(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備えることを特徴とする半田ボ−ル検査装置。
【請求項２】
前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置決め手段を備えることを特徴とする請求項１記載の半田ボ−ル検査装置。
【請求項３】
前記位置決め手段は、前記ステ−ジのＸＹ方向に移動させるパルスモ−タの回転制御する数値制御装置を備えることを特徴とする請求項２の半田ボ−ル検査装置。
【請求項４】
前記温度センサは、非接触温度センサであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半田ボ−ル検査装置。
【請求項５】
前記加熱部材の先端部は、前記半田ボ−ルの球の直径と同じ直径をもつ窪みを有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４記載の半田ボ−ル検査装置。
【請求項６】
前記半田ボ−ルの良品と不良品とに分類して収納する収納部とを備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４または請求項５記載の半田ボ−ル検査装置。
【請求項７】
半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置において、接合状態が良である前記半田ボ−ルの下降温度を基準温度とし、前記半田ボ−ルの下降温度が前記基準温度より高いとき前記接合状態が不良と判定することを特徴とする半田ボ−ルの検査方法。
【請求項８】
半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置決め手段と、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置において、
前記位置決め手段により前記半田ボ−ルを順次前記加熱部材の下に送り、前記加熱部材との接触および離脱を順次行い前記半田ボ−ルの下降温度を測定し、前記半田ボ−ルの接合状態の不良が発生すれば、それ以降の前記半田ボ−ルの接合状態の検査を不要にし、
当該半導体装置は不良として前記真空チャンバから排出し不良の収納部に収納することを特徴とする半田ボ−ルの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田ボ−ル検査装置およびその検査方法に関し、特に複数のランドのそれぞれに半田ボ−ルが接合形成された半導体装置における半田ボ−ルとランドとの接合状態を検査する半田ボ−ル検査装置およびその検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）のような半導体装置では、半田ボ−ルとランドとの接合状態を検査するのに、半田ボ−ルとランドとのはんだ付け状態の確認を可視範囲で判断することは周辺部以外は困難である。そこで、この接続状態をより確実に信頼度の高い検査方法として、Ｘ線の透過画像を用いて接続状態の良否の判定を行う方法である。
【０００３】
例えば、特開２００１−３１９９５１号公報に開示されている接続検査方法は、Ｘ線発生部からＸ線の放射面を半田ボ−ルと半田ボ−ルの接触面と水平にし、半田ボ−ルとランドとの接合部およびランド含む基板の部分にＸ線を照射し、Ｘ線検出部を接触面に対し斜めに傾け、はんだの接合部を含むＸ線透過像を得る。
【０００４】
そして、このＸ線透過像にはんだ接合部の有無によって接合の良否を判定している。すなわち、Ｘ線が最も吸収されるＸ線透過画像の黒色の半田ボ−ルの画像と灰色のランド画像との間に黒灰色の接合部の画像の有無で判定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法は、Ｘ線発生部、Ｘ線検出部、およびＸ線検出部の傾斜角度制御部という精密装置を必要とし、さらに、Ｘ線防護手段をも備えなければならず装置として大掛かりになるという欠点がある。また、検査装置としてはインラインに設置することができず、オフラインに配置しなければならない。従って、検査結果がでないと、次工程に進むことができず、全体のラインのスル−プットを妨げるという問題がある。また、オフラインで検査を行うにしても、Ｘ線撮影など多大な工数を必要とする。
【０００６】
従って、本発明の目的は、簡便な構成部品で構成され操作が簡単であるとともにインラインに適用できる半田ボ−ル検査装置およびその検査方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置である。
【０００８】
また、前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置決め手段を備えることが望ましい。そして、好ましくは、前記位置決め手段は、前記ステ−ジのＸＹ方向に移動させるパルスモ−タの回転制御する数値制御装置を備えることである。さらに、前記温度センサは、非接触温度センサであることが望ましい。一方、前記加熱部材の先端部は、前記半田ボ−ルの球の直径と同じ直径をもつ窪みを有することが望ましい。また、前記半田ボ−ルの良品と不良品とに分類して収納する収納部とを備えることが望ましい。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置において、接合状態が良である前記半田ボ−ルの下降温度を基準温度とし、前記半田ボ−ルの下降温度が前記基準温度より高いとき前記接合状態が不良と判定する半田ボ−ルの検査方法である。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、半田ボ−ルが縦横に並べ形成された半導体装置を供給する供給部と、供給された前記半導体装置を前記半田ボ−ルを上にして収納し減圧状態にする真空チャンバと、前記半導体装置を載置するステ−ジと、前記半田ボ−ルと接触し該半田ボ−ルを加熱する加熱部材と、該加熱部材に隣接して配置されるとともに加熱された前記半田ボ−ルの温度を測定する温度センサと、前記加熱部材の下に前記半田ボ−ルを位置決めする前記ステ−ジをＸＹ方向に移動させる位置決め手段と、減圧状態で所定の温度に加熱された前記半田ボ−ルから前記加熱部材を離脱させ所定の時間放置したとき前記半田ボ−ルが下降する温度により前記半田ボ−ルの接合状態の良品と不良品と判定する判定手段とを備える半田ボ−ル検査装置において、前記位置決め手段により前記半田ボ−ルを順次前記加熱部材の下に送り、前記加熱部材との接触および離脱を順次行い前記半田ボ−ルの下降温度を測定し、前記半田ボ−ルの接合状態の不良が発生すれば、それ以降の前記半田ボ−ルの接合状態の検査を不要にし、当該半導体装置は不良として前記真空チャンバから排出し不良の前記収納部に収納する半田ボ−ルの検査方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態における半田ボ−ル検査装置を示す模式断面図である。この半田ボ−ル検査装置は、図１に示すように、半田ボ−ル２１が形成された半導体装置２０を供給する供給部１８と、供給された半導体装置２０を半田ボ−ル２１を上にして真空チャンバ５に収納し半導体装置２０を載置するＸＹステ−ジ３と、真空チャンバ５を真空排気する真空ポンプ９と、ＸＹステ−ジ３に載置された半導体装置２０の半田ボ−ル２１と接触し半田ボ−ル２１を加熱する加熱棒１と、この加熱棒１に隣接して設けられるとともに加熱された半田ボ−ル２１の温度を測定する温度センサ２と、減圧状態で所定の温度に加熱された半田ボ−ル２１から加熱棒１をヘッド４からの引き上げにより離脱させ放置したとき半田ボ−ルが下降する温度により半田ボ−ル２１の接合状態の良否を判定する測定結果判定部１３とを備えている。
【００１３】
また、この測定結果判定部１３により良否を判定された半導体装置２０を分類して収納する良品用の収納箱１１および不良品用の収納箱１２とを備えている。さらに、加熱棒１を所定の温度に維持するヒ−タ温度制御部１５と、加熱棒１を半田ボ−ル２１と接触させたり離脱させたりする加熱棒１の上下運動を制御するとともに非接触式の温度センサ２を半田ボ−ル２１に近接したり離間させたりする上下動制御部１４とを備えている。
【００１４】
さらに、真空チャンバ５を開閉する扉は、スペ−スが狭くて済むゲ−トバルブ６ａ,６ｂを設けることが望ましい。なお、半導体装置２０の半田ボ−ル２１の測定毎に半田ボ−ルの位置決めのために、ＸＹステ−ジ３を半田ボ−ルの配置ピッチに応じて定寸法で送る送りねじ（図示せず）が備えられ、ＸＹステ−ジ３にそれぞれ固定されたナット（図示せず）に噛み合っている。そして、Ｘ方向の送りねじと直結するパルスモ−タ１９ａおよびＹ方向の送りねじに直結するパルスモ−タ１９ｂの回転数を制御するＮＣ制御装置１７を設けることが望ましい。
【００１５】
一方、検査を自動化するために、バルブ８およびバルブ１０の開閉シ−ケンス、測定結果判定部１３の良否判定によるロボットア−ム７の移動制御、および上下動制御部１４による加熱棒１の動作と温度センサ２の動作のシ−ケンスおよびＮＣ制御装置１７の作動に係わるシ−ケンスを制御するシ−ケンス制御部１６を設けることが望ましい。
【００１６】
さらに、加熱棒１はヒ−タ内蔵の銅棒であって、ソレノイドのオンによってヘッド４から下方に突出し半田ボ−ル２１に接触し熱の伝達を行っている。また、ソレノイドのオフによりヘッド４に内蔵されるスプリングによって加熱棒１は半田ボ−ル２１より離脱される。なお、加熱棒１からの熱の伝達をより良くするために、加熱棒１の先端部に球状の半田ボ−ルと同じ直径をもつ球状の窪みをもつことが望ましい。
【００１７】
温度センサ２は、非接触の温度センサが望ましい。例えば、半田ボ−ル２１から発生する赤外線を捕捉し半田ボ−ル２１の温度を測定する赤外線温度センサが適している。そして、この温度センサをオプチカルファイバの先端に取付け、剛性のあるシ−スに被せ、このシ−スをソレノイドのオンによってヘッド４から温度センサ２が突出し、温度センサ２を半田ボ−ル２１に近づけ半田ボ−ル２１の温度を測定する。また、温度測定以外はヘッド４に内蔵されるスプリングによって温度センサ２は半田ボ−ル２１から退避する。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の動作原理を説明するための図である。この半田ボ−ル検査装置の被検査対象の半導体装置は、図２に示すように、チップ２５を搭載した基板２３上の複数のランド２２に半田ボ−ル２１が取り付けられた構造を有している。
【００１９】
まず、図２（ａ）に示すように、減圧された真空チャンバに収納された半導体装置の半田ボ−ル２１に温度センサ２を近づけ、加熱棒１を半田ボ−ル２１に接触させる。温度センサ２により半田ボ−ル２１の温度を測定する。半田ボ−ル２１の温度が半田融点（摂氏１５０度から２３０度）以下の所定の温度に達したら、図２（ｂ）に示すように、加熱棒１を半田ボ−ル２１より引き離す。
【００２０】
このことにより、接合の良い半田ボ−ル２１の熱は、熱抵抗の低い基板２３に拡散され、図２（ｃ）に示すように、半田ボ−ル２１の温度が下降する。一方、接合不良の半田ボ−ルは、減圧された室内の空気を伝わって逃げる熱は通常の空気圧に比べ非常に少ない。また、接合状態が悪いと、熱抵抗が大きく半田ボ−ル２１に熱が蓄積される。このように熱の拡散が少ないことから、図２（ｃ）に示すように、温度の下降が極めて緩やかである。従って、判定時における半田ボ−ル２１の接合状態が良い場合の温度を基準温度とすれば、基準温度以上を示す温度の半田ボ−ル２１は、接合不良と判定することができる。
【００２１】
図３は半導体装置における半田ボ−ルの位置を示すマップ図、図４は半田ボ−ルの検査方法を説明するためのフロ−チャ−トである。次に、図１、図３および図４を参照して半田ボ−ル検査方法を説明する。いま、半田ボ−ル２１が図３に示すように縦横に配置されていると仮定する。
【００２２】
まず、図４のＡステップにより、図１のゲ−トバルブ６ａを開き、半導体装置２０を供給部１８から真空チャンバ５に収納し、ＸＹステ−ジ５に半導体装置２０を載置する。そして、ステップＢでバルブ８を開き真空チャンバ５を真空排気する。次に、ステップＣで、ＮＣ装置１７のパルス信号によりパルスモ−タ１９ａおよびパルスモ−タ１９ｂを回転させ、図３のＮＯ１の半田ボ−ル２１をヘッド４の下に位置決めする。
【００２３】
次に、図４のステップＤにより、図１の加熱棒１を半田ボ−ル２１に接触させ半田ボ−ル２１を所定の温度に加熱する。そして、所定の温度に達したら、加熱棒１を半田ボ−ル２１より退避させる。そして、下降する半田ボ−ル２１の温度を測定する。次に、ステップＥで、測定された半田ボ−ル２１の温度が基準温度より高いか否か図１の測定結果判定部１３で判定する。もし、高ければ、不良と判定し、ステップＦで、ＸＹステ−ジ３が移動し、ステップＫで、バルブ８が閉じバルブ１０が開き真空チャンバ５を大気にし、ゲ−トバルブ６ｂが開き、ロボットア−ム７が半導体装置２０を拾い不良品の収納箱１２に収納する。
【００２４】
もし、ステップＥの判定で基準温度と等しいか低ければ、ステップＧで、次のＮＯ２の半田ボ−ル２１をＮＣ制御装置１７により位置決めする。そして、ステップＨで、半田ボ−ル２１を加熱棒１で加熱し、加熱棒１が離脱された半田ボ−ル２１の温度を測定する。そして、ステップＩで、半田ボ−ルの温度が基準の温度より高いか否かを判定する。もし、高ければ不良と判定し、ステップＦで、ＸＹステ−ジ３が移動し、ステップＫで、バルブ８が閉じバルブ１０が開き真空チャンバ５を大気にし、ゲ−トバルブ６ｂが開き、ロボットア−ム７が半導体装置２０を拾い不良品の収納箱１２に収納する。
【００２５】
また、ステップＩの判定で基準温度と等しいか低ければ、ステップＪで、全ての半田ボ−ル２１の検査が終了したか判定し、完了していなければ、ステップＧに進み、次のＮＯ３の半田ボ−ル２１をＮＣ制御装置１７により位置決めする。このように繰り返して検査を行い、ステップＪで、ＮＯ１からＮＯ１２までの半田ボ−ル２１の接合状態を検査し、全ての半田ボ−ル２１の接合状態が良品であれば、ステップＭで、バルブ８が閉じバルブ１０が開き真空チャンバ５を大気にし、ゲ−トバルブ６ｂが開き、ロボットア−ム７が半導体装置２０を拾い良品の収納箱１１に収納する。
【００２６】
このように、半田ボ−ルを順次位置決めし、半田ボ−ルの接合状態を一個づつ検査し、検査を進めて行く途中で一個の半田ボ−ル２１の接合状態が不良であれば、当該半導体装置を不良と判定し、後の半田ボ−ルの検査を不要になるので検査工数が少なく済むと言う利点がある。
【００２７】
また、半田 ボ−ルの接合不良の半導体装置は、不良品の収納箱１２に収納するので、良品と不良品とを間違いを起こすことがない。また、この方法で半導体装置を検査すれば、一個の半導体装置を検査するのに数分で済みインラインに十分に適用できる。また、処理速度を上げるために、複数本の加熱棒および温度センサを設けても良い。しかし、この場合には、互いに熱伝導が影響しないように、加熱棒の間隔を十分に拡げ、等間隔に加熱棒を配置することが必要である。また、加熱棒の代わりに赤外線ランプが考えられるが、一個づつ確実に半田ボ−ルを加熱するには、不適である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、簡便な加熱棒の接触により半田ボ−ルを所定の温度にさせ、誤差が生じやすい接触圧でなく非接触の温度センサで半田ボ−ルの温度を正確に測定し、半田ボ−ルから加熱棒を退避させ、熱から放置された半田ボ−ルの下降温度を測定することによって、半田ボ−ルとランドとの熱抵抗の大小を判定して、半田ボ−ルとランドとの接合状態の良否が極めて短時間で判定できインラインに適用できるという効果がある。
【００２９】
また、縦横に並べて形成された半田ボ−ルを順次位置決めし、半田ボ−ルの接合状態を一個づつ検査し、検査を進めて行く途中で一個の半田ボ−ル２１の接合状態が不良であれば、当該半導体装置を不良と判定し、後の半田ボ−ルの検査を不要になるので検査工数が少なく済むという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半田ボ−ル検査装置を示す模式断面図である。
【図２】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図３】半導体装置における半田ボ−ルの位置を示すマップ図である。
【図４】半田ボ−ルの検査方法を説明するためのフロ−チャ−トである。
【符号の説明】
１    加熱棒
２    温度センサ
３    ＸＹステ−ジ
４    ヘッド
５    真空室
６ａ,６ｂ    ゲ−トバルブ
７    ロボットア−ム
８,１０    バルブ
９    真空ポンプ
１１,１２    収納箱
１３    測定結果判定部
１４    上下動制御部
１５    ヒ−タ温度制御部
１６    シ−ケンス制御部
１７    ＮＣ制御装置
１８    供給部
１９ａ,１９ｂ    パルスモ−タ
１８    フィルタ
２０    半導体装置
２１    半田ボ−ル
２２    ランド
２３    基板
【図１】
0003727276.tif 000002
【図２】
0003727276.tif 000003
【図３】
0003727276.tif 000004
【図４】
0003727276.tif 000005