(57)【要約】【課題】  半導体部品の接続端子の高さを接続端子以外の場所に存在する傷や異物の影響を受けずに正確に測定、検査できる検査装置を提供すること。【解決手段】  半導体部品の検査装置１００は、半導体部品１を保持する保持部２０と、圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力センサシート１０と、保持部２０を把持し、半導体部品１の複数のはんだバンプ２を圧力センサシート１０に加圧接触させる加圧部３０とを備える。圧力センサシート１０は、各々のはんだバンプ２からの圧力を検出してその信号を信号処理部４０へ送出し、信号処理部４０は、圧力値を算出してそのデータを制御部５０へ送出し、制御部５０は、半導体部品１の良否判定を行う。【選択図】  図１
2005283231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物たる半導体部品を保持する部品保持手段と、
前記半導体部品の測定領域に対向して設けられ、圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力検出手段と、
前記部品保持手段を保持し、前記半導体部品の測定領域を前記圧力検出手段に加圧接触させる押圧手段とを備えることを特徴とする半導体部品の検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体部品の検査装置において、
前記半導体部品の測定領域は、該半導体部品の複数の接続端子が配置された面であり、
前記圧力検出手段は、前記測定領域をカバーする二次元領域に複数の微小圧力センサをマトリックス配列して成ることを特徴とする半導体部品の検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体部品の検査装置において、
前記複数の微小圧力センサの配列ピッチは、前記半導体部品の接続端子の配列ピッチと等しいか、前記半導体部品の接続端子の配列ピッチよりも小さいことを特徴とする半導体部品の検査装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の半導体部品の検査装置において、
前記複数の微小圧力センサは、静電容量センサであることを特徴とする半導体部品の検査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体部品の検査装置において、
前記圧力検出手段が所定値以上の圧力を受けたときに、警報信号を発する警告手段を更に有することを特徴とする半導体部品の検査装置。
【請求項６】
半導体部品を部品保持手段に取り付け、半導体部品の接続端子側を、圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力検出手段に加圧接触させる工程と、
前記加圧接触を受けた前記圧力検出手段の変化から前記圧力を測定する工程と、
前記測定された圧力に基づいて前記半導体部品の良否を判定する工程とを有することを特徴とする半導体部品の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品の複数の端子の高さあるいは高さ分布を圧力センサを用いて検出する検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体部品の接続端子であるバンプの高さを光学的に測定し、半導体部品の良否を検査する装置が知られている。この検査装置は、半導体部品のバンプを偏光板に押し付けて偏光板に生じる干渉縞パターンを観察し、バンプと偏光板の接触状態により半導体部品の良否判定をするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２２２７３号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の光学的な検査装置では、偏光板に生じる干渉縞パターンだけではなく、偏光板の傷や半導体部品の端子以外の場所に付着した異物なども画像信号のノイズとして出力されてしまうので、バンプと偏光板の接触状態に関する良否判定を誤るという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体部品を保持した状態で、半導体部品の接続端子側を圧力検出手段に加圧接触させたときの圧力の変化を測定し、この測定された圧力に基づいて半導体部品の良否を判定するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力検出手段を用いるので、半導体部品の測定領域以外の場所に存在する傷や異物の影響を受けずに正確な検査が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態による検査装置について、図１〜５を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態による半導体部品の検査装置の概略を示す全体構成図である。図３は、図１と同じ半導体部品の検査装置の全体構成図であって、検査中の状態を示す図である。図中、三次元直交座標で方向を表わす。
【０００８】
図１において、半導体部品の検査装置１００は、圧力センサシート１０，半導体部品１を保持する保持部２０，保持部２０を把持する加圧部３０，信号処理部４０および制御部５０を備える。圧力センサシート１０は、基台１５に載置され、信号処理部４０と電気的に接続されており、センサの変位信号を信号処理部４０へ送出する。圧力センサシート１０の表面と基台１５の載置面は、ＸＹ面に平行である。圧力センサシート１０の構造については、後に詳述する。
【０００９】
保持部２０は、円筒状の部材であり、内部空間２１は、半導体部品１を真空吸着するためのもので、不図示の真空ポンプに配管されている。保持部２０の吸着面は、ＸＹ面に平行である。加圧部３０は、サーボモータ３０ａを有する。サーボモータ３０ａは、制御部５０と電気的に接続されており、制御部５０からの駆動信号により駆動制御され、加圧部３０をＺ方向に往復運動させる。また、信号処理部４０と制御部５０は、電気的に接続されており、相互に信号の送受を行う。
【００１０】
図２は、圧力センサシート１０の構造を模式的に示す部分断面図である。圧力センサシート１０は、センサ部１１と基板１２とが厚さ方向（Ｚ方向）に接合され、ＸＹ面と平行な拡がりをもつシートである。センサ部１１は、上面電極１１ａと、下面電極１１ｂと、これら２枚の電極に挟まれた平板状の領域を複数の小室ｓ（図中、ｓ１〜ｓ８）に分離する枠１１ｃとを有し、Ｚ方向に弾力性を有する。複数の小室ｓは、ＸＹ面と平行にマトリックス状に配列しており、上面電極１１ａも下面電極１１ｂも対応する小室毎に絶縁されている。すなわち、センサ部１１は、上面電極１１ａ、下面電極１１ｂおよび小室ｓの組み合わせを一単位とする微小センサが二次元的に分布したものである。微小センサｓのＸＹ面に沿った配列ピッチについては、図４を用いて後述する。センサ部１１を支持する基板１２には、上面電極１１ａ、下面電極１１ｂからの電気信号を取り出すための配線が設けられている。
【００１１】
本実施の形態では、検査対象である半導体部品１は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型ＩＣと呼ばれるもので、パッケージ３の下面には、複数のボール状のはんだバンプ２が格子状に配列している。はんだバンプ２は、プリント基板の専用パッド上に載置されて、はんだ付けによってプリント基板の回路と電気的に接合される接続端子である。パッケージ３の下面からはんだバンプ２の先端部までの距離をはんだバンプ２の「バンプ高さ」と呼ぶことにすると、各はんだバンプ２のバンプ高さあるいはバンプ高さ分布が、上記のように構成された検査装置１００を用いて測定される。
【００１２】
図１に示されるように、半導体部品１は、圧力センサシート１０から所定距離だけ離れた位置で、パッケージ３の上面が保持部２０により吸着保持される。制御部５０から、測定開始信号が加圧部３０のサーボモータ３０ａに送出されると、加圧部３０が下降（Ｚ方向の移動）を始める。図３に示されるように、加圧部３０は、やがて各はんだバンプ２の先端部を圧力センサシート１０のセンサ部１１の表面に接触させる。はんだバンプ２の先端部がセンサ部１１の表面に接触すると、加圧部３０の下降運動は減速される。
【００１３】
更に、加圧部３０が徐々に下降すると、各はんだバンプ２の先端部が、圧力センサシート１０のセンサ部１１を加圧する。センサ部１１は、その圧力の大きさに応じて弾性変形し、基板１２は、変形の大きさを電気信号として信号処理部４０へ送出する。
【００１４】
図４を参照しながら、圧力センサシート１０による圧力検出について詳しく説明する。図４（ａ）は、はんだバンプ２（２ａ〜２ｄ）により押圧された圧力センサシート１０の構造を模式的に示す部分断面図である。はんだバンプ２ａ〜２ｄは、それぞれバンプ高さが異なり、はんだバンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのバンプ高さをそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４とし、ｈ４＜ｈ１＝ｈ３＜ｈ２の関係になっているとする。
【００１５】
所定の加圧力で半導体部品１を圧力センサシート１０に押圧したとき、はんだバンプ２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ微小センサｓ１＋ｓ２，ｓ３＋ｓ４，ｓ５＋ｓ６に当接して加圧し、微小センサｓ１＋ｓ２，ｓ３＋ｓ４，ｓ５＋ｓ６の変形量に比例する反力ｐ１，ｐ２，ｐ３をそれぞれ受ける。この様子は、はんだバンプ２ａについて、図４（ｂ）の部分平面図でも示されている。符号２Ａは、はんだバンプ２ａが微小センサｓ１，ｓ２を押圧している領域である。反力ｐ１は、微小センサｓ１が受ける圧力と微小センサｓ２が受ける圧力の和であり、反力ｐ２，ｐ３についても同様である。反力の大きさの関係は、ｐ１＝ｐ３＜ｐ２である。はんだバンプ２ｄは、微小センサｓ７＋ｓ８に当接していないので、反力ｐ４＝０である。
【００１６】
微小センサｓのＸＹ面に沿った配列ピッチは、はんだバンプ２の配列ピッチとの関係で適切な範囲が決められる。正確な圧力検出のためには、１個の微小センサｓに当接するはんだバンプ２は、１個以下である必要がある。逆に言うと、２個以上のはんだバンプ２が１個の微小センサｓに当接すると、検出される圧力は、これら２個以上のはんだバンプ２からの圧力の総和となり、半導体部品１の良否判定が不正確となる。本実施の形態では、１個のはんだバンプ２が２個の微小センサｓに当接するので、正確な圧力検出が可能である。もちろん、微小センサｓの配列ピッチを小さくして、１個のはんだバンプ２が多数の微小センサｓに当接するようにすれば、圧力方向（Ｚ方向）の検出精度が向上する。反面、圧力センサシート１０の製造費が上がり、信号処理の量が増えるという短所もあるので、１個のはんだバンプ２が当接する微小センサｓの数は、例えば１〜４個が合理的である。
【００１７】
なお、図４（ｃ）は、はんだバンプ２ａが微小センサｓ１，ｓ２，ｓ１１，ｓ１２の４個を押圧している状態を示す部分平面図である。この場合は、反力ｐ１は、微小センサｓ１，ｓ２，ｓ１１，ｓ１２が受ける圧力の総和となる。
【００１８】
微小センサｓ１〜ｓ８は、それぞれ自らの変形量、言い換えれば高さ変化量に応じて静電容量が変化する。微小センサｓ１〜ｓ８は、弾性体であるので、その弾性限界以下で個々の微小センサｓ１〜ｓ８が受ける圧力と変形量（高さ変化量）は比例する。微小センサｓ１〜ｓ８は、その容量変化に比例する電気信号を基板１２を介して信号処理部４０へ送出する。
【００１９】
信号処理部４０は、微小センサｓ１〜ｓ８からの電気信号に基づいて、各微小センサｓ１〜ｓ８が受けている圧力値、あるいは各微小センサｓ１〜ｓ８に生じている高さ変化量を演算する。更に、圧力値から個々のはんだバンプが受けている反力が算出でき、反力から個々のはんだバンプのバンプ高さが算出できる。例えば、微小センサｓ１の圧力値と微小センサｓ２の圧力値の和が、はんだバンプ２ａが受ける反力ｐ１であり、反力ｐ１を微小センサｓ１，ｓ２の弾性定数Ｅで除した値が、はんだバンプ２ａのバンプ高さｈ１に相当する。
【００２０】
信号処理部４０は、これらの微小センサｓの圧力値、微小センサｓの高さ変化量、はんだバンプ２が受ける反力ｐ、はんだバンプ２のバンプ高さｈのデータのうち、例えば、反力ｐとバンプ高さｈのデータを制御部５０へ送出する。制御部５０は、反力ｐのデータに基づいて、加圧部３０の移動を制御する。制御方法としては、例えば、反力ｐが所定値以上のときに、サーボモータ３０ａへの駆動信号の出力を中止する。また、制御部５０は、バンプ高さｈのデータおよび高さ分布を不図示のディスプレイに表示させる。なお、必要に応じて、微小センサｓの圧力値データや高さ変化量データを不図示のディスプレイに表示させてもよい。
【００２１】
続いて、制御部５０による半導体部品１の良否判定について説明する。上述したように、はんだバンプ２ａ〜２ｄが受ける反力ｐ１〜ｐ４の大きさは、バンプ高さｈ１〜ｈ４に換算できる。はんだバンプ２ａ〜２ｄのバンプ高さｈ１〜ｈ４は、ｈ４＜ｈ１＝ｈ３＜ｈ２の関係にある。今、半導体部品１を良品と看做せる許容範囲の幅をＨとして、最大値と最小値の差（ｈ２−ｈ４）をＨと比較する。（ｈ２−ｈ４）≦Ｈの場合は良品、（ｈ２−ｈ４）＞Ｈの場合は不良品と判定される。不良品と判定される（ｈ２−ｈ４）＞Ｈでは、半導体部品１をプリント基板に実装する際に、最もバンプ高さが低いはんだバンプ２ｄが接合不良や一見接合されているように見える擬似接合となる可能性がある。
【００２２】
ここで、半導体部品１を圧力センサシート１０に押圧する加圧力は、もちろん半導体部品１にダメージが生じない程度とする必要がある。この加圧力は、各微小センサｓの静電容量変化に基づいて演算された各々の圧力値の総和である。一般に、半導体部品をプリント基板の専用パッドに押圧する加圧力は、１００〜３００ｇｆ程度であるので、この範囲と同等の加圧力で半導体部品１を圧力センサシート１０に押圧するのが望ましい。すなわち、制御部５０は、加圧力が１００〜３００ｇｆの範囲になるように、加圧部３０の移動を制御すれば、半導体部品１のダメージを回避できる。
【００２３】
万一、加圧力が許容限界３００ｇｆを越えたときには、制御部５０は、加圧部３０の下降動作を停止すると同時に、警報を発するように構成される。警報は、音声でもよいし、視覚表示でもよいし、オペレータに対する機械的な信号、例えば振動でもよい。この警報を発する電気回路は、制御部５０内に配設されてもよいし、制御部５０とは別体で電気的に接続されていてもよい。このような警報装置を備えることによって、半導体部品にダメージを与える危険が回避でき、その半導体部品が良品と判定されれば、次の工程へ搬出できる。
【００２４】
また、各微小センサｓの圧力値の総和を用いずに、各微小センサｓの各圧力値のうちの最大値１個を用いて、半導体部品１を圧力センサシート１０に押圧する加圧力を調整してもよい。通常、最大の圧力値を示すのは、微小センサｓがバンプ高さｈの最も高いはんだバンプ２に当接した場合である。１つの微小センサｓに対する許容圧力値を予め決めておき、制御部５０は、この許容圧力値以下で、且つ加圧力が１００〜３００ｇｆの範囲で、加圧部３０の移動を制御する。これにより、個々のはんだバンプ２に注目したダメージ回避ができる。さらに、この加圧力調整方法を用いると、バンプ高さｈの分布傾向を知ることができ、ロット単位で半導体部品１の生産管理ができる。
【００２５】
制御部５０による警報発生においても、半導体部品１全体に対する加圧力と個々のはんだバンプ２に対する反力ｐの両方のデータを使えるので、上記の加圧力のみのデータを使う場合よりも、より安全サイドで警告動作を行うことができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態による検査装置１００では、次のような作用効果がある。
（１）圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力センサシート１０を用いるので、半導体部品１のはんだバンプ２以外の場所に存在する傷や異物の影響を受けずに正確な検査ができる。
（２）圧力センサシート１０として微小センサｓが二次元配列したシートを用いるので、微小センサｓ毎に測定値が得られ、更に一度に圧力分布データが得られる。微小センサｓの配列ピッチは、はんだバンプ２の配列ピッチよりも小さいので、正確な圧力測定ができる。
（３）検査装置１００は、圧力センサシート１０が所定値以上の加圧力を受けたときに、制御部５０が警報信号を発するように構成されるので、半導体部品１の破損、さらには圧力センサシート１０の破損を防止することができる。
【００２７】
図５を参照して、検査対象となるべき半導体部品を簡単に説明する。本実施の形態では、半導体部品１として図中、（ａ）に示されるＢＧＡ型ＩＣを対象としたが、図中、(ｂ)のＱＦＰ型ＩＣ、（ｃ）のＳＯＰ型ＩＣも検査対象となる。ＱＦＰ型ＩＣとＳＯＰ型ＩＣは、接続端子がガルウィング状（Ｌ字状）に成形されたリード型半導体部品と呼ばれるものである。ＱＦＰ型ＩＣの接続端子は、ＸＹ面に沿った２方向に配列し、ＳＯＰ型ＩＣは、接続端子がＸＹ面に沿った１方向に配列している。従って、本実施の形態の検査装置１００による検査が可能である。
【００２８】
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。本発明は、圧力を受けたときにその圧力に応じた変化を示す圧力検出手段に特徴がある。例えば、静電容量で検出するものの外に、電気抵抗あるいは磁気抵抗で検出するタイプのセンサを用いてもよい。また、本実施の形態では、微小センサｓが二次元配列したシートを用いたが、これに代えて、発光中心をドープした応力発光材料がマトリックス材料に混合されたシートを用いてもよいし、色素含有層の破壊による色変化を利用する感圧シートを用いてもよい。
【００２９】
さらに、以上では、半導体部品１を圧力センサシート１０に押圧することにより、圧力方向（Ｚ方向）の高さあるいは高さ分布を測定するが、横方向（ＸＹ面に沿った方向）のバンプ位置も同時に測定できる。従って、横方向の接続端子位置を検査する検査装置にも本発明を適用できる。この場合、微小センサｓの配列ピッチを小さくすれば、１個のはんだバンプ２が多数の微小センサｓに当接するので、バンプ位置の検出精度は、より一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る検査装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る検査装置の圧力センサシートの構造を模式的に示す部分断面図である。
【図３】図１の検査装置の測定中の状態を示す部分構成図である。
【図４】図４（ａ）は、図３の検査装置における圧力センサシートの状態変化を模式的に示す部分断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応する部分平面図、図４（ｃ）は、図４（ｂ）とは別の状態を示す部分平面図である。
【図５】各種の半導体部品の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：半導体部品
２，２ａ〜２ｄ：はんだバンプ
１０：圧力センサシート
１１：センサ部
１２：基板
１５：基台
２０：保持部
３０：加圧部
４０：信号処理部
５０：制御部
ｈ，ｈ１〜ｈ４：バンプ高さ
ｐ，ｐ１〜ｐ４：反力
ｓ，ｓ１〜ｓ８：微小センサ
【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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