(57)【要約】【課題】プリント基板上にはんだを用いて実装されたＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）タイプの集積回路デバイスが、集積回路デバイスのはんだボールとプリント基板の金属箔との間で設計通りの電気的な接続をしていない接触不良箇所を推定する方法を提供する。【解決手段】プリント基板のうち、集積回路デバイスのはんだボール近くに単数または複数の開口部を設け、プリント基板と集積回路デバイスとの距離を、集積回路デバイスが実装された側の反対側からレーザ光等の測定手段を用いて測定し、その値を用いて集積回路デバイスの接触不良箇所を推定する。【選択図】　　　　図１
2004146673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所謂ボール・グリッド・アレイ（以下ＢＧＡと表記）タイプの集積回路デバイスの裏面側のはんだボールとプリント基板上の金属箔の間の電気的な接続の不良な部分である所謂接触不良箇所を推定する実装基板の評価装置及び評価方法において、
プリント基板の任意の箇所に開口部を開ける掘削手段と、該プリント基板から該ＢＧＡタイプの集積回路デバイスまでの距離を測定する測定手段と、該測定手段をＸＹＺ方向に移動させる移動手段を具備することを特徴とする実装基板の評価装置及び評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の実装基板の評価装置及び評価方法において
該測定手段が複数個であることを特徴とする請求項１記載の実装基板の評価装置及び評価方法。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の実装基板の評価装置及び評価方法において、
該掘削手段を用いて開口した開口部が連続した溝であることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の実装基板の評価装置及び評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
実装基板の評価における、基板と半導体集積回路デバイスとのはんだ付け不良の検査に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路デバイスをプリント基板上にはんだ付けによって実装する場合、集積回路デバイスを一旦プリント基板上の設計上の位置に配置された金属箔上に、集積回路デバイスの複数のはんだボールが位置するように仮止めした後、例えば赤外線ヒーターやフロー式の加熱装置等で加熱して、プリント基板上のはんだボールの頂点の位置に塗布された接着用のはんだを加熱溶解し、はんだボールとプリント基板上の金属箔とを接着し、電気的接続をする場合が多い。
【０００３】
このときに両者間の確実な電気的接続を実現する条件としては、プリント基板と仮止めした集積回路デバイスを加熱したときの到達温度、到達温度までの温度上昇の各時刻における傾き、温度の均一性、加熱後に室温まで冷却する時の温度下降の各時刻における傾き等を、半導体集積回路デバイス及びプリント基板の寸法や材質に応じた最適値に設定することが必要となる。
【０００４】
万一、何らかの原因により上記の必要な最適値が満足されない場合には、はんだボールとプリント基板上の金属箔との間の確実な電気的接続を実現されない不具合が発生する可能性がある。
【０００５】
不具合現象の例としては、半導体集積回路デバイスとプリント基板とをフロー式の過熱装置を用いて加熱した後、室温まで冷却する間に、半導体集積回路デバイス、プリント基板のどちらかまたは両方が、３次元的あるいは２次元的な歪みを発生し、それによってはんだボールとプリント基板上の金属箔との間の距離が設計値を部分的に超過することによって、場所によっては、はんだボールとプリント基板上の金属箔との間の電気的接続が不良となるものである。
【０００６】
このような電気的接触不良の不具合が部分的に発生した場合、はんだボールとプリント基板上の金属箔との電気的接触不良が、どのはんだボールで発生しているかを確認する方法としては、従来、例えば、目視や光学顕微鏡ではんだ付け部分を観察する方法、Ｘ線透過装置を用いて観察する方法等の不良部分を画像として観察する方法や半導体集積回路デバイスの端子（ピン）の間の電気的特性を調べるため、カーブトレーサのプローブをプリント基板上の露出した金属箔に接触させることによって、簡易的に測定したり、ＬＳＩテスターなどを用いて動作確認をするといった電気的特性を確認する方法が用いられることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＢＧＡタイプの半導体集積回路デバイスの場合、はんだボールが半導体集積回路デバイスの裏面側一面に配置されている為、最も外側に位置するはんだボールは目視での確認が可能であるが、２段目以後内部に入り込んだはんだボール、特に裏面内部中央に位置するはんだボールはさらに外側に位置するはんだボールの陰になってしまい、目視や光学顕微鏡、Ｘ線透過装置を用いて画像で確認することが困難である場合が多い。また、測定が可能な場合にもＸ線透過装置が高価であるという問題があった。また、半導体集積回路デバイスの端子（ピン）の間の電気的特性をカーブトレーサで簡易的に測定する場合には、端子の数が多く測定に手間がかかるという問題があった。さらに、ＬＳＩテスターを用いる場合、ＬＳＩテスター自体が高価であるばかりでなく、半導体集積回路デバイスに応じた動作確認プログラムを作製する必要があり、手間がかかるという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような従来技術の問題点に鑑み鋭意試行を重ねた結果、本発明において、所謂ボール・グリッド・アレイ（以下ＢＧＡと表記）タイプ半導体集積回路デバイスの裏面側のはんだボールとプリント基板上の金属箔との間の電気的接続の不良部分である、所謂接触不良箇所を推定する実装基板の評価装置及び評価方法として、プリント基板の任意の箇所に開口部を開ける掘削手段と、プリント基板からＢＧＡタイプの集積回路デバイスまでの距離を測定する測定手段と、測定手段をＸＹＺ方向に移動させる移動手段を具備すること、及び、測定手段が複数個であり、掘削手段を用いて開口した開口部が連続した形状であることを特徴とする実装基板の評価装置及び評価方法を提供するものである。
【０００９】
【発明実施の形態】
（実施例１）
以下に、実施例１で用いた半導体集積回路デバイスが実装されたプリント基板に開口部を開ける装置と方法を説明し、次にプリント基板から半導体集積回路デバイスまでの距離を測定する装置と方法を説明する。
【００１０】
まず、半導体集積回路デバイスが実装されたプリント基板に開口部を開ける装置を説明する。
【００１１】
ここで図２は、プリント基板に開口部を開けた状態を表した概念図である。
【００１２】
この図２には、プリント基板を固定する固定台１０６の上に、実装された半導体集積回路デバイス１００とはんだボール１０１、プリント基板１０２とその金属箔の配線１０３があり、不図示の固定台に取り付けられたドリル１０４と、そのドリルを用いて開けられた穴１０５とが示されている。
【００１３】
次に、半導体集積回路デバイスが実装されたプリント基板に開口部を開ける方法を説明する。
【００１４】
この図２において、予めプリント基板上に、開口部を開けても配線が接触しない位置を調べ、不図示の印をつけておく。次に、固定台１０６に、不図示の治具を使ってプリント基板１０２が水平になるように置き、先につけておいた不図示の印の位置にドリル１０４の刃先がくるようにドリル１０４を移動した後、集積回路デバイスにキズが付かない深さに穴１０５を開けた。
【００１５】
次にプリント基板から半導体集積回路デバイスまでの距離を測定する装置を説明する。
【００１６】
ここで図３は、プリント基板から半導体集積回路デバイスまでの距離を測定した状態を表した概念図である。この図３には、図２のドリル１０４の替わりにノギス１０７が示されている。
【００１７】
次にプリント基板から半導体集積回路デバイスまでの距離を測定する方法を説明する。
【００１８】
この図３において、ノギス１０７をプリント基板１０２にあて、穴１０５にノギス１０７の側長部を入れ、半導体集積回路デバイス１００まで伸ばし、ノギス１０７の目盛りを読み、その値をＸ１とする。次にプリント基板１０２の厚さＸ２を差し引くとＸ１−Ｘ２となり、これがプリント基板１０２と集積回路デバイス１００との隙間となる。
【００１９】
実際の測定では、半導体集積回路デバイスとして、縦３５ｍｍ、横３５ｍｍ、厚さ２ｍｍのゲートアレイを、厚さ４ｍｍのプリント基板に実装したものを用いた。ここで実装不良状態を再現させるために、実装時にゲートアレイの１ピンのはんだボールが接触不良を起こす程度に持ち上げてから実装した。この様な半導体集積回路デバイス実装基板を、これ以降「疑似故障基板」と呼ぶ。
【００２０】
次に擬似故障基板を用いた実施例を、図４を用いて説明する。
【００２１】
ここで図４は、はんだボールの接触不良と、プリント基板から半導体集積回路デバイスまでの測定値との関係を表した概念図である。
【００２２】
この図４において、擬似故障基板には、既に説明したドリルを用いて３箇所の穴１０５ａと穴１０５ｂ及び穴１０５ｃが開けられている。特に穴１０５ａは擬似接触不良状態のはんだボール１０１ａに近い場所に開けられている。この状態で、各穴にそれぞれノギス１０７を用いて、プリント基板１０２とゲートアレイ１００との隙間を測定し、その測定値をＸａ、Ｘｂ、Ｘｃとした。この測定の結果は、Ｘａ＞Ｘｂ＞Ｘｃであった。このことから、ゲートアレイの１ピン１０１ａに近い穴１０５ａが最大値となっており、設計値の基準を上回っている事が確認できた。
【００２３】
ここで測定手段としてノギスを用いたが、これに限ったものではなく、レーザ等の光学系測定手段や音波を応用した測定手段などが利用できる。また穴を開ける場所や個数についてもこの図４に限ったものではなく、実装状態が確認できる箇所に複数個開けるものとする。また穴の間隔も等間隔に限ったものではなく、また掘削と測定を繰り返してもよい。
【００２４】
（実施例２）
本実施例においては、測定手段として、ノギスの代わりにレーザ変位計を複数個使い、さらに、一度に複数箇所同時に測定し計算する為にコンピュータ制御にした点が実施例１と異なる。
【００２５】
まず、実施例２の測定装置について図５を用いて説明する。
【００２６】
この図５は、測定手段が複数箇所同時測定である特徴を表した概念図である。
【００２７】
ここで、図５は、前述の擬似故障基板を用いており、ゲートアレイ１００とそのはんだボール１０１と特に接触不良状態の１ピンのはんだボール１０１ａ、プリント基板１０２とそこに開けられた穴１０５ａ、穴１０５ｂ、穴１０５ｃ、レーザ変位計１０８とそれを固定するためのフレキシブル基板１０９、及びコンピュータ１１０が不図示のケーブルにてレーザ変位計に接続されている状態を表している。
【００２８】
この図５において、各穴の位置に対応した位置に、レーザ変位計１０８を、フレキシブル基板１０９上に、配置して固定してある。フレキシブル基板１０９を使う目的は、基板１０２にそりがあった場合にも、そのそりに沿ってフレキシブル基板１０９が曲がり、レーザ変位計が穴に密着しやすい様に工夫したものである。しかしながら測定手段を固定する物は、フレキシブル基板に限ったものではない。
【００２９】
次に、実施例２の測定方法について、図５を用いて説明する。
【００３０】
図５において、フレキシブル基板に固定した各レーザ変位計を、疑似故障基板に開けた穴１０５ａ、穴１０５ｂ、穴１０５ｃにそれぞれ密着させ、不図示の固定部材で固定した。次に、信号処理を兼ねたコンピュータ１１０を使って、各変位計１０８の各測定値をコンピュータ１１０に記録させた。次にコンピュータのソフト上で、隙間最大個所を表示させたところ、実施例１と同様に１ピンに近い穴１０５ａが最大の隙間であると表示された。
【００３１】
このことから、はんだボール１０１ａは設計値の基準を上回っている事が確認できた。また、実施例１に比べ、測定値の記録と計算が自動になった分、作業時間が短縮できた。
【００３２】
（実施例３）
本実施例においては、掘削手段で穴を開けるが、その穴の形状が連続した長穴である点が、実施例１及び２とは異なる。ここで言う長穴の形状は、直線とは限らず、プリント基板の配線を切断しない様な形状であればどの様な形状でもよい。また、長穴を開ける掘削手段と測定手段とが、コンピュータ制御である点が、実施例１及び２とは異なる。
【００３３】
まず、図１を用いて、実施例３の装置を説明する。
【００３４】
この図１は、本発明の全体の装置を表した概念図である。
【００３５】
ここで、図１では、前述の擬似故障基板を用いており、ゲートアレイ１００とそのはんだボール１０１と特に接触不良状態の１ピンのはんだボール１０１ａ、プリント基板１０２とそこに開けられた長穴１１１、測定手段１としてのレーザ変位計、掘削手段２としてのドリル、ＸＹＺ方向移動手段３、本装置の固定部材４、制御等処理用コンピュータ１１０が表されている。
【００３６】
ここで、コンピュータ１１０の機能は、ＸＹＺ方向移動手段３の制御、掘削手段２の制御、測定手段１の制御、測定値計算、プリント基板の配線パターンの記録、配線パターン図と測定データを同一画面で表示させる機能を兼ねており、不図示のケーブルにて接続されているものとする。
【００３７】
また、図１では、掘削手段２と測定手段１との移動手段３が共通になっているが、別々の移動手段であってもよい。
【００３８】
次に、図１を用いて、実施例３の測定方法について説明する。
１．前述の擬似故障基板を、装置固定部材４に固定した。
２．予めコンピュータに入力しておいた配線パターンを画面に表示させ、その配線を切断しないような掘削箇所を入力し、掘削手段で長穴１１１を開けた。
３．測定手段を長穴の内側の端に移動した。
４．測定手段から集積回路デバイスまでの距離を連続測定し、コンピュータ内に変数Ｘ１（ｉ）として記録した。
５．測定手段を、長穴の外側へ移動した。
６．測定手段からプリント基板までの距離を連続測定し、コンピュータ内に変数Ｘ２（ｉ）として記録した。
７．Ｘ１（ｉ）−Ｘ２（ｉ）の内、最大値Ｙ（ｉ）を調べる。ここで最大値Ｙ（ｉ）を表す記号又は絵を、配線パターン及び長穴１１１の画像に重なる様に表示した。
【００３９】
このことから、はんだボール１０１ａは設計値の基準を上回っている事が確認できた。また、実施例２に比べ、掘削と測定が自動になった分、作業時間が短縮できた。また、測定個所が連続測定であるため、隙間測定の勾配が精度よく測れるようになった。また、配線パターンと重ねて最大隙間個所が表示されるので、設計値の基準を上回っている箇所が早く読み取れるようになった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のはんだ実装状況確認装置を用いることによって、何らかの原因で、ＢＧＡタイプ集積回路デバイスのはんだボールとプリント基板上の金属箔との間の距離が、設計値を部分的に超過することによって、場所によって、はんだボールとプリント基板上の金属箔との間の電気的な接続が不良となり、結果として電気的接触不良の不具合が部分的に発生した場合に、ＢＧＡタイプの集積回路デバイスとプリント基板との距離を部分的に複数箇所で測定し、それらの値からＢＧＡタイプの集積回路、プリント基板のどちらかまたは両方の歪みの状況を確認することが可能である為、目視や光学顕微鏡ではんだ付け部分を観察する方法、Ｘ線透過装置を用いて不良部分を画像として観察する方法や集積回路デバイスの端子間の電気的特性を測定用プローブを用いプリント基板上の露出した金属箔に接触させることによって簡易的に測定する方法、ＬＳＩテスターなどを用いて動作確認をする方法等の従来方法に比較して容易に、安価に、短時間で推定することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体の特徴を現した概念図。
【図２】本発明の実施例１で特に掘削の状態を現した概念図。
【図３】本発明の実施例１で特に測定の状態を現した概念図。
【図４】本発明の実施例１で特に接触不良箇所と測定値の関係を現した概念図。
【図５】本発明の実施例２で特に測定手段が複数個同時測定の特徴を現した概念図。
【符号の説明】
１　測定手段
２　掘削手段
３　ＸＹＺ方向移動手段
４　本装置固定部材
１００　集積回路デバイス
１０１　はんだボール
１０１ａ　集積回路の１ピンのはんだボール
１０２　プリント基板
１０３　プリント基板上の配線
１０４　ドリル
１０５　穴（開口部）
１０５ａ　穴（開口部）
１０５ｂ　穴（開口部）
１０５ｃ　穴（開口部）
１０６　固定台
１０７　ノギス
１０８　レーザ変位計
１０９　フレキシブル基板
１１０　コンピュータ
１１１　長穴（開口部）
【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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