(57)【要約】【課題】            個々のバンプ５が確実に接合されているかどうかを精度良く測定する接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供すること。【解決手段】        チップ部品が実装された回路基板を保持する基板ステージと、前記回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する引き剥がしヘッドと、チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して、前記チップ部品と前記回路基板の個々の接合箇所の破断面の接合状態の良否を判定する検査手段と、を備えた接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ部品が実装された回路基板の、チップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品が実装された回路基板を保持する基板ステージと、
前記回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する引き剥がしヘッドと、
チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して破断面の接合状態の良否を判定する検査手段と、
を備えた接合強度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記検査手段が、
前記チップ部品に設けられた複数のバンプと、前記回路基板に設けられた電極との接合状態を検査する検査手段であって、
回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識部と、
破断面の状態を記憶した破断状態記憶手段と、
前記画像認識部で画像認識した破断面の状態と、破断状態記憶手段に予め記憶されている破断面の状態とを、比較しチップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定手段とから構成される接合強度測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、
前記破断状態記憶手段に、少なくとも、
前記チップ部品と前記バンプの接合部分で破断した場合の画像データと、
前記バンプ内部で破断した場合の画像データと、
前記バンプと前記電極の接合部分で破断した場合の画像データと、
前記電極と前記基板との接合部分で破断した場合の画像データと、
が予め記憶されている接合強度測定装置。
【請求項４】
チップ部品が実装された回路基板のチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法であって、
チップ部品に接着材を介して接続した引き剥がしヘッドで、回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する工程と、
チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して破断面の接合状態の良否を判定する検査工程と、
を有すること特徴とする接合強度測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の発明において、
前記検査工程が、
前記チップ部品に設けられた複数のバンプと、前記回路基板に設けられた電極との接合状態を検査する検査工程であって、
回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識工程と、
前記画像認識工程で画像認識した破断面の状態と、予め破断状態記憶手段に記憶されている破断面の状態とを、比較し、チップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定工程とを有する接合強度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路素子などのチップ部品を回路基板に実装した後、チップ部品と回路基板との接合力を測定する接合強度測定装置および接合強度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に実装されたチップ部品の接合状態を評価する方法として、従来、チップ部品を回路基板から剥離して剥離の際の荷重を測定する測定方法が行われている。図１０を用いて簡単に測定方法を説明する。図１０は、回路基板２の電極３にチップ部品４のバンプ５が接合された状態を示している。まず、チップ部品４の接合された回路基板２を検査台８に固定し、チップ部品４の側方に爪９を配置する。この爪９を、チップ部品４の側面４ａに押し当てた状態で、回路基板２と平行な方向（図１０の矢印方向）に荷重をかけ、この荷重を増大させ、チップ部品４を回路基板２から剥離させる。このときの荷重からチップ部品４と回路基板２の接合強度を測定している（例えば、特許文献１の図９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような剥離により測定方法では、個々のバンプ５の接合強度を測定することができない。一方、チップ部品４のバンプ５の数は、近年、多バンプ化が進み、数百バンプとなっている。そのため、個々のバンプ５の接合状態はチップ部品５が実装された回路基板２の信頼性に影響を与えている。例えば、図１１に示すような多バンプ５のチップ部品４のような場合、接合不良箇所ＮＧの部分が発生していても、従来の接合強度測定装置では不良を検出することが出来ない。
【０００５】
そこで、個々のバンプ５が確実に接合されているかどうかを精度良く測定する接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供することを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
チップ部品が実装された回路基板の、チップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品が実装された回路基板を保持する基板ステージと、
前記回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する引き剥がしヘッドと、
チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して、前記チップ部品と前記回路基板の個々の接合箇所の破断面の接合状態の良否を判定する検査手段と、
を備えた接合強度測定装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記検査手段が、
前記チップ部品に設けられた複数のバンプと、前記回路基板に設けられた電極との接合状態を検査する検査手段であって、
回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識部と、
破断面の状態を記憶した破断状態記憶手段と、
前記画像認識部で画像認識した破断面の状態と、破断状態記憶手段に予め記憶されている破断面の状態とを、比較しチップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定手段とから構成される接合強度測定装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記破断状態記憶手段に、少なくとも、
前記チップ部品と前記バンプの接合部分で破断した場合の画像データと、
前記バンプ内部で破断した場合の画像データと、
前記バンプと前記電極の接合部分で破断した場合の画像データと、
前記電極と前記基板との接合部分で破断した場合の画像データと、
が予め記憶されている接合強度測定装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、
チップ部品が実装された回路基板のチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法であって、
チップ部品に接着材を介して接続した引き剥がしヘッドで、回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する工程と、
チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して破断面の接合状態の良否を判定する検査工程と、
を有すること特徴とする接合強度測定方法である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記検査工程が、
前記チップ部品に設けられた複数のバンプと、前記回路基板に設けられた電極との接合状態を検査する検査工程であって、
回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識工程と、
前記画像認識工程で画像認識した破断面の状態と、予め破断状態記憶手段に記憶されている破断面の状態とを、比較し、チップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定工程とを有する接合強度測定方法である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する引き剥がしヘッドと、チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して破断面の接合状態の良否を判定する検査手段と、を備えている。
【００１２】
そのため、チップ部品の全バンプに対して個々に上方向に力をかけることが出来る。なお、接合していないバンプには力がかからない。このような環境に於ける個々のバンプの破断面を、画像認識して接合状態の良否判断を行うので、より正確な接合評価が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、検査手段が、回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識手段と、破断面の状態を記憶した破断状態記憶手段と、前記画像認識手段で画像認識した破断面の状態と、破断状態記憶手段に予め記憶されている破断面の状態とを、比較しチップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定手段を備えている。
【００１４】
そのため、画像認識手段で認識した破断面を予め記憶されている破断面の状態と比較しているので、チップ部品と回路基板の接合強度の良否判定を精度良く測定することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、破断面の状態を記憶した破断状態記憶手段に、前記チップ部品と前記バンプの接合部分で破断した場合の画像データと、前記バンプ内部で破断した場合の画像データと、前記バンプと前記電極の接合部分で破断した場合の画像データと、前記電極と前記基板との接合部分で破断した場合の画像データと、が予め記憶されている。
【００１６】
そのため、チップ部品が引き剥がされた回路基板の画像データから、チップ部品とバンプの接合部分で破断したか、バンプの内部で破断したか、バンプと電極の接合部分で破断したか、電極と回路基板との接合部分で破断したかを比較して判定しているので、チップ部品と回路基板の接合部分で接合状態の弱い箇所を特定することができる。破断した箇所は接合状態が弱い箇所となるので、バンプと電極の接合部分で破断した場合は、チップ部品のバンプと回路基板の電極の接合が十分でなかった箇所となる。従って、破断箇所を上記の方法で判定することによりチップ部品と回路基板の接合強度を詳細に判定することができる。
【００１７】
例として、図１２にチップ部品４にかかる応力を模式的に表した図を示す。図１２はチップ部品４と回路基板２を側面から参照した状態を示す。チップ部品４と回路基板２の破断は、チップ部品４のパッド７とバンプ５との接合面で破断するモード（Ａモード）、バンプ５自身が破断するモード（Ｂモード）、バンプ５と電極３の接合界面で破断するモード（Ｃモード）、電極３と回路基板２の接合面で破断するモード（Ｄモード）、のそれぞれがチップ部品４と回路基板２の接合状態に応じて、個々のバンプ５で発生する。
【００１８】
これらの各モードに対応するバンプ５の数をカウントすることにより、チップ部品４と回路基板２の接合強度を作成することができる。バンプ５と電極３の接合が十分でないＣモードのバンプ数が、チップ部品４と回路基板２の接合強度の指標となる。すなわち、Ｃモードのバンプ数が多い場合、バンプ５と電極３の接合が十分でないと考えられる。
【００１９】
このように、破断箇所に基づく画像データを用いて接合箇所を特定し、接合が十分でないバンプを判断しているので、接合強度を正確に把握することが出来る。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、チップ部品に接着材を介して接続した引き剥がしヘッドで、回路基板のチップ部品の実装面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与する工程と、チップ部品が引き剥がされた回路基板もしくは、引き剥がしたチップ部品の破断面の状態を画像認識して破断面の接合状態の良否を判定する検査工程とを有している。
【００２１】
そのため、チップ部品の全バンプに対して上方向に均一に力をかけることが出来る。このような環境に於ける個々のバンプの破断面を、画像認識して接合状態の良否判断を行うので、より正確な接合評価が可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、検査工程が、回路基板もしくはチップ部品の破断面の状態を光学的に観測する画像認識工程と、画像認識工程で画像認識した破断面の状態と、予め破断状態記憶手段に記憶されている破断面の状態とを、比較し、チップ部品と回路基板の破断状態の判定を行う接合強度判定工程とを有している。
【００２３】
そのため、画像認識手段で認識した破断面を予め記憶されている破断面の状態と比較しているので、チップ部品と回路基板の接合強度の良否判定を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合強度測定装置の概略側面図である。
【図２】平行度精密調整機構の構成を示す概略斜視図である。
【図３】基板ステージに回路基板をセットした状態を示す側面図である。
【図４】回路基板上に接着剤が塗布された引き剥がしヘッドと配置された状態を示す側面図である。
【図５】引き剥がしヘッドが回路基板に接着された状態を示す側面図である。
【図６】引き剥がしヘッドがチップ部品を引き剥がした状態を示す側面図である。
【図７】回路基板からチップ部品を剥離した状態を示す側面図である。
【図８】引き剥がしのステップを説明する動作フローチャートである。
【図９】バンプの破断面の検査方法を説明するブロック図である。
【図１０】従来の接合強度測定方法を説明する概略側面図である。
【図１１】多バンプのチップ部品の接合状態を説明する側面図である。
【図１２】チップ部品にかかる応力を模式的に表した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の接合強度測定装置１の概略側面図である。接合強度測定装置１に向かって左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。
【００２７】
接合強度測定装置１は、回路基板２が載置される基板セットステージ１０と、載置された回路基板２を固定する基板押さえツール１１と、基板セットステージ１０の平行度を調整する平行度精密調整機構１２と、回路基板２からチップ部品４を引き剥がす引き剥がしヘッド１３と、引き剥がしヘッド１３を駆動するヘッド駆動機構１４と、装置全体を制御する制御部２０とから構成されている。
【００２８】
また、接合強度測定装置１には、チップ部品４が引き剥がされた回路基板２の破断面を画像処理する画像認識部５０を備えている。画像認識部５０は、回路基板２を載置する検査台５１と、検査台５１の上部をＸＹＺ方向に移動可能なＣＣＤカメラ５２と、ＣＣＤカメラ５２を駆動するＸＹＺ駆動手段５３とから構成されている。
【００２９】
平行度精密調整機構１２は、図２に示すように、Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１がＺ方向上下に重なって載置されている。Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１は、それぞれ、Ｘ軸およびＹ軸の角度調整をステージを回転させることで調整できるようになっている。また、Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１には角度を保持するＸ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４３が設けられている。そのため、Ｘ軸ゴニオステージ４０のＺ方向上側に接続されている基板ステージ１０の姿勢調整機能のうち角度調整が精密にできるようになっている。
【００３０】
図１にもどり、ヘッド駆動機構１４は、駆動モータ３０と、駆動モータ３０に連結された図示されていないボールねじとから構成されている。ボールねじに蝶合するナットを介して引き剥がしヘッド１３がＺ方向上下に移動可能になっている。
【００３１】
引き剥がしヘッド１３のチップ部品側である下面１３Ｓには接着剤６が塗布されてるようになっている。引き剥がしヘッド１３とチップ部品４の上面４ｂは接着剤６を介して接続される。
【００３２】
制御部２０は、ハードディスクやメモリなどの記憶部２１と、マイクロプロセッサなどの演算部２２と、タッチパネルやキーボードなどの入出力部２３と、各部分のデータの通信をおこなうインターフェース部２４とから構成されている。制御部２０は、ヘッド駆動機構１４の制御や、平行度精密調整機構１２の角度制御、画像認識部５０の画像処理などの接合強度測定装置１の全体の制御を行う。
【００３３】
このような接合強度測定装置１を用いて、回路基板２に実装されているチップ部品４を引き剥がし、破断面を検査する方法を図３〜７の概略側面図と図８の動作フローチャートを用いて説明する。
【００３４】
まず、ヘッド駆動機構１４を駆動し、引き剥がしヘッド１３をＺ方向下側に移動させ、基板ステージ１０に接触させる。接触後、所定の加圧力が引き剥がしヘッド１３に付与されるようにヘッド駆動機構１４を駆動し、引き剥がしヘッド１３の下面１３Ｓと基板ステージ１０の接触面が平行になるように、平行度精密調整機構１２のＸ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１をＸθおよびＹθ方向に移動させる。引き剥がしヘッド１３の下面１３Ｓと基板ステージ１０の接触面の平行度が所定値になると、Ｘ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４３をＯＮして、Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１を固定する（ステップＳＴＯ１）。
【００３５】
次に、ヘッド駆動機構１４を駆動し、引き剥がしヘッド１３をＺ方向上側に移動させ、引き剥がしヘッド１３を基板ステージ１０から所定の間隔だけ離す。そして、図３に示すように、回路基板２を基板ステージ１０に載置し、基板押さえツール１１を用いて回路基板２を固定する（ステップＳＴ０２）。
【００３６】
次に、図４に示すように、引き剥がしヘッド１３のチップ部品４との接触面１３Ｓに接着剤６を塗布する（ステップＳＴ０３）。
【００３７】
次に、ヘッド駆動機構１４を駆動し、引き剥がしヘッド１３をＺ方向下側に移動させ、回路基板２上のチップ部品４に接触させ、所定の加圧力を付与後、停止させる。そして、図５に示すように、基板ステージ１０に内蔵されている図示されていないヒータをＯＮし、基板ステージ１０を所定の温度になるように加熱する。基板ステージ１０の加熱により接着剤６を硬化させ引き剥がしヘッド１３とチップ部品４を接着させる（ステップＳＴ０４）。
【００３８】
次に、図６に示すように、ヘッド駆動機構１４を駆動し、引き剥がしヘッド１３をＺ方向上側に移動させ、回路基板２からチップ部品４を引き剥がす（ステップＳＴ０５）。
【００３９】
次に、回路基板２を基板ステージ１０から取り出し、画像認識部５０の検査台５１に載置する。回路基板２の電極３部分をＣＣＤカメラ５２で画像認識する。検出した画像データは検出画像データ６６とする（ステップＳＴ０６）。
【００４０】
チップ部品４と回路基板２の破断面は、図７に示すように接合状態によって変化する。まず、破断面を、バンプ５がチップ部品４との界面で剥離（Ａモード）するケース、バンプ５の内部で破断（Ｂモード）するケース、バンプ５と回路基板２の電極３との間で剥離（Ｃモード）するケース、回路基板２の電極３が回路基板２との界面で剥離（Ｄモード）するケース、に分類される。
【００４１】
次に、各モードの破断面の個数をカウントする。測定は、回路基板２の電極３の部分をＣＣＤカメラ５２で画像認識し、予め、記憶部２１に記憶されている破断画像データと比較し、各モードのバンプ数を計測する。
【００４２】
これらのバンプ数の計測方法を図９のブロック図を用いて説明する。図９に示す破断状態記憶手段６０には、バンプ５がチップ部品４との界面で剥離（Ａモード）した画像データ６１と、バンプ５の内部で破断（Ｂモード）した画像データ６２と、バンプ５と回路基板２の電極３との間で剥離（Ｃモード）した画像データ６３と、回路基板２の電極３が回路基板２との界面で剥離（Ｄモード）した画像データ６４とが、予め記憶されている。破断状態記憶手段６０のデータは、接合強度判定手段６５に入力される。また、接合強度判定手段６５には、上記ステップＳＴ０６で画像認識した各バンプ５の破断面の検出画像データ６６が入力される。そして、接合強度判定手段６５内の画像比較部６７により、ステップＳＴ０６で画像認識した検出画像データ６６が、Ａ〜Ｄモードのいずれかであるかが判断される。判断は、検出画像データ６６と破断状態記憶手段６０のデータとの比較（パターンマッチング）および、色判別、面積判別等が組み合わされて行われる。Ａ〜Ｄモードに分けられると、モード毎にバンプの検出個数をＡ〜Ｄモードバンプ数計測部６８，６９，７０，７１でカウントする。チップ部品４の全バンプ５について同様の検査を行い、各モード毎のバンプ数を計測する。
【００４３】
なお、破断状態記憶手段６０は、制御部２０の記憶部２１に対応し、接合強度判定手段６５は、制御部２０の演算部２２で行われる一連の制御に対応する。
【００４４】
バンプ５と電極３の接合が十分でないＣモードのバンプ数が、チップ部品４と回路基板２の接合強度の指標となる。すなわち、Ｃモードのバンプ数がある場合、バンプ５と電極３の接合が十分でないと考えられる。
【００４５】
計測結果から、回路基板２にチップ部品４を接合する際に接合装置に設定される接合条件における、接合強度を求めることが出来る。これらの接合強度測定を、接合条件毎に行い、Ｃモードの発生しない、あるいは発生の少ない接合条件を求めることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では画像認識部５０と、基板セットステージ１０とが分離した状態の構成にしたが、チップ部品４を引き剥がした後、基板セットステージ１０上にＣＣＤカメラ５２を移動させて破断面を画像認識するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１    接合強度測定装置
２    回路基板
３    電極
４    チップ部品
４ａ    チップ部品の側面
４ｂ    チップ部品の上面
５    バンプ
５ａ    接合界面
６    接着剤
７    パッド
８    検査台
９    爪
１０    基板ステージ
１１    基板押さえツール
１２    平行度精密調整機構
１３    引き剥がしヘッド
１３Ｓ    引き剥がしヘッドの下面
１４    ヘッド駆動機構
２０    制御部
２１    記憶部
２２    演算部
２３    入出力部
２４    インターフェース部
３０    駆動モータ
４０    Ｘ軸ゴニオステージ
４１    Ｙ軸ゴニオステージ
４２    Ｘ軸ロックシリンダ
４３    Ｙ軸ロックシリンダ
５０    画像認識部
５１    検査台
５２    ＣＣＤカメラ
５３    ＸＹＺ駆動手段
６０    破断状態記憶手段
６１    バンプ５がチップ部品４との界面で剥離（Ａモード）した画像データ
６２    バンプ５の内部で破断（Ｂモード）した画像データ
６３    バンプ５と回路基板２の電極３との間で剥離（Ｃモード）した画像データ
６４    回路基板２の電極３が回路基板２との界面で剥離（Ｄモード）した画像データ
６５    接合強度判定手段
６６    検出画像データ
６７    画像比較部
６８    Ａモードバンプ数計測部
６９    Ｂモードバンプ数計測部
７０    Ｃモードバンプ数計測部
７１    Ｄモードバンプ数計測部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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