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ボイドの検出方法

时间:2012年04月19日 14:48:05 | 作者:admin | 分类:アンダーフィル | 浏览:8,240 views

ボイドの検出方法

【課題】アンダーフィル充填条件を変更することがなく、半導体装置の電気的ショートを引き起こす虞をなくす。
【解決手段】基板１４と、基板の第１主面１４ａ側に裏面１２ｂを臨ませて実装された半導体チップ１２と、半導体チップ及び基板の間に充填されたアンダーフィル樹脂１６とを備えた半導体装置１０においてアンダーフィル樹脂中のボイドＢを検出するに当たり、半導体装置に対して熱的刺激を加える第１工程と、熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体装置の温度を測定する第２工程と、半導体装置の温度からボイドの有無を検出する第３工程とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体チップと、半導体チップが実装される基板との間を充填するアンダーフィル樹脂中に存在するボイドの検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、軽量化、及び高機能化が進んでおり、それに伴い半導体チップを基板に直接接続して半導体装置を製造するフリップチップ実装が広く普及し始めている。それは、フリップチップ実装では実装面積を小さくできるとともに、配線長を短くできることから、半導体装置の電気的特性が改善されることによる。
【０００３】
一般に、フリップチップ実装においては、半導体チップと基板とのはんだ付けなどの接合工程の後に、アンダーフィル充填工程が実施される。ハンダ導体チップ接合工程後に、接合継手箇所が度重なる加熱及び冷却を受けると、半導体チップと基板とでは熱膨張係数が大きく異なっているために、接合継手箇所で応力の集中と分散とが繰り返される。
【０００４】
その結果、最悪の場合接合継手箇所が破断して導通不良が引き起こされる。これを防止するためにアンダーフィル充填が必要とされ、半導体チップと基板との間には、アンダーフィル樹脂と呼ばれる絶縁樹脂が充填される。このように、アンダーフィル充填は、半導体チップと基板との接合継手箇所への応力集中を防ぐために実施される。
【０００５】
ところで、アンダーフィル充填工程においては充填不良が発生することがある。つまり、基板と半導体チップとの間を完全に充填すべきアンダーフィル樹脂にボイド（気泡）が発生する場合がある。アンダーフィル樹脂中にボイドが発生すると、ボイド内に位置する接合継手箇所で上述した応力の集中・分散が繰り返されるために、導通不良の原因となる。
【０００６】
アンダーフィル樹脂中におけるボイドの検出に関しては、絶縁樹脂で被覆した金属粒を混合したアンダーフィル樹脂を用い、充填工程終了後にＸ線観察によりボイドの有無を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７－２５０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、たとえ絶縁樹脂で被覆されているとは言え、アンダーフィル樹脂に金属粒を混合するために、半導体装置の電気的なショートを引き起こす虞があった。
【０００９】
また、金属粒が混合されたアンダーフィル樹脂は、充填工程時の流動特性が金属粒を含まないアンダーフィル樹脂と異なっている。そのため、金属粒が混合されたアンダーフィル樹脂を用いて充填を行う場合、アンダーフィル充填工程の諸条件を見直す必要があった。
【００１０】
この出願に係る発明者は鋭意検討の結果、アンダーフィル充填工程終了後の半導体装置に対して熱的刺激を加えたときの当該半導体装置の温度の振る舞いが当該半導体装置に含まれるボイドに依存することを知見し、従って、この熱的刺激に対する応答としての半導体装置の温度を測定することにより上述した課題を解決できることに想到した。
【００１１】
従って、この発明の目的は、アンダーフィル充填条件を変更することがないとともに、半導体装置の電気的ショートを引き起こす虞のない、アンダーフィル樹脂中のボイドの検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的の達成を図るために、この発明のボイドの検出方法は、基板と、基板の第１主面側に裏面を臨ませて実装された半導体チップと、半導体チップ及び基板の間に充填されたアンダーフィル樹脂とを備えた半導体装置においてアンダーフィル樹脂中のボイドを検出するに当たって、以下の３工程を実施する。
【００１３】
第１工程：半導体装置に対して熱的刺激を加える
第２工程：熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体装置の温度を測定する
第３工程：半導体装置の温度からボイドの有無を検出する
【００１４】
上述のボイドの検出方法の好ましい実施態様によれば、第２工程が、半導体チップの裏面に対向する表面の温度を測定する工程であるのがよい。
【００１５】
上述のボイドの検出方法の別の好ましい実施態様によれば、第１工程が、半導体チップの表面に所定量の熱エネルギーを加える工程であり、第２工程が、第１工程の終了時刻から起算して一定時間後に表面の温度を測定する工程であり、第３工程が、表面の温度が第１閾値よりも高い場合にボイドが存在すると判断し、及び第１閾値以下の場合にボイドが存在しないと判断する工程であるのがよい。
【００１６】
この場合において、好ましくは、第１工程が、表面に向けて一定出力のレーザ光を一定時間にわたり照射する工程であるのがよい。
【００１７】
上述のボイドの検出方法のまた別の好ましい実施態様によれば、第１工程が、基板の第１主面に対向する第２主面に一定温度の熱源を接触させる工程であり、第２工程が、熱源が第２主面に接触した状態で行われ、第１工程の開始時刻から起算して一定時間後に半導体チップの表面の温度を測定する工程であるのがよい。
【００１８】
この場合において、好ましくは、熱源が室温よりも温度が高い高温熱源であり、第３工程が、表面の温度が第２閾値よりも高い場合にボイドが存在しないと判断し、及び第２閾値以下の場合にボイドが存在すると判断する工程であるのがよい。
【００１９】
この場合において、熱源が室温よりも温度が低い低温熱源であり、第３工程が、表面の温度が第３閾値よりも高い場合にボイドが存在すると判断し、及び第３閾値以下の場合にボイドが存在しないと判断する工程であるのがよい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のボイドの検出方法では、「熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体装置の温度を測定する」という簡易な方法で、アンダーフィル樹脂中のボイドの有無を検出することができる。その結果、この発明では、アンダーフィル充填条件を変更する必要がなく、さらに、半導体装置の電気的ショートを引き起こす虞もない。
【００２１】
上述のボイドの検出方法において、半導体チップの表面の温度を測定する場合には、外部に露出しているチップ表面の温度を測定対象としているので、温度測定を非常に簡便に実施することができる。
【００２２】
上述のボイドの検出方法において、第１閾値との比較でボイドの有無を判断する場合には、第１工程において半導体チップの表面に所定量の熱エネルギーを加えて、第１工程終了時刻から起算して一定時間後に半導体チップの表面温度を測定するという簡易な方法で、ボイドの有無を検出することができる。
【００２３】
上述のボイドの検出方法において、レーザ光を用いて熱エネルギーを加える場合には、加える熱エネルギーの量の制御を簡単に行うことができる。
【００２４】
上述のボイドの検出方法において、熱源と接触させて半導体装置に熱的刺激を与える場合には、第１工程と第２工程とを並行して実施できるので、第１閾値との比較でボイドの有無を検出する場合に比較して、より短時間でボイドの有無を検出することができる。
【００２５】
上述のボイドの検出方法において、高温熱源又は低温熱源を用いる場合には、非常に簡易な装置構成でボイドの有無を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）は、ボイドが存在する半導体装置の概略的な断面構造を示す模式図であり、（Ｂ）は、ボイドが存在しない半導体装置の概略的な断面構造を示す模式図である。
【図２】熱的刺激を加えられたＯＫ品とＮＧ品の表面の温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【図３】実施形態１のボイドの検出方法に用いるボイド検出装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態２のボイドの検出方法に用いるボイド検出装置の概略構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、実施形態２において熱的刺激を加えられたＯＫ品とＮＧ品の表面の温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【図５】（Ａ）は、実施形態３のボイドの検出方法に用いるボイド検出装置の概略構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、実施形態３において熱的刺激を加えられたＯＫ品とＮＧ品の表面の温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２８】
（半導体装置について）
まず始めに、この発明における被検査対象である半導体装置について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、ボイドが存在する半導体装置の概略的な断面構造を示す模式図である。図１（Ｂ）は、ボイドが存在しない半導体装置の概略的な断面構造を示す模式図である。
【００２９】
図１（Ａ）には、アンダーフィル樹脂１６中にボイドＢが存在する半導体装置１０ＮＧ（以降、単に「ＮＧ品１０ＮＧ」と称する。）を示している。図１（Ｂ）には、アンダーフィル樹脂１６中にボイドＢが存在しない半導体装置１０ＯＫ（以降、単に「ＯＫ品１０ＯＫ」と称する。）を示している。なお、以下の説明で、ＮＧ品１０ＮＧ及びＯＫ品１０ＯＫを総称する場合には、単に「半導体装置１０」と称する。
【００３０】
半導体装置１０は、半導体チップ１２と基板１４とアンダーフィル樹脂１６とを備えている。
【００３１】
半導体チップ１２は、ＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ－ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の素子をセラミックス等の封止材料で封止したパッケージであり、いわゆるＢＧＡ（Ｂａｌｌｇｒｉｄａｒｒａｙ）部品として構成されている。半導体チップ１２は、従来公知のように、ほぼ平行平板状に形成されている。
【００３２】
半導体チップ１２は、外部に露出する表面１２ａと、基板１４の第１主面１４ａに臨む裏面１２ｂとを備えている。表面１２ａと裏面１２ｂとは互いにほぼ平行に延在している。
【００３３】
表面１２ａは、成型された封止材料により、実質的に平面状に形成されている。裏面１２ｂには、はんだ製の微小なバンプ１２ｃ，１２ｃ，・・・が格子状に配置されている。
【００３４】
基板１４は、平行平板状の従来公知のプリント基板である。基板１４は、第１主面１４ａと、この第１主面１４ａに対向する第２主面１４ｂとを備えている。
【００３５】
基板１４の第１主面１４ａには、半導体チップ１２のバンプ１２ｃ，１２ｃ，・・・のそれぞれに対応する位置に端子（不図示）が設けられている。これらの端子とバンプ１２ｃ，１２ｃ，・・・とは互いにはんだ付けされている。その結果、基板１４と半導体チップ１２とは電気的及び機械的に接続される。
【００３６】
アンダーフィル樹脂１６は、半導体チップ１２及び基板１４の間に充填された絶縁性の樹脂材料である。すなわち、アンダーフィル樹脂１６は、半導体チップ１２の裏面１２ｂと、基板１４の第１主面１４ａとの間の空間を、全てのバンプ１２ｃ，１２ｃ，・・・を埋め込むように充填している。アンダーフィル樹脂１６としては、絶縁性樹脂である従来公知のエポキシ樹脂、アミン系樹脂又はフェノール樹脂を用いることができる。
【００３７】
（背景技術）の項で説明したように、アンダーフィル樹脂１６を充填する過程で充填不良が発生し、アンダーフィル樹脂１６中に気泡としてのボイドＢが形成される場合がある。
【００３８】
ボイドＢには種々の大きさのものが存在するが、発明者らの調査によれば、ボイドＢの大きさが、隣接するバンプ１２ｃ及び１２ｃ間の間隔以上となる場合、つまり、直径が約１ｍｍ以上の場合に上述した導通不良の原因となり得ることが明らかとなっている。よって、この発明で「ボイド」とは、隣接するバンプ１２ｃ及び１２ｃ間の間隔以上の直径のものを意味することとする。
【００３９】
図１（Ａ）には、ボイドＢが存在するＮＧ品１０ＮＧの一例を示している。図１（Ａ）に示す例では、ボイドＢは、隣接する２個のバンプ１２ｃ及び１２ｃの間の気泡として示されている。一方、図１（Ｂ）に示した、ＯＫ品１０ＯＫの一例では、ボイドＢは存在しない。
【００４０】
（原理等）
続いて、図１及び図２を参照して、この発明の実施形態のボイドの検出方法の原理とボイド検出の流れとについて説明する。
【００４１】
まず始めに、ボイドの検出方法の原理を簡単に説明する。図１（Ａ）に示したボイドＢは、空気やアンダーフィル樹脂１６由来のガスを含む単なる気泡である。従って、アンダーフィル樹脂１６と比較した場合、格段に熱伝導率が小さい。このボイドの検出方法では、ボイドＢの熱伝導率がアンダーフィル樹脂１６よりも小さいことを利用して、ボイドＢの検出を行う。つまり、ボイドＢはアンダーフィル樹脂１６に比べて熱を伝えにくいことから、加熱又は冷却等の熱的刺激を加えてからの半導体装置１０の温度の経時変化、すなわち振る舞いは、ボイドＢの有無を反映する。この発明の実施形態では、この原理、すなわち温度変化がボイドの有無に依存することを利用して、アンダーフィル樹脂１６中のボイドの有無を検出する。
【００４２】
この原理を踏まえた上で、ボイドの検出方法の流れについて簡単に説明する。なお、ボイドの検出方法のより具体的な工程については後述する（実施形態１～３）の項で説明する。
【００４３】
ボイドの検出は、以下の３工程を経て実施される。
【００４４】
（第１工程）半導体装置１０に熱的刺激を加える工程
（第２工程）熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体装置１０の温度を測定する工程
（第３工程）一定時間経過後の半導体装置１０の温度からボイドＢの有無を検出する工程
【００４５】
第１工程は、アンダーフィル充填工程の終了後に実施され、ほぼ室温に保たれている半導体装置１０に対して熱的刺激を加える。具体的には、半導体装置１０を加熱又は冷却することにより、半導体装置１０の温度を室温（～２０℃）からずらす。
【００４６】
アンダーフィル樹脂１６にボイドＢが存在するＮＧ品１０ＮＧの場合、上述した理由によりボイドＢの部分で熱伝導が妨げられる。その結果、ボイドＢの有無により、加えた熱的刺激に対する温度の応答の様子に違いが生じる。
【００４７】
つまり、ＯＫ品１０ＯＫは、熱伝導率がＮＧ品１０ＮＧに比較して大きいために、熱的刺激に対する物理量（温度）の応答速度が速い。それに対して、ＮＧ品１０ＮＧは、熱伝導率が小さいために、熱的刺激に対する物理量（温度）の応答速度が遅い。
【００４８】
第１工程では、外観では区別が付かないＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧとを判別するために、上述したボイドＢの有無により生じる熱伝導率の差を利用する。つまり、測定対象である全ての半導体装置１０に対して熱的刺激を加えることで、ボイドＢの有無を測定可能な物理量（温度）として顕在化する。なお、以降、半導体装置１０の温度を、単に「温度」と称することもある。なお、第１工程における熱的刺激の程度（半導体装置１０の温度をどの程度室温からずらすのか）の決定方法については後述する。
【００４９】
第２工程では、熱的刺激の開始時刻から起算して一定時間経過後、又は、熱的刺激の終了時刻から起算して一定時間経過後の半導体装置１０の温度を測定する。つまり、ボイドＢの有無により第１工程において生じた物理量（温度）の違いを、熱的刺激を加えてから一定時間経過後に測定する。なお、熱的刺激を加えてから温度測定を行うまでの待ち時間、すなわち上述の「一定時間」の決定方法については後述する。
【００５０】
第３工程では、第２工程で測定された温度を利用してボイドＢの有無を検出する。具体的には、熱的刺激を加えてから一定時間を経過した後の温度を、予め定められている閾値と比較して、ボイドＢの有無を決定する。なお、第３工程における閾値の決定方法については後述する。
【００５１】
本発明では、以上のような３工程を経ることにより、アンダーフィル樹脂１６中のボイドＢの有無を検出する。
【００５２】
ここで、図２を参照して、上述のボイド検出の流れをより具体的に説明する。図２は、熱的刺激が加えられたＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【００５３】
図２の縦軸は温度（任意単位）を示し、及び横軸は時間（任意単位）を示す。図２には、２本の曲線ＯＫ及びＮＧが描かれており、それぞれＯＫ品１０ＯＫの温度変化と、ＮＧ品１０ＮＧの温度変化に対応する。
【００５４】
図２において、時刻ｔ０からｔ１の間が第１工程に対応し、この間に、半導体装置１０に、表面１２ａ側から所定量の熱エネルギーが加えられる。その結果、ＯＫ品１０ＯＫ及びＮＧ品１０ＮＧともに、表面１２ａの温度が室温Ｔ_ＲＴから上昇する。
【００５５】
第１工程が終了して表面１２ａへの熱エネルギーの供給が止まると、半導体装置１０の表面１２ａの温度は徐々に低下していく。上述のようにＯＫ品１０ＯＫと、ＮＧ品１０ＮＧとでは、この温度低下速度に違いが生じる。すなわち、曲線ＯＫに示すように、ＯＫ品１０ＯＫは、速やかに温度が減少し、熱的刺激が加えられる前の温度である室温Ｔ_ＲＴに至る。しかし、曲線ＮＧに示すように、ボイドＢが存在するＮＧ品１０ＮＧは、ボイドＢ部分での熱伝導率が小さいために、ＯＫ品１０ＯＫよりも温度低下速度が遅くなる。
【００５６】
よって、第１工程の終了時刻ｔ１から一定時間ｔｔ経過後の時刻ｔ２において半導体装置１０の表面１２ａの温度を測定する第２工程を行うことで、ＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度の違いを検出することができる。
【００５７】
ここで、第２工程において測定されたＯＫ品１０ＯＫの表面１２ａの温度をＴ_ＯＫとし、ＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度をＴ_ＮＧとする。このとき、両温度には、Ｔ_ＮＧ＞Ｔ_ＯＫなる関係が成り立っている。
【００５８】
第３工程では、予め定めておいたＴ_ＮＧ＞Ｔ_ｔｈ１＞Ｔ_ＯＫなる関係を有する閾値Ｔ_ｔｈ１とＴ_ＮＧ及びＴ_ＯＫとを比較することでボイドＢの有無を検出する。すなわち半導体装置１０の表面１２ａの温度が閾値Ｔ_ｔｈ１よりも高い場合には、ＮＧ品１０ＮＧであると判定し、表面１２ａの温度が閾値Ｔ_ｔｈ１以下の場合には、ＯＫ品１０ＯＫであると判定する。
【００５９】
（熱的刺激の程度、一定時間及び閾値の決定方法）
（１）第１工程における熱的刺激の程度、（２）第２工程における一定時間、及び（３）第３工程における閾値は、互いに関係しあっており、それぞれを独立して決定することは難しい。そのため、これらの値は、事前に行われる予備実験を通じてボイドＢの検出率が最も高くなるように決定することが好ましい。
【００６０】
以下、この予備実験の一例について詳細に説明する。
【００６１】
まず始めに、この実施形態とは異なる方法（例えば、超音波探傷法）でボイドＢの有無を判別したＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧとを、テストサンプルとして予め多数、準備する。以降、テストサンプルのＯＫ品を、「ＯＫテスト品」と称する。また、テストサンプルのＮＧ品を、「ＮＧテスト品」と称する。
【００６２】
次に、これらのＯＫテスト品及びＮＧテスト品のそれぞれに対して、共通した熱的刺激を加えるとともに、ＯＫテスト品及びＮＧテスト品の温度の経時変化を測定する。そして、熱的刺激の程度を、例えば、１０℃ずつ変化させながら、温度の経時変化測定を繰り返す。これにより、図２の如くの特性図をテストサンプルごとに得る。
【００６３】
このようにして得られた温度の経時変化をＯＫテスト品とＮＧテスト品との間で比較する。そして、温度測定に伴う誤差を考慮しても、ＯＫテスト品とＮＧテスト品とが区別可能な温度差を示すように、熱的刺激の程度と「一定時間」とを決定する。同様に、ＯＫテスト品の示す温度と、ＮＧテスト品の示す温度との間の温度に閾値を決定する。
【００６４】
（実施形態１）
図２及び図３を参照して、実施形態１のボイドの検出方法について説明する。図３は、ボイドの検出方法に用いるボイド検出装置（以下、単に「検出装置」と称する。）の概略構成を示す模式図である。
【００６５】
検出装置２０は、赤外線放射温度計２２と、レーザ光源２４と、ステージ２６と、判定部２８とを備えている。
【００６６】
ステージ２６は平面状の載置面２６ａを備えている。この載置面２６ａには、載置面２６ａから突出した突起としての位置決め部品２６ｂが設けられている。この位置決め部品２６ｂに基板１４の側面を当接させることで、載置面２６ａ上において半導体装置１０の位置決めを行う。
【００６７】
レーザ光源２４は、位置決めされた半導体装置１０の表面１２ａの全面に向けて、一定出力のレーザ光を一定時間照射するように構成されている。レーザ光源２４は、半導体装置１０の表面１２ａとの間の距離が変化しないように、検出装置２０の本体に固定されている。レーザ光源２４としては、従来公知のものの中から設計に応じて好適なものを選択できるが、例えば、ＹＡＧレーザやＣＯ_２レーザを好適に用いることができる。
【００６８】
赤外線放射温度計２２（以下、単に「赤外線温度計２２」と称する。）は、物体から放射される赤外線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計である。この実施形態においては、赤外線温度計２２は、半導体装置１０の表面１２ａの全面から放射される赤外線を検出するように配置されている。従って、赤外線温度計２２が測定する温度は、半導体装置１０の表面１２ａの平均温度である。
【００６９】
判定部２８は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３０を備えた制御装置３２により達成される機能手段であり、赤外線温度計２２で測定された表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを、外部記憶装置３４に予め記憶されている第１閾値Ｔ_ｔｈ１と比較することにより、ボイドＢの有無の判定を行う。
【００７０】
ここで、制御装置３２の構成について簡単に説明する。制御装置３２は、従来公知のＣＰＵ３０と外部記憶装置３４とタイマ３６とで主に構成されている。
【００７１】
ここで、ＣＰＵ３０は、制御部３０ａと、内部記憶部３０ｂと、演算部３０ｃとを備えている。ＣＰＵ３０は、データバスにより、外部記憶装置３４に接続されており、これらは例えば一台のコンピュータ（図示せず）を構成していて、図示されないが、キーボードやマウス等の入力手段、ディスプレイ等の表示手段、及びプリンタ等の出力手段を備えている。
【００７２】
制御部３０ａは、外部記憶装置３４から読み込まれたアプリケーションプログラムにしたがって、検出装置２０の構成要素の個別動作及び協働動作を制御する。
【００７３】
内部記憶部３０ｂは、ＣＰＵ３０の動作時に発生した情報などを一時的に格納する。演算部３０ｃは、アプリケーションプログラムの実行などのＣＰＵ３０の動作に当たり、各種の機能手段として作用する。この機能手段としては、判定部２８や、レーザ光源２４と赤外線温度計２２とを協働して制御する機能手段などが存在している。
【００７４】
制御装置３２を構成する外部記憶装置３４は、従来公知のハードディスクドライブや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）として構成されている。上述のように、外部記憶装置３４には、判定部２８によるボイドＢの有無の判定基準温度としての第１閾値Ｔ_ｔｈ１と、ボイドＢの有無の判定に用いるボイド判定式などが記憶されている。
【００７５】
次に、図２及び図３を参照して、この実施形態のボイドの検出方法を、上述した第１～第３工程に従って、より詳細に説明する。
【００７６】
（第１工程）
図２を参照すると、時刻ｔ０～ｔ１の間に行われる第１工程においては、制御装置３２からの指令に従って、レーザ光源２４から、半導体チップ１２の表面１２ａの全面に向けて所定の出力のレーザ光を、所定時間（ｔ０～ｔ１）にわたって照射する。つまり半導体装置１０に熱的刺激を加える。これにより、半導体チップ１２の表面１２ａには、出力と照射時間との積で与えられる所定量の熱エネルギーが加えられる。
【００７７】
なお、レーザ光の加熱条件、すなわちレーザ出力及び照射時間は、半導体チップ１２の表面１２ａの全面が「室温＋４０℃」以上の平均温度Ｔ_ＡＶとなるような条件に設定することが好ましい。つまり、室温を約２０℃とした場合には、表面１２ａが６０℃以上の平均温度Ｔ_ＡＶとなるまで加熱することが好ましい。このような条件で半導体チップ１２の加熱を行うことで、加熱終了後の半導体チップ１２の表面１２ａの温度減少がボイドＢの有無を反映し易くなる。
【００７８】
（第２工程）
第２工程においては、第１工程の終了時刻から起算して一定時間ｔｔ後（例えば、３０秒後）の時刻ｔ２に半導体チップ１２の表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを赤外線温度計２２により測定する。つまり、レーザ光の照射が終了した時刻を起算時刻として、一定時間ｔｔ後の表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを測定する。
【００７９】
より詳細には、制御装置３２は、レーザ光源２４からのレーザ光の照射終了をキーとして、タイマ３６を作動させる。そして、このタイマ３６から一定時間ｔｔが経過した旨の指令を受けると、制御装置３２は赤外線温度計２２をＯＮにして、半導体チップ１２の表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを測定する。
【００８０】
このようにして測定された平均温度Ｔ_ＡＶは、制御装置３２を経由して外部記憶装置３４に読み出し自在に一時的に記憶される。
【００８１】
（第３工程）
第３工程においては、判定部２８は、外部記憶装置３４に対して、平均温度Ｔ_ＡＶ、第１閾値Ｔ_ｔｈ１、及びボイド判定式を判定部２８に向けて出力する指令を送信する。この指令を受けた外部記憶装置３４は、判定部２８へ平均温度Ｔ_ＡＶ、第１閾値Ｔ_ｔｈ１及びボイド判定式を出力する。
【００８２】
判定部２８は、読み出されたボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第１閾値Ｔ_ｔｈ１を代入し、得られた結果からボイドＢの有無を判定する。具体的には、判定部２８は、（平均温度－第１閾値）なるボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第１閾値Ｔ_ｔｈ１を代入し、（Ｔ_ＡＶ－Ｔ_ｔｈ１）なる計算を行う。そして、この結果が０（ゼロ）より大きければ、ボイドＢが存在する、すなわちＮＧ品１０ＮＧであると判定し、０（ゼロ）以下であれば、ボイドＢが存在しない、すなわちＯＫ品１０ＯＫであると判定する。
【００８３】
このようにして得られた判定結果は、制御装置３２を経由して、ディスプレイ等の表示装置に表示される。
【００８４】
以上説明したように、この実施形態のボイドの検出方法は、熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体チップ１２の表面１２ａの温度を測定し、得られた温度を第１閾値Ｔ_ｔｈ１と比較して、ボイドＢの有無を検出する。従って、この実施形態のボイドの検出方法によれば、アンダーフィル充填条件を変更することがないとともに、半導体装置１０の電気的ショートを引き起こす虞なくボイドを検出することが可能となる。
【００８５】
なお、この実施形態においては、表面１２ａの温度を評価するために赤外線温度計２２を用いていたが、例えば、サーモグラフィー装置を温度評価に用いてもよい。このようにすることにより、半導体チップ１２の表面１２ａの温度分布を２次元画像として得ることができ、ボイドの位置を特定することが可能となるとともに、ボイドの検出精度を向上させることができる。
【００８６】
（実施形態２）
図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施形態２のボイドの検出方法について説明する。図４（Ａ）は、ボイドの検出方法に用いる検出装置の概略構成を示す模式図である。図４（Ｂ）は、実施形態２において熱的刺激を加えられたＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【００８７】
なお、図４（Ａ）において、図１及び図３と同様の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
検出装置４０は、赤外線放射温度計２２と、高温熱源４２と、判定部２８とを備えている。
【００８９】
高温熱源４２は、室温よりも高温で温度が一定に保たれた熱源であり、半導体装置１０を載置するステージを兼ねている。より詳細には、高温熱源４２は、載置面４２ａと、温度維持装置４２ｂとを備えている。ここで、高温熱源４２の温度をＴ_Ｈとする。
【００９０】
載置面４２ａは平面状に形成されている。この載置面４２ａに、温度が室温程度の半導体装置１０が載置されることにより、半導体装置１０に対して熱的刺激が加えられる。より詳細には、半導体装置１０が載置面４２ａに載置されることにより、載置面４２ａと基板１４の第２主面１４ｂとが接触する。その結果、高温熱源４２からの熱エネルギーが載置面４２ａ及び基板１４の第２主面１４ｂを介して、半導体装置１０へと加えられる。
【００９１】
温度維持装置４２ｂは、高温熱源４２の温度Ｔ_Ｈを一定に保つ機能を有しており、加熱装置と加熱装置を制御するサーミスタ等の制御装置とからなる従来公知の恒温装置である。
【００９２】
なお、高温熱源４２の温度Ｔ_Ｈは、実施形態１で説明したと同様の理由により、室温よりも４０℃以上高い温度とすることが好ましい。
【００９３】
また、高温熱源４２の熱容量は、半導体装置１０との接触によっても温度Ｔ_Ｈが実質的に一定に保たれる程度の大きさとすることが好ましい。
【００９４】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この実施形態のボイドの検出方法を、第１～第３工程に従って、より詳細に説明する。
【００９５】
図４（Ｂ）の縦軸は温度（任意単位）を示し、及び横軸は時間（任意単位）を示す。図４（Ｂ）には、２本の曲線ＯＫ及びＮＧが描かれており、それぞれＯＫ品１０ＯＫの温度変化と、ＮＧ品１０ＮＧの温度変化に対応する。
【００９６】
（第１工程）
第１工程においては、基板１４の第１主面１４ａに対向する第２主面１４ｂに高温熱源４２を接触させる。
【００９７】
図４（Ｂ）を参照すると、時刻ｔ０において高温熱源４２を第２主面１４ｂに接触させることにより、高温熱源４２から半導体装置１０に対して熱が供給される。半導体装置１０に供給された熱は、基板１４の第２主面１４ｂ側から、半導体チップ１２の表面１２ａへと伝導して行き、表面１２ａの温度を徐々に上昇させる。
【００９８】
その結果、図４（Ｂ）に示すように、ＯＫ品１０ＯＫの温度は、室温Ｔ_ＲＴから速やかに上昇して行き、やがて高温熱源４２の温度Ｔ_Ｈとほぼ等しい温度に達して平衡に至る。それに対して、上述のようにアンダーフィル樹脂１６中にボイドＢが存在すると、ボイドＢの部分において熱伝導速度が低下するので、単位時間当たりに表面１２ａに到達する熱量が低下する。その結果、図４（Ｂ）に示すように、ボイドＢが存在するＮＧ品１０ＮＧは、ＯＫ品１０ＯＫに比較して、表面１２ａの温度上昇の速度が遅くなる。
【００９９】
従って、第１工程の開始時刻ｔ０から起算して一定時間ｔｔ後に表面１２ａの温度を測定する第２工程を行うと、ＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度に違いが生じる。第２工程において測定されたＯＫ品１０ＯＫの表面１２ａの温度をＴ_ＯＫとし、ＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度をＴ_ＮＧとすると、両温度には、Ｔ_ＮＧ＜Ｔ_ＯＫなる関係が成り立つ。
【０１００】
従って、Ｔ_ＮＧとＴ_ＯＫとの間の温度に第２閾値Ｔ_ｔｈ２が設定されていれば、ＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧとを判別することができる。つまり、ボイドＢの有無を検出することができる。
【０１０１】
（第２工程）
第２工程は、高温熱源４２が第２主面１４ｂに接触した状態で行われ、第１工程の開始時刻ｔ０から起算して一定時間ｔｔ後の時刻ｔ１に、表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを赤外線温度計２２により測定する。すなわち、この実施形態においては、第２工程は、第１工程と並行して実施される。
【０１０２】
より詳細には、制御装置３２は、半導体装置１０が載置面４２ａに載置されたことをキーとして、タイマ３６を作動させる。そして、このタイマ３６から一定時間ｔｔが経過した旨の指令を受けると、制御装置３２は赤外線温度計２２をＯＮにして、半導体チップ１２の表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを測定する。
【０１０３】
このようにして測定された平均温度Ｔ_ＡＶは、制御装置３２を経由して外部記憶装置３４に読み出し自在に一時的に記憶される。
【０１０４】
（第３工程）
第３工程においては、判定部２８は、外部記憶装置３４に対して、平均温度Ｔ_ＡＶ、第２閾値Ｔ_ｔｈ２、及びボイド判定式を判定部２８に向けて出力する指令を送信する。この指令を受けた外部記憶装置３４は、判定部２８へ平均温度Ｔ_ＡＶ、第２閾値Ｔ_ｔｈ２及びボイド判定式を出力する。
【０１０５】
判定部２８は、読み出されたボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第２閾値Ｔ_ｔｈ２を代入し、得られた結果からボイドの有無を判定する。具体的には、判定部２８は、（平均温度－第２閾値）なるボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第２閾値Ｔ_ｔｈ２を代入し、（Ｔ_ＡＶ－Ｔ_ｔｈ２）なる計算を行う。そして、この結果が０（ゼロ）以下であれば、ボイドＢが存在する、すなわちＮＧ品１０ＮＧであると判定し、０より大きければ、ボイドＢが存在しない、すなわちＯＫ品１０ＯＫであると判定する。
【０１０６】
なお、第２閾値Ｔ_ｔｈ２は、（熱的刺激の程度、一定時間及び閾値の決定方法）の項で説明したと同様の方法で予め決定しておく。
【０１０７】
このようにして得られた判定結果は、制御装置３２を経由して、ディスプレイ等の表示装置に出力される。
【０１０８】
以上説明したように、この実施形態のボイドの検出方法は、熱的刺激を加えてから一定時間経過後の半導体チップ１２の表面１２ａの温度を測定し、得られた温度を第２閾値Ｔ_ｔｈ２と比較して、ボイドＢの有無を検出する。従って、この実施形態のボイドの検出方法によれば、アンダーフィル充填条件を変更することがないとともに、半導体装置１０の電気的ショートを引き起こす虞なくボイドを検出することが可能となる。
【０１０９】
また、第１工程と第２工程とを並行して実施するので、実施形態１に比較して、より迅速にボイドＢを検出することができる。
【０１１０】
（実施形態３）
図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、実施形態３のボイドの検出方法について説明する。図５（Ａ）は、ボイドの検出方法に用いる検出装置の概略構成を示す模式図である。図５（Ｂ）は、実施形態３において熱的刺激を加えられたＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度の経時変化を模式的に示す特性図である。
【０１１１】
なお、図５（Ａ）において、図１、図３及び図４（Ａ）と同様の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
【０１１２】
実施形態３の検出装置６０は、熱源が室温よりも低温の低温熱源である点を除いて、実施形態２の検出装置４０と同様に構成されている。従って、実施形態２との重複説明を極力避け、主に相違点について説明する。
【０１１３】
検出装置６０は、赤外線放射温度計２２と、低温熱源６２と、判定部２８とを備えている。
【０１１４】
低温熱源６２は、室温よりも低温で温度が一定に保たれた熱源であり、半導体装置１０を載置するステージを兼ねている。より詳細には、低温熱源６２は、載置面６２ａと、温度維持装置６２ｂとを備えている。ここで、低温熱源６２の温度をＴ_Ｌとする。
【０１１５】
載置面６２ａは平面状に形成されている。この載置面６２ａに、温度が室温程度の半導体装置１０が載置されることにより、半導体装置１０に対して熱的刺激が加えられる。より詳細には、半導体装置１０が載置面６２ａに載置されることにより、載置面６２ａと基板１４の第２主面１４ｂとが接触する。その結果、熱エネルギーが半導体装置１０から載置面６２ａ及び基板１４の第２主面１４ｂを介して、低温熱源６２へと移動する。
【０１１６】
温度維持装置６２ｂは、低温熱源６２の温度Ｔ_Ｌを一定に保つ機能を有しており、冷却装置と冷却装置を制御するサーミスタ等の制御装置とからなる従来公知の恒温装置である。
【０１１７】
なお、低温熱源６２の温度Ｔ_Ｌは、室温よりも４０℃以上低い温度とすることが好ましい。低温熱源６２の温度をこのような温度Ｔ_Ｌとすることにより、第２主面１４ｂとの接触中における半導体チップ１２の表面１２ａの温度低下がボイドＢの有無を反映し易くなる。
【０１１８】
また、低温熱源６２の熱容量は、半導体装置１０との接触によっても温度Ｔ_Ｌが実質的に一定に保たれる程度の大きさとすることが好ましい。
【０１１９】
次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、この実施形態のボイドの検出方法を、第１～第３工程に従って、より詳細に説明する。
【０１２０】
図５（Ｂ）の縦軸は温度（任意単位）を示し、及び横軸は時間（任意単位）を示す。図５（Ｂ）には、２本の曲線ＯＫ及びＮＧが描かれており、それぞれＯＫ品１０ＯＫの温度変化と、ＮＧ品１０ＮＧの温度変化に対応する。
【０１２１】
（第１工程）
第１工程においては、基板１４の第１主面１４ａに対向する第２主面１４ｂに低温熱源６２を接触させる。
【０１２２】
図５（Ｂ）を参照すると、時刻ｔ０において低温熱源６２を第２主面１４ｂに接触させることにより、低温熱源６２へと半導体装置１０から熱が奪われる。半導体装置１０から熱が奪われることにより、表面１２ａの温度は徐々に低下していく。
【０１２３】
その結果、図５（Ｂ）に示すように、ＯＫ品１０ＯＫの温度は、室温Ｔ_ＲＴから速やかに低下して行き、やがて低温熱源６２の温度Ｔ_Ｌとほぼ等しい温度に達して平衡に至る。それに対し、上述のようにアンダーフィル樹脂１６中にボイドＢが存在すると、ボイドＢの部分において熱伝導速度が低下するので、単位時間当たりに表面１２ａから奪われる熱量が低下する。その結果、図５（Ｂ）に示すように、ボイドＢが存在するＮＧ品１０ＮＧは、ＯＫ品１０ＯＫに比較して、表面１２ａの温度低下の速度が遅くなる。
【０１２４】
従って、第１工程の開始時刻ｔ０から起算して一定時間ｔｔ後に表面１２ａの温度を測定する第２工程を行うと、ＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度に違いが生じる。第２工程において測定されたＯＫ品１０ＯＫの表面１２ａの温度をＴ_ＯＫとし、ＮＧ品１０ＮＧの表面１２ａの温度をＴ_ＮＧとすると、両温度には、Ｔ_ＮＧ＞Ｔ_ＯＫなる関係が成り立つ。
【０１２５】
従って、Ｔ_ＮＧとＴ_ＯＫとの間の温度に第３閾値Ｔ_ｔｈ３を設定すれば、ＯＫ品１０ＯＫとＮＧ品１０ＮＧとを判別することができる。つまり、ボイドＢの有無を検出することができる。
【０１２６】
（第２工程）
第２工程は、低温熱源６２が第２主面１４ｂに接触した状態で行われ、第１工程の開始時刻ｔ０から起算して一定時間ｔｔ後の時刻ｔ１に、表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを赤外線温度計２２により測定する。すなわち、この実施形態においては、第２工程は、第１工程と並行して実施される。
【０１２７】
より詳細には、制御装置３２は、半導体装置１０が載置面６２ａに載置されたことをキーとして、タイマ３６を作動させる。そして、このタイマ３６から一定時間ｔｔが経過した旨の指令を受けると、制御装置３２は赤外線温度計２２をＯＮにして、半導体チップ１２の表面１２ａの平均温度Ｔ_ＡＶを測定する。
【０１２８】
このようにして測定された平均温度Ｔ_ＡＶは、制御装置３２を経由して外部記憶装置３４に読み出し自在に一時的に記憶される。
【０１２９】
（第３工程）
第３工程においては、判定部２８は、外部記憶装置３４に対して、平均温度Ｔ_ＡＶ、第３閾値Ｔ_ｔｈ３、及びボイド判定式を判定部２８に向けて出力する指令を送信する。この指令を受けた外部記憶装置３４は、判定部２８へ平均温度Ｔ_ＡＶ、第３閾値Ｔ_ｔｈ３及びボイド判定式を出力する。
【０１３０】
判定部２８は、読み出されたボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第３閾値Ｔ_ｔｈ３を代入し、得られた結果からボイドの有無を判定する。具体的には、判定部２８は、（平均温度－第３閾値）なるボイド判定式に平均温度Ｔ_ＡＶ及び第３閾値Ｔ_ｔｈ３を代入し、（Ｔ_ＡＶ－Ｔ_ｔｈ３）なる計算を行う。そして、この結果が０（ゼロ）より大きければ、ボイドＢが存在する、すなわちＮＧ品１０ＮＧであると判定し、０（ゼロ）以下であれば、ボイドＢが存在しない、すなわちＯＫ品１０ＯＫであると判定する。なお、第３閾値Ｔ_ｔｈ３は、（熱的刺激の程度、一定時間及び閾値の決定方法）の項で説明したと同様の方法で予め決定しておく。
【０１３１】
このようにして得られた判定結果は、制御装置３２を経由して、ディスプレイ等の表示装置に出力される。
【０１３２】
以上説明したように、この実施形態のボイドの検出方法によれば、アンダーフィル充填条件を変更することがないとともに、半導体装置１０の電気的ショートを引き起こす虞なくボイドを検出することが可能となる。
【０１３３】
また、第１工程と第２工程とを並行して実施するので、実施形態１に比較して、より迅速にボイドＢを検出することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１０半導体装置
１０ＯＫＯＫ品
１０ＮＧＮＧ品
１２半導体チップ
１２ａ表面
１２ｂ裏面
１２ｃバンプ
１４基板
１４ａ第１主面
１４ｂ第２主面
１６アンダーフィル樹脂
２０，４０，６０ボイド検出装置（検出装置）
２２赤外線放射温度計（赤外線温度計）
２４レーザ光源
２６ステージ
２６ａ，４２ａ，６２ａ載置面
２６ｂ位置決め部品
２８判定部
３０ＣＰＵ
３０ａ制御部
３０ｂ内部記憶部
３０ｃ演算部
３２制御装置
３４外部記憶装置
３６タイマ
４２高温熱源
４２ｂ，６２ｂ温度維持装置
６２低温熱源

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板の第１主面側に裏面を臨ませて実装された半導体チップと、前記半導体チップ及び基板の間に充填されたアンダーフィル樹脂とを備えた半導体装置において前記アンダーフィル樹脂中のボイドを検出するに当たり、
前記半導体装置に対して熱的刺激を加える第１工程と、
前記熱的刺激を加えてから一定時間経過後の前記半導体装置の温度を測定する第２工程と、
当該温度から前記ボイドの有無を検出する第３工程とを備えることを特徴とするボイドの検出方法。
【請求項２】
前記第２工程が、前記半導体チップの前記裏面に対向する表面の温度を測定する工程であることを特徴とする請求項１に記載のボイドの検出方法。
【請求項３】
前記第１工程が、前記半導体チップの前記表面に所定量の熱エネルギーを加える工程であり、
前記第２工程が、前記第１工程の終了時刻から起算して一定時間後に前記表面の温度を測定する工程であり、
前記第３工程が、前記表面の温度が第１閾値よりも高い場合に前記ボイドが存在すると判断し、及び前記表面の温度が前記第１閾値以下の場合に前記ボイドが存在しないと判断する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボイドの検出方法。
【請求項４】
前記第１工程が、前記表面に向けて一定出力のレーザ光を一定時間にわたり照射する工程であることを特徴とする請求項３に記載のボイドの検出方法。
【請求項５】
前記第１工程が、前記基板の前記第１主面に対向する第２主面に一定温度の熱源を接触させる工程であり、
前記第２工程が、前記熱源が前記第２主面に接触した状態で行われ、前記第１工程の開始時刻から起算して一定時間後に前記表面の温度を測定する工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボイドの検出方法。
【請求項６】
前記熱源が室温よりも温度が高い高温熱源であり、
前記第３工程が、前記表面の温度が第２閾値よりも高い場合に前記ボイドが存在しないと判断し、及び前記表面の温度が前記第２閾値以下の場合に前記ボイドが存在すると判断する工程であることを特徴とする請求項５に記載のボイドの検出方法。
【請求項７】
前記熱源が室温よりも温度が低い低温熱源であり、
前記第３工程が、前記表面の温度が第３閾値よりも高い場合に前記ボイドが存在すると判断し、及び前記表面の温度が前記第３閾値以下の場合に前記ボイドが存在しないと判断する工程であることを特徴とする請求項５に記載のボイドの検出方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

UNDERFILL-底填劑-底部填充胶-언더필수지-アンダーフィル

ボイドの検出方法

ボイドの検出方法