JP4502496B2 - Bga実装時におけるはんだ形状評価方法及びbga実装時におけるはんだ形状評価装置及びbga実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、BGA(Ball Grid Array)の二次実装後におけるはんだ形状不良を二次実装前に評価するBGA実装時におけるはんだ形状評価方法及びBGA実装時におけるはんだ形状評価装置及びBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【0002】
近年、高集積化,高速化及びハイパワー化に対応でき、しかも低コストなパッケージ構造を有した半導体装置が求められている。
【0003】
これらの要求に対処すべくファインピッチ化されたFBGA(Fine pitch Ball Grid Array)タイプの半導体装置が開発され、各種の電子機器に使用され、注目されるようになってきている。また、FBGAタイプの半導体装置の中でも、基板としてテープを用いることにより、更なるファインピッチ化を図ったものもある。 このようにファインピッチ化された半導体装置においても、実装基板に対して高い信頼性を持って実装する必要がある。
【0004】
また、この信頼性評価のひとつとして、はんだボールの形状評価がある。このはんだボールの形状評価は、半導体装置を実装基板に実装した場合におけるはんだボールの形状を評価するものである。上記のようにはんだボールがファインピッチ化すると、このボール形状の評価も困難になる。よって、ボール形状の評価を容易かつ確実に行なう方法が望まれている。
【0005】
【従来の技術】
図1は、FBGAタイプのパッケージ構造を有する半導体装置1を示している。同図に示す半導体装置1は、大略するとテープ2,半導体チップ4,はんだボール6,及び封止樹脂8等により構成されている。
【0006】
テープ2は例えばポリイミド樹脂により形成されており、その表面2aには電極パターン10,ボンディングパッド12が形成されると共に、半導体チップ4が搭載される。電極パターン10及びボンディングパッド12は、テープ2に銅膜を形成した後、エッチング等により所定のパターンに形成したものである。また、電極パターン10とボンディングパッド12は、図示しない配線パターンにより電気的に接続されている。
【0007】
また、半導体チップ4とボンディングパッド12との間には、ワイヤ14が配設されている。これにより、半導体チップ4と電極パターン10は、ワイヤ14,ボンディングパッド12,及び配線パターンを介して電気的に接続された構成となっている。更に、また、テープ2の電極パターン10と対向する位置には、テープ2を貫通するテープ開口16が形成されている。
【0008】
一方、テープ2の裏面2bには、はんだボール6が配設されている。このはんだボール6は、前記したテープ開口16の形成位置に配設されており、このテープ開口16を介して電極パターン10に接合された構成とされている。即ち、はんだボール6は電極パターン10に接合することにより、テープ2に固定された構成とされている。
【0009】
このはんだボール6を電極パターン10に接合する方法としては、先ず電パターン10,テープ開口16が形成されたテープ2を表裏逆とした後、テープ開口16内にボール接合用半田ペースト13(図5参照)を配設する。そして、このテープ開口16に配設されたボール接合用半田ペースト13上に球状のはんだボール6を載置し、次に加熱処理を行なうことによりはんだボール6及びボール接合用半田ペースト13を溶融する。続いて、冷却処理を行なうことによりはんだを硬化させ、これによりはんだボール6を電極パターン10に固着させる。この際、はんだはテープ開口16内にも形成される。
【0010】
以上の処理を実施することにより、はんだボール6は電極パターン10に接合される。尚、はんだボール6のテープ開口16より外部に突出した部分は、溶融時に発生する表面張力により自然に球状に形成される。
【0011】
一方、上記構成とされた半導体装置1を実装基板3に実装するには、図2(A)に示すように、実装基板3に形成されているランド17に印刷等により実装用はんだペースト19を配設しておき、その上ではんだボール6とランド17とを位置決めしつつ、半導体装置1を実装基板3上に載置する。実装用はんだペースト19ははんだ粒と共に粘性を有する有機剤が混入されており、この有機剤が接着剤の機能を奏して半導体装置1は実装基板3に仮止めされる。
【0012】
続いて、半導体装置1が仮止めされた実装基板3をリフロー炉に通し加熱処理を行なう。これにより、はんだボール6及び実装用はんだペースト19内のはんだ粒は溶融し、また実装用はんだペースト19に含まれる有機剤は気化する。これにより、はんだボール6とランド17ははんだ付けされ、半導体装置1は実装基板3に実装される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
とろこで、上記のように半導体装置1を実装基板3に実装した際、はんだボール6が適正にランド17に接合されない場合がある。これについて、図2を用いて説明する。
前記したように、半導体装置1を実装基板3に実装するには、図2(A)に示すように、ランド17に実装用はんだペースト19を配設しておき、その上ではんだボール6とランド17とを実装用はんだペースト19により仮止めしてリフロー処理を行なう。これにより、はんだボール6及び実装用はんだペースト19内のはんだ粒は溶融する。
【0014】
この際、テープ2に形成されたテープ開口16の大きさ、はんだの総量,及びランド17の大きさ等の選定が不適正であると、図2(B)に示すようにはんだの多くがランド17側に流れ、はんだボール6がテープ開口16内においてくびれた状態となる不良(以下、これをくびれ不良という)が発生したり、また、図2(C)に示すようにはんだボール6が電極パターン10から離脱してしまう不良(以下、これをオープン不良という)が発生したりする。
【0015】
このようなくびれ不良及びオープン不良が半導体装置1の実装時に発生すると、実装信頼性は大きく低下する。このため、半導体装置1を実装基板3に実装した際のはんだボール6の形状評価を行なうことが行なわれている。
【0016】
従来、このはんだ形状評価は、実際に半導体装置1を実装基板3に実装した後、目視或いはX線写真等を用いて評価を行なっていた。従って、従来のはんだ形状評価方法では、実装前にはんだ形状の評価を行なうことができないため、不良が発生した場合には新たにはんだボール6を異なる大きさのものに取り替え、その上で再び実装して評価を行い、これをはんだ形状が適正となるまで繰り返し行なう必要があった。
【0017】
このため、はんだ形状評価を行なうのに多大な時間を要するという問題点があった。また、上記のようにはんだ形状の評価は目視或いはX線写真等を用いていたため、評価精度が低いという問題点もあった。
【0018】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、はんだ形状評価を実装前に正確かつ短時間で行ないうるBGA実装時におけるはんだ形状評価方法及びBGA実装時におけるはんだ形状評価装置及びBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0020】
請求項1記載の発明は、
ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状を評価するBGA実装時におけるはんだ形状評価方法であって、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積(V)を求める第1の手順と、
該第1の手順で求められた前記はんだ体積(V)及び前記ランドの半径(b)に基づき、球面液滴形状を演算する第2の手順と、
該第2の手順で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を求める第3の手順と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める第4の手順と、
該第4の手順で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する第5の手順とを有することを特徴とするものである。
【0021】
また、請求項2記載の発明は、
請求項1記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求める第6の手順と、
該第6の手順で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する第7の手順を設け、
かつ、前記第6の手順と前記第7の手順を、少なくとも前記第4の手順実施前に実施することを特徴とするものである。
【0022】
また、請求項3記載の発明は、
請求項1または2記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記第1の手順における前記はんだ体積(V)は、
前記基板開口に前記はんだボール接合時に配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V1)と、前記はんだボールのはんだ体積(V2)と、前記半導体装置の実装時に前記ランドに配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V3)とを加算した値(V1+V2+V3)であることを特徴とするものである。
【0023】
また、請求項4記載の発明は、
請求項1乃至3のいずれかに記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記第5の手順で前記比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する際、予め実験で求められている前記比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうことを特徴とするものである。
【0024】
また、請求項5記載の発明は、
ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状を評価するBGA実装時におけるはんだ形状評価装置であって、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積を求めるはんだ体積演算手段と、
該はんだ体積演算手段で求められた前記はんだ体積及び前記ランドの半径に基づき、球面液滴形状を演算する球面液滴形状演算手段と、
該球面液滴形状演算手段で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を演算する離間距離演算手段と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める比演算手段と、
該比演算手段で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する評価手段とを有することを特徴とするものである。
【0025】
また、請求項6記載の発明は、
請求項5記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求めるボイド体積演算手段と、
該ボイド体積演算手段で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する補正手段とを設け、
かつ、前記ボイド体積演算手段と前記補正手段を、少なくとも前記比演算手段の実施前に実施することを特徴とするものである。
【0026】
また、請求項7記載の発明は、
請求項5または6記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記はんだ体積演算手段における前記はんだ体積(V)の演算は、
前記基板開口に前記はんだボール接合時に配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V1)と、
前記はんだボールのはんだ体積(V2)と、
前記半導体装置の実装時に前記ランドに配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V3)とを加算(V1+V2+V3)する処理であることを特徴とするものである。
【0027】
また、請求項8記載の発明は、
請求項5乃至7のいずれかに記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記評価手段が前記比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する際、予め実験で求められている前記比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうことを特徴とするものである。
【0028】
また、請求項9記載の発明は、
ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状評価をコンピュータに行なわせるためのBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記BGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムは、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積(V)を求める第1の手順と、
該第1の手順で求められた前記はんだ体積(V)及び前記ランドの半径(b)に基づき、球面液滴形状を演算する第2の手順と、
該第2の手順で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を求める第3の手順と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める第4の手順と、
該第4の手順で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する第5の手順とを有することを特徴とするものである。
【0029】
更に、請求項10記載の発明は、
請求項9記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記BGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムは、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求める第6の手順と、
該第6の手順で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する第7の手順とを更に有し、
かつ、前記第6の手順と前記第7の手順は、少なくとも前記第4の手順が実施される前に実施されることを特徴とするものである。
【0030】
上記の各手段は、次のように作用する。
【0031】
請求項1,5,及び9記載の発明によれば、
全てのはんだのはんだ体積(V),ランドの半径(b),基板開口の開口径(TD)等の予め測定可能なパラメータに基づき、所定の演算処理によりはんだ形状の評価を行なうため、実際にはんだボールを実装基板に実装することなく、評価を行なうことができる。よって、実装前において、はんだ形状評価を正確かつ短時間で行なうことが可能となる。
【0032】
また、請求項2,6,及び10記載の発明によれば、
はんだボールに存在するボイドを基板の厚さに反映させることにより補正するため、はんだボールにボイドが存在していたといても、はんだ形状評価を正確に行なうことができる。
【0033】
また、請求項3,7記載の発明のように、
第1の手順における前記はんだ体積(V)は、基板開口にはんだボール接合時に配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V1)と、はんだボールのはんだ体積(V2)と、半導体装置の実装時にランドに配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V3)とを加算した値(V1+V2+V3)として求めることができる。
【0034】
更に、請求項4,8記載の発明によれば、前記比(T1/T2)に基づきはんだボールの形状を評価する際、予め実験で求められている比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうことにより、簡単な処理で確実にはんだ形状の評価を行なうことができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 尚、以下の説明において、図1及び図2に示した構成と同一構成については同一符号を付して説明するものとする。
【0036】
図3は、本発明の一実施例であるBGA実装時におけるはんだ形状評価装置20(以下、はんだ形状評価装置という)を示している。はんだ形状評価装置20は、主制御部21,入出力制御部22,入力装置23,表示装置24,出力装置25,及び記憶装置26等により構成されている。
【0037】
主制御部21はマイクロコンピュータとして構成されており、記憶装置26に格納されたはんだ形状評価プログラムに従ってはんだ形状評価処理を行なう。また、入出力制御部22は、後述する各装置23〜26と主制御部21との間で情報の授受を行なうための制御処理を行なう。入力装置23は、例えばキーボードであり、はんだ形状評価処理に必要とされる各種パラメータの入力処理等を行なう。
【0038】
表示装置24は、例えばCRTであり、各種パラメータの入出力処理及びはんだ形状評価に必要な各種情報を表示する。出力装置25は、例えばプリンターであり、はんだ形状の評価処理結果を印字するのに用いる。更に、記憶装置26は、図4に示すはんだ形状評価プログラム、及び後述するはんだ形状判定値とテープ厚比との関係を示す二元マップ(図9参照)当が格納されている。
尚、図4に示すはんだ形状評価プログラムは、本発明に係る記録媒体に収納されており、記憶装置26にはこの記録媒体から読み込まれたはんだ形状評価プログラムが格納される。
【0039】
続いて、主制御部21がはんだ形状評価プログラムに基づき実行するはんだ形状評価処理について、図4乃至図9を用いて説明する。
【0040】
図4に示すはんだ形状評価処理が起動すると、ステップ10(図では、ステップをSと略称する)において、はんだ形状評価装置20の操作者は入力装置23を用いて、テープ2の厚さT2(以下、テープ厚という)、テープ開口16の径寸法TD(以下、テープ開口径という)、実装基板3に形成されたランド17の半径寸法b(以下、実装基板ランド半径という)、はんだボール6の半径寸法BD、実装用はんだペースト19の厚さMTの入力処理を行なう。
【0041】
上記した各入力パラメータT2,TD,b,BD,MTは、実際にはんだボール6を実装基板3に実装する前に予め判っているパラメータである。この各入力パラメータT2,TD,b,BD,MTは、入出力制御部22を介して主制御部21に送信される。
【0042】
上記のステップ10の処理が終了すると、主制御部21は入力された各入力パラメータT2,TD,b,BD,MTに基づき、はんだ体積Vの演算処理を実施する。このはんだ体積Vは,図5に示されるように、はんだボール6を電極パターン10に接合する時にテープ開口16に配設されるボール接合用はんだペースト13に含まれるはんだの体積(V1)と、はんだボール6のはんだ体積(V2)と、実装時にランド17に配設される実装用はんだペースト19に含まれるはんだの体積(V3)とを加算した値(V1+V2+V3)として求められる。
【0043】
具体的には、各はんだ体積V1,V2,V3は,次式により求められる。
【0044】
V1=(TD2×T2×π)/4 …(1)
V2=(BD3×π)/6 …(2)
V3=(b2×MT×π)/4 …(3)
従って、
V={(TD2×T1×π)/4}+{(BD3×π)/6}+{(b2×MT×π)/4} …(4)
但し、以下の説明においては、実装用はんだペースト19の半径と、実装基板ランド半径bは等しいものとして説明する。
【0045】
ステップ11においてはんだ体積Vの演算処理が終了すると、続いて主制御部21は、ステップ12において、はんだ球面液滴形状を計算する。ここで、はんだ球面液滴形状とは、はんだ体積Vのはんだをランド17に溶融し接合させた場合の形状である。
【0046】
図6は、はんだ球面液滴形状を示している。同図に示すように、はんだ球面液滴形状はランド17と接合する部位においてはランド17の形状に沿った形状(図中矢印A−A視した場合には円形)であり、その上部ははんだ溶融時に発生する表面張力により球形状となる。尚、以下の説明において、はんだ球面液滴形状を有したはんだを液滴形状はんだ6Aというものとする。
【0047】
いま、はんだ球面液滴形状の高さをhとし、はんだ球面液滴形状とランド17が接する外周縁における接触角度をθとすると、はんだ球面液滴形状は上記の(4)式により求められるはんだ体積Vと、実装基板ランド半径bに基づき、下式のように表すことができる。
【0048】
【数1】
ステップ12においてはんだ球面液滴形状の計算が終了すると、続いてステップ13において、ステップ12で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、テープ開口径TDとが等しくなる球面液滴形状上の同径位置を求め、この同径位置から球面液滴形状の先端位置までの離間距離T1を求める処理を行なう。
このステップ13の処理について、図6及び図7を用いて説明する。ステップ13の処理は、図6示すはんだ球面液滴形状を有する液滴形状はんだ6Aの上部より、直径TDのテープ開口16を有したテープ2を被せた際(図7に示す状態)、テープ開口16が液滴形状はんだ6Aと当接する位置(図7に矢印Bで示す)から液滴形状はんだ6Aの先端部までの鉛直方向の離間距離T1を求めることと等価である。
【0049】
液滴形状はんだ6Aの球面形状を示す関数式は容易に求めることができ、またテープ開口16の直径寸法TDも既知の値であるため、図7に矢印Bで示す位置の座標は容易に求めることができる。従って、テープ開口16が液滴形状はんだ6Aと当接する位置Bから液滴形状はんだ6Aの先端部までの離間距離T1も、容易に求めることができる。
【0050】
続くステップ14では、ステップ13で求められた離間距離T1と、テープ2のテープ厚T2との比を求める。以下、この離間距離T1とテープ厚T2との比(T1/T2)をテープ厚比というものとする。
【0051】
ここで、本発明者が実施したテープ厚比(T1/T2)とオープン不良の発生率(ボール落ち発生率)との関係を求めた実験について説明する。本発明者は、量産品である半導体装置1を用い、テープ厚比(T1/T2)の異なる各種半導体装置を実装基板に実装し、そのときに発生するボール落ち発生率を求めた。その結果を図8に示す。同図では、縦軸にボール落ち発生率を取り、横軸にテープ厚比を取っている。
【0052】
同図より、テープ厚比0.7でボール落ちがわずかに発生し、テープ厚比が小さくなるほど、ボール落ち発生率が増加していることが判る。即ち、同図より、テープ厚比を用いてボール落ち発生の評価(即ち、はんだ形状評価)が行なえることが実証された。
【0053】
図9は、図8示した実験結果より作成した、各テープ厚比に対するはんだ形状評価を示す二元マップである。本実施例では、(T1/T2)≧1.0である場合には、図8に示すようにはんだ形状が不良となりボール落ちが発生することがないため、判定としてAAの評価とした。これに対し、(T1/T2)<0.3である場合には、図8に示すようにはんだ形状の不良が頻繁となりボール落ちが多数発生するため、判定としてDの評価とした。また、AAの評価とDの評価の間に、A〜Cの3段階の評価を加え、合計で5段階評価とした。このAA〜Dで示されるはんだ形状評価は、テープ厚比(T1/T2)をパラメータとすることにより、図9に示す二元マップから得ることができる。
【0054】
以上の事項に基づき、主制御部21はステップ15において、ステップ14で求められたテープ厚比(T1/T2)に基づき記憶装置26に格納されている図9に示す二元マップから、当該テープ厚比(T1/T2)に対応する評価を選定する。そして、ステップ15で求められたはんだ形状評価の結果は、ステップ16においては出力装置25に表示されると共に、出力装置25から出力される。これにより、図4に示すはんだ形状評価処理は終了する。
【0055】
上記したように、本実施例によるはんだ形状評価処理は、全てのはんだのはんだ体積V,実装基板ランド半径b,テープ開口径TD等の予め測定可能なパラメータに基づき、所定の演算処理によりはんだ形状の評価を行なうため、実際にはんだボール6を実装基板3に実装することなく評価を行なうことができる。よって、実装前において、はんだ形状評価を正確かつ短時間で行なうことが可能となる。また、設計段階で実装時におけるオープン不良、くびれ不良等の不良発生を実装前に評価することが可能となるため、オープン不良、くびれ不良等の発生のない信頼性の高い半導体装置1を設計段階で実現することができる。
【0056】
ところで、はんだボール6には、ボイド(気泡)が発生することが知られており、このボイドがはんだボール6内に存在すると、オープン不良及びくびれ不良が発生し易くなる。これについて、図10を用いて説明する。
【0057】
図10は、ボイド15が存在するはんだボール6を実装基板3に実装する様子を示している。図10(A)に示すように、はんだボール6内にボイド15が存在する場合、リフローにより加熱処理がされはんだボール6及び実装用はんだペースト19が溶融すると、気泡であるボイド15は、図10(B)に示すように、溶融したはんだ内を上方に向け移動を開始する。
【0058】
そして、ボイド15がはんだボール6の外部に放出されると、この放出部はテープ開口16内であるため、図10(C)に示すようにテープ開口16内における空隙部が増大し、またこれに伴いはんだボール6は下方に向け押し出されることとなる。即ち、ボイド15がテープ開口16内に放出されることにより、テープ開口16内におけるはんだボール6は、いっそうくびれた状態となる。従って、ボイド15がはんだボール6内に存在すると、図10(C),(D)に示すように、オープン不良及びくびれ不良が発生し易くなる。
【0059】
従って、正確なはんだ形状評価を行なうには、このボイド15の影響をはんだ形状評価処理に反映させることが必要である。
ボイド15の影響をはんだ形状評価処理に反映させるには、先ず予めはんだボール6に発生するボイド15の体積(V4)を求めておく。このボイド15の発生個数及びその体積は経験的に知られており、よって既知の値である。また、正確に実施するためには、はんだボール6のX線写真を取ることにより、直接的にボイド15の体積V4を求めることとしてもよい。
【0060】
このようにして求められたボイド15の体積V4は、図4に示すステップ14において、テープの厚さ(T2)を補正するのに用いられる。即ち、前記したように気泡であるボイド15がテープ開口16内に放出されると、ボイド15の放出が無い場合にくらべ、テープ開口16内の空隙は増大する。
【0061】
従って、図11に示すように、ボイド15の体積V4分だけ、テープ開口16の高さ(即ち、テープ厚T2)が増加(ΔT2だけ増加)したとみなすことにより、ボイド15が存在していても、前記した図9の二元マップを用いてはんだ形状の評価を行なうことが可能となる。尚、ここでΔT2は、下式で示すことができる。
【0062】
ΔT2=(4×V4)/(TD2×π) …▲8▼
このように、はんだボール6に存在するボイド15をテープ2のテープ厚T2に反映させる補正することにより、はんだボール6にボイド15が存在していたといても、はんだ形状評価を正確に行なうことが可能となる。
【0063】
尚、上記した実施例では、テープ厚比(T1/T2)に基づきはんだ形状評価を行なう構成としたが、はんだ形状評価はテープ厚比(T1/T2)に限らず、体積比によってもはんだ形状の評価を行なうことは可能である。ここで、体積比とは、図7に示すB−B線で示す位置より上部に位置する液滴形状はんだ6Aの体積V1と、テープ開口16の体積V2との比(V1/V2)として求められる。また、液滴形状はんだ6Aの体積V1、及びテープ開口16の体積V2は、下式により求めることができる。
【0064】
【数2】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することかできる。
【0065】
請求項1,3,5,7及び9記載の発明によれば、実際にはんだボールを実装基板に実装することなく評価を行なうことができるため、実装前においてはんだ形状評価を正確かつ短時間で行なうことが可能となる。これにより、設計段階で実装時におけるオープン不良、くびれ不良等の不良発生を実装前に評価することが可能となり、よってオープン不良、くびれ不良等の発生のない信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【0066】
また、請求項2,請求項6,及び請求項10記載の発明によれば、はんだボールにボイドが存在していたといても、はんだ形状評価を正確に行なうことができる。
【0067】
更に、請求項4,請求項8記載の発明によれば、予め実験で求められている比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうため、簡単な処理で確実にはんだ形状の評価を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるはんだ形状評価方法を適用する半導体装置の一例を示す図である。
【図2】はんだの接続不良が発生する理由を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施例であるはんだ形状評価装置の構成図である。
【図4】本発明の一実施例であるはんだ形状評価装置が実施するはんだ形状評価処理を示すフローチャートである。
【図5】図4におけるステップ11の処理を説明するための図である。
【図6】図4におけるステップ12の処理を説明するための図である。
【図7】図4におけるステップ13の処理を説明するための図である。
【図8】ボール落ち発生率とテープ厚比との関係を示す図である。
【図9】図4におけるステップ15の評価処理で用いるマップを示す図である。
【図10】はんだボールにボイドが発生した場合に生ずる現象を説明するための図である。
【図11】ボイドが発生した場合におけるはんだ形状評価処理を説明するための図である。
【符号の説明】
1 半導体装置
2 テープ
3 実装基板
6 はんだボール
10 電極パターン
13 ボール接合用はんだペースト
15 ボイド
16 テープ開口
17 ランド
19 実装用はんだペースト
20 はんだ形状評価装置
Claims (10)
- ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状を評価するBGA実装時におけるはんだ形状評価方法であって、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積(V)を求める第1の手順と、
該第1の手順で求められた前記はんだ体積(V)及び前記ランドの半径(b)に基づき、球面液滴形状を演算する第2の手順と、
該第2の手順で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を求める第3の手順と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める第4の手順と、
該第4の手順で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する第5の手順と
を有することを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価方法。 - 請求項1記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求める第6の手順と、
該第6の手順で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する第7の手順を設け、
かつ、前記第6の手順と前記第7の手順を、少なくとも前記第4の手順実施前に実施することを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価方法。 - 請求項1または2記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記第1の手順における前記はんだ体積(V)は、
前記基板開口に前記はんだボール接合時に配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V1)と、
前記はんだボールのはんだ体積(V2)と、
前記半導体装置の実装時に前記ランドに配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V3)とを加算した値(V1+V2+V3)であることを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価方法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価方法において、
前記第5の手順で前記比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する際、
予め実験で求められている前記比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうことを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価方法。 - ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状を評価するBGA実装時におけるはんだ形状評価装置であって、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積を求めるはんだ体積演算手段と、
該はんだ体積演算手段で求められた前記はんだ体積及び前記ランドの半径に基づき、球面液滴形状を演算する球面液滴形状演算手段と、
該球面液滴形状演算手段で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を演算する離間距離演算手段と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める比演算手段と、
該比演算手段で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する評価手段と、
を有することを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価装置。 - 請求項5記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求めるボイド体積演算手段と、
該ボイド体積演算手段で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する補正手段とを設け、
かつ、前記ボイド体積演算手段と前記補正手段を、少なくとも前記比演算手段の実施前に実施することを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価装置。 - 請求項5または6記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記はんだ体積演算手段における前記はんだ体積(V)の演算は、
前記基板開口に前記はんだボール接合時に配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V1)と、
前記はんだボールのはんだ体積(V2)と、
前記半導体装置の実装時に前記ランドに配設されるはんだペーストに含まれるはんだの体積(V3)とを加算(V1+V2+V3)する処理であることを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価装置。 - 請求項5乃至7のいずれかに記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価装置において、
前記評価手段が前記比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する際、予め実験で求められている前記比(T1/T2)と不良発生状態とが関連付けられた二元マップを用いて評価を行なうことを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価装置。 - ランドが形成された実装基板に対し、基板に形成された基板開口にはんだボールが配設されたBGA構造の半導体装置を実装した際、前記ランドにはんだ付けされる前記はんだボールの形状評価をコンピュータに行なわせるためのBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記BGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムは、
はんだボール及び該はんだボールを接合するために用いられる全てのはんだのはんだ体積(V)を求める第1の手順と、
該第1の手順で求められた前記はんだ体積(V)及び前記ランドの半径(b)に基づき、球面液滴形状を演算する第2の手順と、
該第2の手順で求められた球面液滴形状に基づき、当該球面液滴を横断したときにおける径寸法と、前記基板開口の開口径(TD)とが等しくなる前記球面液滴形状上の同径位置を求め、該同径位置から前記球面液滴形状の先端位置までの離間距離(T1)を求める第3の手順と、
前記基板の厚さ(T2)と前記第3の手順で求められた離間距離(T1)との比(T1/T2)を求める第4の手順と、
該第4の手順で求められた比(T1/T2)に基づき前記はんだボールの形状を評価する第5の手順と
を有することを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 請求項9記載のBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記BGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムは、
前記はんだボールに発生するボイドの体積を求める第6の手順と、
該第6の手順で求められた前記ボイドの体積に基づき、前記基板の厚さ(T2)を補正する第7の手順とを更に有し、
かつ、前記第6の手順と前記第7の手順は、少なくとも前記第4の手順が実施される前に実施されることを特徴とするBGA実装時におけるはんだ形状評価プログラムを収納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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