JP2004340973A - 接合工程のリアルタイムモニタリングシステム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合工程のリアルタイムモニタリングシステム及びその方法を提供する。
【解決手段】 試片に光線を照射する光源と、試片に熱を加える加熱装置と、試片の温度を検出する温度検出装置と、試片を通過した光線を検出して映像信号に変換する光線検出装置と、映像信号を受信して出力し、光源及び加熱装置を制御する信号を送信する制御装置と、を含むリアルタイムモニタリングシステム。
【選択図】 図２

Description

本発明は接合工程のモニタリングシステム及びその方法に係り、より詳細には接合工程をリアルタイムでモニタリングできるモニタリングシステム及びその方法に関する。

一般的に接合工程を行う場合、あらゆる工程が完了した後にＸ線や超音波顕微鏡などを利用して接合部位を検査する。この場合、リアルタイムで行う検査に比べて試片の検査が容易な利点があるが、あらゆる工程が終了した後に検査結果を得るため、不良が発生した場合に迅速に対処できず、工程実行中に不良発生の原因を除去することができない。このような問題点を解決するために工程過程をモニタリングする装置が要求される。

図１は、特許文献１に開示されたＸ線検査システムを含むＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）アセンブリを概略的に示す図面である。
図１を参照すれば、１０は全体アセンブリシステムを示し、１２は加熱手段、１４は上部加熱板、１６は下部加熱板、１８はＢＧＡパッケージ、２０は回路ボード、２２はＸ線チューブ、２３はビームリミッター、２４はＸ線、２６は蛍光イメージング手段、２８は出力イメージ、３０はミラー、３２はビデオカメラシステム、３４はレンズ、３６はエキステンダー、３８はカメラボディ、４０はビデオイメージ、４２はビデオモニタを示す。

Ｘ線チューブ２２から放出されたＸ線２４は、ビームリミッター２３により回路ボード２０と接触しているＢＧＡパッケージ１８に焦点を合わせるように集光される。上部加熱板１４を通過したＸ線２４はＢＧＡパッケージ１８を加熱して回路ボード２０に接合させる。回路ボード２０を通過したＸ線２４は、蛍光イメージング手段２６を通過しながら蛍光体の電子を相異なるエネルギー状態に選択的に励起させることによって出力イメージ２８を形成する。出力イメージ２８は、ミラー３０により反射されてレンズ３４、エキステンダー３６及びカメラボディ３８よりなるビデオカメラシステム３２を通過しながら拡大されてビデオイメージ４０を形成した後、ビデオモニタ４２に送信されてユーザーに表示される。

前記システム１０では複数個の加熱板が必要なのでシステム１０の構造が複雑であり、上部及び下部加熱板１４、１６の全面で熱損失が発生するため、接合部位のみ局所的に加熱されるシステムに比べて熱損失が多いという欠点がある。また、蛍光イメージング手段２６の解像度が劣り、かつ不良有無の判断時に基準データがないために識別能が落ちる。
米国特許第６，００９，１４５号明細書

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、リアルタイムで接合状態をモニタリングできる高解像度モニタリングシステム及びその方法を提供することである。

前記技術的課題を達成するために本発明は、試片に光線を照射する光源と、前記試片に熱を加える加熱装置と、前記試片の温度を検出する温度検出装置と、前記試片を通過した光線を検出して映像信号に変換する光線検出装置と、前記映像信号を受信して出力し、前記光源及び加熱装置を制御する信号を送信する制御装置と、を含むことを特徴とするリアルタイムモニタリングシステムを提供する。

前記光源はＸ線または超音波を照射する。

前記加熱装置はレーザー、電熱線及び加熱板のうちいずれかである。

前記温度検出装置はパイロメータまたは熱電対である。前記光線検出装置は蛍光単一結晶板であり、前記制御装置はコンピュータである。ここで、リアルタイムモニタリングシステムは、前記試片と接合される基板を支持する支持台と、前記試片の周囲を覆い包む熱保存装置を具備することが望ましい。

前記技術的課題を達成するために本発明はまた、試片に光線を照射し、前記試片を加熱して基板に接合する第１段階と、前記試片を透過する光線を検出して映像化し、前記光線の強度及び前記試片の温度を検出して接合状態をモニタリングする第２段階と、を含むことを特徴とするリアルタイムモニタリング方法を提供する。

前記接合状態をモニタリングした後、前記光線の強度及び前記試片の温度を調節する第３段階をさらに含むことが望ましい。

前記光線はＸ線または超音波である。

前記第２段階は、前記光線の強度が標準強度未満であれば前記試片の温度を標準温度と比較し、前記光線の強度が標準強度以上であれば前記試片を外部に移動させて冷却させる段階と、前記試片の温度が標準温度未満であれば前記第１段階に戻り、前記試片の温度が標準温度以上であれば前記試片を外部に移動させて廃棄する段階と、を含む。
ここで、レーザー、電熱線及び加熱板のうちいずれかによって前記試片を加熱し、パイロメータまたは熱電対を利用して前記試片の温度を検出することが望ましい。

また、蛍光単一結晶板を利用して前記光線を検出し、コンピュータを利用して前記光線の強度及び試片の温度を調節することが望ましい。

また、前記試片と接合される基板を支持台によって支持し、熱保存装置によって前記試片の周囲を覆い包むことが望ましい。

本発明によると接合部位の選択的加熱が可能であるので、熱損失を最小化でき、イメージの解像度を向上させて試片接合時の不良発生率を最小化でき、かつリアルタイムでエラー発生原因のフィードバックが可能である。
すなわち、本発明のモニタリングシステム及びモニタリング方法を利用して接合の開始温度、位置、ソルダの形状変化を観察することによって最適の加熱条件、接合構造の最適化などを達成できる。

以下、本発明の実施形態によるリアルタイム接合工程モニタリングシステム及びモニタリング方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施例によるモニタリングシステムを概略的に示す構成図である。

図２を参照すれば、本発明の第１実施例によるモニタリングシステム５０は、光源５１、加熱装置５２、温度検出装置６３、光線検出装置５９、制御装置６２を具備する。モニタリングシステム５０は前述した構成要素以外に基板５７を支持する支持台６４と、試片５５が基板５７に接合される状態を検出する第１及び第２ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ５３、６１と、第１ＣＣＤカメラモニタ５８と、光線検出装置５９と第２ＣＣＤカメラ６１間の光路上に配置されて光路を変化させるミラー６０とをさらに具備する。

光源５１は試片５５に光線５４を照射し、加熱装置５２は基板５７上にソルダ５６を溶融させて試片５５が基板５７に接合されるように試片５５に熱を加える。光線５４はＸ線または超音波である。Ｘ線は接合しようとする試片５５を非破壊的に透過するので接合部位の接合状態をリアルタイムでモニタリングするのに適している。加熱装置５２としてはレーザー、電熱線、加熱板などを使用できる。

温度検出装置６３は、試片５５の温度を検知して試片５５を基板５７に接合させるために加える熱量を調節する。光線検出装置５９は試片５５、ソルダ５６、基板５７を通過する光線５４を検出して光信号を映像信号に変換する。温度検出装置６３としてはパイロメータまたは熱電対を利用でき、光線検出装置５９としては光線５４を２次元映像信号に変換させる蛍光単一結晶板を利用できる。

コンピュータ等の制御装置６２は、前記映像信号を受信してユーザーが認識できるようにモニタ上に出力し、光源５１及び加熱装置５２を制御する制御信号を送信する。制御装置６２は、温度検出装置６３で受信される信号に応じて、光源５１から出射される光線５４の光強度及び加熱装置５２から放出される熱量を調節する信号を出力する。

本発明のモニタリングシステム５０は、光線（Ｘ線）５４が試片５５を透過する時の試片５５内部の物質の状態、すなわち、物質の吸収係数によって試片５５の光線透過率が変わる現象を利用して、試片５５の接合状態を調べる。

図３は、本発明の第２実施例によるモニタリングシステム７０を簡略に示す構成図である。図３を参照すれば、本発明の第２実施例によるモニタリングシステム７０は、本発明の第１実施例によるモニタリングシステム５０と同様に、光源７１、加熱装置７２、温度検出装置８３、光線検出装置７９、制御装置８２を具備する。モニタリングシステム７０は前述した構成要素以外に基板７７を支持する支持台８４と、試片７５が基板７７に接合される状態を検出する第１及び第２ＣＣＤカメラ７３、８１と、第１ＣＣＤカメラモニタ７８と、光線検出装置７９と第２ＣＣＤカメラ８１間の光路上に配置されて光路を変化させるミラー８０とをさらに具備する。

しかし、本発明の第２実施例によるモニタリングシステム７０は、本発明の第１実施例によるモニタリングシステム５０と異なり、熱保存装置８５をさらに備える。熱保存装置８５は、加熱装置７２で発生した熱が試片５５に均一に伝えられるように試片７５の周囲を覆い包む温度保護膜であって、Ｘ線等の光線７４を容易に透過する物質で構成される。

図４Ａは、図３のモニタリングシステム７０の熱保存装置８５を実際に製作した写真であり、図４Ｂは、図３のモニタリングシステム７０の光線検出装置７９及び第２ＣＣＤカメラ８１の写真である。
図５Ａないし図５Ｄは、本発明の第２実施例によるモニタリングシステム７０を利用して、ＬＤチップＣ内に光ファイバーＦを接合させる工程を実行し、加熱温度を高めつつリアルタイムで接合状態をモニタリングした写真である。図５Ａは常温で、図５Ｂは２７８℃で、図５Ｃは３００℃で、図５Ｄは３１５℃でＬＤチップＣの内部状態変化をそれぞれ示す写真である。

図５Ａを参照すると、グルーブＧ上に光ファイバーＦが載置されている。図５Ｂを参照すると、加熱が進んでＬＤチップＣの温度が２７８℃に到達し、ソルダＳ（図５Ｃを参照）が溶融されて光ファイバーＦを基板上に接着させる工程が進んでいる。しかしながら、ソルダＳがグルーブＧの外部に現れていないので接着状態が良好であるということが分かる。

しかし、図５Ｃを参照すると、加熱温度が３００℃に到達する際に、光ファイバーＦの周辺で溶融されたソルダＳがグルーブＧを離脱して広がっていることが分かる。このような状態は図５Ｄでさらに進み、グルーブＧの左右にソルダＳがさらに広がって、結果的にＬＤチップＣの接合状態が悪化していることが分かる。

図５Ａないし図５Ｄに図示されたリアルタイムモニタリング写真から、ＬＤチップＣに光ファイバーＦを接合させるのに最も適した温度は２７８℃以上３００℃未満であることが分かり、この情報を活用してＬＤチップＣの生産工程時に温度を制御することによって不良発生率を最小限にすることができる。

本発明のリアルタイムモニタリングシステムを利用すれば、接合工程の実行時、接合部位で気泡が生成されているか否かをリアルタイムでモニタリングできるので不良発生率を顕著に減少させることができる。図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ同じＬＤチップＣの一部分を２８０℃で接合させる工程をリアルタイムでモニタリングした写真であって、図６Ａ及び図７Ａは気泡が比較的少なく形成された良好な状態を、図６Ｂ及び図７Ｂは気泡が比較的多く形成された不良状態を示す。

接合部位に微量の気泡がある場合、その部位の放射線の吸収係数は正常に接合された部位の吸収係数と異なり、これにより透過されるＸ線や超音波の量が減少する。これを光線検出装置を利用して検出して映像化させることによって接合部位の状態が把握できる。

図８は、本発明の実施例によるモニタリング方法を示すフローチャートである。本発明の実施例によるモニタリング方法を実行する前に、試片にアライン用マーカーを付してそのマーカーの位置をコンピュータに入力し、試片のアライン状態をモニタリング（図示せず）して参照データとして活用する。
図８を参照すると、まず、試片の内部状態の変化による映像信号を検出するために光線を照射し、試片を基板に接着すべく加熱した後（ステップＳ１０１）、試片を透過した光線を検出して映像化させる（ステップＳ１０３）。モニタに現れる映像から接合状態及びアライン状態をリアルタイムでモニタリングする。

次に検出された光線の強度を制御装置に保存された標準光線の強度と比較する（ステップＳ１０５）。検出光線の強度が標準光線の強度より弱ければ、検出温度と標準温度とを比較する（ステップＳ１０７）。検出温度が標準温度より低ければ、試片に光線を照射するステップＳ１０１に戻り、検出温度が標準温度以上であれば、不良が発生した状態であるためにアルゴリズムを終了して試片を廃棄する。ステップＳ１０５で検出光線の強度が標準光線の強度以上であれば、正常に接合された試片であるために、接合工程が完了した試片をモニタリングシステム外部に移動させて冷却させた後、アルゴリズムを終了する（ステップＳ１０９）。

前述した実施例を参照して本発明を具体的に詳述したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想に基づいて本発明の範囲が定められる。

本発明の典型的かつ好適な実施例を開示した図面及び実施例においては、特定の用語が用いられているが、これらの用語は単に一般的かつ描写的な意味で使われたものであり、特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想を制限するために使われたものではない。

本発明は、リアルタイムで接合状態をモニタリングできる高解像度モニタリングシステム及びその方法に適用可能である。

特許文献１に開示されたＸ線検査システムを含むＢＧＡアセンブリを概略的に示す図面である。 本発明の第１実施例によるモニタリングシステムを簡単に示す構成図である。 本発明の第２実施例によるモニタリングシステムを簡略に示す構成図である。 図３のモニタリングシステムの熱保存装置を示す写真である。 図３のモニタリングシステムの光線検出装置及び第２ＣＣＤカメラを示す写真である。 図３のモニタリングシステムを利用してリアルタイムで接合状態をモニタリングした写真である。 図３のモニタリングシステムを利用してリアルタイムで接合状態をモニタリングした写真である。 図３のモニタリングシステムを利用してリアルタイムで接合状態をモニタリングした写真である。 図３のモニタリングシステムを利用してリアルタイムで接合状態をモニタリングした写真である。 ２８０℃での接合工程をリアルタイムでモニタリングした写真である。 ２８０℃での接合工程をリアルタイムでモニタリングした写真である。 ２８０℃での接合工程をリアルタイムでモニタリングした写真である。 ２８０℃での接合工程をリアルタイムでモニタリングした写真である。 本発明の実施例による接合工程のリアルタイムモニタリング方法を示すフローチャートである。

符号の説明

５０ モニタリングシステム
５１ 光源
５２ 加熱装置
５３ 第１ＣＣＤカメラ
５４ 光線
５５ 試片
５６ ソルダ
５７ 基板
５８ 第１ＣＣＤカメラモニタ
５９ 光線検出装置
６０ ミラー
６１ 第２ＣＣＤカメラ
６２ 制御装置
６３ 温度検出装置
６４ 支持台
８５ 熱保存装置

Claims (18)

1. 試片に光線を照射する光源と、
   前記試片に熱を加える加熱装置と、
   前記試片の温度を検出する温度検出装置と、
   前記試片を通過した光線を検出して映像信号に変換する光線検出装置と、
   前記映像信号を受信して出力し、前記光源及び加熱装置を制御する信号を送信する制御装置と、を含むことを特徴とするリアルタイムモニタリングシステム。
2. 前記光源はＸ線または超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
3. 前記加熱装置はレーザー、電熱線及び加熱板のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
4. 前記温度検出装置はパイロメータまたは熱電対であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
5. 前記光線検出装置は蛍光単一結晶板であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
6. 前記制御装置はコンピュータであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
7. 前記試片と接合される基板を支持する支持台を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
8. 前記試片の周囲を覆い包む熱保存装置を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリングシステム。
9. 試片に光線を照射し、前記試片を加熱して基板に接合する第１段階と、
   前記試片を透過する光線を検出して映像化し、前記光線の強度及び前記試片の温度を検出して接合状態をモニタリングする第２段階と、を含むことを特徴とするリアルタイムモニタリング方法。
10. 前記接合状態をモニタリングした後、前記光線の強度及び前記試片の温度を調節する第３段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のリアルタイムモニタリング方法。
11. 前記光線はＸ線または超音波であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のリアルタイムモニタリング方法。
12. 前記第２段階は、
    前記光線の強度が標準強度未満であれば前記試片の温度を標準温度と比較し、前記光線の強度が標準強度以上であれば前記試片を外部に移動させて冷却させる段階と、
    前記試片の温度が標準温度未満であれば前記第１段階に戻り、前記試片の温度が標準温度以上であれば前記試片を外部に移動させて廃棄する段階と、を含むことを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。
13. レーザー、電熱線及び加熱板のいずれかによって、前記試片を加熱することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。
14. パイロメータまたは熱電対によって、前記試片の温度を検出することを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。
15. 蛍光単一結晶板によって、前記光線を検出することを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。
16. コンピュータによって、前記光線の強度及び試片の温度を調節することを特徴とする請求項１０に記載のリアルタイムモニタリング方法。
17. 支持台によって、前記試片と接合される基板を支持することを特徴とする請求項９ないし請求項１６のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。
18. 熱保存装置によって、前記試片の周囲を覆い包むことを特徴とする請求項９ないし請求項１７のいずれか一項に記載のリアルタイムモニタリング方法。