JP2012078248A - 半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の信頼性の向上を図る。
【解決手段】ＢＧＡ（半導体装置）の平坦度検査において、常温での平坦度の（＋）方向の許容範囲が（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格を形成し、前記平坦度規格を用いて常温での半導体装置の平坦度検査を行って実装良品／実装不良品を判定することにより、リフロー実装等の際の加熱時のパッケージ反りに起因する実装不良を低減してＢＧＡの信頼性の向上を図るとともに、より実装状態を考慮した基板タイプの半導体装置の平坦度管理を行う。
【選択図】図１１

Description

本発明は、半導体装置の検査技術に関し、特に、基板タイプの半導体装置に適用して有効な技術に関する。

ボールグリッドアレイ半導体装置の基板の中央部を、半導体チップを搭載した面と反対側の面方向に凸に反らせて実装基板上の電極とはんだバンプとを電気的に接続する技術が、例えば、特開２００５−２２９１３７号公報（特許文献１）に記載されている。

また、バンプ付きの部品の反り変形状態を示す反り変形量を求め、この反り変形量を予め設定されたしきい値と比較することにより、バンプ付きの部品の反り変形状態の良否判定を行う技術が、例えば、特開２００９−２７７９７１号公報（特許文献２）に記載されている。

特開２００５−２２９１３７号公報 特開２００９−２７７９７１号公報

半導体チップを搭載した半導体装置は、構造上、大きく２つのタイプに分けられる。

１つは、リードフレームのタブ（チップ搭載部）上に半導体チップが搭載され、タブの両側の面に樹脂から成る封止体が形成されるラミネート構造のものであり、もう１つは、配線基板上に半導体チップが搭載され、配線基板の半導体チップが搭載された面側のみに樹脂から成る封止体が形成されるバイメタル構造のものである。つまり、タブの両面側に封止体が形成されるラミネート構造と、基板等の半導体チップが搭載された片方の面側のみに封止体が形成されるバイメタル構造である。

なお、これらの構造の半導体装置では、実装基板等への実装上、外部端子（例えば、アウタリードや半田ボール等）の平坦度が非常に重要となる。ここで、外部端子の平坦度は、実装基板と外部端子とを電気的に接続するための半田との接触、外部端子の表面活性を行って半田が濡れることができる面を形成しなければならない、基板が加熱された際の受熱による各外部端子（例えば、半田ボール）の温度上昇の均一化等が理由となって必要性が高まっている。

その結果、半導体装置の平坦度検査としては、常温時の外部端子の平坦度や加熱時のパッケージ反り挙動が重要となる。

なお、前記ラミネート構造の半導体装置では、半導体チップを含むタブの表裏両面側に樹脂製の封止体が形成されているため、封止体とリードフレームとで熱膨張係数（α）は異なるものの、同じ熱膨張係数の封止体によってリードフレームが挟まれた構造であるため、加熱時のパッケージ本体の反りは極めて小さく、実装上問題には至らない。

しかしながら、前記バイメタル構造の半導体装置では、封止体と半導体チップを含む配線基板とで熱膨張係数が異なる上、隣接した部材がそれぞれの熱膨張係数で伸縮するため、加熱時にパッケージ本体で反りが発生する。

そこで、本発明者は、バイメタル構造の一例として、外部端子が半田ボールのＢＧＡ（Ball Grid Array)を取り上げ、ＢＧＡにおける配線基板の反りと、半田ボールの平坦度と、実装における半田ブリッジの発生について検討を行った。

図１７及び図１８は、常温における比較例の平坦度測定方法を示す図であり、図１７は配線基板２がそのボール面を下に向けて基板中央が上方に向かって反った状態（以降、この方向の反りを「上に凸」と呼ぶ（ＣＯＮＶＥＸ））でのボール平坦度の測定方法を示すものであり、図１８は配線基板２がそのボール面を下に向けて基板中央が下方に向かって反った状態（以降、この方向の反りを「下に凸」と呼ぶ（ＣＯＮＣＡＶＥ））でのボール平坦度の測定方法を示すものである。

ここで、図１７に示すように、配線基板２の下面２ｂを下に向けて上に凸となるように配線基板２が反る場合の凸側に向かう方向を（＋）方向とし、配線基板２の下面２ｂを下に向けて下に凸となるように配線基板２が反る場合の凸側に向かう方向を（−）方向とすると、従来の常温での平坦度測定では、図１７及び図１８の何れの反り状態であっても、ボール平坦度は、ボール平坦度＝｜ＭＡＸボール高さ−Ｍｉｎボール高さ｜によって表される。すなわち、ボール平坦度は、ＭＡＸボール高さ−Ｍｉｎボール高さの絶対値によって表されており、反りの（＋）、（−）の方向は測定されたボール平坦度に反映されていない。

また、図１９は、比較例の実装良品と実装不良品における温度と反りの関係（加熱反りの挙動）を示したものであり、Ａ，Ｂは実装良品（反りが下に凸）、Ｃ，Ｄは実装不良品（反りが上に凸）の場合を示している。

図１９からわかるように、実装良品（Ａ，Ｂ）では、温度変化に対して反り形状が反転しており、結果的にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとも加熱反りの挙動は、常温値からシフトさせたデータと略同じ挙動を示していることがわかる。

なお、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはボール平坦度の判定では全て良品と判定されたものであるが、Ｃ，Ｄは、Ｅ部に示す箇所でパッケージ反りが大きく半田ブリッジを発生させて不良品に至ったものである。

そこで、図２０は、比較例のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの実装評価の結果を示すものであり、反りが下に凸のＡ，Ｂでは、１７０℃〜２４０℃全ての温度でＯＫであるのに対して、反りが上に凸のＣ，Ｄでは、２３０℃と２４０℃の時に半田ブリッジが発生して不良品という判定に至った。

以上のように本発明者は、パッケージ反りが、特に上に凸の形態の製品では、常温のボール平坦度測定（ＪＥＤＥＣ規格による）で良品と判定されたものであっても、実装基板等への実装時の加熱時に半田ブリッジが発生するという課題を新たに見出した。

これにより、半導体装置の信頼性が低下するという課題も起こる。

なお、前記特許文献１（特開２００５−２２９１３７号公報）及び前記特許文献２（特開２００９−２７７９７１号公報）には、パッケージ反りによる実装問題を挙げた技術が開示されている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる技術を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、半導体装置の実装不良の低減化を図ることができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

代表的な実施の形態による半導体装置の検査方法は、配線基板上に半導体チップが搭載されて成る半導体装置の検査方法であり、（ａ）前記配線基板の前記半導体チップが搭載された上面と反対側の下面に複数の外部端子が設けられた前記半導体装置を準備する工程と、（ｂ）前記複数の外部端子の平坦度を測定して前記半導体装置の良品／不良品を判定する検査を行う工程と、を有している。さらに、前記（ｂ）工程では、前記配線基板の前記下面を下に向けて上に凸となるように前記配線基板が反る場合の凸側への方向を（＋）方向とし、前記配線基板の前記下面を下に向けて下に凸となるように前記配線基板が反る場合の凸側への方向を（−）方向とした際に、前記平坦度の前記（＋）方向の許容範囲が前記平坦度の前記（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格を形成し、前記平坦度規格を用いて前記半導体装置の検査を行う。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

半導体装置に熱応力がかかった際のパッケージ反りに起因する実装不良を低減することができ、半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態の半導体装置の検査方法によって検査される半導体装置の構造の一例を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の実装構造の一例を示す部分断面図である。 図１に示す半導体装置の裏面側の構造の一例を示す裏面図である。 図１に示す半導体装置の反り状態（上に凸）の一例を示す側面図である。 図１に示す半導体装置の反り状態（下に凸）の一例を示す側面図である。 本発明の実施の形態の半導体装置の検査における常温平坦度の規格形成方法の一例を示すフロー図である。 図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図である。 図７に示す平坦度の測定方法におけるレーザーの検知方法の一例を示す概念図である。 図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図である。 図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図である。 図６に示すフローの加熱反り測定の方法の一例を示す概念図である。 図６に示すフローの加熱ピークにおける規格値−測定値の求め方の一例を示す概念図である。 図６に示すフローの加熱ピークにおける規格値−測定値の求め方の一例を示す概念図である。 図１３の概念図を用いてリフロー温度ごとに求めた平坦度規格の一例を示すデータ図である。 図６に示す常温平坦度の規格形成方法における実測による平坦度規格の形成方法の一例を示す概念図である。 図６に示す常温平坦度の規格形成方法におけるＪＥＩＴＡ規格による平坦度規格の形成方法の一例を示す概念図である。 比較例の常温における平坦度測定方法（上に凸反り）を示す側面図である。 比較例の常温における平坦度測定方法（下に凸反り）を示す側面図である。 比較例のテスト品（実装良品と実装不良品）における温度と反りの関係（加熱反りの挙動）を示した概念図である。 図１９に示す比較例のテスト品における実装評価の結果を示すデータ図である。

以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態の半導体装置の検査方法によって検査される半導体装置の構造の一例を示す断面図、図２は図１に示す半導体装置の実装構造の一例を示す部分断面図、図３は図１に示す半導体装置の裏面側の構造の一例を示す裏面図、図４は図１に示す半導体装置の反り状態（上に凸）の一例を示す側面図、図５は図１に示す半導体装置の反り状態（下に凸）の一例を示す側面図である。

本実施の形態の半導体装置は、配線基板上に半導体チップが搭載され、かつ配線基板の半導体チップ搭載側の面に封止体が形成されるとともに、半導体チップ搭載側の面と反対側の面に複数の外部端子が設けられたバイメタル構造のものである。すなわち、本実施の形態の半導体装置においては、配線基板の上下面のうち片側の面のみに封止体が形成されており、したがって、前記半導体装置は配線基板の片方の面側のみに封止体が形成された樹脂封止型のものである。なお、本実施の形態では、前記半導体装置の一例として外部端子が半田ボールのＢＧＡ１を取り上げて説明する。

図１に示すＢＧＡ１の構造について説明すると、配線リードを有する配線基板（ＢＧＡ基板もしくはパッケージ基板等ともいう）２の上面２ａ上にダイボンド材を介して搭載された半導体チップ４を有するものであり、半導体チップ４の主面４ａに形成された表面電極である電極パッド４ｃと配線基板２の上面２ａのボンディングリード２ｃとが複数のワイヤ５によって電気的に接続されている。

すなわち、ＢＧＡ１はワイヤボンディングタイプでもあるため、半導体チップ４はその主面４ａを上方に向けてフェイスアップ実装で配線基板２上に搭載されている。したがって、配線基板２の上面２ａと半導体チップ４の裏面４ｂとがダイボンド材を介して接合されている。

また、半導体チップ４と複数のワイヤ５が配線基板２の上面２ａ上において封止用樹脂から成る封止体３によって樹脂封止されている。すなわち、ＢＧＡ１は、バイメタル構造であるため、配線基板２の上下面のうち片方の上面２ａ側にのみ封止体３が形成されている。

一方、図３に示すように、配線基板２の下面２ｂ側には、外部端子となる複数の半田ボール６がグリッド状（格子状）に並んで設けられている。

ここで、配線基板２は、例えば、配線部やボンディングリード２ｃ等の導体部以外の箇所は、樹脂から成る樹脂基板である。なお、ボンディングリード２ｃを含む配線部は、例えば、銅合金から成る。

また、配線基板２の上面２ａ上に形成された封止体３は、封止用樹脂から成り、例えば、エポキシ系樹脂から成る。

したがって、配線基板２は樹脂基板であるが、配線部やボンディングリード２ｃ等の銅合金部分を有しているため、配線基板２の熱膨張係数（α）と封止体３の熱膨張係数（α）とで両者は異なっており、封止体３の熱膨張係数（α）の方が大きい。

これにより、ＢＧＡ１の加熱時（リフロー等でＢＧＡ１に熱がかかった際）には、バイメタル構造であるＢＧＡ１では、封止体３側の方が配線基板２よりも大きく伸びようとするため、図４に示すような上に凸のパッケージ反り状態になり易い。すなわち、ＢＧＡ１では、下面２ｂ（半田ボール面側）を下に向けた状態で上に凸となるようにパッケージ反りが起こり易い。

また、図２はＢＧＡ１の実装構造を示しており、ＢＧＡ１が実装基板７上に半田実装されている。すなわち、ＢＧＡ１が半田８を介して実装基板７上に実装され、実装基板７の端子７ａと電気的に接続されている。

次に、本実施の形態の半導体装置の検査方法について説明する。

まず、配線基板２の半導体チップ４が搭載された上面２ａと反対側の下面２ｂに複数の外部端子である半田ボール６が設けられた図１に示すＢＧＡ１を準備する。

その後、ＢＧＡ１の下面２ｂに設けられた複数の半田ボール６の平坦度を測定してＢＧＡ１の良品／不良品を判定する検査を行う。

前記検査では、まず、配線基板２の下面２ｂを下に向けて上に凸となるように配線基板２が反っている場合（図４参照）の凸側への方向を（＋）方向とし、配線基板２の下面２ｂを下に向けて下に凸となるように配線基板２が反っている場合（図５参照）の凸側への方向を（−）方向とする。その際、平坦度の前記（＋）方向の許容範囲が平坦度の前記（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格を形成する。

ここで、前記平坦度規格の形成方法について説明する。

図６は本発明の実施の形態の半導体装置の検査における常温平坦度の規格形成方法の一例を示すフロー図、図７は図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図、図８は図７に示す平坦度の測定方法におけるレーザーの検知方法の一例を示す概念図、図９は図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図、図１０は図６に示すフローの平坦度の測定方法の一例を示す断面図である。

まず、図６に示す常温平坦度の形成方法におけるステップＳ１の平坦度測定を行う。本実施の形態の平坦度（常温）の測定では、コプラナリティの判定に（＋）（−）の方向性を持たせたことが特徴である。

なお、（＋）（−）の方向に関しては、ＪＥＤＥＣ規格に準拠するものとする。すなわち、図４に示すように、配線基板２の下面（ボール面）２ｂを下に向けて上に凸（ＣＯＮＶＥＸ）となるように配線基板２が反っている場合のボール面側から凸側に向かう方向を（＋）方向とする。これに対して、図５に示すように、配線基板２の下面（ボール面）２ｂを下に向けて下に凸（ＣＯＮＣＡＶＥ）となるように配線基板２が反っている場合のボール面と反対の面側から凸側に向かう方向を（−）方向とする。

その際、（＋）方向と（−）方向の判定は、ＢＧＡ１の半田ボール６の高さのうち、ＭＡＸ高さの半田ボール６の位置とＭＩＮ高さの半田ボール６の位置によって判定する。例えば、図３の２点鎖線Ｆによって囲まれた四角形の外側の領域を第１エリア（外周部）２ｄとし、２点鎖線Ｆによって囲まれた四角形の内側の領域を第２エリア（中央部）２ｅとして、平坦度測定により、ＭＡＸ高さの半田ボール６の位置が第１エリア２ｄで、かつＭＩＮ高さの半田ボール６の位置が第２エリア２ｅに存在している場合には、図４に示す反り方向、すなわち、上に凸の方向となる。

一方、平坦度測定により、ＭＡＸ高さの半田ボール６の位置が第２エリア２ｅで、かつＭＩＮ高さの半田ボール６の位置が第１エリア２ｄに存在している場合には、図５に示す反り方向、すなわち、下に凸の方向となる。

なお、（＋）（−）の方向の判定で使用する位置ボール（半田ボール６）の数は、例えば、１つでもよいが、より高精度な測定を行うためには、複数の位置ボールを用いて判定することが好ましい。

次に、図７〜図１０を用いて平坦度の具体的な測定方法について説明する。

ここでは、一例としてレーザー式による平坦度の測定方法について説明する。

その際、全ての半田ボール６のそれぞれにレーザー１０ａを照射して平坦度を測定する。まず、図７に示すようにＢＧＡ１における全ての半田ボール６の頂点の高さを測定する。具体的には、ＢＧＡ１の封止体３の表面を吸着ブロック９によって吸着保持し、吸着ブロック９を左右（もしくは前後等）に移動させて全ての半田ボール６にレーザー１０ａを照射して全ての半田ボール６の頂点の高さを測定する。レーザー１０ａは、レーザー発振部１０から発振され、図８に示すように半田ボール６に照射された後、反射して戻って来たレーザー１０ａをレーザー受光部１１で受光する。

この時、反射したレーザー１０ａのズレ量Ｐを検知することで各半田ボール６の高さを測定する。

その後、図９に示すように平坦度測定の基準面となるデータム平面Ｑを算出する。ここでは、全ての半田ボール６の頂点の高さの測定データから最小２乗平面Ｒを算出して最下点ボールＵの頂点に合わせる。すなわち、算出した最小２乗平面Ｒを最下点ボールＵの頂点に接するように平行移動しこれをデータム平面（基準面）Ｑとする。

その後、図１０に示す平坦度Ｂを算出する。ここでは、データム平面Ｑと最上点ボールＶの頂点Ｓとの距離を算出し、この距離が平坦度Ｂ、すなわち、常温平坦度データＢとなる。

なお、本実施の形態では、図７〜図１０に示す常温（初期）の平坦度Ｂの測定に、図３〜図５に示した（＋）（−）の方向を持たせている。

その後、図６のステップＳ２に示すボール削除を行う。ここでは、ＢＧＡ１の全ての半田ボール６を取り除く。

その後、ステップＳ３に示す加熱反り測定を行う。

ここで、図１１は図６に示すフローの加熱反り測定の方法の一例を示す概念図、図１２は図６に示すフローの加熱ピークにおける規格値−測定値の求め方の一例を示す概念図、図１３は図６に示すフローの加熱ピークにおける規格値−測定値の求め方の一例を示す概念図である。さらに、図１４は図１３の概念図を用いてリフロー温度ごとに求めた平坦度規格の一例を示すデータ図、図１５は図６に示す常温平坦度の規格形成方法における実測による平坦度規格の形成方法の一例を示す概念図、図１６は図６に示す常温平坦度の規格形成方法におけるＪＥＩＴＡ規格による平坦度規格の形成方法の一例を示す概念図である。

前記加熱反り測定では、半田ボール６を取り除いたＢＧＡ１におけるパッケージ反りデータ（常温）Ｃとパッケージ反りデータ（ピーク温度）Ｄのそれぞれのデータを取得（測定）する。すなわち、常温（初期）とピーク温度それぞれでのパッケージ反りを測定する。なお、図１１に示すように、常温でのパッケージ反りデータＣは、ステップＳ１の平坦度測定で測定した常温平坦度データＢと同じ数値である。図１１は、ピーク温度のパッケージ反りデータをＪＥＤＥＣ規格に合わせる場合の加熱反りの挙動のデータであり、その挙動は、規格値から（Ａ−Ｄ）をシフトしたものとなる。

ステップＳ３のパッケージ反りの測定方法は、例えば、図７〜図１０に示すレーザー方式と同様にレーザー変位計による測定方法、あるいは画像を使用した等高線観察測定方法等を用いることが好ましい。すなわち、加熱サンプルを測定する場合は、熱の影響を極力抑えるために非接触で測定することが必要であり、したがって、レーザー変位計で測定する方法や、干渉縞（画像）による等高線観察測定方法（モアレ方式）等を採用することが好ましい。

その後、図６のステップＳ４に示す加熱ピークにおける規格値Ａ−測定値を行う。例えば、図１１において、〔加熱反りＪＥＤＥＣ規格のピーク値（規格値）Ａ〕−〔ピーク温度の平坦度の測定値Ｄ〕を計算する（Ａ−Ｄ）。

その後、ステップＳ５に示す常温平坦度の規格決定を行う。ここでは、常温平坦度データＢ＋（加熱反りＪＥＤＥＣ規格のピーク値（規格値）Ａ−ピーク値（測定値）Ｄ）を計算する（Ｂ＋（Ａ−Ｄ））。ただし、常温平坦度データＢは、常温でのパッケージ反りデータＣと同じ数値であるため、常温でのパッケージ反りデータＣ＋（加熱反りＪＥＤＥＣ規格のピーク値（規格値）Ａ−ピーク値（測定値）Ｄ）を計算しても同様の結果となる（Ｃ＋（Ａ−Ｄ））。

図１１に示すように、このＢ＋（Ａ−Ｄ）が本実施の形態で採用する新たな平坦度の規格の許容範囲Ｔにおける（＋）方向の上限値である。

したがって、本実施の形態で採用する新たな平坦度の規格の許容範囲Ｔは、下限がＪＥＤＥＣ規格の平坦度規格の下限値であり、上限値がＢ＋（Ａ−Ｄ）となる。すなわち、新たな平坦度の規格の許容範囲Ｔは、下限はＪＥＤＥＣ規格と同じであり、一方、上限をＪＥＤＥＣ規格より狭くした範囲となっている。

言い換えると、平坦度の（＋）方向の許容範囲が（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格である。

この新たに形成した常温の平坦度規格を用いてＢＧＡ１の検査を行い、良品／不良品の判定を行う。

次に、図１２及び図１３を用いて、ピーク温度のパッケージ反りデータを、半田ブリッジ（ブリッジ）発生の実装不良品による実測データから算出する場合について説明する。図２０に示すように、半田ブリッジは温度が２３０℃と２４０℃のところで発生している。したがって、コプラナリティ規格内での加熱反りを示し、かつ実装後に実装不良（半田ブリッジ発生）に至った実装不良品を測定して得た図１２に示すパッケージ反りデータＪを用い、２３０℃でのパッケージ反りを調べると０．３２ｍｍであることがわかる。

なお、図１２は、常温でのＪＥＤＥＣ規格のコプラナリティ規格の±０．２ｍｍを基に前記パッケージ反りデータＪを振り分けたデータである。

また、図１３は、前記パッケージ反りデータＪを用いて各リフロー温度（２２０℃、２３０℃、２４０℃）ごとにパッケージ反りデータのピーク値が０．３２ｍｍとなるようにパッケージ反りデータＪをシフトさせたデータであり、これによって、コプラナリティ規格の一例を算出すると、図１４に示すデータとなる（ＪＥＤＥＣ規格の平坦度（コプラナリティ規格）を±０．２ｍｍとして）。

すなわち、リフロー温度が２２０℃ＭＡＸの時に、コプラナリティ規格（平坦度規格Ｔ）は、−２００μｍ（−０．２ｍｍ）以上＋１５０μｍ（０．１５ｍｍ）以下となる。

同様に、リフロー温度が２３０℃ＭＡＸの時に、コプラナリティ規格（平坦度規格Ｔ）は、−２００μｍ（−０．２ｍｍ）以上＋１００μｍ（０．１ｍｍ）以下、リフロー温度が２４０℃ＭＡＸの時に、コプラナリティ規格（平坦度規格Ｔ）は、−２００μｍ（−０．２ｍｍ）以上＋５０μｍ（０．０５ｍｍ）以下となる。

次に、本実施の形態の半導体装置の検査における常温の平坦度規格（平坦度規定）Ｔの決定方法について、具体例を用いて説明する。

なお、検査条件は、例えば、ＪＥＤＥＣ規格のコプラナリティ規格（平坦度規格）は±２００μｍ（０．２ｍｍ）、被検査物であるＢＧＡ１のバンプピッチが１ｍｍ、ＢＧＡ１の大きさが３５ｍｍ×３５ｍｍ等である。また、半田ボール６用半田として共晶半田を用いた場合であるが、Ｐｂフリー半田を用いた場合には、ＪＥＤＥＣ規格のコプラナリティ規格は±２００μｍの範囲より狭い範囲となる。

図１５は、実測による平坦度規格（平坦度規定）Ｔを示しており、実装不良品Ｊのデータによってリフロー温度２３０℃の場合のブリッジ発生に至るパッケージ反り値（ピーク値：Ａ）は、０．３２ｍｍである。

また、被検査物ｋのデータによって常温平坦度の測定値Ｂは、−０．０７ｍｍであり、さらに、被検査物ｋのパッケージ反りデータ（ピーク温度：Ｄ）は、０．１５ｍｍである。

これにより、Ｂ＋（Ａ−Ｄ）を計算すると、Ｂ＋（Ａ−Ｄ）＝−０．０７ｍｍ＋（０．３２ｍｍ−０．１５ｍｍ）＝０．１ｍｍとなる。

したがって、ＪＥＤＥＣ規格の平坦度規格が±２００μｍ（０．２ｍｍ）であるため、２３０℃ＭＡＸにおける実測による常温の平坦度規格Ｔは、Ｔ＝−０．２ｍｍ以上＋０．１ｍｍ以下となる。

また、図１６は、加熱反り規格による平坦度規格（平坦度規定）Ｔを示しており、ＪＥＩＴＡ規格の加熱反り規格のピーク値Ａは、０．２２ｍｍである。

また、被検査物Ｌのデータによって常温平坦度の測定値Ｂは、−０．０７ｍｍであり、さらに、被検査物Ｌのパッケージ反りデータ（ピーク温度：Ｄ）は、０．１５ｍｍである。

これにより、Ｂ＋（Ａ−Ｄ）を計算すると、Ｂ＋（Ａ−Ｄ）＝−０．０７ｍｍ＋（０．２２ｍｍ−０．１５ｍｍ）＝０となる。

したがって、ＪＥＤＥＣ規格の平坦度規格が±２００μｍ（０．２ｍｍ）であるため、２３０℃ＭＡＸにおける加熱反り規格による常温の平坦度規格Ｔは、Ｔ＝−０．２ｍｍ以上０以下となる。

図１５及び図１６の両方の具体例とも、平坦度の（＋）方向の許容範囲が（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格Ｔとなっている。

本実施の形態の半導体装置の検査方法によれば、平坦度の（＋）方向の許容範囲が（−）方向の許容範囲に比べて小さい常温の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の平坦度検査（測定）を行うことにより、ＢＧＡ１に熱応力がかかった際（加熱時）のパッケージ反りに起因する実装不良を低減することができる。

すなわち、ＢＧＡ１の出荷後、ユーザ等での実装基板７への実装時に熱応力がかかった際にもパッケージ反りによる実装不良の発生を低減することができる。

その結果、ＢＧＡ１の信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の検査を行うことで、より実装の状態を考慮したＢＧＡ１の平坦度管理を行うことができる。

また、平坦度規格Ｔを決定する際の常温平坦度の測定において、（＋）方向と（−）方向の判定を行う際に、基板のエリア分けを行って、ＭＡＸ高さの半田ボール６の位置とＭＩＮ高さの半田ボール６の位置によって判定することで、（＋）方向の反りか、（−）方向の反りかを容易に判定することができる。

また、本実施の形態の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の検査を行うことで、配線基板２がその下面２ｂを下に向けて上に凸となるように反っている場合であっても、常温の平坦度測定で高い精度で良品／不良品を振り分けることができ、ＢＧＡ１の実装信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の検査を行うことで、配線基板２の上面２ａに樹脂製の封止体３が形成されているバイメタル構造のＢＧＡ１であっても、パッケージ反りに起因するＢＧＡ１の実装不良を低減することができる。

また、本実施の形態の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の検査を行うことで、配線基板２の熱膨張係数（α）と封止体３の熱膨張係数（α）が異なっている構造のＢＧＡ１であっても、前記同様にパッケージ反りに起因するＢＧＡ１の実装不良を低減することができる。

また、本実施の形態の平坦度規格Ｔを用いてＢＧＡ１の検査を行うことで、半田ボール６にＰｂフリー半田を用いて半田融点がさらに高くなった場合においても、前記同様にパッケージ反りに起因するＢＧＡ１の実装不良を低減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記実施の形態では、半導体装置がＢＧＡ１の場合を一例として説明したが、前記半導体装置は、配線基板２上に半導体チップ４が搭載された構造の半導体装置であれば、パッケージサイズやピン数に関係なく他の半導体装置であってもよい。

また、前記実施の形態では、その常温平坦度の規格決定の常温平坦度の測定（ステップＳ１）において、パッケージ反り方向が（＋）方向か、もしくは（−）方向かの判定を行う際に、配線基板２の下面２ｂの外周部を第１エリア２ｄとし、中央部を第２エリア２ｅとする場合を説明したが、中央部を第１エリア２ｄとし、外周部を第２エリア２ｅとしてもよい。

本発明は、基板を有する電子装置の検査に好適である。

１ ＢＧＡ（半導体装置）
２ 配線基板
２ａ 上面
２ｂ 下面
２ｃ ボンディングリード
２ｄ 第１エリア（外周部）
２ｅ 第２エリア（中央部）
３ 封止体
４ 半導体チップ
４ａ 主面
４ｂ 裏面
４ｃ 電極パッド
５ ワイヤ
６ 半田ボール（外部端子）
７ 実装基板
７ａ 端子
８ 半田
９ 吸着ブロック
１０ レーザー発振部
１０ａ レーザー
１１ レーザー受光部

Claims (11)

1. 配線基板上に半導体チップが搭載されて成る半導体装置の検査方法であって、
   （ａ）前記配線基板の前記半導体チップが搭載された上面と反対側の下面に複数の外部端子が設けられた前記半導体装置を準備する工程と、
   （ｂ）前記複数の外部端子の平坦度を測定して前記半導体装置の良品／不良品を判定する検査を行う工程と、
   を有し、
   前記（ｂ）工程では、前記配線基板の前記下面を下に向けて上に凸となるように前記配線基板が反る場合の凸側への方向を（＋）方向とし、前記配線基板の前記下面を下に向けて下に凸となるように前記配線基板が反る場合の凸側への方向を（−）方向とした際に、前記平坦度の前記（＋）方向の許容範囲が前記平坦度の前記（−）方向の許容範囲に比べて小さい平坦度規格を形成し、前記平坦度規格を用いて前記半導体装置の検査を行うことを特徴とする半導体装置の検査方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の検査方法において、前記（ｂ）工程では、前記複数の外部端子のそれぞれにレーザーを照射して前記平坦度を測定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
3. 請求項２記載の半導体装置の検査方法において、前記外部端子は、半田ボールであることを特徴とする半導体装置の検査方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の検査方法において、前記（＋）方向と前記（−）方向の判定は、ＭＡＸ高さの前記半田ボールの位置とＭＩＮ高さの前記半田ボールの位置によって判定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
5. 請求項４記載の半導体装置の検査方法において、前記配線基板の前記下面を中央部と前記中央部の外側の外周部とに分けて、それぞれの箇所で前記ＭＡＸ高さの前記半田ボールと前記ＭＩＮ高さの前記半田ボールのどちらが存在しているかを検知し、この検知結果によって前記配線基板の反り方向が前記上に凸か前記下に凸かを判定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
6. 請求項４記載の半導体装置の検査方法において、前記配線基板は、樹脂基板であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
7. 請求項６記載の半導体装置の検査方法において、前記配線基板は、前記下面を下に向けて前記上に凸となるように反っていることを特徴とする半導体装置の検査方法。
8. 請求項７記載の半導体装置の検査方法において、前記（＋）方向の前記平坦度の前記許容範囲の上限値は、前記半導体装置の常温での前記平坦度の測定値をＢとし、前記半導体装置のピーク温度での前記平坦度の測定値をＤとし、前記半導体装置の加熱ピークにおける規格値をＡとすると、Ｂ＋（Ａ−Ｄ）で表されることを特徴とする半導体装置の検査方法。
9. 請求項８記載の半導体装置の検査方法において、前記配線基板の前記上面に樹脂製の封止体が形成されていることを特徴とする半導体装置の検査方法。
10. 請求項９記載の半導体装置の検査方法において、前記封止体は、エポキシ系樹脂から成ることを特徴とする半導体装置の検査方法。
11. 請求項１０記載の半導体装置の検査方法において、前記配線基板の熱膨張係数と前記封止体の熱膨張係数は異なっていることを特徴とする半導体装置の検査方法。

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