(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程（Ａ）から（Ｃ）を備えた半導体パッケージのボール端子平坦度調整方法。
（Ａ）半導体パッケージの一平面に配置された複数個のボール端子について、それらの先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第１の検査工程、
（Ｂ）前記第１の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、加工しようとするボール端子と帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤を用いた研削により、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び
（Ｃ）前記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第２の検査工程。
【請求項２】
前記ボール端子は半田からなり、前記平面回転盤はステンレス鋼、鉄、ニッケルのいずれかからなる請求項１に記載のボール端子平坦度調整方法。
【請求項３】
一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構と、
一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、前記一平面を前記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構とを備え、
前記加工機構は、加工しようとするボール端子の帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤をもち前記平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構であるボール端子平坦度調整装置。
【請求項４】
前記加工制御機構は、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を兼ねている請求項３に記載のボール端子平坦度調整装置。
【請求項５】
一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構がモジュール化されており、
前記加工機構は、加工しようとするボール端子の帯電列の近い材料からなり表面がヤスリ状に加工された平面回転盤をもち前記平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構であり、
ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を前記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み前記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ前記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するボール端子平坦度調整装置。
【請求項６】
前記ボール端子は半田からなり、前記平面回転盤はステンレス鋼、鉄、ニッケルのいずれかからなる請求項３，４又は５に記載のボール端子平坦度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ（ボールグリットアレイ）やＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などのパッケージのように、一平面に複数個のボール端子が配列された半導体装置実装体（本発明では、半導体パッケージという）を扱う分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＧＡやＣＳＰなど、一平面に複数個のボール端子が配列された半導体パッケージでは、形成されたボール端子の先端が半導体パッケージの一平面に平行な平面内に規定の精度で収まるようになっていなければならない。
しかし、ＢＧＡやＣＳＰのボール端子の頂点位置が一平面内になるように平坦度を保って均一に製造することは現状技術では困難であり、仮に平坦度を均一に製造できたとしても、その後の工程で熱ストレスや外部からの応力が作用することによりボール端子頂点位置の平坦度が劣化する。
そのため、ＢＧＡやＣＳＰについては、実装工程前にレーザー変位計測装置や画像処理計測装置などの検査装置を用いて、ボール端子の頂点位置の平坦度が計測される。ボール端子頂点位置の平坦度が低い場合は、半導体パッケージを基板に実装する際に実装不良を起こす可能性があるので、この平坦度が規定値以下のものは破棄されている。
【０００３】
平坦度の計測方法で、画像処理による方法としては、半導体パッケージのボール端子全体画像を撮像する二次元のラインセンサと、ボール端子が形成されている面に対し、斜め方向から撮像する三次元のラインセンサとによる２つの画像信号を求め、ボール端子の平面上での位置と、頂点の高さの平坦度を計測する方法（仮想平面方式）がある。そのような検査装置は、例えば特開２０００−１６１９１６公報にも記載されている。
【０００４】
ボール端子頂点位置の平坦度を計測するレーザー変位計測装置や画像処理計測装置は、いずれもボール端子の頂上部の座標位置を特定して認識し、予め与えられた演算式によりボール頂上部高さの近似値を計算して、得られた値から同様の計算方法によって得られた仮想平面との差をもって平坦度を算出する。算出された値は、予め設定された規格値と比較して、その値を超えるボール端子頂点位置の平坦度を有する半導体パッケージは不良品として除去される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザー変位計測装置にせよ、画像処理計測装置にせよ、測定特性上ボール端子の物理的な形状が均一で安定していない限り、ボール端子の頂上部を精確に特定することは難しい。現状のボール成形技術では、均一な品質のボール端子を製造することは困難である。
また、仮にボール端子の頂上部を特定できたとしても、ボール端子の物理的な形状が均一で安定していない限り、その結果を反映すべき仮想平面を厳密に実平面上に置いたときの状態を計算することは難しい。
仮に前に述べた検査装置が技術課題を解決して、精確にボール平坦度の測定を可能としたとしても、製造工程においてボール端子頂点位置の平坦度を一定に保つことはできないため、そこで生じる平坦度不良は不良品として破棄しなくてはならないという問題もある。
【０００６】
本発明はそのような現状に鑑みてなされたものであり、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化する方法と装置を提供することを目的とするである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のボール端子平坦度調整方法は、以下の工程（Ａ）から（Ｃ）を備えて半導体パッケージのボール端子先端位置の平坦度を調整する。
（Ａ）半導体パッケージの一平面に配置された複数個のボール端子について、それらの先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第１の検査工程、
（Ｂ）第１の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び
（Ｃ）上記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子先端位置の平坦度を計測して良否を判定する第２の検査工程。
【０００８】
また、本発明のボール端子平坦度調整装置は、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構を備え、その加工機構によりボール端子の先端部を加工してボール端子先端部の平坦度を調整する装置である。
ボール端子先端部の平坦度を調整するために、一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、上記一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子を加工機構の加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構が必要となる。
【０００９】
本発明のボール端子平坦度調整装置においては、加工制御機構は加工機構とともに一体として備えられたものであってもよく、又はボール搭載機、ボール外観検査装置もしくは半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を利用するものであってもよい。
【００１０】
加工制御機構としてボール搭載機などの機構を利用する本発明の態様では、好ましくは、加工機構がモジュール化されており、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するようになっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
加工機構による機械的な加工は、研削又は切削により行なう。
研削の場合は加工機構として平面回転盤の回転面表面が加工面となっている研削機構を用い、切削の場合は加工機構として平面回転盤の縁に刃をもつ円盤ブレードを備えた切削機構を用いる。いずれの場合も、平面回転盤を一定の速度で回転させながら、その回転面表面の加工面又は縁の刃にボール端子の頂点部を接触させて加工することにより、ボール端子の頂点部の平坦度を均一化する。
【００１２】
【実施例】
図１はボール端子平坦度調整装置の一実施例を一部斜視図を含んで示す平面図である。
複数の半導体パッケージ１がボール端子を下側にした状態で収納されたトレイストッカー（ローダー）３を図中Ｘ軸方向に移動させるためのトレイストッカー移送機構（図示は省略）が設けられている。
【００１３】
トレイストッカー移送機構の検査及び研削用取り出し位置５ａの上に、トレイストッカー３から半導体パッケージ１を取り出して水平面内（Ｘ−Ｙ面内）及び垂直方向（Ｘ−Ｙ面に直交する方向）に搬送するための第１のピックアップ機構７が設けられている。第１のピックアップ機構７は、先端に吸着部を備えた筒状のピックアック部７ａを備えている。
【００１４】
第１のピックアップ機構７は、ピックアック部７ａを目的の半導体パッケージ上に移動させた後、ピックアック部７ａを下降させ、ピックアック部７ａが予め設定された下死点位置に到達したときにピックアック部７ａの下降を停止させる。真空吸引によりピックアック部７ａの先端に半導体パッケージ１を吸着させ、ピックアック部７ａを上昇させて、トレイストッカー３から半導体パッケージ１を取り出す。
【００１５】
第１のピックアップ機構７によるピックアック部７ａの移動範囲内に、例えば仮想平面方式により半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度を計測するための画像処理検査装置９が配置されている。
第１のピックアップ機構７によるピックアック部７ａの移動範囲内には、突出したボール端子の頂点を研削するための平面加工面を有するブレード１１ａを備えた研削機構１１も配置されている。研削機構１１はベルトを介してブレード１１ａを水平面内（Ｘ−Ｙ面内）で回転させるためのモータ１１ｂと、ブレード１１ａの回転速度を一定速度に制御するためのサーボモータ１１ｃを備えている。ボール端子の機械的加工の際、ボール端子が帯電すると内部回路に悪影響を与えることがあるので、帯電を抑えるために、例えばブレード１１ａの材料はボール端子の素材である半田の帯電列（帯電のしやすさ）に近い材質とし、ステンレス鋼、鉄、ニッケルなどを円盤状にして、その表面をヤスリ状に加工したものが好ましい。ブレード１１ａの回転速度はモータ１１ｂの制御により任意に設定できる。
【００１６】
検査及び研削用取り出し位置５ａよりも下流のトレイストッカー移送機構の不良品取り出し位置５ｂの上に、トレイストッカー３から半導体パッケージ１を取り出して水平面内及び垂直方向に搬送するための第２のピックアップ機構１３が設けられている。第２のピックアップ機構１３は、先端に吸着部を備えた筒状のピックアック部１３ａを備えており、ピックアップ部７ａを用いた第１のピックアップ機構７による半導体パッケージ１の取り出しと同様にして、ピックアップ部１３ａを用いてトレイストッカー３から半導体パッケージ１を取り出す。
第２のピックアップ機構１３によるピックアック部１３ａの移動範囲内には、不良品の半導体パッケージ１を収納するための不良品収納トレイストッカー１５が設けられている。
本発明の加工制御機構は第１のピックアップ機構７により構成され、本発明のボール端子平坦度調整装置は第１のピックアップ機構７及び研削機構１１により構成される。第１のピックアップ機構７はボール端子外観計測装置の半導体パッケージ搬送機構を兼ねている。
【００１７】
図２は、この実施例の動作及びボール端子平坦度調整方法の一実施例を示すフローチャートである。図１及び図２を用いてボール端子頂点位置の平坦度の検査及び調整の動作を説明する。
トレイストッカー移送機構により、複数のトレイストッカー３が段積みされた段積みストッカー（図示は省略）から目的の一枚のトレイストッカー３を取り出し、第１のピックアップ機構７が待機する検査及び研削用取り出し位置５ａに搬送する（ステップＳ１）。
【００１８】
第１のピックアップ機構７はセンサー（図示は省略）によりトレイストッカー３の到着を検知する。第１のピックアップ機構７は、トレイストッカー３に収納された全ての半導体パッケージ１の中心位置を予め記憶しており、トレイストッカー３の配列に沿って、目的の半導体パッケージ１の直上へピックアップ部７ａを移動させ、続いてピックアップ部７ａを下降させる。ピックアップ部７ａの下降の高さはトレイストッカー３に収納された半導体パッケージの高さから下死点が予め設定されている。第１のピックアップ機構７は、その下死点直前で、第１のピックアップ機構７に備えられた真空機構（図示は省略）を動作させることにより、ピックアップ部７ａの先端を真空状態にし、半導体パッケージ１をピックアップ部７ａの先端に吸着させる。その後、ピックアップ部７ａを上昇させてトレイストッカー３から目的の半導体パッケージ１を取り出す（ステップＳ２）
【００１９】
第１のピックアップ機構７により、取り出した半導体パッケージ１を画像処理検査装置９に移動させた後、画像処理検査装置９により半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度を計測する（ステップＳ３）。
画像処理検査装置９により半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００２０】
半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であると判定したとき（Ｙｅｓ）、良品半導体パッケージと認識して（ステップＳ５）、半導体パッケージ１をトレイストッカー３の元の収納位置に戻す（ステップＳ１２）。
半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲外であると判定したとき（Ｎｏ）、第１のピックアップ機構７により半導体パッケージ１を研削機構１１のブレード１１ａ上の所定位置へ移動させる（ステップＳ６）。
【００２１】
研削機構１１によりモータ１１ｂを回転させてブレード１１ａを一定速度で回転させ、サーボモータ１１ｂによりをブレード１１ａの回転速度を制御する。第１のピックアップ機構７により、半導体パッケージ１を下降させてボール端子をブレード１１ａの加工面（上面）に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含みボール端子が配列された一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ一平面側に後退させるように、ボール端子を研削する（ステップＳ７）。
【００２２】
図３に示すように、ステップＳ６でブレード１１ａ上の所定位置へ移動された半導体パッケージ１の上面（ボール端子面とは反対側の面）の高さは座標Ａで一定である（（Ａ）参照）。半導体パッケージ１の下で回転するブレード１１ａの加工面位置も一定である。座標Ａからブレード１１ａの加工面までの距離をＬとすると、ステップＳ７で第１のピックアップ機構７により、距離Ｌから半導体パッケージ１の厚み分及び残存させるボール端子の厚み分を差し引いた分だけ、半導体パッケージ１を座標Ａから下降させることによってボール端子頂上部を所望量だけ研削することができる（（Ｂ）参照）。半導体パッケージ１の下降距離はモータのパルス数で設定すればよい。残存させるボール端子の厚み分は、画像処理検査装置９により計測した平坦度誤差分により求める。ステップＳ７での動作により、図４に示すように、ボール端子は平坦度誤差分が切除されることにより（（Ａ）研削前参照）、良好な平坦度を得ることになる（（Ｂ）研削後参照）。
【００２３】
ステップＳ７でボール端子頂点部の平坦度を調整した後、第１のピックアップ機構７により半導体パッケージ１を画像処理検査装置９へ移動させた後、画像処理検査装置９により半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度を再度計測する（ステップＳ８）。
半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲内であると判定したとき（Ｙｅｓ）、良品半導体パッケージと認識し（ステップＳ１０）、半導体パッケージ１をトレイストッカー３の元の収納位置に戻す（ステップＳ１２）。
半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度が規定値範囲外であると判定したとき（Ｎｏ）、不良品半導体パッケージと認識し（ステップＳ１１）、半導体パッケージ１をトレイストッカー３の元の収納位置に戻す（ステップＳ１２）。
【００２４】
検査及び研削用取り出し位置５ａに搬送されたトレイストッカー３に収納されている全ての半導体パッケージ１についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なったか否かを判定する（ステップＳ１３）。
トレイストッカー３にボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なっていない半導体パッケージ１が残っているとき（Ｎｏ）、ステップＳ２に戻ってボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なっていない半導体パッケージ１についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なう。
【００２５】
トレイストッカー３に収納された全ての半導体パッケージ１についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を終了しているとき（Ｙｅｓ）、トレイストッカー移送機構により、トレイストッカー３を第２のピックアップ機構１５が待機する不良品取り出し位置５ｂに搬送する。その後、不良品半導体パッケージ１を第２のピックアップ機構１５により取り出し、不良品収納トレイストッカー１５に収納する（ステップＳ１４）。第２のピックアップ機構１５の動作は第１のピックアップ機構７と同様なので説明は省略する。
第２のピックアップ機構１５により、トレイストッカー３に収納された全ての不良品半導体パッケージ１を取り出して不良品収納トレイストッカー１５に収納した後、トレイストッカー移送機構により、トレイストッカー３を良品収納トレイストッカー（アンローダー）として次の工程へ移送する。
【００２６】
これらの一連の動作が終了した後、トレイストッカー移送機構により段積みストッカーから次のトレイストッカー３を取り出し、そのトレイストッカー３に収納された全ての半導体パッケージ１についてボール端子頂点位置の平坦度の検査を行なう。この動作を繰り返すことにより、収納トレイストッカー３に収納された半導体パッケージ１のボール端子頂点位置の平坦度の検査及び調整を連続して行なうことができる。
【００２７】
このように、研削機構１１を使用すれば、ボール端子頂点位置の平坦度を実平面上に対して誤差なく一定にすることができるので、複雑な計測装置や検査装置を用いて平坦度を測定する必要がなくなる。また、この実施例では、調整後のボール端子頂点位置の平坦度が規定値を万一外れることがあっても、第２のピックアップ機構１５により取り除くことができる。
このように、本発明にかかるボール端子平坦度調整方法及び装置によれば、ＢＧＡやＣＳＰなどのボール端子頂点位置の平坦度を、高速かつ高精度に均一化することができ、専用の測定装置を使って平坦度の計測を行なう必要が無く、また、平坦度の規格を外れた不良品についても、本装置で救済が可能となり、実用的である。
【００２８】
この実施例では本発明の加工制御機構を構成する第１のピックアップ機構７はボール端子外観計測装置の半導体パッケージ搬送機構を兼ねているが、本発明はこれに限定されるものではなく、加工制御機構はボール搭載機及び半導体実装装置のいずれかの半導体装置搬送機構を兼ねるようにしてもよい。また、加工制御機構は加工機構専用のものであってもよい。
【００２９】
この実施例は、加工制御機構としての第１のピックアップ機構７は加工機構としての研削機構１１とともに一体として備えられたものであるが、本発明のボール端子平坦度調整装置はこれに限定されるものではなく、加工制御機構はボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて複数の半導体パッケージが収納された容器から半導体パッケージを取り出して水平面内及び垂直方向に搬送する機構を利用するものであってもよい。
この実施例では加工機構として研削機構１１を用いているが、本発明はこれに限定されるもの出はなく、切削機構を用いることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のボール端子平坦度調整方法では、（Ａ）半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度を計測して良否を判定する第１の検査工程、（Ｂ）第１の検査工程で不良と判定された半導体パッケージについて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の頂点部を機械的に加工する調整工程、及び（Ｃ）上記調整工程を経た半導体パッケージについて、再度そのボール端子頂点位置の平坦度を計測して良否を判定する第２の検査工程を備えているようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【００３１】
本発明のボール端子平坦度調整装置の一態様では、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構と、一平面に複数個のボール端子が配置された半導体パッケージを保持し、上記一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子を加工機構の加工面に接触させて、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構を備えているようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【００３２】
本発明のボール端子平坦度調整装置の他の態様では、一定の回転速度で回転する平面加工面を有する加工機構がモジュール化されており、ボール搭載機、ボール外観検査装置及び半導体実装装置のいずれかにおいて半導体パッケージを搬送する機構と組み合わせ、その機構を、ボール端子が配置された半導体パッケージの一平面を上記加工面と平行に保った状態でボール端子をその加工面に接触させ、最も突出したボール端子の頂点を含み上記一平面に平行な仮想平面を一定の距離だけ上記一平面側に後退させるようにボール端子の先端部を加工させる加工制御機構として利用するようにしたので、各工程で生じた半導体パッケージのボール端子頂点位置の平坦度の誤差を矯正することにより、ボール端子頂点位置の平坦度を製造工程において均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボール端子平坦度調整装置の一実施例を一部斜視図を含んで示す平面図である。
【図２】同実施例の動作及びボール端子平坦度調整方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】ボール端子研削時の半導体パッケージの下降距離を説明するための図であり、（Ａ）は下降前、（Ｂ）は下降後を示す。
【図４】ボール端子頂点位置の平坦度誤差を示す図であり、（Ａ）は研削前、（Ｂ）は研削後を示す。
【符号の説明】
１      半導体パッケージ
３      トレイストッカー
５ａ    検査及び研削用取り出し位置
５ｂ    不良品取り出し位置
７      第１のピックアップ機構
７ａ    ピックアップ部
９      画像処理検査装置
１１      研削機構
１１ａ    ブレード
１１ｂ    モータ
１１ｃ    サーボモータ
１３      第２のピックアップ機構
１３ａ    ピックアップ部
１５      不良品収納トレイストッカー
【図１】
0004127979.tif 000002
【図２】
0004127979.tif 000003
【図３】
0004127979.tif 000004
【図４】
0004127979.tif 000005