JP5241539B2 - 半導体パッケージの検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、リードフレームに実装した半導体チップを樹脂封止することにより形成される、半導体パッケージの外観を樹脂封止工程の後に検査する、半導体パッケージの検査装置および検査方法に関するものである。

近年、各種電子機器の発展による需要の増大に伴い、それら機器の電子回路に用いられる電子部品の絶対量も増加の一途を辿っている。就中、小型面実装部品の類は機器１点当たりの使用個数も多く、膨大な量の市場要求に電子部品製造者は応える必要がある。

一般に半導体装置は、シリコンウェーハを個片化した半導体チップをリードフレームに実装した後に、さらに接続子等を取りつけ、樹脂封止することで半導体パッケージを形成させ、リードフレームからの切断及びリード端子のフォーミングを行う、等の工程が製造に際して行われる。前述した需要の増大に伴い、これらの製造工程は自動化が進んでいるが、さらに電気的特性や外観等の検査工程についても自動化が進んでおり、作業時間の短縮に寄与してきた。

ところで、この検査工程のうち、前記半導体パッケージに生じるボイドの有無をチェックするという工程がある。半導体パッケージ側面のボイド検査を実施しようとする場合、従来は検査面に対して垂直、即ち半導体パッケージの真横にカメラを配置し、検査を行っていた（例えば特許文献１）。

特開平６−１６０２８６号公報

それぞれの半導体装置をリードフレームから切断した後に個々の半導体装置を検査する場合には、このような装置を使うことが可能だが、前述のように市場におけるこれら半導体装置への需要は非常に大きいことから、検査作業時間を一層短縮するために、ボイド検査をリードフレームから切断する前に実施したいという要求が存在している。しかし半導体パッケージ側面を検査する際に当該側面に対向する位置にカメラを設置しようとしても、リードフレーム外枠や隣接する半導体パッケージに遮られ撮影が行えないことから、切断前のフープ形状或いはシート形状のリードフレーム上でモールドケース側面のボイド検査を行うことが出来ないという問題がこれまで有った。

また、従来のように撮像手段と撮像用の照明手段とを略同一方向に設置した場合、設置スペースの制限により、撮像手段を複数並べることが困難となっていた。

半導体パッケージから所定の仰角をもって設置した撮像手段を備え、前記撮像手段による撮影結果に基づいて、前記半導体パッケージ側面に生じるボイドの有無を検査する半導体パッケージの検査装置において、同一方向を向き間隔を有して整列した状態で前記半導体パッケージが連設されたリードフレームの底面側に、ＬＥＤ照明を複数配列させた照明手段が設置されると共に、前記半導体パッケージが連設されたリードフレームと該照明手段との間に前記LED照明の一つ一つが直接半導体パッケージを照射することを防止すべく拡散板が設けられており、前記撮像手段を検査対象である前記半導体パッケージの搬送方向に沿って複数並べることで、切断前のリードフレームにおいて複数の半導体パッケージを同時に検査することを特徴とする。

さらに、検査対象である前記半導体パッケージの側面の底辺が隣接する半導体パッケージにより遮られることなく撮像可能となるように、前記撮像手段を設置する前記仰角が設定されていることを特徴とする。

前記半導体パッケージの相反する方向を向いた二つの外側面を同時に撮影できるように、互いに向かい合うようにした前記撮像手段の組み合わせが複数設置されていることを特徴とする

半導体パッケージのパッケージ側面を斜め上から撮像することによって半導体パッケージ側面に生じるボイドの有無を検査する、半導体パッケージの検査方法において、リードフレームから切断される前の前記半導体パッケージを搬送機構により検査位置に搬送し、前記半導体パッケージの底面側に複数のＬＥＤ照明を配列するように設置した照明手段から放出した光を、前記リードフレームから切断される前の前記半導体パッケージと該照明手段との間に、前記LED照明の一つ一つが直接半導体パッケージを照射することを防止すべく設置した拡散板を通過させることで、ムラの無いように前記半導体パッケージに照射し、前記半導体パッケージ側面から反射する反射光を用いてボイドの有無を検出することを特徴とする。

本発明によれば、半導体パッケージが連設されたリードフレームの底面側に照明手段が設置され、斜め上方向に互いに向かい合うように組み合わされた撮像手段で、下方から照らされた前記半導体パッケージを撮影することにより、リードフレームから切断される前に半導体パッケージ側面のボイド検査を行うことが出来ることから、
ボイドの有無を検出する精度を高めつつ、尚かつ作業時間を短縮し、効率よく半導体パッケージを検査できる。

本発明の半導体パッケージの検査装置の実施形態を示す側面図。 本発明の半導体パッケージの検査装置の検査対象である、切断前の半導体パッケージの状態を示す平面図、正面図、並びに側面図。 本発明の半導体パッケージの検査装置の実施形態を示す平面図。 半導体パッケージ良品の撮像データ例。 半導体パッケージ不良品の撮像データ例。 検査対象となる半導体パッケージの、底面側に設置された照明手段からの光軸を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明の半導体パッケージの検査装置は、図１に示すように、検査対象である半導体パッケージ３１が切断される前のリードフレーム３０を搬送するための搬送手段４０が、検査位置前方においてリードフレーム３０の下方に位置し、撮影手段１０は検査位置にあってリードフレーム３０の上方に、同じく検査位置においてリードフレーム３０の下方に照明手段２０が設置されており、これらの手段を制御する制御手段５０、そして撮影されたデータを解析して良品／不良品の判定を行う判定手段６０とを備える。

ここで、各構成の説明に先立ち、検査対象である半導体パッケージ３１について説明する。図２に示すように、半導体パッケージが搬送方向に向かって２個が横に連なる形でリードフレーム３０は構成されており、これらの２個が並んで進むようにしてリードフレーム３０は搬送方向に送られていく。このリードフレーム３０には、プレス金型によって打ち抜かれた箇所である空白部３２が設けられているが、半導体パッケージ３１の搬送方向およびその逆方向に向いた二つの側面は、この空白部３２に面している。また、リードフレーム３０の搬送方向に沿う向きで隣接する半導体パッケージ３１同士は、この空白部３２を隔てて並んでいる。この空白部３２が有ることで、リードフレーム３０の底面側に設けた照明手段２０でリードフレーム３０を照らした際には、光がリードフレーム３０の上面側に漏出することとなる。そして中央部には、後述する搬送手段４０と噛み合わせるための送り穴３３が設けられている。

次に、搬送手段４０について説明する。搬送手段４０は制御手段５０からの制御信号に基づき動作する歯車状の装置で、検査位置前方においてリードフレーム３０の下方に設置されている。制御手段５０から送られた制御信号によって搬送手段４０が動作し、この搬送手段４０の歯が送り穴３３と噛み合うことでリードフレーム３０は搬送方向に牽引される。

続いて、撮像手段１０について説明する。本実施例では、半導体パッケージの検査装置１において、半導体パッケージ３１を切断する前のリードフレーム３０の検査位置上方に撮像手段１０が設置されている。この撮像手段１０は１２台のカメラから構成されており、前記１２台は何れも斜め下を向けて設置されているが、半導体パッケージ３１の検査位置の手前側に搬送方向に向けられたカメラ１１ａが６台並び、同検査位置の奥手側にその逆方向に向けてカメラ１１ｂが６台並べられている。カメラ１１ａとカメラ１１ｂとは、それぞれの搬送方向に向かって１台目同士、２台目同士という形で６組の組み合わせが形成されているが、これらそれぞれの組み合わせが撮影軸１２が示すような形で同一の半導体パッケージ３１を、制御手段５０からの制御信号に基づき同時に撮影する。前記カメラ１１ａとカメラ１１ｂとの間の組み合わせは６組形成されているが、それぞれの組は前記リードフレーム３０の搬送方向に対して横に並んだ２個を同時にカバーする。前記制御手段５０からの制御信号により、６組１２台のカメラが同時に撮影を行うため、同時に撮影される半導体パッケージ３１の個数は１２個となる。

図３は本実施例の半導体パッケージの検査装置を上から見たものである。リードフレーム３０の上方に撮像手段１０が位置している点については前述したが、この図３は撮像手段１０がリードフレーム３０の上方において中央に設置されていることを示している。また、リードフレーム３０の搬送方向に向かっての両側面には押さえ部３４が設けられている。搬送手段４０の歯を送り穴３３と噛み合わせてリードフレーム３０を搬送方向に搬送するが、この押さえ部３４がリードフレーム３０の高さを安定させ、それによって検査対象である半導体パッケージ３１と撮像手段１０との間の距離を一定に保つことが出来る。さらに、前記撮像手段１０を構成するカメラ１１ａおよびカメラ１１ｂの計１２台は連なって設置されており、リードフレーム３０から見て照明手段２０を撮像手段１０と同一方向に設置することが出来ない。

ところで、カメラ１１ａとカメラ１１ｂの、それぞれの搬送方向に向かって１台目同士の組み合わせが撮影する半導体パッケージ３１と、同じく２台目同士の組み合わせが撮影している半導体パッケージ３１は、一列の半導体パッケージ３１が間を隔てている、即ち２列の半導体パッケージ３１に対して１組のカメラという形で図１では描かれているが、これは簡略化されたものであり、実際には１３列の半導体パッケージ３１に対して１組という比率となっている。

その一方で、本実施例の半導体パッケージの検査装置においては、セットされたリードフレーム３０は、半導体パッケージ３１を６列分移動させるステップで、搬送が行われる。ステップを重ねることで徐々にカメラとの位置関係にズレが生じていき、リードフレーム３０上の全ての半導体パッケージ３１が漏れなく検査される。このように、搬送のステップとカメラ１１ａ及びカメラ１１ｂの半導体パッケージ３１に対しての設置比率とを調整することにより、搬送の速度を一定に保ったままで、効率よく検査を行うことが出来る。本実施例では６組のカメラを用い、検査対象である半導体パッケージを６列ずつ移動させる方法を示しているが、カメラの台数、搬送のステップについては、全ての半導体パッケージの撮影を漏れなく行うことが可能である限りにおいて、これに限定されない。

また、撮像手段１０からリードフレーム３０を隔てて反対側には、照明手段２０が設置されている。この照明手段２０はＬＥＤ照明２１と拡散板２２から構成されているが、ＬＥＤ照明２１は直径約４ｍｍのＬＥＤ５列×５１の合計２５５個を約５ｍｍのピッチで実装した２７０ｍｍ×４３ｍｍの基板である。さらに、ＬＥＤ照明１３とリードフレーム３０の間に、アクリル板によって構成された拡散板１２が設置されている。拡散板１２は、ＬＥＤ照明１３を構成するＬＥＤ一つ一つが直接半導体パッケージ３１を照らすことを回避するために設置されたもので、ＬＥＤの光度を勘案してリードフレーム３０とＬＥＤ照明１３との間の距離は約３ｃｍとしているが、リードフレーム３０と拡散板１２の間の距離は１ｃｍ未満とし、出来るだけ近づけるようにしている。これは、よりムラの無い柔らかな光で半導体パッケージ３１を照射するために、リードフレーム３０に出来るだけ近い位置に設置するのが好ましいためである。

制御手段５０からの制御信号に基づきカメラ１１ａおよびカメラ１１ｂが撮影した画像は、判定手段６０によって半導体パッケージ３１側面のボイド３１ａの有無が判定される。判定手段６０が画像データを解析する方法について、以下に説明する。

図４（ａ）はカメラ１１ａが撮影した画像の一例である。半導体パッケージ３１が数多く写されているが、実際に画像判定に用いるのはこのうち１列のみとなる。これは複数の列を判定しようとした場合、カメラ１１ａからの距離が一定とならないためである。図４（ａ）で示されているのは半導体パッケージ３１の側面にボイドが生じていない良品であるが、図４（ｂ）に見られるように、パッケージ側面にボイド３１ａが生じた場合、撮影された画像には黒い点となって現れる。

図４（ｃ）は、ボイド３１ａが黒点となる仕組みを示したものである。図４（ｃ）においては示されていないが、拡散板１２の下側にＬＥＤ照明１３が設置されており、下方から光が当てられる。下方から照らされる光は、拡散板２２を通過することで様々な方向に拡散されるが、拡散板２２を通過した後は光の性質上、光軸は直線を成す。半導体パッケージ３１の側面にボイド３１ａが生じていた場合でも、様々な角度から半導体パッケージ３１に光軸が当たるため、光の入射角をゼロにした状態、即ち入射光線が半導体パッケージ３１の真横に近い角度からもたらされるならば、ボイド３１ａの奥まで光が届くことになる。しかしながら、リードフレーム２０において半導体パッケージ３１は連設されており、半導体パッケージ３１の側面への入射角が小さい光は隣接する半導体パッケージ３１で遮られることから、半導体パッケージ３１に生じたボイド３１ａの底面側には光が入射されず、斜め上方に設置した撮像手段によって撮影を行った場合には、影という形で現れることとなる。この検査対象となる半導体パッケージ３１の斜め上方に設置したカメラ１１ａが撮影したデータを、判定手段６０によって解析し前述の影の存在が確認されたときに、ボイド３１ａが発生していると判定がされる。このような方法で検査を行うことで、効率よくボイド３１ａの有無を検査することが出来る。

これまで説明してきたように、制御手段５０からの制御信号によって、搬送手段４０がリードフレーム３０を検査位置へ搬送し、照明手段２０によって照らされた半導体パッケージ３１の側面を撮像手段１０が撮影する。この撮影データが判定手段６０に送られ、判定は行われる。

ボイド３１ａの有無を判定手段６０により判定した後に、ボイド３１ａが有り不良品と判定された半導体パッケージ３１には、レーザーにより印（バッドマーク）が付けられる。本発明の半導体パッケージの検査装置を使った外観検査の次工程は、半導体パッケージ３１のリードフレーム３０からの切断工程で、さらに半導体パッケージ３１の捺印面における捺印の検査工程となっている。本工程において、前述の印（バッドマーク）が付けられているものが不良品として弁別される（本段落で説明されている部分は、本発明には含まれていない）。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、撮像手段として設けたカメラの台数他の具体的構成、光源を他の異なったものに変更するなど照明手段の具体的構成、リードフレームを搬送方向に送る搬送手段の具体的構成および搬送ステップの設定、等々は適宜変更可能である。

１半導体パッケージの検査装置
１０撮像手段
２０照明手段
２１ＬＥＤ照明
２２拡散板
３０リードフレーム
３１半導体パッケージ
３１ａボイド
３２空白部
３３送り穴
３４押さえ部
４０搬送手段

Claims (4)

1. 半導体パッケージから所定の仰角をもって設置した撮像手段を備え、前記撮像手段による撮影結果に基づいて、前記半導体パッケージ側面に生じるボイドの有無を検査する半導体パッケージの検査装置において、
   同一方向を向き間隔を有して整列した状態で前記半導体パッケージが連設されたリードフレームの底面側に、ＬＥＤ照明を複数配列させた照明手段が設置されると共に、前記半導体パッケージが連設されたリードフレームと該照明手段との間に前記LED照明の一つ一つが直接半導体パッケージを照射することを防止すべく拡散板が設けられており、
   前記撮像手段を検査対象である前記半導体パッケージの搬送方向に沿って複数並べることで、切断前のリードフレームにおいて複数の半導体パッケージを同時に検査することを特徴とする、半導体パッケージの検査装置。
2. 検査対象である前記半導体パッケージの側面の底辺が隣接する半導体パッケージにより遮られることなく撮像可能となるように、前記撮像手段を設置する前記仰角が設定されていることを特徴とする、請求項１記載の半導体パッケージの検査装置。
3. 前記半導体パッケージの相反する方向を向いた二つの外側面を同時に撮影できるように、互いに向かい合うようにした前記撮像手段の組み合わせが複数設置されていることを特徴とする、請求項２記載の半導体パッケージの検査装置。
4. 半導体パッケージのパッケージ側面を斜め上から撮像することによって半導体パッケージ側面に生じるボイドの有無を検査する、半導体パッケージの検査方法において、
   リードフレームから切断される前の前記半導体パッケージを搬送機構により検査位置に搬送し、前記半導体パッケージの底面側に複数のＬＥＤ照明を配列するように設置した照明手段から放出した光を、前記リードフレームから切断される前の前記半導体パッケージと該照明手段との間に、前記LED照明の一つ一つが直接半導体パッケージを照射することを防止すべく設置した拡散板を通過させることで、ムラの無いように前記半導体パッケージに照射し、前記半導体パッケージ側面から反射する反射光を用いてボイドの有無を検出することを特徴とする、半導体パッケージの検査方法。