JP6631494B2

JP6631494B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP6631494B2
Application number: JP2016244350A
Authority: JP
Inventors: 哲平川本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018098444A

Description

本発明は、電子装置に関する。

半導体装置の製造工程や実装工程では、Ｘ線などの放射線を照射して半導体装置の透過像を観察することにより、半導体部品のはんだ実装などにおける接着面の観察やコネクタケーブルの接続状態の観察などのように、直接目視などで観察できない部位においての不良検査が行なわれている。半導体装置がＸ線などの強い放射線を照射された場合には、半導体装置中の素子の特性が変動する場合があることが知られている。そこで、半導体装置のチップを遮蔽するように金属のフィルタを設けることによって放射線のエネルギーを吸収もしくは減衰させ、半導体装置中の素子の特性変動を抑制する手法がある。

しかし、一方でＢＧＡ（Ball Grid Array）やＱＦＮ（Quad Flatpack No Lead）等のようにパッケージの裏面に電極が存在するものについては、Ｘ線透過画像によるはんだ実装時の接着面の不良チェックの際に、素子を保護するためＸ線遮蔽フィルタによってＸ線を遮蔽すると、パッケージ裏面のＸ線透過画像が得られないため不良チェックを行うことができないという課題があった。

特開２００６−２０２７９１号公報特開２０１２−１３４６４２号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、素子の特性変動を回避および補正を行い、はんだボールなどの被検査物のＸ線透過による出来映え検査を可能とする電子装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、電子装置（１０）は、第１方向に第１面を、前記第１方向に対して反対方向の第２方向に第２面を備える回路基板（１６）と、前記回路基板の前記第１面に設けられるＩＣチップ（１２）と、前記回路基板の前記第２面に設けられる被検査物（２４）と、前記ＩＣチップに配置された基準回路（１４）と、前記ＩＣチップに配置された前記基準回路以外の回路（３０）と、前記基準回路の第１方向側を覆い、前記基準回路以外の回路の前記第１方向側を覆わない、Ｘ線を遮蔽可能な遮蔽物（２６）と、を備える。

この構成によれば、Ｘ線遮蔽物の設置範囲を最小限とすることにより、はんだボールを配置しない領域を最小限とすることができる。また、Ｘ線透過画像によるはんだボールの出来映え検査の際に、遮蔽領域にはＸ線が照射されないため、この領域にはんだボールが存在する場合にはＸ線透過画像が得られないため検査ができない。しかし、本実施形態では、遮蔽領域には被検査物（はんだボール）が配置されていないため、Ｘ線透過画像によりはんだボールの出来映え検査ができないという事態を回避できる。また、基準回路にはＸ線の照射がされないため、基準回路に配置される回路素子の特性は変動しない。従って基準回路を用いて被調整回路の特性変動を補正することにより、基準回路によって調整信号を正しく発生させることができる。これにより、電子装置全体の正常な回路動作が確保できる。

第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す上面図第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す縦断面図第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す下面図シールドの概略構成例を示す図シールドの概略構成例を示す図シールドの概略構成例を示す図シールドの概略構成例を示す図電子装置の電気的構成を模式的に示す概略平面図比較器および差異調整回路の概略構成例比較器および差異調整回路の概略構成例調整回路の概略構成例調整回路の概略構成例第２実施形態に係る電子装置の概略構成を示す上面図第２実施形態に係る電子装置の概略構成を示す縦断面図第２実施形態に係る電子装置の概略構成を示す下面図

以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素又は実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。また、以下の説明において、「Ｘ線が照射されない」、という場合には、Ｘ線が完全に遮蔽される場合だけでなく、Ｘ線による影響をうけない程度すなわち素子の特性変動が起こらないレベルまでにＸ線が減衰されて照射されている場合を含むものとする。

（第１の実施形態）
図１から図３は、第１実施形態に係る電子装置１０の概略構成を示す図であり、図１は平面図、図２は図１のＡＡ線に沿う部分の縦断面図、図３は裏面図である。図１から図３に示すように、電子装置１０は、ＩＣチップ１２、回路基板１６、封止樹脂１８、はんだボール２４、及びシールド２６を備えている。

電子装置１０は所謂ＩＣパッケージであり、図２に示すように、ＩＣチップ１２が、回路基板１６のチップ搭載面すなわち図において上面側（第１面）に固定されている。回路基板１６のチップ搭載面の裏面側すなわちチップ搭載面側の反対側（第２面）には、図示しない電極が設けられており、この電極に外部接続用の複数のはんだボール２４が接続形成されている。回路基板１６は、樹脂やセラミックスを主原料とする絶縁基材に、銅などの導電材料からなる配線を配置して構成されている。

ＩＣチップ１２は、シリコンなどの半導体基板に、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサなどの素子が集積され、論理回路、記憶回路、Ａ／Ｄ変換回路、増幅回路、或いはこれらの混合回路等の回路（大規模集積回路）が構成され、チップ化されたものである。本実施形態では、平面略矩形状のＩＣチップ１２が、回路基板１６のチップ搭載面に接着固定されている。

ＩＣチップ１２上には、基準回路１４、その他の被調整回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（以下まとめて被調整回路３０と称する）が形成されている。本実施形態では、基準回路１４は、基準回路１４以外の被調整回路３０の特性変動を調整するために用いられる回路素子を含むもの、及び、Ｘ線の照射により回路素子の特性変動が生じた場合に、その特性変動を補正しても期待される機能を回復しない回路素子を含むものである。基準回路１４は、Ｘ線照射により特性変動が生じると電子装置１０の全体の性能に影響する部分、例えばメモリ、基準電源などを意味する。具体的には、後述する比較器３２、メモリ３４、基準電源回路３６、差異調整回路３８などが含まれる。

一方、被調整回路３０は、基準回路１４による特性変動の調整を受ける回路素子を含むもの、及び、Ｘ線の照射により回路素子の特性変動が生じた場合に、その特性変動を補正しなくても期待される回路機能を発揮する回路素子、又はその特性変動を補正すれば期待される回路機能を回復する回路素子を含むものである。被調整回路３０は、Ｘ線照射により特性変動が生じても電子装置１０全体の性能に影響しにくい、あるいは特性変動が調整可能な回路、例えば制御ロジック、ＯＮ/ＯＦＦドライバ、ＣＯＭＰ閾値、ＦＢゲインなどを意味する。

基準回路１４の上方には、基準回路１４の上面側を覆うようにしてシールド２６が形成されている。シールド２６は被調整回路３０の上面側を覆っていない。シールド２６の下方向に投影した領域すなわち遮蔽領域２８に基準回路１４が含まれる。シールド２６は、Ｘ線を吸収、反射もしくは減衰することにより遮蔽可能な機能を備えている。シールド２６の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｐｔ又はＺｎ等の金属材料やこれらの金属を含む合金、あるいは、Ｍｏ／Ｓｉを用いた多層膜、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を用いることができる。ここで、シールド２６の図において垂直下方向に投影した領域を、遮蔽領域２８とする。なお、「遮蔽」には、Ｘ線を吸収することによって遮蔽する場合だけでなく、Ｘ線を反射もしくは散乱させることも含み、また、Ｘ線の強度を素子特性の変動を回避可能なレベルまで減衰させることも含む。

回路基板１６は、樹脂やセラミックスを主原料とする絶縁基材に、銅などの導電材料からなる配線を多層に配置して構成されている。回路基板１６のチップ搭載面には図示しない複数のランドが形成されており、これらランドは、ＩＣチップ１２上の図示しない電極パッドとボンディングワイヤ２２によって電気的に接続されている。

回路基板１６の裏面には、遮蔽領域２８を除き、はんだボール２４が格子状すなわちマトリクス状に形成されている。すなわち、はんだボール２４は遮蔽領域２８には配置されていない。はんだボール２４は、回路基板１６に形成された図示しない配線を介して、チップ搭載面に形成されたランドと電気的に接続されており、ＩＣチップ１２に構成された回路と電気的に接続された、電気的な接続機能を提供する。はんだボール２４としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、等の組成のはんだ材を用いることができる。はんだボール２４は球状すなわちボール状に形成されている。このように、電子装置１０はＢＧＡ（Ball Grid Array）型パッケージとなっている。

本実施形態では、基準回路１４のみを遮蔽してＸ線の被爆から保護するようにシールド２６を設けることで、Ｘ線の遮蔽領域２８を最小限としている。さらに遮蔽領域２８には、はんだボール２４を配置しないようにしている。これによって、はんだボール２４を配置可能な領域を増加させるとともに、はんだボール２４のＸ線透過画像による出来映え検査を可能としている。

ＩＣチップ１２の上面はボンディングワイヤ２２およびシールド２６を含めて封止樹脂１８により覆われて封止されている。封止樹脂１８の構成材料としては、フェノール系硬化剤やシリコーンゴム及びフィラーが添加されたエポキシ系樹脂等の材料を用いることができる。

次に、シールド２６の形成方法について図４から図７を用いて説明する。
図４は、シールド２６を、ＩＣチップ１２に使用される多層配線のうち、１層目の配線層４２ａを回路配線として用い、２層目及び３層目の配線層４２ｂ、４２ｃを積層させて基準回路１４上に配置するようにして構成し、シールド２６としたものである。

図５に示すものは、さらにシールド２６形成用の第４層目の配線層４２ｄを設けて基準回路１４上に配置するようにして構成し、シールド２６としたものである。この場合は、独自の膜厚を設定することができ、膜厚を厚く形成することもできる。

図６に示すものは、ＩＣチップ１２上にさらにＩＣチップ１２ａを配置したＣｏＣ(Chip on Chip)構造であって、基準回路１４上にＩＣチップ１２ａを配置したものである。ＩＣチップ１２ａにはその上部に配線層４２が設けられており、さらのその上部に金属層によって形成されたシールド２６が設けられている。配線層４２とシールド層２６との間には図示しない絶縁層が設けられている。この場合はＩＣチップ１２ａ、配線層４２及びシールド２６がＸ線遮蔽物として機能しており、シールド２６だけでなくＩＣチップ１２ａ及び配線層４２が存在することにより遮蔽効果が向上する。

図７に示すものは、基準回路１４上に配線層４２及び、金属皮膜によって形成したシールド２６が形成されているものである。配線層４２とシールド層２６との間には図示しない絶縁層が設けられている。この場合、シールド２６としては、例えば銀ペーストなどの塗布膜によって形成された金属皮膜や、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）による局所成膜を用いて形成された金属皮膜、又は、はんだ印刷によって形成された金属皮膜を用いることができる。

図８は実施形態に係る電子装置１０の電気的構成を模式的に示す概略平面図である。ＩＣチップ１２は比較器３２、メモリ３４、基準電源回路３６、差異調整回路３８を備えており、これらは基準回路１４を構成している、基準回路１４はシールド２６によって覆われておりＸ線遮蔽されている。従って基準回路１４にはＸ線が照射されない。

ＩＣチップ１２は被調整回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、調整回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備えている。これら被調整回路３０は、シールド２６によって覆われていないため、Ｘ線の照射を受けて回路特性が変動をきたしうる回路である。調整回路４０はこれら被調整回路３０の特性を調整するための回路であり、基準回路１４からの調整信号を入力可能に接続されている。

基準回路１４は、調整回路４０に調整信号を生成して各調整回路４０に出力することにより被調整回路３０の特性調整を行う。比較器３２は被調整回路３０の変動前の特性と、変動後の特性を比較する。被調整回路３０の変動前の特性すなわち初期特性はメモリ３４に保存されており、比較器３２は被調整回路３０の初期特性をメモリ３４から呼び出して比較に用いる。基準電源回路３６は基準となる内部電圧を発生させるための回路であり、同じく、被調整回路３０のＸ線照射後の特性と初期特性とを比較するために用いられる。

差異調整回路３８は比較器３２による素子特性の比較結果の入力を受け、被調整回路３０の初期特性からの変動を判定し、この初期特性からの変動分を補正する調整信号を生成し、調整回路４０に出力する判定制御部として機能する。調整回路４０は入力された調整信号に基づいて、各被調整回路３０の素子特性を補正する。この補正された素子特性は、再度、比較器３２と差異調整回路３８により初期特性との差分が判定され、差分が所定の値以下になった場合は調整が終了する。

図９および図１０に比較器３２および差異調整回路３８の構成例を示す。図９に示す構成は、比較器３２および差異調整回路３８をアナログ回路により構成した例であり、基準電源回路３６からの基準電源電圧と被調整回路３０からの信号すなわちアナログ値を比較器３２によって比較し、差異調整回路３８によって差分に対応した調整信号を調整回路４０に出力する。

図１０に示す構成は、比較器３２および差異調整回路３８をデジタル回路により構成した例であり、メモリ３４からの初期特性と被調整回路３０からの信号をＡ／Ｄ変換回路３３によりＡ／Ｄ変換したものを、差異調整回路によって比較し、差分に対応した調整信号を生成して調整回路４０に出力する。この場合は、差異調整回路３８は比較器３２も兼ねている。

図１１および図１２に調整回路４０の構成例を示す。図１１に示す調整回路４０は、直列に複数段の抵抗を備え各々の抵抗に対して並列にスイッチを設けた構成を備えている。差異調整回路３８によって各スイッチを切り替えることにより、調整回路４０の出力値が調整される。図１２に示す調整回路４０は、直列に複数段の抵抗を備え、各々の抵抗間と出力線との間を接続し、その途中にスイッチを備える接続線により構成される。差異調整回路３８によって各スイッチを切り替えることにより調整回路４０の出力値が調整される。

上記構成によれば、シールド２６は基準回路１４の上方のみを覆うようにして配置されるため、Ｘ線の遮蔽物の設置範囲を最小限とすることができる。これにより、はんだボール２４を配置しない領域を最小限とすることができる。また、Ｘ線透過画像の解析によって電子装置１０裏面に配置されたはんだボール２４の出来映え検査を行う際に、基準回路１４はシールド２６により遮蔽されているためＸ線の照射がされない。この場合、Ｘ線は図２において矢印にて図示するように、上方から垂直に下方に向かって照射される。また、遮蔽領域２８には、はんだボール２４が配置されていない。以上から、遮蔽領域２８にはＸ線が照射されないためＸ線透過画像が得られないが、遮蔽領域２８には、はんだボール２４すなわち被検査物が配置されていないため、Ｘ線透過画像により出来映え検査ができないという事態を回避できる。従って、はんだボール２４の出来映え検査ができない領域が生じない。また、基準回路１４にはＸ線の照射がされないため、基準回路１４に配置される回路素子の特性は変動しない。従って基準回路１４を用いて被調整回路３０の特性変動を補正する調整信号を正しく発生させることができる。これにより、電子装置１０全体の正常な回路動作が確保できる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について図１３から図１５を参照して説明する。第２実施形態に係る電子装置１０が、第１実施形態と異なる点は、シールド２６による遮蔽領域２８が、電子装置１０の端部に配置されている点である。図に示すように、電子装置１０端部に配置された遮蔽領域２８に、はんだボール２４が配置されている例を示しているが、第１実施形態と同様に、遮蔽領域２８に、はんだボール２４を配置しないように構成してもよい。なお、第２実施形態に係る電子装置１０においてはボンディングワイヤ２２に代えて貫通電極２３によりＩＣチップ１２とはんだボール２４を電気的に接続している。

第２実施形態によれば第１実施形態と同様の効果を得る。また、シールド２６すなわち遮蔽領域２８が電子装置１０の端部に配置されているため、遮蔽領域２８にはんだボール２４を配置しても、目視によりはんだボール２４の出来映え検査が可能である。また、目視によらなくても、光学的画像処理、あるいはレーザ照射による反射散乱光の解析等によりはんだボール２４の出来映え検査をしてもよい。また、第１実施形態と同様に、遮蔽領域２８にはんだボール２４を配置しない構成とした場合は、Ｘ線が遮蔽された遮蔽領域２８にはんだボール２４が存在しないため、Ｘ線透過画像により出来映え検査ができないという事態を回避できる。
（その他の実施形態）
図２又は図４に示すように、シールド２６は、図において封止樹脂１８内のＩＣチップ１２の上方に配置されている例を示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電子装置１０の封止樹脂１８の上面に配置してもよい。また、ＩＣチップ１２の下方や、電子装置１０の裏面に配置してもよいし、上方および下方の両方に配置してもよい。シールド２６をＩＣチップ１２の下方に配置した場合には、下方からのＸ線照射に対しても、ＩＣチップ１２を遮蔽可能となる。

また、ＢＧＡパッケージを例示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＱＦＮパッケージ、ＬＧＡ(Land grid array)パッケージ、又はＳＯＮ（Small-Outline No Lead）パッケージ等、電子装置１０の裏面に電極が配置されている製品全般に適用することができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

１０…電子装置、１２…ＩＣチップ、１４…基準回路、２４…はんだボール（被検査物）、２６…シールド（遮蔽物）、２８…遮蔽領域、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…被調整回路、３２…比較器（比較部）、３４…メモリ（記憶部）、３６…基準電源回路、３８…差異調整回路（判定制御部）、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…調整回路

Claims

第１方向に第１面を、前記第１方向に対して反対方向の第２方向に第２面を備える回路基板（１６）と、
前記回路基板の前記第１面に設けられるＩＣチップ（１２）と、
前記回路基板の前記第２面に設けられる被検査物（２４）と、
前記ＩＣチップに配置された基準回路（１４）と、
前記ＩＣチップに配置された前記基準回路以外の回路（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）と、
前記基準回路の第１方向側を覆い、前記基準回路以外の回路の前記第１方向側を覆わない、Ｘ線を遮蔽可能な遮蔽物（２６）と、を備える電子装置（１０）。
前記遮蔽物を第２方向に投影した領域である遮蔽領域（２８）には前記被検査物が配置されない請求項１に記載の電子装置。
前記遮蔽領域は、前記回路基板の端部に位置する請求項１又は２に記載の電子装置。
前記基準回路は、前記基準回路以外の回路の特性変動を調整するために用いられる回路（３２、３４、３６、３８）を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の電子装置１０。
前記基準回路は、Ｘ線の照射により特性変動が生じた場合に、当該特性変動を補正しても期待される機能を回復しない回路（３２、３４、３６、３８）を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の電子装置。
前記遮蔽物は金属又は合金を含む請求項１から５のいずれか一項に記載の電子装置。
前記金属又は合金は少なくともＡｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｍｏ及びＰｔのいずれかを含む請求項６に記載の電子装置。
前記基準回路は、前記基準回路以外の回路の初期特性を記憶する記憶部（３４）と、前記基準回路以外の回路の変動後の特性と初期特性を比較する比較部（３２）と、前記比較部での結果を判定して調整信号を生成する判定制御部（３８）と、を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の電子装置。
前記判定制御部で生成された調整信号が入力され、入力された調整信号に基づき前記基準回路以外の回路の特性変動を調整する調整回路（４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）を備える請求項８に記載の電子装置。
前記被検査物は、はんだボール（２４）である請求項１から９に記載の電子装置。