JP6535755B2 - 電子部品を試験する方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線放射による自動光学検査（ＡＯＩ）及び非破壊材料検査（ＮＤＴ）の両方が行われる、欠陥について電子部品を試験する方法に関する。

本発明の文脈における「電子部品」は、とりわけ、プリント回路基板アセンブリ、例えばマイクロはんだボールのようなエッチング構造を有するウェハ−シリコンスライス、並びに、例えば半導体及びＬＥＤのような電子部品を意味する。

原則として、プリント回路基板アセンブリ（以下、プリント回路基板アセンブリについては、単に回路基板と称する）の試験と、ウエハ又は部品用の受け皿の試験とは、同じである。回路基板の試験とウエハ又は電子部品（例えば、半導体）の試験との違いは、本質的に、該ウエハ又は該部品が固定された所定のホルダ（受け皿の一種）内に明確に位置付けられていることである。このホルダは、例えば、回路基板の矩形形状に類似した矩形のトレー形状であり得る。１つの受け皿の上には、複数のウエハ又は電子構成要素を配置することができる。

簡略化のため、以下では回路基板についてのみ説明する。しかしながら、個々の箇所において明示的に他に述べられていない限り、これらは受け皿に配置されたウエハ又は電子部品に対しても常に等しく適用される。

回路基板を欠陥について試験する際には、生産ライン内の回路基板をＡＯＩにより調査することが知られている。ここでは、回路基板に取り付けられた部品の位置合わせのエラー、又は、回路基板とそこに接続された部品との間のはんだ接続の欠陥が検出される。考えられる欠陥には、例えば、はんだブリッジ、はんだ接合部の欠落、はんだ接合部に空隙があることが含まれる。しかしながら、ＡＯＩによる光学検査の間には、発見可能なのは外から目に見える欠陥のみであり、これによって隠れた欠陥を検出することはできない。これらの欠陥を検出できるようにするため、回路基板には、ＡＯＩに加えて、Ｘ線放射を用いたＮＤＴ法が適用される。ここでは、回路基板を損傷することなく、Ｘ線透視によって不可視領域が調査される。ＡＯＩ及びＸ線ＮＤＴの結果の組み合わせから、この後に、回路基板が引き続き生産ラインに留まっていてもよいか、又は、回路基板が不合格品である若しくは再加工される必要があるかについて、決定され得る。

このＡＯＩとＸ線ＮＤＴとの組み合わせ試験は、Ｘ線ＮＤＴ試験装置を生産ライン内に組み込むことによって、又は、生産ラインとは分離して配置することによって行うことができる。組み込まれたＸ線ＮＤＴ試験装置を用いた第一の選択例では、保守や修理作業をＸ線ＮＤＴ試験装置上で実行する必要がある際に生産ライン全体が停止しているという問題がある。そのうえ、各生産ラインに別々のＸ線ＮＤＴ試験装置が必要となるため、生産ライン全体にかかるコストが非常に高くなる。

分離して配置されたＸ線ＮＤＴ試験装置を用いた第二の選択例では、２つ以上の生産ラインに単一のＸ線ＮＤＴ試験装置が使用可能であるため、生産ライン毎のコストが低くなる。しかしながら、分離したＸ線ＮＤＴ検査装置における試験は、回路基板を生産ラインからＸ線ＮＤＴ試験装置へと持ち込む必要があると共に、今度は光の代わりにＸ線を用いて、該装置において基板全体を再検査する必要があるため、時間がかかる。

したがって、本発明の目的は、分離したＸ線ＮＤＴ検査装置を備えた第二の選択例のための、Ｘ線ＮＤＴ検査装置における試験時間を短くすることが可能な方法を提供することである。

上記目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。本発明に係る方法は、生産ライン内において、ＡＯＩの実行中に、電子部品の状態について光による記述ができない領域の座標が決定されることを提供する。このようにして発見された各領域の座標は、関心領域（ＲＯＩ）と称され、コンピュータへと送信される。該電子部品は、生産ラインから非破壊材料検査用のＸ線装置（上記にてＸ線ＮＤＴ検査装置として言及されたものであり、以下ではＸ線装置と略記する）へと移送され、ＲＯＩのみがＸ線によって調査される。この目的のため、ＡＯＩにて検出されたＲＯＩの座標は、コンピュータからＸ線装置へと送信される。これにより、電子部品全体を（すなわち、ＡＯＩによって欠陥について既に検査された領域も）Ｘ線によって照射する必要がなくなり、照射する必要があるのはＲＯＩすなわち欠陥の存在に関してＡＯＩによる記述ができない領域のみになるため、膨大な時間を節約することができる。その後、ＲＯＩのＸ線調査の結果はコンピュータへと送信されて、それによって、該コンピュータにおいて該結果が追跡され、製造プロセス及び任意の欠陥に関する統計が作成され得る。

本発明の有利な発展形態は、前記電子部品が、前記電子部品を明確に識別可能にする識別子を有しており、該識別子が、自動光学検査を用いた調査が不可能な前記領域の前記座標と共に、前記生産ラインからコンピュータへと送信され、そして前記Ｘ線装置へと送信され、前記Ｘ線装置にて、前記識別子が検出され、これらのデータが、前記コンピュータへと送信されて、該コンピュータにて、前記データが前記生産ライン及び前記Ｘ線装置からの前記識別子と比較されることを提供する。これによって、Ｘ線装置内における電子部品の容易かつ明確な位置合わせが可能になり、その結果、ＡＯＩにおいて事前に決定されたＲＯＩの座標に正確に到達できるようになる。

好ましくは、前記識別子が、前記Ｘ線装置にてバーコード読取装置により検出されるバーコードである。これにより、ＡＯＩにおいて疑わしいデータが取得された電子部品が、現在Ｘ線検査を受けている電子部品と同じものであることについて、簡便かつ確実に保証される。したがって、現在Ｘ線装置内に位置している電子部品についての正しいＲＯＩが調査されることも保証される。

本発明のさらなる有利な発展形態は、生産ラインとＸ線装置との前記電子部品の間の前記移送及び前記返還が自動的に行われることを提供する。したがって、電子部品を生産ラインから手作業で取り出し、電子部品を生産ラインからＸ線装置へと搬送すると共に、該Ｘ線装置内に手作業で挿入して位置合わせすることに起因する、全ての失敗の原因が排除される。

本発明のさらなる有利な発展形態は、自動光学検査を用いた調査が不可能な前記領域の前記座標が、前記電子部品の明確な特徴を有する位置、例えば、回路基板若しくは受け皿の角又は特徴的な穴を有する位置に関して決定されることを提供する。好ましくは、前記電子部品の位置合わせは、前記Ｘ線装置内において、前記電子部品の前記明確な特徴の位置に関連して行われる。これにより、ＡＯＩ内の座標に基づいて、ＲＯＩへと正確に到達することが確実に可能になる。

本発明のさらなる有利な発展形態は、前記Ｘ線装置における前記調査によって、確認された欠陥のタイプが得られ、この情報を用いて、前記欠陥のタイプを回避するように前記生産ラインにおいてプロセスの制御が行われることを提供する。そのため、欠陥が単独で発生しただけのものではないが、そのような欠陥の傾向を確認することができる場合において、製造プロセスに介入することが可能となる。したがって、高い不良率が回避され、製造コストが低減される。

好ましくは、前記電子部品は、プリント回路基板アセンブリ、例えばマイクロはんだボールの形態のようなエッチング構造を備えた（シリコン）ウエハ、又は、例えば半導体若しくはＬＥＤのような電子部品である。

本発明のさらなる有利な発展形態は、開放型マイクロフォーカス管、特に、１０ワットを超えるターゲット出力を備えた開放型マイクロフォーカス管が使用されることを提供する。Ｘ線装置において開放型マイクロフォーカス管を使用することにより（およそ３〜１０μｍの不良検出能を特徴とする従来の密閉型マイクロフォーカス管を使用する場合とは異なり）、０．１μｍまでの詳細な検出能が得られる。さらなる有利な効果により、高いターゲット出力を備える開放型マイクロフォーカス管が得られ（密閉型マイクロフォーカス管の場合における最大３ワットの平均とは異なり、特定の製造元は既に最大１５ワットのターゲット出力を有するＸ線管を提供している）、例えばはんだボールにおける気孔率について、実質的により優れた不良検出能が可能になる。これは、例えば、特定の電子部品のような低コントラストの試験対象物の場合には、特に当てはまる。電子部品のインライン試験における現在のイメージングＸ線ＮＤＴシステムは、主に密閉型のチューブを使用しているため、本明細書に記載される不良のいくつかが認識されない又は正しく認識されないことによって、不良率が上昇したり、最悪の場合、製品の不良が見逃されたりする可能性がある。

本発明の更なる利点及び詳細は、図に示される実施形態の例を参照して、以下に説明される。簡略化のために、回路基板の試験のみについて、明示的に説明する。他の電子部品、例えばウエハ又は電子部品のようなものについては、他に明示的に記載されていない限り、以下の説明が同様に適用される。

図１は、本発明に係る方法のフローチャートである。

図１は、回路基板を試験するための本発明に係る方法の実施形態の例のフローチャートを示す。上の四角内にはＡＯＩシステムの各ステップが、中央の四角内には（ＮＤＴ）Ｘ線装置の各ステップが、下の四角内には試験される回路基板にて何が起こるかを決定するための各ステップが示されている。

生産ライン内でのＡＯＩ試験の範囲内における上の四角内の最初のステップは、回路基板における以前のＡＯＩ試験の結果である。ここでは、回路基板上の領域は、光によるＡＯＩ調査の範囲内では回路基板の欠陥の有無について記述することができないと決定されている。これは、例えばＸ線画像でしか検出できない隠れた不良のような、いくつかの理由がある場合であり得る。ＡＯＩにおいて典型的に検出不能な不良は、例えば、はんだブリッジ内の空隙や、マイクロチップのような部品と回路基板との間のはんだ接続の接触が閉じていないことである。マイクロチップのような電子部品において典型的に検出不能な不良は、マイクロはんだボール内の空隙である。ウエハにおける典型的な不良は、例えばマイクロはんだボール形状の不完全なエッチング構造である。

上の四角内における次のステップでは、ＡＯＩによって回路基板の調査を行うことができないこれらの領域の座標が、コンピュータ内のデータベースへと転送される。転送されるデータには、回路基板に取り付けられ、テストされる回路基板の明確な識別が可能なバーコードに関する情報と、回路基板に割り当てられたＩＤ番号とが含まれる。また、上記領域の座標（回路基板の面又はそれに平行な面内のｘ／ｙ座標）が送信される。これらの座標は、回路基板上の明確な識別が可能な点、例えば、回路基板の角の１つ又は回路基板の特徴的な穴の１つに関する。存在する場合には、ＣＡＤデータもまた参照され得る。試験対象が回路基板ではなくウエハ又は電子部品である場合には、受け皿全体が、受け皿上に配置されたバーコードを受け取る。受け皿上に存在し得る個々の部品の同定は、例えば、受け皿上でのソフトウェアによる自動通し番号付与によって行うことができる。

上の四角内における最後のステップとして、回路基板が生産ラインから生産ライン外側に配置されたＸ線装置内へと移動される。このＸ線装置では特に蛍光透視法によってＮＤＴ法が実行されるが、必要に応じて種々異なる生産ラインからの回路基板を試験するために該Ｘ線装置を使用することができる。生産ラインからの回路基板の移送は、手作業による、又は、生産ラインから自動的に取り出して回路基板をＸ線装置内に自動的に搬送することによる、いずれかの方法で行うことができる。

中央の四角内には、Ｘ線装置においてＮＤＴ検査の範囲内で実行されるステップが示されている。

第１のステップでは、コンピュータのデータベースからの回路基板の試験に必要な情報が、Ｘ線装置へと転送される。この情報には、既に上述した回路基板のＩＤ番号、回路基板のバーコード及びＡＯＩ方法が実行できなかった領域の座標が含まれる。Ｘ線装置における回路基板の位置決めは、例えば回路基板の角の１つ、回路基板における特徴的な穴又は回路基板のＣＡＤデータのような、既に上述した回路基板上の明確な参照点を参照して行われる。

中央の四角内における第２のステップでは、回路基板のバーコードが、バーコードスキャナによって走査され、その後にデータベースからの情報と比較される。一致していないことが確認された場合、読み出し不良をチェックするために走査が繰り返される。万一、誤った回路基板が供給されていた場合には、その回路基板は試験プロセスから取り除かれる。一致していた場合、コンピュータのデータベースから送信された、ＡＯＩ法では欠陥の存在についての記述ができなかった領域の座標に取りかかる。これらの各領域において、Ｘ線による透視がＮＤＴ法の範囲で行われる。ＮＤＴ法は、回路基板全体に対してではなく、以前にＡＯＩ法によって決定された領域に対してのみ実行されるため、ＮＤＴ試験に必要な時間が大幅に短縮される。試験対象が回路基板ではなくウエハ又は電子部品である場合には、受け皿全体の識別は、受け皿のバーコードを介して行われる。受け皿上に存在し得る個々の部品の同定は、既に上述したように、受け皿上でのソフトウェアによる自動通し番号付与によって行うことができる。

中央の四角内における最後から２番目のステップでは、別のタイプの検査の１つが示されている：オペレータは目視検査を行い、調査されたばかりの領域内に欠陥があるかどうかを判断すると共に、任意には、例えばはんだブリッジ内の欠陥、はんだ接続内の空隙又は回路基板のはんだボールと部品との接触の欠落など、どのタイプの欠陥が存在するかを判断する。

これらの結果（すなわち、試験されたそれぞれの領域における調査結果に関する修正された記述）には、とりわけ欠陥が存在するか否かについての記述、並びに、Ｘ線画像及び回路基板のＩＤ番号を含まれるが、これらの結果は、中央の四角内における最後のステップに基づき、コンピュータのデータベースに送信されて、該データベースに保存される。オペレータによる検査の代わりに、自動欠陥認識（ＡＤＲ）を実行することも可能であり、その場合には、オペレータによる関与の必要なく上述の結果が取得される。その後、これらの結果は、オペレータの関わる手続きと同じように、データベースへと送信される。

データベースに含まれるデータであって、回路基板に関するデータは、下の四角内に示される各ステップに使用される。第１のステップでは、回路基板に関するＮＤＴ法からの上述のデータが、コンピュータのデータベースからプロセス制御システムへと送信される。このプロセス制御システムは、その後第２のステップにおいて、回路基板が生産ラインに戻され得ると共に生産が続けられる程度には回路基板が正常であるかどうかについて判断を行う（欠陥が小さければ、回路基板のユーザビリティの点ではまだおそらく肯定的な結果につながり得る）。この場合には、本発明に係る試験方法は、回路基板を生産ラインへと戻すことによって終了する。

発見された欠陥が非常に深刻で回路基板が使用不可能な場合には、回路基板は完全に使用できない（すなわち、不合格品である）か、再加工する必要があるかのいずれかと判断される。再加工が必要な場合は、原則として、後ほど回路基板が生産ラインに戻され得るかどうかを判断するため、再加工後に本発明に係る方法が再び行われる。

Ｘ線装置において開放型マイクロフォーカス管を使用することにより（およそ３〜１０μｍの不良検出能を特徴とする従来の密閉型マイクロフォーカス管を使用する場合とは異なり）、０．１μｍまでの詳細な検出能が得られる。このことは、特に１０ワットを超えるターゲット出力の場合に適用される。１５ワットの高いターゲット出力を備える開放型マイクロフォーカス管によって、（密閉型マイクロフォーカス管の場合における最大３ワットの平均とは異なり）、例えばはんだボールにおける気孔率について、実質的により優れた不良検出能が得られる。これは、例えば、特定の電子部品のような低コントラストの試験対象物の場合には、特に当てはまる。電子部品のインライン試験における現在のイメージングＸ線ＮＤＴシステムは、主に密閉型のチューブを使用しているため、本明細書に記載される不良のいくつかが認識されない又は正しく認識されないことによって、不良率が上昇したり、最悪の場合、製品の不良が見逃されたりする可能性がある。本発明により、明確な改良又は改善がここに達成される。

Claims (9)

1. 電子部品を欠陥について試験する方法であって、
   ・回路基板に取り付けられた部品の位置合わせのエラー、及び、回路基板と該回路基板に接続された部品との間のはんだ接続の欠陥に関して、生産ライン内の前記電子部品を自動光学検査によって調査するステップと、
   ・自動光学検査を用いた調査が不可能な領域の座標を決定するステップと、
   ・これらの領域の前記座標を前記生産ラインからコンピュータへと送信するステップと、
   ・前記電子部品を、前記生産ラインから、前記生産ラインの外側に配置されたＸ線装置であって、電子部品のインライン試験におけるイメージングＸ線ＮＤＴシステムにおける非破壊材料検査用のＸ線装置へと移送するステップと、
   ・前記領域の前記座標を前記コンピュータから該Ｘ線装置へと送信するステップと、
   ・自動光学検査を用いた調査が不可能な領域内においてのみ、前記電子部品を前記Ｘ線装置を用いて調査するステップと、
   ・Ｘ線装置における調査の結果を前記コンピュータへと送信するステップと、
   ・前記電子部品に欠陥がないことが前記結果により示された場合には、前記電子部品を前記生産ラインへと返還するステップと
   を備えた、方法。
2. 前記電子部品が、前記電子部品を明確に識別可能にする識別子を有しており、該識別子が、自動光学検査を用いた調査が不可能な前記領域の前記座標と共に、前記生産ラインからコンピュータへと送信され、そして前記コンピュータから前記Ｘ線装置へと送信され、前記Ｘ線装置にて、前記識別子が検出され、これらのデータが、前記コンピュータへと送信されて、該コンピュータにて、前記データが前記生産ライン及び前記Ｘ線装置からの前記識別子と比較される、請求項１に記載の方法。
3. 前記識別子が、前記Ｘ線装置にてバーコード読取装置により検出されるバーコードである、請求項２に記載の方法。
4. 生産ラインとＸ線装置との間における前記電子部品の前記移送及び／又は前記返還が自動的に行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 自動光学検査を用いた調査が不可能な前記領域の前記座標が、回路基板若しくは受け皿の角の形態又は特徴的な穴の形態をした前記電子部品の明確な特徴を有する位置に関して決定される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記電子部品又は前記受け皿の位置合わせが、前記Ｘ線装置内において、前記回路基板の前記明確な特徴の位置に関連して行われる、請求項５に記載の方法。
7. 前記Ｘ線装置における前記調査によって、確認された欠陥のタイプが得られ、この情報を用いて、前記欠陥のタイプを回避するように前記生産ラインにおいてプロセスの制御が行われる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記電子部品は、プリント回路基板アセンブリ、エッチング構造及びマイクロはんだボールを備えたウエハ、又は、半導体若しくはＬＥＤの形態をした電子部品である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記Ｘ線装置において、１０ワットを超えるターゲット出力を備えた開放型マイクロフォーカス管が使用される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。

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