JP2006294281A - 半導体装置の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高密度に配置された半導体装置の半田ボール電極と測定装置の検査回路基板を良好に接続させることができると共に、高周波特性の測定に際してもインダクタンス値を低減することができる。
【解決手段】 半導体装置の半田ボール電極２３と半導体試験装置の検査回路基板２１とを電気的導通を生じるように接続するための導電性接触子２８を用いた半導体装置の検査装置であって、導電性接触子２８は、半田ボール電極２３と当接し、半田ボール電極２３の中心から外周に向けて広がる方向に弾性変形する第１の電極部１１と、検査回路基板２１の電極パッド２４に当接し、電極パッド２４が当接する方向に弾性変形する第２の電極部１２とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置の電気的特性検査を行う測定装置において、半導体装置の外部電極と、電気的な検査を行う測定装置の検査回路基板との間を電気的に接続するための検査装置の構造に関するものであり、特に接続電極に半田ボール電極を備えた半導体装置の検査装置に関するものである。

半導体装置の電気的特性検査を行う際、一般的に、検査装置を利用して半導体装置の外部電極と測定装置の検査回路基板との間を電気的に接続することが必要になる。

従来から、半導体装置の検査装置の一つとして、図７に示すポゴピン方式の導電性接触子を用いた検査装置がある。

図７は、ポゴピン方式の導電性接触子を用いた検査装置の形状を示す断面図である。

ポゴピン方式の導電性接触子７１は筒体７２の内部にコイル状の圧縮ばね７３と上部プランジャ７４と下部プランジャ７５が設けられた構造を有し、各プランジャの先端は筒体７２から外方に伸縮自在に突出している。そして圧縮ばね７３の伸縮によって上部プランジャ７４をＢＧＡ半導体装置７６の半田ボール電極７７に押し当てられ、同時に下部プランジャ７５が測定装置の回路基板７８のランド電極７９に押し当てられることで、ボール電極７７と測定装置の検査回路基板７８のランド電極７９は、プランジャおよび筒体７２を介して電気的に接続される。

また、検査装置の他の一つとして、図８に示す板ばね方式の導電性接触子を用いた検査装置がある。

図８は上記板ばね方式の導電性接触子を用いた検査装置の構成を模式的に示す断面図である。板ばね方式導電性接触子８０は測定装置の検査回路基板７８の電極パターン８１上に半田８２等によって固着されており、接触部分８３にＱＦＰ半導体装置８４のリード電極８５を押圧接触することにより、板ばね方式導電性接触子８０に形成された湾曲部８６の有する弾性により、リード電極８５が板ばね方式の導電性接触子８０を介して検査装置の検査回路基板７８の電極パターン８１と電気的に接続される。

さらに、検査装置の他の一つとして、Ｊ字型に形成された板状の導電性接触子を用いるものがある。

図９は上記Ｊ字型の導電性接触子を用いた検査装置の構成を模式的に示す断面側面図である。

Ｊ字型導電性接触子９１を用いた検査装置はＪ字型に形成された板状の導電性接触子が横向きに配置され弧状の内側の中央部を棒状の電気絶縁性の弾性材料９２で押さえてある。Ｊ字型導電性接触子９１の先端部分９３にＱＦＰ半導体装置８４のリード電極８５を押圧すると、導電性接触子の曲率半径が大きくなるように弾性変形するとともに、弾性材料９２をこれが圧縮変形するように弾性変形させることで、導電性接触子の先端部分９３を変位させＱＦＰ半導体装置８４のリード電極８５を擦るように接触することにより、導電性接触子を介して測定装置の検査回路基板７８の電極パターン８１と電気的に接続される。

以上のようにして使用される検査装置には、近年、半導体装置の高速化の進展に伴う電気的性能の向上、すなわち低インダクタンス化が要求されている。

また、同様に、半導体装置の小型化に伴い、ＢＧＡやＣＳＰなど、接続電極に半田ボール電極を有する半導体装置を検査する検査装置においては、その外部電極の中心間隔が０.５ｍｍピッチ以下となり、導電性接触子を高密度に検査装置内に配置する必要がある（例えば、特許文献１〜３）。
特開２００１−２０８７９３号公報 特開平１０−２７０１４０号公報 特開平１１−１６２６０５号公報

しかし、前述した構造の導電性接触子を用いた検査装置を電気的特性検査に使用する場合には、下記のような問題点がある。

まず、ポゴピン方式の導電性接触子を用いた検査装置では、導電性接触子を構成する圧縮ばね７３と上部プランジャ７４と下部プランジャ７５の３つの部品の長さの総和により導電性接触子の全長が決まり、その全長は比較的長くなるため、導電性接触子の持つインダクタンス成分が大きくなり、周波数特性が悪くなって高周波特性の検査を正確に行うことが難しいという問題がある。現状、ＢＧＡの外部電極の端子ピッチが０.５ｍｍ以下の半導体装置に対応できる接触子の長さに対して、物理的に短縮できうる限界は２ｍｍ程度である。

また、板ばね方式の導電性接触子を用いた検査装置では、ＱＦＰ半導体装置８４のリード電極８５との接触部分８３から測定装置の検査回路基板７８までの距離が長くなるため、導電性接触子の持つインダクタンス成分が大きくなり、周波数特性が悪くなる。

また、Ｊ字型の導電性接触子を用いた検査装置では、接触子および弾性材料の少なくとも一方が複雑な形状となっているため、接触子の配置密度を高くすることができず、ＢＧＡのように多数の電極を格子状に高密度に配置した半導体装置の検査には適用できない。

したがって、本発明の目的は、上記課題を解決するもので、比較的簡単な構成により高密度に配置された半導体装置の半田ボール電極と測定装置の検査回路基板を良好に接続させることができると共に、構造を簡単なものとして高周波特性の測定に際してもインダクタンス値を低減することができ、従って高密度に配置された半田ボール電極を有する半導体装置において周波特性を正確に測定することができる半導体装置の検査装置を提供することである。

上記の目的を達成するために本発明の請求項１記載の半導体装置の検査装置は、半導体装置の半田ボール電極と半導体試験装置の検査回路基板とを電気的導通を生じるように接続するための導電性接触子を用いた半導体装置の検査装置であって、前記導電性接触子は、前記半田ボール電極と当接し、前記半田ボール電極の中心から外周に向けて広がる方向に弾性変形する第１の電極部と、前記検査回路基板の電極パッドに当接し、前記電極パッドが当接する方向に弾性変形する第２の電極部とを有する。

請求項２記載の半導体装置の検査装置は、請求項１記載の半導体装置の検査装置において、半導体装置の半田ボール電極に対応して複数の電極パッドが配列形成された検査回路基板と、前記半田ボール電極の配列に対応する位置に前記半田ボール電極を挿入可能な複数の挿通孔と前記挿通孔の外周で前記電極パッドの配列に対応する位置に前記検査回路基板側に開口した複数の収容溝とが形成された電気絶縁性の組み付け装置とを備え、前記収容溝に前記導電性接触子の第２の電極部側を収容して、前記挿通穴に前記第１の電極部を配置した。

請求項３記載の半導体装置の検査装置は、請求項２記載の半導体装置の検査装置において、前記導電性接触子と前記組み付け装置との間に、前記組み付け装置の挿通孔に相当する位置に前記挿通孔よりも小径の挿通孔を開口した弾性材料のシートを挿入することで、前記導電性接触子の第１の電極部が半導体装置の半田ボール電極に当接する力および前記導電性接触子の第２の電極部が前記検査回路基板の電極パッドに当接する力をそれぞれ付与する。

請求項４記載の半導体装置の検査装置は、請求項２または３記載の半導体装置の検査装置において、前記半田ボール電極の一つに対し複数の前記導電性接触子の第１の電極部が当接するように、複数の前記導電性接触子を、前記組み付け装置の挿通孔の中心軸の周りに配置した。

請求項５記載の半導体装置の検査装置は、請求項２，３または４記載の半導体装置の検査装置において、前記半田ボール電極の配列に対向して配置した前記導電性接触子に対し、隣接する導電性接触子の一部を重ね合わせて配置し、各導電性接触子の重ね合わせ部位に、絶縁性材料を設けるか、もしくは絶縁性の表面処理を施した。

本発明の請求項１記載の半導体装置の検査装置によれば、半田ボール電極と当接する第１の電極部が半田ボール電極の中心から外周に向けて広がる方向に弾性変形することで半田ボール電極と圧接し、検査回路基板の電極パッドに当接する第２の電極部が電極パッドが当接する方向に弾性変形することで電極パッドに圧接する構造となる。このため、半田ボール電極に対して低コンタクト荷重で良好に接続させることができる。また、第１の電極部は基板に対して平行で半田ボール電極の中心から外周に向かって広がる方向に摺動する構造であるため、導電性接触子の高さを低くすることができ、高周波特性の測定に際してもインダクタンス値を低減することができるため、半導体装置の高周波特性を正確に測定することができる。

請求項２では、組み付け装置の収容溝に導電性接触子の第２の電極部側を収容して、挿通穴に第１の電極部を配置したので、導電性接触子を介して半田ボール電極と電極パッドを電気的に接続することができる。本発明によれば、比較的簡単な構成により、高密度の配列された半導体装置の半田ボール電極と測定装置の検査回路基板を電気的に良好に接続させることができると共に、半導体装置の高周波特性を正確に測定することができる。

請求項３では、導電性接触子と組み付け装置との間に、組み付け装置の挿通孔に相当する位置に挿通孔よりも小径の挿通孔を開口した弾性材料のシートを挿入することで、導電性接触子の第１の電極部が半導体装置の半田ボール電極に当接する力および導電性接触子の第２の電極部が検査回路基板の電極パッドに当接する力をそれぞれ付与するので、弾性材料のシートの反力による押圧力で半導体装置の外部電極と良好に電気的に接続させることができる。

請求項４では、半田ボール電極の一つに対し複数の導電性接触子の第１の電極部が当接するように、複数の導電性接触子を、組み付け装置の挿通孔の中心軸の周りに配置したので、高密度に配置された半導体装置の各半田ボール電極に対し、複数配置された導電性接触子の各々に検査回路を設けることも可能である。さらに半導体装置の半田ボール電極との接触面積が増えるため、接触が安定し検査をさらに正確に行うことができる。

請求項５では、半田ボール電極の配列に対向して配置した導電性接触子に対し、隣接する導電性接触子の一部を重ね合わせて配置し、各導電性接触子の重ね合わせ部位に、絶縁性材料を設けるか、もしくは絶縁性の表面処理を施したので、導電性接触子を高密度に配置できる。

本発明の第１の実施形態を図１および図２に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における導電性接触子を示した外観図である。

図１に示すように、半導体装置の半田ボール電極と半導体試験装置の検査回路基板とを電気的導通を生じるように接続するための導電性接触子を用いた半導体装置の検査装置であって、導電性接触子は、半導体装置の半田ボール電極と当接する第１の電極部１１と、検査回路基板の電極パッドに当接する第２の電極部１２とを有する。

この場合、導電性接触子は、良好な導電性特性を有し、さらに長辺の展開長さが約１．2ｍｍで短辺の展開長さが約１．０ｍｍの寸法を有する長方形の薄板を母材としており、第１の電極部１１が長方形の一角の上面に形成されており、第２の電極部１２が長方形の対角の当該接触子の下面に形成されている。

第１の電極部１１は、板厚方向に円弧状にあるいは、斜め方向に折り曲げられており、さらにばね性を有するよう切欠き１３が設けられた形状を有し、半導体装置の半田ボール電極と当接する際、半田ボール電極の中心から最大外形（外周）に向かって広がる方向に変形出来る構造を有する。この構造により、第１の電極部１１が半田ボール電極と当接する際には、導電性接触子側の接触点は上から下方向に、半田ボール電極表面上の接触点は半田ボールの経線方向にそれぞれ移動する。この挙動によりワイピング効果が得られ、微弱な接触圧力で、半田ボール電極および半田ボール電極より転写した接触子表面の酸化膜を除去できる。第２の電極部１２は、接触子下面に設けられた突起であり、検査回路基板の電極パッドが当接する方向、この場合当該導電性接触子の上下方向の弾性変形により、上記検査回路基板上の電極パッドと電気的接続が得られる。上記導電性接触子には、水平方向に溝１４が設けられており容易に上下方向の弾生変形が可能な構造である。

図２は、本発明の第１の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図である。

図２に示すように、検査回路基板２１の一面に半導体装置の半田ボール電極２３と対応した複数の電極パッド２４が配列形成され、その検査回路基板２１の一面上に組み付け装置２５が配置される。組み付け装置２５には半導体装置２２の半田ボール電極２３の配列に対向する位置にそれぞれ挿通孔２６が貫通形成されており、さらに、挿通孔２６の外周で前記電極パッド２４の配列に対応する位置に検査回路基板２１側に開口した収容溝２７が形成されている。収容溝２７は導電性接触子の第２の電極部の厚みより若干広い幅である。

各収容溝２７には図２に示したように、それぞれ導電性接触子２８が配されている。この際、収容溝２７に導電性接触子の第２の電極部側を収容して、挿通穴２６に第１の電極部を配置する。これにより、第１の電極部１１の位置が弾性変形する際の方向が挿通孔２６の中心軸方向と一致する位置であり、第２の電極部１２の位置が電極パッド２４と一致する位置に配置される。なお、この実施形態では図２に示したように導電性接触子２８はそれぞれ１個ずつ各挿通孔２６に配される。

導電性接触子２８は材料として例えば銅や銅合金が用いられる。その表面にはまずニッケルめっきが施され、それを覆うように金めっきあるいは、導電性に優れ、Ｓｎの転写が少ない物質による表面処理が施されている。

本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

図３に示すように、第１の実施形態において、前記導電性接触子２８と前記組み付け装置２５の間に、組み付け装置２５の挿通孔２６に相当する位置に前記挿通孔２６よりも小径の挿通孔３１を開口した、弾性材料シート３２を挿入した構造とする。前記導電性接触子２８の第１の電極部１１が半田ボール電極２３に当接する際、電気絶縁性弾性材料シート３２の挿通孔３１が広がる方向に弾性変形する、この反力で半導体装置の半田ボール電極２３に当接する力を発生および補助できる。導電性接触子２８の第２の電極部１２においても、組み込み装置２５を検査回路基板２１に取り付ける際、電気絶縁性弾性材料シート３２の厚み方向の収縮およびその反力により第２の電極部１２が前記検査回路基板と当接する力を発生および補助できる。また、電気絶縁性弾性材料シート３２の材料としてシリコンゴムなどが用いられる。

図４は上述した第１または第２の実施形態の接点構造を有する半導体装置の検査装置の全体構造の概略を示したものである。

図４に示すように、導電性接触子２８を収容保持した組み付け装置２５はねじ５１により検査回路基板（図示せず）と固定される。検査回路基板は多層プリント配線板よりなり、組み付け装置２５に受容された導電性接触子２８の第２の電極部に対向する位置に配された電極パッド２４からそれぞれ配線パターン（図示せず）を介して導出された端子電極が方形状をなす検査回路基板の各辺に沿って配列形成されている。

次に、このような構造を有する検査装置に対して、半導体装置が装填され、半田ボール電極が電気的に接続される様子を、図５を参照して説明する。

図５に示すように、検査装置上に位置決めされたＢＧＡ半導体装置２２が降下されると各半田ボール電極２３は挿通孔２６に入り込み、ＢＧＡ半導体装置２２が上から押圧されると、半田ボール電極２３と接触している各導電性接触子２８の第１の電極部１１は半田ボール電極２３の押圧力によって半田電極表面を擦りながら、半田ボール電極２３の中心軸に対し周縁方向へ弾性変形し、導電性接触子２８の第１の電極部１１の傾斜部６１が半田ボール表面とが接触する。その際、半田ボール電極２３と導電性接触子２８の接触点は、導電性接触子２８の傾斜部６１の上方から下方へ移動する。導電性接触子２８は変形の反力による弾性力を受けることにより、各導電性接触子２８は半田ボール電極２３と良好な接触圧力を持って弾接する。

このように、半田ボール電極２３と導電性接触子２８が接触する際、接触子２８側の接触点も擦れながら移動するため、ワイピング効果により、半田ボール電極２３および導電性接触子２８の傾斜部６１の半田酸化膜を効率よく除去せしめる。よって半田ボール電極２３と導電性接触子２８間の良好な接触を得ることができる。さらに、導電性接触子２８は半田ボール電極２３との接触の際、半田ボール電極２３の頭頂部６２には触れないので頭頂部６２への損傷は無い。

また、このように半田ボール電極２３と電極パッド２４とを電気的に接続する導電性接触子２８は極めて小さいものであり、半田ボール電極２３と導電性接触子２８の接点と、導電性接触子２８と電極パッド２４の接点との距離、すなわち電気的線路長を短く出来るため、インダクタンスを非常に小さくすることができる。

本発明の第３の実施形態を図６に基づいて説明する。

図６は、本発明の第３の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図である。

図６に示すように、第１の実施形態において、半田ボール電極の一つに対し複数の導電性接触子２８，４１の第１の電極部が当接するように、複数の導電性接触子２８，４１を、組み付け装置２５の挿通孔２６の中心軸の周りに配置した。

この場合、収容溝２７を、各挿通孔２６の中心軸を基準に、半導体装置の半田ボール電極の行列配置に対し４５度傾けて配置している。ただし、収容溝２７の傾斜角度は４５度に固定されるものでは無い。さらに、半導体装置の一つの半田ボール電極に対して、他の導電性接触子４１を各挿通孔２６の中心軸を基準に導電性接触子２８と対象の位置に配することで一つの半田ボール電極に対し複数の導電性接触子を配置することが可能になる。さらに隣接する導電性接触子４１，４２の一部を重ね合わせて配置し、各導電性接触子の重ね合わせ部位には、絶縁のために絶縁性材料を設けるかもしくは絶縁性の表面処理を施している。

このような構成によれば、高密度に配置された半導体装置の半田ボール電極に対し、複数の導電性接触子の配置が可能となる。さらに、一つの半田ボール端子に対し二系統以上の検査回路が構成できるため、四端子法測定（ケルビン測定）による高精度抵抗測定も可能となる。さらに半導体装置の半田ボール電極との総接触面積が増えるため、接触が安定し検査をさらに正確に行うことができる

本発明に係る半導体装置の検査装置は、半田ボール電極を有する半導体装置の高周波特性を正確に測定することができる検査装置として有用である。

本発明の第１の実施形態における導電性接触子を示した外観図である。 本発明の第１の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態の全体構成の概略図である。 本発明の実施形態において接触子を介して半田ボール電極と電極パッドとが接触する構造を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第３の実施形態の半導体装置の検査装置の主要部を示した図である。 従来のポゴピン方式の導電性接触子を用いた検査装置の一例を示す断面図である。 従来の板ばね方式の導電性接触子を用いた検査装置の一例を示す断面図である。 従来のＪ字型の導電性接触子を用いた検査装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１１ 第１の電極部
１２ 第２の電極部
１３ 切り欠き
１４ 溝
２１ 検査回路基板
２２ 半導体装置
２３ 半田ボール電極
２４ 電極パッド
２５ 組み込み装置
２６ 挿通孔
２７ 収容溝
２８ 接触子
３１ 挿通孔
３２ 電気絶縁性弾性材料シート
５１ ねじ
６１ 傾斜部
６２ 頭頂部
７１ ポゴピン方式導電性接触子
７２ 筒体
７３ 圧縮ばね
７４ 上プランジャ
７５ 下プランジャ
７６ ＢＧＡ半導体装置
７７ 半田ボール電極
７８ 検査回路基板
７９ ランド電極
８０ 板ばね方式導電性接触子
８１ 電極パターン
８２ 半田
８３ 接触部分
８４ ＱＦＰ半導体装置
８５ リード電極
８６ 湾曲部
９１ Ｊ字型導電性接触子
９２ 電気絶縁性弾性材料
９３ 先端部分

Claims (5)

1. 半導体装置の半田ボール電極と半導体試験装置の検査回路基板とを電気的導通を生じるように接続するための導電性接触子を用いた半導体装置の検査装置であって、前記導電性接触子は、前記半田ボール電極と当接し、前記半田ボール電極の中心から外周に向けて広がる方向に弾性変形する第１の電極部と、前記検査回路基板の電極パッドに当接し、前記電極パッドが当接する方向に弾性変形する第２の電極部とを有することを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 半導体装置の半田ボール電極に対応して複数の電極パッドが配列形成された検査回路基板と、前記半田ボール電極の配列に対応する位置に前記半田ボール電極を挿入可能な複数の挿通孔と前記挿通孔の外周で前記電極パッドの配列に対応する位置に前記検査回路基板側に開口した複数の収容溝とが形成された電気絶縁性の組み付け装置とを備え、前記収容溝に前記導電性接触子の第２の電極部側を収容して、前記挿通穴に前記第１の電極部を配置した請求項１記載の半導体装置の検査装置。
3. 前記導電性接触子と前記組み付け装置との間に、前記組み付け装置の挿通孔に相当する位置に前記挿通孔よりも小径の挿通孔を開口した弾性材料のシートを挿入することで、前記導電性接触子の第１の電極部が半導体装置の半田ボール電極に当接する力および前記導電性接触子の第２の電極部が前記検査回路基板の電極パッドに当接する力をそれぞれ付与する請求項２記載の半導体装置の検査装置。
4. 前記半田ボール電極の一つに対し複数の前記導電性接触子の第１の電極部が当接するように、複数の前記導電性接触子を、前記組み付け装置の挿通孔の中心軸の周りに配置した請求項２または３記載の半導体装置の検査装置。
5. 前記半田ボール電極の配列に対向して配置した前記導電性接触子に対し、隣接する導電性接触子の一部を重ね合わせて配置し、各導電性接触子の重ね合わせ部位に、絶縁性材料を設けるか、もしくは絶縁性の表面処理を施した請求項２，３または４記載の半導体装置の検査装置。

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