專利名稱：半導體集成電路器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導體集成電路器件的技術(shù)，更具體地涉及可有效地用于在三維(下文中稱作“3D”)和二維(下文中稱作“2D”)中檢查襯底上印刷的焊料的檢查工藝的技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如，關(guān)于半導體集成電路器件制造技術(shù)，在日本未審專利公開No.2000-193432(專利文獻1)和No.2000-22326(專利文獻2)中描述了焊料檢查技術(shù)。
在專利文獻1中，關(guān)于測量在硅晶片上形成的凸點的技術(shù)，描述了一種能夠在2D和3D中測量焊料的高度和面積，并且能夠在一系列3D測量之前或之后增加2D測量步驟的技術(shù)。
在專利文獻2中描述了一種焊料檢查技術(shù)，其中在2D中測量襯底上的焊盤表面，并由測量結(jié)果以及在焊盤表面上安裝焊料之后的狀況，檢測焊料的安裝狀況是好還是壞，然后如果焊盤表面沒有錯誤，則作為第二個步驟，可以進一步在3D中進行檢查。
日本未審專利公開No.2000-193432[專利文獻2]日本未審專利公開
No.2000-22326發(fā)明內(nèi)容作為本發(fā)明人關(guān)于制造半導體集成電路器件的技術(shù)所做的研究結(jié)果，特別是檢查在襯底上印刷的焊料的技術(shù)，以下要點變得清楚了。
按照觀點(1)在印刷的焊料高度和體積的測量中檢測高度測量基準的有效方法，(2)用完全自動的設(shè)置基于焊盤上表面基準測量印刷的焊料高度和體積的方法，和(3)適于視覺判定的3D焊料印刷檢查系統(tǒng)的順序提供以下描述。
(1)在印刷的焊料高度和體積的測量中檢測高度測量基準的有效方法在對焊料印刷檢查器件進行3D檢查中，遇到了這樣的難題，即要檢查的實際對象涉及襯底彎曲，以及在狹縫光施加部分(slitlight-applied portion)的區(qū)域圖像上的亮度值方面，在印刷的焊料上表面與襯底表面(抗蝕劑表面)之間至多存在大約100∶1的顯著差別。
根據(jù)作為上述問題的對策的常規(guī)技術(shù)，增加Z軸機構(gòu)，以垂直激勵激光器和PSD(位置敏感探測器)，從而跟隨襯底的彎曲。對于印刷的焊料與襯底表面之間的亮度差(反射系數(shù)的差)，進行測量，即，安裝兩個PSD，一個是用來檢測從印刷的焊料反射的光的PSD，而另一個PSD是用來檢測從襯底表面反射的光的。但是，根據(jù)該技術(shù)，由于安裝了兩個PSD而出現(xiàn)了成本問題。
(2)用完全自動的設(shè)置基于焊盤上表面基準測量印刷的焊料高度和體積的方法例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在準備3D檢查的數(shù)據(jù)中，必需由工人進行設(shè)置高度測量基準點的工作。更具體地，在印刷膏狀焊料(creamysolder)之后，襯底的上表面由膏狀焊料，涂覆金、銅或焊料的焊盤(由印刷的焊料所遮蔽的少量暴露的焊盤)，直接覆蓋在基底材料之上的抗蝕劑和覆蓋在布線圖形之上的抗蝕劑組成。
在這種情況下，通過讀出光繪(gerber)數(shù)據(jù)(描述孔的形狀、面積和位置的設(shè)計數(shù)據(jù))，能夠知道在襯底上哪些位置的膏狀焊料已經(jīng)轉(zhuǎn)移以及轉(zhuǎn)移了多少。使用檢查系統(tǒng)測量要轉(zhuǎn)移的膏狀焊料的面積，并由此能測量印刷的焊料的上表面的高度，作為來自檢查系統(tǒng)的測量基準的值。但是，必須從焊盤的上表面測量印刷的焊料的高度。
如果襯底是完全剛性的并且沒有任何彎曲，則能夠使檢查系統(tǒng)的測量基準與每個襯底焊盤的上表面彼此相符。但是，在實際襯底中，存在至多大約±1.5mm的彎曲，并因此，不能使檢查系統(tǒng)的測量基準與每個襯底焊盤的上表面預先彼此相符。
結(jié)果，在檢查時，作為測量基準的焊盤上表面的測量要求與印刷的焊料上表面的測量分開。此外，當考慮到存在襯底彎曲時，必須為作為測量對象的每個印刷的焊料并且在印刷的焊料附近建立高度測量基準。
但是，在印刷后的襯底上，暴露的焊盤上表面非常微小?？紤]用抗蝕劑覆蓋的布線圖形(內(nèi)層圖形)作為另一個基準平面，但是襯底上存在布線圖形的地方是有限的。焊料印刷檢查系統(tǒng)通常沒有表示內(nèi)層圖形存在的地方的數(shù)據(jù)。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，絕對必須由工人來設(shè)置高度測量基準點。
(3)適于目測的3D焊料印刷檢查系統(tǒng)3D檢查系統(tǒng)通常沒有任何拾取2D圖像的裝置，并因此不能為工人提供視覺確認所必須的對象的放大圖像。另一方面，在組合的2D和3D檢查機構(gòu)中，可以為工人提供在3D檢查中確定有缺陷的部分的2D放大圖像。但是，即使在組合的2D-3D檢查機構(gòu)中，如果機構(gòu)遵循先進行2D檢查、并然后進行3D檢查的順序，則提供這種放大的圖像也是非常困難的。
例如，在生產(chǎn)工藝中并入的檢查系統(tǒng)中，通常不進行拾取圖像的存儲。這是由于圖像數(shù)據(jù)的容量很大，所以如果存儲這些數(shù)據(jù)，則會產(chǎn)生將它們寫入存儲裝置中的不能忽略的時間；此外，它們占據(jù)了存儲裝置的相當大的部分，并因此，存儲它們是不實際的。
因此，通常，必要時存儲關(guān)于由檢查系統(tǒng)確定有缺陷的部分的拾取圖像。在這種情況下，如果首先進行2D檢查，并隨后進行3D檢查，則在檢查對象在3D檢查中存在缺陷但在2D檢查中良好的情況下，不存儲2D圖像。因此，當檢查完成時，不能提供工人的視覺確認所必需的2D拾取圖像。
為了提供用于視覺確認的2D圖像，必須用2D照相機對在3D檢查中確定存在缺陷、但在2D檢查中良好的焊盤再次進行圖像拾取操作。則出現(xiàn)了在該圖像拾取操作期間工人不能做出視覺確認的問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種對在襯底上印刷的焊料的2D-3D檢查技術(shù)，該技術(shù)允許容易地準備數(shù)據(jù)，并且容易地視覺檢測缺陷部分。
由以下的描述和附圖，本發(fā)明的上述及其它目的和新穎特性將變得顯而易見。
下面將概述這里公開的本發(fā)明的典型方式。
本發(fā)明適用于制造半導體集成電路器件的方法，該方法包括以下步驟在襯底上印刷焊料，檢查印刷在襯底上的焊料，以及將電路部件安裝在襯底上印刷的焊料上。檢查步驟包括以下步驟3D檢查在襯底上印刷的焊料，2D檢查在襯底上印刷的焊料，以及以比2D中更大的比例顯示3D檢查中的有缺陷部分。由此，提供2D檢查功能和3D檢查功能兩者，并且在3D檢查之后進行2D檢查，從而可以在結(jié)束檢查的同時以更大的比例顯示確定有缺陷的焊盤(印刷的焊料)的2D拾取圖像，并因此能夠為工人提供有效的視覺確認的環(huán)境。
本發(fā)明也適用于制造半導體集成電路器件的方法，該方法包括以下步驟在襯底上印刷焊料，在印刷焊料之前在三維中測量原始襯底以從焊盤的上表面在高度方向確定基準平面，以基準平面為基礎(chǔ)檢查印刷在襯底上的焊料，以及將電路部件安裝在襯底上印刷的焊料上，(包括測量在印刷焊料之前暴露的襯底上焊盤的上表面與襯底的上表面上的至少另一個沒有焊料的部分之間的垂直位置關(guān)系，并以測得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算從焊盤關(guān)于實際印刷焊料的襯底的高度)。由此，在準備檢查數(shù)據(jù)時，印刷焊料之前的原始襯底經(jīng)受測量，以檢測由檢查系統(tǒng)自動產(chǎn)生的初始高度測量基準與焊盤上表面的高度之間的關(guān)系，從而在檢查中可以測量基于焊盤上表面的印刷焊料的高度和體積。
下面將概述由這里公開的本發(fā)明的典型方式得到的效果。
能夠為在襯底上印刷的焊料提供2D-3D檢查技術(shù)，該技術(shù)可以省略人工檢查數(shù)據(jù)準備工作，以降低準備數(shù)據(jù)的成本，并且容易確定有缺陷的焊盤的視覺確認，從而提高人-機系統(tǒng)的總效率并降低操作成本。


圖1示出了在本發(fā)明的實施例中所用的整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(單透鏡照相機)的結(jié)構(gòu)圖；圖2示出了在實施例中做3D測量的光學系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與圖像拾取場之間的關(guān)系；圖3示出了狹縫光施加到焊料的位置與焊料的高度之間的關(guān)系；圖4(a)至4(c)示出了在實施例中要進行3D測量的襯底上的區(qū)域與圖像拾取場之間的位置關(guān)系；圖5示出了在實施例中3D圖像拾取區(qū)域與圖像拾取場之間關(guān)于襯底的位置關(guān)系；圖6示出了在實施例中照相機的圖像拾取元件上的3D圖像拾取區(qū)域；圖7示出了在實施例中狹縫光通常如何在3D圖像拾取區(qū)域中成像；圖8(a)至8(c)示出了在實施例中狹縫光如何在3D圖像拾取區(qū)域中實際成像；圖9示出了在實施例中記錄部分的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于存儲從狹縫光位置已測得的測量對象高度的結(jié)果；圖10示出了在實施例中由記錄的對象的高度數(shù)據(jù)在CG中再現(xiàn)測量對象的3D圖像的再現(xiàn)圖像；圖11(a)和11(b)分別示出了在實施例中共用襯底的結(jié)構(gòu)和A-A’的剖面；圖12示出了高度測量基準線、高度測量基準平面與焊盤表面高度之間的位置關(guān)系；圖13示出了在實施例中焊料印刷檢查系統(tǒng)中的檢查數(shù)據(jù)(焊盤數(shù)據(jù))的基本結(jié)構(gòu)；圖14示出了在實施例中焊料印刷檢查系統(tǒng)中的場分配數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)；圖15示出了在實施例中準備襯底檢查數(shù)據(jù)的過程的流程圖；圖16示出了在實施例中襯底和布線圖形的基底材料；圖17示出了在實施例中由基底材料、布線圖形和抗蝕劑構(gòu)成的共用襯底的結(jié)構(gòu)和外觀；圖18(a)至18(c)分別示出了在實施例中圖17的A-A′、B-B′和C-C′的剖面；圖19示出了在實施例中襯底上的膏狀焊料的轉(zhuǎn)移狀況；圖20(a)至20(c)分別示出了在實施例中圖19的A-A′、B-B′和C-C′的剖面；圖21示出了在實施例中3D檢查過程的流程圖；圖22示出了在實施例中襯底檢查過程的流程圖；圖23示出了在實施例中在用在檢查系統(tǒng)中的顯示單元的顯示屏上缺陷部分的放大圖像的顯示位置；圖24(a)至24(c)示出了在實施例中作為安裝部件的QFP的外觀和外形尺度；圖25示意性地示出了在實施例中在印刷有膏狀焊料的襯底上的QFP的安裝狀況；圖26示出了在實施例中圖25的B-B′剖面；
圖27示出了在實施例中實際便攜電話的襯底的印刷圖形；圖28(a)至28(c)示出了在實施例中作為安裝部件的BGA(CSP)的外觀和外形尺度；圖29(a)至29(c)示出了在實施例中作為安裝部件的連接器的外觀和外形尺寸；圖30是示出了在實施例中整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙透鏡照相機)的結(jié)構(gòu)圖；圖31(a)和31(b)是示出了在實施例中整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙狹縫照明裝置類型)的結(jié)構(gòu)圖；圖32是在實施例中用來存在其高度不能被測量的表面的圖；圖33示出了由每一個襯底都是一個電路部件的多個連接的襯底構(gòu)成的矩陣襯底；圖34示出了在實施例中MCM結(jié)構(gòu)的半導體集成電路器件；以及圖35示出了在實施例中用于制造半導體集成電路器件的制造設(shè)備的框圖。
具體實施例方式
在下面的實施例中，對于相同或類似的部件，除非需要，否則原則上省略其重復說明。
為了方便起見，下面的實施例以多個部分或?qū)嵤├姆珠_方式分別描述，但是除非有其它說明，否則它們彼此不是無關(guān)的，而是存在一個是其它部件的部分或整體的修改、詳細描述或補充說明的關(guān)系。
在下面的實施例中，當提到元件的數(shù)量(包括編號、數(shù)值、數(shù)量和范圍)時，并不限于提到的數(shù)量，大于或小于提到的數(shù)量的數(shù)字也是可用的，除非有其它說明，以及除了對所提到的數(shù)量的限制基本上是顯然的情況之外。
不用說，在下面的實施例中，其構(gòu)成元件(包括構(gòu)成步驟)并不總是必需的，除非有其它說明，以及除了基本上顯然構(gòu)成元件是必需的情況之外。
同樣，應(yīng)當理解，當在下面的實施例中提到元件的形狀和位置關(guān)系時，也包括那些大體上相似的形狀等，除非有其它說明，以及除了基本上顯然是否定的反映結(jié)果的情況之外。對上述數(shù)值和范圍也是同樣的。
這里所提到的術(shù)語“半導體集成電路器件”的意思不僅包括常規(guī)的半導體集成電路芯片，還包括電子裝置，每一個電子裝置在布線襯底上承載一個或多個半導體集成電路芯片或電子部件(電子元件)。
將以此順序依次描述隨后的實施例的要點(1)測量印刷焊料的高度和體積的原理，(2)在測量印刷焊料的高度和體積中檢測高度測量基準的有效方法，(3)基于完全自動設(shè)置的焊盤表面的測量印刷焊料的高度和體積的方法，(4)適用于視覺判定的3D焊料印刷檢查方法。
(1)測量印刷焊料的高度和體積的原理在根據(jù)本發(fā)明的檢查系統(tǒng)中，狹縫光從上方傾斜照射測量對象，并且用區(qū)域照相機(area camera)(排成陣列的圖像拾取元件，例如，CMOS晶體管、MOS晶體管或CCD，并且用這種排成陣列的圖像拾取元件以區(qū)域的形式對測量對象照相。不用說，對區(qū)域照相機沒有限制，但是可以采用最終能夠提供二維圖像的其它照相機)對該狀況照相，區(qū)域照相機安裝在測量對象的正上方，以測量測量對象的高度和體積。
最好狹縫光具有不小于區(qū)域照相機的場寬度的長度，并且狹縫寬度按照照相機像素大約為五個像素。在使用分辨率為20μm/像素的1024像素×1024像素的照相機的情況下，細長的光(slight light)的尺寸最小為長度20.48mm×寬度0.1mm。
如果狹縫光從襯底表面傾斜45°，在印刷焊料上表面上的細長的光的位置和在襯底上的狹縫光的位置彼此偏離一個量，該量對應(yīng)于焊料高度，該印刷焊料在區(qū)域照相機上成像。通過測量該偏離量，可以測量從襯底的狹縫光施加部分的高度。
單獨使用該測量，僅僅得到狹縫光施加段部分的高度信息。為了避免這種不方便，區(qū)域照相機和細長光單元關(guān)于測量對象相對移動，并且拾取狹縫光施加位置稍稍不同的大量圖像。以每移動對應(yīng)于所用光學系統(tǒng)的分辨率的距離拾取一片圖像的方式設(shè)置圖像拾取間隔。通過這些大量的圖像，能夠測量在測量對象的表面處的各個點的高度。積分該高度信息給出體積值。
普通膏狀焊料的印刷高度為100至160μm。假定即使是最厚的值也不超過200μm。因此，細長光的位置偏離也不超過200μm。在以20μm/像素的分辨率拾取圖像的條件下，這對應(yīng)于區(qū)域照相機上的十個像素。
因此，使用區(qū)域照相機的圖像拾取范圍是與狹縫光的形狀匹配的橫向長的區(qū)域。作為一個例子，在分辨率為20μm/像素的情況下，如果在1024圖像寬乘以32-256像素長的范圍內(nèi)拾取圖像，則能夠測量在襯底上的印刷焊料的高度和體積。通過最小化在區(qū)域照相機的高度方向的圖像拾取范圍，以匹配印刷焊料的高度，能夠縮短檢查系統(tǒng)的處理時間。
(2)在測量印刷焊料的高度和體積中檢測高度測量基準的有效方法在以20μm/像素的分辨率測量20.48mm×20.48mm區(qū)域的高度和體積的情況下，拾取1024像素×32-256像素的1024個矩形圖像。
當拾取第一片圖像時，設(shè)置在高度方向具有擴展測量范圍的圖像拾取范圍，并且使曝光時間較長，從而能夠檢測襯底上表面。由第一片圖像檢測襯底上表面的高度。以檢測結(jié)果為基礎(chǔ)，移動第二和后續(xù)的圖像拾取范圍。
對于第二至第1023片圖像，在高度方向的圖像拾取范圍設(shè)置為最小范圍，以匹配印刷焊料的高度，并且使曝光時間較短，從而可以檢測焊料上表面。對于最后的第1024片圖像，曝光時間再次設(shè)置為較長，從而可以再次檢測襯底上表面。
對于第一片圖像和最后的第1024片圖像，能夠在20.48mm×20.48mm區(qū)域的每個上下端測量襯底上表面的高度。由這些測量結(jié)果，能夠定義高度測量基準平面(襯底上表面基準)。
由第二至第1023片圖像，能夠測量印刷焊料上表面的高度。如果在該測量結(jié)果中反映出之前的高度測量基準平面(襯底上表面基準)的結(jié)果，則印刷焊料的高度的測量值等于從襯底上表面測量得到的值，并因此不受襯底彎曲的影響。
通過在印刷焊料的高度和體積測量中檢測高度測量基準的以上有效方法可以得到以下結(jié)果。
在現(xiàn)有技術(shù)中，遇到了這樣的難題，即在對焊料印刷檢查進行3D檢查中，作為測量對象的實際襯底存在彎曲，以及在狹縫光施加部分的區(qū)域圖像上的亮度值方面，在印刷焊料的上表面與襯底表面(抗蝕劑表面)之間存在最大值約100∶1的巨大差別。本發(fā)明的技術(shù)可以以最小的附加成本解決該問題。
更具體地，根據(jù)3D檢查技術(shù)，當檢測高度測量基準平面(襯底上表面基準)時，區(qū)域照相機中的圖像拾取范圍設(shè)置的較寬，從而能夠跟隨襯底的彎曲。如果所用的傳感器具有1024×1024個像素，并具有20μm/像素的分辨率，則當圖像拾取范圍設(shè)置為最大范圍時，則在理論上能夠處理的襯底高度的變化達到20.48mm。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，拾取1024片狹縫光的圖像，用來產(chǎn)生一個3D圖像。由于可以各自獨立地一個一個地拾取圖像片，所以產(chǎn)生曝光條件容易改變的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。通過利用該結(jié)構(gòu)優(yōu)點，當拾取用來檢測襯底上表面的狹縫圖像時，可以容易地設(shè)置與襯底上表面的反射系數(shù)匹配的曝光時間，而當拾取用來檢測印刷焊料的上表面的狹縫圖像時，可以容易地設(shè)置與印刷焊料的反射系數(shù)匹配的曝光時間。
因此，僅利用基本結(jié)構(gòu)單元，能夠處理襯底彎曲，并檢測襯底上表面與印刷焊料的反射系數(shù)顯著不同的對象。
(3)基于完全自動設(shè)置的焊盤表面基準測量印刷焊料的高度和體積的方法
在焊料印刷檢查系統(tǒng)中，安裝兩種類型的測量系統(tǒng)，一種為2D測量系統(tǒng)，而另一種為3D測量系統(tǒng)。這些測量系統(tǒng)各自完全獨立，但是當考慮整個檢查系統(tǒng)的成本時，希望能夠共享盡可能多的結(jié)構(gòu)。類似于2D檢查的數(shù)據(jù)，3D檢查的數(shù)據(jù)也可以由金屬掩模的光繪數(shù)據(jù)產(chǎn)生。
由掩模的光繪數(shù)據(jù)獲得金屬掩模的孔信息(形狀、面積、位置)。由于孔信息是轉(zhuǎn)移到襯底的焊盤上的印刷焊料的真正基準區(qū)域和基準位置信息，所以所討論的數(shù)據(jù)作為2D檢查的真正數(shù)據(jù)。由2D檢查的數(shù)據(jù)，要求工人指定要經(jīng)受3D檢查的部件部分。此外，還要求工人輸入金屬掩模的厚度信息。
金屬掩模的厚度是印刷焊料的真正基準高度。此外，通過用基準面積的值乘以該基準高度，可以計算基準體積。這樣，可以得到包括印刷焊料的高度和體積值的3D檢查的數(shù)據(jù)。在準備襯底檢查數(shù)據(jù)的最后階段，要求工人裝載原始襯底(印刷膏狀焊料之前的襯底，焊盤上表面暴露在襯底表面上，并且襯底的其它部分用抗蝕劑覆蓋)。
由于通過照相機輸入圖像，所以以場(區(qū)域照相機取的區(qū)域形范圍，對應(yīng)于稍后描述的2D檢查的拾取范圍40)為單位進行2D檢查(一場接一場)。在3D檢查中，基本上沒有場(視覺場)的概念，但是由于3D檢查是指定部分的檢查，所以引入類似于場的概念(高度測量區(qū)11，其中關(guān)于作為測量對象的襯底相對地操作稍后描述的3D檢查的圖像拾取范圍41，以進行高度測量)。執(zhí)行“場分配(確定場位置從而在一個高度測量區(qū)11中有效地接收測量對象的處理)”，其中已經(jīng)產(chǎn)生的檢查數(shù)據(jù)重新一場一場地安排。
以場分配的檢查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行3D檢查。首先，測量在3D測量場上下端的襯底上表面的高度，并且以測量結(jié)果為基礎(chǔ)創(chuàng)建檢查系統(tǒng)的初始高度測量基準平面。然后，以檢查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，測量在3D檢查的對象中的焊盤部分的高度。由于測量對象為原始襯底，所以在測量區(qū)域中不存在印刷焊料，并因此，它是測量中的焊盤高度。
這樣，能夠定義每個焊盤關(guān)于檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準平面(襯底上表面基準)的高度。在檢查數(shù)據(jù)中一個焊盤一個焊盤地記錄該信息。為指定進行3D檢查的所有焊盤重復該工作。當對所有焊盤的檢查完成時，就完成了檢查數(shù)據(jù)的準備。
在檢查中，測量印刷焊料關(guān)于檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準(襯底上表面基準)的高度和體積。由于在檢查數(shù)據(jù)中包含每個焊盤關(guān)于檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準的高度信息，所以可以將已經(jīng)測得的印刷焊料的高度和體積的結(jié)果轉(zhuǎn)換為基于用戶希望的焊盤表面的高度和體積。
根據(jù)上述方法，其中通過完全自動的設(shè)置，測量基于焊盤表面的印刷焊料的高度和體積，可以得到以下結(jié)果。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在準備3D檢查的數(shù)據(jù)中，絕對必須由工人進行高度測量基準點的設(shè)置工作。但是，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，自動產(chǎn)生檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準。然后，通過在印刷之前測量原始襯底，每個焊盤上表面關(guān)于檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準的高度與高度測量基準相聯(lián)系。結(jié)果，在焊料印刷檢查中，由檢查系統(tǒng)初始的高度測量基準測量印刷焊料的高度。測量結(jié)果可以轉(zhuǎn)換為焊盤上表面基準，并然后輸出。
由此，通過在準備3D檢查數(shù)據(jù)時僅識別原始襯底，可以完全自動地創(chuàng)建焊盤上表面基準的檢查數(shù)據(jù)。與常規(guī)檢查系統(tǒng)相比可以大大縮短檢查數(shù)據(jù)準備時間。
(4)適用于視覺判定的3D焊料印刷檢查方法首先，進行指定焊盤部分的3D檢查，并且在檢查結(jié)果存儲區(qū)中記錄得到的結(jié)果。隨后，進行對所有焊盤的2D檢查。對于在2D檢查中確定有缺陷的焊盤，不僅記錄各個測量結(jié)果，而且記錄2D照相機拾取的圖像。此外，在顯示單元的指定位置顯示2D拾取的圖像。
對于在3D檢查中確定有缺陷的焊盤，不僅記錄各個測量結(jié)果，而且記錄2D照相機拾取的圖像。此外，在顯示單元的指定位置顯示2D拾取的圖像。
當所有焊盤的檢查完成時，切換到關(guān)于確定含有印刷缺陷的襯底的視覺確認方式。由于在顯示單元上以更大的比例顯示確定有缺陷的焊盤的2D圖像，所以工人可以以與顯微圖像的確認相同的方式在視覺確認中利用放大的圖像。
根據(jù)上述適于視覺確認的3D焊料印刷檢查方法，能夠得到如下結(jié)果。
根據(jù)首先進行2D檢查、然后進行3D檢查的常規(guī)順序，在檢查對象在3D檢查中有缺陷、但在2D檢查中良好的情況下，不存儲其2D圖像。因此，在檢查結(jié)束時，不能提供工人視覺確認所必需的2D拾取圖像。但是，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)(執(zhí)行3D檢查之后進行2D檢查)，在顯示單元上顯示確定有缺陷的所有焊盤部分的2D放大圖像。
因此，工人可以在檢查結(jié)束的同時切換到視覺確認。雖然所討論的問題僅涉及先進行3D檢查隨后進行2D檢查的順序。但是，根據(jù)該順序，與相反的順序相比，可以改善包括視覺確認時間的檢查系統(tǒng)的總流水時間。
下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。在說明實施例的所有的附圖中，具有相同功能的部件原則上用相同的參考編號表示，并且省略其重復說明。
首先，參考圖1和2，描述根據(jù)本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的例子。圖1示出了整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(單透鏡照相機)的結(jié)構(gòu)圖，而圖2示出了進行3D測量的光學系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與圖像拾取場之間的關(guān)系。
如圖1所示，本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)設(shè)置有照明裝置20。照明裝置20上安裝有用來提取焊盤的帶紅色的綠色LED照明單元21和用來檢測膏狀焊料的藍色LED照明單元22。在照明裝置20中并入狹縫照明單元23。從狹縫照明單元23發(fā)出細長光24。狹縫光的長度大約為30mm，而其寬度大約為0.1mm。雖然沒有示出，但是由總控制部分80控制照明單元21、22和23的開啟和關(guān)斷。
在照明裝置20之上安裝用于在圖像拾取元件上形成圖像的透鏡32和用于將形成的圖像轉(zhuǎn)換為電信號的照相機31。對于照相機31，只要使用的照相機是區(qū)域照相機，任何類型的照相機都可以。但是，為了有效地進行2D檢查和3D檢查兩者，在本實施例中采用CMOS區(qū)域照相機(用CMOS晶體管作為圖像拾取元件的區(qū)域照相機)。借助于該CMOS區(qū)域照相機，如圖2所示，當進行2D檢查時，在對應(yīng)于圖像拾取元件的全部范圍的圖像拾取范圍40上拾取圖像。在所示的例子中，設(shè)置照相機，從而在20.48×20.48mm的范圍上拾取圖像。在3D檢查中，拾取圖像的同時限制包括細長光24照射的部分的圖像拾取范圍41。在所示的例子中，只對所要求的從20.48×0.64mm至20.48×5.12mm范圍內(nèi)的區(qū)域圖像進行拾取。對于要經(jīng)受圖像拾取處理的范圍，由總控制80通過圖像輸入存儲部分50發(fā)出指示。
照相機31連接到圖像輸入存儲部分50，從而從照相機31的輸出圖像輸入到圖像輸入存儲部分50。圖像輸入存儲部分50由2D檢查的拾取焊料圖像數(shù)據(jù)區(qū)域51、2D檢查的拾取焊盤圖像數(shù)據(jù)區(qū)域52和3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)區(qū)域53構(gòu)成。在3D檢查中，拾取大量圖像，同時一點一點改變狹縫光24施加的位置，并由此，3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)區(qū)域53由最少1024片圖像數(shù)據(jù)構(gòu)成。
在2D檢查中，通過只開啟藍色LED照明裝置22拾取的圖像存儲在2D檢查的拾取焊料圖像數(shù)據(jù)區(qū)域51中。通過只開啟帶紅色的綠色LED照明裝置21拾取的圖像存儲在2D檢查的拾取焊盤圖像數(shù)據(jù)區(qū)域52中。
在3D檢查中，只有狹縫照明裝置23開啟，并且拾取限制在3D檢查的圖像拾取范圍41的圖像拾取范圍內(nèi)的圖像。其圖像數(shù)據(jù)存儲在3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)區(qū)53中。此外，通過一點一點地改變狹縫光24施加的位置得到的拾取圖像作為第二、第三、......片一個接一個地存儲在3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)區(qū)域53中。
圖像輸入存儲部分50連接到圖像處理部分60，從而從圖像輸入存儲部分50的輸出供入到圖像處理部分60。圖像處理部分60包括用來存儲通過處理由圖像輸入存儲部分50提供的3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53得到的高度測量數(shù)據(jù)的3D測量數(shù)據(jù)區(qū)61。圖像處理部分60還包括用來存儲來自3D測量數(shù)據(jù)61的三維顯示數(shù)據(jù)的3D測量數(shù)據(jù)三維顯示區(qū)62。
在作為測量對象的襯底10上印刷焊料10a、10b和10c。襯底10固定在X軸自動機71上，X軸自動機71依次固定在Y軸自動機72上。隨著X和Y軸自動機71、72的操作，作為測量對象的襯底10關(guān)于透鏡32和照明裝置20移動。這樣，照相機31可以拾取襯底10上的任意位置。
X和Y軸自動機71、72連接到自動機控制器73，自動機控制器73依次連接到總控制部分80。結(jié)果，襯底10可以根據(jù)總控制部分80給出的指令在XY平面上移動?？偪刂撇糠?0用來控制檢查系統(tǒng)的組成單元。構(gòu)成所有的自動機控制器73、圖像處理部分60、圖像輸入存儲部分50和照明裝置20，從而根據(jù)由總控制部分80給出的指令操作。
在總控制部分80中存在焊盤數(shù)據(jù)81、場分配數(shù)據(jù)82、拾取數(shù)據(jù)存儲區(qū)83、檢查數(shù)據(jù)準備程序84和檢查執(zhí)行程序85。對于其功能，稍后給出詳細描述。
顯示單元74用來顯示工人操作檢查系統(tǒng)所必需的信息。拾取的圖像也顯示在顯示單元74上。
接著，將參考圖3至10描述在本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中測量印刷焊料的高度和體積的原理的例子。圖3示出了狹縫光施加到焊料的位置與焊料的高度之間的關(guān)系，圖4(a)至4(c)分別示出了在要進行3D測量的襯底上的區(qū)域與圖像拾取場之間的位置關(guān)系，圖5示出了在3D圖像拾取區(qū)域與圖像拾取場之間相對于襯底的位置關(guān)系，圖6示出了在照相機的圖像拾取部件上的3D圖像拾取區(qū)，圖7示出了狹縫光一般如何在3D圖像拾取區(qū)域中成像，圖8(a)至8(c)示出了狹縫光如何在3D圖像拾取區(qū)域中實際成像，圖9示出了用于存儲從狹縫光位置測得的測量對象高度的結(jié)果的記錄部分的結(jié)構(gòu)，并且圖10示出了由記錄的對象的高度數(shù)據(jù)再現(xiàn)測量對象的3D圖像的再現(xiàn)圖像。
為了更容易理解本發(fā)明的本質(zhì)，將給出主要關(guān)于印刷焊料的高度和體積的3D測量的描述。對于印刷焊料的3D和2D測量，可以使用在本發(fā)明人之前提出的日本專利申請No.2003-106990中公開的技術(shù)。
在印刷焊料的高度和體積的3D測量中，控制X和Y軸自動機71、72，從而狹縫光24施加到在圖1所示的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中測量高度和體積的部分。
如圖3所示(左側(cè)是示意平面圖，而右側(cè)是示意剖面圖(省略了指示部分))，當狹縫光24施加到作為測量對象的襯底10上的印刷焊料10x(10a-10c)時，在印刷焊料10x上生成狹縫光跡242，并在襯底10上生成細長的光跡241。在由照相機31拾取的3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53中，以它們的位置偏離對應(yīng)于印刷焊料10x的高度的量的方式，在印刷焊料10x上的狹縫光跡242成像為狹縫光跡532，并且在襯底10上的細長的光跡241成像為細長的光跡531。
如果假設(shè)狹縫光24與襯底10的上表面的夾角為θ，則印刷焊料10x的高度等于將偏移量乘以tanθ得到的值。以該想法為基礎(chǔ)，如果由3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53得到狹縫光跡532和531圖像在Y方向的坐標差，然后乘以tanθ，則可以確定印刷焊料10x的高度。
但是，單獨由該測量，只能測量作為狹縫光24施加部分的段部分的高度。不能測量在印刷焊料10x的檢查中最需要的體積。因此，作為測量對象的襯底10關(guān)于照相機單元31和發(fā)出狹縫光24的狹縫照明單元23作相對操作。操作方向是垂直于狹縫光跡241和242的縱向的方向，即，圖3中的y方向。
在圖4中，在作為測量對象的襯底10上的3D測量范圍設(shè)置為如(a)中所示的高度測量區(qū)11。首先，如(b)中，控制X軸自動機71和Y軸自動機72，使得作為高度測量區(qū)11上端的高度測量基準線11a位于3D檢查的圖像拾取范圍41中，該圖像拾取范圍41位于2D檢查的圖像拾取范圍40中。在上述位置拾取圖像，然后，3D檢查的圖像拾取范圍41關(guān)于襯底10相對地移動20μm，隨后拾取圖像，然后再移動20μm，隨后拾取圖像。由此，重復這些操作。接著，如(c)中，作為高度測量區(qū)11下端的高度測量基準線11b進入3D檢查的圖像拾取范圍41中，隨后重復，直到拾取其圖像。
圖5示出了關(guān)于作為測量對象的襯底10，高度測量區(qū)11上端的高度測量基準線11a進入圖像拾取范圍41的位置與區(qū)11下端的高度測量基準線11b進入圖像拾取范圍41的位置之間的位置關(guān)系。在2D檢查的圖像拾取范圍40中的3D檢查的圖像拾取范圍41在圖5中向左移動。
如果假設(shè)高度測量區(qū)域11的范圍為20.48×20.48mm，則由于圖像拾取是以20μm為單位重復，所以拾取20.48/0.02＝1024片數(shù)據(jù)作為3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)。在圖8中示出了實際拾取的圖像數(shù)據(jù)部分。在同一片圖中，圖8(a)的實際圖像數(shù)據(jù)53c代表作為測量對象的襯底10的表面如何成像，圖8(b)的實際圖像數(shù)據(jù)53d代表印刷焊料10x的較高的部分如何成像，以及圖8(c)的實際圖像數(shù)據(jù)53e代表印刷焊料10x的較低的部分如何成像。
在3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53中，定義測量基準線533?？蛇x擇地設(shè)置測量基準線533在3D檢查的圖像拾取區(qū)域的位置。在本例子中，如圖3、6和7中所示，設(shè)置測量基準線533基本上與襯底上的狹縫光跡531相重合，細節(jié)將稍后來描述。3D檢查的實際拾取圖像數(shù)據(jù)53具有1024像素(pe)×32-256像素(pe)的尺寸，拾取圖像的數(shù)量為1024。為了更容易地理解后續(xù)處理的內(nèi)容，如圖9所示，假設(shè)拾取圖像數(shù)據(jù)53的尺寸在橫向(X方向)為10個像素(0-9pe0-180μm)，拾取圖像的片數(shù)為10個(在Y方向；0-9pe0-180μm)，作為3D測量數(shù)據(jù)61。
首先，如圖3所示，處理從3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53的第一片開始。在圖像上x＝0像素處確定有細長光跡531和532的y坐標。由于狹縫光24的寬度約為0.1mm，所以在圖像上至少有五個像素的寬度。五個像素不具有同一的亮度值。五個像素具有中間明亮并且亮度向外側(cè)逐漸降低的分布。通過由五個像素確定二次或四次曲線，可以精確地近似在狹縫光24寬度方向的亮度分布。通過求該曲線在y坐標的峰值，可以以一個像素或更小為單位精確地確定在x＝0處狹縫光的y坐標值。用測量基準線533確定y坐標作為原點。
用y坐標乘以tanθ得到狹縫光施加部分的距測量基準線的高度。從x＝1到x＝9重復該處理。此外，對第二到第九片3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53重復相同的處理。所有這些操作的結(jié)束意味著測量了在高度測量區(qū)11中的所有點的高度。在本例子中，在x和y方向的測量間隔為20μm。
測得的高度數(shù)據(jù)存儲在3D測量數(shù)據(jù)區(qū)域61中。3D測量數(shù)據(jù)61具有(10，10)的2D矩陣結(jié)構(gòu)，從而可以記錄所有測量點的高度信息，如圖9所示。關(guān)于其中第m片在x＝n(n＝0到9)的高度數(shù)據(jù)為yn×tanθ(n＝0到9)的情況，給出該數(shù)據(jù)將寫入3D測量數(shù)據(jù)61中的(10，10)中哪個單元的描述。由于x＝n，所以顯然x坐標為x＝n。由于是第m片，所以基本的y坐標為y＝m。
但是，如圖3所示，具有高度yn×tanθ的點在y方向處于從測量基準線533偏離-yn的位置。因此，存儲結(jié)果的單元的y坐標變?yōu)閙-yn。
由于3D測量數(shù)據(jù)61是(10，10)的2D矩陣，所以單元的xy坐標值成為單位(在本例子中為20μm)的整數(shù)倍。m-yn的值不與單元的整數(shù)值相一致，相關(guān)數(shù)據(jù)寫入與y坐標值最接近的單元。總之，當3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53的第m片在x＝n的狹縫光跡532的y坐標為yn時，如果假設(shè)<m-yn>為最接近m-yn的“單位的整數(shù)倍的值”，則其高度數(shù)據(jù)yn×tanθ寫入3D測量數(shù)據(jù)61的單元(n，<m-yn>)。
這樣，得到高度測量區(qū)11的3D測量數(shù)據(jù)61。由于測量基準線533與襯底上的狹縫光跡531對準，所以3D測量數(shù)據(jù)61包括從襯底上表面測得的凹陷和凸起。通過積分該數(shù)據(jù)，還可以得到體積數(shù)據(jù)。此外，采用3D圖像處理，可以得到如圖10所示的三維顯示62。在圖10的三維顯示62中，具有網(wǎng)格狀的窄線間隔的顯示部分代表平坦形狀，而具有較寬的線間隔的顯示部分代表凸起形狀，該部分對應(yīng)于印刷焊料。
由此，通過上述圖1和2的結(jié)構(gòu)可以做3D測量。但是，在實際的印刷焊料的襯底中，在焊料的上表面與襯底的上表面之間的反射系數(shù)出現(xiàn)最大為100∶1的巨大差別。因此，如果試圖以適當?shù)牧炼葯z測印刷焊料的上表面，則不可能檢測襯底的上表面。
在上述測量中，使在3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53中的測量基準線533對準襯底上的狹縫光跡241。如果襯底沒有彎曲等，則測量基準線533與襯底的上表面總是彼此相重合，從而即使不能檢測襯底的上表面，也能夠正確測量印刷焊料的高度。但是，作為測量對象的實際襯底10最大彎曲大約±1.5。在存在這種彎曲的情況下，測量基準線533與襯底的上表面彼此沒有對準，導致失去高度測量基準。下面將描述該問題的解決方案。
接著，參考圖3至7，下面給出關(guān)于在本實施例的2D-3D焊料印刷檢測系統(tǒng)中測量印刷焊料的高度和體積中檢測高度測量基準的有效方法的例子。
為了允許圖5中所示的襯底10的這種彎曲，3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53的圖像尺寸設(shè)置為大約1024像素(pe)×256像素(pe)，以得到襯底高度測量的拾取圖像數(shù)據(jù)53a，如圖6所示。由于分辨率為20μm，所以3D檢查的圖像拾取范圍41變?yōu)?0.48mm×5.12mm。
由于狹縫光24相對于作為測量對象的襯底10的襯底表面的夾角設(shè)置為45°，所以20.48mm×5.12mm的圖像拾取范圍等于高度方向中5.12mm的測量范圍?？紤]到印刷焊料的高度最大為0.2mm，而狹縫光的寬度為0.1mm，所以能夠在高度方向保證大約±2.56-0.3mm＝±2.26mm的測量范圍。甚至可以保證±2.0mm的余量。因此，能夠完全覆蓋襯底10的±1.5mm的彎曲。
在拾取圖像數(shù)據(jù)53a的該圖像拾取范圍內(nèi)拾取高度測量區(qū)11的上端部分的圖像，用于襯底的高度測量。如圖3至5所示，由于檢測作為測量對象的襯底10的上表面，所以曝光時間設(shè)置為5ms，從而給出足夠明亮的狹縫光跡531，該狹縫光跡531允許襯底10上狹縫光跡241的檢測。在該圖像拾取條件下，以適當?shù)牧炼群蛯挾瘸上褚r底上的狹縫光跡531。對于在印刷焊料10x上的狹縫光跡532，該圖像拾取條件導致過度曝光，導致亮度變飽和并且以增厚的狀況拾取圖像。
由此，以混合狀況存在兩個高信息段，一個為作為測量對象的襯底10的上表面，而另一個為印刷焊料10x的上表面。但是，由于顯然較低的一個為襯底上表面，所以能夠容易地指定在高度測量基準線11a上的襯底上表面的垂直位置(襯底上的狹縫光跡531)。
接著，如圖6所示定義用于測量印刷焊料高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b。圖像尺寸設(shè)置為1024像素(pe)×32像素(pe)，如圖7所示。由于分辨率為20μm，所以3D檢查的圖像拾取范圍變?yōu)?0.48mm×0.64mm。在從低于拾取圖像數(shù)據(jù)53b的第12個像素的位置設(shè)置測量基準線533。在照相機的圖像拾取元件之上的位置設(shè)置用于測量印刷焊料的高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b，從而測量基準線533對準高度測量基準線11a上的襯底上表面的垂直位置(531)。
印刷焊料10x的正常高度為0.16mm，對應(yīng)于拾取圖像數(shù)據(jù)53b上的八個像素。因此，在用于測量印刷焊料的高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b中，在作為測量對象的襯底10上的狹縫光跡531與在印刷焊料10x上的狹縫光跡532之間的位置關(guān)系變?yōu)樵趫D7中所示的這種關(guān)系。
對于拾取圖像數(shù)據(jù)53b，以0.05ms的曝光時間拾取用于檢測印刷焊料上表面的1022片圖像。在如此短的曝光時間下，只有在印刷焊料10x上的狹縫光跡531在拾取圖像數(shù)據(jù)中成像，而在襯底10上的狹縫光跡531沒有成象。以比5ms的更長的曝光時間拾取最新的1024片圖像。由于這樣曝光時間變長，所以能夠指定在高度測量基準線11b上的襯底上表面的垂直位置(在襯底上的狹縫光跡531)。
通過對用于測量印刷焊料的高度的第二至第1023片拾取圖像數(shù)據(jù)53b施加基于上述測量印刷焊料的高度和體積的原理的處理，能夠測量以測量基準線533為基礎(chǔ)的印刷焊料10x的高度。此外，由前面提到的，由于在照相機的圖像拾取元件上設(shè)置用于測量印刷焊料的高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b，從而測量基準線533與高度測量基準線11a上的襯底上表面的垂直位置531相重合，所得到的測量結(jié)果是修正襯底10的彎曲之后的測量結(jié)果。
此外，由于關(guān)于第一片拾取圖像測量在高度測量基準線11a上的襯底的上表面高度和在高度測量基準線11b上的襯底的上表面高度，所以能夠檢測在高度測量區(qū)11中的襯底(在該限定的范圍內(nèi)的襯底彎曲可以認為是襯底傾斜)的上表面。如果以檢測到的襯底10的上表面基準重新評估印刷焊料10x的高度測量結(jié)果，則得到基于更精確的襯底上表面基準的印刷焊料10x的高度測量結(jié)果。
由此，通過控制在檢測作為測量對象的襯底10的上表面中的圖像拾取范圍和曝光時間以及在檢測印刷焊料10x中的圖像拾取范圍和曝光時間為各自的最佳值，可以以襯底上表面為基礎(chǔ)測量印刷焊料10x的高度，而不受襯底10彎曲的影響。此外，用于跟隨襯底10彎曲的測量時間的延長可以保持最小。
在以上描述中，已示出了以作為測量對象的襯底10的上表面為基礎(chǔ)可以測量印刷焊料10x的高度。但是，為了更精確，必須以焊盤上表面為基礎(chǔ)確定印刷焊料10x的高度測量。下面將描述具體方法。
接著，參考圖11至20，下面將給出在本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中關(guān)于通過完全自動設(shè)置，為以焊盤上表面為基礎(chǔ)測量印刷焊料的高度和體積準備檢查數(shù)據(jù)的方法的例子。圖11(a)和11(b)分別示出了共用襯底的結(jié)構(gòu)和A-A’的剖面，圖12示出了高度測量基準線、高度測量基準平面與焊盤表面高度之間的位置關(guān)系，圖13示出了在焊料印刷檢查系統(tǒng)中的檢查數(shù)據(jù)(焊盤數(shù)據(jù))的基本結(jié)構(gòu)，圖14示出了在焊料印刷檢查系統(tǒng)中的場分配數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)，圖15是示出了準備襯底檢查數(shù)據(jù)的過程的流程圖，圖16示出了襯底和布線圖形的基底材料，圖17示出了由基底材料、布線圖形和抗蝕劑構(gòu)成的共用襯底的結(jié)構(gòu)和外觀，圖18(a)至18(c)分別示出了圖17的A-A′、B-B′和C-C′的剖面，圖19示出了在襯底上的膏狀焊料的轉(zhuǎn)移狀況，以及圖20(a)至20(c)分別示出了圖19的A-A′、B-B′和C-C′的剖面。
根據(jù)共用襯底的結(jié)構(gòu)，如圖11(a)和11(b)所示(圖11(a)是平面圖，圖11(b)是(a)中沿線A-A’的剖面圖)，在襯底基底材料12上用銅形成布線圖形13。暴露出要連接到安裝部件的端子的布線圖形13的部分把其作為焊盤部分15，視具體情況，焊盤部分15可以用金電鍍以增強導電性。在每個布線圖形13中，除焊盤部分15之外的區(qū)域用抗蝕劑14覆蓋，并從而絕緣?？刮g劑14覆蓋的銅圖形部分通常稱作內(nèi)層圖形部分16，與沒有任何銅圖形的抗蝕劑部分相比，內(nèi)層圖形部分16通常高出對應(yīng)于布線圖形13的厚度的量。在這種襯底結(jié)構(gòu)中，涂覆抗蝕劑膜之前的襯底上表面如圖16所示。當抗蝕劑14的絕緣膜在這種狀況下涂到襯底上表面時，假設(shè)襯底上表面分別為如圖17和18所示的上表面狀況和剖面狀況。此外，在印刷膏狀焊料之后，假設(shè)襯底上表面分別為如圖19和20所示的上表面狀況和剖面狀況。
例如，在圖16中居中形成用于安裝在圖24所示的QFP 90上的多個焊盤部分15，稍后結(jié)合圖25和26描述其細節(jié)。形成通孔13a，從焊盤部分15通過布線圖形13通到下面的布線圖形或背側(cè)端子。沿著圖16的外圍部分，形成芯片部件，例如各種封裝的芯片電阻和芯片電容，以及焊盤部分15、布線圖形13和通孔13a。
在圖16的該狀況下，如果在除連接到電路部件端子的焊盤部分15之外涂覆抗蝕劑14的絕緣膜，則襯底上表面以焊盤部分15的暴露狀態(tài)用抗蝕劑14覆蓋，如圖17和18所示。此外，如果膏狀焊料印刷到襯底上，則印刷焊料10x開始出現(xiàn)在焊盤部分15上，如圖19和20所示。在圖20(a)至20(c)中，由在圖20(a)中所示的高度測量基準線11a和在圖20(c)所示的高度測量基準線11b可以確定在圖20(b)中所示的高度測量基準平面17，這些將稍后描述。
在上述測量印刷焊料的高度和體積的原理以及測量印刷焊料的高度和體積的有效方法的描述中，顯然可以測量在襯底上印刷焊料的高度。對每個高度測量區(qū)11進行測量。在準備檢查數(shù)據(jù)時自動準備高度測量區(qū)11。因此，也自動定義高度測量基準線11a和11b。
如圖12所示，通過在高度測量基準線11a和11b上測量襯底上表面的高度，能夠確定高度測量基準平面17。以高度測量基準平面17為基礎(chǔ)，測量在襯底基底材料12上的每個焊盤部分15上印刷的印刷焊料的高度。在這個關(guān)系中，這里給出考慮用原始襯底進行類似的測量。由于原始襯底是其上沒有印刷膏狀焊料的襯底，所以在嘗試測量印刷焊料部分的高度中，得到基于高度測量基準平面17的焊盤上表面的高度18a、18b和18c。
通過測量原始襯底預先測量焊盤上表面的高度18a、18b和18c，并且將其一個焊盤一個焊盤的存儲。根據(jù)測量印刷焊料的高度和體積的前述原理以及在印刷焊料的高度和體積的測量中檢測高度測量基準的有效方法，一個焊盤一個焊盤地測量印刷焊料的高度，并且從測量結(jié)果中減去已經(jīng)一個焊盤一個焊盤地存儲的焊盤上表面高度。結(jié)果，假設(shè)印刷焊料的高度為以焊盤上表面為基礎(chǔ)測得的值。
例如，在圖12的例子中，高度測量基準線11a成為在襯底基底材料12上沒有布線圖形的抗蝕劑14的上表面，而高度測量基準線11b成為在襯底基底材料12上具有布線圖形的抗蝕劑14的上表面，并且包括這些上表面的平面設(shè)置為高度測量基準平面17。在高度測量基準平面17中，高度測量基準線11b大了對應(yīng)于布線圖形13的厚度的量，從而焊盤上表面高度的值以焊盤15a的焊盤上表面高度18a→焊盤15b的焊盤上表面高度18b→焊盤15c的焊盤上表面高度18c的順序變大。因此，減去基于焊盤上表面的測量的值是滿足焊盤15a＜焊盤15b＜焊盤15c的關(guān)系的值。
由此，通過在檢查數(shù)據(jù)準備的最后階段測量原始襯底，并且通過測量和存儲每個焊盤15a、15b和15c相對于自動產(chǎn)生的高度測量基準平面17的高度數(shù)據(jù)，可以比基于作為測量對象的襯底10的上表面的測量更精確地進行基于焊盤上表面的印刷焊料高度的測量。在基于焊盤上表面的該印刷焊料高度的測量中，下面將參考圖15描述使用檢查數(shù)據(jù)準備程序84的檢查數(shù)據(jù)準備過程的具體流程。
在S8401中，要求工人將印刷中所用的金屬掩模的光繪數(shù)據(jù)輸入檢查系統(tǒng)。這是由于焊料印刷工作是將膏狀焊料通過金屬掩模的孔轉(zhuǎn)移到襯底上的工作，并因此，可以通過讀出光繪數(shù)據(jù)作為金屬掩模設(shè)計數(shù)據(jù)，來檢測轉(zhuǎn)移的膏狀焊料的形狀、面積和位置。
在S8402中，要求工人指定金屬掩模的厚度。由金屬掩模的光繪數(shù)據(jù)只能得到轉(zhuǎn)移的膏狀焊料的形狀、面積和位置。其中不包括印刷焊料的印刷高度和體積信息。由于轉(zhuǎn)移到襯底上的膏狀焊料的高度依賴于金屬掩模的厚度，所以能夠獲得基準印刷高度的信息。此外，通過用從光繪數(shù)據(jù)中得到的基準面積值乘以掩模厚度，還可以得到基準體積。
在S8403中，要求工人輸入用于確定是否接受所得到的值的判定值(參數(shù)、上限和下限值)。這是由于所討論的系統(tǒng)是檢查系統(tǒng)，并因此必須確定通過測量得到的值是否落在良好產(chǎn)品的范圍內(nèi)。上限和下限值用來確定測得的值是否能夠接受。因此，要求工人以基準值的百分比形式指定這些值。由于這些指定百分比的上限和下限值很少隨著測量對象而變化，所以存儲輸入的值，以在下一個和隨后的數(shù)據(jù)準備工作中減輕工人的負擔。
在S8404中，當滿足上述條件時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以生成焊料印刷檢查必需的焊盤數(shù)據(jù)81。在圖13中示出了焊盤數(shù)據(jù)81的基本結(jié)構(gòu)。在該轉(zhuǎn)換工作中，通過對應(yīng)于焊盤數(shù)量(孔的數(shù)量)的編號可以得到由焊盤XY坐標8102、焊盤XY寬度8103、基準面積8104、基準體積8105和判定值8106構(gòu)成的檢查數(shù)據(jù)(焊盤數(shù)據(jù))。焊盤編號8101是為了方便在同一個系統(tǒng)的內(nèi)部中檢查系統(tǒng)識別焊盤而分配的編號。焊盤編號是從編號1開始的序號。
檢查項8107是識別標志，用于區(qū)分是進行2D檢查作為焊盤檢查還是進行2D檢查和3D檢查兩者。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，檢查項就保持空白，因為沒有指定信息。由上述工作不能獲得以焊盤上表面為基礎(chǔ)測量印刷焊料高度所必需的從基準平面的高度8108(從高度測量基準平面17的每個焊盤的上表面高度18a、18b、18c、......)，并因此保持空白。
在S8405中，要求工人一個焊盤一個焊盤地指定檢查項。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(S8404)可以得到所有的孔信息，并且可以在顯示單元74上繪圖顯示。要求工人通過在繪像上拖曳鼠標指定3D檢查的焊盤。對于這樣指定的3D檢查的焊盤，將表示3D檢查的必要性的標志加到檢查項8107。
在S8406中，執(zhí)行場分配。而且，在3D檢查中存在等同于場的概念的高度測量區(qū)11的概念，并因此必須一場一場地執(zhí)行檢查。因此，需要一場一場地收集隨機焊盤的工作。這是場分配。首先，對于也要求3D檢查的焊盤，使用高度測量區(qū)11作為場執(zhí)行場分配。隨后，用2D檢查的圖像拾取范圍40作為場，對所有的焊盤執(zhí)行場分配。結(jié)果，產(chǎn)生場分配數(shù)據(jù)82。在圖14中顯示了場分配數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)。在2D檢查的焊盤數(shù)據(jù)之前安排要求3D檢查的所有焊盤數(shù)據(jù)。
場分配數(shù)據(jù)82由場編號821、檢查項822、中心XY坐標823、起始XY坐標824、結(jié)束XY坐標825、場X尺寸826、場Y尺寸827和焊盤編號828組成。借助于焊盤數(shù)據(jù)81的檢查項8107的信息，檢查項822可以確定要執(zhí)行3D檢查還是2D檢查。中心XY坐標823表示場中心的坐標。在2D檢查中，以該坐標值為基礎(chǔ)以照相機場的中心與相關(guān)坐標相重合的方式控制自動機。起始XY坐標824和結(jié)束XY坐標825分別代表在3D檢查中的高度測量區(qū)11的場掃描起始坐標和結(jié)束坐標。場X尺寸826和場Y尺寸827代表場的尺寸。與圖13所示的焊盤數(shù)據(jù)81的信息的相關(guān)性，受在焊盤編號828中記錄的焊盤編號的影響。
在S8407中，為檢查系統(tǒng)設(shè)置原始襯底。以場分配數(shù)據(jù)82和焊盤數(shù)據(jù)81為基礎(chǔ)，在3D檢查中將襯底移動到成像第一場(高度測量區(qū)11)的位置。然后，如上所述，得到3D檢查的第一個1024片拾取圖像數(shù)據(jù)53。
在S8408中，由第一到第1024片圖像數(shù)據(jù)測量在高度測量基準線11a和11b上的襯底高度。
在S8409中，由高度測量基準線11a和11b上的襯底高度產(chǎn)生圖12所示的高度測量基準平面17。
在S8410中，測量場(高度測量區(qū)11)中的焊盤上表面的高度。通過參考圖14中所示的場分配數(shù)據(jù)82和圖13中所示的焊盤數(shù)據(jù)81，可以檢測要測量的焊盤。
在S8411中，由圖13所示的焊盤數(shù)據(jù)81的基準平面，在高度區(qū)8108中按焊盤存儲基于高度測量基準平面17的焊盤上表面的這樣測量的高度18a、18b、18c、......的數(shù)據(jù)。
重復執(zhí)行從S8406到S8411的上述處理，直到完成所有場。當上述處理完成時，定義相對于由檢查系統(tǒng)自動產(chǎn)生的原始高度測量基準平面的每個焊盤上表面的高度。因此，可以幾乎自動地產(chǎn)生測量焊盤上表面基準所必要的數(shù)據(jù)。
接著，除了上面已經(jīng)參考的圖3至7之外參考圖21，下面給出關(guān)于方法的描述，使用該方法，在本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中基于焊盤上表面檢查印刷焊料的高度和體積，同時采用了對抗襯底彎曲的措施。圖21是示出了3D檢查的處理過程的流程圖。
通過上述方法為基于焊盤上表面測量印刷焊料的高度和體積準備檢查數(shù)據(jù)，利用這樣準備的檢查數(shù)據(jù)能夠基于焊盤上表面測量印刷焊料的高度和體積，同時吸收襯底的彎曲。這一點下面將參考圖21描述。圖21詳細地示出了作為圖22所示的襯底檢查過程的“3D檢查”處理。
在S8502-01中，指向數(shù)據(jù)的指針移動(初始化)到場分配數(shù)據(jù)82的頭部。
在S8502-02中，通過在場分配數(shù)據(jù)82中提取場中心XY坐標823、場X尺寸826和場Y尺寸827相同的數(shù)據(jù)，可以提取在同一個場中的所有焊盤數(shù)據(jù)。
在S8502-03中，指針位置更新一個對應(yīng)于要測量的焊盤數(shù)量的量，從而指示在下一個場中的焊盤數(shù)據(jù)組的頭部。
在S8502-04中，以場分配數(shù)據(jù)82中的場起始XY坐標824為基礎(chǔ)操作X軸自動機71和Y軸自動機72，以提供高度測量區(qū)11中的高度測量基準線11a在照相機31的中央成像的位置關(guān)系。
在S8502-05中，首先允許作為測量對象的襯底10的彎曲，如圖6所示，3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53的圖像尺寸設(shè)置為大約1024像素×256像素，以得到用于襯底高度測量的拾取圖像數(shù)據(jù)53a。由于分辨率為20μm，所以3D檢查的圖像拾取范圍41變?yōu)?0.48mm×5.12mm。
在用于襯底高度測量的拾取圖像數(shù)據(jù)53a的圖像拾取范圍中拾取高度測量區(qū)11的上端部分的圖像。由于這里要檢測襯底上表面，所以曝光時間設(shè)置為5ms，從而得到足夠明亮的狹縫光跡531，以允許檢測襯底上的狹縫光跡，如圖3所示。在該條件下，在襯底上的狹縫光跡531可以以適當?shù)牧炼群蛯挾瘸上瘛Ｔ谠搱D像拾取條件下，假設(shè)印刷焊料上的狹縫光跡532為過度曝光狀況，從而以飽和亮度和增厚的寬度拾取圖像。
由此，兩個高度信息段即襯底表面和印刷焊料的上表面，混在一起。但是，由于顯然襯底上表面較低，所以可以容易地指定在高度測量基準線11a上的襯底上表面的高度位置(襯底上的狹縫光跡532)。
在S8502-06中，首先定義測量印刷焊料高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b。如圖7所示，圖像尺寸設(shè)置為1024像素×32像素。由于分辨率為20μm，所以3D檢查的圖像拾取范圍41變?yōu)?0.48mm×0.64mm。此外，如同一個圖中所示，在從拾取圖像數(shù)據(jù)53b下面開始的第十二個像素的位置設(shè)置測量基準線533。
以測量基準線533對準高度測量基準線11a上的襯底上表面高度位置531的方式，將用于測量印刷焊料高度的拾取圖像數(shù)據(jù)53b設(shè)置在照相機的圖像拾取元件上。印刷焊料的正常高度為0.16mm，對應(yīng)于拾取圖像數(shù)據(jù)53b上的八個像素。因此，襯底上的細長光跡531與印刷焊料上的狹縫光跡532之間的位置關(guān)系變成之前參考的圖7所示的位置關(guān)系。
借助于拾取圖像數(shù)據(jù)53b，在設(shè)置曝光時間為0.05ms的同時，拾取用來檢測印刷焊料的上表面的1022片圖像。在如此短的曝光時間下，只有在印刷焊料上的狹縫光跡532成像在拾取圖像數(shù)據(jù)上，而在襯底上的狹縫光跡531沒有成像在這些數(shù)據(jù)上。
在S8502-07中，以更長的5ms曝光時間拾取最新的第1024個圖像。由于曝光時間設(shè)置得較長，所以能夠指定在高度測量基準線11b上的襯底上表面高度位置(襯底上的狹縫光跡531)。
在S8502-08中，對用于測量印刷焊料高度的第二至第1023片拾取圖像數(shù)據(jù)53b進行測量印刷焊料的高度和體積的原理的上述處理，從而能夠基于測量基準線533測量印刷焊料的高度。
在S8502-09中，由于使用第一片拾取圖像測量在高度測量基準線11a上和在高度測量基準線11b上的襯底上表面高度，所以能夠在高度測量區(qū)11中檢測襯底上表面(在該限制區(qū)域中的襯底彎曲可以認為是襯底傾斜)。
在S8502-10中，以檢測到的襯底上表面為基礎(chǔ)重新評估印刷焊料的高度測量結(jié)果，從而得到基于不受襯底彎曲影響的襯底上表面的印刷焊料高度測量結(jié)果。
在S8502-11中，通過參考從焊盤數(shù)據(jù)81的基準平面直到焊盤上表面的高度8108的數(shù)據(jù)，并且將該數(shù)據(jù)加到印刷焊料測量結(jié)果，能夠?qū)y量結(jié)果改變?yōu)楹副P上表面基準。
重復上述處理，直到完成場分配數(shù)據(jù)82中的所有焊盤數(shù)據(jù)。
接著，除上面已經(jīng)參考的圖1、2、13和14之外參考圖22和23，下面將給出關(guān)于在本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中適于視覺判定的3D焊料印刷檢測方法的例子的描述。圖22是示出了襯底檢查過程的流程圖，以及圖23示出了在檢查系統(tǒng)中使用的顯示單元顯示屏上的有缺陷部分放大圖像的顯示位置。
在圖1中示出了使用該適于視覺判定的3D焊料印刷檢查方法的檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。安裝要用于2D檢查的帶紅色的綠色LED照明單元21和帶藍色(bluish)LED照明單元22以及要用于3D檢查的狹縫照明單元23，使得它們可以根據(jù)總控制部分80給出的命令自由地開啟和關(guān)斷。還安裝用于拾取襯底上的圖像的照相機31。照相機31為CMOS區(qū)域照相機。在該區(qū)域照相機中，如圖2所示，圖像拾取范圍可以在2D檢查的圖像拾取范圍40和3D檢查的圖像拾取范圍41之間選擇性地切換。
因此，雖然只安裝了一個照相機31，但是通過以上描述也可以明白用單個照相機可以進行2D檢查和3D檢查兩者。
接著，參考使用檢查執(zhí)行程序85的圖22的流程圖，提供以下關(guān)于實現(xiàn)也具有2D檢查功能的3D檢查系統(tǒng)獨特功能的描述。
在S8501中，在檢查系統(tǒng)中記錄大量襯底檢查數(shù)據(jù)。根據(jù)工人給出的命令，從這些襯底上的檢查數(shù)據(jù)之中調(diào)用關(guān)于要檢查的襯底的類型設(shè)置和檢查數(shù)據(jù)，并裝載到執(zhí)行區(qū)域，即，焊盤數(shù)據(jù)81和場分配數(shù)據(jù)82。
在S8502中，首先以場分配數(shù)據(jù)82為基礎(chǔ)進行3D檢查。由圖14所示的場分配數(shù)據(jù)82中的起始XY坐標824和結(jié)束XY坐標825，在高度測量區(qū)11中進行掃描，以得到3D檢查的拾取圖像數(shù)據(jù)53。由這些圖像數(shù)據(jù)進行3D測量。由在場分配數(shù)據(jù)82中的場編號821和焊盤編號828中描述的信息，指定同一個場中的焊盤，并一個焊盤一個焊盤地進行3D檢查。通過在測量結(jié)果中加入從焊盤數(shù)據(jù)81的基準平面的高度8108，得到了基于焊盤上表面的測量結(jié)果。測量值和測量結(jié)果記錄在圖13所示的焊盤數(shù)據(jù)81的測量值8109和3D測量結(jié)果8111中。
在S8503中，當所有的3D檢查結(jié)束時，以場分配數(shù)據(jù)82和焊盤數(shù)據(jù)81為基礎(chǔ)進行2D檢查。每個焊盤的測量值和判定結(jié)果記錄在焊盤數(shù)據(jù)81的測量值8109和2D判定結(jié)果8110中。雖然在附圖中沒有示出，但是測量值8109具有能夠各個獨立記錄3D和2D測量值的區(qū)域。
在S8504中，對于在2D檢查和3D檢查中發(fā)現(xiàn)有缺陷的焊盤，在拾取數(shù)據(jù)存儲區(qū)83中記錄相應(yīng)的2D拾取圖像和文件名。
在S8505中，在焊盤數(shù)據(jù)81的有缺陷圖像8112中記錄這樣存儲的2D拾取圖像數(shù)據(jù)的文件名。
在S8506中，對于在2D檢查或3D檢查中發(fā)現(xiàn)有缺陷的焊盤，如圖23所示，它們的2D拾取圖像以更大的比例顯示在顯示單元74的缺陷焊盤放大顯示區(qū)741中。重復上述從S8502到S8506的處理，直到所有焊盤的檢查結(jié)束。
在S8507中，在3D檢查和2D檢查兩者結(jié)束時即使只有一個缺陷焊盤的情況下，也要輸出操作員命令以停止操作。當發(fā)出這種操作員命令時，要求工人視覺檢測由檢查系統(tǒng)確定有缺陷的焊盤(印刷焊料)。進行該視覺確認，同時察看在顯示單元74的缺陷焊盤放大顯示區(qū)741上以更大比例顯示的2D拾取圖像。該圖像由黑白區(qū)域型照相機31通過透鏡32拾取。工人以檢測放大的顯微圖像的方式能夠給出正確的接受與否的判斷。
在圖23所示的顯示單元74中，缺陷焊盤放大顯示區(qū)741為允許同時顯示八個位置處的缺陷圖像的形式。當出現(xiàn)超過八個缺陷時，可以通過操作位于缺陷焊盤放大顯示區(qū)741右手側(cè)的滾動條(未示出)來顯示九個和后續(xù)的缺陷圖像。
雖然在本例子中在即使存在一個缺陷焊盤的情況下也發(fā)出操作員命令，但是可以進行多種設(shè)置，例如，當次要缺陷的數(shù)量少于預定數(shù)量時，不輸出操作員命令。在圖23中，數(shù)字742指示照相機拾取圖像區(qū)域，數(shù)字743指示缺陷焊盤顯示區(qū)，顯示整個襯底圖像，而數(shù)字744指示檢查計數(shù)器和各種信息顯示區(qū)。
接著，除上面已經(jīng)參考的圖16至20之外參考圖24至29，下面將給出關(guān)于在本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)中局部3D檢查的必要性和有效性的描述。圖24(a)至24(c)示出了作為安裝部件的QFP的外觀和外形尺度，圖25示意性地示出了在膏狀焊料印刷襯底上的QFP的安裝狀況，圖26示出了圖25的B-B’剖面，圖27示出了實際便攜電話的襯底的印刷圖形，圖28(a)至28(c)示出了作為安裝部件的BGA(CSP)的外觀和外形尺度，而圖29(a)至29(c)示出了作為安裝部件的連接器的外觀和外形尺度。
在圖16至20中示出了襯底的結(jié)構(gòu)。根據(jù)共用襯底結(jié)構(gòu)，如圖16所示，在用玻璃纖維基環(huán)氧樹脂形成的襯底基底材料12上用銅等形成布線圖形13。對于它們的布線圖形13，當在布線圖形上沉積導電雜質(zhì)等時，會出現(xiàn)例如短路等故障。因此，作為絕緣膜的抗蝕劑14涂到除要連接到電路部件的端子的部分之外的襯底上。
在這樣形成的襯底中，如圖17和18所示，與電路部件的端子相連的部分沒有抗蝕劑14，并假設(shè)局部暴露出銅線。所討論的部分對應(yīng)于焊盤部分15。如圖19和20所示，膏狀焊料印刷在襯底上，結(jié)果通過以一定的厚度和形狀轉(zhuǎn)移在焊盤部分15上形成印刷焊料10x。
進行定位，直到襯底上的焊盤部分15與電路部件的端子重合，隨后，電路部件安裝到通過轉(zhuǎn)移在其上形成印刷焊料10x的襯底上。這里以一般作為電路部件的QFP(方形扁平封裝)作為參考。用90指示的QFP具有如圖24(a)至24(c)(圖24(a)是平面圖，圖24(b)是側(cè)視圖，圖24(c)是前視圖)所示的外觀和外形尺度。圖25和26示出了在印刷焊料10x轉(zhuǎn)移到襯底上之后，在襯底上的QFP 90的安裝狀況。
在圖25和26所示狀況中，在襯底上單獨安裝了QFP 90，其端子90a通過印刷焊料10x連接到焊盤部分15。實際上，在外圍區(qū)域93a、93b、93c、93d和93e上還安裝了具有多個端子的各種SOP(小外形封裝)，并且在區(qū)域93f上安裝例如芯片電阻器和芯片電容器等芯片部件作為電路部件。
通過隨后經(jīng)過回流爐，印刷焊料10x熔化，并且襯底上的焊盤部分15和電路部件的端子達到互相電連接的狀況。此外，在隨后經(jīng)過冷卻步驟之后，在室溫下焊料的形狀固定，并由此完成襯底裝配。由于根據(jù)這樣的工藝進行襯底裝配工作，所以在膏狀焊料印刷中印刷焊料10x的印刷質(zhì)量極大地影響回流之后焊料的連接能力。
通過經(jīng)過回流爐，印刷焊料10x變?yōu)橐后w，并保持表面張力。因此，即使印刷形狀有少許混亂或少許錯位，在所謂的自對準效應(yīng)下液體印刷焊料10x的位置也會聚合到適當?shù)奈恢?。因此，如上所述，更重要的是印刷焊?0x的量(體積)。這是由于以下原因。如果印刷焊料10x的量少，則不能保證在電路部件的端子與襯底焊盤部分15之間足夠高的焊接強度。另一方面，太多量的焊料可能導致相鄰的焊盤和端子之間的短路。
在正常焊料印刷中，在焊料量與其2D形狀之間存在相關(guān)性。但是，在近來高密度封裝的襯底中，存在不能保證相關(guān)性的印刷圖形。由于印刷焊料10x采用將膏狀焊料通過金屬掩模的孔轉(zhuǎn)移到襯底上的工藝形成，所以很容易假設(shè)隨著孔直徑變小，膏狀焊料的適用性將變差。
實際上，在圖27所示的作為高密度封裝的引線邊緣(leading-edge)產(chǎn)品的一種的便攜電話的這種襯底上，安裝如圖28(a)至28(c)(圖28(a)是底視圖，圖28(b)是平面圖，圖28(c)是前視圖)所示的BGA(球柵陣列CSP(芯片尺寸封裝))92和如圖29(a)至29(c)(圖29(a)是平面圖，圖29(b)是前視圖，圖29(c)是側(cè)視圖)所示的連接器91，該連接器用來與外部裝置連接或用來充電。對于其它主要安裝部件，在安裝部分94a、94b和94c上安裝上述具有多個端子的QFP，同時在安裝部分94d和94e上安裝具有多個端子的SOP。還安裝各種電路部件，包括芯片部件。
在圖27中所示的便攜電話的襯底是可分襯底結(jié)構(gòu)(允許通過劃分單個襯底提供多個襯底的結(jié)構(gòu))的例子，可以分為相同結(jié)構(gòu)的左右兩個襯底。在分開的每個襯底中，在BGA(CSP)安裝部分92b(焊盤部分黑色部分)上安裝圖28所示的BGA(CSP)的端子(凸點)92a，同時在連接器安裝部分91b上安裝圖29所示的連接器91的端子91a。在安裝后的兩個電路部件中，焊接的部分夾在部件與襯底之間，并且不能視覺確認。因此，在印刷焊料10x轉(zhuǎn)移之后保證印刷焊料10x的質(zhì)量就非常重要。此外，由于這些部件的焊盤部分與其它部件相比圖形尺寸小，所以不能說焊料的適用性良好。因此，這些部件的焊料印刷檢查更重要。
由于BGA(CSP)92的焊盤部分的孔直徑為圓形，對于它們的小尺寸可以保證焊料相對良好的適用性。但是，連接器91的焊盤部分為相當大的長寬比的矩形形狀，使得隨著孔尺寸變小以均勻的厚度印刷變得困難。
因此，作為檢查印刷焊料10x的方法，從質(zhì)量-效率平衡的觀點適當考慮并且為了防止錯誤設(shè)置打印機的目的，以進行例如便攜電話的襯底的焊料適用性較差且間距較窄的BGA(CSP)安裝部分92b和連接器安裝部分91b的3D檢查，除了每個襯底的四個角和中央部分的3D檢查，并且用2D檢查保證其它部分的質(zhì)量。
下面提供關(guān)于修改和應(yīng)用根據(jù)本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)的例子的描述。雖然在上述實施例中在2D檢查和3D檢查兩者中共用一個照相機，但是可以分別使用2D檢查的照相機和3D檢查的照相機。即使在這種情況下，也沒有根本改變本發(fā)明的本質(zhì)。此外，雖然通過2D檢查的黑白區(qū)域照相機得到的圖像用于視覺確認，但是也可以采用彩色照相機，從而進一步改善視覺確認性能。此外，不僅使用由2D檢查的照相機拾取的圖像，而且可以使用視覺確認專用的彩色照相機和照明單元，以進一步改善視覺確認性能。
現(xiàn)在，參考圖30至32，將給出關(guān)于2D檢查照相機和3D檢查照相機的分立結(jié)構(gòu)以及關(guān)于不生成不能測量的區(qū)的檢查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體描述。圖30是示出了整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙透鏡照相機)的結(jié)構(gòu)圖，圖31(a)和31(b)是示出了整個2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙狹縫照明單元型)的結(jié)構(gòu)圖，而圖32是用來說明存在不能測量高度的表面的圖。
2D檢查照相機和3D檢查照相機的分立結(jié)構(gòu)如下。基本上，可以用單個照相機進行2D檢查和3D檢查兩者。但是，由于2D檢查中拾取的圖像和3D檢查中拾取的圖像彼此有極大的不同，所以前者要求的性能和后者要求的性能也不可避免地存在差別。因此，為了在2D和3D檢查兩者中使用單個照相機，要求照相機展示出更高的性能。
目前，還不能得到能夠以滿意的性能實現(xiàn)2D檢查和3D檢查兩者的照相機。更現(xiàn)實的解決方案是提供專用照相機，如圖30所示。在該2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙透鏡照相機)的例子中，在靈敏度方面具有優(yōu)勢的CCD照相機(用CCD作為圖像拾取元件的照相機)31a用于2D檢查，而能夠進行局部讀出并具有高幀速率的CMOS照相機(用CMOS晶體管作為圖像拾取元件的照相機)31b用于3D檢查。不用說，即使各自獨立地安裝2D檢查照相機和3D檢查照相機，也沒有根本改變本發(fā)明的本質(zhì)，并且構(gòu)成元件的功能也與圖1的相同。
不生成不能測量的區(qū)的檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下。在上述實施例中，已經(jīng)描述了通過在用印刷焊料10x涂覆的作為測量對象的襯底10上傾斜照射狹縫光24進行高度測量。但是，如圖32所示，在細長照明單元23對側(cè)的印刷焊料10x的側(cè)面10x1隱藏在狹縫光24照不到的地方，不能測量其高度。
在印刷焊料相對于焊料印刷高度具有較大的上表面區(qū)域的情況下，不能測量印刷焊料10x的傾斜側(cè)面的這種問題不太嚴重，但是在非常小的印刷焊料的情況下，由于所討論的問題對測量體積產(chǎn)生了非常大的影響，所以不能忽略。在近來高密度封裝的襯底中，存在非常小的印刷焊料不斷增加的趨勢，并因此，必須解決所討論的問題。為了解決該問題，在狹縫照明單元23a的對側(cè)上布置相同結(jié)構(gòu)的狹縫照明單元23b，如圖31(a)和31(b)(圖31(a)是前視圖，圖31(b)是側(cè)視圖)所示。
在2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)(雙狹縫照明單元型)的例子中，首先只開啟狹縫照明單元23a，并以上述方式測量作為測量對象的襯底10上印刷的印刷焊料10x(10a、10b、10c)的高度，從而得到關(guān)于除位于狹縫照明單元23a對例的傾斜表面之外的其它部分的高度信息。接著，關(guān)斷狹縫照明單元23a，同時開啟狹縫照明單元23b，并且以上述方式測量印刷焊料10x的高度，從而得到關(guān)于除位于狹縫照明單元23b對側(cè)的傾斜表面之外的其它部分的高度信息。
當比較這兩個測量結(jié)果時，在高度測量有效的位置兩個測量結(jié)果幾乎相等。另一方面，對于印刷焊料10x的側(cè)面，兩個測量結(jié)果中的一個包含測量值，而另一個則顯示測量不能實現(xiàn)。由此，得到不同結(jié)果。
為了解決該問題，對除形成印刷焊料10x的表面的點之外的任意點相互比較兩個測量結(jié)果，并且對于在兩個測量結(jié)果中具有測量值的點，兩個測量值的平均值作為該點的高度的測量值。另一方面，對于在一個測量結(jié)果中具有測量值，而在另一個測量結(jié)果中沒有測量值的點，則該一個測量值作為該點的測量值。通過進行這種處理，能夠?qū)崿F(xiàn)沒有死角的3D測量。
接著，參考圖33至35，下面將給出本實施例的2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)應(yīng)用于半導體器件制造設(shè)備的例子的描述。圖33示出了由每一個襯底都是一個電路部件的多個連接的襯底構(gòu)成的矩陣襯底，圖34示出了MCM結(jié)構(gòu)的半導體集成電路器件，而圖35是示出了用于制造半導體集成電路器件的制造設(shè)備的框圖。
這里，給出MCM(多芯片模塊)的半導體集成電路器件的描述，作為2D-3D焊料印刷檢查系統(tǒng)應(yīng)用于半導體器件的制造的例子。如圖34所示，MCM是通過在襯底100，例如，與作為檢查對象的上述襯底相同類型的有機多層襯底或陶瓷多層襯底上，安裝晶片芯片101，例如，上述BGA(CSP)，以及芯片部件102例如上述芯片電阻器和芯片電容器，形成的單功能部件。安裝在襯底100背面的焊料球103用作外部連接的端子。在該MCM中，下填充(under-fill)樹脂105注入到在晶片芯片101上的焊料凸點104與襯底100之間的連接。
該制造工藝可以利用與襯底裝配工藝相同的工藝。更具體地，首先將膏狀焊料印刷在襯底100上，然后，檢測該印刷狀況，如果印刷狀況良好，則安裝晶片芯片101和芯片部件102，隨后用回流加熱來熔化膏狀焊料。當這樣熔化的焊料凝固時，在晶片芯片101和芯片部件102與襯底100之間獲得電連接。
由于電路部件通常尺寸很小，如果一個一個地處理它們，處理效率很低。根據(jù)解決該問題通常采用的方法，如圖33所示，使用矩陣襯底(通過劃分單個襯底可以得到多個襯底)100a，其中縱向和橫向地連接每一個都是一個獨立電路部件的多個襯底100。
現(xiàn)在，參考圖35，將給出關(guān)于制造MCM結(jié)構(gòu)的半導體集成電路器件工藝的更詳細的描述。首先，其中設(shè)置有多個矩陣襯底100a的晶片盒(magazine)設(shè)置在襯底裝載機110上。襯底裝載機110將襯底100a一個一個地從晶片盒內(nèi)部傳送到下一個步驟。然后，在焊料印刷機111中，將膏狀焊料印刷在襯底100a上。
然后，使用上述測量印刷焊料的高度和體積的原理、檢測在測量印刷焊料的高度和體積中的高度測量基準的有效方法、準備用于基于焊盤上表面測量印刷焊料的高度和體積的檢查數(shù)據(jù)的方法、基于焊盤上表面測量印刷焊料的高度和體積同時采用了對抗襯底彎曲的措施的方法以及適于視覺判定的3D焊料印刷檢查方法，檢查在在焊料印刷檢查機112中矩陣襯底100a中的每個襯底100上的印刷焊料的印刷狀況是否正確。
在該檢查中，三維檢查每個襯底100的一部分，例如，多個狹窄部分、四角和中央部分、緊鄰圖形的部分、電路部件和連接器端子的連接以及膏狀焊料的適用性差的部分，隨后，二維檢查襯底100的整個表面，從而可以適當?shù)叵∷⑷毕荩瑫r盡可能地提高檢查效率。因此，保證了高質(zhì)量的印刷焊料，而且極大地改善了半導體器件制造工藝的質(zhì)量。
隨后，利用裝配機113將晶片芯片101和芯片部件102安裝在矩陣襯底100a的每個襯底100上。雖然在圖35中只描述了一個安裝機113，但是晶片芯片101的安裝和芯片部件102的安裝通常分別利用倒裝芯片(flip-chip)鍵合機和高速芯片安裝機分開地進行。
此外，通過回流114加熱來熔化膏狀焊料，并且在經(jīng)過隨后的冷卻步驟時這樣熔化的焊料凝固，從而晶片芯片101和芯片部件102電連接到矩陣襯底100a的每個襯底100上。然后，利用下填充注入器115在晶片芯片101與襯底100之間注入下填充樹脂105。
然后，利用切割機116將矩陣襯底100a按襯底100切割為單個半導體集成電路器件。然后，利用托盤存儲機117將這樣切割的半導體集成電路器件一個一個地存儲在托盤上。這樣，完成了如圖34所示的MCM結(jié)構(gòu)的半導體集成電路器件。
在上述回流工藝中，如果印刷焊料的量太少，電路部件和每個襯底100將經(jīng)受鍵合缺陷，而如果印刷焊料的量太多，則在相鄰的電極(焊盤)之間會出現(xiàn)短路。但是，在本實施例中，預先利用焊料印刷檢查機112檢測在襯底100上印刷的膏狀焊料是否合適，并且只有發(fā)現(xiàn)為合適的那些膏狀焊料才會進入下一個步驟，從而能夠防止由印刷焊料引起的制造缺陷的出現(xiàn)。
雖然通過實施例的形式具體描述了本發(fā)明，但是，不用說，本發(fā)明并不限于上述實施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)做出各種變化。
根據(jù)本發(fā)明的制造半導體集成電路器件的方法特別適用于其中在襯底上印刷的焊料經(jīng)受利用焊料印刷檢查系統(tǒng)進行2 D和3D檢查的檢查工藝，還廣泛適用于將焊料印刷在襯底上的具有印刷焊料檢查功能的各種類型的焊料印刷機。
權(quán)利要求
1.一種制造半導體集成電路器件的方法，包括以下步驟(a)在襯底上方印刷焊料；(b)檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料；以及(c)在所述襯底上方印刷的所述焊料上方安裝電路部件，所述步驟(b)包括以下子步驟(b1)三維檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料；(b2)在所述步驟(b1)之后，二維檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料；以及(b3)以更大的比例二維顯示在所述三維檢查中發(fā)現(xiàn)有缺陷的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述子步驟(b1)中，三維局部地檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在所述子步驟(b1)中，三維檢查所述襯底上方的多個狹窄部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在所述子步驟(b1)中，三維檢查所述襯底上方的四角和中央部分，以及其中在所述子步驟(b2)中，二維檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料的全部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在所述子步驟(b1)中，三維檢查所述襯底上方的相鄰的圖形部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述相鄰的圖形部分是在所述襯底上方安裝的電路部件的端子連接的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述相鄰的圖形部分是在所述襯底上方安裝的連接器的端子連接的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述子步驟(b1)中，三維檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料，并且顯示二維圖像。
9.一種制造半導體集成電路器件的方法，包括以下步驟(a)在襯底上方印刷焊料；(b)在焊料印刷之前使原始襯底經(jīng)受三維測量，以從焊盤上表面在高度方向確定基準平面；(c)以所述基準平面為基礎(chǔ)，檢查在所述襯底上方印刷的所述焊料；以及(d)在所述襯底上方印刷的焊料上方安裝電路部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述基準平面是一個平面，該平面包括沒有圖形的抗蝕劑表面、圖形上方的抗蝕劑表面、或包括沒有圖形的抗蝕劑表面和圖形上方的抗蝕劑表面的表面。
全文摘要
關(guān)于半導體集成電路器件的制造，提供對在襯底上印刷的焊料的2D－3D檢查技術(shù)，該技術(shù)允許容易地準備數(shù)據(jù)并且容易地視覺確認有缺陷的部分。在使用具有2D檢查功能和3D檢查功能的2D－3D檢查系統(tǒng)的襯底檢查步驟中，首先進行3D檢查，然后執(zhí)行2D檢查，由此在結(jié)束檢查的同時以更大的比例顯示確定有缺陷的焊盤部分(印刷焊料)的2D拾取圖像，從而為工人提供高效視覺確認的環(huán)境。此外，通過在準備檢查數(shù)據(jù)時測量原始襯底，檢測由檢查系統(tǒng)自動生成的初始高度測量基準與焊盤上表面的高度之間的關(guān)系，由此在檢查中，能夠基于焊盤上表面測量印刷焊料的高度和體積。
文檔編號G01N21/956GK1645590SQ20051000620
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者渡部典生 申請人:株式會社瑞薩科技