(57)【要約】  システムは、レーザを利用し、モールドコンパウンドの中に封入された内部のダイ、リード線、はんだ接続部、及びその他の重要な構造部を損傷させることなくＩＣのモールドコンパウンドを除去し、それにより、それらが分析のために使用可能に残される。レーザ光線は、適切な光学素子を通して、ＩＣの表面に相当する平面上に焦点が結ばれている。レーザ光線の波長を通さない不透明な材料の層が、ＩＣチップの表面に塗布され、レーザのそれぞれの通過の前に融除される。不透明な材料の被膜を塗布するように、レーザに先立って同期運動で動作する噴射ノズルが設けられていてもよい。
2013510416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料内に封入された構造体を露出させるための装置であって、
レーザ光線を放射するレーザ光線源と、
前記構造体の少なくとも下層部分を、該下層部分を損傷させないで融除によって露出させるように、前記レーザ光線を前記材料内に封入された前記構造体に横移動させると共に前記レーザ光線の位置及び深さを制御する制御機構と、
前記レーザ光線源から前記構造体に向けて放射する前記レーザ光線を実質的に通さない不透明な材料を、前記レーザ光線の横移動の経路に沿って前記レーザ光線よりも先に前記構造体に塗布する塗布装置と、
を備える装置。
【請求項２】
前記材料が黒色の黒鉛粉末、インク及び染料のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記材料が無毒材料である、請求項２に記載された装置。
【請求項４】
前記材料が液体である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記塗布装置が噴霧装置である、請求項１に記載された装置。
【請求項６】
前記制御機構が、前記レーザ光線源を前記構造体の上へ進め、前記レーザ光線を前記構造体に向かって放射させる、請求項１に記載された装置。
【請求項７】
材料に封入された前記構造体が前記レーザ光線源に対して相対的に動作され、且つ、前記レーザ光線が適所に位置決定される、請求項１に記載された装置。
【請求項８】
材料に封入された構造体を露出させるための方法であって、
レーザ光線を発生させるステップと、
前記レーザ光線を前記材料に封入された前記構造体に向けて、前記レーザ光線が、前記材料に封入された前記構造体を横切る経路をトレースするステップと、
前記レーザ光線が前記経路を横移動する前に、前記レーザ光線を実質的に通さない不透明な材料を、前記レーザ光線が横移動される前記経路に沿って表面に塗布するステップと、
実質的に不透明な前記材料が塗布された後、前記構造体の少なくとも下層部分を、前記下層部分を損傷させないで露出させるように、前記材料を前記レーザ光線で融除するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
前記レーザ光線の波長が約１，０６４ｎｍである、請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
前記レーザ光線と封入された前記構造体との間の相対変位をもたらし、前記レーザ光線が前記経路を横移動するような領域に亘って前記材料を融除するステップを更に含む、請求項１に記載された方法。
【請求項１１】
封入された前記構造体が動作し、且つ前記レーザ光線が位置決定される、請求項１０に方法。
【請求項１２】
前記レーザ光線が、封入された前記構造体に向かって移動可能に導かれている、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記実質的に不透明な材料が液体である、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記実質的に不透明な材料が微細固体である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記実質的に不透明な材料が無毒である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記実質的に不透明な材料が、噴射、噴霧及びペイント塗りによって塗布される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
材料に封入された構造体を露出させるための方法であって、
レーザ光線を発生させるステップと、
前記レーザ光線を前記材料に封入された前記構造体に向けて、前記レーザ光線が、前記材料に封入された前記構造体を横切る経路をトレースするステップと、
前記レーザ光線が前記経路を横移動する前に、前記レーザ光線を実質的に通さない不透明な材料を、前記レーザ光線が横移動される前記経路に沿って表面に塗布するステップと、
前記構造体の少なくとも下層部分を、前記下層部分を損傷させないで露出させるように、前記レーザ光線が前記材料に封入された前記構造体を横切る前記経路をトレースしながら、前記材料を前記レーザ光線で融除するステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記レーザ光線の波長が約１，０６４ｎｍである、請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
前記実質的に不透明な材料が液体である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記実質的に不透明な材料が、噴射、噴霧及びペイント塗りによって塗布される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年１０月１６日に出願された米国特許出願番号第１２／５８０，６５２号、発明の名称「モールドコンパウンドに封入されたデバイスの繊細な構造を露出させるための方法及びシステム」の、米国特許法第３５巻、第１１１条（ａ）に基づく優先権の利益を主張するものであり、その記載は参照することにより全て本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、故障分析のための集積回路の前処理、特に、ガラス又はシリコンの不純物を含有するモールドコンパウンドに封入された構成要素を有する電気機器又は電気回路の前処理のための融除レーザの使用方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路が故障する。しかしながら、それらが一旦故障すると、そのような故障が是正措置につながる製品回収を引き起すかもしれないので、何がそのような故障を引き起こすのかを究明する必要が度々ある。故障分析では、特定の素子が故障の原因であるかどうかを判断するために集積回路の各構成要素が検査される。典型的な集積回路（ＩＣ）の基本的な構造は、多数の細かいリード線で囲まれていると共に前記リード線に接続された長方形の半導体のダイ又はチップを備え、前記リード線は、ＩＣの外部ピンを次々に形成する幅広の金属製のトレースの周囲フレームにさらに接続されている。外部ピンを除いたアッセンブリ全体は、通常、モールドコンパウンドから形成されたパッケージに封入される。ＩＣが回路基板の表面に設置されると、ＩＣの前記ピンは、通常、回路基板の表面の対応するパッドにはんだ付けされる。
【０００４】
故障の原因を特定するために、視覚的検査が度々必要となる。これは、ダイ、リード線、ピンフレーム及びはんだ接続部分の検査を含んでいる。また、内部位置への物理的なアクセスが、問題点を探し出すのに必要になることがある。しかしながら、これらの具体的なＩＣ構造体へのアクセスは、保護用の封入モールドコンパウンドによって妨げられている。
【０００５】
検査するために、ＩＣの個々の構成要素を損傷させずにモールドコンパウンドを除去する必要がある。下層構造体を損傷させずに前記コンパウンドを除去するのに融除レーザを用いることが、出願人によって取得された米国特許第７，２７１，０１２号で公知となっている。図１に示すように、先行技術の解決方法は、レーザ光線１２を利用する、概して１０と示されたシステムであり、前記レーザ光線１２は、そこからモールドコンパウンドを選択的に除去するように、適切な光学素子１６を通して、ＩＣ１４の表面１８に相当する平面上に焦点が結ばれている。焦点が結ばれたレーザ光線１２は、通常、層状のモールドコンパウンドを除去するパターンでＩＣ表面の選択された領域を横切り、それぞれの通過に伴い前記コンパウンドの中により深く浸透する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，２７１，０１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術の解決手段でも満足のいくものであるが、これには、大き過ぎる又は多過ぎるガラス又はシリコンのフィラーを利用するいくつかの樹脂コンパウンドを十分に融除できないという欠点がある。先行技術のシステムの発明の以後、ＩＣチップの製造者は、ガラスおよびシリコンのフィラーから作られた新しい樹脂コンパウンドを利用していた。先行技術のシステムは、ＩＣ１４の表面で焦点が結ばれたレーザ光線の十分なエネルギー密度に依存して融除している。しかしながら、図２に示すように、ＩＣ１４の前記コンパウンド２４の中のガラス２０がレーザエネルギーを拡散し、それによりレーザの焦点が結ばれず、エネルギー密度が、前記コンパウンドを融除するのに十分な値よりも下の値まで減少する。前記拡散によるエネルギー損失を十分に解消するのに光線の出力（power）を上昇させると、結果的に、光線が拡散されない繊細なＩＣの構成要素の破壊がもたらされ、故障分析を行うことができない程度までＩＣチップが破壊又は損傷する。
【０００８】
したがって、先行技術の欠点を解消するためのシステム及び方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
システムは、レーザを利用し、モールドコンパウンドの中に封入された内部のダイ、リード線、はんだ接続部、及びその他の重要な構造部を損傷させずにＩＣのモールドコンパウンドを除去し、それにより、それらが分析のために使用可能に残される。レーザ光線は、適切な光学素子を通して、ＩＣの表面に相当する平面上に焦点が結ばれる。レーザ光線の波長を実質的に通さない不透明な材料の層が、ＩＣチップの表面に塗布され、それぞれの通過時、又は適切な融除を実施するのに適したそれぞれの通過の合間に融除される。
【００１０】
好適な実施形態において、不透明な材料の被膜を塗布するように、レーザ光線の経路に先立って同期運動で動作する噴射ノズルが設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は先行技術の除去システムの模式図である。
【図２】図２は先行技術の融除レーザ光線に対するガラスフィラーの影響を示す模式図である。
【図３】図３は本発明に係る構造のシステムのブロック図である。
【図４】図４は本発明に係る、コンパウンドモールドの融除を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３は、本発明に係るシステム１００の例示的な実施形態のブロック図である。例えば集積回路（ＩＣ）１４などの、分析されるデバイスは、プラットフォーム１０５上に配置されており、該プラットフォーム１０５上で、レーザ１１０によって発生したレーザ光線１０７は、一対の反射パドル１５１、１５２とレンズ素子１４０とによって導かれて焦点が結ばれる。人間の相互作用のためのユーザーインターフェース１３０に結合させることができるコントローラ１２０によって操作が制御される。例えば、コントローラ１２０とユーザーインターフェース１３０は、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等の一部であってもよく、或いは、別々に収容されてもよい。
【００１３】
操作中、光線１０７が選択されたパターンでＩＣの表面の選択部分で動作するように、ＩＣ１４が固定されている。いずれかの瞬間で、レーザ光線１０７は、ＩＣ１４の表面上の一点に当たる。しかしながら、人間の目には、ＩＣ１４の表面の上で光線１０７が進められる速さによっては、光線がＩＣ１４の表面上で線又は長方形のように見える可能性がある。光線１０７がＩＣ１４の表面に当たると、衝突点で少量の成形コンパウンドが融除され、ひいては除去される。光線１０７がＩＣの表面の上で進められると、モールドコンパウンドは、光線１０７が進められるパターンで除去される。
【００１４】
レーザ光線１０７によってトレースされたパターン（又は融除のパターン）は、デバイスの表面の任意の所望部分を網羅するように選択することが可能であり、前記パターンは、様々な幾何学的形状の何れか（例えば長方形、円形）である。パターンは、パターンに亘るレーザのそれぞれの通過に伴い均一な材料の層を除去するように選択されることが好ましい。連続する材料の層は、パターンに亘るレーザの連続する通過によって除去される。それぞれの材料の層が除去されるように、レーザ光線１０７は、デバイス１４の新たに露出された表面上に向けられてコンパウンド２４の次の層を除去する。融除工程は、任意の位置で停止させることができる。したがって、デバイス１４の所望領域から材料を除去するのに加えて、システムは、所望深さまで材料を除去することもできる。
【００１５】
レーザ源により発生するレーザ光線１０７は、まず、アクチュエータ１６１によって第一軸周りに回転する反射パドル１５１によって屈折させられる。パドル１５１は、光線１０７を、パドル１５１に対して実質的に垂直な向きに配置された反射パドル１５２の方に屈折させる。パドル１５２は、光線をレンズ素子１４０の方に屈折させる。一般的に、アクチュエータ１６１は、光線がパドル１５２上で線に沿って移動するように、パドル１５１を振動パターン（oscillatory pattern）で回転させる。同様に、アクチュエータ１６２は、光線がレンズ素子１４０上で二次元のラスターパターンに沿って移動するように、パドル１５２を振動パターンで回転させる。反射パドル１５１、１５２は薄く、質量が小さいことが好ましい。アクチュエータ１６１、１６２、１６４は、高速検流計モータ（high-speed galvanometer motors）であることが好ましい。低質量の反射体と高速モータとの組み合わせにより、焦点が結ばれたレーザ光線を毎秒数千インチの速さで移動させることができる。
【００１６】
アクチュエータ１６１、１６２は、コントローラ１２０の制御下にある。本発明に用いられることができるレーザステアリングサブシステムは、パドル１５１、１５２とアクチュエータ１６１、１６２と必要な制御回路の全てと関連ソフトウェアとを備えており、該サブシステムは、マサチューセッツ州のケンブリッジにあるケンブリッジ・テクノロジー社から市販されている。
【００１７】
パドル１５１、１５２の方向、及びレーザ光線１０７が移動する経路の長さにかかわらず、レンズ素子１４０によってレーザ光線の焦点が１つの平面上に結ばれる。レンズ素子１４０は、アクチュエータ１６４によって動作される。レンズ素子１４０は、傾斜したレーザ光線の入射を受けると共にレンズからの出射で平面内にレーザ光線の焦点を結ぶ例えば「フラットフィールドレンズ」又は「テレセントリックレンズ」等にすることができる。このような光学素子の供給元としては、ドイツのシル（Ｓｉｌ）社及びローデンシュトック社が挙げられる。
【００１８】
ＩＣ１４内でのレーザ光線１０７の拡散を防止するため、レーザ光線１０７の波長を実質的に通さない不透明な材料１６３の層１６５が、レーザ光線１０７による融除よりも先に融除されるようにＩＣ１４の表面に塗布される。一つの実施形態において、噴射ヘッド１６０は、コントローラ１２０の制御に従って提供され、そして、ＩＣ１４の表面に向かって不透明な材料１６３を噴射する。噴射ヘッド１６０は、システム１００内においてレーザ光線１０７の移動経路の先方に配置され、レーザ光線１０７がＩＣ１４に当たるのに先立って不透明な層１６５を塗布する。
【００１９】
ただし、噴射ヘッド１６０は、噴霧装置、ドロッパー（dropper）、又は微細固体又は液体を通過させることができる多孔質開口（porous opening）を有する任意の構造体、若しくは、光線１０７の波長を実質的に通さない不透明な材料からなる実質的に均一な層を塗布することができる任意の機械であってもよいことに注意すべきである。また、噴射ヘッド１６０は、好ましい実施形態において使用される。しかしながら、光線１０７の走査よりも先にドロッパー、噴射ボトル、噴霧装置、塗布用の刷毛等によって実質的に不透明な材料１６３からなる層１６５を手動で塗布することを含めて、いかなる構成であってもよい。
【００２０】
レーザ光線１０７がＩＣ１４の表面上で高速で動作することにより、レーザ光線が各点にとどまる時間がかなり短くなり、それ故に、融除工程によって露出させようとしている繊細な下層構造体に与えるかもしれない損傷が最小限に抑えられる。従って、結果的に生じる熱影響域（ＨＡＺ）は非常に小さく（例えば、１マイクロ未満に）抑えられる。ＩＣのモールドコンパウンドの全てを、電源が入れられた状態でも構成要素が電気的な損傷を受けない位置まで、構成要素の機能的な「骨格（skeleton）」を下方に残して効率的に除去することができる。
【００２１】
本発明の範囲内では、レーザ光線１０７のＩＣ１４に対する相対的な動作が、レーザ光線１０７又は介在している鏡体の操作によるレーザ光線１０７の動作によって行うことができることが理解される。しかしながら、プラットフォーム１０５を動かすことによるＩＣチップ１４の動作によって達成することも可能である。本発明で必要なことは、レーザ光線１０７とＩＣ１４の上面との間の相対移動と、実質的に不透明な材料１６３の塗布と、である。
【００２２】
他に、使用されるレーザ放射の波長が考慮される。とりわけ、緑の可視光線（green）（〜５３２ｎｍ）、紫外線（ＵＶ）（〜２６６ｎｍ）、赤外線（ＩＲ）（〜１，０６４ｎｍ）、及び炭酸ガスレーザ（CO2）（〜１０，６４０ｎｍ）の波長が使用され得る。適用のための最適な波長は、融除される材料の種類、及び露出させるための下層構造体の組成によって決まる。材料１６３の選択は、波長と相関関係（function）がある。
【００２３】
一般的なモールドコンパウンドを用いているＩＣｓに対して、赤外線の波長は、比較的脆弱な下層構造体、すなわちダイをＩＣピンに取り付ける細い銅線が損傷せずにうまく機能することが認められている。約１３１９ｎｍの波長のレーザは、主にシリコンからなるダイを損傷させない傾向があるのでＩＣｓに使用することもできる。細いワイヤは、該ワイヤが例えば緑の可視光線などの他の波長によって受けるかもしれないような影響を赤外線又は１３１９ｎｍ波長によっては受けない。例えば、銅は赤外線の波長を反射する傾向がある。したがって、赤外線の波長が用いられることにより、ＨＡＺのような、これらの構成要素に対する損傷がさらに減少する。したがって、露出されるデバイスの組成に基づいて適切なレーザ波長を選択することにより、本発明の工程を最適化することができる。本発明は、特定のいかなる波長のレーザにも限定されない。
【００２４】
好適な実施形態において、レーザ放射の波長は、およそ１，０６４ｎｍの赤外線スペクトル内である。その結果として、好適な限定されない実施形態における不透明な材料は、任意の黒色の材料にすることができる。液体又は固定のいずれかの黒色の染料を使用することができる。例として、黒色の黒鉛粉末又は黒鉛ペーストを使用することが可能であり、或いは液体が利用される場合には、例えば黒色のマジックマーカー若しくはインク、又は黒色の食品着色剤などの材料を使用することが可能である。１つの限定されない実施形態において、不透明な材料は、融除工程中に毒性ガスが放出されないように無毒でもある。
【００２５】
図４に示すように、不透明な層１６５の利用によって、従来の拡散性の層（図２）を不透明な層に変更する。ここで、光線１０７の焦点が結ばれるコンパウンドの層は、不均一な層であり、光線がコンパウンド融除層１６５及びコンパウンド２４の隣接層と相互作用するように光の質を維持する。光線１０７のそれぞれの通過に伴い、又は、適切な融除を行うのに適しているそれぞれの通過の合間に、新たな層１６５が塗布される。
【００２６】
特に、当該発明は、その好適な実施形態を参照して図示されると共に記載されているが、添付の特許請求の範囲に網羅された本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本実施形態の形状及び細部の様々な変更を行うことができることが、当該技術分野の当業者によって理解されるであろう。さらに、全ての数値は近似であり、説明の目的のために提供されていることが理解される。
【符号の説明】
【００２７】
１４・・・ＩＣ（デバイス）
１０７・・・レーザ光線
１２０・・・コントローラ
１４０・・・レンズ素子
１６０・・・噴射ヘッド
１６３・・・不透明な材料
１６５・・・不透明な層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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