(57)【要約】【課題】半導体装置を実装した実装基板における半導体装置との接続部を短時間で検査して、不良品を検出することのできる基板接続検査装置を提供する。【解決手段】基板接続検査装置１は、プローブ８を配設したプローブ部７、インターフェース基板５、ＴＤＲ測定器１０、パーソナルコンピュータ１５を備えている。複数のプローブ８は、半導体装置５０を実装したプリント基板２に設けられた複数のランド４に同時に接触する。ＴＤＲ測定器１０にて発生したパルスをプローブからランドへ入力させるとともに、入力して反射された反射波を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を実装した実装基板上の複数の接続部に同時に接続される複数のプローブと、
複数の前記プローブの中から所定のプローブを選択し、選択した前記所定のプローブに対応する接続部へ所定のパルスを出力し、反射して戻ってきた反射波を測定し、前記反射波の反射波形とあらかじめ設定された基準波形とを比較して、測定に係る実装基板が良品であるか不良品であるかを判定する判定部と
を備えた、基板接続検査装置。
【請求項２】
前記反射波のパルスの発生時点から所定時間経過後に前記反射波形の電圧を測定し、測定された前記電圧と前記基準波形のパルス発生時点から前記所定時間経過後の電圧とを比較する、請求項１記載の基板接続検査装置。
【請求項３】
前記基準波形は、複数の良品の実装基板を測定することによって得られる複数の反射波形のデータの偏差に基づいて設定され、前記判定部において判定のための基準値として使用される、請求項１または２に記載の基板接続検査装置。
【請求項４】
前記所定のパルスを発生させるパルス発生部と、
複数の前記プローブのそれぞれと前記パルス発生部との接続の切り替えを行う信号切り替え部と
を備えた、請求項１または２に記載の基板接続検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板接続検査装置に関し、特に、半導体装置を実装した実装基板と半導体装置との接続部を検査するための基板接続検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージの一形態に、ボールグリッドアレイがある。ボールグリッドアレイでは、パッケージの底面にはんだボールがグリッド状に配設されており、このはんだボールを介してプリント基板等との接続が行われる。プリント基板（実装基板）に実装されたはんだボールの状態を目視では確認することはできず、たとえば、バウンダリスキャンやＸ線による検査が行われる。ここで、バウンダリスキャンとは、半導体装置の端子の状態を観察したり操作したりすることができる機能をいう。
【０００３】
そのバウンダリスキャンでは、半導体装置の内部にスキャン用の回路が必要とされるため、半導体装置の大型化や生産コストの上昇につながってしまう。また、高周波回路では、バウンダリスキャンを利用することができない。一方、Ｘ線では、スキャン精度が荒く、実際に検査したいはんだボールの微小な亀裂等による接続不良箇所を見つけるのは極めて困難である。
【０００４】
バウンダリスキャンやＸ線による検査の他に、たとえば、特許文献１では、ＴＤＲ（Time Domain Reflectmetry：時間領域反射測定装置）を利用したはんだ付け検査装置が提案されている。この検査装置によれば、測定用の専用パッドをプリント基板に設けてこれに電気パルスを入力し、その反射特性によってはんだボールの接続信頼性が検査される。
【特許文献１】特開平９−６１４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した検査装置では、次のような問題点があった。従来の検査装置では、１箇所の測定に約数分を要する。そのため、多くのはんだボール等によって半導体装置が実装された実装基板の検査には長時間を要することになり、量産の検査には不向きであった。また、はんだボールに接続されている半導体装置の回路には、複雑な配線が形成されている。そのため、はんだボールに電気パルスを入力しその反射特性を測定しても、単純な断線による開放や短絡波形にはならず、はんだボールの異常を検知するのが困難であった。その結果、不良品を容易に検出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、半導体装置を実装した実装基板における半導体装置との接続部を短時間で検査して、不良品を検出することのできる基板接続検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る基板接続検査装置は、複数のプローブと判定部とを備えている。複数のプローブは、半導体装置を実装した実装基板上の複数の接続部に同時に接続される。判定部は、複数のプローブの中から所定のプローブを選択し、選択した所定のプローブに対応する接続部へ所定のパルスを出力し、反射して戻ってきた反射波を測定し、反射波の反射波形とあらかじめ設定された基準波形とを比較して、測定に係る実装基板が良品であるか不良品であるかを判定する。なお、複数のプローブとして、特に、特性インピーダンスを５０Ωに整合する必要はないが、５０Ωに整合されたプローブを使用しても問題はない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る基板接続検査装置によれば、半導体装置を実装した実装基板上の複数の接続部に対し、複数のプローブの中から選択された所定のプローブを同時に接続して反射波形を測定し、基準波形と比較することで、良品であるか不良品であるかの判断を容易に短時間で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る基板接続検査装置について説明する。図１に示すように、基板接続検査装置１は、プローブ８を配設したプローブ部７、インターフェース基板５、電気的特性を測定するＴＤＲ測定器１０、波形を解析するパーソナルコンピュータ１５を備えて構成される。基板接続検査装置１のプローブ８は、測定対象の半導体装置５０を実装したプリント基板２に設けられたランド４に接触することになる。
【００１０】
基板接続検査装置１等について、さらに詳しく説明する。図２に示すように、プローブ８はプローブ部７を貫通するように配設されている。プローブ８の一端がランド４の部分４ｂに接触し、プローブ８の他端はインターフェース基板５に接触する。プローブ部７とインターフェース基板５とは、分離可能とされる。
【００１１】
ボールグリッドアレイを採用した半導体装置では、はんだボールのピッチには規則性がある。そのため、はんだボール５１に接続されるブローブ８を配設したプローブ部７には汎用性があり、ボールグリッドアレイ型の種々の半導体装置５０について適用が可能となる。これに対して、インターフェース基板５は半導体装置５０の種類ごとに用意される。
【００１２】
一方、測定対象の半導体装置５０が実装されるプリント基板２にはスルーホール３が設けられ、ランド４はそのスルーホール３に配設されている。ランド４の一方の部分４ａに半導体装置５０のはんだボール５１が接続されている。プローブ８はランド４の他方の部分４ｂに接触することになる。
【００１３】
さらに、図３に示すように、インターフェース基板５には、プローブ８との接続を行うための、たとえば、リレーなどのスイッチ部９が設けられている。スイッチ部９は、パーソナルコンピュータ１５によってオンオフが切り替えられる。また、各スイッチ部９は、配線コネクタ６を介してＴＤＲ測定器１０に接続されている。ＴＤＲ測定器１０には、パルス発信器２とオシロスコープ１１が内蔵されている（図６参照）。スイッチ部９を切り替えることによって、ＴＤＲ測定器１０と接続されるプローブ８が順次切り替えられて、すべてのはんだボール５１について測定が行われることになる。パーソナルコンピュータ１５には、測定結果が表示される。
【００１４】
図４に示すように、プローブ８として、両端がばねの弾性力によって伸縮する両端可動型プローブが適用されている。プローブ８の一端８ａは、プリント基板２に配設されたランド４の部分４ｂに確実に接触するように、クラウンタイプとされる。プローブ８の他端８ｂはインターフェース基板５とのコンタクト部とされる。
【００１５】
一般に、高速パルスを印加するプローブとしては、特性インピーダンスが５０Ωに整合されたプローブが使用されるが、この基板接続検査装置１では、プローブ８は、そのような高周波仕様にはなっておらず、特性インピーダンスの整合は必ず図る必要はない。これは、プローブの特性インピーダンスを整合させようとすると、プローブには形状の精度が要求されることになり、半導体装置を実装したプリント基板に設けられる複数のランド等に接触させる多ピン態様のプローブには適さない場合があるからであり、また、装置自体のコストの上昇に繋がるからである。
【００１６】
インターフェース基板５に設けられる回路（線路）としては、高周波パルスが流れるため、マイクロストリップラインなどの５０Ω系の分布乗数回路が望ましい。インターフェース基板５からＴＤＲ測定器１０までの回路（線路）部分のインピーダンスが一定となって、測定精度を向上させることができる。
【００１７】
パーソナルコンピュータ１５には、それぞれ半導体装置が実装された複数の良品のプリント基板を測定することによって得られた反射波形（正常反射波形）のデータが、あらかじめ記憶されている。そして、その複数の正常反射波形の形状のばらつき（偏差）に基づいて、良品であるか不良品であるかを判断する基準となる所定の閾値が設定されている。
【００１８】
次に、上述した基板接続検査装置１の動作（検査手順）について説明する。まず、たとえば図１に示すように、複数のはんだボール５１のそれぞれに接続されたランド４に対して、複数のプローブ８のそれぞれを同時に接触させる。次に、図５に示すように、ＴＤＲ測定器１０において、たとえば４００ｍＶ（＝Ｖ１）程度のパルス（波形）２０を約３μ秒〜６０μ秒程度発生させる。発生したパルス２０は、インターフェース基板５を介してプローブ８からランド４を経て、はんだボール５１に入力される。
【００１９】
プローブ８では、はんだボール５１に入力されたパルスが反射されて戻ってきた電圧（反射波形）が同時に検知される。検知された電圧に基づいて、反射波形２４が求められることになる。この反射波形（波形全体）には、プローブ８も含め、はんだボール５１から半導体装置５０の内部にまで流れて反射されたすべての反射波を含んだ状態で示される。パーソナルコンピュータ１５では、求められた反射波形２４と記憶されている正常反射波形２３との比較が行われる。
【００２０】
この基板接続検査装置１では、測定された反射波形２４と正常反射波形２３との電圧乖離（電圧差Ｖ２）の値が所定の基準値（たとえば約５０ｍＶ程度）を超える場合（条件Ａ）と、電圧乖離の値が基準値に満たなくても、そのような電圧乖離が所定の基準時間Ｔ２（たとえば約２００ｐＳ〜４００ｐＳ）続くような場合（条件Ｂ）に、異常と判断されるよう設定されている。なお、基準値も測定する回路ごとに若干の変動が見込まれるため、量産時における複数の良品の反射波形のデータからその偏差を求め、その偏差に基づいて異常であると判断する閾値の基準値を求めるようにすることが望ましい。
【００２１】
測定された反射波形２４と正常反射波形２３とを比較した結果、条件Ａおよび条件Ｂのいずれかに該当すれば、不良品と判断されることになる。一方、条件Ａおよび条件Ｂのいずれにも該当しなければ、良品と判断されることになる。
【００２２】
こうして、パルスの入力を開始してからパルスの入力を止めるまでの間に観測される反射波形（波形全体）を観測して、良品の反射波形と比較することで、プローブ８から半導体装置５０の内部に至る部分において、不具合があるかないかの判断をすることができ、半導体装置５０を実装したプリント基板２の良否を容易に判断することができる。なお、この良否の判断は、不具合が半導体装置を実装したプリント基板のどの箇所に存在するかというよりは、半導体装置を実装したプリント基板に不具合があるか否かという態様で判断される。
【００２３】
変形例
さて、実際に量産基板を想定した場合、基板上には数百ピン以上あるＢＧＡ（Ball Grid Array：ボールグリッドアレイ）が数個搭載されていることが少なくない。そうすると、基板上のＢＧＡのピン数は千ピン以上になり、それらを量産適用可能な時間で検査するには、できるだけ短時間で検査する必要がある。その場合には、反射波が含む回路全体の特性を評価して良品と比較するのでは時間がかかりすぎるので、検査したい対象物のみから反射してくる波形や電圧に着目する必要がある。
【００２４】
そこで、検査の対象として、はんだボールの部分だけを検査する場合について説明する。図６に示すように、はんだボールは、ランド４を介してプローブ８の近傍に位置している。そのため、図５に示すように、はんだボール５１の部分で反射されて測定される反射波形は、波形全体のうち、入力パルスを印加してから決まった時間の範囲（時間Ｔ３）で測定される反射波形や電圧の部分に対応する。
【００２５】
したがって、多ピンを有するＢＧＡを量産時に短時間で測定するには波形全体を比較するのではなく、はんだボールの部分だけの波形を確認すればよい。はんだボールの位置に対応した反射波形の部分だけを、良品の反射波形や電圧と比較することで、検査時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００２６】
図６に示すように、はんだボール５１にクラック６１が存在する場合に、ＴＤＲ測定器１０において発生したパルス２０（図７参照）がはんだボール５１に入力されると、パルス２０はクラック６１において反射されてプローブ８にまで戻ってくる。はんだボールにクラック等の異常があれば、反射波形において電圧の変化が認められる。
【００２７】
このとき、図７に示すように、はんだボールの位置に対応した反射波形の部分では、パルス２０が入力されて戻ってくるまでの時間（時間Ｔ１）の経過後において、クラック６１に起因して電圧が上昇する傾向が認められる。この電圧の変化を検知することで、はんだボール５１に不具合があるかどうかを容易に判断することができる。しかも、反射波形全体のうちの、はんだボールの位置に対応した部分の反射波形だけを比較すればよく、短時間で判断することができる。
【００２８】
こうして、反射波形の全体のうち、ある時間の反射波形の部分を測定することで、はんだボールなどの特定箇所の検査を比較的短時間で行うことができる。
【００２９】
なお、上述した基板接続検査装置１の動作の説明において、図５に示される良品のプリント基板の反射波形２３では、一旦電圧が下がりその後上昇する場合を例に挙げて説明したが、この傾向は一例であって、一旦電圧が上昇する場合も想定される。また、その良品のプリント基板の反射波形２３に対して、不良のプリント基板の反射波形（電圧）２４が電圧の高い方へ乖離する場合を例に挙げて説明したが、電圧が低い方へ乖離する場合も想定される。
【００３０】
さらに、プローブのプリント基板との接触（接続）態様としては、１つのプローブ８に対して１つのはんだボール５１等が接続される他に、１つのプローブ８に対して複数のはんだボール５１等が接続されるようにして検査を行うようにしてもよい。
【００３１】
そして、上述した基板接続検査装置１では、良品のプリント基板の反射波形と比較することで、実装された半導体装置以外の他の部品におけるはんだ付けの部分の不良、プリント基板の配線の断線等などのはんだボール以外の接続部についても、不具合を容易に検出することができる。
【００３２】
また、反射波形はインピーダンスの変化にも影響を受ける。このことから、抵抗やコンデンサ等の部品が誤って実装された場合には反射波形の変化を捉えることで、その誤実装を検出することもできる。さらに、配線長、形状、ガラスエポキシ等の絶縁物の物性変化によっても反射波形が変化する。このことから、ＬＳＩ（Large Scale Integratedcircuit）等において、ワイヤ長や基板材質が違うなどの物理的な変化を反射波形の変化として捉えることで、近年問題になりつつあるＬＳＩ等の模造品も検出することができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板接続検査装置の構成を示す、一部断面を含む図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す基板接続検査装置の部分拡大断面図である。
【図３】同実施の形態において、図１に示す基板接続検査装置の回路構成を示す図である。
【図４】同実施の形態において、プローブとその近傍の構造を示す部分拡大断面図である。
【図５】同実施の形態において、基板接続検査装置の動作を説明するためのパルスとその反射波形を示すグラフである。
【図６】同実施の形態において、基板接続検査装置によるはんだボールの検査を説明するための、一部断面を含む図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す検査におけるパルスとその反射波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板接続検査装置、２  プリント基板、３  スルーホール、４  ランド、４ａ  ランドの部分、４ｂ  ランドの部分、５  インターフェース基板、６  配線コネクタ、７  プローブ部、８  プローブ、９  スイッチ部、１０  ＴＤＲ測定器、１１  オシロスコープ、１２  パルス発振器、１５  パーソナルコンピュータ、２０  パルス、２１  パルス波形、２２  測定波形、２３  測定波形、２４  測定波形、５０  半導体装置、５１  はんだボール、６１  クラック。
【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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