JP2006292456A - 半導体装置の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置のバンプ電極と接触子との接触回数が増加することでバンプ電極と接触子の接触抵抗が増加することを抑制する。
【解決手段】 外部端子にバンプ電極２を備えた半導体装置１の電気的検査を行うためにバンプ電極２に接触し、バンプ電極２より硬い接触子３と、接触子３を収納するソケット本体８とを備えた半導体装置の検査装置であって、接触子３がバンプ電極２のいくつかの特定の位置に接触することができる。半導体装置の複数ある検査工程において、各検査工程でバンプ電極に接触する位置を他の検査工程とできる限り重ならないようにすることにより、検査時のバンプ電極との接触抵抗を低くし、安定化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の検査装置および検査方法に関し、特にＢＧＡ型ＩＣパッケージに代表される半導体装置の外部電極を形成する球状電極と接触し検査する半導体装置の検査装置および検査方法に関する。

近年、半導体装置の下面より半球形に突出した半田ボールにより外部端子を形成したいわゆるＢＧＡ型パッケージが使われている。

従来このようなＢＧＡ型パッケージの検査ソケットにおいては、テスト用ではスプリングプローブが一般的に用いられる。

スプリングプロープはプロープ先端が自在に回転する構造となっている。

半導体装置の高機能化や高周波化さらに低電圧化にともない、安定した電気特性検査を実施するために半導体装置の外部端子と検査基板とを接続する接触子の間で発生する接触抵抗を低く安定させる事が求められる。

また、半導体装置の検査工程では、高温検査（バーイン検査）、ＤＣ検査、最終検査と複数回の検査を実施している。また、近年、半導体装置の高機能化に伴って、検査項目の増加する傾向となり、検査する回数が多くなっている。

検査用ソケットにおける端子構造としての発明として特許文献１があり、従来のスプリングプローブの構造の一例を図１１に示す。

スプリングプローブ３０は、ケース８内に装填された金属で形成された導体チューブ４内にその軸方向両端に配置された摺動可能なプランジャ５ａ,５ｂを備えている。このプランジャ５ａ，５ｂは端子同士の対向面に配置されているばね７によって突出習性を付与されて導体チューブ４の内面に接触しながら移動することができ、互いに対向する。チューブ開口部１１はかしめにより狭搾されて、プランジャ５ａ，５ｂは、軸方向に摺動自在でしかも大径部１２ａ，１２ｂが抜け出ることなしにボール側接触部６が突出するように構成される。

半導体装置を検査する時は、ＢＧＡパッケージ１を上から加圧し検査基板１３と導通をとる。

スプリングプローブ３０のチューブ４はケース８内で回転可能であるとともに、チューブ４に装着したプランジャ５ａ，５ｂでも回転可能な構造である。

以上の構造から、スプリングプローブでは、半田ボールの接触する位置は不特定な位置であると同時、複数検査を実施すると同じ位置への接触を繰り返すことが発生する。
特開２００１−２５５３４０号公報

しかしながら、複数回検査を実施することにより、半導体装置の半田バンプに接触子の痕がつき、半導体装置の外部端子と検査基板を接続する、接触子の間における接触抵抗が増加する。

これは、半田ボール端子に、半田ボール端子より硬い接触子が当たることにより、半田ボール端子が変形するとともに、接触子に半田が付着し、両方に酸化膜が発生すると考えられる。さらに変形した半田ボール端子に、接触子が当った場合、接触圧力を得られないとともに、付着した半田により酸化膜が堆積し除去できなくなることによるものであると考えられる。

図１２に半導体装置の外部端子に材質ＳｎＡｇＣｕで形成された半田ボール端子に対しプランジャにＢｅＣｕ材を使用したプランジャで接触回数と接触抵抗値を収集したグラフを示す。接触回数に比例して抵抗値の増加していることが判明する。この接触抵抗の増加により、正確な検査ができない問題点があった。

したがって、本発明の目的は、半導体装置のバンプ電極と接触子との接触回数が増加することでバンプ電極と接触子の接触抵抗が増加することを抑制することができる半導体装置の検査装置および検査方法を提供することである。

上記課題を解決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、外部端子にバンプ電極を備えた半導体装置の電気的検査を行うために前記バンプ電極に接触し、バンプ電極より硬い接触子と、前記接触子を収納するソケット本体とを備えた半導体装置の検査装置であって、前記接触子が前記バンプ電極のいくつかの特定の位置に接触することができる。

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、前記接触子は前記バンプ電極に接触するプランジャを有し、前記ソケット本体に前記プランジャを貫通し摺動する穴を設けた上蓋ガイドプレートを設け、前記プランジャの先端は、中心から四角部に向けて突起した形状に形成されるとともに、対角線の交点角度が所定角度に形成され、前記上蓋ガイドプレートは、前記穴の径方向が前記所定角度以上異なる複数の種類を有する。

請求項３記載の半導体装置の検査装置は、外部端子にバンプ電極を備えた半導体装置の電気的検査を行うために前記バンプ電極に接触し、バンプ電極より硬い接触子を備えた半導体装置の検査ソケットであって、前記バンプ電極と前記接触子の接触位置を変えることができる。

請求項４記載の半導体装置の検査装置は、請求項３記載の半導体装置の検査装置において、前記接触子は、前記ソケット本体に収納される導体チューブと、前記導体チューブに周方向に位置決めされた状態で挿入され前記バンプ電極に接触するプランジャとを有し、前記導体チューブの側面に接して進退自在に前記ソケット本体に配置されることで前記導体チューブを回転可能としたワイヤを設けた。

請求項５記載の半導体装置の検査装置は、請求項３記載の半導体装置の検査装置において、前記接触子は、螺旋状の案内部を内周面の円周上の所定角度の範囲に設けた導体チューブと、前記導体チューブ内に配置されるばねと、前記ばねにより付勢された状態で前記導体チューブに挿入され前記バンプ電極に接触するプランジャとを有し、前記プランジャに、前記案内部に案内され外周面の円周上に配置される複数の突起部を設けた。

請求項６記載の半導体装置の検査方法は、請求項１記載の半導体装置の検査装置を使用する複数の検査工程で、前記バンプ電極と前記接触子の接触位置を特定する。

請求項７記載の半導体装置の検査方法は、請求項３記載の半導体装置の装置を使用する検査工程で、前記バンプ電極と前記接触子が接触する毎に、固定された量、前記バンプ電極と前記接触子の接続点が移動する。

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、接触子がバンプ電極のいくつかの特定の位置に接触できるので、バンプ電極と接触子との間の接触抵抗の変動を抑制することができ、正確な検査が行える。

請求項２では、プランジャの先端は、中心から四角部に向けて突起した形状に形成されるとともに、対角線の交点角度が所定角度に形成され、上蓋ガイドプレートは、穴の径方向が所定角度以上異なる複数の種類を有するので、上蓋ガイドプレートを変えることにより、プランジャがバンプ電極のいくつかの特定の位置に接触することができる。

本発明の請求項３記載の半導体装置の検査装置によれば、バンプ電極と接触子の接触位置を変えることができるので、検査での接触抵抗を低く抑えることができる。

請求項４では、接触子のプランジャが導体チューブに周方向に位置決めされ、導体チューブの側面に接して移動可能にソケット本体に配置されることで導体チューブを回転可能としたワイヤを設けたので、ワイヤを動かすことにより接触子が回転し、バンプ電極とプランジャの接触位置を変えることができる。

請求項５では、接触子の導体チューブの内周面の円周上の所定角度の範囲に螺旋状の案内部を設け、プランジャに、案内部に案内され外周面の円周上に配置される複数の突起部を設けたので、例えばプランジャが下降することにより突起部が案内部に嵌合し、プランジャが上昇する時に突起部が案内部に案内されることで、バンプ電極とプランジャの接触位置を変えることができる。

本発明の請求項６記載の半導体装置の検査方法によれば、請求項１記載の半導体装置の検査装置を使用する複数の検査工程で、バンプ電極と接触子の接触位置を特定するので、検査工程ごとに、重ならない特定の接触位置となり、検査での接触抵抗を低く抑えることができる。

本発明の請求項７記載の半導体装置の検査方法によれは、請求項３記載の半導体装置の装置を使用する検査工程で、バンプ電極と接触子が接触する毎に、固定された量、バンプ電極と接触子の接続点が移動するので、再検査時等、検査の回数ごとに、接触子の接触抵抗の影響を受けることなく、検査歩留まりの向上が期待できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の半導体装置の検査装置の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は分解斜視図、図２（ａ）は第１の実施形態における接触子の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ−１）および（ｃ−２）および（ｃ−３）先端部平面詳細図、図４は先端部分解視野図である。

図１および図２に示すように、外部端子にバンプ電極２を備えた半導体装置１の電気的検査を行うためにバンプ電極２に接触し、バンプ電極２より硬い接触子３と、接触子を収納するソケット本体８とを備えている。また、接触子３はバンプ電極２に接触するプランジャ５を有し、ソケット本体８にプランジャ５を貫通し摺動する穴２０を設けた上蓋ガイドプレート９を設けている。プランジャ５の先端は、中心から四角部に向けて突起した形状に形成されるとともに、対角線の交点角度θ１が所定角度に形成され、上蓋ガイドプレート９は、穴２０の径方向が所定角度以上異なる複数の種類を有する。

この場合、ＢＧＡパッケージ（半導体装置）１の外部電極に当接するスプリングプローブ（接触子）３において、半田ボール２の接触する接触部６は、縦方向長さＹ１より横方向長さＸ１の小さい寸法に形成され、先端は４箇所の突起したクラウン状に形成している。このとき、半田ボール２と接触するプランジャ５の対角の交点角度θ１は２２．５°で形成することにより１８０°で４箇所の接触点が確保でき、４工程まで新しい接触点での検査が実施可能となる。

半田ボールのピッチが０．５ｍｍの場合、導体チューブ３の外形を０．４ｍｍとし、
プランジャ５が貫通する導体チューブ３の開口径を０．２５ｍｍとした場合、
Ｙ１＝０．２５ｍｍ、Ｘ１＝Ｙ１／２＝０．１２５ｍｍで構成した場合、
プランジャ先端は寸法は
Ｘ２＝０．２５ｍｍ×ｓｉｎ(２２．５／２)＝０．０４９ｍｍ≒０．０５ｍｍ
Ｙ２＝０．２５ｍｍ×ｃｏｓ（２２．５°／２）＝０．２４５ｍｍ≒０．２５ｍｍ
となり、横方向長さＸ２は約０．０５ｍｍで縦方向長さＹ２は端子径となる。

スプリングプローブ３はケース（ソケット本体）８に収納され、上蓋ガイドプレート９を外枠３０１で押さえ込み、ねじ３０２でケース８に固定し、導体チューブ４がケース８に収納される。

上蓋ガイドプレート９は縦横大きさの異なる接触子３の先端が貫通し、摺動し、尚且つ、回転しない構造となる。これにより半田ボール２に接触する位置を特定の位置とする検査ソケットを得ることができる。

次にこのソケットを使用した半導体装置の検査方法に関して説明する。

一般的な半導体装置が組立終了から梱包出荷までの工程を図５に示す。半導体装置の外部端子に複数回接触する場合を図３〜図５を参照し説明する。図３（ａー１〜３）は本発明の第１の実施形態における上蓋ガイドプレートの種類を示す説明図、（ｂー１〜３）は半田ボールの接触位置を示す説明図、図４は本発明の実施形態における接触子のプランジャを示す斜視図である。

図３（ａー１〜３）に示すように、穴２０の方向が所定角度、この場合４５度、９０度異なる上蓋ガイドプレート９を複数製作する。

図３〜５に示すように、第１の検査工程（特性検査１）では、図３（ａ-１）の上蓋ガイドプレート９を使用し、図３（ｂ-１）の半田ボールの接触部４０１の位置にプランジャ５の接触部４０２を当て、検査を実施する。

第２の検査工程（特性検査２）では、図３（ａ-２）の上蓋ガイドプレート９を使用し、図３（ｂ-２）の半田ボールの接触部４０１の位置にプランジャ５の接触部４０２を当て、検査を実施する。

第３の検査工程（特性検査３）では、図３（ａ-３）の上蓋ガイドプレート９を使用し、図３（ｂ-３）の半田ボールの接触部４０１の位置にプランジャ５の接触部４０２を当て、検査を実施する。

第４の検査工程（最終検査）では、図３（ａ-４）の上蓋ガイドプレート９を使用し、図３（ｂ-４）の半田ボールの接触部４０１の位置にプランジャ５の接触部４０２を当て、検査を実施する。

それぞれの第１、第２、第３、第４の検査工程において、重ならない特定の接触位置となり、安定した検査が実施できる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。図６（ａ）は本発明の第２の実施形態の半導体装置の検査装置の分解斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面図、図７は第２の実施形態における接触子の分解斜視図である。

図６および図７に示すように、外部端子にバンプ電極２を備えた半導体装置１（図１参照）の電気的検査を行うためにバンプ電極２に接触し、バンプ電極２より硬い接触子３と、接触子３を収納するソケット本体８とを備えている。また、接触子３は、ソケット本体８に収納される導体チューブ４と、導体チューブ４に周方向に位置決めされた状態で挿入されバンプ電極２に接触するプランジャ５ａとを有し、導体チューブ４の側面に接して進退自在に配置されることで導体チューブ４を回転可能としたワイヤ５０４を設けている。

この場合、スプリングプロープ（接触子）３の構成として、検査基板の接触するプランジャ５ｂと一体の導体チューブ４を有し、その中にばね７を配置し、半田ボールと接触するプランジャ５ａを配置して構成される。導体チューブ部４には垂直に切れ込み溝５０１を備え、プランジャ５ａは、導体チューブ４の切れ込みに嵌合する突起部５０２を備える。

上記スプリングプローブピン３は上蓋ガイドプレート９とケース（ソケット本体）８に収納される。

また、Ｘ方向５０３に配置されるスプリングプローブ３間に、弾性体をコーティングした金属ワイヤ５０４を１列置きに配置する、これによりスプリングプロープ３の回転は固定される。金属ワイヤ５０４は操作レバー５０５に接続される。

次にこのソケットを使用した半導体装置の検査方法に関して説明する。図６にその動作を示す。図６に示すように、操作レバー５０５を動かすことにより、金属ワイヤ５０４が動き、金属ワイヤ５０４の接したスプリングプローブ３が回転する。導体チューブ部外径を０．４ｍｍとしたとき、４５°回転させる場合、円周率より
０．４ｍｍ×３．１４×４５°／３６０°≒０．１６ｍｍ
操作すればよい。これらにより半導体装置の半田ボールとプランジャの接触位置を変えることができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図９および図１０に基づいて説明する。図９（ａ）は本発明の第３の実施形態における接触子の斜視図、（ｂ）は内部説明図、（ｃ）はプランジャの正面図、（ｄ）は台座の正面図、（ｅ）はプランジャと台座の接触部分の説明図、（ｆ）はプランジャと台座の接触部分が回転する説明図、図１０（ａ）は本発明の第３の実施形態の半導体装置の検査装置の断面図、（ｂ）は平面図である。

本実施形態においても、半田ボールの接触後に次の接触位置を変更する。すなわち、図９および図１０に示すように、接触子３は、螺旋状の案内部７０２を内周面の円周上の所定角度の範囲に設けた導体チューブ４と、導体チューブ４内に配置されるばね７と、ばね７により付勢された状態で導体チューブ４に挿入されバンプ電極２に接触するプランジャ５とを有し、プランジャ５に、案内部７０２に案内され外周面の円周上に配置される複数の突起部７０３を設けている。

この場合、スプリングプロープ（接触子）３の構成として、導体チューブ４の中に、検査基板１３の接触するプランジャ５ｂとばね７を配置し、ばね７と半田ボール２と接触するプランジャ５ａの間に台座７０１が配置される。導体チューブ４は螺旋状の開口を含む溝（案内部）７０２を設ける。

螺旋状の溝７０２は、３６０°／（突起部７０３の数）から１２０°以上の角度、形成される。

被検査パッケージ側プランジャ５ａには導体チューブ４の内部に、円周上に配置された突起部７０３を持つ。導体チューブ４の側面の突起７０４を持ち、ソケット本体８に設けられた溝８０１により回転しない構造とする。

上記スプリングプローブ３は上蓋ガイドプレート９によりケース８内部に収納される。

スプリングプローブ３は、ＢＡＧパッケージ１が下降し半田ボール２とプランジャ５ａも下降する。プランジャ５ａが下降することにより、台座７０１によりプランジャ５ａの突起部７０３は導体チューブ４の溝７０２側に移動し、台座７０１により突起部７０３は溝７０２に嵌合する状態となる。

ＢＧＡパッケージ１の半田ボール２とプランジャ５ａの接触が開放され、スプリングプローブ３が上昇する時、突起部７０３は螺旋状の溝７０２に沿い回転しながら上昇する。

プランジャ５ａ先端が、４分割されたクラウン形状で形成された場合、突起部７０３は３箇所設ける。これにより連続して同じ半導体装置を検査する場合に、スプリングプローブ３は３回まで、異なった位置で半田ボール２との接触が行うことができる。

また、突起部７０３を増やすことにより、新たな接触部を増やすことが可能となる。

尚、上記実施形態についてＢＧＡ検査のスプリングプローブについて説明したが、板ばね式プローブピンなど、半田ボールより固い端子に適用可能で、検査工程ごとに接触する位置を変えることにより適用可能である。

以上説明したように、本発明に係る半導体装置の検査装置および検査方法は、半導体装置を製造・検査する方法などに有用である。

（ａ）は本発明の第１の実施形態の半導体装置の検査装置の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は分解斜視図である。 （ａ）は第１の実施形態における接触子の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は説明図である。 （ａー１〜４）は本発明の第１の実施形態における上蓋ガイドプレートの種類を示す説明図、（ｂー１〜４）は半田ボールの接触位置を示す説明図である。 本発明の実施形態における接触子のプランジャを示す斜視図である。 （ａ）は一般的な半導体装置の組立以降、出荷までの各工程を示す図、（ｂ）は、高機能な半導体装置の組立以降、出荷までの各工程を示す図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態の半導体装置の検査装置の分解斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面図である。 本発明の第２の実施形態における接触子の分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態の半導体装置の検査方法の説明図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態における接触子の斜視図、（ｂ）は内部説明図、（ｃ）はプランジャの正面図、（ｄ）は台座の正面図、（ｅ）はプランジャと台座の接触部分の説明図、（ｆ）はプランジャと台座の接触部分が回転する説明図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態の半導体装置の検査装置の断面図、（ｂ）は平面図である。 従来の検査ソケット断面図である。 コンタクト回数と抵抗値の上昇値の表すグラフである。

符号の説明

１ ＢＧＡパッケージ
２ 半田ボール
３ スプリングプローブ
４ 導体チューブ
５，５ａ，５ｂ プランジャ
６ ボール接触部
７ ばね
８ ケース
９ 上蓋ガイドプレート
１０ 突起部
１１ チューブ開口部
１２ａ，１２ｂ 大径部
１３ 検査基板
３０１ 外枠
３０２ ねじ
５０１ 切れ込み溝
５０２ 突起部
５０３ Ｘ方向
５０４ 金属ワイヤ
５０５ 操作レバー
７０１ 台座
７０２ 螺旋状の溝
７０３ 突起部
７０４ 突起

Claims (7)

1. 外部端子にバンプ電極を備えた半導体装置の電気的検査を行うために前記バンプ電極に接触し、バンプ電極より硬い接触子と、前記接触子を収納するソケット本体とを備えた半導体装置の検査装置であって、前記接触子が前記バンプ電極のいくつかの特定の位置に接触することができることを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 前記接触子は前記バンプ電極に接触するプランジャを有し、
   前記ソケット本体に前記プランジャを貫通し摺動する穴を設けた上蓋ガイドプレートを設け、
   前記プランジャの先端は、中心から四角部に向けて突起した形状に形成されるとともに、対角線の交点角度が所定角度に形成され、前記上蓋ガイドプレートは、前記穴の径方向が前記所定角度以上異なる複数の種類を有する請求項１記載の半導体装置の検査装置。
3. 外部端子にバンプ電極を備えた半導体装置の電気的検査を行うために前記バンプ電極に接触し、バンプ電極より硬い接触子と、前記接触子を収納するソケット本体とを備えた半導体装置の検査装置であって、前記バンプ電極と前記接触子の接触位置を変えることができることを特徴とする半導体装置の検査装置。
4. 前記接触子は、前記ソケット本体に収納される導体チューブと、前記導体チューブに周方向に位置決めされた状態で挿入され前記バンプ電極に接触するプランジャとを有し、
   前記導体チューブの側面に接して進退自在に配置されることで前記導体チューブを回転可能としたワイヤを設けた請求項３記載の半導体装置の検査装置。
5. 前記接触子は、螺旋状の案内部を内周面の円周上の所定角度の範囲に設けた導体チューブと、前記導体チューブ内に配置されるばねと、前記ばねにより付勢された状態で前記導体チューブに挿入され前記バンプ電極に接触するプランジャとを有し、
   前記プランジャに、前記案内部に案内され外周面の円周上に配置される複数の突起部を設けた請求項３記載の半導体装置の検査装置。
6. 請求項１記載の半導体装置の検査装置を使用する複数の検査工程で、前記バンプ電極と前記接触子の接触位置を特定することを特徴とする半導体装置の検査方法。
7. 請求項３記載の半導体装置の装置を使用する検査工程で、前記バンプ電極と前記接触子が接触する毎に、固定された量、前記バンプ電極と前記接触子の接続点が移動することを特徴とする半導体装置の検査方法。

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