JP4382718B2 - 半田ボールを有するパッケージの検査方法、検査システム、および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、半田ボールが配置されるパッケージの検査方法等に係り、より詳しくは、実基板に実装された状態にて検査を可能とする検査方法等に関する。

ノートブック型ＰＣやデスクトップ型ＰＣなどの電子機器では、近年、その主要コンポーネントとして、高機能ＩＣパッケージが広く用いられている。この高機能ＩＣパッケージは、例えばＢＧＡ(Ball Grid Array：ボール・グリッド・アレイ)パッケージやＣＳＰ(Chip Size Package：チップ サイズ パッケージ)など、高密度多層配線基板を用いたパッケージである。そしてこれらには、ＬＳＩ(大規模集積回路)が内蔵されて、シリコンチップとＬＳＩの外部とを電気的に接続する機能を備えている。このＢＧＡパッケージは、集積回路(ＩＣ)パッケージのひとつであり、パッケージの裏面に入出力用のパッドが並べられ、多ピンのＩＣを表面実装するために広く用いられている。ＢＧＡパッケージにおけるＩＣチップとの接続はワイヤーボンディングやフリップチップが採用されている。そして、プリント配線板との接続は、二次元格子状に配置された半田ボールの電極にて行なわれている。一方、ＣＳＰは、ＢＧＡパッケージと同じ基本構造にて、ＩＣチップとほぼ同じ大きさを実現する超小型パッケージである。そして、これが二次元格子状に配置され、プリント配線板との接続がなされる。

公報記載の従来技術として、例えば、ＢＧＡパッケージを搭載したＢＧＡ基板において、温度ストレスに弱いＢＧＡ基板の内周部を連結し、定電流回路および電圧監視回路に接続されるように構成したものが存在する。そして、ＢＧＡ接合部の良否を、ＢＧＡ基板、ＢＧＡ、ＢＧＡ受け基板を接続する配線とこの配線に一定の電流を供給する定電流回路と電圧監視回路とで判定することで、温度ストレスによるＢＧＡ基板の接合部の状態を常時監視している(例えば、特許文献１参照。)。また、矩形(方形状)パッケージであるＢＧＡ/ＣＳＰ型の電子部品のコーナー部に配置された半田ボールと、プリント配線板の各コーナー部に設けられた半田接続パッドとの接続不良を検査する技術の開示もある(例えば、特許文献２参照。)。ここでは、基板(製品に使用されるプリント配線板)においてＢＧＡ/ＣＳＰ型の電子部品に機械的ストレスが加わった場合に、ＢＧＡ/ＣＳＰ型の電子部品とプリント配線板との物理的な接続不良の有無を検出している。

特開２００２−７６１８７号公報(第３頁、図１) 特開２００１−２４４３５９号公報(第６頁、図１)

このように、ＢＧＡ/ＣＳＰ型の電子部品である半田ボールを用いたパッケージ基板は、曲げ等のストレスに対して他のパッケージよりも強度的には弱い。そのために、基板に過度のストレスが加わると、半田ボールにクラックが生じ、導通不良となり、システムの動作異常を引き起こしてしまう。かかる半田ボールを用いたパッケージ基板の問題に対し、上記特許文献１および特許文献２に記載した技術を用いることで、ＢＧＡ接合部の接続状態を把握することは可能である。

ここで、この特許文献１および特許文献２では、図１１に示すように、半田ボールをチェーン状に連結して検査する方法が採用されている。この図１１に示すシステム基板２００では、ＢＧＡパッケージ２０１とＢＧＡ受け基板２０４とを備えている。ＢＧＡパッケージ２０１は、ＢＧＡ基板２０２上に半田ボール２０３が配列され、ＢＧＡ基板２０２が半田ボール２０３を介してＢＧＡ受け基板２０４と接続可能に構成されている。また、ＢＧＡ受け基板２０４には連結パターン２０６が設けられ、ＢＧＡ基板２０２にも連結パターン２０５が設けられている。これらの連結パターン２０５、２０６と、半田ボール２０３とによって、図１１に示す例ではデイジーチェーンが形成されている。上記特許文献１および特許文献２では、このようなデイジーチェーンを用いて複数の半田ボール２０３のループを作り、その両端の導通を確認することで、これらの複数の半田ボール２０３におけるクラックの有無を判定している。

この特許文献１や特許文献２に記載されているデイジーチェーンを用いた判定方法は、理想的な状態での半田ボール強度を測定するためには有効である。しかしながら、実際の製品に使用されるプリント配線板に実装された状態でどの程度の耐久性があるのかは、対象部品の周りに実装されたパーツによって左右される。即ち、パーツが実装されると、このパーツによって基板の湾曲状態が変化するために、デイジーチェーンを用いた判定方法では製品形態での耐久性のレベルについて正しく判断することができない。このとき、実際の基板の動作テストを通して確認しようとすると、そのプログラムによる不具合検出の範囲にも依存してしまい、容易に測定することができない。また、その測定のためのプログラムの開発には膨大な時間と工数がかかってしまう。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＢＧＡパッケージやＣＳＰなどの半田ボールを用いたパッケージについて、実際のプリント配線板に実装された状態にて機械的強度を測定することにある。
また他の目的は、ストレス印加装置と専用のプローブによってストレスが掛かった状態を再現することにより、検出能力を向上させることにある。

かかる目的のもと、本発明は、半田ボールを有するパッケージ実装基板を検査する検査方法であって、パッケージが基板に実装された状態にて、パッケージの特定の半田ボールに接続される基板の端子にプローブを当接させ、基板にストレスが加えられていない第１の状態にてプローブを用いて端子に電流を流して第１の特性を測り、基板に所定のストレスが加えられた後の第２の状態にてプローブを用いて端子に電流を流して第２の特性を測り、第１の特性と第２の特性とを比較して特定の半田ボールの半田クラックの有無を検知することを特徴としている。

ここで、このプローブは、基板の変形に際しても端子との当接を維持するよう弾性を有することを特徴とすれば、基板に力が加わり基板が曲げられた状態でも接触を維持でき、断線検出を行うことが可能となる。そして、クラックの発生があった際に電気的な接触の維持によって、クラックのあることを発見できる点で好ましい。
また、このプローブは複数用意され、基板の複数の端子に個々のプローブの先端部を当接させることを特徴とすることができる。

更に、個々のプローブは、チャンネルの切り替えによって個々のプローブの何れかから当接する端子に電流を流し、切り替えられるチャンネル毎に第１の特性および第２の特性を測って半田ボールのクラックの有無を検知することを特徴とすることができる。
また、この第１の特性および第２の特性は、電流が端子に流された際に測定される電流・電圧特性であることを特徴とすることができる。

一方、本発明は、半田ボールを有するパッケージ実装基板を検査する検査システムであって、パッケージが基板に実装された状態にてパッケージの半田ボールに接続された基板の端子に当接され、この基板の変形に際しても端子との当接を維持するプローブと、このプローブに電流を流し、電圧を測定して、電流・電圧特性を示すデータを出力する測定装置と、基板にストレスを印加するストレス印加装置とを含む。

また、ストレス印加装置により基板にストレスを印加する前に測定装置から出力された第１の電流・電圧特性を示すデータを格納するメモリと、このストレス印加装置により基板にストレスが印加された後に測定装置から出力された第２の電流・電圧特性を示すデータと、メモリに格納された第１の電流・電圧特性を示すデータとを比較する手段とを含む制御装置を更に備えることを特徴とすることができる。このように構成することで、半田クラックによる断線状態を自動的に判別できる点で優れている。
ここで、この制御装置は、比較した結果に基づき半田ボールのクラックの有無を判断する手段を更に含む。

更に、このプローブを複数備え、複数のプローブから特定のプローブを選択するチャンネル切り替え回路を備えることを特徴とすれば、基板に対する複数のプローブを一度にセットするだけで、半田ボールごとに簡易に測定することができる。

他の観点から捉えると、本発明は、半田ボールを有するパッケージ実装基板を検査する制御装置であって、パッケージが基板に実装された状態にてこのパッケージの半田ボールに接続された基板の端子に当接されるプローブから基板の端子に供給する電流を制御する供給電流制御部と、プローブから電流が供給された基板の端子の電圧を計測し、電流・電圧特性を示すデータを出力する電圧計測制御部と、基板に印加するストレスを制御するストレス印加装置制御部と、基板にストレスを印加する前の第１の電流・電圧特性を示すデータと、基板にストレスを印加した後の第２の電流・電圧特性を示すデータとを比較する比較部と、この比較部による比較結果から半田ボールの機械的強度情報を生成する機械的強度情報生成部とを含む。

ここで、この基板の複数の端子の個々に当接される複数のプローブから特定のプローブを選択するチャンネル切り替え部をさらに含み、比較部は、チャンネル切り替え部により切り替えられたチャンネル毎に、第１の電流・電圧特性を示すデータと第２の電流・電圧特性を示すデータとを比較することを特徴とすることができる。

また、第１の電流・電圧特性を示すデータを格納するデータ格納部を更に備え、比較部は、データ格納部から読み出された第１の電流・電圧特性と第２の電流・電圧特性とを比較することを特徴とすることができる。
更に、この機械的強度情報生成部は、比較部により、第１の電流・電圧特性と第２の電流・電圧特性とが異なるとの比較結果が出力された際に、半田クラックの発生に関する情報を生成することを特徴とすることができる。

本発明によれば、ＢＧＡパッケージやＣＳＰなどの半田ボールを用いたパッケージが、実際のプリント配線板に実装された状態にて、パッケージの機械的強度を簡易に測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される検査システムの構成を示した図である。図１に示す検査システムは、半田ボールを用いたＢＧＡパッケージやＣＳＰなどのパッケージが実装された測定基板１００に対して、ストレスが掛かった状態を再現し、実際のプリント配線板にＬＳＩなどが実装された状態でパッケージに半田クラックが発生していることを検出可能としている。この検査システムは、制御装置１０と、測定装置２０と、チャンネル切り替え装置３０と、ストレス印加装置４０と、複数のプローブからなるコンタクトプローブ５０とを備えている。

図１に示す測定基板１００は、ＢＧＡパッケージ１０１とプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２とを備えている。ＢＧＡパッケージ１０１とプリント配線板１０２との接続は、ＢＧＡパッケージ１０１のＢＧＡ基板１１０に微少な間隙を隔てて二次元格子状に配置された半田ボール１１１の電極にて行なわれている。ＢＧＡパッケージ１０１のＢＧＡ基板１１０上にはＩＣチップ１０３が配設され、このＩＣチップ１０３とＢＧＡパッケージ１０１とは例えばワイヤーボンディング１０４により結線されている。ワイヤーボンディング１０４の代わりにフリップチップ等を採用することもできる。本実施の形態では、測定基板１００上にこのＩＣチップ１０３が実装された実基板の状態にて機械的強度の測定を行なっている。

制御装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ(ＰＣ)によって構成され、インタフェース(Ｉ/Ｆ)１１を介して各構成要素を制御すると共に、測定装置２０から得られた値を用いて測定基板１００の検査を行なっている。より具体的には、コンタクトプローブ５０の中の特定のプローブにおける電流・電圧特性を把握し、例えば初期状態の電流・電圧特性から特性が変化した時点で半田クラックの発生を予測している。
測定装置２０は、コンタクトプローブ５０の中の特定のプローブに電流を流し、測定基板１００のピンに対して微少電流を供給するための電流源２１と、電圧を計測する電圧計測器２２とを備えている。これによって、制御装置１０にて把握される電流・電圧特性のためのデータを出力している。電流源２１からの電力供給は、制御装置１０からの制御信号Ｉ(Control signal I)によって制御される。また、電圧計測器２２による計測値は、制御装置１０に供給される。そして、測定装置２０の電流源２１のＧＮＤ(アース)は、測定基板１００のＧＮＤ端子に接続されている。この接続は、コンタクトプローブ５０を用いる場合の他、例えばクリップ状の端子等を用いて測定基板１００のＧＮＤ端子に直接、接続するように構成してもよい。
チャンネル切り替え装置３０は、制御装置１０からの制御信号ＣＨ(Control signal CH)によって動作し、測定を行なうチャンネルの切り替えを実行しており、複数のプローブであるコンタクトプローブ５０の中から特定のプローブを選択している。

ストレス印加装置４０は、制御装置１０からの制御信号Ｐ(Control signal P)によって動作し、測定基板１００の所定箇所に対してストレスを印加している。このストレスとしては加圧が代表的なものであるが、この加圧の代わりに、プリント配線板１０２の端部を掴んで揺らす等の変位を与える場合も挙げられる。
コンタクトプローブ５０は、複数のプローブによって構成されている。そして個々のプローブは、先端部にプローブピン５１を備え、このプローブピン５１に対して、弾性として例えばバネ性を付与するためのプローブピンホルダ５２を備えている。そして、このプローブピン５１は、プリント配線板１０２の裏側(図１の下側)から、測定基板１００の個々の半田ボール１１１を観察できるように配設されている。このプリント配線板１０２の裏側には、配線パターンなどの端子(パッド)１０２ａが形成されており、この端子(パッド)１０２ａは、個々に半田ボール１１１に接続されている。コンタクトプローブ５０の各プローブの先端部であるプローブピン５１を端子(パッド)１０２ａに当接させることで、コンタクトプローブ５０のプローブピン５１と半田ボール１１１との導通を取ることができる。そして、このコンタクトプローブ５０の各プローブピン５１は、前述のように、プローブピンホルダ５２によって個々にバネ性を有している。これによって、ストレス印加装置４０によるストレスが印加され測定基板１００が変形(湾曲)した場合であっても、各プローブの先端部は端子(パッド)１０２ａへの当接を維持することができる。即ち、測定基板１００が湾曲して歪んだ場合であっても、バネ性を備えたコンタクトプローブ５０によって、ＢＧＡ/ＣＳＰの半田ボール１１１が実装された測定基板１００に対応する各端子(パッド)１０２ａからの電気特性を把握することが可能となる。

この検査システムの動作原理では、測定基板１００の半田ボール１１１に対してプリント配線板１０２側のコンタクトプローブ５０(プローブピン５１)から微少な電流を流し、その端子(パッド)１０２ａの入力電圧特性を測定装置２０にて測定している。そして、ストレスを加える前の第１の状態にて、電流・電圧特性の初期特性(第１の特性)を把握し、制御装置１０のメモリに格納する。その後、ストレスを加えた後の第２の状態にて、第２の電流・電圧特性を把握する。そして、この第１の特性と第２の特性とを比較し、半田ボール１１１にクラックが有るか否かを判定している。即ち、測定にあたり、対象デバイスである測定基板１００の端子(パッド)１０２ａはコンタクトプローブ５０を介して電流源２１に、ＧＮＤピンは電流源２１のＧＮＤと接続する。このとき、端子(パッド)１０２ａに微少電流を流すと、その端子(パッド)１０２ａの入力特性を観察することができる。測定装置２０は、曲げテストの開始前に各端子(パッド)１０２ａの特性を測定し記憶しておく。そして、ストレスを規定回数、印加した後、測定基板１００を曲げた状態で各端子(パッド)１０２ａの電気特性を測定し、テスト開始以前に測定した値と比較する。この測定した値がテスト開始前の値と異なっている場合には、半田ボール１１１にクラックが発生したものと推定することができる。

図２は、測定装置２０による測定理論を説明するための図である。検査システムに測定基板１００が配置され、図１に示すようにコンタクトプローブ５０およびＧＮＤが接続された状態にて、半田ボール１１１を介して接続されるＬＳＩ(図１のＩＣチップ１０３)は、例えば図２に示すような等価回路として表現することができる。図２に示す等価回路の例では、一般のＬＳＩで見られるダイオード特性が表現されている。

図３(ａ),(ｂ)は、測定装置２０を介して観測される特性例を示した図である。図３(ａ)は、素子の違いによって観測されるＩ−Ｖ特性の一例として、例えば等価回路がダイオードの場合とレジスタの場合が示されている。半田ボール１１１にクラックが生じておらず、図１に示すシステムにて正常に導通が取られている場合には、素子の違いによって、例えば図３(ａ)に示すようなＩ−Ｖ特性(電流・電圧特性)が得られる。図３(ｂ)は、レジスタ素子の場合に、初期とクラック発生時において検知される特性例が示されている。例えば図３(ｂ)の左図のような初期特性を有するＬＳＩにて、対応する半田ボール１１１にクラックが発生すると、例えば図３(ｂ)の右図に示すような特性が検出される。このような特性の変化を捉えることで、半田ボール１１１におけるクラック状態を検知することが可能となる。

尚、この図３(ｂ)に示すような特性の変化については、例えばオシロスコープに代表される検査装置などを用いて、ディスプレイ上に現れた様子を監視者が目視により観察して判断することが可能である。しかしながら、図１に示す制御装置１０によってこの特性の変化を自動的に把握することができれば、検査が簡単に行える点からも好ましい。

図４は、制御装置１０において実行される検査処理の機能を示すブロック図である。本実施の形態が適用される制御装置１０は、ストレス印加装置４０を制御するストレス印加装置制御部１２と、チャンネル切り替え装置３０によるチャンネル切り替えを制御するチャンネル切り替え制御部１３と、電流源２１にて供給される供給電流を制御する供給電流制御部１４と、電圧計測器２２から得られた電圧値を入力する電圧値計測部１５とを備えている。また、図３に示すようなＩ−Ｖ特性などの特性データを生成する特性データ生成部１６を備えている。この特性データ生成部１６では、例えばストレス印加装置制御部１２によってなされる所定回数のストレス印加後に、チャンネル切り替え制御部１３によって切り替え制御されるチャンネル毎の供給電流と電圧値との関係が把握される。

制御装置１０は、更に、特性データ生成部１６により生成された例えば初期状態における特性データ等を格納するデータ格納部１７と、ストレス印加後の特性データとデータ格納部１７に格納されているデータとを比較する比較部１８とを備えている。また、比較部１８による比較結果に基づき、ストレス印加の程度に基づく特性データの変化から得られる機械的強度情報を生成する機械的強度情報生成部１９と、生成された機械的強度情報を出力する出力部２０とを備えている。この出力部２０による出力としては、例えば制御装置１０が自ら有するディスプレイによる表示や、外部装置に対するネットワーク等を介した送信等が該当する。

次に、図４に示す制御装置１０にて制御され、図１に示す検査システムにて実行される検査処理の流れについて説明する。
図５は、検査処理の全体的な流れを示すフローチャートである。制御装置１０のストレス印加装置制御部１２は、制御信号Ｐ(Control signal P)としてリリース(Release)信号をストレス印加装置４０に送信し、測定基板１００に対するストレスを解放状態にする(ステップ１０１)。その後、制御装置１０では、後述する処理によってイニシャル時の電圧を測定してメモリに格納する(ステップ１０２)。その後、後述する処理によってストレス印加装置４０を制御し、測定基板１００にストレスを加える(ステップ１０３)。また、ストレスを加えた後の電圧を後述する処理によって測定する(ステップ１０４)。ここで、制御装置１０では、格納されているイニシャル時の特性に関する値(初期値、イニシャル値)と、ストレス印加後の特性値との比較がなされる(ステップ１０５)。この比較の結果、特性が異なるか否かが判断され(ステップ１０６)、特性が異ならない場合には、ステップ１０３へ戻って更にストレスが加えられる。特性が異なる場合には、クラック発生情報が出力されて(ステップ１０７)、処置が終了する。

図６(ａ),(ｂ)は、図５のステップ１０２やステップ１０４に示す電圧測定処理を説明するための図である。図６(ａ)は処理の流れを示し、図６(ｂ)は読み込まれた電圧値の例を示している。図６(ａ)に示すように、電圧測定処理では、まず、制御信号ＣＨ(Control signal CH)を１チャンネルに設定し(ステップ２０１)、後述するような処理によって電圧(電圧値)が読み取られる(ステップ２０２)。読み取られる値は、図６(ｂ)に示すように、ある特定の電流Ｉ(ｍＡ)を流したときの、図１に示す電圧計測器２２で読み込まれる電圧値である。その後、制御信号ＣＨ(Control signal CH)をインクリメントし(ステップ２０３)、チャンネルが終了したか否かが判断される(ステップ２０４)。チャンネルが終了していない場合には、ステップ２０２に戻り、ステップ２０３でインクリメントされたチャンネルにおける電圧が読み取られて処理が繰り返される。チャンネルが終了している場合には、処理が終了する。この図６(ａ)に示すような電圧測定処理によって、チャンネル１〜ｎまでについて、図１に示す電流源２１から、例えば−２ｍＡ、−１ｍＡ、０ｍＡ、＋１ｍＡ、＋２ｍＡの各電流を供給したときの電圧値が電圧計測器２２で読み込まれる。これによって、図６(ｂ)に示すように、各チャンネルにおける特性データが取得できる。尚、図６(ｂ)に示すように、チャンネル毎に電圧値が異なるのは、各チャンネルにおける抵抗成分に異なりがあるためである。

図７は、図６(ａ)のステップ２０２において、設定された各チャンネルにて実行される電圧値の読み取り処理を示したフローチャートである。読み取りに際し、まず、制御装置１０の例えば供給電流制御部１４にて、対象となる電流値のステップカウント(Step_count)が設定(セット)される(ステップ３０１)。図６(ｂ)に示す例では、５カウントがセットされる。また、供給電流制御部１４では、最小供給電流値(-max_current)と最大供給電流値(+max_current)が設定(セット)される(ステップ３０２)。図６(ｂ)に示す例では、−２ｍＡと＋２ｍＡとがセットされる。そして、これらの設定により、ステップ値(Step_range)が算出され、セットされる(ステップ３０３)。このステップ値(Step_range)は、
Step_range ＝ ((+max_current)−(-max_current)) / (Step_count−1)
で求められる。図６(ｂ)に示す例では、ステップ値(Step_range)は１ｍＡである。

その後、電流値(Current)を-max_currentとし、−２ｍＡから順に測定が開始される(ステップ３０４)。供給電流制御部１４は、電流源２１に対して制御信号Ｉ(Control signal I)として電流値(Current)を出力する(ステップ３０５)。電圧値計測部１５は、電圧計測器２２によってこのときに計測される電圧値を読み取る(ステップ３０６)。そして、特性データ生成部１６を介して、チャンネル情報と電流値との対応関係を含めて、メモリであるデータ格納部１７に格納する(ステップ３０７)。次に、測定に供した電流値に対してステップ値(Step_range)を加算する(ステップ３０８)。前述の例にて、最初が−２ｍＡであるとすると、次の新たな電流値は (−２ｍＡ＋１ｍＡ)で−１ｍＡとなる。そしてステップ３０８にてステップ値(Step_range)が加算された後、加算後の電流値が最大供給電流値(+max_current)より大きいか(最大供給電流値以上か)否かが判断される(ステップ３０９)。最大供給電流値(+max_current)より大きい場合には読み込み処理は終了する。最大供給電流値(+max_current)より大きくない場合には、ステップ３０５に戻って処理が繰り返される。

次に、図５のステップ１０３にて実行されるストレス印加処理について説明する。
図８(ａ)〜(ｃ)は、このストレス印加処理を説明するための図である。図８(ａ)はストレス印加装置制御部１２にて実行されるストレス印加処理の流れを示している。また、図８(ｂ)はストレス印加装置４０によるプレス状態を示し、図８(ｃ)はストレス印加装置４０によるリリース状態の例を示している。図８(ａ)のフローチャートに示すように、ストレス印加装置制御部１２では、まず制御信号Ｐ(Control signal P)をプレスにする(ステップ４０１)。この制御信号Ｐを受けたストレス印加装置４０は、図８(ｂ)に示すように動作し、測定基板１００のプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２を押圧する。これによって、プリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２は曲げ変形する。その後、ストレス印加装置制御部１２は、制御信号Ｐ(Control signal P)をリリースにする(ステップ４０２)。この制御信号Ｐを受けたストレス印加装置４０は、図８(ｃ)に示すように動作し、測定基板１００のプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２からの圧力を解除する。これによって、プリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２の曲げ変形は元に戻る。ストレス印加装置制御部１２では、これらの操作が、予め定められたＸサイクルだけ実行されたかどうかが判断される(ステップ４０３)。Ｘサイクルを実行した場合には、ストレス印加処理は終了する。Ｘサイクルを実行していない場合には、ステップ４０１へ戻って処理が繰り返される。

図９(ａ)〜(ｃ)は、このようなストレス印加処理の動作例と、ストレス印加を施したときの測定基板１００とコンタクトプローブ５０との様子を説明するための図である。図９(ａ)では、測定基板１００における半田ボール１１１が設けられた側の端部からプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２を押圧している。図９(ｂ)では、図９(ａ)の反対側、即ち、測定基板１００における半田ボール１１１が設けられていない側の端部からプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２を押圧している。図９(ｃ)では、測定基板１００における半田ボール１１１が設けられていない側から、プリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２の中央部を押圧している。図８(ｂ)を用いて説明したストレス印加装置４０の押圧は、この図９(ａ)〜(ｃ)に示すように、任意の箇所からの押圧とすることができる。任意の箇所から押圧することで、実基板における機械的な特性を、より詳細に把握することが可能となる。
ここで、コンタクトプローブ５０の先端であるプローブピン５１は、バネ性によってプローブピンホルダ５２に支えられている。そのために、プリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２に曲げが加わった場合でも、図９(ａ)〜(ｃ)に示すようにコンタクトプローブ５０の先端(プローブピン５１)がプリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２に当接した状態が維持される。これによって、プリント配線板(ＢＧＡ受け基板)１０２が変形した場合であっても、半田ボール１１１を介したＬＳＩの電流・電圧特性(Ｉ−Ｖ特性)を把握することが可能となる。

図１０(ａ),(ｂ)は、図５のステップ１０５に示した、イニシャル値との特性の比較処理を説明するための図である。図１０(ａ)は初期の電圧値と初期特性の一例を示し、図１０(ｂ)は、上述のようにしてストレスを加えた後の電圧値とクラック発生時の特性の一例を示している。図１０(ａ)に示す初期状態に対し、図１０(ｂ)に示すクラック発生時では、チャンネル１(ＣＨ１)にてクラックの発生が確認できる。例えば、電流源２１では、所定のクランプ回路が設けられており、負荷を壊さない程度でクランプするように構成されている。図１０(ｂ)に示す例では、３Ｖでクランプされており、チャンネル１(ＣＨ１)にて測定される電圧値はその絶対値が３Ｖにて限界となっている。図１０(ｂ)に示すようにその絶対値が３Ｖになったことで、半田ボール１１１のクラック発生を判断することが可能となる。

以上詳述したように、本実施の形態では、測定対象となるデバイス(測定基板１００)の半田ボール１１１が設けられる各ピンの位置に対応して、バネ性によってコンタクトプローブ５０の先端(プローブピン５１)を当接させている。そして、コンタクトプローブ５０を構成する複数のプローブの中から、チャンネル切り替えにより順次切り替えて特定のプローブから電流を供給し、電流値と電圧値との特性(Ｉ−Ｖ特性)を把握する。また、初期値における電流・電圧特性と、ある一定のストレスをデバイス(測定基板１００)に付加した後の電流・電圧特性とを比較し、この特性に違いがあるときにはクラックが発生した可能性があるとしている。

ここで、テスト基板は通常、対象ＢＧＡパッケージが実装されているだけであるが、実基板では周りに各種コンポーネントが実装されており、基板に掛かるゆがみは均一ではない。よって実基板での検証が必要となるが、本実施の形態における測定方法であれば特別な基板を用いることなく、実際にコンポーネント(ＩＣチップ１０３)に加わる力での挙動を確認することが可能となる。
また、測定基板１００に力が加わった状態で断線検出を行わないと、クラックの発生があっても電気的にコンタクトしてしまう為に、クラックの存在を見つけることができない。本実施の形態では、測定基板１００のコンタクト部にバネ性を持ったピンを有するコンタクトプローブ５０を用いることで、測定基板１００を曲げた状態でも何ら支障がなく測定ができることから、クラックによる断線状態を正しく検出することが可能となる。

尚、図８(ａ),(ｂ)を用いて説明したように、上述した実施の形態では同じ量のストレスを複数回(ｘ回)加えた後に電流・電圧特性を把握するように構成した。しかしながら、同じ量のストレスではなく、付加するストレスの量を変化させることも有効である。更に、ストレスの大きさを変化させたレベル毎に複数回のストレス操作を施すことも可能である。このように、加えるストレスの量を変化させることで、半田ボール１１１の半田クラックによる断線状態をより詳細に把握することが可能となる。

本実施の形態が適用される検査システムの構成を示した図である。 測定装置による測定理論を説明するための図である。 (ａ),(ｂ)は、測定装置を介して観測される特性例を示した図である。 制御装置において実行される検査処理の機能を示すブロック図である。 検査処理の全体的な流れを示すフローチャートである。 (ａ),(ｂ)は、図５のステップ１０２やステップ１０４に示す電圧測定処理を説明するための図である。 図６(ａ)のステップ２０２において、設定された各チャンネルにて実行される電圧値の読み取り処理を示したフローチャートである。 (ａ)〜(ｃ)は、ストレス印加処理を説明するための図である。 (ａ)〜(ｃ)は、ストレス印加処理の動作例と、ストレス印加を施したときの測定基板とコンタクトプローブとの様子を説明するための図である。 (ａ),(ｂ)は、図５のステップ１０５に示した、イニシャル値との特性の比較処理を説明するための図である。 従来の半田ボールをチェーン状に連結して検査する方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…制御装置、２０…測定装置、２１…電流源、２２…電圧計測器、３０…チャンネル切り替え装置、４０…ストレス印加装置、５０…コンタクトプローブ、５１…プローブピン、５２…プローブピンホルダ、１００…測定基板、１０１…ＢＧＡパッケージ、１０２…プリント配線板、１０２ａ…端子(パッド)、１１１…半田ボール

Claims (13)

1. 半田ボールを有するパッケージの検査方法であって、
   前記パッケージがプリント配線基板に実装された状態にて、前記半田ボールに接続される前記プリント配線基板の端子にプローブを当接させ、
   前記プリント配線基板にストレスが加えられていない第１の状態にて前記プローブを用いて前記端子に複数の異なる値の電流を流して第１の電流・電圧特性を測定し、
   前記プリント配線基板に所定のストレスが加えられた後の第２の状態にて前記プローブを用いて前記端子に複数の異なる値の電流を流して第２の電流・電圧特性を測定し、
   前記第１の電流・電圧特性と前記第２の電流・電圧特性とを比較して前記半田ボールの半田クラックの有無を検知する、パッケージの検査方法。
2. 前記第１の電流・電圧特性および前記第２の電流・電圧特性の測定において、前記複数の異なる値の電流は、所定のステップ値ずつ変化する請求項１記載のパーケージの検査方法。
3. 前記プローブは複数用意され、前記プリント配線基板の複数の端子に個々のプローブの先端部を当接させる、請求項１記載のパッケージの検査方法。
4. 前記個々のプローブは、チャンネルの切り替えによって当該個々のプローブの何れかから当接する端子に電流を流し、切り替えられる前記チャンネル毎に前記第１の電流・電圧特性および前記第２の電流・電圧特性を測定して半田ボールのクラックの有無を検知する、請求項３記載のパッケージの検査方法。
5. 前記第２の電流・電圧特性において測定された電圧がクランプされた所定値に達したときに前記半田ボールにクラックが発生したと判断する請求項１記載のパッケージの検査方法。
6. 半田ボールを有するパッケージを検査する検査システムであって、
   前記パッケージを実装することができるプリント配線基板と、
   前記パッケージが前記プリント配線基板に実装された状態にて前記半田ボールに接続された前記プリント配線基板の端子に当接するプローブと、
   前記プリント配線基板にストレスを印加するストレス印加装置と
   前記ストレス印加装置により前記プリント配線基板にストレスを印加する前に前記プローブを用いて前記端子に複数の異なる値の電流を流して第１の電流・電圧特性を測定し、前記ストレス印加装置により前記プリント配線基板にストレスが印加された後に前記プローブを用いて前記端子に複数の異なる値の電流を流して第２の電流・電圧特性を測定する測定装置と、
   前記第１の電流・電圧特性と前記第２の電流・電圧特性とを比較して前記半田ボールの半田クラックの有無を検知する制御装置と
   を含む検査システム。
7. 前記第１の電流・電圧特性および前記第２の電流・電圧特性の測定において、前記複数の異なる値の電流は、所定のステップ値ずつ変化する請求項６記載の検査システム。
8. 前記制御装置は、前記第２の電流・電圧特性において測定された電圧がクランプされた所定値に達したときに前記半田ボールにクラックが発生したと判断する請求項６記載の検査システム。
9. 前記プローブを複数備え、複数のプローブから特定のプローブを選択するチャンネル切り替え回路を更に備える請求項６記載の検査システム。
10. 半田ボールを有するパッケージを検査する制御装置であって、
    前記パッケージがプリント配線基板に実装された状態にて前記半田ボールに接続された前記プリント配線基板の端子に当接されるプローブから前記プリント配線基板の端子に供給する電流を制御する供給電流制御部と、
    前記プローブから供給された複数の異なる値の電流により前記プリント配線基板の端子において測定された電圧を受け取り、電流・電圧特性を示すデータを出力する電圧計測制御部と、
    前記プリント配線基板に印加するストレスを制御するストレス印加装置制御部と、
    前記プリント配線基板にストレスを印加する前に前記電圧計測制御部により出力された第１の電流・電圧特性を示すデータと、前記プリント配線基板にストレスを印加した後に前記電圧計測制御部により出力された第２の電流・電圧特性を示すデータとを比較する比較部と、
    前記比較部による比較結果から前記半田ボールの機械的強度情報を生成する機械的強度情報生成部と
    を含む制御装置。
11. 前記第１の電流・電圧特性および前記第２の電流・電圧特性において、前記複数の異なる値の電流は、所定のステップ値ずつ変化している請求項１０記載の制御装置。
12. 前記比較部は、前記第２の電流・電圧特性における電圧がクランプされた所定値に達したときに前記半田ボールにクラックが発生したと判断する請求項１０記載の制御装置。
13. 前記基板の複数の端子の個々に当接される複数のプローブから特定のプローブを選択するチャンネル切り替え部をさらに含み、
    前記比較部は、前記チャンネル切り替え部により切り替えられたチャンネル毎に、前記第１の電流・電圧特性を示すデータと前記第２の電流・電圧特性を示すデータとを比較することを特徴とする請求項１０記載の制御装置。

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