JP4127979B2 - 半導体パッケージのボール端子平坦度調整方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、BGA(ボールグリットアレイ)やCSP(チップサイズパッケージ)などのパッケージのように、一平面に複数個のボール端子が配列された半導体装置実装体(本発明では、半導体パッケージという)を扱う分野に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
BGAやCSPなど、一平面に複数個のボール端子が配列された半導体パッケージでは、形成されたボール端子の先端が半導体パッケージの一平面に平行な平面内に規定の精度で収まるようになっていなければならない。
しかし、BGAやCSPのボール端子の頂点位置が一平面内になるように平坦度を保って均一に製造することは現状技術では困難であり、仮に平坦度を均一に製造できたとしても、その後の工程で熱ストレスや外部からの応力が作用することによりボール端子頂点位置の平坦度が劣化する。
そのため、BGAやCSPについては、実装工程前にレーザー変位計測装置や画像処理計測装置などの検査装置を用いて、ボール端子の頂点位置の平坦度が計測される。ボール端子頂点位置の平坦度が低い場合は、半導体パッケージを基板に実装する際に実装不良を起こす可能性があるので、この平坦度が規定値以下のものは破棄されている。
【0003】
平坦度の計測方法で、画像処理による方法としては、半導体パッケージのボール端子全体画像を撮像する二次元のラインセンサと、ボール端子が形成されている面に対し、斜め方向から撮像する三次元のラインセンサとによる2つの画像信号を求め、ボール端子の平面上での位置と、頂点の高さの平坦度を計測する方法(仮想平面方式)がある。そのような検査装置は、例えば特開2000−161916公報にも記載されている。
【0004】
ボール端子頂点位置の平坦度を計測するレーザー変位計測装置や画像処理計測装置は、いずれもボール端子の頂上部の座標位置を特定して認識し、予め与えられた演算式によりボール頂上部高さの近似値を計算して、得られた値から同様の計算方法によって得られた仮想平面との差をもって平坦度を算出する。算出された値は、予め設定された規格値と比較して、その値を超えるボール端子頂点位置の平坦度を有する半導体パッケージは不良品として除去される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザー変位計測装置にせよ、画像処理計測装置にせよ、測定特性上ボール端子の物理的な形状が均一で安定していない限り、ボール端子の頂上部を精確に特定することは難しい。現状のボール成形技術では、均一な品質のボール端子を製造することは困難である。
また、仮にボール端子の頂上部を特定できたとしても、ボール端子の物理的な形状が均一で安定していない限り、その結果を反映すべき仮想平面を厳密に実平面上に置いたときの状態を計算することは難しい。
仮に前に述べた検査装置が技術課題を解決して、精確にボール平坦度の測定を可能としたとしても、製造工程においてボール端子頂点位置の平坦度を一定に保つことはできないため、そこで生じる平坦度不良は不良品として破棄しなくてはならないという問題もある。
【0006】
本発明はそのような現状に鑑みてなされたものであり、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化する方法と装置を提供することを目的とするである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のボール端子平坦度調整方法は、以下の工程(A)から(C)を備えて半導体パッケージのボール端子先端位置の平坦度を調整する。
(A)半導体パッケージの一平面に配置された複数個のボール端子について、それらの先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第1の検査工程、
(B)第1の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び
(C)上記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第2の検査工程。
【0008】
また、本発明のボール端子平坦度調整装置は、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構を備え、その加工機構によりボール端子の先端部を加工してボール端子先端部の平坦度を調整する装置である。
ボール端子先端部の平坦度を調整するために、一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、上記一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子を加工機構の加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構が必要となる。
【0009】
本発明のボール端子平坦度調整装置においては、加工制御機構は加工機構とともに一体として備えられたものであってもよく、又はボール搭載機、ボール外観検査装置もしくは半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を利用するものであってもよい。
【0010】
加工制御機構としてボール搭載機などの機構を利用する本発明の態様では、好ましくは、加工機構がモジュール化されており、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するようになっている。
【0011】
【発明の実施の形態】
加工機構による機械的な加工は、研削又は切削により行なう。
研削の場合は加工機構として平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構を用い、切削の場合は加工機構として平面回転盤の縁に刃をもつ円盤ブレードを備えた切削機構を用いる。いずれの場合も、平面回転盤を一定の速度で回転させながら、その回転面表面の加工面又は縁の刃にボール端子の頂点部を接触させて加工することにより、ボール端子の頂点部の平坦度を均一化する。
【0012】
【実施例】
図1はボール端子平坦度調整装置の一実施例を一部斜視図を含んで示す平面図である。
複数の半導体パッケージ1がボール端子を下側にした状態で収納されたトレイストッカー(ローダー)3を図中X軸方向に移動させるためのトレイストッカー移送機構(図示は省略)が設けられている。
【0013】
トレイストッカー移送機構の検査及び研削用取り出し位置5aの上に、トレイストッカー3から半導体パッケージ1を取り出して水平面内(X−Y面内)及び垂直方向(X−Y面に直交する方向)に搬送するための第1のピックアップ機構7が設けられている。第1のピックアップ機構7は、先端に吸着部を備えた筒状のピックアック部7aを備えている。
【0014】
第1のピックアップ機構7は、ピックアック部7aを目的の半導体パッケージ上に移動させた後、ピックアック部7aを下降させ、ピックアック部7aが予め設定された下死点位置に到達したときにピックアック部7aの下降を停止させる。真空吸引によりピックアック部7aの先端に半導体パッケージ1を吸着させ、ピックアック部7aを上昇させて、トレイストッカー3から半導体パッケージ1を取り出す。
【0015】
第1のピックアップ機構7によるピックアック部7aの移動範囲内に、例えば仮想平面方式により半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度を計測するための画像処理検査装置9が配置されている。
第1のピックアップ機構7によるピックアック部7aの移動範囲内には、突出したボール端子の頂点を研削するための平面加工面を有するブレード11aを備えた研削機構11も配置されている。研削機構11はベルトを介してブレード11aを水平面内(X−Y面内)で回転させるためのモータ11bと、ブレード11aの回転速度を一定速度に制御するためのサーボモータ11cを備えている。ボール端子の機械的加工の際、ボール端子が帯電すると内部回路に悪影響を与えることがあるので、帯電を抑えるために、例えばブレード11aの材料はボール端子の素材である半田の帯電列(帯電のしやすさ)に近い材質とし、ステンレス鋼、鉄、ニッケルなどを円盤状にして、その表面をヤスリ状に加工したものが好ましい。ブレード11aの回転速度はモータ11bの制御により任意に設定できる。
【0016】
検査及び研削用取り出し位置5aよりも下流のトレイストッカー移送機構の不良品取り出し位置5bの上に、トレイストッカー3から半導体パッケージ1を取り出して水平面内及び垂直方向に搬送するための第2のピックアップ機構13が設けられている。第2のピックアップ機構13は、先端に吸着部を備えた筒状のピックアック部13aを備えており、ピックアップ部7aを用いた第1のピックアップ機構7による半導体パッケージ1の取り出しと同様にして、ピックアップ部13aを用いてトレイストッカー3から半導体パッケージ1を取り出す。
第2のピックアップ機構13によるピックアック部13aの移動範囲内には、不良品の半導体パッケージ1を収納するための不良品収納トレイストッカー15が設けられている。
本発明の加工制御機構は第1のピックアップ機構7により構成され、本発明のボール端子平坦度調整装置は第1のピックアップ機構7及び研削機構11により構成される。第1のピックアップ機構7はボール端子外観計測装置の半導体パッケージ搬送機構を兼ねている。
【0017】
図2は、この実施例の動作及びボール端子平坦度調整方法の一実施例を示すフローチャートである。図1及び図2を用いてボール端子頂点位置の平坦度の検査及び調整の動作を説明する。
トレイストッカー移送機構により、複数のトレイストッカー3が段積みされた段積みストッカー(図示は省略)から目的の一枚のトレイストッカー3を取り出し、第1のピックアップ機構7が待機する検査及び研削用取り出し位置5aに搬送する(ステップS1)。
【0018】
第1のピックアップ機構7はセンサー(図示は省略)によりトレイストッカー3の到着を検知する。第1のピックアップ機構7は、トレイストッカー3に収納された全ての半導体パッケージ1の中心位置を予め記憶しており、トレイストッカー3の配列に沿って、目的の半導体パッケージ1の直上へピックアップ部7aを移動させ、続いてピックアップ部7aを下降させる。ピックアップ部7aの下降の高さはトレイストッカー3に収納された半導体パッケージの高さから下死点が予め設定されている。第1のピックアップ機構7は、その下死点直前で、第1のピックアップ機構7に備えられた真空機構(図示は省略)を動作させることにより、ピックアップ部7aの先端を真空状態にし、半導体パッケージ1をピックアップ部7aの先端に吸着させる。その後、ピックアップ部7aを上昇させてトレイストッカー3から目的の半導体パッケージ1を取り出す(ステップS2)
【0019】
第1のピックアップ機構7により、取り出した半導体パッケージ1を画像処理検査装置9に移動させた後、画像処理検査装置9により半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度を計測する(ステップS3)。
画像処理検査装置9により半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であるか否かを判定する(ステップS4)。
【0020】
半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であると判定したとき(Yes)、良品半導体パッケージと認識して(ステップS5)、半導体パッケージ1をトレイストッカー3の元の収納位置に戻す(ステップS12)。
半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲外であると判定したとき(No)、第1のピックアップ機構7により半導体パッケージ1を研削機構11のブレード11a上の所定位置へ移動させる(ステップS6)。
【0021】
研削機構11によりモータ11bを回転させてブレード11aを一定速度で回転させ、サーボモータ11bによりをブレード11aの回転速度を制御する。第1のピックアップ機構7により、半導体パッケージ1を下降させてボール端子をブレード11aの加工面(上面)に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含みボール端子が配列された一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ一平面側に後退させるように、ボール端子を研削する(ステップS7)。
【0022】
図3に示すように、ステップS6でブレード11a上の所定位置へ移動された半導体パッケージ1の上面(ボール端子面とは反対側の面)の高さは座標Aで一定である((A)参照)。半導体パッケージ1の下で回転するブレード11aの加工面位置も一定である。座標Aからブレード11aの加工面までの距離をLとすると、ステップS7で第1のピックアップ機構7により、距離Lから半導体パッケージ1の厚み分及び残存させるボール端子の厚み分を差し引いた分だけ、半導体パッケージ1を座標Aから下降させることによってボール端子頂上部を所望量だけ研削することができる((B)参照)。半導体パッケージ1の下降距離はモータのパルス数で設定すればよい。残存させるボール端子の厚み分は、画像処理検査装置9により計測した平坦度誤差分により求める。ステップS7での動作により、図4に示すように、ボール端子は平坦度誤差分が切除されることにより((A)研削前参照)、良好な平坦度を得ることになる((B)研削後参照)。
【0023】
ステップS7でボール端子頂点部の平坦度を調整した後、第1のピックアップ機構7により半導体パッケージ1を画像処理検査装置9へ移動させた後、画像処理検査装置9により半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度を再度計測する(ステップS8)。
半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であると判定したとき(Yes)、良品半導体パッケージと認識し(ステップS10)、半導体パッケージ1をトレイストッカー3の元の収納位置に戻す(ステップS12)。
半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲外であると判定したとき(No)、不良品半導体パッケージと認識し(ステップS11)、半導体パッケージ1をトレイストッカー3の元の収納位置に戻す(ステップS12)。
【0024】
検査及び研削用取り出し位置5aに搬送されたトレイストッカー3に収納されている全ての半導体パッケージ1についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なったか否かを判定する(ステップS13)。
トレイストッカー3にボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なっていない半導体パッケージ1が残っているとき(No)、ステップS2に戻ってボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なっていない半導体パッケージ1についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なう。
【0025】
トレイストッカー3に収納された全ての半導体パッケージ1についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を終了しているとき(Yes)、トレイストッカー移送機構により、トレイストッカー3を第2のピックアップ機構15が待機する不良品取り出し位置5bに搬送する。その後、不良品半導体パッケージ1を第2のピックアップ機構15により取り出し、不良品収納トレイストッカー15に収納する(ステップS14)。第2のピックアップ機構15の動作は第1のピックアップ機構7と同様なので説明は省略する。
第2のピックアップ機構15により、トレイストッカー3に収納された全ての不良品半導体パッケージ1を取り出して不良品収納トレイストッカー15に収納した後、トレイストッカー移送機構により、トレイストッカー3を良品収納トレイストッカー(アンローダー)として次の工程へ移送する。
【0026】
これらの一連の動作が終了した後、トレイストッカー移送機構により段積みストッカーから次のトレイストッカー3を取り出し、そのトレイストッカー3に収納された全ての半導体パッケージ1についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なう。この動作を繰り返すことにより、収納トレイストッカー3に収納された半導体パッケージ1のボール端子頂点位置の平坦度の検査及び調整を連続して行なうことができる。
【0027】
このように、研削機構11を使用すれば、ボール端子頂点位置の平坦度を実平面上に対して誤差なく一定にすることができるので、複雑な計測装置や検査装置を用いて平坦度を測定する必要がなくなる。また、この実施例では、調整後のボール端子頂点位置の平坦度が規定値を万一外れることがあっても、第2のピックアップ機構15により取り除くことができる。
このように、本発明にかかるボール端子平坦度調整方法及び装置によれば、BGAやCSPなどのボール端子頂点位置の平坦度を、高速かつ高精度に均一化することができ、専用の測定装置を使って平坦度の計測を行なう必要が無く、また、平坦度の規格を外れた不良品についても、本装置で救済が可能となり、実用的である。
【0028】
この実施例では本発明の加工制御機構を構成する第1のピックアップ機構7はボール端子外観計測装置の半導体パッケージ搬送機構を兼ねているが、本発明はこれに限定されるものではなく、加工制御機構はボール搭載機及び半導体実装装置のいずれかの半導体装置搬送機構を兼ねるようにしてもよい。また、加工制御機構は加工機構専用のものであってもよい。
【0029】
この実施例は、加工制御機構としての第1のピックアップ機構7は加工機構としての研削機構11とともに一体として備えられたものであるが、本発明のボール端子平坦度調整装置はこれに限定されるものではなく、加工制御機構はボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を利用するものであってもよい。
この実施例では加工機構として研削機構11を用いているが、本発明はこれに限定されるもの出はなく、切削機構を用いることもできる。
【0030】
【発明の効果】
本発明のボール端子平坦度調整方法では、(A)半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度を計測して良否を判定する第1の検査工程、(B)第1の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び(C)上記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子頂点位置の平坦度を計測して良否を判定する第2の検査工程を備えているようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【0031】
本発明のボール端子平坦度調整装置の一態様では、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構と、一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、上記一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子を加工機構の加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構を備えているようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【0032】
本発明のボール端子平坦度調整装置の他の態様では、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構がモジュール化されており、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて半導体パッケージを搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボール端子平坦度調整装置の一実施例を一部斜視図を含んで示す平面図である。
【図2】同実施例の動作及びボール端子平坦度調整方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図3】ボール端子研削時の半導体パッケージの下降距離を説明するための図であり、(A)は下降前、(B)は下降後を示す。
【図4】ボール端子頂点位置の平坦度誤差を示す図であり、(A)は研削前、(B)は研削後を示す。
【符号の説明】
1 半導体パッケージ
3 トレイストッカー
5a 検査及び研削用取り出し位置
5b 不良品取り出し位置
7 第1のピックアップ機構
7a ピックアップ部
9 画像処理検査装置
11 研削機構
11a ブレード
11b モータ
11c サーボモータ
13 第2のピックアップ機構
13a ピックアップ部
15 不良品収納トレイストッカー
Claims (6)
- 以下の工程(A)から(C)を備えた半導体パッケージのボール端子平坦度調整方法。
(A)半導体パッケージの一平面に配置された複数個のボール端子について、それらの先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第1の検査工程、
(B)前記第1の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、加工しようとするボール端子と帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤を用いた研削により、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び
(C)前記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第2の検査工程。 - 前記ボール端子は半田からなり、前記平面回転盤はステンレス鋼、鉄、ニッケルのいずれかからなる請求項1に記載のボール端子平坦度調整方法。
- 一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構と、
一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、前記一平面を前記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構とを備え、
前記加工機構は、加工しようとするボール端子の帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤をもち前記平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構であるボール端子平坦度調整装置。 - 前記加工制御機構は、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を兼ねている請求項3に記載のボール端子平坦度調整装置。
- 一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構がモジュール化されており、
前記加工機構は、加工しようとするボール端子の帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤をもち前記平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構であり、
ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を前記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するボール端子平坦度調整装置。 - 前記ボール端子は半田からなり、前記平面回転盤はステンレス鋼、鉄、ニッケルのいずれかからなる請求項3,4又は5に記載のボール端子平坦度調整装置。
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