接合強度測定装置および接合強度測定方法
【課題】 複数のバンプを有するチップ部品と回路基板の電極の接合力の測定精度を高め、測定結果から最適な接合条件を求めることができる接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供すること。
【解決手段】 チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、を備えた接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供する。
【解決手段】 チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、を備えた接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路素子などチップ部品を回路基板に実装した後、チップ部品と回路基板の接合力を測定する接合強度測定装置および接合強度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ実装されたチップ部品の接合状態を評価する方法として、従来、チップ部品を回路基板から剥離して剥離の際の荷重を測定する測定方法が知られている。図１６を用いて簡単に測定方法を説明する。図１６は、回路基板２の電極３にチップ部品４のバンプ５が接合された状態を示している。まず、チップ部品４の接合された回路基板２を検査台８に固定し、チップ部品４の側方に爪９を配置する。この爪９を、チップ部品４の側面４ａに押し当てた状態で、回路基板２と平行な方向（図１６の矢印方向）に荷重をかけ、この荷重を増大させて、チップ部品４を回路基板２から引き剥がす。このときの引き剥がし最大荷重からチップ部品４と回路基板２の接合強度を測定している（例えば、特許文献１の図９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回路基板２の電極３とチップ部品４のバンプ５との接合強度は、一旦、接合した状態の回路基板２からチップ部品４を引き剥がすことにより測定することができる。しかし、引き剥がす際に、引き剥がす力がチップ部品４の複数のバンプ５に均一に付与されないと、部分的に荷重がかかり測定された値がばらついてしまう。そのため、再現性のある接合強度が測定できないという問題がある。
【０００５】
例として、図１７（ａ）に、回路基板２の上面側からチップ部品４を参照した状態を示す。チップ部品４の回路基板２側に配置しているバンプ５（上面側から隠れてしまう部分）を点線で示す。図１７（ａ）の座標をＸＹ座標で示す。回路基板２の電極３のパターン（図１７の斜線で示す部分）はＸＹ方向それぞれに回路設計に基づいて形成されている。電極３のパターンはチップ部品４の下側で所定のバンプ５と接続されている。
【０００６】
このように形成された回路基板２上のチップ部品４に、例えば、引き剥がし力をＸ＋方向にＦｘ＋付与した場合、Ｘ−方向にＦｘ−付与した場合、Ｙ＋方向にＦｙ＋付与した場合、Ｙ−方向にＦｙ−付与した場合、それぞれ付与する力を同じ（Ｆｘ＋＝Ｆｘ−＝Ｆｙ＋＝Ｆｙ−）条件で行っても、電極３のパターンの方向の影響や、隣接するバンプ５同士の影響などから、各引き剥がし力の測定結果がばらついてしまい、精度良く測定することができない。
【０００７】
具体的に、爪９を用いてチップ部品４の側面４ａに荷重をかけようとしている状態の断面図を図１７（ｂ）に示す。引き剥がし荷重Ｆは、バンプ５や、電極３のパターン部分や、バンプ５とチップ部品４の接合部であるパッド７など、様々な箇所に付与されることになる。電極３のパターン部分は、個々のバンプ５ごとに面積や形成されている方向や太さが異なり、回路基板２と電極３のパターンとの接続状態も異なる。そのため、図１７（ａ）のように引き剥がし力の付与する方向によって測定結果がばらついてしまう。
【０００８】
このような、バラツキをもった測定結果を用いて、数百バンプから構成されているチップ部品４と回路基板２の接合評価（特に、個々のバンプ５の接合評価）を行おうとしても、信頼性のある評価をすることができないという問題がある。
【０００９】
そこで、上記問題点に鑑み、複数のバンプを有するチップ部品と回路基板の電極の接合力の測定精度を高め、測定結果から最適な接合条件を求めることができる接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板ステージに保持された回路基板の電極に、チップ部品が複数のバンプを介して接合されており、このチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、
前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、
前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、
回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、
を備えた接合強度測定装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記引き剥がし力付与手段が、
前記引き剥がしヘッドの設けられた枠体と、枠体内部を移動し枠体の内壁に衝突する重量物と、重量物を移動させる駆動手段とから構成され、
前記引き剥がしヘッドに設けられた枠体に、加速された重量物が衝突することにより発生する力を、前記引き剥がしヘッドに付与する構成である接合強度測定装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、
チップ部品が接合された回路基板を基板ステージに保持し、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、
前記引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、
引き剥がしヘッドまたは基板ステージに設けられた引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
回路基板にチップ部品を接合した接合条件データを記憶する工程と、
前記引き剥がし力測定手段で測定された引き剥がし力の変化を記憶する工程と、
記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値と、引き剥がしエネルギーを計算する工程と、
回路基板のチップ部品の接合条件毎に、前記引き剥がし力と、前記引き剥がし力の最大値と、前記引き剥がしエネルギーとを蓄積し、蓄積されたデータから回路基板とチップ部品の接合状態の良否判断を行う工程と、
を含む接合強度測定方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、チップ部品に引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま引き上げることができる平行度調整手段を備えている。
【００１５】
そのため、チップ部品の個々のバンプに引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。同じ条件で付与する環境とは、個々のバンプを引き伸ばそうとする力が、個々のバンプそれぞれに、同様の環境で掛かる状態とする。図１５を用いて説明する。図１５に示すように、チップ部品４はパッド７を介してバンプ５が回路基板２の電極３と接合されている。各バンプ５の接合状態は、接合界面５ａ（図１５では点線で示した）が電極３面となるケース（Ｃａｓｅ１）や、電極３に押し込まれたケース（Ｃａｓｅ２）や、バンプ５が変形したケース（Ｃａｓｅ３）など様々ケースが存在する。このように、個々のバンプ５の接合状態が異なっていても、個々のバンプ５に付与される引き剥がし力Ｆは、個々のバンプ５それぞれに、同じ環境で作用することになる。
【００１６】
このような接合強度の測定装置によれば、個々のバンプ５の接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。例えば、全バンプ５が良好に接合している場合に対して、仮に約半分のバンプ５しか接合されていない様な場合は、引き剥がし力Ｆの測定結果も約半分となると推定される。言い換えると、正常なバンプ５の接合個数に応じた接合強度が測定できる。
【００１７】
従って、チップ部品と回路基板の平行度を維持したまま、チップ部品を上側に引き上げる構成にしているので、個々のバンプの接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品と回路基板の接合強度の測定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、重量物が加速されて引き剥がしヘッドに設けられた枠体の内壁に衝突する。衝突時に発生する力を利用してチップ部品を回路基板から引き剥がす。そのため、各バンプに瞬間的な力が作用し再現性のある接合強度の測定ができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定している。
【００２０】
そのため、チップ部品の個々のバンプに引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。
【００２１】
このような接合強度の測定方法によれば、個々のバンプの接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。
【００２２】
従って、引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与しているので、個々のバンプの接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品と回路基板の接合強度の測定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、回路基板とチップ部品の接合条件毎に接合強度測定装置で求められた測定結果とを比較し、接合状態の良否判断をおこなっている。そのため、チップ部品の良好な接合条件を生産条件に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合強度測定装置の概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る接合強度測定装置の概略断面図である。
【図３】２軸ステージの構成を示す概略斜視図である。
【図４】接合強度測定装置の運転開始の状態を示す概略側面図である。
【図５】接合強度測定装置のＺ軸下降の状態を示す概略側面図である。
【図６】接合強度測定装置の自重加圧の状態を示す概略側面図である。
【図７】接合強度測定装置の接触点サーチの状態を示す概略側面図である。
【図８】接合強度測定装置の動作開始位置移動の状態を示す概略側面図である。
【図９】接合強度測定装置の動作開始の状態を示す概略側面図である。
【図１０】接合強度測定装置の運転終了の状態を示す概略側面図である。
【図１１】接合強度測定装置のロードセルの測定値を示す概略図である。
【図１２】接合強度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】アクチュエータヘッドの加減速の速度パターンを説明する図である。
【図１４】接合強度の良否判断を説明するブロック図である。
【図１５】本発明の回路基板とチップ部品にかかる引き剥がし力を模式的に表した図である。
【図１６】従来の接合強度を測定する方法を説明する概略側面図である。
【図１７】従来の接合強度を測定する方法を説明する平面図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の接合強度測定装置１の概略側面図である。接合強度測定装置１に向かって左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。
【００２７】
接合強度測定装置１は、基台１０と基台１０の背面の支持板１１に設けられチップ部品４を回路基板２から引き剥がす引き剥がし部２０と、基台１０に設けられた回路基板２を固定する基板固定部３０と、接合強度測定装置１全体を制御する制御部５０とから構成されている。
【００２８】
引き剥がし部２０には、コの字状のフレーム２１がＺ方向下側を開放側になるように支持板１１に取付設置されている。フレーム２１の内側でＺ方向に沿ってレール２２が左右に設けられている。レール２２に沿って、ガイド２３を介してロの字状の枠体２４が接続されている。枠体２４はＺ方向上下に移動できるようになっている。枠体２４のＺ方向下側の中央部にはヘッド２５が取り付けられている。ヘッド２５は接着材６を介してチップ部品４の上面４ｂと接続される。チップ部品４の上面４ｂは、チップ部品４の回路基板２と接合する面の裏面となる。
【００２９】
フレーム２１のＺ方向上側にはＺ軸アクチュエータ２７が取り付けられている。Ｚ軸アクチュエータ２７にはフレーム２１をＺ方向に貫通するボールねじ２８が連結されている。ボールねじ２８には連結部材を介してアクチュエータヘッド２９が取り付けられている。Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動することにより、連結されているボールねじ２８が回転し、アクチュエータヘッド２９がＺ方向上下に移動できるようになっている。アクチュエータヘッド２９がＺ方向上側に移動すると、枠体２４の上側で内側の壁２４Ｕに接触する。壁２４Ｕに接触後も継続してアクチュエータヘッド２９をＺ方向上側に移動すると、レール２２に沿って枠体２４がＺ方向上側に移動できるようになっている。
【００３０】
また、アクチュエータ２９をＺ方向下側に移動すると、壁２４Ｕにアクチュエータヘッド２９を接触した状態で、枠体２４がＺ方向下側に移動する。枠体２４の開口部２４Ｋはアクチュエータヘッド２９のＺ方向のサイズに比べて大きく、アクチュエータヘッド２９は開口部２４Ｋの内部をＺ方向上下に移動できるようになっている。そのため、枠体２４の壁２４Ｕに接触した状態で枠体２９がＺ方向下側に移動した後、枠体２４の下側に取り付けられているヘッド２５にチップ部品４の上面４ｂが接触すると、枠体２４のＺ方向下側への移動は停止し、アクチュエータヘッド２９のみが枠体２４の内部（開口部２４Ｋ）を下降するようになっている。チップ部品４には枠体２４の自重がかかるようになる。
【００３１】
アクチュエータヘッド２９の移動状態を説明するために、図２に接合強度測定装置１の概略断面図を示す。概略断面図は、図１のＸＺ平面で接合強度測定装置１の中央部Ａ−Ａ’断面図とする。図２に示すように、アクチュエータヘッド２９は、Ｚ軸アクチュエータ２７に連結されたボールねじ２８の回転によって、枠体２４の内側をＺ方向上下に移動できるようになっている。また、枠体２９の壁２４Ｕに接触することより、枠体２９をＺ方向上下に移動できるようになっている。
【００３２】
図１にもどり、基板固定部３０は、回路基板２を載置する基板ステージ３１と、回路基板２に接合されたチップ部品４の外周部分を基板ステージ３１に固定する基板クランプ治具３２と、基板ステージ３１と基台１０との間に設けられている２軸ステージ３３と、２軸ステージ３３と基板ステージ３１の間に設けられているロードセル３４とから構成されている。
【００３３】
基板ステージ３１は、断面がロの字状で、Ｚ方向上側の上部材３１Ｕには、ヒータ３５と温度センサ３６が内蔵されている。ヒータ３５と温度センサ３６により、回路基板２を所定の温度に加熱することができる。基板ステージ３１のＺ方向下側の下部材３１Ｄには、複数の冷却孔３７が設けられている。冷却孔３７は、下部材３０Ｄの内部でつながっており、下部材３０Ｄの側面に設けられた導入孔３８から入力されるエアーを放出し、基板ステージ３１の回路基板２を冷却することができるようになっている。導入孔３８にはポンプ３９がパイプを介して接続されている。
【００３４】
２軸ステージ３３の概略斜視図を図３に示す。図３のＸＹＺ座標の表記は、図１におけるＸＹＺ座標に対応する。基台１０のＸＹ平面に対応する方向をＸＹ方向とし、接合強度測定装置１のＺ方向に対応する方向をＺ方向としている。さらに、図３に示すように、Ｘ方向の傾斜Ｘθ方向およびＹ方向の傾斜Ｙθ方向を、説明のため座標系に追加する。
【００３５】
２軸ステージ３３は、図３に示すように、Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１がＺ方向上下に重なって載置されている。Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１は、それぞれ、Ｘ軸およびＹ軸の角度調整をステージを回転させることで調整できるようになっている。そのため、Ｘ軸ゴニオステージ４０のＺ方向上側に接続されている基板ステージ３１の姿勢調整機能のうち角度調整ができるようになっている。
【００３６】
Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１の側面両側には、角度調整後の各ステージの角度を保持するために、それぞれＸ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４３が接続されている。
【００３７】
ヘッド２５と基板ステージ３１の平行度は測定開始前に予め調整が行われる。ヘッド２５をＺ軸下側に移動させ、ヘッド２５と基板ステージ３１とを接触させ所定の圧力を付与した状態で行われる。ヘッド２５と基板ステージ３１の平行度が規定値以下であることを確認した後、Ｘ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４４を動作させ、Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１を固定する。これにより、ヘッド２５と回路基板４の平行度が精密に調整され、Ｘ軸、Ｙ軸ロックシリンダ４２，４４で平行度が保持される。
【００３８】
ヘッド２５と回路基板２の平行度が保たれるので、引き剥がし部２０のヘッド２５と、回路基板２の平行度が保たれる。そのため、チップ部品４の個々のバンプ５に引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。このような引き剥がし部２０のヘッド２５と回路基板２の構成にすれば、個々のバンプ５の接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。言い換えると、正常なバンプ５の接合個数に応じた接合強度が測定できる。
【００３９】
なお、ロードセル３４は、２軸ステージ３３と基板ステージ３１の間に設けても良いし、ヘッド２５と枠体２４の間に設けても良い。チップ部品４を回路基板２から引き剥がす際の引き剥がし力が測定できれば、どちら側に設けられていても良い。
【００４０】
制御部５０は、ハードディスクやメモリなどの記憶部５１と、マイクロプロセッサなどの演算部５２と、タッチパネルやキーボードなどの入出力部５３と、各部分のデータの通信をおこなうインターフェース部５４とから構成されている。制御部５０は、Ｚ軸アクチュエータ２７の制御や、ロードセル３４の検出信号の入力、基板ステージ３１の温度制御、２軸ステージ３３の角度制御などの接合強度測定装置１の全体の制御を行う。
【００４１】
次に、本発明の接合強度測定装置１の動作について、図４〜１４を用いて説明する。図４〜１０は、引き剥がし部２０と基板固定部３０の位置関係を示す図である。図１と同様に、左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。図１１は、図４〜１０におけるロードセル３４の検出値を、横軸時間とし、縦軸を力の大きさとして表記したものである。図１２は、図４〜１０の接合強度測定装置１の動作を示すフローチャートである。以下の説明において、フローチャートで使用した動作の概要とステップ番号を、カッコ書きで記載する。図１３は、アクチュエータヘッド２９の加減速パターンを示した図である。図１４は、接合強度の良否判断を示したブロック図である。
【００４２】
（運転開始 ステップＳＴ０１）
先ず、接合強度測定装置１は、図４に示す状態から運転を開始する。具体的には、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９をＺ軸上方向に移動させる。図４に示す待機位置Ｚｔまでアクチュエータヘッド２９が上昇すると、枠体２４が持ち上げられた状態となる。そして、枠体２４に接続されているヘッド２５の下面２５Ｓに接着材６を塗布する。基板固定部３０側は、基板ステージ３１に、チップ部品４が接合された状態の回路基板２を載置し、回路基板２を基板クランプ治具３２を用いて固定する。
【００４３】
図４に示す状態で、制御部５０に入力されているロードセル３４の信号を初期化する。具体的には、図１１のｔ０１に示すように、制御部５０で使用するロードセル３４の値を０（ゼロ）にする。
【００４４】
（Ｚ軸下降 ステップＳＴ０２）
次に、図５に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９をＺ軸下方向に移動させる。これにともない、枠体２４もＺ軸下方向に下降する。
【００４５】
図５に示す状態では、図１１のｔ０２〜ｔ０３に示すように、ロードセル３４の値は変化しない。
【００４６】
（自重加圧 ステップＳＴ０３）
次に、図６に示すように、枠体２４に接続されたヘッド２５の下面２５Ｓが、チップ部品４の上面４ｂに接触する。その後、Ｚ軸アクチュエータ２７がアクチュエータヘッド２９を接着位置Ｚｃまで下降させ停止する。接着位置Ｚｃにアクチュエータヘッド２９が停止している状態では、アクチュエータヘッド２９は、枠体２４の壁２４Ｕには接触していない。枠体２４は、ヘッド２５を介してチップ部品４により支えられている状態となる。すなわち、枠体２４の自重がチップ部品４の上面４ｂに付与されている状態となる。
【００４７】
（接着時間待機 ステップＳＴ０４）
ヘッド２５の下面２５Ｓに塗布されていた接着剤６は、チップ部品４の上面４ｂに貼り付き、ヘッド２５とチップ部品４は接着材６を介して接続されることになる。接着力を促進させるため、基板ステージ３１に設けてあるヒータ３５を所定の温度まで昇温する。その後、ヒータ３５をオフし、ポンプ３９を駆動し、導入孔３８を介して冷却孔３７よりエアーが基板ステージ３１に付与される。これにより、基板ステージ３１上の回路基板２が冷却される。エアーの吹き出しは基板ステージ３１に埋め込まれている温度センサ３６が所定の温度になるまで行われる。この段階で、ヘッド２５の下面２５Ｓと、チップ部品４の上面４ｂとの接着が完了した状態となる。
【００４８】
図１１のｔ０３〜ｔ０４に示すロードセル３４の値は、枠体２４の自重がチップ部品４にかかり始めてから接着材６の硬化が完了するまでの状態を示している。ロードセル３４の値は、自重圧力Ｆｊとなる。接着材６の硬化が完了すると、さらに、制御部５０に入力されているロードセル３４の信号を初期化する。具体的には、制御部５０で使用するロードセル３４の値を０（ゼロ）にする。
【００４９】
（接触点サーチ ステップＳＴ０５）
次に、図７に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させアクチュエータヘッド２９を上昇させる。アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触すると、枠体２４が引き上げられ、それに伴い接着されているチップ部品４も引き上げられ、ロードセル３４の検出信号に変化が生じる。具体的には、図１１のｔ０４〜ｔ０５における引き剥がし力の変化として検出される。予め設定されているトルク圧Ｆｔにロードセル３４の検出信号が達すると、アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触したと判断する。接着材６でヘッド２５の下面２５Ｓとチップ部品４の上面４ｂを接着しているので、接合面の厚みが接着のたびに微妙に変化する。そのため、ロードセル３４の検出信号を用いて、接着が完了した状態の枠体２４の位置を正確に測定する。アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触したと判断した位置を接触位置Ｚｓとする。接触位置Ｚｓで、Ｚ軸アクチュエータ２７の駆動を停止する。
【００５０】
（動作開始位置移動 ステップＳＴ０６）
次に、図８に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、Ｚ軸方向下側にアクチュエータヘッド２９を所定量下降させる。アクチュエータヘッド２９の降下した位置を助走開始位置Ｚｈとする。助走開始位置Ｚｈは、アクチュエータヘッド２９が、枠体２４の下側の壁２４Ｄに接触しない位置で、アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに向けて所定の速度に加速できる位置となる。所定の速度への加速については後述する。
【００５１】
（動作開始 ステップＳＴ０７）
次に、図９に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９を枠体２４の壁２４Ｕに衝突させる。衝突すると、回路基板２とチップ部品４の接合部であるバンプ５と電極３に引き剥がし力が付与される。引き剥がし力は、回路基板２を保持している基板ステージを経由してロードセル３４で検出される。
【００５２】
このときのアクチュエータ２９の速度の変化を図１３に示す。図１３は、横軸を時間とし、縦軸を速度とした。図１３に示すように、アクチュエータヘッド２９は、ボールねじ２８の回転速度を上げることにより、停止状態（助走開始位置Ｚｈ）から加速時間Ｔａｃｃで所定の引き剥がし速度Ｖｈまで加速される。その後、保持時間Ｔｖだけ経過後、枠体２４の壁２４Ｕに衝突する。衝突後、測定時間Ｔｓだけ速度Ｖｈを維持し、その後、減速して停止する。このようにアクチュエータヘッド２９が動作するようにＺ軸アクチュエータ２７が制御されている。
【００５３】
測定時間Ｔｓにロードセル３４で測定された引き剥がし力の変化を、図１１のｔ０６からｔ０７に示す。測定された引き剥がし力のデータから、接合強度の良否判断を行う方法について、図１４のブロック図を用いて説明する。まず、回路基板２とチップ部品４の接合条件データ（加圧条件や加熱条件）を記憶部５１に記憶する（ブロックＢ０１）。次に、ステップＳＴ０７で測定した引き剥がし力の変化を記憶部５１に記憶する（ブロックＢ０２）。制御部５０では、記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値Ｆｐ（図１１のＦｐ）を計算し（ブロックＢ０３）、引き剥がしエネルギーＰｈ（図１１のＰｈ）を計算する（ブロックＢ０４）。また、測定された破断時間、破断曲線のデータ（ブロックＢ０５）は、記憶部５１に記憶する。記憶部５１には、同一の回路基板２毎に接合条件の異なる引き剥がし力の測定テータが蓄積される。これら、蓄積されたデータと、引き剥がし力の最大値Ｆｐと、引き剥がしエネルギーＰｈとからチップ部品４の接合状態の良否判断を行う（ブロックＢ０６）。良否判断結果に基づいて、回路基板４の生産時の接合条件を確定する（ブロックＢ０７）。
【００５４】
上述したように、チップ部品４と回路基板２を平行に保ち、チップ部品４を回路基板２のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、ロードセル２６でチップ部品４と回路基板２の接合強度を測定している。そのため、チップ部品４の個々のバンプ５に引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。
【００５５】
そのため、個々のバンプ５の接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品４と回路基板２の接合強度の良否判定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００５６】
アクチュエータヘッド２９は、所定の速度Ｖｈに到達してから枠体２４の壁２４Ｕに衝突している。このような構成にすることにより、引き剥がし力の付与の条件は再現性のある状態になる。さらに、引き剥がし方法が、衝突による瞬間のせん断力を用いているので、チップ部品４と回路基板２の接合強度を正確に測定することができる。チップ部品４と回路基板２を停止状態のヘッド２５に徐々に引き剥がし力を付与して測定すると、破断の状態のバラツキにより再現性のある接合強度の測定が困難となる。本発明は、チップ部品４と回路基板２の平行度を一定して瞬間で破断を発生させているので、バンプ５と電極３にかかる接合強度を正確に測定することができる。
【００５７】
（運転終了 ステップＳＴ０８）
次に、図１０に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７が停止し、アクチュエータヘッド２９が引き剥がし終了位置Ｚｆで停止する。一連の回路基板２とチップ部品４との接合強度の測定作業が終了する。
【００５８】
回路基板２とチップ部品４の接合強度の測定は、接合条件毎に測定を行う。例えば、チップ部品２の接合加圧条件、加熱条件など、違ったサンプル毎に測定を行う。そして、測定された接合強度のデータに基づきステップＳＴ０７の方法を用いて最適な接合条件を求める。
【符号の説明】
【００５９】
１ 接合強度測定装置
２ 回路基板
３ 電極
４ チップ部品
４ａ チップ部品の側面
４ｂ チップ部品の上面
５ バンプ
５ａ 接合界面
６ 接着剤
７ パッド
８ 検査台
９ 爪
１０ 基台
１１ 支持板
２０ 引き剥がし部
２１ フレーム
２２ レール
２３ ガイド
２４ 枠体
２４Ｕ 枠体の上側で内側の壁
２４Ｄ 枠体の下側で内側の壁
２４Ｋ 枠体の開口部
２５ ヘッド
２５Ｓ ヘッドの下面
２６ ロードセル
２７ Ｚ軸アクチュエータ
２８ ボールねじ
２９ アクチュエータヘッド
３０ 基板固定部
３１ 基板ステージ
３１Ｕ 基板ステージの上部材
３１Ｄ 基板ステージの下部材
３２ 基板クランプ治具
３３ ２軸ステージ
３４ ロードセル
３５ ヒータ
３６ 温度センサ
３７ 冷却孔
３８ 導入孔
３９ ポンプ
４０ Ｘ軸ゴニオステージ
４１ Ｙ軸ゴニオステージ
４２ Ｘ軸ロックシリンダ
４３ Ｙ軸ロックシリンダ
５０ 制御部
５１ 記憶部
５２ 演算部
５３ 入出力部
５４ インターフェース部
Ｚｔ 待機位置
Ｚｃ 接着位置
Ｚｓ 接触位置
Ｚｈ 助走開始位置
Ｚｆ 引き剥がし終了位置
Ｖｈ 引き剥がし速度
Ｔａｃｃ 加速時間
Ｔｖ 保持時間
Ｔｓ 測定時間
Ｐｈ 引き剥がしエネルギー
Ｆｐ 引き剥がし力の最大値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路素子などチップ部品を回路基板に実装した後、チップ部品と回路基板の接合力を測定する接合強度測定装置および接合強度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ実装されたチップ部品の接合状態を評価する方法として、従来、チップ部品を回路基板から剥離して剥離の際の荷重を測定する測定方法が知られている。図１６を用いて簡単に測定方法を説明する。図１６は、回路基板２の電極３にチップ部品４のバンプ５が接合された状態を示している。まず、チップ部品４の接合された回路基板２を検査台８に固定し、チップ部品４の側方に爪９を配置する。この爪９を、チップ部品４の側面４ａに押し当てた状態で、回路基板２と平行な方向（図１６の矢印方向）に荷重をかけ、この荷重を増大させて、チップ部品４を回路基板２から引き剥がす。このときの引き剥がし最大荷重からチップ部品４と回路基板２の接合強度を測定している（例えば、特許文献１の図９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回路基板２の電極３とチップ部品４のバンプ５との接合強度は、一旦、接合した状態の回路基板２からチップ部品４を引き剥がすことにより測定することができる。しかし、引き剥がす際に、引き剥がす力がチップ部品４の複数のバンプ５に均一に付与されないと、部分的に荷重がかかり測定された値がばらついてしまう。そのため、再現性のある接合強度が測定できないという問題がある。
【０００５】
例として、図１７（ａ）に、回路基板２の上面側からチップ部品４を参照した状態を示す。チップ部品４の回路基板２側に配置しているバンプ５（上面側から隠れてしまう部分）を点線で示す。図１７（ａ）の座標をＸＹ座標で示す。回路基板２の電極３のパターン（図１７の斜線で示す部分）はＸＹ方向それぞれに回路設計に基づいて形成されている。電極３のパターンはチップ部品４の下側で所定のバンプ５と接続されている。
【０００６】
このように形成された回路基板２上のチップ部品４に、例えば、引き剥がし力をＸ＋方向にＦｘ＋付与した場合、Ｘ−方向にＦｘ−付与した場合、Ｙ＋方向にＦｙ＋付与した場合、Ｙ−方向にＦｙ−付与した場合、それぞれ付与する力を同じ（Ｆｘ＋＝Ｆｘ−＝Ｆｙ＋＝Ｆｙ−）条件で行っても、電極３のパターンの方向の影響や、隣接するバンプ５同士の影響などから、各引き剥がし力の測定結果がばらついてしまい、精度良く測定することができない。
【０００７】
具体的に、爪９を用いてチップ部品４の側面４ａに荷重をかけようとしている状態の断面図を図１７（ｂ）に示す。引き剥がし荷重Ｆは、バンプ５や、電極３のパターン部分や、バンプ５とチップ部品４の接合部であるパッド７など、様々な箇所に付与されることになる。電極３のパターン部分は、個々のバンプ５ごとに面積や形成されている方向や太さが異なり、回路基板２と電極３のパターンとの接続状態も異なる。そのため、図１７（ａ）のように引き剥がし力の付与する方向によって測定結果がばらついてしまう。
【０００８】
このような、バラツキをもった測定結果を用いて、数百バンプから構成されているチップ部品４と回路基板２の接合評価（特に、個々のバンプ５の接合評価）を行おうとしても、信頼性のある評価をすることができないという問題がある。
【０００９】
そこで、上記問題点に鑑み、複数のバンプを有するチップ部品と回路基板の電極の接合力の測定精度を高め、測定結果から最適な接合条件を求めることができる接合強度測定装置および接合強度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板ステージに保持された回路基板の電極に、チップ部品が複数のバンプを介して接合されており、このチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、
前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、
前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、
回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、
を備えた接合強度測定装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記引き剥がし力付与手段が、
前記引き剥がしヘッドの設けられた枠体と、枠体内部を移動し枠体の内壁に衝突する重量物と、重量物を移動させる駆動手段とから構成され、
前記引き剥がしヘッドに設けられた枠体に、加速された重量物が衝突することにより発生する力を、前記引き剥がしヘッドに付与する構成である接合強度測定装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、
チップ部品が接合された回路基板を基板ステージに保持し、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、
前記引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、
引き剥がしヘッドまたは基板ステージに設けられた引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
回路基板にチップ部品を接合した接合条件データを記憶する工程と、
前記引き剥がし力測定手段で測定された引き剥がし力の変化を記憶する工程と、
記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値と、引き剥がしエネルギーを計算する工程と、
回路基板のチップ部品の接合条件毎に、前記引き剥がし力と、前記引き剥がし力の最大値と、前記引き剥がしエネルギーとを蓄積し、蓄積されたデータから回路基板とチップ部品の接合状態の良否判断を行う工程と、
を含む接合強度測定方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、チップ部品に引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま引き上げることができる平行度調整手段を備えている。
【００１５】
そのため、チップ部品の個々のバンプに引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。同じ条件で付与する環境とは、個々のバンプを引き伸ばそうとする力が、個々のバンプそれぞれに、同様の環境で掛かる状態とする。図１５を用いて説明する。図１５に示すように、チップ部品４はパッド７を介してバンプ５が回路基板２の電極３と接合されている。各バンプ５の接合状態は、接合界面５ａ（図１５では点線で示した）が電極３面となるケース（Ｃａｓｅ１）や、電極３に押し込まれたケース（Ｃａｓｅ２）や、バンプ５が変形したケース（Ｃａｓｅ３）など様々ケースが存在する。このように、個々のバンプ５の接合状態が異なっていても、個々のバンプ５に付与される引き剥がし力Ｆは、個々のバンプ５それぞれに、同じ環境で作用することになる。
【００１６】
このような接合強度の測定装置によれば、個々のバンプ５の接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。例えば、全バンプ５が良好に接合している場合に対して、仮に約半分のバンプ５しか接合されていない様な場合は、引き剥がし力Ｆの測定結果も約半分となると推定される。言い換えると、正常なバンプ５の接合個数に応じた接合強度が測定できる。
【００１７】
従って、チップ部品と回路基板の平行度を維持したまま、チップ部品を上側に引き上げる構成にしているので、個々のバンプの接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品と回路基板の接合強度の測定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、重量物が加速されて引き剥がしヘッドに設けられた枠体の内壁に衝突する。衝突時に発生する力を利用してチップ部品を回路基板から引き剥がす。そのため、各バンプに瞬間的な力が作用し再現性のある接合強度の測定ができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定している。
【００２０】
そのため、チップ部品の個々のバンプに引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。
【００２１】
このような接合強度の測定方法によれば、個々のバンプの接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。
【００２２】
従って、引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与しているので、個々のバンプの接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品と回路基板の接合強度の測定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、回路基板とチップ部品の接合条件毎に接合強度測定装置で求められた測定結果とを比較し、接合状態の良否判断をおこなっている。そのため、チップ部品の良好な接合条件を生産条件に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る接合強度測定装置の概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る接合強度測定装置の概略断面図である。
【図３】２軸ステージの構成を示す概略斜視図である。
【図４】接合強度測定装置の運転開始の状態を示す概略側面図である。
【図５】接合強度測定装置のＺ軸下降の状態を示す概略側面図である。
【図６】接合強度測定装置の自重加圧の状態を示す概略側面図である。
【図７】接合強度測定装置の接触点サーチの状態を示す概略側面図である。
【図８】接合強度測定装置の動作開始位置移動の状態を示す概略側面図である。
【図９】接合強度測定装置の動作開始の状態を示す概略側面図である。
【図１０】接合強度測定装置の運転終了の状態を示す概略側面図である。
【図１１】接合強度測定装置のロードセルの測定値を示す概略図である。
【図１２】接合強度測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】アクチュエータヘッドの加減速の速度パターンを説明する図である。
【図１４】接合強度の良否判断を説明するブロック図である。
【図１５】本発明の回路基板とチップ部品にかかる引き剥がし力を模式的に表した図である。
【図１６】従来の接合強度を測定する方法を説明する概略側面図である。
【図１７】従来の接合強度を測定する方法を説明する平面図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の接合強度測定装置１の概略側面図である。接合強度測定装置１に向かって左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。
【００２７】
接合強度測定装置１は、基台１０と基台１０の背面の支持板１１に設けられチップ部品４を回路基板２から引き剥がす引き剥がし部２０と、基台１０に設けられた回路基板２を固定する基板固定部３０と、接合強度測定装置１全体を制御する制御部５０とから構成されている。
【００２８】
引き剥がし部２０には、コの字状のフレーム２１がＺ方向下側を開放側になるように支持板１１に取付設置されている。フレーム２１の内側でＺ方向に沿ってレール２２が左右に設けられている。レール２２に沿って、ガイド２３を介してロの字状の枠体２４が接続されている。枠体２４はＺ方向上下に移動できるようになっている。枠体２４のＺ方向下側の中央部にはヘッド２５が取り付けられている。ヘッド２５は接着材６を介してチップ部品４の上面４ｂと接続される。チップ部品４の上面４ｂは、チップ部品４の回路基板２と接合する面の裏面となる。
【００２９】
フレーム２１のＺ方向上側にはＺ軸アクチュエータ２７が取り付けられている。Ｚ軸アクチュエータ２７にはフレーム２１をＺ方向に貫通するボールねじ２８が連結されている。ボールねじ２８には連結部材を介してアクチュエータヘッド２９が取り付けられている。Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動することにより、連結されているボールねじ２８が回転し、アクチュエータヘッド２９がＺ方向上下に移動できるようになっている。アクチュエータヘッド２９がＺ方向上側に移動すると、枠体２４の上側で内側の壁２４Ｕに接触する。壁２４Ｕに接触後も継続してアクチュエータヘッド２９をＺ方向上側に移動すると、レール２２に沿って枠体２４がＺ方向上側に移動できるようになっている。
【００３０】
また、アクチュエータ２９をＺ方向下側に移動すると、壁２４Ｕにアクチュエータヘッド２９を接触した状態で、枠体２４がＺ方向下側に移動する。枠体２４の開口部２４Ｋはアクチュエータヘッド２９のＺ方向のサイズに比べて大きく、アクチュエータヘッド２９は開口部２４Ｋの内部をＺ方向上下に移動できるようになっている。そのため、枠体２４の壁２４Ｕに接触した状態で枠体２９がＺ方向下側に移動した後、枠体２４の下側に取り付けられているヘッド２５にチップ部品４の上面４ｂが接触すると、枠体２４のＺ方向下側への移動は停止し、アクチュエータヘッド２９のみが枠体２４の内部（開口部２４Ｋ）を下降するようになっている。チップ部品４には枠体２４の自重がかかるようになる。
【００３１】
アクチュエータヘッド２９の移動状態を説明するために、図２に接合強度測定装置１の概略断面図を示す。概略断面図は、図１のＸＺ平面で接合強度測定装置１の中央部Ａ−Ａ’断面図とする。図２に示すように、アクチュエータヘッド２９は、Ｚ軸アクチュエータ２７に連結されたボールねじ２８の回転によって、枠体２４の内側をＺ方向上下に移動できるようになっている。また、枠体２９の壁２４Ｕに接触することより、枠体２９をＺ方向上下に移動できるようになっている。
【００３２】
図１にもどり、基板固定部３０は、回路基板２を載置する基板ステージ３１と、回路基板２に接合されたチップ部品４の外周部分を基板ステージ３１に固定する基板クランプ治具３２と、基板ステージ３１と基台１０との間に設けられている２軸ステージ３３と、２軸ステージ３３と基板ステージ３１の間に設けられているロードセル３４とから構成されている。
【００３３】
基板ステージ３１は、断面がロの字状で、Ｚ方向上側の上部材３１Ｕには、ヒータ３５と温度センサ３６が内蔵されている。ヒータ３５と温度センサ３６により、回路基板２を所定の温度に加熱することができる。基板ステージ３１のＺ方向下側の下部材３１Ｄには、複数の冷却孔３７が設けられている。冷却孔３７は、下部材３０Ｄの内部でつながっており、下部材３０Ｄの側面に設けられた導入孔３８から入力されるエアーを放出し、基板ステージ３１の回路基板２を冷却することができるようになっている。導入孔３８にはポンプ３９がパイプを介して接続されている。
【００３４】
２軸ステージ３３の概略斜視図を図３に示す。図３のＸＹＺ座標の表記は、図１におけるＸＹＺ座標に対応する。基台１０のＸＹ平面に対応する方向をＸＹ方向とし、接合強度測定装置１のＺ方向に対応する方向をＺ方向としている。さらに、図３に示すように、Ｘ方向の傾斜Ｘθ方向およびＹ方向の傾斜Ｙθ方向を、説明のため座標系に追加する。
【００３５】
２軸ステージ３３は、図３に示すように、Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１がＺ方向上下に重なって載置されている。Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１は、それぞれ、Ｘ軸およびＹ軸の角度調整をステージを回転させることで調整できるようになっている。そのため、Ｘ軸ゴニオステージ４０のＺ方向上側に接続されている基板ステージ３１の姿勢調整機能のうち角度調整ができるようになっている。
【００３６】
Ｘ軸ゴニオステージ４０およびＹ軸ゴニオステージ４１の側面両側には、角度調整後の各ステージの角度を保持するために、それぞれＸ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４３が接続されている。
【００３７】
ヘッド２５と基板ステージ３１の平行度は測定開始前に予め調整が行われる。ヘッド２５をＺ軸下側に移動させ、ヘッド２５と基板ステージ３１とを接触させ所定の圧力を付与した状態で行われる。ヘッド２５と基板ステージ３１の平行度が規定値以下であることを確認した後、Ｘ軸ロックシリンダ４２とＹ軸ロックシリンダ４４を動作させ、Ｘ軸ゴニオステージ４０とＹ軸ゴニオステージ４１を固定する。これにより、ヘッド２５と回路基板４の平行度が精密に調整され、Ｘ軸、Ｙ軸ロックシリンダ４２，４４で平行度が保持される。
【００３８】
ヘッド２５と回路基板２の平行度が保たれるので、引き剥がし部２０のヘッド２５と、回路基板２の平行度が保たれる。そのため、チップ部品４の個々のバンプ５に引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。このような引き剥がし部２０のヘッド２５と回路基板２の構成にすれば、個々のバンプ５の接合状態に応じて測定結果の違いを得ることができるようになる。言い換えると、正常なバンプ５の接合個数に応じた接合強度が測定できる。
【００３９】
なお、ロードセル３４は、２軸ステージ３３と基板ステージ３１の間に設けても良いし、ヘッド２５と枠体２４の間に設けても良い。チップ部品４を回路基板２から引き剥がす際の引き剥がし力が測定できれば、どちら側に設けられていても良い。
【００４０】
制御部５０は、ハードディスクやメモリなどの記憶部５１と、マイクロプロセッサなどの演算部５２と、タッチパネルやキーボードなどの入出力部５３と、各部分のデータの通信をおこなうインターフェース部５４とから構成されている。制御部５０は、Ｚ軸アクチュエータ２７の制御や、ロードセル３４の検出信号の入力、基板ステージ３１の温度制御、２軸ステージ３３の角度制御などの接合強度測定装置１の全体の制御を行う。
【００４１】
次に、本発明の接合強度測定装置１の動作について、図４〜１４を用いて説明する。図４〜１０は、引き剥がし部２０と基板固定部３０の位置関係を示す図である。図１と同様に、左右方向をＸ軸、手前方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸とする。図１１は、図４〜１０におけるロードセル３４の検出値を、横軸時間とし、縦軸を力の大きさとして表記したものである。図１２は、図４〜１０の接合強度測定装置１の動作を示すフローチャートである。以下の説明において、フローチャートで使用した動作の概要とステップ番号を、カッコ書きで記載する。図１３は、アクチュエータヘッド２９の加減速パターンを示した図である。図１４は、接合強度の良否判断を示したブロック図である。
【００４２】
（運転開始 ステップＳＴ０１）
先ず、接合強度測定装置１は、図４に示す状態から運転を開始する。具体的には、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９をＺ軸上方向に移動させる。図４に示す待機位置Ｚｔまでアクチュエータヘッド２９が上昇すると、枠体２４が持ち上げられた状態となる。そして、枠体２４に接続されているヘッド２５の下面２５Ｓに接着材６を塗布する。基板固定部３０側は、基板ステージ３１に、チップ部品４が接合された状態の回路基板２を載置し、回路基板２を基板クランプ治具３２を用いて固定する。
【００４３】
図４に示す状態で、制御部５０に入力されているロードセル３４の信号を初期化する。具体的には、図１１のｔ０１に示すように、制御部５０で使用するロードセル３４の値を０（ゼロ）にする。
【００４４】
（Ｚ軸下降 ステップＳＴ０２）
次に、図５に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９をＺ軸下方向に移動させる。これにともない、枠体２４もＺ軸下方向に下降する。
【００４５】
図５に示す状態では、図１１のｔ０２〜ｔ０３に示すように、ロードセル３４の値は変化しない。
【００４６】
（自重加圧 ステップＳＴ０３）
次に、図６に示すように、枠体２４に接続されたヘッド２５の下面２５Ｓが、チップ部品４の上面４ｂに接触する。その後、Ｚ軸アクチュエータ２７がアクチュエータヘッド２９を接着位置Ｚｃまで下降させ停止する。接着位置Ｚｃにアクチュエータヘッド２９が停止している状態では、アクチュエータヘッド２９は、枠体２４の壁２４Ｕには接触していない。枠体２４は、ヘッド２５を介してチップ部品４により支えられている状態となる。すなわち、枠体２４の自重がチップ部品４の上面４ｂに付与されている状態となる。
【００４７】
（接着時間待機 ステップＳＴ０４）
ヘッド２５の下面２５Ｓに塗布されていた接着剤６は、チップ部品４の上面４ｂに貼り付き、ヘッド２５とチップ部品４は接着材６を介して接続されることになる。接着力を促進させるため、基板ステージ３１に設けてあるヒータ３５を所定の温度まで昇温する。その後、ヒータ３５をオフし、ポンプ３９を駆動し、導入孔３８を介して冷却孔３７よりエアーが基板ステージ３１に付与される。これにより、基板ステージ３１上の回路基板２が冷却される。エアーの吹き出しは基板ステージ３１に埋め込まれている温度センサ３６が所定の温度になるまで行われる。この段階で、ヘッド２５の下面２５Ｓと、チップ部品４の上面４ｂとの接着が完了した状態となる。
【００４８】
図１１のｔ０３〜ｔ０４に示すロードセル３４の値は、枠体２４の自重がチップ部品４にかかり始めてから接着材６の硬化が完了するまでの状態を示している。ロードセル３４の値は、自重圧力Ｆｊとなる。接着材６の硬化が完了すると、さらに、制御部５０に入力されているロードセル３４の信号を初期化する。具体的には、制御部５０で使用するロードセル３４の値を０（ゼロ）にする。
【００４９】
（接触点サーチ ステップＳＴ０５）
次に、図７に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させアクチュエータヘッド２９を上昇させる。アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触すると、枠体２４が引き上げられ、それに伴い接着されているチップ部品４も引き上げられ、ロードセル３４の検出信号に変化が生じる。具体的には、図１１のｔ０４〜ｔ０５における引き剥がし力の変化として検出される。予め設定されているトルク圧Ｆｔにロードセル３４の検出信号が達すると、アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触したと判断する。接着材６でヘッド２５の下面２５Ｓとチップ部品４の上面４ｂを接着しているので、接合面の厚みが接着のたびに微妙に変化する。そのため、ロードセル３４の検出信号を用いて、接着が完了した状態の枠体２４の位置を正確に測定する。アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに接触したと判断した位置を接触位置Ｚｓとする。接触位置Ｚｓで、Ｚ軸アクチュエータ２７の駆動を停止する。
【００５０】
（動作開始位置移動 ステップＳＴ０６）
次に、図８に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、Ｚ軸方向下側にアクチュエータヘッド２９を所定量下降させる。アクチュエータヘッド２９の降下した位置を助走開始位置Ｚｈとする。助走開始位置Ｚｈは、アクチュエータヘッド２９が、枠体２４の下側の壁２４Ｄに接触しない位置で、アクチュエータヘッド２９が枠体２４の壁２４Ｕに向けて所定の速度に加速できる位置となる。所定の速度への加速については後述する。
【００５１】
（動作開始 ステップＳＴ０７）
次に、図９に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７を駆動しボールねじ２８を回転させ、アクチュエータヘッド２９を枠体２４の壁２４Ｕに衝突させる。衝突すると、回路基板２とチップ部品４の接合部であるバンプ５と電極３に引き剥がし力が付与される。引き剥がし力は、回路基板２を保持している基板ステージを経由してロードセル３４で検出される。
【００５２】
このときのアクチュエータ２９の速度の変化を図１３に示す。図１３は、横軸を時間とし、縦軸を速度とした。図１３に示すように、アクチュエータヘッド２９は、ボールねじ２８の回転速度を上げることにより、停止状態（助走開始位置Ｚｈ）から加速時間Ｔａｃｃで所定の引き剥がし速度Ｖｈまで加速される。その後、保持時間Ｔｖだけ経過後、枠体２４の壁２４Ｕに衝突する。衝突後、測定時間Ｔｓだけ速度Ｖｈを維持し、その後、減速して停止する。このようにアクチュエータヘッド２９が動作するようにＺ軸アクチュエータ２７が制御されている。
【００５３】
測定時間Ｔｓにロードセル３４で測定された引き剥がし力の変化を、図１１のｔ０６からｔ０７に示す。測定された引き剥がし力のデータから、接合強度の良否判断を行う方法について、図１４のブロック図を用いて説明する。まず、回路基板２とチップ部品４の接合条件データ（加圧条件や加熱条件）を記憶部５１に記憶する（ブロックＢ０１）。次に、ステップＳＴ０７で測定した引き剥がし力の変化を記憶部５１に記憶する（ブロックＢ０２）。制御部５０では、記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値Ｆｐ（図１１のＦｐ）を計算し（ブロックＢ０３）、引き剥がしエネルギーＰｈ（図１１のＰｈ）を計算する（ブロックＢ０４）。また、測定された破断時間、破断曲線のデータ（ブロックＢ０５）は、記憶部５１に記憶する。記憶部５１には、同一の回路基板２毎に接合条件の異なる引き剥がし力の測定テータが蓄積される。これら、蓄積されたデータと、引き剥がし力の最大値Ｆｐと、引き剥がしエネルギーＰｈとからチップ部品４の接合状態の良否判断を行う（ブロックＢ０６）。良否判断結果に基づいて、回路基板４の生産時の接合条件を確定する（ブロックＢ０７）。
【００５４】
上述したように、チップ部品４と回路基板２を平行に保ち、チップ部品４を回路基板２のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、ロードセル２６でチップ部品４と回路基板２の接合強度を測定している。そのため、チップ部品４の個々のバンプ５に引き剥がし力を同じ条件で付与する環境を整えることができる。
【００５５】
そのため、個々のバンプ５の接合評価を精度良く行うことができる。このような測定結果に基づいて、チップ部品４と回路基板２の接合強度の良否判定を行っているので、最適な接合条件を求めることができる。
【００５６】
アクチュエータヘッド２９は、所定の速度Ｖｈに到達してから枠体２４の壁２４Ｕに衝突している。このような構成にすることにより、引き剥がし力の付与の条件は再現性のある状態になる。さらに、引き剥がし方法が、衝突による瞬間のせん断力を用いているので、チップ部品４と回路基板２の接合強度を正確に測定することができる。チップ部品４と回路基板２を停止状態のヘッド２５に徐々に引き剥がし力を付与して測定すると、破断の状態のバラツキにより再現性のある接合強度の測定が困難となる。本発明は、チップ部品４と回路基板２の平行度を一定して瞬間で破断を発生させているので、バンプ５と電極３にかかる接合強度を正確に測定することができる。
【００５７】
（運転終了 ステップＳＴ０８）
次に、図１０に示すように、Ｚ軸アクチュエータ２７が停止し、アクチュエータヘッド２９が引き剥がし終了位置Ｚｆで停止する。一連の回路基板２とチップ部品４との接合強度の測定作業が終了する。
【００５８】
回路基板２とチップ部品４の接合強度の測定は、接合条件毎に測定を行う。例えば、チップ部品２の接合加圧条件、加熱条件など、違ったサンプル毎に測定を行う。そして、測定された接合強度のデータに基づきステップＳＴ０７の方法を用いて最適な接合条件を求める。
【符号の説明】
【００５９】
１ 接合強度測定装置
２ 回路基板
３ 電極
４ チップ部品
４ａ チップ部品の側面
４ｂ チップ部品の上面
５ バンプ
５ａ 接合界面
６ 接着剤
７ パッド
８ 検査台
９ 爪
１０ 基台
１１ 支持板
２０ 引き剥がし部
２１ フレーム
２２ レール
２３ ガイド
２４ 枠体
２４Ｕ 枠体の上側で内側の壁
２４Ｄ 枠体の下側で内側の壁
２４Ｋ 枠体の開口部
２５ ヘッド
２５Ｓ ヘッドの下面
２６ ロードセル
２７ Ｚ軸アクチュエータ
２８ ボールねじ
２９ アクチュエータヘッド
３０ 基板固定部
３１ 基板ステージ
３１Ｕ 基板ステージの上部材
３１Ｄ 基板ステージの下部材
３２ 基板クランプ治具
３３ ２軸ステージ
３４ ロードセル
３５ ヒータ
３６ 温度センサ
３７ 冷却孔
３８ 導入孔
３９ ポンプ
４０ Ｘ軸ゴニオステージ
４１ Ｙ軸ゴニオステージ
４２ Ｘ軸ロックシリンダ
４３ Ｙ軸ロックシリンダ
５０ 制御部
５１ 記憶部
５２ 演算部
５３ 入出力部
５４ インターフェース部
Ｚｔ 待機位置
Ｚｃ 接着位置
Ｚｓ 接触位置
Ｚｈ 助走開始位置
Ｚｆ 引き剥がし終了位置
Ｖｈ 引き剥がし速度
Ｔａｃｃ 加速時間
Ｔｖ 保持時間
Ｔｓ 測定時間
Ｐｈ 引き剥がしエネルギー
Ｆｐ 引き剥がし力の最大値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板ステージに保持された回路基板の電極に、チップ部品が複数のバンプを介して接合されており、このチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、
前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、
前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、
回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、
を備えた接合強度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記引き剥がし力付与手段が、
前記引き剥がしヘッドの設けられた枠体と、枠体内部を移動し枠体の内壁に衝突する重量物と、重量物を移動させる駆動手段とから構成され、
前記引き剥がしヘッドに設けられた枠体に、加速された重量物が衝突することにより発生する力を、前記引き剥がしヘッドに付与する構成である接合強度測定装置。
【請求項３】
チップ部品が接合された回路基板を基板ステージに保持し、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、
前記引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、
引き剥がしヘッドまたは基板ステージに設けられた引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、
回路基板にチップ部品を接合した接合条件データを記憶する工程と、
前記引き剥がし力測定手段で測定された引き剥がし力の変化を記憶する工程と、
記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値と、引き剥がしエネルギーを計算する工程と、
回路基板のチップ部品の接合条件毎に、前記引き剥がし力と、前記引き剥がし力の最大値と、前記引き剥がしエネルギーとを蓄積し、蓄積されたデータから回路基板とチップ部品の接合状態の良否判断を行う工程と、
を含む接合強度測定方法。
【請求項１】
基板ステージに保持された回路基板の電極に、チップ部品が複数のバンプを介して接合されており、このチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定装置であって、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着材を介して接続されるチップ部品を引き剥がす引き剥がしヘッドと、
前記引き剥がしヘッドに、引き剥がし力を付与する引き剥がし力付与手段と、
前記引き剥がし力を測定する、引き剥がし力測定手段と、
回路基板とチップ部品の平行度を維持したまま、前記引き剥がし力が付与される回路基板を保持する平行度調整機構と、
を備えた接合強度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記引き剥がし力付与手段が、
前記引き剥がしヘッドの設けられた枠体と、枠体内部を移動し枠体の内壁に衝突する重量物と、重量物を移動させる駆動手段とから構成され、
前記引き剥がしヘッドに設けられた枠体に、加速された重量物が衝突することにより発生する力を、前記引き剥がしヘッドに付与する構成である接合強度測定装置。
【請求項３】
チップ部品が接合された回路基板を基板ステージに保持し、
チップ部品の回路基板に接合する面と対向する面に、接着剤を介してチップ部品を回路基板から引き剥がす引き剥がしヘッドを接着し、
前記引き剥がしヘッドに回路基板のチップ接合面に対して垂直方向に引き剥がし力を付与し、
引き剥がしヘッドまたは基板ステージに設けられた引き剥がし力測定手段でチップ部品と回路基板の接合強度を測定する接合強度測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、
回路基板にチップ部品を接合した接合条件データを記憶する工程と、
前記引き剥がし力測定手段で測定された引き剥がし力の変化を記憶する工程と、
記憶された引き剥がし力のデータから引き剥がし力の最大値と、引き剥がしエネルギーを計算する工程と、
回路基板のチップ部品の接合条件毎に、前記引き剥がし力と、前記引き剥がし力の最大値と、前記引き剥がしエネルギーとを蓄積し、蓄積されたデータから回路基板とチップ部品の接合状態の良否判断を行う工程と、
を含む接合強度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２３８９０５（Ｐ２０１０−２３８９０５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５０８２（Ｐ２００９−８５０８２）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]