JP5103690B2 - Method for inspecting bonding state of solder ball to semiconductor product substrate and inspection system thereof - Google Patents
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Description
本発明は、はんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法及びその検査システムに係り、特に、BGA型パッケージやCSP型パッケージ等の集積回路パッケージの基板へのはんだボールの接合状態を非接触により検査するはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法及びその検査システムに関する。 The present invention relates to a method for inspecting a bonding state of a solder ball to a semiconductor product substrate and an inspection system therefor, and more particularly to a non-contact bonding state of a solder ball to a substrate of an integrated circuit package such as a BGA type package or a CSP type package. The present invention relates to a method for inspecting a bonding state of a solder ball to be inspected to a semiconductor product substrate and an inspection system therefor.
BGA型パッケージやCSP型パッケージ等のはんだボール搭載半導体製品の基板電極部と、はんだボールと、の接合状態は、この半導体製品が実装された電子機器の寿命へ影響を及ぼす大きな要因となる。上記の集積回路パッケージの基板電極部へのはんだボールの接合状態試験方法として、従来、はんだボール搭載半導体製品をはんだボール搭載面の逆側から加熱し、加熱中の各はんだボール上の温度変化により良否判定を行う検査方法(特許文献1)、はんだボール搭載半導体製品全体を一定温度まで加熱した後、はんだボール搭載面と逆側を冷却し、冷却中のはんだボール上の温度変化で良否を判定する方法(特許文献2)のような、非破壊による検査方法が知られている。これらの方法によれば、引っ張りやせん断破壊を伴う破壊試験による時間とコストを短縮あるいは削減できる。一方、これらの特許文献の特許文献1の方法では、はんだボール搭載面と逆面から加熱を行うので良否判定に必要なハンダボール表面温度までの到達時間が、はんだボール搭載半導体製品の厚さ、材料、形状に依存することとなり、良否判定の精度低下、検査の長時間化をきたす問題があった。また、特許文献2の方法では、冷却用に常時冷却装置を稼働させる必要があり、また冷水や液体窒素などの冷媒を用いるので使用環境によっては冷却装置の結露防止の対策が必要となって検査に要するコストを増大させる問題があった。これに対し、出願人は、製品のはんだボール搭載面を加熱し、かつ冷却させつつその際の赤外線検出手段による赤外線データを基礎にして良否判定を行なうことで、これらの欠点を解消し、はんだボールの半導体製品基板への接合状態を高効率かつ良好な精度により低コストで検査し得る方法を先に提案した(特許文献3)。ところで、製品のはんだボール搭載面からの赤外線を検出してそれらの接合状態の良否を検査する場合には赤外線の放射率を向上させることによりそれらをデータとして判定する場合により精度の高い判定結果を期待できる。一般にはんだボール搭載半導体製品のはんだボール接合状態の良否を、放射される赤外線の検出に基づくデータにより行う場合に、直接被検体を測定するだけでは正確な温度が測定できず、検査精度が低下する問題がある。そこで、被検体への処理として高放射率塗料を被検査対象に塗布するもの(特許文献4,5)や高放射率の網状体を使用して測定精度を向上させるもの(特許文献6)等の提案がなされている。
The bonding state between the substrate electrode portion of the solder ball mounted semiconductor product such as the BGA type package or the CSP type package and the solder ball is a major factor affecting the life of the electronic device on which the semiconductor product is mounted. As a method for testing the bonding state of the solder ball to the substrate electrode part of the integrated circuit package described above, conventionally, the solder ball mounted semiconductor product is heated from the opposite side of the solder ball mounting surface, and the temperature change on each solder ball during heating is used. Inspection method to perform pass / fail judgment (Patent Document 1), after heating the entire solder ball mounted semiconductor product to a certain temperature, cool the opposite side of the solder ball mounted surface, and judge pass / fail by temperature change on the solder ball during cooling Non-destructive inspection methods, such as the method of doing this (Patent Document 2), are known. According to these methods, it is possible to reduce or reduce the time and cost of a destructive test involving pulling or shear fracture. On the other hand, in the method of
上記の特許文献4では、被検査物に顔料、溶媒及び分散剤を含有する塗料であって、分散剤として無機白色粉末、特に有機ベントナイトを含有する塗料を塗布する点、特許文献5では、被検査対象物に光エネルギーに対する吸収率が高いグラファイト系の離型材を塗布する点が開示されている。しかしながら、上記の特許文献の方法ではいずれも、塗料を製品から剥がす工程が別途に必要となり、作業が煩雑で効率が悪く、検査作業時間、検査コスト上昇をきたす。さらに、特許文献6では、例えば80メッシュ程度のステンレス金網を被検査対象に合わせ圧接させる作業が必要であり、複雑な形状の対象の場合には外形形状に合わせて保持させることは困難であるばかりでなく、金網自体により赤外線放射率を低下させるものであり、はんだボールの半導体製品基板への接合状態について良好な精度による検査を行い難いという問題があった。 In the above-mentioned Patent Document 4, a paint containing a pigment, a solvent and a dispersant is applied to an object to be inspected, and a paint containing an inorganic white powder, particularly organic bentonite, is applied as the dispersant. It is disclosed that a graphite release material having a high absorption rate for light energy is applied to an inspection object. However, any of the methods disclosed in the above-mentioned patent documents requires an additional step of peeling the paint from the product, which is complicated and inefficient, and increases the inspection work time and the inspection cost. Furthermore, in Patent Document 6, for example, a work of attaching a stainless steel mesh of about 80 mesh to the object to be inspected and press-contacting the object to be inspected is required, and in the case of a complicated shape object, it is difficult to hold it in accordance with the outer shape. In addition, the infrared emissivity is lowered by the wire mesh itself, and there is a problem that it is difficult to inspect the bonding state of the solder ball to the semiconductor product substrate with good accuracy.
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その1つの目的は、簡単な構成でありながら、多量の対象製品を迅速に検査処理し、かつ高精度にはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査を実現できるはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法及びその検査システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and one object of the present invention is to quickly inspect a large amount of target products while having a simple configuration, and to perform semiconductor processing of solder balls with high accuracy. An object of the present invention is to provide a method for inspecting a bonding state of a solder ball to a semiconductor product substrate and an inspection system thereof that can realize a bonding state inspection to the substrate.
上記の目的を達成するために、本発明は、半導体製品基板に形成されたはんだボールの製品基板への接合状態検査方法であり、はんだボール搭載基板面を加熱する加熱工程と、
加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却工程と、冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出工程と、検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定工程と、を含み、加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却工程に移行する前に、伸縮性を有する合成樹脂又は合成ゴム製の耐熱性薄膜でありその表面粗さが(耐熱性薄膜表面粗さ>はんだボール表面粗さ)である耐熱性薄膜からなる赤外線高放射率媒体をはんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆し負圧圧着させる工程を備えたことを特徴とするはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法。
In order to achieve the above object, the present invention is a method for inspecting the bonding state of a solder ball formed on a semiconductor product substrate to the product substrate, a heating step of heating the solder ball mounting substrate surface,
A cooling process for cooling the heated solder ball mounting substrate surface, a detection process for detecting infrared rays on the solder ball being cooled and the board in the vicinity of the solder ball, and a thermal energy distribution data based on the detected amount of infrared rays. Heat quality made of a synthetic resin or synthetic rubber having elasticity before heating to the cooling process after heating the solder ball mounting board surface in the heating process. Infrared high emissivity medium consisting of a heat-resistant thin film with a surface roughness of (heat-resistant thin film surface roughness> solder ball surface roughness) is detachably coated on the surface of the solder ball mounting substrate and subjected to negative pressure bonding A method for inspecting a bonding state of a solder ball to a semiconductor product substrate, characterized by comprising the step of:
また、本発明は、半導体製品基板に形成されたはんだボールの製品基板への接合状態検査システムであり、はんだボール搭載基板面Hを加熱する加熱手段(12)と、加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却手段(14)と、冷却中のはんだボール24及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出手段(16)と、検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定手段(18)と、加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却させる前に、伸縮性を有する合成樹脂又は合成ゴム製の耐熱性薄膜でありその表面粗さが(耐熱性薄膜表面粗さ>はんだボール表面粗さ)である耐熱性薄膜38からなり、はんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆される赤外線高放射率媒体と、を備えたことを特徴とするはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システム10から構成される。
はんだボール搭載基板面を加熱工程で加熱し、加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却工程で冷却する前にはんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆される耐熱性薄膜を含む着脱式赤外線高放射生成手段により耐熱性薄膜を着脱自在に被覆し、その後、冷却、赤外線検出を行うので、基板からの赤外線放射率を高くした状態で検出でき、高分解能のエネルギー分布データを基礎にはんだボール接合状態の良否を精度良く行う。そして、検査終了製品は耐熱性薄膜を表面から離脱させてそのまま実機組み込みに利用できる。耐熱性薄膜は、はんだボールに比べて非鏡面の表面粗さを有する高分子フィルム素材であり、耐熱性、厚さ、伸縮性、熱伝導特性などについてある程度適正な範囲のものであることが求められる。耐熱性薄膜は加熱された直後にはんだボール搭載基板面上に密着被覆されるので、例えば90℃以上の耐熱性が要求されるとともに、膜厚は0.1mm以下が望ましい。これは、例えば伸縮性や熱伝導性にすぐれても膜厚が厚すぎると熱拡散を生じ、それが顕著になると外部に放射される赤外線エネルギーレベルを低下させるからである。耐熱性薄膜の素材としては例えばシリコンゴム、ポリウレタンゴム、ゴム系有機フィルム等が挙げられる。耐熱性薄膜38は、加熱装置により加熱されて検査対象の温度が例えば80℃以下程度となるように設定されるので、少なくとも90℃に耐え得る耐熱特性を有する素材であるとよい。より詳しくは、80℃程度の温度に耐え得る素材であるとよい。また、伸縮性として引っ張り強さが9.8(MPa)程度あるとよい。はんだボール搭載基板面への耐熱性薄膜の着脱被覆についてはその機能を具備する限り具体的な機械構成や移動方式について任意に設定できる。例えば耐熱性薄膜の端部側を着脱自在に把持する着脱把持機構を用意し、それを横方向あるいは縦方向等に移動させながら、ボール搭載基板面全体を被覆するようにするとよい。
The present invention also relates to a system for inspecting the bonding state of a solder ball formed on a semiconductor product substrate to the product substrate, a heating means (12) for heating the solder ball mounting substrate surface H, and the heated solder ball mounting substrate. The cooling means (14) for cooling the surface, the detecting means (16) for detecting infrared rays on the
Detachable infrared high radiation including a heat-resistant thin film that is detachably coated on the solder ball mounting board surface before the solder ball mounting board surface is heated in the heating process and the heated solder ball mounting board surface is cooled in the cooling process. Since the heat-resistant thin film is detachably covered by the generation means, and then cooling and infrared detection are performed, detection can be performed with the infrared emissivity from the substrate increased, and the solder ball bonding state based on high-resolution energy distribution data The quality of the product is accurately determined. And the finished product can be used as it is by detaching the heat-resistant thin film from the surface. A heat-resistant thin film is a polymer film material that has a non-mirror surface roughness compared to solder balls, and is required to have a certain range of heat resistance, thickness, stretchability, thermal conductivity, etc. It is done. Since the heat-resistant thin film is tightly coated on the surface of the solder ball mounting substrate immediately after being heated, for example, heat resistance of 90 ° C. or higher is required and the film thickness is preferably 0.1 mm or less. This is because, for example, if the film thickness is too thick even if excellent in stretchability and thermal conductivity, thermal diffusion occurs, and if this becomes significant, the infrared energy level emitted to the outside is lowered. Examples of the material for the heat-resistant thin film include silicon rubber, polyurethane rubber, and rubber-based organic film. Since the heat-resistant
その際、はんだボール搭載基板22Aを基台本体46に保持した状態でその上から前記赤外線高放射率媒体を被覆し、その状態で、はんだボール搭載基板面Hの凹凸部分全体について負圧吸引手段42により赤外線高放射率媒体を密着状に負圧圧着させる基台装置40を有するとよい。
At that time, while the solder
また、基台装置40は、はんだボール搭載基板面H全体を覆うように赤外線高放射率媒体を載置させた状態で基台本体46とはんだボール搭載基板22Aとの間の隙間Gを介して負圧駆動源42によりはんだボール搭載基板面Hの凹凸部分全体について赤外線高放射率媒体を密着状に負圧圧着させる基台内吸引経路52を有するとよい。
Further, the
さらに、基台内吸引経路52は、赤外線高放射率媒体をはんだボール搭載基板面Hに載置させた状態で、該赤外線高放射率媒体とはんだボール搭載基板面との隙間54に連通するように設けられているとよい。また、基台本体46に半導体製品基板22Aを保持させた状態ではんだボール搭載基板全体をその内側に収容させるように環状の気密部材50を基台本体46から上方に突設させるとなおよい。
Furthermore, the base in the
また、耐熱性薄膜の膜厚が0.02mm〜0.1mmであるとよく、熱拡散による放射エネルギー損失を伴うことなく、赤外線エネルギー放射効率を向上させ得る。 Moreover, it is good that the film thickness of a heat resistant thin film is 0.02 mm-0.1 mm, and infrared energy radiation efficiency can be improved, without accompanying the radiation energy loss by thermal diffusion.
また、耐熱性薄膜が少なくとも90℃に耐えうる耐熱特性を有するとよい。 Further, it is preferable that the heat resistant thin film has a heat resistant characteristic capable of withstanding at least 90 ° C.
本発明のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法によれば、半導体製品基板に形成されたはんだボールの製品基板への接合状態検査方法であり、はんだボール搭載基板面を加熱する加熱工程と、加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却工程と、冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出工程と、検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定工程と、を含み、加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却工程に移行する前に、耐熱性の薄膜からなる赤外線高放射率媒体をはんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆し負圧圧着させる工程を備えた構成であるから、はんだボールの赤外線エネルギー量によるエネルギー分布画像によるはんだボールの接合部の良否判定を高精度に行えるとともに、塗料の塗布の際の検査終了後の剥離作業等を伴うことなく、検査効率を向上させることができる。 According to the method for inspecting the bonding state of the solder ball to the semiconductor product substrate of the present invention, the method for inspecting the bonding state of the solder ball formed on the semiconductor product substrate to the product substrate is a heating step of heating the surface of the solder ball mounting substrate. A cooling process for cooling the heated solder ball mounting substrate surface, a detection process for detecting infrared rays on the solder balls being cooled and the board in the vicinity of the solder balls, and heat energy distribution data based on the detected amount of infrared solder. A pass / fail judgment step for judging pass / fail of the bonding state of the ball to the substrate, and after heating the solder ball mounting substrate surface in the heating step, before moving to the cooling step, an infrared high emissivity composed of a heat-resistant thin film Infrared energy amount of solder ball because it is equipped with a process to detachably cover the surface of the solder ball mounting board and press the negative pressure The quality determination of the joint of the solder ball due to the energy distribution image with together performed with high precision, without the inspection after completion of the separating operation, such as during the paint coating, thereby improving the inspection efficiency.
また、本発明のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システムによれば、半導体製品基板に形成されたはんだボールの製品基板への接合状態検査システムであり、はんだボール搭載基板面を加熱する加熱手段と、加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却手段と、冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出手段と、検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定手段と、を含み、加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却させる前に、はんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆される耐熱性薄膜を含む着脱式赤外線高放射生成手段と、を備えた構成であるから、簡単な構成でありながら、多量の対象製品を迅速に検査処理し、かつ高精度にはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査を非接触で行うことができ、同時に検査済みの対象製品について特殊の処理を施すことなく実機に利用でき、最終的な検査効率を向上させることができる。 Further, according to the system for inspecting the bonding state of the solder ball to the semiconductor product substrate of the present invention, the system for inspecting the bonding state of the solder ball formed on the semiconductor product substrate to the product substrate is used to heat the surface of the solder ball mounting substrate. Heating means, cooling means for cooling the heated solder ball mounting substrate surface, detection means for detecting infrared rays on the solder balls being cooled and the board in the vicinity of the solder balls, and thermal energy distribution data based on the detected amount of infrared rays The solder ball mounting board surface is detachably coated on the solder ball mounting board surface before heating and cooling the solder ball mounting board surface in the heating process. A detachable infrared high radiation generation means including a heat-resistant thin film. The product can be inspected quickly, and the solder balls can be inspected in a non-contact manner with high precision. At the same time, the inspected product can be used in actual equipment without any special treatment. The final inspection efficiency can be improved.
また、上記のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システムは、はんだボール搭載基板を基台本体に保持した状態でその上から耐熱性薄膜を被覆し、その状態で、はんだボール搭載基板面の凹凸部分全体について負圧吸引手段により耐熱性薄膜を密着状に負圧圧着させる基台装置を有する構成であるから、単に耐熱性薄膜を台本体上に載置させ、負圧吸引させるだけで基板上の各はんだボールと耐熱性薄膜との間の隙間をなくすように薄膜を基板及び各はんだボール表面全体にわたって密着させることができ、熱伝導性確保とともに熱拡散を防止して赤外線エネルギー放射効率を向上させることができる。 In addition, the above-described system for inspecting the bonding state of the solder ball to the semiconductor product substrate covers the surface of the solder ball mounting substrate in such a state that the solder ball mounting substrate is held on the base body and the heat resistant thin film is coated thereon. Since the entire surface of the concavo-convex portion has a base device for negatively pressure-bonding the heat-resistant thin film in a close-contact manner by a negative pressure suction means, simply placing the heat-resistant thin film on the base body and sucking the negative pressure Infrared energy radiation efficiency by ensuring the thermal conductivity and preventing thermal diffusion as the thin film can be adhered to the entire surface of the board and each solder ball so as to eliminate the gap between each solder ball on the board and the heat-resistant thin film Can be improved.
また、基台装置は、はんだボール搭載基板面全体を覆うように耐熱性薄膜を載置させた状態で基台本体46とはんだボール搭載基板との間の隙間を介して負圧駆動源によりはんだボール搭載基板面の凹凸部分全体について耐熱性薄膜を密着状に負圧圧着させる基台内吸引経路を有する構成とすることにより、単に耐熱性薄膜を台本体上に載置させ、負圧吸引させるだけで基板上の各はんだボールと耐熱性薄膜との間の隙間をなくすように薄膜を基板及び各はんだボール表面全体にわたって実効的に密着させることができる。
In addition, the base device is soldered by a negative pressure drive source through a gap between the
また、基台内吸引経路は、耐熱性薄膜をはんだボール搭載基板面に載置させた状態で、該耐熱性薄膜とはんだボール搭載基板面との隙間に連通するように設けられた構成であるから、単に耐熱性薄膜を台本体上に載置させ、負圧吸引させるだけで基板上の各はんだボールと耐熱性薄膜との間の隙間をなくすように薄膜を基板及び各はんだボール表面全体にわたって実効的に密着させることができる。 Further, the suction path in the base is configured to communicate with the gap between the heat resistant thin film and the solder ball mounting substrate surface in a state where the heat resistant thin film is placed on the solder ball mounting substrate surface. Then, simply place the heat-resistant thin film on the base and suck the negative pressure over the entire surface of the board and each solder ball so that there is no gap between each solder ball on the board and the heat-resistant thin film. It can be brought into close contact effectively.
また、基台本体に半導体製品基板を保持させた状態ではんだボール搭載基板全体をその内側に収容させるように環状の気密部材を基台本体から上方に突設させた構成であるから、単に耐熱性薄膜を台本体上に載置させ、負圧吸引させるだけで基板上の各はんだボールと耐熱性薄膜との間の隙間をなくすように薄膜を基板及び各はんだボール表面全体にわたって実効的に密着させることができる。 In addition, since the base airtight member is protruded upward from the base body so that the entire solder ball mounting board is accommodated inside the semiconductor product board held on the base body, it is simply heat resistant. The thin film is effectively adhered over the entire surface of the substrate and each solder ball so that the gap between each solder ball on the substrate and the heat-resistant thin film is eliminated simply by placing the conductive thin film on the base and sucking it under negative pressure. Can be made.
また、耐熱性薄膜の膜厚が0.02mm〜0.1mmであるとすることにより、薄膜内でのはんだボールや基板からの熱拡散を防止しつつ良好な熱伝導性、伸縮性を確保しうる。 In addition, the heat-resistant thin film has a thickness of 0.02 mm to 0.1 mm to ensure good thermal conductivity and elasticity while preventing thermal diffusion from the solder balls and the substrate in the thin film. sell.
また、耐熱性薄膜が少なくとも90℃に耐えうる耐熱特性を有する構成とすることにより、至近距離での急速加熱を前提とした赤外線エネルギー放射特性向上のための処理を連続続行できる。 In addition, when the heat-resistant thin film has a heat-resistant characteristic capable of withstanding at least 90 ° C., it is possible to continuously continue the process for improving the infrared energy radiation characteristic on the premise of rapid heating at a close distance.
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1ないし図6は、本発明の実施形態を示しており、図1は、本発明の実施形態に係るはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システム10の構成図である。なお、はんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法についても合わせて説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 to FIG. 6 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a configuration diagram of a bonding
実施形態のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システム(以下、「接合状態検査システム」という。)10は、加熱装置12と、冷却装置14と、検出装置16と、制御判定装置18と、着脱式赤外線高放射生成装置13と、を含む。
A solder ball bonding state inspection system (hereinafter referred to as a “bonding state inspection system”) 10 according to the embodiment includes a
はんだボールは、BGA型パッケージやCSP型パッケージ等のはんだボール搭載半導体製品の基板電極部とのはんだ接合工程において生じる例えば0.6mm程度の径のボール状の合金接合部である。図1では、図示しないX−Yテーブルにより移動されるトレイ20上に位置決めされた状態ではんだボール搭載面Hを上にしてBGA型パッケージやCSP型パッケージ等の検査対象製品22(以下、「製品」という。)が配置されている。製品22のはんだボール搭載面H側には多数のはんだボール24が形成されて存在する。
The solder ball is a ball-shaped alloy joint having a diameter of, for example, about 0.6 mm, which occurs in a solder joint process with a substrate electrode portion of a solder ball-mounted semiconductor product such as a BGA type package or a CSP type package. In FIG. 1, a
実施形態において、加熱装置12は、はんだボール搭載半導体製品のはんだボール搭載面を加熱する、検査対象の集積回路装置基板の第1の温度場形成手段である加熱手段であり、本実施形態において、例えば検査対象の基板のボール搭載面へ熱風を吹き付ける熱風送風機から構成されている。熱風送風機は図示しない空気を供給するファンと検査対象の基板のボール搭載面に対して熱風を吹き付けるように案内する吹出口26と、吹出口から吹出す前に空気を加熱するヒータ28と、を備えている。吹出口と製品基板はんだボール搭載面とは例えば7cm程度の至近距離であり、直接にはんだボール搭載面のみを加熱して加熱機能を効果的に生じさせる。また、熱応答速度が速く、各はんだボールと基板電極部分の接合状態の検査を短時間で行える。製品利用の関係から、加熱装置による加熱はんだボールが融解しない程度の温度、例えば60℃〜150℃の範囲で検査対象を加熱するのが好ましい。より好適には、70℃〜80℃の範囲に加熱するとよい。加熱装置12による加熱時間は1.0秒以上、60秒以下の範囲で行うのが望ましい。加熱時間が1.0秒以下の場合は、はんだボールの加熱が不十分となり60秒以上の場合は、はんだボール近傍の基板を熱しすぎ、検査時間を要するために好ましくない。その加熱時間は制御装置32により0.1〜5秒以内に制御されている。この加熱手段としては、熱風送風の他、例えば赤外線ランプその他の熱線照射ランプなどを用いることができる。
In the embodiment, the
冷却装置14は、加熱装置により加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却するところの検査対象の集積回路装置基板の第2の温度場形成手段である冷却手段であり、例えば検査対象の基板のボール搭載面へ圧縮空気または低温空気を吹き付ける冷風吹き付け装置から構成されている。冷風吹き付け装置は図示しないポンプやファンなどの冷風空気の供給駆動源と、検査対象の基板のボール搭載面に対して冷却用空気を吹き付けるように案内する冷却用空気吹出口30と、を備えている。吹出口30と製品基板はんだボール搭載面Hとは例えば7cm程度の至近距離であり、直接にはんだボール搭載面のみを冷却して冷却機能を効果的に生じさせる。冷却装置14による冷却時間は0.1秒〜2秒の範囲で行うのが望ましい。冷却時間が0.1秒以下の場合は、はんだボールおよびはんだボール近傍の基板の冷却が不十分となり、2秒以上でははんだボール及びはんだボール近傍の基板を冷却し過ぎ、良否判定が困難となるため好ましくない。
The
加熱時間および冷却時間は後述の良否判定工程における正確さや精度を左右し得る要素であり、例えば上記の範囲以外に設定すると、それらを低下させる原因となる。なお、本実施形態では、冷却装置14を冷風吹き付け装置から構成しているので、冷却手段に水または低温媒体のような冷媒を必要とせず、したがって、広範囲の設置面積を必要とすることなく廉価なはんだボール接合状態検査システムを提供し得る。
The heating time and the cooling time are factors that can affect the accuracy and precision in the quality determination process described later. For example, if the heating time and the cooling time are set outside the above ranges, they may be reduced. In the present embodiment, since the
検出装置16は、加熱装置による加熱に引き続いて冷却装置により冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する赤外線検出手段であり、例えば赤外線センサが用いられる。赤外線検出装置16は、測定対象物から放射される赤外線エネルギーを検出し、その熱エネルギー分布を基に温度分布を計測する手段であり、画像処理による赤外線エネルギー分布をディスプレイ上に表示させて観測可能としてもよい。本実施形態において、検出装置16は、赤外線サーモグラフィのように赤外線エネルギーを定量的に温度分布に変換して温度分布を計測する装置から構成されている。検出装置16は、冷却装置14に機構的に一体に組み込まれている。しかしながら、別体により独立して移動可能としても良い。
The
制御判定装置18は、赤外線検出手段16により検出した赤外線量に基づくエネルギー分布データを基に温度分布を計測し、その温度分布状態からはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定手段であり、本実施形態において、コンピュータからなる制御装置32と、判定結果表示用のディスプレイ装置34と、を含む。ディスプレイ装置34は、検査対象製品の識別管理、その他の検査管理画面表示用にも用いられる。制御装置32は、加熱装置12、冷却装置14、赤外線センサ16、ディスプレイ装置34、さらには後述する着脱式赤外線高放射生成装置13等の機器に対して有線あるいは無線を介してこれらを制御可能に接続されておりそれらの機能を達成する上で必要な物理量を演算処理して動きや機能全体を司る。特に、赤外線センサ16で取得されたエネルギーデータを処理して温度データを計測生成し、それを用いた判定結果をディスプレイ装置34に表示させる。
The
本発明において、特徴的なことは加熱工程においてはんだボール搭載基板面Hを加熱後、冷却装置14により冷却させる前にはんだボール搭載基板面Hからの赤外線放射率特性を向上させる着脱式赤外線高放射生成装置13を配置させたことである。着脱式赤外線高放射生成装置13は、はんだボール搭載基板面Hに着脱自在に被覆される耐熱性薄膜38を含む。
In the present invention, a characteristic feature is that the solder ball mounting board surface H is heated in the heating process, and is then removed from the solder ball mounting board surface H before being cooled by the cooling
図において、着脱式赤外線高放射生成装置13は、はんだボール搭載基板面Hからの赤外線放射量を高いレベルにさせ、得られる赤外線データによる最終的な温度分布データがはんだボールの接合状態の良否を高精度に反映させるようにする。すなわち、一般にはんだボール搭載半導体製品のはんだボール接合状態の良否を、放射される赤外線の検出に基づくデータにより行う場合に、赤外線センサで被検体を測定するだけでは接合状態の高精度の判定に充分な分布画像を生成させることは困難である。一般には、次式(1)のように、黒体放射の赤外線エネルギーに各々の物体のエネルギー放射率を加味した赤外線エネルギーがそれぞれの物体から放射されると考えられている。
そして、この放射率特性のうちで、物体の表面が粗いほど放射率は大きく、鏡面では小さいとされている。このため、鏡面状態の表面を有するはんだボールを多数含むはんだボール搭載基板面Hからの赤外線エネルギーレベルは低く、したがって、得られる温度分布データから良好な精度で良否判定を行うことが困難である。 Of these emissivity characteristics, the rougher the surface of the object, the greater the emissivity and the smaller the specular surface. For this reason, the infrared energy level from the solder ball mounting substrate surface H including a large number of solder balls having a mirror-finished surface is low, and therefore it is difficult to perform pass / fail judgment with good accuracy from the obtained temperature distribution data.
本実施形態においては、加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却させる前に、着脱式赤外線高放射生成装置13によりはんだボール搭載基板面Hからの赤外線エネルギーの放射率特性を向上させた状態として冷却し、その状態で赤外線エネルギーデータを取得するようにしているので、はんだボール接合部のクラックや空洞部の存在を高精度に検出することが可能となる。
In this embodiment, the emissivity characteristic of infrared energy from the solder ball mounting substrate surface H is improved by the detachable infrared
図2において、着脱式赤外線高放射生成装置13は、耐熱性薄膜38と、基台装置40と、負圧吸引装置42と、を含む。基台装置40は加熱装置の加熱工程ではんだボール搭載基板面を加熱された製品基板22Aを受け取り、X−Yテーブル44上に載置されて縦横に移動可能とされている。
In FIG. 2, the detachable infrared
基台装置40は、半導体製品基板22Aを保持し、その上から耐熱性薄膜38を被覆して該耐熱性薄膜38をそのはんだボール搭載基板面Hへ負圧圧着させ、その状態で冷却装置14によるはんだボール搭載基板面Hの冷却、ならびにその後のはんだボール搭載基板面Hからの耐熱性薄膜38の離脱を行わせる手段である。本実施形態において、該基台装置40は、上端部に平面を有する直方体状の台本体46と、その上面中央位置に凹設した検査対象の製品基板22Aを位置決めして配置させるための凹部48と、を備えている。台本体46の凹部の底壁の材質は断熱材で構成されており、はんだボール搭載基板からの熱拡散を防止している。なお、台本体46の凹部は製品基板22Aの固定用に粘着または吸着面を有している。また、図5に示すように、台本体46の上面であって、凹部48内に配置された製品基板22Aを内側にして囲むように気密部材50としてのゴム製の環状パッキンが基台本体46の上面から一部を上方に突設させて埋め込み状に配置されている。気密部材50は、製品基板22A全体を覆うように上面に耐熱性薄膜38を被覆させた状態で製品基板22Aの下面側から負圧吸引すると大きな摩擦係数の耐熱性薄膜38が気密部材50との接触位置で密着し、各はんだボール間の間隙を含む空隙全体を気密部材でその外部から仕切って、負圧化させるための負圧手段である。なお気密部材の上に耐熱性薄膜を載せ、さらにその上から押さえ部材を用いて挟みつけるようにして気密を保持させるようにしてもよい。
The
さらに、基台装置40は、基台内吸引経路52を有する。基台内吸引経路52は、はんだボール搭載基板面H全体を覆うように耐熱性薄膜を載置させた状態ではんだボール搭載基板面Hの上に耐熱性薄膜を密着状に負圧圧着させる基台の負圧吸引経路であり、図3において、凹部48内に製品基板22Aを配置させた状態で該凹部48の壁面48Aと製品基板22Aの外形輪郭との間に設けられた1個または複数の隙間54と、隙間54に連通して製品基板22Aの下面側すなわち凹部48の底壁に4個凹設形成された中間通路56と、凹部48の底壁の中心に穿孔された凹部孔58から外部の吸引ホース60に連通するよう台本体内に形成された台通路62と、を含む。環状パッキン50より大きな耐熱性薄膜38を上から被せて、外部吸引ホース60に接続した吸引駆動手段としての例えば真空ポンプからなる負圧吸引装置42を駆動させると、基台内吸引経路52の隙間54は真空ポンプによる負圧吸引ルートに連通するとともに、図6に示す耐熱性薄膜38と各はんだボール24との間の空隙Gにも連通しているので、負圧吸引力で空隙内の空気を吸引することにより耐熱性薄膜38と各はんだボール24との密着性を向上させる。すなわち、基台内吸引経路52は、はんだボール搭載基板面H全体を覆うように耐熱性薄膜38を載置させた状態で基台本体46とはんだボール搭載基板22Aとの間の隙間54を介して負圧駆動源42によりはんだボール搭載基板面Hの凹凸部分全体について耐熱性薄膜38を密着状に負圧圧着させる。これによって、はんだボール表面からの赤外線エネルギーを耐熱性薄膜38により効率よく伝導させ、外部へ放射させることができる。
Further, the
耐熱性薄膜38は、はんだボール搭載基板面Hを着脱自在に被覆し、加熱後に赤外線高放射率状態を生成させる際にははんだボール搭載基板面Hを被覆して負圧密着するとともに、その状態で冷却装置により冷却し、同時に赤外線センサ等の赤外線検出装置16により赤外線エネルギーデータを取得後は、基板面Hから離脱して検査後の検査対象製品22に何らの処理を加えることなく製品として使用可能とさせる着脱式赤外線高放射生成装置の一要素である。耐熱性薄膜38は、耐熱性とともにある程度の伸縮性を有する合成樹脂、合成繊維、合成ゴム製薄膜の極薄フィルム状素材で形成される。耐熱性薄膜38は、所定の厚みを有する高分子薄膜であり、耐熱性のほかに柔軟性、ゴム弾性を有するのがこのましい。耐熱性薄膜38の素材としての例えば合成樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれについても選択できる。熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、フッ素樹脂、熱可塑性エラストマー、その他がある。また、合成ゴムとして、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンーブタジエンゴム、アクリロニトリルーブタジエンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどがある。また、これらのゴムからなる有機高分子を主成分とする耐熱弾性フィルムで構成するとよい。より好ましくは、例えばシリコンゴム、ポリウレタンゴム、ゴム系有機フィルム等を用いると良い。耐熱性薄膜38は、加熱装置により加熱されて検査対象の温度が例えば80℃以下程度となるように設定されるので、少なくとも90℃に耐え得る耐熱特性を有する素材であるとよい。より詳しくは、80℃程度の温度に耐え得る素材であるとよい。また、伸縮性として引っ張り強さが9.8(MPa)程度であればよい。また、薄膜の厚さは、伸縮性並びに熱成分の伝導性に関わり、例えば薄膜の厚さは0.02mm〜0.1mmの範囲が望ましく、より好ましくは0.02mm〜0.05mmの範囲であるとよい。また、熱伝導性は、0.1W/(m・K)以上が望ましい。
The heat-resistant
次に、図7〜図11を加えて参照しつつ、実施形態の装置の作用とともに、本発明のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法を説明する。基板22Aにはんだボール24が搭載された検査対象半導体製品22が、はんだボール搭載面Hを上面にし断熱材で構成された台本体46の凹部48に設置された状態で加熱装置箇所まで搬送される。図1において、加熱装置から吹出口温度180℃以上で検査対象の製品基板22Aまでの距離を7cm程度に設定して熱風を基板のはんだボール搭載面Hに向けて吹き付け加熱する。はんだボール基板が80℃程度に上昇したら、着脱式赤外線高放射生成装置13の基台本体46の凹部48の所定位置決め部位に該製品22を載置し、その状態から図1の薄膜上下動機構64を介して耐熱性薄膜38を上下に面を向けるように把持した状態で下降させ、台本体46の上面に載置させる(図3参照)。薄膜上下動機構64では、例えば、耐熱性薄膜38を把持して水平状に展開した状態で上下駆動させる。このとき、耐熱性薄膜38は、環状パッキン50よりも広い面積で環状パッキンの外形より大きな外形輪郭で覆っている。この状態で負圧吸引装置42としての真空ポンプを駆動し、負圧吸引すると、凹部に載置された基板22Aの上面は台本体46の上面と略同一面となっているので、負圧力は、空隙Pの空気を吸引して耐熱性薄膜38を台本体上面に密着させる。このとき、図4の破線示のように、基板の隅部と凹部の隅部との隙間54からPおよび空隙Gの空気は流入し、中間通路56、凹部孔58、台通路62の経路で吸引駆動源側に吸引される。さらにこの負圧力は、図6の耐熱性薄膜38と各はんだボール24との間の空隙Gにも加わって、図6(b)のように各はんだボール24の表面の略全体にわたって耐熱性薄膜38が密着する。この状態のままではんだボール搭載半導体製品は冷却装置箇所まで搬送される。そして、冷却装置14により、例えば吹出口温度を10℃以下に設定した低温空気を加熱面と同じ面に吹き出すと、瞬間的な温度変化が起こり、この温度変化に対応する赤外線エネルギー量を赤外線センサで検出する。はんだボール搭載半導体製品は、はんだボール搭載面Hを冷却装置14による冷却直前から冷却終了まで、赤外線検出装置としての赤外線センサがはんだボール搭載面のはんだボール24上およびその周囲の製品基板22A上の赤外線エネルギーに対応する温度を測定する。冷却装置14は制御判定装置18により冷却時間として0.1〜1.0秒以内に測定時間が制御されている。また赤外線検出装置16は制御判定装置18により冷却装置14による冷却開始直前から冷却終了までの間はんだボール24と製品基板22A上の温度を検出するように測定時間が制御されている。冷却開始直前から冷却終了までのはんだボール24およびはんだボール近辺の製品基板22A上の温度は、赤外線検出装置16から制御判定装置18へ転送される。また、この時のはんだボール近辺の製品基板22A上の温度は、隣り合うはんだボール間の中央を測定する。そして、赤外線検出装置16から転送されるデータは制御判定装置18の制御装置32においてエネルギー分布データから温度分布データに変換され、それに基づく判定結果信号をディスプレイ装置34に送信し、はんだボールを含む各製品基板22Aの赤外線エネルギーの分布によるはんだボール接合部の高精度の良否判定を短時間で実現させる。はんだボール接合部にクラックや空洞部が存在する場合には、その部分の熱伝導率は低く、周囲の温度に比べて局部的にそれらの欠陥部の表面温度は高く現れるが、加熱に引き続き、加熱直後に冷却すると、接合不良部を有するボールでは、温度は低く現れる。
Next, while referring to FIGS. 7 to 11 together with the operation of the apparatus of the embodiment, the method for inspecting the bonding state of the solder ball to the semiconductor product substrate of the present invention will be described. The
詳細には、図1において、赤外線検出装置16により検出された冷却開始直前から冷却終了までのはんだボール搭載面のはんだボール24近傍の製品基板22A上の温度の赤外線情報は、検出と同時に赤外線検出装置16から制御判定装置18に自動転送される。良否判定は、図7、8に示すように、加熱手段により加熱されたはんだボール搭載製品基板の接合良好なはんだボール241は、はんだボールから基板への大きな熱移動82が起こる。一方、接合不良はんだボール243では、はんだボールから製品基板22Aへの小さな熱移動84が起こり、さらに欠陥部分(はんだボールと基板電極間の接合不良部)83で製品基板22Aへ伝わらなかった熱移動86が起こるため、はんだボール自身に熱が溜まる。さらに、冷却では図8に示すように、はんだボール24の場合、その電極部25を介して下層からはんだボールへの大きな熱移動88があるため、接合良好ハンダボール241上の温度は冷却による熱の移動90があっても接合良好はんだボール241上の温度はある一定以上の温度を保持する。しかし、接合不良はんだボール243の場合、電極部25を介して下層から接合不良はんだボール243への小さな熱移動92しか起こらないため、接合不良はんだボール243上の温度は冷却による熱移動90が起こった後、はんだボール24上の温度はある一定以下の温度まで下がる。また、各はんだボール近辺の半導体基板22A上の温度は、各はんだボール上の温度と異なるが同程度の加熱及び冷却が行われており、各はんだボール近傍の半導体基板22A上の温度で各はんだボール上の温度を除した値(無次元化温度)を利用することで、サンプル内の温度偏りの影響を排除できる。なお、図7、8中、80は加熱手段により与えられたはんだボールへの熱移動、81は加熱手段により与えられた基板への熱移動、83ははんだボールと基板電極間の接合不良部、85は冷却手段により奪われた基板からの熱移動である。
Specifically, in FIG. 1, the infrared information of the temperature on the
以下に、良否判定手順を示す。図9に示すように、処理1で冷却終了時、または冷却直前と冷却終了時の各はんだボール上と各はんだボール近辺の製品基板22A上温度を抽出する。次に、処理2では各はんだボール上の温度を各はんだボール近辺の製品基板22A上の温度で除し、無次元化温度を算出する。最後に処理3では、処理2で得られた無次元化温度を予め設定した基準値と比較し良否判定を行う。図10、図11は、ボールの番号を横軸に、冷却開始と冷却終了時の各はんだボールと各はんだボール近辺の製品基板22A上の温度比または温度比の差を縦軸にしたグラフである。
The quality determination procedure is shown below. As shown in FIG. 9, the temperature on each solder ball at the end of cooling in
良否判定方法としては、図10に示すように冷却終了時の無次元化温度を使用する場合は、接合状態良好のはんだボールの無次元化温度94は予め設定した値96より高い値を示し、接合状態不良のはんだボールの無次元化温度98は予め設定した値96より低い値を示す。また図11に示すように冷却開始時と冷却終了時の無次元化温度差を使用する場合は、接合状態良好のはんだボールの無次元化温度102は予め設定した値104より低い値を示し、接合状態不良のはんだボールの無次元化温度106は予め設定した値104より高い値を示す。従って温度の偏りによる影響を受けることなく接合状態の良否判定ができ、さらに事前にはんだボールへ番号をつけていれば、どの箇所のはんだボールが不良状態であるかの確認が容易に検出できる。
As a pass / fail judgment method, when using the non-dimensional temperature at the end of cooling as shown in FIG. 10, the
冷却終了時の無次元化温度を使用する場合は、接合状態良好はんだボールの無次元化温度94は1.0に近い値を示し、接合状態不良はんだボールの無次元化温度98は0.95以下の値を示す。従って、予め設定した値を1.0〜0.95の間で決定し、予め設定した値より大きい場合は接合良好はんだボール、小さい場合は接合不良はんだボールと判定する。
When the non-dimensional temperature at the end of cooling is used, the
前記の良否判定から接合良好製品と判定された製品は接合良好製品箇所へ、また接合不良製品と判定された製品は接合不良製品箇所へ排出される。 A product determined as a well-bonded product from the good / bad determination described above is discharged to a well-bonded product location, and a product determined to be a poorly bonded product is discharged to a poorly bonded product location.
以上説明したように、本発明のはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法及びその検査システムにおいては、はんだボール搭載基板面を加熱手段で加熱し、加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却手段で冷却する前にはんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆される耐熱性薄膜を含む着脱式赤外線高放射生成手段による操作を行うので、はんだボールの赤外線エネルギー量によるエネルギー分布画像によるはんだボールの接合部の良否判定を高精度におこなえるとともに、塗料の塗布の際の検査終了後の剥離作業等を伴うことなく、検査効率を向上させることができる。 As described above, in the method for inspecting the bonding state of a solder ball to a semiconductor product substrate and the inspection system thereof according to the present invention, the surface of the solder ball mounted substrate is heated by the heating means, and the heated solder ball mounted substrate surface is cooled. Since the operation is performed by the detachable infrared high radiation generation means including the heat-resistant thin film that is detachably coated on the surface of the solder ball mounting board before cooling by means, the solder ball of the solder ball by the energy distribution image by the amount of infrared energy of the solder ball is used. It is possible to determine the quality of the bonded portion with high accuracy and to improve the inspection efficiency without accompanying a peeling work after the inspection at the time of applying the paint.
はんだボール搭載面においてボールのはんだ部の接合状態が良好なものと不良のものとを隣接位置に1対配置したものを3組形成した試料製品を用意し、これを上記の基台装置40の凹部48にセットし、熱風を当てて加熱後、圧縮空気を当てて冷却しながら、赤外線カメラにより耐熱性薄膜を被覆しない鏡面状態の場合と、耐熱性薄膜を被覆密着させた状態の場合のそれぞれについて、良品、不良品それぞれの3組の試料はんだボール上温度と、基板上の温度を冷却開始から冷却後について温度変化を計測した。図12〜図14は試料製品について耐熱性薄膜を使用しない鏡面状の表面を有する状態で行った比較例計測値グラフ、並びに図15〜図17は、耐熱性薄膜をはんだボール搭載面に被覆し、負圧吸着によりはんだボール搭載面上全体に耐熱性薄膜を被着させた状態で行った実施例計測値グラフを示す。
A sample product is prepared by forming three sets of a solder ball mounting surface in which a pair of ball solder portions having a good bonding state and a defective one are arranged at adjacent positions, and this is used for the
[計測機器]
加熱時の熱風発生器の仕様
加熱温度:吹出口から120℃以上の熱風を発生させ加熱させることができる機能を有し、被検体表面を5秒以内で80℃以上に熱することができる機能を有する。定格流量:100L/分。口径・距離:被検体全体を偏りなく加熱できる口径・距離を有する。吹出口から被検体までの距離は4cm程度に設定した。
冷却時の冷却機器の仕様
圧力:0.5MPa以上の圧力を維持することができるコンプレッサで、外気をそのまま圧縮した空気を冷却に使用した。吹出口:赤外線カメラ視野範囲を一度に冷却できる形状のもので、赤外線カメラ視野内で冷却の偏りができない程度まで離した位置に設定して行った。被検体からの距離は1cm程度に設定した。
赤外線カメラ
検出波長:8〜14μm
検出温度範囲:少なくとも20〜150℃を検出可能なものを用いた。
設置条件:被検体からレンズまで5.6cm(固定)、視野範囲、256(縦)×324(横)、空間分解能が少なくとも0.1mm(1画素あたり)のものを用いた。
被検体試料製品は、ボール数400個程度の製品を用い、赤外線カメラの1視野に収まるものを対象としている。
[計測手順]
吹出口温度120℃で5秒間、被検体表面から熱風吹き付け加熱を行い、耐熱性薄膜を被覆させて冷却、計測位置まで搬送し、減圧ポンプを駆動させて耐熱性薄膜を吸引密着させた状態で圧力が一定値以下になったら、吸引をし続けたままの状態で温度計測を行った。比較例は0.6秒間、実施例は0.4秒間冷却し、冷却終了後所要時間にわたって冷却開始からの時間帯で3個のボールと、基板全体についてそれぞれの温度計測を行った。
[グラフによる評価]
この実施例で接合良品ボールの検出温度が概して不良品ボールのそれより高く現れている。図12〜図14の比較例計測値では、検出による温度領域が32℃〜36℃程度であるのに対し、実施例計測値では、68℃〜78℃程度の領域で検出しており、赤外線エネルギーレベルと表面温度との相関より、耐熱性薄膜使用による場合に大きな赤外線放射率向上があったことが分かる。図12〜図14の比較例試料製品では、良品ボールと不良品ボールの検出温度差の変化が大きく、大きなバラツキがあったり、誤測定と想定される温度の反転状態が見られる部分が存在するのに対し、図15〜図17の実施例試料製品では良品ボールと不良品ボールの検出温度差は極めて緩やかな変化となって、ほぼ一定差で推移している。これによって、検出温度領域が高くなることも相まって、接合良、不良検出分解能が向上し、高精度に良否判定を行えることが理解される。すなわち、はんだボール搭載製品のボール搭載面を加熱直後に冷却する際に、加熱後に実施例のように、耐熱性薄膜を被着させた状態で冷却しその際のボール搭載面側の温度変化を検出することにより、その検出データを基にして所要の基準値を設定し、それとの比較によりボール接合部分の良否を高精度に判定する。複数のはんだボール搭載製品の判定処理を行う場合には、上記の実施形態の加熱工程、耐熱性薄膜の着脱工程、冷却工程、検出工程について各装置を並列配置させて、工程を進めるように同時に移動させるようにすることができる。
[Measuring equipment]
Specification heating temperature of the hot air generator at the time of heating: a function capable of generating and heating hot air of 120 ° C. or higher from the outlet, and a function of heating the subject surface to 80 ° C. or higher within 5 seconds Have Rated flow: 100 L / min. Aperture / distance: A bore / distance that can heat the entire subject without bias. The distance from the outlet to the subject was set to about 4 cm.
Specification pressure of cooling device during cooling: A compressor capable of maintaining a pressure of 0.5 MPa or more, and air compressed as it was was used for cooling. Air outlet: The shape of the infrared camera field of view can be cooled at a time, and it was set at a position separated to the extent that the cooling bias could not be biased within the infrared camera field of view. The distance from the subject was set to about 1 cm.
Infrared camera detection wavelength: 8-14 μm
Detection temperature range: The one capable of detecting at least 20 to 150 ° C was used.
Installation conditions: 5.6 cm (fixed) from subject to lens, visual field range, 256 (vertical) × 324 (horizontal), and spatial resolution of at least 0.1 mm (per pixel) were used.
The subject sample product is a product with about 400 balls and is intended to fit within one field of view of an infrared camera.
[Measurement procedure]
In a state in which hot air blowing is heated from the surface of the subject for 5 seconds at the outlet temperature of 120 ° C., the heat resistant thin film is coated, cooled, transported to the measurement position, and the vacuum pump is driven to bring the heat resistant thin film into close contact. When the pressure fell below a certain value, the temperature was measured while the suction was continued. The comparative example was cooled for 0.6 seconds, the example was cooled for 0.4 seconds, and the temperature was measured for each of the three balls and the entire substrate in the time zone from the start of cooling over the required time after the end of cooling.
[Evaluation by graph]
In this embodiment, the detected temperature of the bonded good balls is generally higher than that of the defective balls. In the measurement values of the comparative examples in FIGS. 12 to 14, the temperature range by detection is about 32 ° C. to 36 ° C., whereas in the measurement values of the examples, the detection is in the region of about 68 ° C. to 78 ° C. From the correlation between the energy level and the surface temperature, it can be seen that there was a significant improvement in infrared emissivity when the heat-resistant thin film was used. In the sample products of the comparative examples in FIGS. 12 to 14, there is a large change in the detected temperature difference between the non-defective balls and the defective balls, and there is a portion where there is a large variation or a temperature inversion state that is assumed to be an erroneous measurement. On the other hand, in the sample products of the examples of FIGS. 15 to 17, the detected temperature difference between the non-defective balls and the defective balls becomes a very gradual change and changes with a substantially constant difference. As a result, it is understood that, in combination with the detection temperature region becoming higher, the bonding quality and defect detection resolution are improved, and the quality determination can be performed with high accuracy. That is, when the ball mounting surface of a solder ball mounting product is cooled immediately after heating, the temperature is changed on the ball mounting surface side at that time by cooling with the heat-resistant thin film applied as in the embodiment after heating. By detecting, a required reference value is set based on the detected data, and the quality of the ball joint portion is determined with high accuracy by comparison with the reference value. When performing determination processing for a plurality of solder ball mounted products, the devices are arranged in parallel for the heating process, the heat-resistant thin film attachment / detachment process, the cooling process, and the detection process of the above-described embodiment, and the process proceeds simultaneously. It can be made to move.
10 はんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システム
12 加熱装置
13 着脱式赤外線高放射生成装置
14 冷却装置
16 検出装置
18 制御判定装置
22 検査対象製品
22A 製品基板
24 はんだボール
241 接合良好はんだボール
243 接合不良はんだボール
32 制御装置
34 ディスプレイ装置
36 着脱式赤外線高放射生成装置
38 耐熱性薄膜
40 基台装置
42 負圧吸引装置
46 台本体
48 凹部
50 環状パッキン
52 基台内吸引経路
54 隙間
H はんだボール搭載面
G 耐熱性薄膜と各はんだボールとの間の空隙
DESCRIPTION OF
Claims (8)
はんだボール搭載基板面を加熱する加熱工程と、
加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却工程と、
冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出工程と、
検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定工程と、を含み、
加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却工程に移行する前に、伸縮性を有する合成樹脂又は合成ゴム製の耐熱性薄膜でありその表面粗さが(耐熱性薄膜表面粗さ>はんだボール表面粗さ)である耐熱性薄膜からなる赤外線高放射率媒体をはんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆し負圧圧着させる工程を備えたことを特徴とするはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査方法。 A method for inspecting the bonding state of a solder ball formed on a semiconductor product substrate to the product substrate,
A heating process for heating the solder ball mounting substrate surface;
A cooling step for cooling the heated solder ball mounting substrate surface;
A detection step of detecting infrared rays on the solder ball being cooled and the substrate in the vicinity of the solder ball;
A pass / fail judgment step for judging pass / fail of the bonding state of the solder balls to the substrate by thermal energy distribution data based on the detected amount of infrared rays,
After heating the solder ball mounting substrate surface in the heating process and before moving to the cooling process, it is a heat-resistant thin film made of a synthetic resin or synthetic rubber having elasticity, and its surface roughness is (heat-resistant thin film surface roughness> solder A solder ball having a process of detachably coating a solder ball mounting substrate surface with an infrared high emissivity medium comprising a heat resistant thin film having a ball surface roughness) to a semiconductor product substrate Bonding state inspection method.
はんだボール搭載基板面を加熱する加熱手段と、
加熱されたはんだボール搭載基板面を冷却する冷却手段と、
冷却中のはんだボール及びはんだボール近傍の基板上の赤外線を検出する検出手段と、
検出した赤外線量に基づく熱エネルギー分布データによりはんだボールの基板への接合状態の良否を判定する良否判定手段と、
加熱工程においてはんだボール搭載基板面を加熱後、冷却させる前に、伸縮性を有する合成樹脂又は合成ゴム製の耐熱性薄膜でありその表面粗さが(耐熱性薄膜表面粗さ>はんだボール表面粗さ)である耐熱性薄膜からなり、はんだボール搭載基板面に着脱自在に被覆される赤外線高放射率媒体と、を備えたことを特徴とするはんだボールの半導体製品基板への接合状態検査システム。 A system for inspecting the bonding state of a solder ball formed on a semiconductor product substrate to the product substrate,
Heating means for heating the solder ball mounting substrate surface;
Cooling means for cooling the heated solder ball mounting substrate surface;
Detection means for detecting infrared rays on a solder ball being cooled and a substrate in the vicinity of the solder ball;
A pass / fail judgment means for judging pass / fail of the bonding state of the solder balls to the substrate based on thermal energy distribution data based on the detected amount of infrared rays;
Before heating and cooling the solder ball mounting board surface in the heating process, it is a heat-resistant thin film made of synthetic resin or synthetic rubber having elasticity, and its surface roughness is (heat-resistant thin film surface roughness> solder ball surface roughness And an infrared high emissivity medium that is detachably coated on the surface of the solder ball mounting substrate, and a solder ball bonding state inspection system to the semiconductor product substrate.
The system for inspecting the bonding state of a solder ball to a semiconductor product substrate according to any one of claims 2 to 7, wherein the heat-resistant thin film has a heat-resistant characteristic capable of withstanding at least 90 ° C.
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