(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に半導体チップ実装用のパッド部が形成されている場合の前記パッド部の実装性を評価する方法であって、
前記パッド部の表面粗さの形状要素部分である凸部とその周りの傾斜部とが画像上においてコントラストが明瞭となるように所定の方向からパッド部を照明し、この照明されたパッド部の表面粗さの形状要素部分を撮像手段で撮像した後、この撮像により得られた前記パッド部の画像を画像処理して前記凸部に相当する個々の画像部分を抽出し、これらの抽出した画像情報に基づいて、凸部の大きさや形状などの特徴抽出データを取得し、パッド部の評価範囲における前記凸部の特徴抽出データを総合して判定することでパッド部の実装性を評価することを特徴とする半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項２】
面状光源によって前記パッド部の真上より所定の角度までの全方位から略均等にパッド部を照明したことを特徴とする請求項１記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項３】
前記面状光源は、光軸から離れる方向に従って照射光の強度が同心円状に次第に大きくなるように設定し、凸部の周りの傾斜部の照度を高めたことを特徴とする請求項２記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項４】
撮像したパッド部の画像を画像処理して、表面の凹凸状態に対応する明暗パターンを生成し、この明暗パターンに基づいて傾斜部を抽出し、抽出した個々の傾斜部に囲まれた部分を凸部として判別することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項５】
撮像したパッド部の画像を画像処理して、表面の凹凸状態に対応する明暗パターンを生成し、この明暗パターンの個々の暗部同士の近接状態により傾斜部に対応する暗部をリング状に連結してグルーピングし、グルーピングされた暗部の内側を凸部として判別することを特徴とする請求項４記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項６】
予め実際の凸部の大きさや形状に対応させた複数の凸部基準画像としてのテンプレート画像を作成しておき、前記パッド部を撮像して得られた画像について、前記複数のテンプレート画像を順次走査してテンプレートマッチングによって個々の凸部を抽出し、この抽出した位置における凸部の特徴抽出データを取得することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項７】
テンプレートマッチングで個々の凸部を抽出した場合に、その抽出した位置を判定するとともに、類似度の最も高いテンプレート画像の予め求められた特徴抽出データを前記抽出した位置における凸部の特徴抽出データとすることを特徴とする請求項６記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項８】
パッド部の評価範囲内における個々の凸部の大きさ別あるいは形状別に集計した平均値、度数分布、標準偏差などの統計処理値を算出することにより、パッド部の実装性を評価することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項９】
パッド部の評価対象範囲内を複数の領域に分割して、各々の領域における実装性を評価し、各領域間の実装性の分布状態を示す指標を求めることにより、パッド部全体の実装性を評価することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の半導体チップ実装用パッド部の評価方法。
【請求項１０】
回路基板上に半導体チップ実装用のパッド部が形成されている場合の前記パッド部の実装性を評価するための装置であって、前記パッド部の表面粗さの形状要素部分である凸部とその周りの傾斜部とが画像上においてコントラストが明瞭となるように所定の方向からパッド部を照明する照明手段と、この照明手段により照明されたパッド部の表面粗さの形状要素部分を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像して得られた前記パッド部の画像を画像処理して前記凸部に相当する個々の画像部分を抽出する画像処理手段と、この画像処理手段で抽出された画像情報に基づいて、凸部の大きさや形状などの特徴抽出データを取得し、パッド部の評価範囲における前記凸部の特徴抽出データを総合して判定してパッド部の実装性を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする半導体チップ実装用パッド部の評価装置。
【請求項１１】
前記照明手段は、前記パッド部の真上より所定の角度までの全方位から略均等にパッド部を照明する面状光源であることを特徴とする請求項１０記載の半導体チップ実装用パッド部の評価装置。
【請求項１２】
前記面状光源は、光軸の中心から離れる方向に伴って照射光の強度が同心円状に次第に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の半導体チップ実装用パッド部の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に形成された半導体ＩＣ等の半導体チップを実装するためのパッド部における実装性を、画像処理を利用して非接触かつ高速に定量評価する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の小型化が進むにつれて、半導体ＩＣ等の半導体チップを実装するために回路基板上に形成された電極部（以下、パッド部という）の面積も狭くなってきている。
【０００３】
このような面積の狭いパッド部に半導体チップを接合する方法として、フリップチップ実装技術があるが、このようなフリップチップ実装を行う従来技術として、たとえば特開２００１−１８９３３９号公報には、半導体チップの電極にスタッドバンプを設け、このスタッドバンプと回路基板のパッド部とを接触加圧するとともに、超音波接合によって擦り合わせて実装する例が示されている。また、特開２０００−２６９２６９号公報には、回路基板のパッド部側に上面が粗面化された銅バンプを設け、この銅バンプと半導体チップの電極とを直接接触させて接合する例が示されている。さらに、特開２００１−１４４１４１号公報には、回路基板の成形凸部にパッド部を設けた、いわゆる成形バンプを半導体チップの電極と直接に接触させて接合する例が示されている。
【０００４】
ところで、上記のいずれの接合の仕方においても、パッド部に半導体チップを実装する際に狭い面積で十分な接合強度を得る上で、パッド部の表面粗さが大きく影響するため、表面粗さの影響について適切な評価を行うことが重要である。さて、パッド部に表面粗さがある場合、ミクロ的には、半導体チップの端子とパッド部とは、まず、パッド部の表面粗さの個々の凸部頂上の比較的平坦な部分で接触し、加圧力によって、接触面の汚れや酸化膜が除去されるとともに、個々の凸部が変形して密着接合性が確保される。
【０００５】
ここで、半導体チップ実装時の加圧力が一定であるとしたとき、通常、図１９（ａ）に示すように、表面粗さが小さい場合には、前記凸部による接触点の数は少なくなり、凸部一個当たりの加圧力は大きくなるが、凸部頂上での平坦部の面積は比較的大きくて変形し難いため、パッド部全体としての密着接合性は小さくなり易い。逆に、図１９（ｂ）に示すように、表面粗さが大きい場合には、前記凸部による接触点の数は多くなり、したがって凸部一個当たりの加圧力は小さくなるが、凸部頂上での平坦部の面積は比較的小さく変形し易いため、パッド部全体としての密着接合性は大きくなり易い。
【０００６】
また、このとき、電気的特性に着目すると、表面粗さが小さい場合には、パッド部や半導体チップの端子部の酸化膜が除去（破壊）されず、抵抗値が高くなる。逆に、表面粗さが大きい場合には、パッド部や半導体チップの端子部の酸化膜が容易に除去（破壊）され、抵抗値が低くなる。しかし、表面粗さが大きすぎると、パッド部と半導体チップの端子部との接触面積が十分に得られなくなってしまい、電気的特性が劣化する。
【０００７】
このように、表面粗さの大小によって密着接合性や電気的特性には上記のような一般的な傾向があるものの、これらの特性はパッド部全体にわたる凸部を総合したものになるため、表面粗さの大小の程度や状態（たとえば凸部の数や形状、大きさ）にはある適正な範囲があり、所定範囲の表面粗さを備えていることが実装性には必要である。
【０００８】
半導体チップの実装方法は、接合部の材質、接合材料などの違いにより条件が異なるが、いずれの場合にも半導体チップの電極と接触するパッド部の表面状態、特に凹凸状態が実装性に与える影響が大きく、また、実装方法に応じて最適な凹凸状態があると考えられる。
【０００９】
このような理由から、半導体チップの実装性（密着接合性や電気的特性）の良否を判断する上では、パッド部表面の凹凸状態を定量化して評価することが重要となる。
【００１０】
従来、インライン検査などにおいては、主に目視による外観検査によってパッド部の評価が行われているが、このような目視による検査は、パターン欠陥や汚れ、あるいは比較的大きな凹凸欠陥などが対象となり、表面粗さの大小は考慮されていても感覚的なものである。このため、表面粗さについての定量的な評価までは行われていないのが実情である。また、自動外観検査装置として、パターン欠陥や汚れ、あるいは比較的大きな凹凸欠陥などの有無を検査するものがあるが、少なくとも表面粗さの大小まで検出するような実用的で非接触かつ高速に検査するものではない。
【００１１】
さらに、パッド部の表面粗さを計測する方法として、接触式の表面粗さ計を用いて表面粗さを測定することが考えられるが、パッド部全体を走査するのに非常に時間がかかり、また、パッド部表面を触針によって走査する際に、表面を傷を付ける恐れがあり適切でない。また、レーザを用いて非接触で表面粗さを測定できるようにしたものもあるが、パッド部全体を走査して検査結果がでるまでに過大な時間を要し、インライン検査には不適当である。
【００１２】
そこで、このような対策として、たとえば、特開平６−２１３９５３号公報に開示されている技術では、回路パターン表面での反射光を複数の光ファイバからなる受光用光ファイバ束を用いて受光し、この光ファイバ束の発光面積から回路パターン表面の拡散程度を検出することで、表面粗さを検査するようにした装置が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平６−２１３９５３号公報に開示されている技術によれば、非接触で表面粗さの情報を得ることができるものの、この場合、回路パターンの表面粗さの情報は大局的にしか得ることができず、表面粗さの分布状態や、部分的な異常の有無といったより詳細な情報を得ることが難しい。したがって、パッド部の実装性についてより一層精密な評価を行う上では未だ十分でない。
【００１４】
また、半導体チップの実装性を評価するには、微視的にパッド部の表面粗さをできるだけリアルタイムで計測、評価できることが好ましいが、従来はオフラインでの計測を主体としたもので、高速のインライン検査などには適していないのが現状である。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、回路基板上に形成される通常の平坦な電極用のパッド部および金属バンプや成形パンブなどの上面に形成されるパッド部について、これらのパッド部の表面の凹凸状態の定量的な情報を短時間の内に得て、適切な評価を行うことができる半導体チップ実装用パッド部の評価方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、次のようにしている。
【００１７】
すなわち、請求項１記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、回路基板上に半導体チップ実装用のパッド部が形成されている場合の前記パッド部の実装性を評価する方法であって、前記パッド部の表面粗さの形状要素部分である凸部とその周りの傾斜部とが画像上においてコントラストが明瞭となるように所定の方向からパッド部を照明し、この照明されたパッド部の表面粗さの形状要素部分を撮像手段で撮像した後、この撮像により得られた前記パッド部の画像を画像処理して前記凸部に相当する個々の画像部分を抽出し、これらの抽出した画像情報に基づいて、凸部の大きさや形状などの特徴抽出データを取得し、パッド部の評価範囲における前記凸部の特徴抽出データを総合して判定することでパッド部の実装性を評価することを特徴としている。  これにより、実装用のパッド部の表面粗さに対応する画像を撮像し、表面粗さの形状要素部分に分離して個々の凸部の特徴を抽出することで、非接触かつ高速にパッド部の表面粗さの実装性の評価を行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１記載の発明の方法において、面状光源によって前記パッド部の真上より所定の角度までの全方位から略均等にパッド部を照明したことを特徴としている。
【００１９】
これにより、パッド部の個々の凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが明瞭になるため、パッド部の凸部に相当する個々の画像部分の特徴を精度良く抽出することができる。
【００２０】
請求項３記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項２記載の発明の方法において、前記面状光源は、光軸から離れる方向に従って照射光の強度が同心円状に次第に大きくなるように設定し、凸部の周りの傾斜部の照度を高めたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、凸部とその周りの傾斜部の明度差が調整され、必要とする先端形状部分を精度良く抽出することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の方法において、撮像したパッド部の画像を画像処理して、表面の凹凸状態に対応する明暗パターンを生成し、この明暗パターンに基づいて傾斜部を抽出し、抽出した個々の傾斜部に囲まれた部分を凸部として判別することを特徴としている。
【００２３】
これにより、凸部の形状から推定される明度分布の特徴をとらえて個々の凸部を抽出できるため、特徴抽出処理が容易で、凸部の大きさや形状を精度良く検出することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項４記載の発明の方法において、撮像したパッド部の画像を画像処理して、表面の凹凸状態に対応する明暗パターンを生成し、この明暗パターンの個々の暗部同士の近接状態により傾斜部に対応する暗部をリング状に連結してグルーピングし、グルーピングされた暗部の内側を凸部として判別することを特徴としている。
【００２５】
これにより、明暗パターンが途中で途切れている場合でも、個々の凸部に対応する傾斜部を抽出して傾斜部で囲まれた凸部を判別することができるため、表面粗さの形状要素部分となる凸部の大きさや形状をさらに一層精度良く抽出することができる。
【００２６】
請求項６記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の方法において、予め実際の凸部の大きさや形状に対応させた複数の凸部基準画像としてのテンプレート画像を作成しておき、前記パッド部を撮像して得られた画像について、前記複数のテンプレート画像を順次走査してテンプレートマッチングによって個々の凸部を抽出し、この抽出した位置における凸部の特徴抽出データを取得することを特徴としている。
【００２７】
これにより、撮像したパッド部の画像を２値化処理する場合に比べて凸部の形状変形などのばらつきがあっても凸部の大きさや形状を精度良く検出することができる。
【００２８】
請求項７記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項６記載の発明の方法において、テンプレートマッチングで個々の凸部を抽出した場合に、その抽出した位置を判定するとともに、類似度の最も高いテンプレート画像の予め求められた特徴抽出データを前記抽出した位置における凸部の特徴抽出データとすることを特徴としている。
【００２９】
これにより、凸部を抽出した際に同時にその抽出した凸部の位置、大きさ、形状といった特徴を簡単に求めることができる。
【００３０】
請求項８記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発明の方法において、パッド部における個々の凸部の大きさ別あるいは形状別に集計した平均値、度数分布、標準偏差などの統計処理値を算出することにより、パッド部の実装性を評価することを特徴としている。
【００３１】
これにより、パッド部における表面粗さの形状要素部分が半導体チップの実装性に及ぼす影響を定量的に評価することができる。
【００３２】
請求項９記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発明の方法において、パッド部の評価対象範囲内を複数の領域に分割して、各々の領域における実装性を評価し、各領域間の実装性の分布状態を示す指標を求めることにより、パッド部全体の実装性を評価することを特徴としている。
【００３３】
これにより、パッド部における部分的な実装性の異常の有無も高精度に検出できるため、表面粗さによる実装性をさらに一層詳細に評価することが可能になる。
【００３４】
請求項１０記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、回路基板上に半導体チップ実装用のパッド部が形成されている場合の前記パッド部の実装性を評価するための装置であって、前記パッド部の表面粗さの形状要素部分である凸部とその周りの傾斜部とが画像上においてコントラストが明瞭となるように所定の方向からパッド部を照明する照明手段と、この照明手段により照明されたパッド部の表面粗さの形状要素部分を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像して得られた前記パッド部の画像を画像処理して前記凸部に相当する個々の画像部分を抽出する画像処理手段と、この画像処理手段で抽出された画像情報に基づいて、凸部の大きさや形状などの特徴抽出データを取得し、パッド部の評価範囲における前記凸部の特徴抽出データを総合して判定してパッド部の実装性を評価する評価手段と、を備えることを特徴としている。  これにより、実装用のパッド部の表面粗さに対応する画像を撮像し、表面粗さの形状要素部分に分離して個々の凸部の特徴を抽出することで、非接触かつ高速にパッド部の表面粗さの実装性の評価を行うことができる。
【００３５】
請求項１１記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、請求項１０記載の発明の装置構成において、前記照明手段は、前記パッド部の真上より所定の角度までの全方位から略均等にパッド部を照明する面状光源であることを特徴としている。
【００３６】
これにより、パッド部に対して照明光が水平方向に対して略均等に照射されるため、パッド部の個々の凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが明瞭になり、凸部に相当する個々の画像部分を精度良く抽出することができる。
【００３７】
請求項１２記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、請求項１１記載の発明の装置構成において、前記面状光源は、光軸の中心から離れる方向に伴って照射光の強度が同心円状に次第に大きくなるように構成されていることを特徴としている。
【００３８】
これにより、パッド部の個々の凸部の周りの傾斜部の照度を高めることができるため、凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが調整されて、必要とする先端形状部分の特徴を精度良く抽出することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置の全体を示す構成図である。
【００４０】
この実施の形態における半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、回路基板ｂ上に形成された回路パターンｃに連なる半導体チップ実装用のパッド部ｐを照明する照明手段１、この照明手段１で照明されたパッド部ｐの表面粗さの形状要素部分の画像を撮像する撮像手段としての撮像カメラ２、この撮像カメラ２で撮像された画像を処理してパッド部ｐの実装性を評価する画像処理装置３を主体に構成されている。
【００４１】
照明手段１は、光源５、光源用レンズ６、マスク７、およびハーフミラー８から構成されている。光源５は光源用レンズ６を通過した光が略平行光となるように、光源用レンズ６の焦点位置に配置されている。また、マスク７は、光源用レンズ６を通過する光を円形状の光束にしてパッド部ｐを略上方の全方位から略均等に照射するようにしている。ここでマスク７は、若干拡散性を有するものにしてパッド部ｐの真上より所定の角度までの斜め方向よりの照明光を加えるようにすることが好ましい。ハーフミラー８は、パッド部ｐと撮像カメラ２との間に介在されている。これにより、照明手段１によって撮像カメラ２の光軸を中心に対称的な照明光を得て、この照明光がパッド部ｐに対して真上より所定の角度までの全方位から略均等に照明するようになっている。
【００４２】
また、撮像カメラ２は、倍率を可変としたレンズ９が搭載されていて、パッド部ｐの実装性を評価する場合に適切な撮像倍率を設定できるようになっている。一方、画像処理装置３は、撮像カメラ２で撮像して得られたパッド部ｐの画像を画像処理して凸部に相当する個々の画像部分を抽出する画像処理手段１１と、この画像処理手段１１で抽出された画像情報に基づいて、パッド部ｐの評価範囲における凸部の大きさや形状を総合して判定してパッド部ｐの実装性を評価する評価手段１２とを備えている。この場合の画像処理手段１１と評価手段１２とは、汎用のＣＰＵあるいは専用の処理回路によって構成されている。
【００４３】
次に、上記構成を備えた評価装置を用いて半導体チップ実装用パッド部の実装性を評価する場合の全体的な処理手順を図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下、符号Ｓはステップを意味する。
【００４４】
まず、パッド部ｐの表面粗さの構造を検出できるように、撮像カメラ２のレンズ９を調整して所定の倍率に設定して撮像を行う（Ｓ１，Ｓ２）。この撮像に際しては、光源５を点灯すると、光源５から出射された光は光源用レンズ６とマスク７とによって光の拡散方向が制限された略平行光になる。その略平行光はハーフミラー８によりパッド部ｐに向けて屈折されてパッド部ｐをその垂直上方から照明する。したがって、パッド部ｐに対して照射される照明光は、略水平方向に対して均等に照射されるようになるため、パッド部ｐの個々の凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが明瞭になる。ここでマスクは若干、拡散性を有するものにしてパッド部ｐの垂直上方のやや斜め方向よりの照明を加えることが好ましい。
【００４５】
パッド部ｐからの反射光は、図３に示すように、凸部や底部の平坦な水平部分からはほぼ垂直上方に向かって反射され、また、傾斜部からは斜め上方に向かって反射される。これらの反射光は、ハーフミラー８を通過してパッド部ｐ上方に設置された撮像カメラ２で撮像される。この場合、略水平部分からの反射光は、ほぼ全て撮像カメラ２で受光されるが、傾斜部からの反射光は、その一部のみが受光されるか、あるいは全く受光されないため、平坦な水平部分と傾斜部とでコントラスト（明度差）が生じる。すなわち、図４に示すように、パッド部ｐの略水平部分（凸部頂点付近およ谷底付近の平坦部分）は受光量が大きくなり、傾斜部は受光量が少なくなるので、画像上での各画素に輝度変化が現れて図５に示すようなコントラストのある画像が得られる。
【００４６】
そして、撮像カメラ２で撮像された画像は、画像処理装置３に取り込まれて一旦図示しないメモリに記憶される（Ｓ３）。
【００４７】
画像処理手段１１は、こうしてメモリに記憶された画像について、その輝度変化を利用してパッド部ｐの個々の凸部を抽出する（Ｓ４）。引き続いて、こうして抽出した凸部の情報から個々の凸部の形状や大きさといった特徴を抽出する（Ｓ５）。次いで、評価手段１２は、画像処理手段１１の処理結果に基づいて個々の凸部の情報を総合してパッド部の実装性を評価する（Ｓ６）。
【００４８】
以下、上記画像処理手段１１によるパッド部ｐの凸部抽出処理（Ｓ４）および凸部特徴抽出（Ｓ５）、ならびに評価手段１２によるパッド部ｐの実装性評価処理（Ｓ６）の具体的な内容について、さらに詳しく説明する。
【００４９】
図６は、画像処理手段１１が撮像カメラ２で撮像されたパッド部ｐの画像を処理して凸部に対応する部分を抽出する場合の手順を示すフローチャートである。画像処理手段１１は、まず、撮像カメラ２で撮像して得られた画像（図５参照）を２値化処理することにより、パッド部ｐの略水平部分（凸部頂点付近およ谷底付近の平坦部分）と傾斜部とを分離する（Ｓ１１）。たとえば、図５に示した画像を２値化処理したときには、図７に示すような画像が得られる。なお、図７では、略水平部分は白画素、傾斜部を黒画素としている。この場合、白画素は凸部頂点付近およ谷底付近の平坦部分の双方を含んでいる。
【００５０】
ここで、抽出対象としているのは凸部の部分であり、したがって、上記の白画素の中から凸部のみを抽出する必要がある。そこで、次に、黒画素に対してラベリング処理を行い、各ブロブに区分する（Ｓ１２）。そして、各ブロブごとにそのブロブの外形の内側に含まれる白画素の部分のみを抽出する（Ｓ１３）。このように、黒画素（傾斜部に相当）に囲まれた白画素部分を抽出することにより、凸部のみを選択して抽出することができる。この処理を全ブロブが終了するまで繰り返す（Ｓ１４，Ｓ１５）。
【００５１】
そして、パッド部ｐの評価対象領域内に含まれる全ての凸部を抽出した後は、個々の凸部について、その位置と大きさ、および形状を求める。
【００５２】
このように、凸部の形状から推定される明度分布の特徴をとらえて個々の凸部を抽出するため、簡単に凸部を抽出することができる。このため、抽出した個々の凸部の大きさや形状を精度良く検出することが可能になる。
【００５３】
次に、評価手段１２によるパッド部ｐの実装性評価処理の具体的な手順について、図８および図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５４】
図６に示した処理手順によって凸部の特徴を抽出した情報（凸部の各位置ごとの大きさや形状に関する情報）が得られた場合、これらの平均値を求めて実装性を定量化する。
【００５５】
そのためには、図８に示すように、予め、所定のサンプルについて、パッド部ｐの凸部の特徴抽出データ（凸部の各位置ごとの大きさや形状）を取得して（Ｓ２１）、これらの平均値を求め（Ｓ２２）、そのときのパッド部ｐの半導体チップに対する実装性（密着接合力や電気抵抗値など）を各種測定器で測定する（Ｓ２３）。これを全サンプルについて行い（Ｓ２４，Ｓ２５）、その特徴を抽出した情報と実装性との対応表を予め作成しておく（Ｓ２６）。
【００５６】
引き続いて、図９に示すように、今回の評価対象となるパッド部ｐについて、図６に示した処理手順によって個々の凸部の特徴抽出データ（凸部の各位置ごとの大きさや形状）を取得し（Ｓ３１）、次に、その平均値を算出する（Ｓ３２）。この凸部の大きさや形状などの特徴抽出データの平均値は、実装性に大きな影響を与える表面粗さの程度を表しているので、この凸部のの特徴抽出データ平均値により実装性を評価することが可能である。
【００５７】
そこで、続いて、この平均値を図８に示した処理によって予め作成しておいた対応表を用いて密着接合力や電気抵抗値などの実装性を評価可能な値に換算する（Ｓ３３）。そして、このような実装性の値によってパッド部ｐの実装性の良否を評価する（Ｓ３４）。
【００５８】
なお、ここでは、実装性の評価値として密着接合力や電気抵抗値などを用いたが、他の評価項目を採用することもできる。また、ここでは、統計量として平均値を用いたが、これに限らず、度数分布や標準偏差などの他の統計処理値を利用することもできる。
【００５９】
このように、パッド部ｐの評価対象範囲内における個々の凸部の大きさ別あるいは形状別に集計した度数分布や平均値、標準偏差などの統計処理値を算出することにより、パッド部ｐにおける表面粗さの形状要素部分が半導体チップの実装性に及ぼす影響を定量的に評価することができる。
【００６０】
上記の図８および図９に示した評価手段１２によるパッド部ｐの実装性評価処理は、あるパッド部ｐについての全体的な実装性を評価するものであるが、パッド部ｐを部分的により高精度に評価する必要がある場合には、図１０に示すような処理手順が採用される。
【００６１】
まず、図１１に示すようにパッド部ｐの内部を複数領域（たとえばＮ個）に分割する（Ｓ４１）。次に、各領域ごとに、たとえば図９に示したのと同様な処理により各領域の実装性の評価値Ｅｉを求める（Ｓ４２）。その後、隣接する領域間での評価値Ｅｉの変化量（差分値）Ｄを算出する（Ｓ４３）。そして、この変化量（差分値）Ｄを予め設定されたしきい値と比較する（Ｓ４４）。この比較の結果、変化量Ｄがしきい値以上であれば実装性の評価は不良、しきい値未満であれば実装性の評価は良として判定する（Ｓ４５，Ｓ４６）。この処理をパッド部の全ての領域について行い、部分的な実装性の評価を調べる。
【００６２】
なお、ここでは、パッド部ｐを格子状に分割しているが、別の形状であってもよい。また、隣接する領域間での評価値の変化量Ｄとして差分を使用しているが、その他の方法を使用してもよい。
【００６３】
このように、パッド部ｐの評価対象範囲内における凸部の分布状態を示す指標（ここでは変化量Ｄ）を求めることにより、パッド部ｐの実装性を評価することで、パッド部ｐにおける部分的な実装性の異常の有無も高精度に検出することができる。このため、表面粗さによる実装性をさらに一層詳細に評価することが可能になる。
【００６４】
上記の実施の形態に対して、次のような変形例や応用例を考えることができる。
（１）  上記の実施の形態において、照明手段１は、パッド部ｐに対して照明光が略水平方向に対して均等に照射される構成としているが、そのような場合には、照明光の強度が均一ゆえにパッド部ｐの凸部の周りの傾斜部が暗くなり過ぎてかえって先端形状部分を精度良く抽出できない場合がある。
【００６５】
これに対処するには、図１２に示すように、光源用レンズ６とハーフミラー８との間に光軸から離れる方向に従って同心円状に光透過率が次第に大きくなり、透過光を若干拡散させるようなＮＤフィルタ１４を配置する。
【００６６】
このようにすれば、パッド部ｐの略水平方向に対して照明強度を略均等にした場合に比べて、パッド部ｐの真上の照射方向より斜めの照射方向になるほど照明強度を増やし、凸部の周りの傾斜部の照度をある程度高めることができるため、凸部とその周りの傾斜部のコントラストが調整され、必要とする先端形状部分を精度良く抽出することができる。
【００６７】
なお、図１２に示した構成の他に、図１３に示すように、補助光源１５を用いても同様な効果を得ることが可能である。また、上記ＮＤフィルタ１４と補助光源１５を組み合わせることも好ましい。
（２）  上記の実施の形態においては、画像処理手段１１が撮像カメラ２で撮像されたパッド部ｐの画像から凸部を抽出する場合の処理として、図６に示したように、２値化およびラベリング処理により黒画素によるブロブをパッド部ｐの傾斜部として抽出し、それに内包される白画素部分を凸部として抽出している。つまり、パッド部ｐの凸部は傾斜部に対応する黒画素の囲まれていることを前提にして抽出処理を実行している。
【００６８】
しかし、２値化処理時に設定されるしきい値レベルが最適でない場合には、傾斜部を全て黒画素とすることができず、図１４に示すように、傾斜部に相当する箇所の黒画素の部分が途切れてしまうことがある。このような場合には、図６に示した処理のみでは、ブロブに内包された部分と凸部として抽出することが難しくなる。
【００６９】
そこで、このような場合に対処するには、たとえば図１５に示すような処理手順によって凸部を抽出することができる。すなわち、いま、一例として、図５に示したような入力画像が得られた場合に、これを２値化したとき、図１４に示すような画像になったとする（Ｓ５１）。この画像には、傾斜部に相当する箇所の黒画素の部分が途切れた箇所がある。
【００７０】
次に、黒画素を対象にラベリング処理をして、各ブロブに区分するとともに、その重心位置を求める（Ｓ５２）。続いて、重心位置が近接している（重心間距離が所定値以下である）ブロブ同士をグルーピングする（Ｓ５３）。そして、同一グループのブロブのみを取り出した画像（図１６参照）を作成する（Ｓ５４）。次いで、その画像に対して複数のブロブがリング状に一つになるまで膨張処理を繰り返し行う（Ｓ５５〜Ｓ５７）。その後、膨張処理と同じ回数分だけ収縮処理を行う（Ｓ５８）。このようにして、途切れている黒画素（パッド部の傾斜部に相当）を接続した後、それに内包されている白画素部分をパッド部の凸部として抽出する（Ｓ５９）。これを全てのグループについて繰り返し行う（Ｓ６０，Ｓ６１）。  このような処理を行うことにより、明暗パターンが途中で途切れている場合でも、傾斜部に対応する暗部をリング状に連結してグルーピングすることによって、個々の凸部に対応するグルーピングされた傾斜部を抽出して傾斜部で囲まれた凸部を確実に判別することが可能になる。
（３）  上記の実施の形態においては、画像処理手段１1が撮像カメラ２で撮像されたパッド部ｐの画像から凸部を抽出する場合の処理として、図６に示したように、２値化およびラベリング処理により凸部を抽出するようにしているが、このような２値化した抽出処理を行う代わりに、図１７および図１８に示すようなテンプレートマッチングにより凸部の抽出とその凸部の特徴抽出を行うことも可能である。
【００７１】
すなわち、図１８に示すように、予め、形状や大きさの異なる複数のパッド部の凸部を表す基準画像としてのテンプレート画像を記憶しておく。これには、複数の凸部形状を有するサンプルを撮像し、その画像をさらに適宜拡大、縮小するなどして複数の大きさの凸部形状を有するテンプレート画像を作成する。
【００７２】
次に、図５に示したような入力画像の上をテンプレート画像を走査しながら、テンプレートマッチングを行い（Ｓ７１）、２つの画像間での類似度を求めて、マッチングした対応位置に類似度の情報を格納した類似度画像を作成する（Ｓ７２）。続いて、類似度画像から類似度の極大を求め（Ｓ７３）、極大値がしきい値以上となる位置およびテンプレート画像の種類から、パッド部における凸部情報（位置、形状および大きさ）を求める（Ｓ７４）。上記の処理を全テンプレート画像が終了するまで繰り返し（Ｓ７５，Ｓ７６）、各々から得られるパッド部の凸部情報をまとめて、画像内に含まれるパッド部の凸部の情報を得る。
【００７３】
なお、このテンプレートマッチング時には、テンプレート画像の走査に加えて、テンプレート画像を回転させることにより、入力画像（図５参照）とテンプレート画像との凸部の向きの違いにかかわらず、パッド部の情報を得ることができる。
【００７４】
このように、テンプレートマッチングを行えば、２値化処理を行う場合に比べて凸部の形状変形などのばらつきがあっても、それらに影響されることなく、凸部の大きさや形状を精度良く検出することができる。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法では、実装用のパッド部の表面粗さに対応する画像を撮像し、表面粗さの形状要素部分に分離して個々の凸部の特徴を抽出することで、非接触かつ高速にパッド部の表面粗さの実装性の評価を行うことができる。
【００７６】
請求項２記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法では、請求項１記載の発明の効果に加えて、面状光源によって前記パッド部の真上より所定の角度までの全方位から略均等にパッド部を照明するため、パッド部の個々の凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが明瞭になる。その結果、パッド部の凸部に相当する個々の画像部分を精度良く抽出することが可能になる。
【００７７】
請求項３記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法では、請求項２記載の発明の効果に加えて、前記面状光源は、光軸の中心から離れる方向に伴って照射光の強度が同心円状に次第に大きくなるように設定し、凸部の周りの傾斜部の照度を高めたので、凸部とその周りの傾斜部の明度差が調整され、必要とする先端形状部分の特徴を精度良く抽出することができる。
【００７８】
請求項４記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、凸部の形状から推定される明度分布の特徴をとらえて個々の凸部を抽出できるため、特徴抽出処理が容易で、凸部の大きさや形状を精度良く検出することができる。その結果、比較的簡単に高精度な表面粗さによる実装性の評価が可能になる。
【００７９】
請求項５記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項４記載の発明の効果に加えて、明暗パターンが途中で途切れている場合でも、個々の凸部に対応する傾斜部を抽出して傾斜部で囲まれた凸部を判別することができるため、表面粗さの形状要素部分となる凸部の大きさや形状をさらに一層精度良く抽出することができる。
【００８０】
請求項６記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、撮像したパッド部の画像を２値化処理する場合に比べて凸部の形状変形などのばらつきがあっても凸部の大きさや形状を精度良く検出することができる。
【００８１】
請求項７記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項６記載の発明の効果に加えて、凸部を抽出した際に同時にその抽出した凸部の位置、大きさ、形状といった特徴を簡単に求めることができる。
【００８２】
請求項８記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発明の効果に加えて、統計処理値によってパッド部の実装性を評価するので、パッド部における表面粗さの形状要素部分が実装性に及ぼす影響を定量的に評価することが可能になる。
【００８３】
請求項９記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価方法は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発明の効果に加えて、個々の凸部の大きさあるいは形状の分布状態を示す指標を求めることにより、パッド部全体の実装性を評価するので、パッド部における部分的な実装性の異常の有無も高精度に検出できるようになる。このため、表面粗さによる実装性をさらに一層詳細に評価することが可能になる。
【００８４】
請求項１０記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、実装用のパッド部の表面粗さに対応する画像を撮像し、表面粗さの形状要素部分に分離して個々の凸部の特徴を抽出することで、非接触かつ高速にパッド部の表面粗さの実装性の評価を行うことができる。
【００８５】
請求項１１記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、請求項１０記載の発明の効果に加えて、パッド部に対して照明光が略水平方向に対して均等に照射されるため、パッド部の個々の凸部とその周りの傾斜部とのコントラストが明瞭になり、凸部に相当する個々の画像部分を精度良く抽出することができる。
【００８６】
請求項１２記載の発明に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置は、請求項１１記載の発明の効果に加えて、凸部とその周りの傾斜部のコントラストが調整されるため、必要とする先端形状部分の特徴を精度良く抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体チップ実装用パッド部の評価装置の全体を示す構成図である。
【図２】図１の装置を用いて半導体チップ実装用パッド部の実装性を評価する全体的な処理手順を示すフローチャートである。
【図３】パッド部に光を照射した場合の反射光の説明図である。
【図４】パッド部の表面の凹凸と撮像カメラの受光量との関係を対比して模式的に示す説明図である。
【図５】撮像カメラで撮像された画像を示す説明図である。
【図６】撮像カメラで撮像されたパッド部の画像を処理してパッド部の凸部に対応する部分を抽出する場合の手順を示すフローチャートである。
【図７】撮像カメラで撮像された画像を２値化処理した結果を示す説明図である。
【図８】パッド部に対する半導体チップの実装性を評価するための対応表を予め作成するための手順を示すフローチャートである。
【図９】図１の評価装置を構成する評価手段によってパッド部に対する半導体チップの実装性を評価する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１の評価装置を構成する評価手段によってパッド部の部分的な実装性を個々に評価する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示す処理手順を実行するに際してパッド部を複数領域に分割する場合の説明図である。
【図１２】本発明の評価装置における照明手段に関する他の実施の形態を示す構成図である。
【図１３】本発明の評価装置における照明手段に関するさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【図１４】撮像カメラで撮像されたパッド部の画像からパッド部の凸部に対応する部分を抽出する場合の他の実施の形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１４に示す処理手順の途中の２値化処理により得られる画像の説明図である。
【図１６】図１４に示す処理手順の途中のグルーピング処理により得られる画像の説明図である。
【図１７】撮像カメラで撮像されたパッド部の画像をテンプレートマッチングして凸部の特徴を抽出する場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】図１７の処理で使用するテンプレート画像を示す説明図である。
【図１９】表面粗さの異なるパッド部と半導体チップの端子部との接合状態を部分拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１    照明手段
２    撮像カメラ（撮像手段）
３    画像処理装置
５    光源
６    光源用レンズ
７    マスク
８    ハーフミラー
１１    画像処理手段
１２    評価手段
【図１】
0003722052.tif 000002
【図２】
0003722052.tif 000003
【図３】
0003722052.tif 000004
【図４】
0003722052.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003722052.tif 000007
【図７】
0003722052.tif 000008
【図８】
0003722052.tif 000009
【図９】
0003722052.tif 000010
【図１０】
0003722052.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003722052.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0003722052.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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