JP3715843B2 - 樹脂封止体の開封装置及びその開封方法 - Google Patents

樹脂封止体の開封装置及びその開封方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂封止体の開封装置及びその開封方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、保護膜及び層間膜としてポリイミドを用い、その上から樹脂封止した集積回路チップを開封する場合に、予め、集積回路チップの上方の封止樹脂の表面にグラインダ等の掘削手段を用いて凹部を加工し、その後に、発煙硝酸を加工された凹部分に滴下したり、または、容器に満たした発煙硝酸に集積回路全体を浸すことによって封止樹脂を溶解除去する方法が採用されている。
【０００３】
また別の開封方法として、集積回路チップ上層の封止樹脂を研磨機を用いて機械的に除去する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の溶解除去による方法では、特に、保護膜及び層間膜にポリイミドを用いた樹脂封止した構造の集積回路の場合において、ポリイミド層が発煙硝酸によって溶解してしまうことから、ポリイミド層に挟まれたアルミニウム配線が、ポリイミド層の溶解に伴って移動してしまう事があった。
【０００５】
一方、集積回路チップ上層の封止樹脂を研磨機を用いて機械的に除去する方法を用いた場合には、研磨機に対して試料を固定するときに、正確に研磨機の砥石の移動方向に対する水平が取れていない場合や、削り過ぎを回避することが困難となるために、集積回路チップ内の、本来は残留させることを意図した上段のアルミニウム配線の一部を掘削除去してしまう問題があった。
【０００６】
また、ポリイミドを用いない集積回路の開封に一般的に用いられる、一旦集積回路を加熱した後に機械的な応力を加えることによって集積回路の封止樹脂を除去する所謂「焼き割り」と呼ばれる方法によれば、加熱によってポリイミド層を変形させてしまい、本来残留させることを意図した上段のアルミニウム配線を変形させ、一部に断線を発生させるという問題がある。
【０００７】
以上のように上記いずれの方法も、上段アルミニウム配線が移動したり、または、一部掘削除去されてしまうために、集積回路の故障解析等を実施する場合において、アルミニウム配線構造の把握や、アルミニウム配線の断線の観察が不可能となる問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであり、集積回路を含む所定回路の故障解析等を実施するときに、上段アルミニウム配線の移動を防止し、また過剰な掘削除去を防ぐことで、アルミニウム配線構造の把握や、アルミニウム配線の断線の観察を可能にできる樹脂封止体の開封装置及びその開封方法の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、表面に層膜部材を被覆した集積回路を樹脂にて封止した樹脂封止体の開封装置であって、前記層膜部材側から前記樹脂封止体を封止した樹脂を所定厚さまで研磨により掘削する掘削手段と、前記掘削の状態を観察する観察手段と、前記掘削手段により掘削された前記樹脂封止体を、前記層膜部材側から前記層膜部材までレーザ照射により部分的に掘削するレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段により掘削した後も、液体中で前記層膜部材上に残留した樹脂に超音波を印加することで除去する洗浄手段と、を具備することを特徴としている。
【００１０】
また、前記所定厚さは、前記回路と前記樹脂封止体から延びたリードと接続された金ワイヤとを接続する金ボールの直径に等しい厚さであることを特徴としている。
【００１１】
また、前記レーザ照射手段は、位置を移動させながら前記部分的な掘削を行う移動機構とともに、ＹＡＧレーザ発生部を有することを特徴としている。
【００１２】
また、前記層膜部材は、ポリイミド製であり、前記ＹＡＧレーザ発生部のエネルギを９０ｍＪ以下としたことを特徴としている。
【００１３】
また、前記洗浄手段において使用する液体は、前記層膜部材を化学的に溶解しないことを特徴としている。
【００１４】
また、表面に層膜部材を被覆した集積回路を樹脂にて封止した樹脂封止体の開封方法であって、観察手段により前記掘削の状態を観察しながら、掘削手段により前記層膜部材側の前記樹脂を所定厚さまで研磨により掘削する工程と、前記掘削手段により掘削された前記樹脂樹脂封止体を、前記層膜部材側からレーザ照射手段により前記層膜部材まで部分的に掘削する工程と、前記レーザ照射手段により掘削した後も、液体中で前記層膜部材上に残留した樹脂にに超音波を印加することにより除去する工程と、を具備することを特徴としている。
【００１５】
また、前記研磨により掘削する工程は、所定厚さである前記回路と前記樹脂封止体から延びたリードと接続された金ワイヤとを接続する金ボールの直径に等しい厚さまで掘削することを特徴としている。
【００１６】
また、前記レーザ照射手段により掘削する工程は、移動機構によりＹＡＧレーザ発生部の照射位置を移動させながら掘削を行うことを特徴としている。
【００１７】
また、前記ＹＡＧレーザ発生部の照射位置は、一筆書きで移動することを特徴としている。
【００１８】
また、前記層膜部材はポリイミド製であり、レーザ照射手段により掘削する工程において、前記ＹＡＧレーザ発生部のエネルギを９０ｍＪ以下としたことを特徴としている。
【００１９】
そして、前記除去する工程において、使用する液体は、前記層膜部材を化学的に溶解しないことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な各実施形態について添付図面を参照して述べる。
【００２１】
図１は、各実施形態に共通する樹脂封止体の開封装置の外観斜視図であって、容器手段以外を総べて図示している。
【００２２】
本図において、樹脂封止体であるサンプルは封止樹脂１を掘削手段であるエンドミル加工装置１７で掘削するために、ＸＹステージ１２上に加工面を上にして、図示のように不動状態で固定される。このＸＹステージ１２は基部１１に固定されるスライドベース上に設けられており、モータ１３、１４によりＸＹ方向にサンプルを駆動するように構成されている。
【００２３】
また、エンドミル加工装置１７は基部１１上に固定される支柱によりＺ方向に移動可能に構成されており、所定深さの掘削加工を行なえるように構成されている。また、観察手段である実体顕微鏡１５も基部１１上に支柱を介して固定されており掘削状態を拡大して観察できるようにしている。また、掘削加工時に発生する発熱を主に冷却する流体をサンプル上に流出させるためのノズル１９も基部１１上に固定されている。
【００２４】
一方、掘削加工後のサンプルを、層膜部材であるポリイミドまでレーザ照射で部分的に掘削するレーザ照射装置１６は、基部１１の他の部位において支柱により固定されており、上記のＸＹステージ１２の部分にレーザ照射できるように構成されている。
【００２５】
また、層膜部材を溶解しない液体である例えばアセトンを貯蔵するとともに、超音波振動を印加することでレーザ照射後にこげた状態で残留した層膜部材を除去するための容器は、この基部１１の近傍に設けられている。また、モータ１３、１４とレーザ装置１６は、制御装置２０に接続されており、後述のように一筆書きでレーザ掘削をできるようにしている。
【００２６】
以下に、保護膜及び層間膜にポリイミドを用いた集積回路チップを樹脂封止した構造の集積回路を開封した各実施形態につき、図１に図示の装置の一部を使用した場合について図２（ａ）〜（ｄ）のサンプル断面図とともに説明する。
【００２７】
第１の実施形態は、図２（ａ）において、保護膜及び層間膜にポリイミド７を用いた集積回路チップ２をダイフレーム３に設け樹脂封止した構造のサンプル（集積回路）として市販のLB1668(モータドライバ)を用意した。このLB1668を、集積回路チップ２の表面が上になるように、実体顕微鏡１５下（最大倍率で４０倍）に設置し、集積回路チップ２の位置を確認しながら、集積回路チップ２の上方及び周辺部の封止樹脂１を手動の金属製のやすりを用い、集積回路チップ２とリード６を接続する金ワイヤ５の金ボール４が見えるまで除去した。
【００２８】
尚、掘削手段として金属製のやすりを用いて手動で掘削作業を実施したが、掘削時に、掘削手段と樹脂の摩擦によって生じる熱が集積回路チップ２に伝わらないように掘削作業を行うことが肝要であり、この用件を満たすものであれば金属製のやすりに限らず、紙やすりや水ペーパ、電動グラインダ等を用いてもよい。集積回路チップ２の周辺部は、集積回路チップ２の位置が確認でき、集積回路チップ２上方に残留する封止樹脂１が、集積回路チップ２から所定厚さかどうかを測定可能な程度に削れば十分であり、全周に渡って削る必要はない。このように集積回路チップ２上方の封止樹脂１を実体顕微鏡で確認しながら、所定厚さとなるまで掘削し図２（ｂ）に図示の状態を得る。
【００２９】
次に、この集積回路を、市販のパルス励起ＹＡＧレーザ（Ｎｄ＋ガラスロッドを用いた、波長1.06 (μm)の近赤外線のガラスレーザ）照射装置のＸＹステージ１２上に設置し、金属顕微鏡で集積回路チップ２上での照射位置を確認しながら、集積回路チップ２に垂直にレーザを照射することで図２（ｃ）に図示のように部分的なレーザ加工を行なった。このとき、レーザの対物レンズが２０倍とし、レーザの強度は電圧で制御し、その値は0.9(k volt)以下とした。レーザの照射は、その都度、残留封止樹脂１の除去の状況を確認しながら、照射位置を装置に付属の顕微鏡で決めて、この作業を繰り返した。
【００３０】
レーザを照射された部分は、封止樹脂１がレーザによって焼けこげて中心部分が露出し周囲部分に黒くこげた樹脂が確認できた。露出した中心部分には、場所によって、ポリイミド層にあるアルミニウム配線が見えたり、あるいは、ポリイミド層よりも下層の回路が見えたりしたが、いずれも、ポリイミド７を突き抜けていないことを顕微鏡で確認できた。
【００３１】
次に、この集積回路全体を、予めガラス製のビーカ７０に満たしたアセトン８に浸した後、市販の超音波洗浄器３０に、約１分かけることで、図２（ｄ）に図示のように残留した分の封止樹脂１ａをポリイミド７面から除去することができた。尚、上記のようにポリイミド層を化学的に溶解しない液体としてアセトン８を用いたが、条件を満たすものであれば、他の溶剤を用いても良い。
【００３２】
この後、この集積回路をビーカ７０から取り出して、集積回路チップ２の表面を金属顕微鏡で観察したところ、先に、レーザを照射したときに集積回路チップ２表面に残留した樹脂１や樹脂のこげ１が除去されており、逆に、ポリイミド層及びアルミニウム配線が除去されていないこと、また、移動もしていないことが確認できた。
【００３３】
第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、レーザを照射する工程で、プログラム制御のＸＹステージを用いた点が異なっている。
【００３４】
まず、第１の実施形態と同様に、集積回路としてLB1668(モータドライバ)を用意した。このLB1668を、集積回路チップ２の表面が上になるように、集積回路チップ２の位置を確認しながら、集積回路チップ２の上方及び周辺部の封止樹脂を手動の金属製のやすりを用い、集積回路チップ２の金ワイヤ５の金ボール４が見えるまで除去する。
【００３５】
次に、予め、パソコンにプログラムを入力し、集積回路チップ２を制御装置２０のプログラムで制御されるＸＹステージ１２上で、所謂一筆書き状に断続的に移動させ、その都度、残留封止樹脂に対して出力エネルギを調節したレーザを照射した。具体的には、最終的に集積回路チップ２上の残留封止樹脂の全体にまんべんなく照射されるように、図３の外観斜視図に示すように、間隔Ｐである50（μｍ）で、所謂一筆書きになるように、集積回路チップ２の位置をパソコン制御しながら移動させた。
【００３６】
次に、この集積回路全体を、予めガラス製のビーカ７０に満たしたアセトン８に浸した後、市販の超音波洗浄器３０に、約１分かけた。その後、この集積回路をビーカ７０から取り出して、集積回路チップ２の表面を金属顕微鏡で観察したところ、先に、レーザを照射したときに集積回路チップ２の表面に残留した樹脂１ａや樹脂のこげ分が除去された。また逆に、ポリイミド層７及びアルミニウム配線が除去されていないこと、また、移動もしていないことが確認できた。
【００３７】
以上のように、第２の実施形態においては、手動でレーザ照射位置を移動させた場合に比して、レーザを照射する工程の時間を1/3に短縮することができた。
【００３８】
第３の実施形態は、集積回路の封止樹脂１を掘削除去する工程で、電動グラインダと冷却水を用いた点が異なっている。
【００３９】
まず、ポリイミド層７に熱が過度に伝わらないように、予め用意した冷却水を集積回路全体にノズル１９から噴射することによって冷却しながら、電動グラインダを用いて集積回路チップ２の表面の封止樹脂１を、集積回路チップ２の金ワイヤ５の金ボール４が見えるまで掘削した。
【００４０】
試みに後のレーザ照射工程が終了した後に実体顕微鏡１５で、ポリイミド層７を観察したところ、電動グラインダを用いたことによる、ポリイミド層の熱的な溶融、分解がないことが確認できた。
【００４１】
次に、レーザの照射の工程は、上記のプログラム制御のステージを用いて、同様のプログラムでステージを移動させて、出力エネルギを調節したレーザを照射して行った。以上のようにして加工した集積回路全体を、予めガラス製のビーカ７０に満たしたアセトン８に浸した後、市販の超音波洗浄器に、約１分かけた。その後、この集積回路をビーカ７０から取り出して、集積回路チップ２の部分を金属顕微鏡で観察したところ、先に、レーザを照射したときに集積回路チップ２の表面に残留した樹脂１ａや樹脂のこげ分が除去され、逆に、ポリイミド層及びアルミニウム配線が除去されていないこと、また、移動もしていないことが、確認できた。
【００４２】
以上のように、この第３の実施形態においては、第２の実施形態でのレーザ照射工程での時間短縮に加えて、さらに、掘削作業の時間を1/2に短縮することができた。
【００４３】
図４は、第４の実施形態における動作フローチャートであって、図１に図示の装置を用いて行なわれるものである。
【００４４】
本図において、サンプルである集積回路チップをＸＹステージ１２にセットして、顕微鏡１５の加工面への合焦が行われて、エンドミル装置１７が起動される下準備がステップＳ１で行われる。続いて、ステップＳ２で、冷却水をノズル１９から流出しつつエンドミル装置１７をＺ軸方向に降下しつつ顕微鏡で加工深さをモニターしつつ封止樹脂１の除去が行われる。ステップＳ３で金ボールの一部が露出することが確認されると切削加工を終える。
【００４５】
この後に、ステップＳ４において、エンドミル装置１７を退避させ、レーザ照射装置１６をＸＹステージ上に位置決めするとともに、レーザ照射により層膜部材であるポリイミド層７まで部分的に掘削する。
【００４６】
この後に、ステップＳ６でＸＹステージ１２を移動して、例えば図３の外観斜視図に図示のように所定間隔Ｐで間欠的なレーザ加工を行ないステップＳ８において所定面積分の加工を終了するまで繰り返し行なう。
【００４７】
以上のように加工して得られたサンプルを、ＸＹステージ上から取り外して、アセトンを貯蔵した容器７０中に入れ、超音波振動を印加することで、こげとレーザ加工の残留部分を除去する（ステップＳ９）。
【００４８】
この後に、容器７０からサンプルを取出し洗浄後に、集積回路の故障解析等を実施する。
【００４９】
以上のように保護膜及び層間膜にポリイミドを用いた集積回路チップを樹脂封止した構造のサンプルを開封するときに、順に、集積回路チップの表面側の封止樹脂を所定厚さ分を残留させて掘削除去し、その後、位置を移動させながら残留した封止樹脂に、その都度、ＹＡＧレーザの照射を繰り返し、その後、ポリイミド層を化学的に溶解しない液体にサンプルを浸して超音波洗浄器中で振動させることで完全に封止樹脂を除去できる。また、残留させた封止樹脂の厚さが、集積回路チップの金ワイヤの金ボールの直径に等しくし、かつレーザの出力エネルギを９０ｍＪ以下としたことで、ポリイミド層への影響を無くして集積回路チップの樹脂開封を行なうことが可能となる。
【００５０】
すなわち、ポリイミド層を化学的に溶解させることなく、かつ、ポリイミド層に設置されたアルミニウム配線を移動させることなく、集積回路チップの表面側の樹脂を除去することが可能となるので、アルミニウム配線構造の把握やアルミニウム配線の断線の観察を誰でも行なうことができるようになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば集積回路の故障解析等を実施するときに、封止した樹脂封止体を掘削により開封し、集積回路の表面に形成された層膜部材の内部もしくはその下層にある配線を観察する際に、集積回路を封止した樹脂の偏った掘削や過剰な掘削を防ぐことで、配線構造の把握や、配線の断線の観察を、短時間で可能にできる樹脂封止体の開封装置及びその開封方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 開封装置の外観斜視図である。
【図２】（ａ）集積回路の内部構造を示した概念断面図、（ｂ）掘削後の集積回路を示した概念断面図、（ｃ）レーザ照射後の集積回路を示した概念断面図、（ｄ）超音波洗浄中の集積回路を示した概念断面図である。
【図３】レーザ光の照射位置を丸印で示した概念斜視図である。
【図４】図１の開封装置の動作説明フローチャートである。
【符号の説明】
１：封止樹脂
２：集積回路チップ
３：ダイフレーム
４：金ボール
５：金ワイヤ
６：リード
８：アセトン
１１：基部
１２：ＸＹステージ
１３：モータ
１４：モータ
１５：実体顕微鏡
１６：レーザ照射装置
１７：エンドミル加工装置
１９：ノズル
２０：制御装置
３０：超音波洗浄器
７０：ビーカ

Claims (11)

  1. 表面に層膜部材を被覆した集積回路を樹脂にて封止した樹脂封止体の開封装置であって、
    前記層膜部材側から前記樹脂封止体を封止した樹脂を所定厚さまで研磨により掘削する掘削手段と、
    前記掘削の状態を観察する観察手段と、
    前記掘削手段により掘削された前記樹脂封止体を、前記層膜部材側から前記層膜部材までレーザ照射により部分的に掘削するレーザ照射手段と、
    前記レーザ照射手段により掘削した後も、液体中で前記層膜部材上に残留した樹脂に超音波を印加することで除去する洗浄手段と、
    を具備することを特徴とする樹脂封止体の開封装置。
  2. 前記所定厚さは、前記回路と前記樹脂封止体から延びたリードと接続された金ワイヤとを接続する金ボールの直径に等しい厚さであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止体の開封装置。
  3. 前記レーザ照射手段は、位置を移動させながら前記部分的な掘削を行う移動機構とともに、ＹＡＧレーザ発生部を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止体の開封装置。
  4. 前記層膜部材は、ポリイミド製であり、前記ＹＡＧレーザ発生部のエネルギを９０ｍＪ以下としたことを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止体の開封装置。
  5. 前記洗浄手段において使用する液体は、前記層膜部材を化学的に溶解しないことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止体の開封装置。
  6. 表面に層膜部材を被覆した集積回路を樹脂にて封止した樹脂封止体の開封方法であって、
    観察手段により前記掘削の状態を観察しながら、掘削手段により前記層膜部材側の前記樹脂を所定厚さまで研磨により掘削する工程と、
    前記掘削手段により掘削された前記樹脂樹脂封止体を、前記層膜部材側からレーザ照射手段により前記層膜部材まで部分的に掘削する工程と、
    前記レーザ照射手段により掘削した後も、液体中で前記層膜部材上に残留した樹脂に超音波を印加することにより除去する工程と、
    を具備することを特徴とする樹脂封止体の開封方法。
  7. 前記研磨により掘削する工程は、所定厚さである前記回路と前記樹脂封止体から延びたリードと接続された金ワイヤとを接続する金ボールの直径に等しい厚さまで掘削することを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止体の開封方法。
  8. 前記レーザ照射手段により掘削する工程は、移動機構によりＹＡＧレーザ発生部の照射位置を移動させながら掘削を行うことを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止体の開封方法。
  9. 前記ＹＡＧレーザ発生部の照射位置は、一筆書きで移動することを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止体の開封方法。
  10. 前記層膜部材はポリイミド製であり、レーザ照射手段により掘削する工程において、前記ＹＡＧレーザ発生部のエネルギを９０ｍＪ以下としたことを特徴とする請求項８または９に記載の樹脂封止体の開封方法。
  11. 前記除去する工程において、使用する液体は、前記層膜部材を化学的に溶解しないことを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止体の開封方法。
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