ）と部品側パッド電極２との接続状態は不良であると判定する。
【００２４】
すなわち、リフロー後に、溶融したはんだ３ａが基板側パッド電極１２上にゆきわたっていない場合、Ｘ線透過像のＸ線不透過部分は円形に近い形状となり、また、溶融したはんだ３ａが基板側パッド電極１２上にゆきわたっている場合には、Ｘ線透過像のＸ線不透過部分は基板側パッド電極１２とほぼ同じ形状となる。そして、領域Ｂについてみた場合には、溶融したはんだ３ａがその表面にゆきわたっていない基板側パッド電極１２（１２ａ）については、Ｘ線不透過部分が認められず、全体がＸ線透過部分として認識され、また、溶融したはんだ３ａがその表面にゆきわたった基板側パッド電極１２については、全体がＸ線不透過部分として認識されるため、容易に接続状態の良否を識別することができる。
【００２５】
なお、この実施形態１においては、基板側パッド電極の平面形状が単純な長方形であって、基板作製の際に印刷工法などを用いて容易に形成することが可能で、コストの低減を図ることができる。
【００２６】
［実施形態２］
＜基板側パッド電極と部品側パッド電極の構成＞
図５は、本願発明の他の実施形態（実施形態２）にかかるパッド電極の接続方法におけるパッド電極の接続状態の検査方法の一工程において、ＩＣチップ４を基板１上に載置した状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図であり、また、図６はリフロー後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)はＸ線照射領域Ｂ１のＸ線透過像、(ｃ)はＸ線照射領域Ｂ２のＸ線透過像を示している。
【００２７】
この実施形態２においては、図５(ａ)，(ｂ)に示すように、平面形状が幅Ｗ１（＝０．０５mm）、長さＬ１（＝０．２mm）の長方形の基板側パッド電極１２が、ＩＣチップ４の平面形状に対応する領域（部品対応領域）Ａの内側に延びるように配設されているとともに、基板側パッド電極１２の、部品対応領域Ａの外縁に略直交する方向の寸法（＝長さ）Ｌ１が、対応する部品側パッド電極２の、ＩＣチップ４の外縁に略直交する方向の寸法（平面形状が直径０．１mmの円形の部品側パッド電極２の直径（＝長さ））Ｌ２より長く形成されている。
【００２８】
なお、この実施形態２では、部品側パッド電極２の幅Ｗ２及び長さＬ２（＝直径）が０．１mmで、はんだバンプ３の幅Ｗ３及び長さＬ３も、部品側パッド電極２の幅Ｗ２及び長さＬ２と同じく０．１mmとなっているのに対して、基板側パッド電極１２の幅Ｗ１が０．０５mmとなっており、部品側パッド電極２の幅Ｗ２及びはんだバンプ３の幅Ｗ３（＝Ｗ２）が、基板側パッド電極１２の幅Ｗ１より大きく形成されている。
【００２９】
なお、その他の構成は、上記実施形態１の場合と同様であることから、重複を避けるため、ここではその説明を省略する。なお、図５及び図６において、実施形態１の説明に用いた図１〜４と同一符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示している。
【００３０】
また、この実施形態２では、基板側パッド電極１２の平面形状を長方形とし、部品側パッド電極２の平面形状を円形としているが、その他の形状とすることも可能である。例えば、部品側パッド電極の平面形状を、円形ではなく、正多角形としてもよく、また、基板側パッド電極の平面形状を、長方形ではなく、長円形状や楕円形状とすることも可能である。
【００３１】
＜ＩＣチップの実装（部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続）＞
次に、ＩＣチップ（表面実装部品）４を基板１上に実装する際の、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の接続方法について説明する。
【００３２】
(１)図５(ａ)，(ｂ)に示すように、ＩＣチップ４を、その部品側パッド電極２上のはんだバンプ３が、対応する基板側パッド電極１２に対向するように位置決めして、基板１上に載置する。
(２)それから、基板１ごとリフロー炉に入れて、所定の温度に加熱することにより、はんだバンプ３を溶融させる。これにより、図６(ａ)に示すように、はんだバンプ３が溶融したはんだ３ａが流動して、基板側パッド電極１２の表面に広がる。
(３)その後、はんだ３ａを凝固させることにより、図６(ａ)に示すように、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２とがはんだ３ａによって電気的、機械的に接続され、ＩＣチップ４が基板１上に実装される。
【００３３】
＜部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続状態の検査方法＞
次に、上述のようにして接続されたパッド電極の接続状態の検査方法を、図６を参照しつつ説明する。なお、上述のように、図６(ａ)は平面透視図、(ｂ)はＸ線照射領域Ｂ１のＸ線透過像、(ｃ)はＸ線照射領域Ｂ２のＸ線透過像を示している。
【００３４】
(１)まず、基板１の裏面側からＸ線を照射して、図６(ｂ)，(ｃ)に示すような透過像を得る。
(２)次に、得られたＸ線透過像（図６(ｂ)，(ｃ)）から、はんだバンプ３が溶融して流動したはんだ３ａの形状を検出して、部品側パッド電極２と基板側パッド電極１２の、はんだバンプ３（はんだ３ａ）による接続状態の良否を識別（判定）する。
【００３５】
この実施形態２では、部品側パッド電極２の幅Ｗ２及びはんだバンプ３の幅Ｗ３（＝Ｗ２）を、基板側パッド電極１２の幅Ｗ１よりも大きくしているので、はんだバンプ３が溶融していない場合と、はんだバンプ３が溶融したはんだ３ａが流動した場合の、形状変化の程度が大きくなるとともに、はんだバンプ３が溶融したはんだ３ａの、基板側パッド電極１２の表面への流れ込み部分の長さ（不透過部分の長さ）を長くすることが可能になる（すなわち、はんだバンプ３の大きさ（幅）Ｗ２に対して、基板側パッド電極１２の幅Ｗ１が小さくなっていることから、はんだ３ａの流れ込み長さが、実施形態１の場合よりも大きくなる）ため、さらに確実に接続状態の良否を識別することが可能になる。
【００３６】
なお、Ｘ線透過像を得る領域を、図６(ｂ)の領域Ｂ１から、それよりも狭い、図６(ｃ)の領域Ｂ２に絞り込むことにより、溶融したはんだ３ａがその表面の全体にゆきわたっていない基板側パッド電極１２（１２ａ）については、Ｘ線不透過部分がごくわずかしか認められず、ほぼ全体がＸ線透過部分として認識されるようになるため、溶融したはんだ３ａがその表面の全体にゆきわたった基板側パッド電極１２を極めて容易に識別することが可能になり、容易に接続状態の良否を識別することが可能になる。
【００３７】
なお、この実施形態２のように構成した場合、部品側パッド電極の配設ピッチが小さい表面実装部品を実装する場合に特に有意義であり、ショート不良の発生を抑制することが可能になる。
【００３８】
なお、上記実施形態１及び２では、表面実装部品がＩＣチップである場合を例にとって説明したが、本願発明は、ＩＣチップ以外の表面実装部品を実装するにあたって、部品側パッド電極を基板側パッド電極に接続する場合に広く適用することが可能である。
【００３９】
本願発明はさらにその他の点においても上記実施形態１，２に限定されるものではなく、基板の構造や材質、部品側パッド電極や基板側パッド電極の具体的な形状、寸法、材質、はんだバンプの構成や材質などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）のパッド電極の接続状態の検査方法は、基板の表面に形成された基板側パッド電極が、部品対応領域の内側に、かつ、部品対応領域の外縁に沿って一列に配設されているので、表面実装部品を高密度実装した場合にも、各表面実装部品の電極どうしの短絡を招いたりすることがなく、また、基板側パッド電極の長さが、表面実装部品の基板と対向する面に形成された、対応する部品側パッド電極の長さより長く、かつ、基板側パッド電極が、対応する部品側パッド電極よりも部品対応領域の中央側に長く延びて形成されているので、例えば、Ｘ線撮影による非破壊検査で、はんだバンプが溶融流動した後のはんだの形状を検出することにより、部品側パッド電極と基板側パッド電極の、はんだバンプによる接続状態の良否を容易かつ確実に識別することができる 。
また、基板の裏面側からＸ線を照射し、部品対応領域の内側の、外縁が複数の基板側パッド電極を長さ方向の途中部分で横切る領域についてＸ線透過像を得るとともに、得られたＸ線透過像から、はんだバンプが溶融流動した後のはんだの形状を検出するようにしているので、部品側パッド電極と基板側パッド電極の、はんだバンプによる接続状態の良否を容易かつ確実に識別することが可能になり、表面実装部品の実装信頼性を向上させることが可能になる。
【００４１】
また、本願請求項２のパッド電極の接続構造のように、部品側パッド電極の幅を基板側パッド電極の幅より大きくした場合、部品側パッド電極上にはんだバンプを形成する場合に、はんだバンプの幅を基板側パッド電極の幅より大きくすることが可能になり、基板側パッド電極の長手方向へのはんだの流れ込み量を大きくして、識別の精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態（実施形態１）において、ＩＣチップを基板上に載置した状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図である。
【図２】本願発明の一実施形態（実施形態１）において、ＩＣチップを基板上に載置してリフローした後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図である。
【図３】本願発明の一実施形態（実施形態１）において、ＩＣチップを基板上に載置してリフローした後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のＸ線照射領域ＢのＸ線透過像を示している。
【図４】本願発明の一実施形態（実施形態１）において、ＩＣチップを基板上に載置してリフローした後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のＸ線照射領域ＢのＸ線透過像を示している。
【図５】本願発明の他の実施形態（実施形態２）において、ＩＣチップを基板上に載置した状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図である。
【図６】本願発明の他の実施形態（実施形態２）において、ＩＣチップを基板上に載置してリフローした後の状態を示す図であり、(ａ)は平面透視図、(ｂ)はＸ線照射領域Ｂ１のＸ線透過像、(ｃ)はＸ線照射領域Ｂ２のＸ線透過像を示している。
【図７】従来のパッド電極の接続構造を示す図であり、(ａ)は平面図、(ｂ)は(ａ)のａ−ａ線断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 部品側パッド電極
３ はんだバンプ
３ａ はんだバンプが溶融したはんだ
４ ＩＣチップ（表面実装部品）
１２ 基板側パッド電極
１２ａ はんだがゆきわたっていない状態の基板側パッド電極
Ａ 部品対応領域
Ｌ１ 基板側パッド電極の長さ
Ｌ２ 部品側パッド電極の長さ
Ｌ３ はんだバンプの長さ
Ｗ１ 基板側パッド電極の幅
Ｗ２ 部品側パッド電極の幅
Ｗ３ はんだバンプの幅
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ Ｘ線照射領域

Claims (2)

  1. 基板の表面に形成された基板側パッド電極が、表面実装部品の平面形状に対応する領域（以下、「部品対応領域」）の内側に、かつ、部品対応領域の外縁に沿って一列に配設されているとともに、基板側パッド電極の部品対応領域の外縁に略直交する方向の寸法（以下、「基板側パッド電極の長さ」）が、表面実装部品の基板と対向する面に形成された、対応する部品側パッド電極の、表面実装部品の外縁に略直交する方向の寸法（以下、「部品側パッド電極の長さ」）より大きく、かつ、基板側パッド電極が、対応する部品側パッド電極よりも部品対応領域の中央側に長く延びており、
    部品側パッド電極が、対応する基板側パッド電極に、はんだバンプが溶融して流れ込んだはんだにより接続されたパッド電極の接続構造におけるパッド電極の接続状態の検査方法であって、
    前記基板の裏面側からＸ線を照射し、前記部品対応領域の内側の領域であって、外縁が前記複数の基板側パッド電極を長さ方向の途中部分で横切る領域についてＸ線透過像を得る工程と、
    得られたＸ線透過像から、前記はんだバンプが溶融し、前記基板側パッド電極上を流動した後のはんだの形状を検出して、部品側パッド電極と基板側パッド電極の接続状態の良否を識別する工程と
    を具備することを特徴とするパッド電極の接続状態の検査方法。
  2. 前記部品側パッド電極の幅が、前記基板側パッド電極の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のパッド電極の接続状態の検査方法。
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