JPH0817882A - 回路素子接合部の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 種々の電子回路接合部の良、否を判定できる
回路素子接合部の検査方法を提供すること。 【構成】 測定しようとする接合部が置かれた環境の温
度を測定し、シリコン・チップ１のパッド上または回路
基板上のバンプ３に接合されたリード部２に熱エネルギ
を照射し、前記リード部から放射される赤外線を受光し
て前記リード部の熱画像を取り出し、前記リード表面の
熱画像から、前記リード部の温度を算出し、この算出さ
れた温度を前記環境温度と比較し、その差の大小によっ
て前記接合部の良、否を判定する回路素子接合部の検査
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路などの回路素
子接合部の検査方法に係り、とくに半導体チップのイン
ナーリードまたはアウターリードとバンプとの接合状態
を検査するのに適した方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子回路の半田接合部を検査する
技術として、たとえば特願昭６２−１４１１８２号に開
示されるものがある。これは、電子回路の半田接合部に
レーザ・ビームを照射したときに、半田接合部から放射
される赤外線を撮像して得られた温度分布画像により、
電子部品のリードと回路基板の導電パターンとの半田接
合部の熱伝導状況を知り、これに基づいて半田接合部の
良、否を画像判定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この技術は、半田接合
部に直接レーザ・ビームを照射して熱エネルギを与える
ようにし、半田接合部から放射される赤外線を赤外線カ
メラにより受光して、電子回路のリード部と回路基板の
導電パターンとの半田接合部を温度分布画像すなわち面
画像として捉えて、リード部と導電パターンとの半田の
状態から良、否を判定している。

【０００４】半田付けの欠陥は、半田接合部内部のボイ
ド、隣接するリード間に生じるブリッジ、半田ボールが
ある。このうちブリッジにおいては、隣同士のリードが
細線の状態または太線の状態でブリッジして短絡を起こ
し、また半田ボールの場合も大きさが大小さまざまであ
り、外部欠陥現象は面における熱画像分布として捉えた
方が的確に判別できる。

【０００５】これに対して、半田を用いない接合、たと
えば回路素子におけるシリコン・チップのバンプにイン
ナーリード・ボンディングされるＴＡＢ方式の接合は、
熱圧着であって半田付けのようなブリッジ、半田ボール
などの欠陥は生じない。そして、接合状態の良否は専ら
接合面の面積の大小により決まる。

【０００６】この回路素子では、シリコン・チップの一
面に設けられたアルミニウム・パッドにバンプを介して
リードを接続し、リードの他端を同様にバンプを介して
回路基板のパターンに接続する。ここで、回路素子に
は、図８に示すように、アルミニウム・パッドおよびバ
ンプの設けられた面が回路基板に背を向け接合部が露出
しているフェイス・アップ型（同図（ｂ））と、同面が
回路基板に対向し接合部がシリコンチップに覆い隠され
ているフェイス・ダウン型（同図（ａ））との２種類が
ある。

【０００７】そして、フェイス・アップ型では、シリコ
ン・チップとリードとの接合部にレーザ・ビームを直接
照射することができる。ただし、接合の際に接合部に圧
接されるヒータ・チップの先端が凹凸状になっているこ
とがあるから、直接レーザ・ビームを照射すると乱反射
して不具合なことがある。そこで、接合部に近いリード
の一部にレーザ・ビームを照射すれば、接合部が凹凸状
であろうとなかろうと熱エネルギを投入することができ
る。

【０００８】これに対してフェイス・ダウン型では、実
装状態で集積回路のシリコン・チップの背後に接合部が
あるから、構造上接合部に対してレーザ・ビームを直接
照射することができない。もっともシリコン・チップを
構成するシリコンは、レーザ・ビームを透過する。しか
し、図９に示すように、バンプとシリコン・チップとの
間に存在するアルミニウム・パッドが、図１０に示すよ
うに照射されたレーザ・ビームを反射してしまうから、
接合状態を検査することができない。

【０００９】本発明は上述の点を考慮してなされたもの
で、種々の電子回路接合部の良否を判定できる回路素子
接合部の検査方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、測定しようとする回路素子接合部が置かれた
環境の温度を測定し、シリコン・チップのパッド上また
は回路基板上のバンプに接合されたリード部に熱エネル
ギを照射し、前記リード部から放射される赤外線を受光
して前記リード部の熱画像を取り出し、前記リード表面
の熱画像から、前記リード部の温度を算出し、この算出
された温度を前記環境温度と比較し、この差の大小によ
って前記接合部の良、否を判定する回路素子接合部の検
査方法、請求項２記載の、請求項１記載の方法における
前記熱エネルギは、前記リードにおける前記バンプに近
い部分に照射される回路素子接合部の検査方法、請求項
３記載の、請求項１記載の方法における前記接合部は、
テープに接着されたリードをシリコン・チップのアルミ
ニウム・パッドに形成されたバンプと接合するインナー
リード・ボンディングのＴＡＢプロセスにより接合され
たものである回路素子接合部の検査方法、請求項４記載
の、請求項１記載の方法における前記熱エネルギは、前
記シリコン・チップまたは前記基板のバンプから２mm以
内の点に照射される回路素子接合部の検査方法、を提供
するものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の方法では、シリコン・チップ上
または回路基板上のバンプとリード部との接合状態を判
定するもので、熱エネルギを照射したときのリード表面
の熱画像から温度を算出し、この算出温度を環境温度と
比較してその差が大きければ接合不良によりシリコン・
チップまたは回路基板への熱の伝達が悪いものと判定
し、また差が小さければ接合が良好であってシリコン・
チップに熱が伝達されているものと判定する。

【００１２】請求項２記載の方法では、リードのバンプ
に近い部分に熱エネルギを照射して、バンプを介する熱
伝達を判定する。

【００１３】請求項３記載の方法では、ＴＡＢ方式に適
用してリードとバンプとの接合部を判定する。

【００１４】請求項４記載の方法では、熱エネルギを、
前記シリコン・チップまたは前記基板のバンプから２mm
以内の点に照射して接合部の良否に応じた熱伝播の様子
を判定する。

【００１５】

【発明の効果】請求項１記載の方法では、リード表面の
温度算出値を環境温度と比較してその差の大小によって
接合状態の良否判定を行うようにしたため、単純な量的
比較だけで判定できる。したがって、種々の接合部を良
否判定することができ、また判定装置を構成するにして
もその構成を簡単にすることができる。

【００１６】請求項２記載の方法では、接合部を構成す
るバンプの近くで温度上昇値を取り出して判定に供する
から正確な接合状況の判定ができる。

【００１７】請求項３記載の方法では、ＴＡＢ方式に適
用したため、大量生産に適した判定方法を提供すること
ができる。

【００１８】請求項４記載の方法では、熱エネルギをシ
リコン・チップまたは基板のバンプから２mm以内の点に
照射して接合部の良否判定を行うため、接合状態の良、
否に応じた熱伝播が正確、確実に判定できる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例における熱エネル
ギの照射方法を示したものである。同図はフェイス・ダ
ウン型の集積回路を示しており、シリコン・チップ１の
下面に接合部であるアルミニウム・パッド（図示せず）
が設けられており、このアルミニウム・パッドにバンプ
（図示せず）を介して銅製のリード２が接合されてい
る。バンプには、たとえば高密度実装技術として普及し
ているＴＡＢ（Tape Automated Bonding）技術によりリ
ード２が接合されており、リード２の先端部はシリコン
・チップ１に隠れた位置でシリコン・チップ１に接合さ
れており、基端側が見えている。

【００２０】この見えている部分に、図に砂目模様で示
すように、熱エネルギであるレーザ・ビームが照射され
る。レーザ・ビームの照射によってリードが熱せられた
結果、リードから周囲に向けて赤外線を放射するととも
に、リード内部では両端に向かって熱が伝導していく。

【００２１】図２は、この熱伝導いかんの説明を行うた
めの図であり、同図（ａ）は接合が良好な状態を、また
同図（ｂ）は接合が不良な状態をそれぞれ示している。
すなわち、同図（ａ）では、リード２から接合界面を介
してシリコン・チップ１に向かって熱が伝導していき、
リード２の温度は急激には上昇しない。

【００２２】これに対して同図（ｂ）では、接合界面が
存在しないからリード２の熱がシリコン・チップ１に伝
導されず、リード２の温度が瞬時に上昇していく。

【００２３】図３は、熱エネルギ照射時の時間経過に伴
うリードおよびシリコン・チップの温度上昇の様子を示
したものである。ここで、シリコン・チップの温度は環
境温度の一例として用いている。そして、同図（ｂ）
は、接合が良好なときにリードおよびチップの温度が時
間の経過後も両者がほとんど一致している様子を示し、
また同図（ａ）は、接合が不良なときにリードおよびチ
ップの温度が時間の経過とともに離れていく様子を示し
ている。

【００２４】このことから、リードの温度上昇の様子と
環境温度としてのシリコン・チップの温度とを対比すれ
ば、リードからシリコン・チップへの熱伝達の様子が把
握できることが分かる。すなわち、リードは熱容量が小
さいからシリコン・チップに接合されていないときは瞬
時に温度上昇する。これに対して、リードがシリコン・
チップに接合されていると、リードに与えられた熱はシ
リコン・チップに逃げるから、リードがさほど温度上昇
しない。

【００２５】したがって、接合不良のときは、同図
（ａ）に示すように、時間経過に伴いリードの温度はシ
リコン・チップの温度から離れていく。これに対して接
合が良好なときは、同図（ｂ）に示すように時間が経過
してもリードの温度とシリコン・チップの温度とはほぼ
同一のままである。

【００２６】図４は、シリコン・チップ１とリード２と
の接合部における温度分布を断面として示したものであ
る。すなわち、同図（ａ）に示すように、接合部の接合
状態が良好であるとリード２の左側部分が熱エネルギを
受け取って温度上昇すると、リード２の右寄りの部分も
右寄りになるに連れて温度は低くなるものの温度自体は
上昇する。そして、接合部つまりバンプ３を介してリー
ド２から熱を受け取るシリコン・チップ１は、熱容量が
大きいこともあり低温であるが、温度変化はリード２の
図示左側からシリコン・チップ１まで連続的である。

【００２７】これに対して同図（ｂ）に示すように、接
合部が不良であると、リード２は温度上昇するがその熱
はシリコンチップに伝わらず、チップ部品１は全くとい
ってよいほど温度変化を生じない。

【００２８】図５は、シリコン・チップ１にリード２が
接合された状態を示したもので、同図（ａ）は平面図、
同図（ｂ）は側面図である。４０００μm ×４０００μ
m の寸法の正方形で示されたシリコン・チップ１の図示
左側中央部にリード２の右側端部が接合されている。リ
ード２の右側端部の約１００μm 長がシリコン・チップ
１と重なる位置に置かれ、この重なった部分の中央部に
破線で示すバンプ３を介してシリコン・チップ１とリー
ド２とが接合される。そして、バンプ３の左側端はシリ
コン・チップ１の左側端から５０μm 程度内部に入った
位置にある。

【００２９】このように、シリコン・チップ１に接合さ
れたリード２に対してレーザ・ビームが照射される。そ
の照射位置は、シリコン・チップの左側端に近い方が接
合部に近くなって適当であるが、ある程度離れた位置に
照射しても接合部の判定を行うことができる。

【００３０】これが、フェイス・アップ型およびフェイ
ス・ダウン型の両集積回路の接合部判定を行える理由で
ある。

【００３１】図６は、リード２におけるレーザ・ビーム
照射点からの距離と温度上昇の様子とを示したものであ
る。同図において、横軸はバンプ端部からの距離を、縦
軸は温度をそれぞれ示している。そして、横軸はシリコ
ン・チップまたは回路基板のバンプを起点とし、この起
点から５mmの点までを測定した結果である。この図から
分かるように、接合部からの距離が大きくなると、接合
が良好な場合と不良の場合との差が小さくなってくる。

【００３２】すなわち、接合部から遠いと接合良好な場
合と不良な場合との温度の差が小さくなる。したがっ
て、接合不良部を正確に検出するには、接合部の近傍で
温度測定した方がよい。これは、熱エネルギを与える位
置についても、接合部の近傍である方が望ましいことを
示している。接合部が良好な場合の熱の伝導度合いが接
合部に近いほど良好であることに基づいている。

【００３３】そして、図６の測定結果から見る限り、起
点から２mmの範囲まではほぼ４０°Ｃ程度の差があり、
明白に判定することができる。

【００３４】図７は、本発明の方法を実施するために用
いる装置の構成を示したものである。同図において、図
におけるシリコン・チップ１の左端部から左方向に張り
出したリード２の上面に、レーザ１０からダイクロイッ
ク・ミラーを介してレーザ・ビームを照射する。そし
て、レーザ・ビームにより熱せられたリード２から放出
される赤外線を、ダイクロイック・ミラーを介して赤外
線カメラ１１によってレーザービームと同位置で受光し
て信号を形成し、イメージプロセッサ１２に与える。

【００３５】イメージプロセッサ１２は、信号処理によ
りコンピュータ１３に処理されたデータを与える。コン
ピュータ１３は、得られたデータからリードの温度上昇
値を算出して予め測定されていた環境温度と比較し、そ
の差の大小によってレーザービームと同位置でリードと
シリコン・チップとの接合状態の良否判定を行うととも
に、さらにディスプレイ１４に画像表示を行う。この場
合、コンピュータ１３は次のような処理を行なう。

【００３６】イメージプロセッサ１２に取込まれた熱画
像につき温度観測面であるリード部にウインドウを設け
てそのウインドウ内の平均輝度値を求める。すなわち、 ^{ウインドウ内の輝度値の合計} ＝平均輝度値^{ウインドウ内の全画像数} である。この平均輝度値を、輝度−温度換算テーブルを
用い温度換算してコンピュータ１３に取込み、環境温度
との差を求める。輝度−温度換算テーブルは、物質によ
って放射率が異なることを勘案して予め測定対象物毎の
換算テーブルを作成しておけばよい。

【００３７】平均輝度値は、ウインドウ内の最大輝度値
で置き換えてもよい。最大輝度値は４画素以上のものを
用いることとし、４画素未満はノイズとする。

【００３８】環境温度は、実測してもよいし、リード部
温度を求めるための上記平法を用いて算出してもよい。

【００３９】コンピュータ１３による判定結果は、たと
えば図示しない選別機構に与えられて不良チップの廃棄
に利用されたり、記録に利用されたりする。

【００４０】上記実施例では、テープに接続されたリー
ドをシリコンチップのアルミニウム・パッドに形成され
たバンプと接合するインナーリードボンディングのＴＡ
Ｂプロセスによる接合された接合部の検査方法を説明し
たが、アウターリードを回路基板に接合するＴＡＢプロ
セスに対しても同様に本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における熱エネルギの照射方
法を示した説明図。

【図２】図１の方法による熱伝導の説明図で、同図
（ａ）は接合部が良好な場合、同図（ｂ）は接合部が不
良な場合をそれぞれ示した図。

【図３】熱エネルギ照射時の時間経過に伴うリードおよ
びシリコン・チップの温度上昇の様子を示した図であ
り、同図（ａ）は接合部が不良な場合、同図（ｂ）は接
合部が良好な場合を示した図。

【図４】シリコン・チップ１とリード２との接合部にお
ける断面の温度分布を示した説明図。

【図５】リード２に対するレーザ・ビームの照射点を説
明するため図であり、同図（ａ）はの平面図、同図
（ｂ）はその側面図。

【図６】リード２におけるレーザ・ビーム照射点からの
距離と温度上昇の様子とを示した特性図。

【図７】本発明方法を実施するための装置構成を示した
ブロック線図。

【図８】集積回路の接続状態を示したもので、同図
（ａ）はフェイス・ダウン型集積回路を、同図（ｂ）は
フェイス・アップ型集積回路をそれぞれ示した図。

【図９】集積回路におけるシリコン・チップとバンプと
の結合部の説明図。

【図１０】集積回路のリード部にレーザ・ビームを照射
したときの状態を示す図。

【符号の説明】

１ シリコン・チップ ２ リード ３ バンプ １０ レーザ １１ カメラ １２ イメージプロセッサ １３ コンピュータ １４ ディスプレイ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定しようとする回路素子接合部が置かれ
   た環境の温度を測定し、 シリコン・チップのパッド上または回路基板上のバンプ
   に接合されたリード部に熱エネルギを照射し、 前記リード部から放射される赤外線を受光して前記リー
   ド部の熱画像を取り出し、 前記リード表面の熱画像から、前記リード部の温度を算
   出し、 この算出された温度を前記環境の温度と比較し、 その差の大小によって前記接合部の良、否を判定する回
   路素子接合部の検査方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 前記熱エネルギは、前記リードにおける前記バンプに近
   い部分に照射される回路素子接合部の検査方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の方法において、 前記接合部は、テープに接着されたリードをシリコン・
   チップのアルミニウム・パッドに形成されたバンプと接
   合するインナーリード・ボンディングのＴＡＢプロセス
   により接合されたものである回路素子接合部の検査方
   法。
4. 【請求項４】請求項１記載の方法において、 前記熱エネルギは、前記シリコン・チップまたは前記基
   板のバンプから２mm以内の点に照射される回路素子接合
   部の検査方法。