JP6171621B2

JP6171621B2 - 電子部品モジュールの検査方法及び検査装置

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Publication number: JP6171621B2
Application number: JP2013134140A
Authority: JP
Inventors: 照康杉岡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: JP2015010840A

Description

本発明は、電子部品モジュールの検査方法及び検査装置並びに電子部品モジュールに関し、特に、シールドケース構造を有する電子部品モジュールの検査方法及び検査装置に関する。

スマートフォンやタブレットの普及に伴い、電源モジュールなどの電子部品モジュールには小型・薄型で高機能であることはもちろん、ノイズ対策のためのシールド構造や基板の反りが小さいことなど、構造上の様々な性能向上が求められている。例えば、特許文献１に記載のモジュール部品は、基板上の半導体部品を被覆する封止樹脂の表面に積層された金属プレートと、基板上のランド・配線パターンと金属プレートとを封止趣旨の側面にて接続する導電性ペーストとを備え、金属プレートと導電性ペーストとによりシールド構造を実現している。

電子部品モジュールはその製品出荷前や装置への組み込み前に検査されるが、高機能なモジュールには多数の入出力パッドが設けられており、これらのパッドに信号線を確実に接続して効率よく検査を行うためには、多数のソケットピンを備えた専用の検査治具（検査装置）が用いられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−１８２２７４号公報特開２００５−２４９４４８号公報

図６は、従来の電子部品モジュールの検査方法の一例を示す略断面図である。

図６（ａ）に示すように、従来の検査方法は、いわゆるキャンタイプのシールドケース１３を有し、基板１１の内部に半導体ＩＣチップ１０が埋め込まれた電子部品モジュール３０を検査対象とし、この電子部品モジュール３０の基板１１の下面に設けられた多数のパッド１４の各々に対してソケットピン３２を接触させて信号の入出力状態を検査する。対応するパッド１４にソケットピン３２を確実に接触させるために、シールドケース１３の天板部１３ａを押さえる押さえ部材３１が配置される。押さえ部３１は天板部１３ａの全面に当接して均等に押圧している。

近年の薄型・低背化の要求に応えるべく、電子部品モジュール３０には例えば４００μｍ程度の非常に薄い基板１１が用いられる。このように薄い基板は、ソケットピン３２の接触時にかかる応力によって反りが発生しやすい。すなわち、基板１１の下面１１ｂに設けられた多数のパッド１４の各々にソケットピン３２を押し当てて各種検査を行おうとすると、図６（ｂ）に示すように、基板１１の下面１１ｂの全体はソケットピン３２のバネ圧を受けて上方に押されるが、シールドケース１３の側板部１３ｂが基板１１を下方に押し返すので、基板１１の中央部だけが上方に押され、その結果、基板１１が上方に反ってしまう。一個一個のソケットピン３２のバネ圧は弱いが、例えば２０ピンも集まると非常に強い圧力になり、基板１１を反らせる要因となる。

このような基板１１の反りが生じると、基板１１に内蔵されている半導体ＩＣチップ１０にも応力がかかり、その特性が変化してしまうという問題がある。また、基板１１の上面１１ａに実装された電子部品１２の破損や半田剥がれが発生するおそれもある。さらに、ソケットピン３２の先端のストローク量が基板１１の反りに追従できず、パッド１４との電気的接続が不十分となり、正確な測定ができないおそれもある。

したがって、本発明の目的は、基板の反りの発生を防止することが可能な電子部品モジュールの検査方法及び検査装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、検査時にその特性が変化したり電子部品の実装不良が発生したりすることがない信頼性の高い電子部品モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による電子部品モジュールの検査方法は、半導体ＩＣチップが内蔵された基板と、前記基板の上面に実装された複数の電子部品と、前記基板の下面に設けられ前記半導体ＩＣチップ又は前記複数の電子部品と電気的に接続された複数のパッドと、前記基板の上面と対向する天板部及び前記基板の上面に固定された複数の側板部を有し前記電子部品を覆うシールドケースとを備えた電子部品モジュールを検査対象とするものであって、前記天板部の上面のうち前記側板部と平面視にて重なる周辺領域に当接することなく、前記側板部と平面視にて重ならない中央領域に押さえ部材を当接させた状態で、前記複数のパッドの各々にソケットピンを押し当ててモジュール動作の検査を実施することを特徴とする。

本発明によれば、押さえ部材のサイズがシールドケースよりも一回り小さいので、ソケットピンをパッドに押し当てる際にシールドケースの側板部が支持体となって基板を押し返すことがなく、基板の反りを抑制することができる。したがって、基板に内蔵されている半導体ＩＣチップの特性の変化を防止することができ、また基板上に実装されている電子部品の損傷や半田剥がれを防止することができる。

本発明においては、前記複数の電子部品のうち最も背が高い第１電子部品が前記基板の前記上面の中央部に設けられており、前記ソケットピンを押し当てる前においては前記天板部の下面と前記第１電子部品との間に隙間があり、前記ソケットピンを押し当てたときには前記天板部の下面が前記第１電子部品の上面に接触することが好ましい。この構成によれば、シールドケースの天板部が適度に反ってソケットピンからの押圧力を吸収するので、基板の反りを確実に抑制することができる。

本発明においては、前記押さえ部材は前記中央領域に当接する当接面を有し、前記当接面の外周部に平面又は曲面のテーパー部が設けられていることが好ましい。このようにテーパー部を設けた場合には、シールドケースの天板部を押さえ部材で押さえたときに天板部に折り目傷が付くことを防止することができる。

本発明において、厚さが５００μｍ以下の基板はモジュールの薄型化に寄与する反面、非常に反りやすく、本発明による効果が顕著である。また、前記パッドに接触する前記ソケットピンの数は２０ピン以上であり、前記パッドの数が前記ソケットピンの数以上であることが好ましい。電子部品モジュールがこのような構成を有する場合、基板の反りが大きくなるが、本発明の構成によれば、このような反りの問題を解決することができる。

また、本発明による電子部品モジュールの検査装置は、半導体ＩＣチップが内蔵された基板と、前記基板の上面に実装された複数の電子部品と、前記基板の下面に設けられ前記半導体ＩＣチップ又は前記複数の電子部品と電気的に接続された複数のパッドと、前記基板の上面と対向する天板部及び前記基板の上面に固定された複数の側板部を有し前記電子部品を覆うシールドケースとを備えた電子部品モジュールを検査対象とするものであって、前記天板部の上面のうち前記側板部と平面視にて重なる周辺領域に当接することなく、前記側板部と平面視にて重ならない中央領域に当接する当接面を有する押さえ部材と、前記複数のパッドに接触させる複数のソケットピンとを備えることを特徴とする。

さらにまた、本発明による電子部品モジュールは、半導体ＩＣチップが内蔵された基板と、前記基板の上面に実装された複数の電子部品と、前記基板の下面に設けられ前記半導体ＩＣチップ又は前記複数の電子部品と電気的に接続された複数のパッドと、前記基板の上面と対向する天板部と前記基板の上面に固定された複数の側板部とを有し前記電子部品を覆うシールドケースとを備え、前記複数の電子部品のうち最も背が高い第１電子部品が前記基板の前記上面の中央部に設けられており、前記基板の厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、従来の製造工程を大きく変更することなく、薄型の基板を用いた電子部品モジュールの検査時において基板の反りを抑制し、半導体ＩＣチップにかかるストレスを緩和することができ、その特性変化を防止することができる。また、基板上に実装されている電子部品の電極剥離等を防止することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品モジュールの検査方法を示す略断面図である。図２は、基板の上面に実装される電子部品のレイアウトの一例を示す略平面図である。図３は、電子部品モジュールの検査装置の構成を説明するための模式図である。図４は、電子部品モジュールの検査方法を説明するための模式図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、押さえ部材の形状の変形例を示す略側面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、従来の電子部品モジュールの検査方法の一例を示す略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品モジュールの構成を示す略断面図である。

図１に示すように、電子部品モジュール１は、半導体ＩＣチップ１０が内蔵された基板１１と、基板１１の上面１１ａに実装された複数の電子部品１２と、電子部品１２を覆うように基板１１の上面１１ａに設けられたシールドケース１３とを備えている。電子部品モジュール１としては、例えば電源モジュールを挙げることができる。

半導体ＩＣチップ１０は基板１１の内部に埋め込まれており、その厚さは非常に薄く、例えば１００μｍ程度である。半導体ＩＣチップ１０としては例えばＤＣＤＣコンバータＩＣ等を挙げることができる。半導体ＩＣチップ１０は主にシリコン材料で構成されているので、可撓性が低く、応力によって回路又は素子の特性が変化するおそれがある。そのため、半導体ＩＣチップ１０が撓んでしまうほどの強い応力が基板１１に加わることを防止する必要がある。

基板１１はモジュールを構成するために必要な回路基板であると共に、半導体ＩＣチップ１０の収容体でもある。モジュールの薄型化の要求に応えるため、基板１１の厚さは５００μｍ以下であることが好ましい。厚さが５００μｍ以下の基板はモジュールの薄型化に寄与する反面、非常に反りやすく、本発明による効果が顕著だからである。基板１１の材料は安価で絶縁性及び加工性に優れたものであることが好ましく、伸縮性を有することがより好ましい。具体的には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂を用いることができる。基板１１の上面１１ａ及び内層には回路を構成するために必要な配線パターンが形成されており、基板１１の下面１１ｂには多数のパッド１４が二次元的に配列されている。電子部品モジュール１は、パッド１４を介してマザーボード上の電子回路と電気的に接続される。

基板１１としては、例えばコア基板の両面にビルドアップ層が１層ずつ形成され、絶縁層間に導体層が設けられた４層の多層基板を挙げることができる。コア基板は、ガラスクロス、ガラス不織布、あるいはアラミド不織布等の補強材にエポキシ樹脂、ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂、あるいはポリイミド樹脂等を含浸させてなる絶縁基板である。特に限定されないが、コア基板の厚さは例えば１５０μｍ〜２００μｍである。半導体ＩＣチップ１０はコア基板を貫通する空洞内に収容され、ビルドアップ層で封止される。異なる導体層間はスルーホール導体を介して電気的に接続される。

電子部品１２は表面実装型のチップ部品である。電子部品１２の種類は特に限定されず、半導体ＩＣなどの集積回路、トランジスタやダイオードなどのディスクリート半導体デバイス、キャパシタやインダクタなどの受動素子などを用いることができる。また、電子部品の数についても特に限定されるものではない。これらの電子部品１２は基板１１の上面１１ａにリフロー半田付けにより実装されており、半導体ＩＣチップ１０及び基板１１上の配線パターンとともに所定の電子回路を構成している。

シールドケース１３はいわゆるキャンケースであり、天板部１３ａと複数（通常は４つ）の側板部１３ｂとを有している。シールドケース１３は金属からなり、したがって天板部１３ａは上下方向の圧力に対してバネ性を有している。シールドケース１３の板厚は８０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。シールドケース１３の側板部１３ｂの下端は基板１１の上面１１ａに半田付けされている。シールドケース１３の半田付けは、複数の電子部品１２と一緒にリフロー工程により行うことができる。

図２は、基板１１の上面１１ａに実装される電子部品１２のレイアウトの一例を示す略平面図である。なお、図１は、図２のＸ−Ｘ'線に沿った側面断面図である。

図１及び図２に示すように、複数の電子部品１２の高さにはばらつきがあるが、このうち最も背が高い電子部品（以下、第１電子部品と呼ぶ）１２ａは基板１１の上面１１ａの中央部１１ｏに設けられている。ここで、第１電子部品１２ａは基板１１の中央部１１ｏとの重なりを有するように配置されていればよく、第１電子部品１２ａの中央部が基板１１の中央部１１ｏと完全に一致している必要はない。

シールドケース１３の天板部１３ａは基板１１の上面１１ａと対向しており、天板部１３ａの下面と第１電子部品１２ａの上面との間には６０〜１５０μｍ程度の隙間１３ｃ（クリアランス）が設けられている。シールドケース１３と第１電子部品１２ａとの間に隙間１３ｃがない場合にはリフロー工程中にシールドケース１３が第１電子部品１２ａを下方に押圧し、これにより第１電子部品１２ａの実装不良が生じるおそれがあるが、隙間１３ｃを設けた場合にはそのような実装不良を防止することができる。しかしながら、この隙間１３ｃの間隔が基板の最大反り量にほぼ近似するので、シールドケース厚より小さい事が望ましい。

以上の電子部品モジュール１は、その製品出荷前や装置への組み込み前においてモジュール動作を確認するための検査が実施される。検査ではモジュールに設けられた多数のパッド１４に対して多数のソケットピン（コンタクトプローブともいう）を接触させてテスト信号を入力し、応答信号の状態を検査する。以下、電子部品モジュール１の検査装置及び検査方法について説明する。

図３は、電子部品モジュール１の検査装置の構成を説明するための模式図である。また、図４は、電子部品モジュールの検査方法を説明するための模式図である。

図３に示すように、電子部品モジュールの検査装置５は、電子部品モジュール１をシールドケース１３側から支持する押さえ部材２１と、多数のパッド１４にそれぞれ接続される多数のソケットピン２２と、電子部品モジュール１を所定の位置に固定するための位置決め部材２３と、テスト信号を生成すると共に応答信号を処理及び解析する信号処理部２４と、各部を制御する制御部２５とを備えている。制御部２５は、不図示の駆動機構を介して押さえ部材２１やソケットピン２２の進退動作を制御することが好ましい。

本実施形態において、ソケットピン２２のピン数はパッド１４の数と一致している必要はなく、検査が必要なパッド１４の数だけソケットピン２２を用意すれば足りる。したがって、例えば、パッドの数を３００個とし、ソケットピンのピン数を１００ピンとしてもよい。パッド１４の数はいかなる場合もソケットピン２２の数以上となり、ソケットピン２２の数よりも少ないことはない。

ここで、パッド１４に接触させるソケットピン２２の数は２０ピン以上であることが好ましく、５０ピン以上であることがより好ましく、１００ピン以上であることがさらに好ましい。パッド１４に接触するソケットピン２２の数が２０ピン以上から基板の反り抑制の効果が得られ、ソケットピン２２の数が５０ピン以上で十分な効果が得られ、ソケットピン２２の数が１００ピン以上になるとさらなる顕著な効果が得られるからである。

上記検査装置５を用いた電子部品モジュール１の検査では、まずシールドケース１３の天板部１３ａの上面に押さえ部材２１を当接させた状態で、各々のパッド１４にソケットピン２２を接触させて検査を実施する。ここで、押さえ部材２１の当接面のサイズは天板部１３ａのサイズよりも一回り小さく、側板部１３ｂと平面視にて重なる周辺領域に当接することなく、側板部１３ｂと平面視にて重ならない天板部１３ａの中央領域を押圧するように構成されている。電子部品モジュール１は位置決め部材２３によって所定の位置に固定されており、これにより押さえ部材２１を天板部１３ａの中央部に確実に位置合わせすることができる。

上記のように、電子部品モジュール１の基板１１の上面１１ａの中央部には、複数の電子部品１２の中で最も背が高い第１電子部品１２ａが実装されている。ソケットピン２２を押し当てる前において、天板部１３ａの下面と第１電子部品１２ａとの間には隙間１３ｃが設けられている（図１参照）。

そして図４に示すように、ソケットピン２２を押し当てると、圧力により天板部１３ａが変形し、その下面の中央部が第１電子部品１２ａの上面に接触する。例えば３００ピン以上のソケットピン２２を対応するパッド１４にそれぞれ接触させて所定の検査を行う場合、基板１１の下面の広範囲にソケットピン２２のバネ圧がかかる。ここで、シールドケース１３の側板部１３ｂは、ソケットピン２２のバネ圧の方向とは逆に、基板１１を下方に押し返そうとするので、側板部１３ｂとの接触箇所が支点となり、基板１１は上方に大きく反ろうとする。

しかし、本実施形態による検査方法は、押さえ部材２１の面積をシールドケース１３の天板部１３ａよりも小さくし、シールドケース１３の天板部１３ａを反らせるので、ソケットピン２２の圧力を吸収することができ、基板１１の反りを抑制することができる。したがって、半導体ＩＣチップ１０の特性の変化や電子部品１２の半田剥がれを防止することができる。また、パッドにソケットピン２２を確実に接触させることができ、ソケットピン２２の接触不足による検査エラーを防止することができる。なおシールドケース１３の天板部１３ａは板バネ性を有するので、押圧力が無くなると元の形状に戻る。

図５は、押さえ部材２１の形状の変形例を示す略側面図である。

図５（ａ）に示すように、この押さえ部材２１の特徴は、底面（当接面）２１ａと側面２１ｂとが交差するコーナー部に平面のテーパー部２１ｃを有する点にある。テーパー角度θ_１は４５度以下であることが好ましい。また図５（ｂ）に示すように、この押さえ部材２１の特徴は、底面２１ａと側面２１ｂとが交差するコーナー部に曲面（Ｒ面）のテーパー部２１ｄを有する点にある。このようにテーパー部を設けた場合には、シールドケース１３の天板部１３ａを押さえ部材２１で押さえたときに天板部１３ａに折り目傷が付くことを防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、電子部品モジュールの一例として電源モジュールを挙げたが、本発明は天板部および側板部を有するキャンタイプのシールドケースを用いたシールド構造を有する種々の電子部品モジュールに適用することができる。

１電子部品モジュール
５検査装置
１０半導体ＩＣチップ
１１基板
１１ａ基板の上面
１１ｂ基板の下面
１１ｏ基板の中央部
１２電子部品
１２ａ第１電子部品
１３シールドケース
１３ａシールドケースの天板部
１３ｂシールドケースの側板部
１３ｃ隙間
１４パッド
２１押さえ部材
２１ａ押さえ部材の底面（当接面）
２１ｂ押さえ部材の側面
２１ｃテーパー部（平面）
２１ｄテーパー部（Ｒ面）
２２ソケットピン
２３位置決め部材
２４信号処理部
２５制御部

Claims

半導体ＩＣチップが内蔵された基板と、前記基板の上面に実装された複数の電子部品と、前記基板の下面に設けられ前記半導体ＩＣチップ又は前記複数の電子部品と電気的に接続された複数のパッドと、前記基板の上面と対向する天板部及び前記基板の上面に固定された複数の側板部を有し前記電子部品を覆うシールドケースとを備えた電子部品モジュールの検査方法であって、
前記天板部の上面のうち前記側板部と平面視にて重なる周辺領域に当接することなく、前記側板部と平面視にて重ならない中央領域に押さえ部材を当接させた状態で、前記複数のパッドの各々にソケットピンを押し当ててモジュール動作の検査を実施し、
前記複数の電子部品のうち最も背が高い第１電子部品が前記基板の前記上面の中央部に設けられており、
前記ソケットピンを押し当てる前においては前記天板部の下面と前記第１電子部品との間に隙間があり、
前記ソケットピンを押し当てたときには前記天板部の下面が前記第１電子部品の上面に接触することを特徴とする電子部品モジュールの検査方法。
前記押さえ部材は前記中央領域に当接する当接面を有し、前記当接面の外周部に平面又は曲面のテーパー部が設けられている、請求項１に記載の電子部品モジュールの検査方法。
前記基板の厚さが５００μｍ以下である、請求項１又は２に記載の電子部品モジュールの検査方法。
前記パッドに接触する前記ソケットピンの数が２０ピン以上であり、前記パッドの数が前記ソケットピンの数以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子部品モジュールの検査方法。
半導体ＩＣチップが内蔵された基板と、前記基板の上面に実装された複数の電子部品と、前記基板の下面に設けられ前記半導体ＩＣチップ又は前記複数の電子部品と電気的に接続された複数のパッドと、前記基板の上面と対向する天板部及び前記基板の上面に固定された複数の側板部を有し前記電子部品を覆うシールドケースとを備え、前記複数の電子部品のうち最も背が高い第１電子部品が前記基板の前記上面の中央部に設けられており、前記天板部の下面と前記第１電子部品との間に隙間がある電子部品モジュールの検査装置であって、
前記天板部の上面のうち前記側板部と平面視にて重なる周辺領域に当接することなく、前記側板部と平面視にて重ならない中央領域に当接する当接面を有する押さえ部材と、
前記複数のパッドに接触させる複数のソケットピンとを備え、
前記押さえ部材は、前記ソケットピンを押し当てたときに前記天板部の下面が前記第１電子部品の上面に接触するように前記天板部を押圧することを特徴とする電子部品モジュールの検査装置。