JP5062899B2

JP5062899B2 - 配線基板の検査方法

Info

Publication number: JP5062899B2
Application number: JP2008171529A
Authority: JP
Inventors: 裕二大久保
Original assignee: 京セラＳｌｃテクノロジー株式会社
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP2010008383A

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板の検査方法に関する。

従来、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられる配線基板は、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁層やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基板の内部および表面に銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導体を設けて成る。このような配線基板においては、絶縁基板の上面に設けた配線導体の一部が半導体素子等の電子部品の電極に半田バンプを介して電気的に接続される電子部品接続用の複数の第一の接続パッドを形成しているとともに絶縁基板の下面に設けた配線導体の一部が外部電気回路基板に半田ボール等の外部接続端子を介して電気的に接続される外部接続用の複数の第二の接続パッドを形成しており、これらの第一の接続パッドと第二の接続パッドとは絶縁基板の内部に設けた配線導体を介して電気的に接続されている。また、電子部品接続用の第一の接続パッドには、半導体素子等の電子部品の電極と第一の接続パッドとの半田バンプを介した電気的な接続を容易なものとするために、半田バンプが予め被着されている。

電子部品接続用の第一の接続パッドに半田バンプを被着するには、第一の接続パッド上に半田ペーストをスクリーン印刷法を採用して印刷塗布した後、温風加熱装置や赤外線加熱装置を備えたリフロー炉により加熱して半田ペースト中の半田を溶融させる方法が採用されている。

そして、第一の接続パッド上に被着された半田バンプ上に電子部品の電極を当接させるとともに半田バンプを加熱溶融させることにより電子部品の電極と第一の接続パッドとが半田バンプを介して電気的に接続され、しかる後、外部接続用の第二の接続パッドを外部電気回路基板の配線導体に半田ボール等の外部接続端子を介して接続することにより、電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

なお、このような配線基板においては、電子部品接続用の第一の接続パッドと外部接続用の第二の接続パッドとの間の電気的な接続の状態を確認するために、第一の接続パッドに半田バンプを被着した後、第一の接続パッドと第二の接続パッドとの間の電気抵抗および第一の接続パッド同士、第二の接続パッド同士の絶縁抵抗を測定することにより第一の接続パッドと第二の接続パッドとの間の配線導体を介した電気的接続の良否を判定している。

このように第一の接続パッドと第二の接続パッドとの間の電気抵抗や第一の接続パッド同士や第二の接続パッド同士の絶縁抵抗を測定するには、例えば、第一の接続パッド上に被着された半田バンプに、電気検査用の針状の第一の測定端子の先端部を上方から突き刺すとともに第二の接続パッドに電気検査用の第二の測定端子を接続し、第一と第二の測定端子間の電気抵抗値を測定するとともに第一の測定端子同士および第二の測定端子同士の絶縁抵抗を測定することにより行なわれている。なお、第一の測定端子の先端部を半田バンプに突き刺すのは、半田バンプ表面の酸化膜を突き破って第一の測定端子と半田バンプとの電気的な接続を良好として正確かつ安定な測定を行なうためであり、電気検査が終了した後にはまっすぐ上方に引き抜いている。
特許第３３２７５３４号公報

しかしながら、従来の配線基板の検査方法によると、半田バンプに電気検査用の測定端子の先端部を上方から突き刺して電気検査を行なう際に、半田バンプ表面の酸化膜を構成する酸化物の一部が測定端子の先端部に付着し、この酸化物が電気検査を繰り返すたびに測定端子の先端部に堆積していくので、電気検査を多数回繰り返すと、測定端子の先端部に堆積した酸化物の影響で半田バンプと測定端子との接触抵抗が高くなり、その結果、電気検査の精度が低下して合格品であっても不良品とされる、いわゆる擬似不良による歩留り低下が大きくなっている。

本発明の課題は、電気検査用の測定端子を半田バンプに常に良好に接続することによって確実に電気テストを行なうことができる配線基板の検査方法を提供することである。

本発明の配線基板の検査方法は、内部および表面に配線導体が配設された絶縁基板の上面に、半田バンプが被着された接続パッドを前記配線導体の一部として有する配線基板において、電気検査用の測定端子を前記半田バンプに上方から突き刺して前記電気検査を行なった後、前記測定端子に横向きの力を加えながら該測定端子を前記半田バンプから引き抜くことを特徴とするものである。
さらに、本発明の配線基板の検査方法は、前記測定端子に横向きに加える力の方向を前記電気検査の毎に水平方向にずらすことを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法によれば、電気検査用の測定端子を半田バンプに上方から突き刺して前記電気検査を行なった後、前記測定端子に横向きの力を加えながら該測定端子を前記半田バンプから引き抜くことから、測定端子を半田バンプから引き抜く際に測定端子の先端部の前記力が加わった向き側の面と半田バンプの酸化膜のない面とが強く擦れて測定端子の先端部に付着した酸化物が半田バンプの側に擦り取られる。その結果、測定端子を次の半田バンプに突き刺して電気検査する際には、酸化物が擦り取られた側の測定端子先端部と半田バンプとが電気的に良好に接続し、常に確実な検査を行なうことができる。

また、前記測定端子に横向きに加える力の方向を前記電気検査の毎に水平方向にずらすと、測定端子の先端部に付着した酸化物を測定端子先端部の全周にわたり順次除去することができ、より確実な検査を行なうことができる。

次に、本発明の配線基板の検査方法を添付の図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の検査方法により検査される配線基板の例を示す断面図である。図１において１は絶縁基板、２は配線導体、３は第一の接続パッド、４は第二の接続パッド、５は半田バンプであり、主としてこれらで電子部品としての半導体素子６を搭載するための配線基板２０が構成される。

絶縁基板１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状の絶縁層１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂがそれぞれ複数層ずつ積層されて成り、その上面から下面にかけて銅箔や銅めっき膜等の導体層から成る複数の配線導体２が形成されている。

絶縁基板１を構成する絶縁層１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．２〜１．０ｍｍ程度の複数の貫通孔７を有している。そして、その上下面および各貫通孔７の内面には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫通孔７の内面を介して電気的に接続されている。

このような絶縁層１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、絶縁層１ａ上下面の配線導体２は、絶縁層１ａ用のシートの上下全面に厚みが５〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともに、この銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔７内面の配線導体２は、絶縁層１ａに貫通孔７を設けた後に、この貫通孔７内面に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが５〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。

さらに、絶縁層１ａは、その貫通孔７の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る孔埋め樹脂８が充填されている。孔埋め樹脂８は、貫通孔７を塞ぐことにより貫通孔７の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔７内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この孔埋め樹脂８を含む絶縁層１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。

絶縁層１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜５０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数のビア孔９を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものであり、絶縁層１ｂにはその表面およびビア孔９内に配線導体２の一部が被着されている。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とをビア孔９の内壁を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。

このような絶縁層１ｂは、厚みが２０〜５０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂フィルムを絶縁層１ａの上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザ加工によりビア孔９を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面およびビア孔９内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面およびビア孔９内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。

さらに、この例では最表層の絶縁層１ｂ上にソルダーレジスト層１０が被着されている。ソルダーレジスト層１０は、例えばアクリル変性エポキシ樹脂にシリカやタルク等の無機物粉末フィラーを３０〜７０質量％程度分散させた絶縁材料から成り、表層の配線導体２同士の電気的絶縁信頼性を高めるとともに、後述する第一の接続パッド３や第二の接続パッド４の絶縁基板１への接合強度を大きなものとする作用をなす。

このようなソルダーレジスト層１０は、その厚みが１０〜５０μｍ程度であり、感光性を有するソルダーレジスト層１０用の未硬化樹脂ペーストをロールコーター法やスクリーン印刷法を採用して最表層の絶縁層１ｂ上に塗布し、これを乾燥させた後、露光および現像処理を行なって第一の接続パッド３や第二の接続パッド４を露出させる開口部を形成した後、これを熱硬化させることによって形成される。あるいは、ソルダーレジスト層１０用の未硬化の樹脂フィルムを最上層の絶縁層１ｂ上に貼着した後、これを熱硬化させ、しかる後、第一の接続パッド３や第二の接続パッド４に対応する位置にレーザ光を照射し、硬化した樹脂フィルムを部分的に除去することによって第一の接続パッド３や第二の接続パッド４を露出させる開口部を有するように形成される。

絶縁基板１の上面から下面にかけて形成された配線導体２は、半導体素子６の各電極を外部電気回路基板に電気的に接続するための導電路として機能し、絶縁基板１の上面に露出している部位が半導体素子６の各電極が半田バンプ５を介して接続される電子部品接続用の第一の接続パッド３を、絶縁基板１の下面に露出した部位が外部電気回路基板に図示しない半田ボール等の外部接続端子を介して電気的に接続される外部接続用の第二の接続パッド４を形成している。

また、電子部品接続用の第一の接続パッド３には、錫−銀合金や錫−銀−銅合金等の低融点半田から成る半田バンプ５が被着されている。それにより第一の接続パッド３の変色や酸化が防止されるとともに半導体素子６の各電極と第一の接続パッド３との半田バンプ５を介した電気的な接続が容易なものとなっている。なお、第二の接続パッド４の表面には第二の接続パッド４の変色や酸化を防止するとともに第二の接続パッド４と半田ボール等の外部接続端子との接続を容易とするためにニッケルめっきおよび金めっきを順次被着させたり、あるいは薄い半田層を被着させたりすることが好ましい。

次に、本発明の配線基板の検査方法に従って上述の配線基板における第一の接続パッド３と第二の接続パッド４との間の電気的な接続の良否を検査する方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、第一の接続パッド３に半田バンプ５が被着された配線基板２０を電気検査装置のテーブル３０上に載置する。テーブル３０には配線基板２０の第二の接続パッド４に対応する位置に貫通孔が設けてあり、貫通孔内には第二の接続パッド４に接続する電気検査用の第二の測定端子３２がソケット内３１Ｓにバネにより上方に付勢された状態で収納されて挿通されている。また、テーブル３０に載置された配線基板２０の上方には電気検査用の第一の測定端子３１が半田バンプ５に対応する位置に図示しない支持部材に支持された状態で配置されている。なお第一の測定端子３１および第二の測定端子３２は図示しない電気検査用の測定装置に接続されており、その測定装置により第一の測定端子３１と第二の測定端子３２との間の電気抵抗と第一の測定端子３１同士および第二の測定端子３２同士の絶縁抵抗とを測定可能となっている。

次に、図２（ｂ）に示すように、半田バンプ５の頂部に、第一の測定端子３１の先端部を上方から突き刺して電気的に接続する。そして、第一の測定端子３１と第二の測定端子３２との間の電気抵抗と第一の測定端子３１同士および第二の測定端子３２同士の絶縁抵抗とを測定することにより、第一の接続パッド３と第二の接続パッド４との間の配線導体２を介した電気的接続の良否を判定する。このとき、半田バンプ５の頂部表面は、測定端子３１の侵入により酸化膜が破壊されて第一の測定端子３１との接触抵抗が低いものとなっている。

次に、図３（ｃ）に示すように、第一の測定端子３１に横向きの力を加えながら、図３（ｄ）に示すように、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く、このとき、第一の測定端子３１の先端部における前記力が加わった向き側の面と半田バンプ５の酸化膜のない面とが強く擦れて第一の測定端子３１の先端部に付着した酸化物が半田バンプ５の側に擦り取られる。その結果、第一の測定端子３１を次の半田バンプ５に突き刺して電気検査する際には、酸化物が擦り取られた側における第一の測定端子３１の先端部と半田バンプ５とが電気的に良好に接続され、常に確実な検査を行なうことができる。

なお、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く際に第一の測定端子３１に横向きに加える力の大きさは、第一の測定端子３１の１本あたり、０．０１〜１Ｎの範囲が好ましい。前記力の大きさが０．０１Ｎ未満であると、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く際に第一の測定端子３１の先端部と半田バンプ５とが強く擦れずに第一の測定端子３１の先端部に付着した酸化物を良好に除去することが困難となる傾向にあり、逆に１Ｎを超えると、前記力により第一の測定端子３１や半田バンプ５を破壊してしまう危険性が大きくなる。したがって、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く際に第一の測定端子３１に横向きに加える力の大きさは０．０１〜１Ｎの範囲が好ましい。

また、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く際に第一の測定端子３１に横向きに加える力の方向を電気検査の毎に水平方向に例えば９０゜ずつ、ずらすと、第一の測定端子３１の先端部に付着した酸化物を第一の測定端子３１の端部の全周にわたり順次除去することができ、より確実な検査を行なうことができる。したがって、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜く際に第一の測定端子３１に横向きに加える力の方向は、電気検査の毎に水平方向に例えば９０゜ずつ、ずらすことが好ましい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施形態においては、第一の測定端子３１を半田バンプ５に突き刺して電気検査を行なった後、第一の測定端子３１に横向きの力を加えながら第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜いたが、第一の測定端子３１を半田バンプ５に突き刺した後、第一の測定端子３１に横向きに力を加えることにより第一の測定端子３１の先端部を半田バンプ５に突き刺さった状態で半田バンプ５内を１５〜５０μｍ程度横方向に移動させ、その状態で電気検査を行なった後、第一の測定端子３１を半田バンプ５から引き抜いてもよい。この場合、第一の測定端子３１の先端部が半田バンプ５内を移動するときに第一の測定端子３１の先端部と半田バンプ５の酸化物のない面とが擦れて第一の測定端子３１の先端部に付着した酸化物をより有効に除去することができる。

は、本発明の検査方法により検査される配線基板の一例を示す断面図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の検査方法を説明するため工程毎の断面図である。（ｃ），（ｄ）は、本発明の配線基板の検査方法を説明するための工程毎の面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２：配線導体
３：第一の接続パッド
４：第二の接続パッド
５：半田バンプ
６：電子部品としての半導体素子
３１：電気検査用の第一の測定端子
３２：電気検査用の第二の測定端子

Claims

内部および表面に配線導体が配設された絶縁基板の上面に、半田バンプが被着された接続パッドを前記配線導体の一部として有する配線基板において、電気検査用の測定端子を前記半田バンプに上方から突き刺して前記電気検査を行なった後、前記測定端子に横向きの力を加えながら該測定端子を前記半田バンプから引き抜くことを特徴とする配線基板の検査方法。
前記測定端子に横向きに加える力の方向を前記電気検査の毎に水平方向にずらすことを特徴とする請求項１記載の配線基板の検査方法。