(57)【要約】【課題】回路基板に対してバンプ接合により接合した電子部品の接合状態を評価する検査チップとそれを用いた評価ツール及び評価方法を提供する。【解決手段】検査チップ１に回路基板４に形成された回路パターン５の閉回路を絶縁し、開回路を導通させる導体パターンを形成した検査チップ１を電子部品に代えてその実装状態と同等に回路基板４に面実装して評価ツール５３に形成し、回路パターン５の間の抵抗値測定から接合状態を評価する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のバンプ電極が形成された電子部品が回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価するための接合品質評価用の検査チップであって、前記電子部品に代えて回路基板に実装され、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成されてなることを特徴とする検査チップ。
【請求項２】
シリコン基板に導電性薄膜を形成した後、導電性薄膜に閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させるトリミングを形成し、導電性薄膜に接合して電子部品と同一位置にバンプ電極が形成されてなる請求項１に記載の検査チップ。
【請求項３】
多数のバンプ電極が形成された電子部品が回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価するための接合品質評価用の評価ツールであって、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成され、前記電子部品と同一位置にバンプ電極が形成された検査チップが、前記バンプ電極を回路パターンにバンプ接合して電子部品に代えて回路基板に実装されてなることを特徴とする接合品質評価用の評価ツール。
【請求項４】
多数のバンプ電極が形成された電子部品を回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価する接合品質評価方法であって、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成された接合品質評価用検査チップを前記電子部品に代えて回路基板に実装して評価ツールを作成し、この評価ツールを所定環境下に曝して前記検査チップによって導通された回路パターン間の微抵抗値変動を測定して、バンプ接合位置個々の接合品質を評価することを特徴とする接合品質の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板にバンプ接合した電子部品の接合品質を評価する接合品質評価用の検査チップとそれを用いた接合品質の評価ツール及び評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路部品等の電子部品を回路基板に接合する一手段として、電子部品に形成されたバンプ電極を回路基板に形成された回路パターンにバンプ接合するフリップチップ接合が適用されている。バンプ接合による接合部は直接観察が不可能な位置にあるため、その接合状態を検査するために非破壊検査することができない。そのため、接合状態の良否を検査するためにＸ線透視画像検査や赤外線透過検査などが用いられている。しかし、Ｘ線検査装置は高価であり、位置関係等の状態は検出できるものの接合状態が適正であるか否かは実質的には判定不可能である。
【０００３】
Ｘ線検査に代わる接合状態の検査方法として赤外線を用いた検査方法が知られている。例えば、電子部品であるチップとそれをバンプ接合する回路基板のいずれか一方を加熱し、チップのバンプを回路基板に接触させた状態でバンプ周辺の温度変化を検出することにより、チップと回路基板との間の接合状態を判断する検査装置及び検査方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、直接観察が不可能な位置にある回路基板にバンプ接合された電子部品の接合状態の良否を判定するために、電子部品に赤外線を透過させ、電極との界面から反射した赤外線を検出することにより、接合部分の金属化合物の生成状態を評価する検査方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、上記先願技術はいずれも赤外線の検出によって接合状態の良否を判定しているため、配線電極等の赤外線を透過しない部分が介在していると、正確な検査ができない問題点があった。そこで、接合部の抵抗値を測定して、微抵抗値変動から接合品質を評価する手法を用いると、簡単な装置で接合状態を評価することができる。
【０００６】
図５は、コアカメラの品質を接合状態から評価する構成を示すものである。図５（ｂ）に示すように、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子１２が回路基板４の一方面にＡｕバンプ１６により接合され、この回路基板４の他方面にＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）１０がＡｕバンプ６により接合され、回路基板４にはフレキシブル基板１３がハンダ１７により接合されてカメラモジュール１５が形成されている。このカメラモジュール１５に機器筐体（図示せず）に保持された光学レンズ１８を装着してコアカメラが構成される。
【０００７】
上記コアカメラの初期品質や市場での品質信頼性を確認する手段として、図５（ａ）に示すように、カメラモジュール１５の回路基板４に形成された電極５と、この電極５に接合点１９で接合されたフレキシブル基板１３に形成された電極２０とを１回路として、任意の接続点を選択して４端子ケーブル８を用いた抵抗測定器９により回路抵抗値を測定し、電極５と電極２０との間の接合状態の良否を検出し、接合品質を評価している。コアカメラとしての良否判定は、カメラモジュール１５に光学レンズ１８を装着した後、画質検査により判定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術における抵抗値を測定する検査方法において、図６に示す基板反りデータのように、回路基板４の各接合ポイント毎に反り量が異なることが観測されている。従って、各Ａｕバンプ６による接合が同一条件下で実施されても、バンプ接合された各接合ポイントにおいて、図７に示すようなオープン〜ショートの接合状態が分布することが容易に想像できる。また、図８に示す接合状態Ｏのような接合不良が回路基板４の図６に示すＡ，Ｂ，Ｃポイントのうち、反りの大きいＢ，Ｃポイントで顕著に発生する。このような接合状態を非破壊検査でデジタルに検出する方法は、その議論はあるものの未だ有効な手段は見つかっていない。
【０００９】
また、従来のカメラモジュール１５を一括して検査する方法では、１回路上に複数の接合点１９が存在することや、特にＤＳＰが半導体であることなどから、図７に示すような接合状態をモジュール単位で評価することは困難である。更に、従来の検査方法では、オープン気味やショート気味の接合状態を個別に検出して評価することは極めて困難であることから、市場での品質トラブルの危険があった。また、接合の最適条件を導出し、それを非破壊検査でデジタルに評価する有効な手段がなかった。
【００１０】
本発明が目的とするところは、個別モジュールの接合品質及び接合部の最適条件を非破壊検査で且つデジタルに評価するための接合品質評価用の検査チップとそれを用いた評価ツール及び評価方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第１発明は、多数のバンプ電極が形成された電子部品が回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価するための接合品質評価用の検査チップであって、前記電子部品に代えて回路基板に実装され、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成になる検査チップを電子部品に代えて回路基板にバンプ接合すると、回路基板に形成された回路パターンの閉回路間は絶縁され、開回路間は導通されるので、バンプ接合された回路パターン間の抵抗値を測定すると、バンプ接合による電子部品の接合状態が微抵抗値の変動から評価できる。
【００１３】
上記検査チップは、シリコン基板に導電性薄膜を形成した後、導電性薄膜に閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させるトリミングを形成し、導電性薄膜に接合して電子部品と同一位置にバンプ電極を形成することにより、電子部品に代えて回路基板に接合され、接合状態の評価を電子部品が実装されている状態と同等の状態にして実施することができる。
【００１４】
また、本願第２発明は、多数のバンプ電極が形成された電子部品が回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価するための接合品質評価用の評価ツールであって、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成され、前記電子部品と同一位置にバンプ電極が形成された検査チップが、前記バンプ電極を回路パターンにバンプ接合して電子部品に代えて回路基板に実装されてなることを特徴とする。
【００１５】
上記構成になる接合品質評価用の評価ツールは、電子部品のダミーとする検査チップが電子部品の実装状態と同等の状態に実装されて構成されるので、この評価ツールを高温あるいは低温の環境下に曝して、そのときのバンプ接合部分の状態を回路パターン間の抵抗値測定から評価することができる。
【００１６】
また、本願第３発明は、多数のバンプ電極が形成された電子部品を回路基板に形成された回路パターンの所定接合部にバンプ接合して実装された回路基板の前記回路パターン間の抵抗値測定により電子部品の接合品質を評価する接合品質評価方法であって、前記回路基板に形成された回路パターンの閉回路間を絶縁し、開回路間を導通させる導体パターンが形成された接合品質評価用検査チップを前記電子部品に代えて回路基板に実装して評価ツールを作成し、この評価ツールを所定環境下に曝して前記検査チップによって導通された回路パターン間の微抵抗値変動を測定して、バンプ接合位置個々の接合品質を評価することを特徴とする。
【００１７】
上記評価方法によれば、電子部品と同等の接合状態が得られる検査チップを回路基板にバンプ接合すると、回路基板に形成された回路パターンの閉回路が絶縁し、開回路を導通された状態が得られるので、回路パターン間の抵抗値測定からバンプ接合の接合品質を求めることができる。前記検査チップを回路基板に実装した評価ツールは、それを所定の環境下に曝すことにより、回路基板の反り等による接合ポイントの変化を検出することができ、電子部品を回路基板に実装した実際回路の接合品質を評価することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、本実施の形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、従来技術の構成と共通する構成要素には同一の符号を付している。
【００１９】
本実施形態は、従来技術において示したと同様のコアカメラを構成するカメラモジュール１５における回路基板４に対するＤＳＰ（電子部品）１０の接合状態から品質を評価するための接合品質評価用の検査チップ１及びそれを用いた評価ツール及び評価方法について示すものである。
【００２０】
図１は、接合品質評価用の評価ツール５３の構成を示すもので、回路基板４にＤＳＰ１０のダミーとなる接合品質評価用の検査チップ１がＡｕバンプ６によってバンプ接合されている。検査チップ１の回路基板４に対する接合は、ＤＳＰ１０を回路基板４に接合する実生産の状態と同一にすることが望ましい。前記検査チップ１は、図２に示す作成プロセスによって形成されたものである。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ＤＳＰ１０の母材と同等とするため、外形寸法５ｍｍ角、厚さ０．３ｍｍ、絶縁抵抗値１００ｋΩ以上で両面研磨したＳｉチップ５０を準備する。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉチップ５０の一方面にＡｌ−Ｃｕ−Ｔｉなどを段階的に１μｍ前後の厚さに物理メッキした後、更に高分子保護膜を１μｍ程度の厚さに施した導電膜２を形成する。この導電膜２は、抵抗値をできる限り均一にするための厚みの制御と、Ｓｉチップ５０への物理メッキの密着性の向上を図って形成される。また、前記高分子膜は絶縁材であるため、バンプ接合ポイントには設けない方が好ましい。但し、高分子膜による導電膜の酸化防止効果が薄れると、バンプ接合ポイントの抵抗値上昇が懸念されるため、保管時の湿度管理への配慮が必要である。
【００２３】
次いで、図２（ｃ）に示すように、導電膜２に回路基板４に形成された回路パターンに対応する導体パターンが形成されるように、導電膜２を所定領域に分割するトリミングを実施する。ここでは、回路基板４に、図３（ｂ）に示すように、回路パターン５が形成されている場合のトリミングについて説明する。図３（ｂ）に示す回路基板４の破線で示す位置に、図３（ａ）に示す検査チップ１に形成されたＡｕバンプ６を回路パターン５の各接合ポイントに接合して実装する。回路パターン５は、ａ−ｐ回路、ｂ−ｃ回路、ｄ−ｅ回路、ｆ−ｇ回路、ｈ−ｉ回路、ｌ−ｍ回路が閉回路であり、ｊ回路、ｋ回路、ｎ回路、ｏ回路が開回路であり、各Ａｕバンプ６と各回路パターン５との接合状態を回路抵抗から検出するために、検査チップ１の導電膜２には、回路パターン５の閉回路を絶縁し、開回路を導通させるような導体パターンが形成されるようにトリミング３が形成される。具体的には、ａ−ｂ回路、ｃ−ｄ回路、ｅ−ｆ回路、ｇ−ｈ回路、ｉ−ｊ−ｋ−ｌ回路、ｍ−ｎ−ｏ−ｐ回路を導通させるようにトリミング３を形成する。
【００２４】
トリミング３の幅は、回路パターン５のＡｕバンプ６のパターンピッチ１００μｍ以下であることが要求され、トリミング３の深さは、導電膜２の厚さ２μｍの１．５〜２倍程度として、Ｓｉチップ５０への加工負荷を抑えるようにする。加工方法は特に限定されるものではないが、トリミング３による導体パターン間の絶縁抵抗値が検出予測抵抗値の約１００，０００倍以上が確保できることを優先する。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように、導電膜２の所定位置にＡｕバンプ５１を形成する。Ａｕバンプ５１の高さ寸法と形成位置は、接合品質を左右する重要な要素であるので、均一に形成されるような条件設定がなされる。
【００２６】
次いで、図２（ｅ）に示すように、形成されたＡｕバンプ５１に界面結合剤５２を塗布して検査チップ１に形成した後、図２（ｆ）に示すように、回路基板４上に位置決めして装着し、図示Ｇ方向から検査チップ１に均等加圧を加えて検査チップ１を回路基板４に面実装する。このときの界面結合剤５２の塗布量や加圧力に影響される回路基板４の上面と検査チップ１との対向面間の間隙量、Ａｕバンプ５１の潰れ量、界面結合剤５２の広がり量は、接合品質を左右する重要な要素となるため、均一に形成されるような条件設定がなされる。
【００２７】
次に、図２（ｇ）に示すように、界面結合剤５２を硬化させた後、樹脂封止剤７を施し、コアカメラ評価用の評価ツール５３に形成する。この評価ツール５３を、図２（ｈ）に示すように、ヒートサイクル試験機５４に投入して、例えば−２０℃、＋８０℃設定の環境に曝した後、ａ−ｂ回路、ｃ−ｄ回路、ｅ−ｆ回路、ｇ−ｈ回路、ｉ−ｊ−ｋ−ｌ回路、ｍ−ｎ−ｏ−ｐ回路の抵抗値を、図１に示すように、４端子ケーブル８を用いた抵抗測定器９により検出する。
【００２８】
ヒートサイクル試験機５４に投入する前の初期抵抗絶対真値は、接合後の回路抵抗値から各電極間抵抗値を除した値で求められるが、ヒートサイクル投入前後の抵抗値変化量のみで接合の良否を評価してもよい。また、ヒートサイクル毎に抵抗値変化量を検出し、そのデータの推移を統計処理することから接合点の信頼性を高精度に予測することができる。尚、前記電極間抵抗値Ｒは、Ｒ＝低効率ρ×配線長さ／配線幅×配線厚さ、の計算式で表され、一事例での電極間抵抗算出値は約８００ｍΩとなった。
【００２９】
図４は、本実施形態に係る評価ツール５３を用いた評価方法により実施したヒートサイクル投入前ｎ＝３の実験結果を示すものである。縦軸に抵抗値（Ω）、横軸に電極測定位置を示している。本データから特定のｎにおいて接合ショート状態とオープン傾向が検出された。また、図示（ウ）点において、ｎ＝３について同一傾向が検出され、回路基板要因の特異点が存在することが明らかになった。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、バンプ接合による面実装の接合状態を電極間の微抵抗値変動から検出可能であり、コアカメラなどの電子部品の接合品質を個別モジュール毎に安価に評価することができる。また、接合品質を抵抗値変化として定量把握することができるので、データ処理による傾向管理が容易となる。従って、これらのデータを接合条件の検証、生産設備のバラツキの検証、品質不良の早期発見とその対策の高速化、接合状態に起因する市場不良の推定等に応用展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る評価ツールの構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図２】実施形態に係る検査チップの作成手順を示す工程図。
【図３】検査チップの導体パターン例（ａ）とそれに対応する回路基板の回路パターン例（ｂ）を示す平面図。
【図４】評価ツールを用いた接合状態の実験結果を示すグラフ。
【図５】従来技術に係る接合状態評価の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図６】回路基板の反り状態を検出したグラフ。
【図７】バンプ接合の状態を示す模式図。
【図８】回路基板の反りに伴う接続不良の例を示す模式図。
【符号の説明】
１  検査チップ
２  導電膜
３  トリミング
４  回路基板
５  回路パターン
６  Ａｕバンプ
８  ４端子ケーブル
９  抵抗測定器
１０  ＤＳＰ（電子部品）
１５  カメラモジュール
５３  評価ツール
【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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