JPH07113840A - 半導体ダイの試験に使用される交換可能な基板を備えたキャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、取り外し可能なダイ支持基板（１
５）を用いてパッケージ装填前の半導体ダイを試験する
キャリアを提供する。 【構成】 本発明においては、ダイ（２１）は、キャリ
ア（１１）に載置され、また基板（１５）と電気的に接
続されて、良好なダイだけをパッケージ装填その他に使
用することが可能になる。本発明においては、ブリッジ
クランプ（７１）が剛性のカバー（７３）を押圧し、こ
のカバー（７３）が今度はダイ（２１）を、ダイ支持基
板（１５）上に配置された複数の接触地点（３１）に対
して付勢する。本発明によれば、取り外し可能なダイ支
持基板（１５）を使用することにより、単一のキャリア
でも互いに異なるダイを受け入れることが可能になり、
また取扱い装置もただ一個のキャリアであるため機械的
に取扱うことが可能になる。このため、バーンイン試験
や各試験の最中に、キャリアの取扱いが容易になり、キ
ャリアの使い勝手がよくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置試験の分野
に係り、特にバーンイン試験の最中にキャリア上におい
て半導体ダイを支持する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、同じような製造工程に従
って多くの種類のものが製造される。出発基板（通常は
シリコンの薄いウエハ）にドーピングが施され、マスク
をかけ、数工程を費やしてエッチングが行われる。各工
程は、製造する装置の種類によって異なる。このような
処理の結果、各ウエハに多数のダイが形成される。ウエ
ハ上の各ダイは、その性能全般について簡単なテストを
施され、性能が不良なダイには機械的にマークをつける
か、またはソフトウエアによって位置を特定する。この
簡単なテストは、性能のおおよその目安を付けるもの
で、ダイに不良な点がまったくないとか、あるいはパッ
ケージに装填しても大丈夫な仕様を有することを保証す
るものではない。

【０００３】もしウエハがこのテストによりほぼ性能の
よいダイを形成したことが分ったならば、このウエハの
ダイの多くは、十分に機能しそうであると示されたこと
になる。ダイはダイ切断用ののこぎりで切断され、性能
不良のダイはスクラップにされる。そして残りのダイ
は、プラスチック製のパッケージに個別に封入される
か、またはセラミック製のパッケージに、パッケージ１
個につきダイ１個の割合で取り付けられる。ダイのパッ
ケージへの装填が終わったら、このパッケージは厳密に
電気的に試験される。この試験の結果、性能不良である
ことが分ったパッケージ、あるいは定められた仕様で作
動するかどうか疑問のあるパッケージは、スクラップに
されるかまたは特別な目的に使用されることになる。

【０００４】試験の結果、スクラップにするしかないと
分るような、使い物にならないダイをパッケージ装填す
るのは、時間と材料の無駄であり、コストアップ要因に
なる。ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡ
Ｍ）あるいはスタティックランダムアクセスメモリ（Ｓ
ＲＡＭ）のような半導体部品は比較的利幅が狭いため、
このような現状は非経済的である。しかし、パッケージ
装填前のダイの性能を徹底的にかつ低コストで調べ、性
能不良なダイの装填を防いで、製品にできるダイだけを
装填する方法は、これまで知られていない。第二に、パ
ッケージ装填には、バーンイン試験のストレス条件にも
耐えなければならないという他の制限も加わるため、パ
ッケージ装填は、バーンイン試験に対する制限要因にも
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マルチチッ
プモジュール（ＭＣＭ）として知られるように、多数の
集積回路をパッケージにまとめて、単一のユニットとす
ることが提案されている。しかし、これは従来のテスト
方法を適用した場合、二つの問題を生じる。第１の問題
は、従来のリードフレームパッケージを使わないため、
個別テスト方式によるテストが難しくなることである。
第２の問題は、多数の装置を一個のパッケージに集合す
ると、パッケージの性能は、その中の最も性能の低いダ
イのそれによって決定される。したがって、これらのダ
イは、まだウエハにとどまっている間に、室温テスト技
術やホットチャックテスト技術を用い、プローブによっ
て個別にテストされることになる。すなわち、各ダイを
予め振り分ける能力は、このようなプローブによるテス
ト技術の制限を受ける。

【０００６】さらに、パッケージ装填の前に完全に性能
が知れた部品を提供することにも関心が高まってきてい
る。これは、パッケージ装填に係るコストの観点からで
なく、マルチチップモジュールに対する要求の高まりに
もよる。ＭＣＭにおいては、多数の部品がダイに収まっ
た形で試験され、単一のユニットにまとめられる（アセ
ンブリング）。テスト、バーンインおよび単一のダイの
性能試験についてはさまざまな技術が提案されている
が、できるだけ多数の特性をもつようになるアセンブリ
を行う前に、ダイについてウエハ上でマッピングを行う
のが望ましい。理想を言えば、すべての特性についてウ
エハにマッピングを行いたいところである。

【０００７】ＭＣＭは、単一の部品となるパッケージに
個別に装填される部品をテストする経済性とは別に、特
にアセンブリの前にテストを行う必要がある。個別にパ
ッケージ装填される部品について、もしパッケージ装填
前の試験から最後の荷送りまでに係る有効な部品の歩留
りが例えば９５％であるならば、パッケージ装填のコス
トが製造コストの１０％にとどまるかぎり、不良部品を
パッケージ装填するコストに注意を払う者はいないであ
ろう。しかし、セラミック製封入部品のように、パッケ
ージ装填のコストがかなり高い場合には、付加的なコス
トがパッケージ装填に係るコスト（Ｃ_PACKAGE)を歩留り
で除したものに等しくなるような個別にパッケージ装填
される部品について、未装填のダイをテストすることは
経済性を高めることになる。すなわち、 Ｃ_DIE ×（Ｃ_PACKAGE ／歩留り）＝Ｃ_DIE ×Ｃ_ADDL.KGD （ここで、Ｃはコストを意味し、Ｃ_DIE は良品のダイの
製造コスト、Ｃ_ADDL.KGDは良品と確かめられたダイ(Kno
wn Good Die)を製造するため、未装填のダイをテストす
るのに係る追加コストである。）

【０００８】個別装填される部品の場合には、ダイの製
造コストＣ_DIE は、Ｃ_ADDL.KGDを決定する要因とはなっ
ていないことに留意されたい。上式は、ＭＣＭの場合に
は変化する。すなわち、 Ｃ_DIE ×（ダイの数×Ｃ_PACKAGE ／歩留り）＝Ｃ_DIE ×
Ｃ_ADDL.KGD この同一部品タイプのモジュールにおいても、Ｃ_DIE
は、Ｃ_ADDL.KGDを決定する要因とはなっていないことに
留意されたい。しかし、この方程式は、混合部品タイプ
のモジュールにおいては、ダイの変動コストと歩留りを
説明するため変形しなければならない。

【０００９】ＭＣＭの場合は、不良部品をパッケージ装
填するコストは、モジュール中のダイの数に比例する。
すなわち、×１６メモリアレーモジュールにおいて、ダ
イの検査から荷送りまでの収率が９５％の場合は、Ｃ
_ADDL.KGDは、 （１６／０．９５）×Ｃ_PACKAGE ＝Ｃ_ADDL.KGDとなる。
したがって、ＫＧＤダイのテストに係る追加コストは、
修理不能なモジュールをテストするコストの１６倍にな
るが、依然として経済的である。この値は、不良モジュ
ールを修理する能力を考慮に入れるならば、修正され
る。

【００１０】材料の無駄削減、利益増加、そして歩留り
向上の観点から、ダイは、マルチチップにパッケージ装
填する前にテストするのが望ましい。ＭＣＭにおいてＫ
ＧＤダイだけを使うことができれば、ＭＣＭの歩留りは
大幅に向上する。

【００１１】未装填のダイをテストするにはかなりの手
数がかかる。テストパッケージは、ダイから分けておか
なければならないため、このための一時的なパッケージ
装填は、標準的な個別パッケージ装填あるいはＭＣＭパ
ッケージ装填のどちらよりも複雑になる。このパッケー
ジは、テストおよびバーンイン検査に適合しなければな
らず、しかも検査の間中ボンドパッドその他にあるダイ
を傷つけずにダイを固着しなればならない。

【００１２】本発明は、ツーピース(two-piece) の再使
用可能バーンイン／テストフィクスチャーを用いる未装
填ダイの試験方法を提案するものである。このフィクス
チャーは半分に分れ、一方は被試験装置（ＤＵＴ;Devic
e Under Test) としての半導体ダイを受け取るためのダ
イキャビティープレートである。ダイは、フィクスチャ
ーの第１の半分にあるキャビティーに置かれ、フィクス
チャーのもう一つの半分であるダイコンタクト部材は、
ダイ上のボンドパッドとの接触、およびボンドパッドと
フィクスチャー上の外部コネクタリードの間の電気的な
導通を果たすために使用される。

【００１３】本発明の好ましい態様においては、外部コ
ネクタリードが使用され、このリードは、デュアルイン
ラインパッケージ（ＤＩＰ）あるいはクァッドフラット
パック（ＱＦＰ）配置として与えられる。フィクスチャ
ーは、個別装填の形態においてダイを試験することを可
能にするとともに、単一のダイおよびバーンインオーブ
ンとの電気的な接触を果たす。

【００１４】このような配置においては、ダイのボンド
パッドもしくは他の接触箇所は、フィクスチャーにおい
て整列していなければならない。フィクスチャーは、ダ
イ、特にボンドパッドに損傷を与えることなく、ダイを
整列した状態で保持しなければならない。このフィクス
チャーは、ついで試験工程の間操作される。

【００１５】一時的なパッケージの利点の一つは、装填
に係る可撓性について従来のパッケージに要求された様
々な必要に応えなくてもよいということである。すなわ
ち、これまでの要求は煩わしく、テストやバーンイン検
査目的以外の最終使用目的には容易に適用できないもの
であった。このダイは、テストの後は一時的なパッケー
ジからは取り出されるため、このような一時的パッケー
ジは種々のテストおよびバーンイン検査に役に立つだけ
でよい。

【００１６】一時的なパッケージは、テストおよびバー
ンイン検査のために特別につくるものであるため、一時
的な使用に適するよう組立てが簡単で、少なくとも部分
的にはテストおよびバーンイン検査を容易にするもので
あることが望まれる。

【００１７】出願人が共通の米国特許第4,899,107 号に
おいては、再使用可能なバーンイン検査およびテスト用
の個別ＴＡＢ(Tape Automated Bonding)ダイ向けのフィ
クスチャーが開示されている。このフィクスチャーは半
分に分けられ、一方は被試験ユニット（ＵＵＴ;Unit Un
der Test) としての半導体ダイを受け取るためのダイキ
ャビティープレートである。そして残りの半分は、ダイ
およびバーンインオーブンとの電気的な導通を果たす。

【００１８】テストフィクスチャーの第１の半分には、
ダイがその回路側を上にして挿入されるキャビティーが
ある。ダイは、浮動プラットホームの上に置かれる。テ
ストフィクスチャーの第２の半分は、各ダイパッドに対
応するプローブが取り付けられる剛性で高温に曝される
基板である。複数のプローブのそれぞれは、基板（ＰＣ
ボードに類似のもの）上の回路配線に接続される。その
結果、各ダイパッドは、高速での性能試験においては、
互いに電気的に離隔される。各プローブの先端は、８個
ないし１６個のダイを処理できるよう、アレー状に配置
される。

【００１９】テストフィクスチャーのそれぞれの半分
は、各ダイの各パッドが対応するプローブの先端と整列
するように、合体される。このテストフィクスチャー
は、性能試験の効率を最大にするため、８ないし１６個
のダイグループを収めるように配置される。

【００２０】各部品が個別に分けられている場合には、
いくつかのテスト工程とこれに関連する工程が必要にな
る。このため、一つのテストフィクスチャーに多数のダ
イを保持するのは不都合である。

【００２１】ダイをパッケージやＭＣＭにおける他の接
続地点に接続するには、種々の接続形式が用いられる。
これらの接続形式としては、ワイヤボンディング、ＴＡ
Ｂ接続、基板への直接バンプボンディングおよび導電性
接着剤の使用などがある。

【００２２】ボンドパッドは、ダイ表面の導電領域で、
ダイ上の回路を外界と接触させる内部接続部として使用
される。通常、導電体は、ボンドパッドに接合される
が、実際に接合するのではなく、ボンドパッドに導電体
を圧着することによってボンドパッドとの電気的な接触
を達成することもできる。

【００２３】未装填ダイのバーンイン試験と性能全般の
テストにおいてみられる問題の一つは、ボンドパッドの
外部接続回路への接続によって引き起こされる物理的な
応力である。この問題は、多くのダイ配置においてはボ
ンドパッドはパッシベーション層の表面高さより下に引
っ込んでいるという事情によって、複雑になっている。
パッシベーション層は、ＢＰＳＧのような低温共融混合
物ガラスでできており、ダイ上の回路を保護するためダ
イに適用される。（厳密に言うと、「共融」という語
は、非晶質の流体であるガラスには不適当であるが、組
成が元で所定の温度で容易に流動化するある種のガラス
の性質を記述するのに使われている。）

【００２４】ダイ上のボンドパッドあるいはテストポイ
ントとＫＧＤダイのテストキャリアパッケージの間にお
けるオーム接触は、関心の的である。ダイ上のボンドパ
ッドとパッシベーション層に損傷を与えずに一定のオー
ム接触を実現し、また維持するのは困難である。このよ
うなオーム接触の設計基準は、キャリアパッケージのそ
れとは幾分異なる。

【００２５】半導体装置をパッケージ装填する従来の装
置は、ＤＩＰあるいはＱＦＰパッケージのような、複数
のセラミック型パッケージを収めるキャリアトレーを具
備する。ダイは、このパッケージを支持するキャリアと
ともに挿入され、パッケージに固着され、パッケージに
電気的に接続される。金属製のふたは、パッケージ上で
キャリアトレーをクランプ止めするブリッジクランプに
よってパッケージ上に支持される。ブリッジクランプ
は、パッケージに対してふたを締め付ける。ふたは、つ
いで典型的には半田付けによってパッケージに融着され
る。パッケージはこの後、キャリアトレーから取り外さ
れる。

【００２６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、半導体ダイは、キャリアトレーに挿入され、ダイ上
のボンドパッドもしくは類似の接触箇所が基板のダイ接
触部材と整列するような位置に置かれる。ダイ接触部材
は、ついでダイを外部の導電体と接続させる。ダイは、
キャリア内でダイを基板に対して押圧するブリッジクラ
ンプによって移動を抑えられる。ダイが固定されると、
キャリアは、ダイ上でのバーンイン試験と各種のテスト
を行うためのテストフィクスチャーとして使用される。

【００２７】好ましい態様においては、ブリッジクラン
プは、ダイを基板上のダイ接触部材に対して付勢する剛
性のカバーを押圧する。好ましい態様においては、ダイ
接触部材を備えた基板は、ダイのカバーとは反対側にお
いてダイより下に位置し、基板上の接触パッドに係合す
るキャリア上の複数の電気端子接触を介してキャリアに
取り付けられる。接触パッドは、ダイ接触部材と電気的
に導通する。

【００２８】好ましい態様においては、ブリッジクラン
プは、ダイキャリアに係合し、ダイがダイキャリアの中
に固定されたときに、ダイキャリアを単一のパッケージ
として取扱うことを可能にする。

【００２９】本発明によればまた、複数の半導体ダイが
キャリアトレーに挿入され、またダイ上のボンドパッド
もしくは類似の接触箇所が基板のダイ接触部材と整列す
るような位置に置かれる。ダイ接触部材は、ついでダイ
を外部の導電体と接続させる。ダイは、キャリア内でダ
イを基板に対して押圧するブリッジクランプによって移
動を抑えられる。ダイが固定されると、キャリアは、ダ
イ上でのバーンイン試験と各種のテストを行うためのテ
ストフィクスチャーとして使用される。

【００３０】個々に分離されたダイ支持基板を使用する
と、基板を取り替えることが可能になるため、種々のダ
イを収めることができるモジュールの製造が可能にな
る。したがって、異なるタイプのダイを収める異なるダ
イキャリアを機械的に取扱うため、バーンイン試験およ
び各種の試験装置に対して要求されていた種々の事項
は、減るかまたはなくなる。さらに、エッジコンタク
ト、エンドコンタクトおよびリードオーバーチップ（Ｌ
ＯＣ）のような種々のダイボンドパッド配置を収めるた
め、異なる基板を設計することもできる。こうして、こ
れら異なるボンドパッド配置を受け入れることのできる
ダイキャリアが可能になる。

【００３１】ダイキャリアは、バーンイン試験および各
種テストのためのものであるから、過度に充填する必要
はなく、構造的にも頑強である。このため、キャリア
は、種々のテスト装置から、エッジコンタクト、トップ
もしくはボトムコンタクト、そしてプラグあるいはＤＩ
Ｐ接続など外部接続を取ることが可能になる。

【００３２】一つの態様においては、キャリアトレー
は、各ダイを個別に支える複数のダイキャリアを支持す
る。キャリアトレーは、ついでバーンインおよび／また
は各種テストの最中に複数のキャリアを支え、多数のダ
イの取扱いを迅速にする。

【００３３】また他の態様においては、ダイを定位置に
保持するブリッジクランプと協働する形で、キャリアト
レーを使用する。こうすると、ダイキャリアフィクスチ
ャーはキャリアトレーに対して移動する必要がないかも
しくは一定の配置においてキャリアトレーに対して移動
する必要がないため、ダイキャリアフィクスチャー上の
外部接続端子に対するダイの接続の安定性が増す。本発
明によれば、ブリッジクランプを支えるトレーがバーン
イン試験およびテストフィクスチャーの一部として使え
るため、バーンイン試験および各種のテストを容易に行
うことができる。単一のキャリアを使用する場合と同
様、ブリッジクランプは、ダイを基板上のダイ接触部材
に対して付勢する剛性のカバーを押圧する。

【００３４】

【実施例】図１および図２は、半導体ダイキャリアハウ
ジング１１の平面図と側面図である。ベース１３は、ダ
イ支持基板１５の支持体として働く。半導体ダイ２１
は、基板１５と並置関係にある。

【００３５】基板１５は、図３に詳細に示すように、複
数の回路配線２７をその上に焼き付けられている。この
回路配線２７は、ボンドパッドコンタクト３１からコン
タクトパッド３３に延びる。ボンドパッドコンタクト３
１は基板１５の上に位置し、ダイ２１上のボンドパッド
あるいはコンタクトパッドの配置（図１〜図３には示し
ていない）と鏡像関係にある。ダイ２１は、このように
配置されたボンドパッドコンタクト３１を有しながら、
ボンドパッドコンタクト３１がダイ２１上のボンドパッ
ドあるいはコンタクトパッドと整列するよう、基板１５
と整列する。

【００３６】コンタクトパッド３３は、基板１５の一も
しくはそれ以上の端部（エッジ）に沿って延びる。基板
１５は、ハウジング１１にある端子接触部４１へのダイ
２１の接続を容易にする。

【００３７】図１および図２において、ベース１３は、
基板１５をくぼみ４３内に収めるが、このとき端子接触
部４１は、基板１５を横切って延び、コンタクトパッド
３３に接触する。この結果、端子接触部４１とコンタク
トパッド３３の間にオーム接触が実現し、回路配線２７
を通して電気的導通がなされ、ボンドパッドコンタクト
３１との間に電気的な回路が形成される。ダイ２１がボ
ンドパッドコンタクト３１と電気的接触状態におかれる
と、端子接触部４１は、ダイ上のボンドパッドを介し
て、ダイ２１と電気的に導通する。

【００３８】ボンドパッドコンタクト３１は基板１５上
で整列しているため、基板は、ダイ上のボンドパッドの
特別なレイアウトに適合するよう設計しなければならな
い。これは、典型的には、基板はダイの特定の設計に合
わせた固有のもので、ボンドパッドのレイアウトが異な
る他の設計のダイには使えないということを意味する。
このボンドパッドのレイアウトは、通常特定の基板の用
途を単一の配置もしくは一つのダイファミリーに制限す
る。このため、図４に示す基板４５のような、ハウジン
グ１１の端子接触部４１のレイアウトに適合する種々の
基板をつくることができ、相互に交換可能な基板１５，
４５を可能にして、種々の設計のダイを受け入れること
ができる。

【００３９】図５（ａ）と（ｂ）は、ハウジング１１の
詳細を示す。基板１５（もしくは４５）は、ハウジング
１１内において解放可能に保持される。好ましい態様に
おいては、基板１５は、コンタクトパッド３３が基板１
５の頂部に位置する状態で、端子接触４１によって頂部
に固定される。こうすると、正のラッチ機構５０が得ら
れ、端子接触部４１の電気的な接触機能を保持機能と結
びつける。リリーススリーブ５１は、ベース１３の周り
に延び、各端子接触部４１のレバー延長部５５と係合し
て、図５（ｂ）に示すように端子接触部４１を湾曲させ
て基板４１から離す。櫛状の歯５６はベース１３によっ
て支えられる。基板は他の手段によっても係合させ、基
板１５との電気的な接触を実現することができるため、
この図に示したのは単に好ましい態様にすぎない。例と
して、もし基板１５が十分に厚い場合には、基板１５
は、エッジへの付勢によって、キャリアベース１３内に
保持してもよい。

【００４０】端子接触部４１は、接続延長部５９を有す
る。この接続延長部５９は、端子接触部４１の外部との
接触を可能にし、ダイ２１のバーンイン試験やテストの
目的で、ハウジング１１を介してダイ２１との接続を可
能にする。この接続延長部５９は、図１からも明瞭にと
らえられる。基板１５は、ベース１３内に保持されたと
きは、ベース１３とほぼ一体になり、接続延長部５９を
介してバーンイン試験およびテスト用の回路と接続可能
となる。

【００４１】接続延長部５９は、ハウジング１１の上方
および下方からアクセスすることができるよう、その上
下に開放している。さらに、エッジフランジ６５は、エ
ッジフランジ６５からの延長部と接触させることで、キ
ャリアの端部での接触を可能にする。図５（ａ），
（ｂ）に示した下方に延びるピン６７は、ＤＩＰソケッ
トへの接続を可能にする。好ましい態様においては、下
方に延びるピン６７は除去してもよい。

【００４２】図２において、ダイ２１は、基板１５と整
列させられ、ブリッジクランプ７１によってベース１３
に固定される。ブリッジクランプ７１はカバー７３を押
圧する。カバー７３は、剛性のカバープレート７５と、
弾性バイアス部材として働く弾性圧縮可能なエラストマ
ー製ストリップ７７を備える。カバープレート７５がダ
イキャビティープレート１３に固定されているときは、
エラストマー製ストリップ７７はダイ２１を基板１５に
対して押圧し、これによってボンドパッドコンタクト３
１と整列するダイ２１のボンドパッドの間でオーム接触
が実現される。エラストマー製ストリップ７７は、カバ
ー７３に隣接して示してあるが、基板１５の下など、キ
ャリア内のどこにでも配置することができる。

【００４３】図２において、ブリッジクランプ７１はカ
バー７３の上方に設けられ、カバー７３をベース１３に
対して固定し、ダイ２１をボンドパッドコンタクト３１
とのオーム接触状態に維持するのに用いられる。そし
て、こうすることで、ダイ２１は、ボンドパッドコンタ
クト３１と整列状態で固定される。カバー７３は、ベー
ス１３あるいはこれとは分け離されたキャリアトレー
（図示せず）にクランプ止めされるブリッジクランプ７
１によって、パッケージ上に支持される。

【００４４】クランプ７１は、ベース１３の対応するス
ロット８５の対と合わさるタブ掴み８１を備える。スプ
リング８９は、タブ掴み８１がスロット８５と係合して
クランプ７１をカバー７３に対して付勢し、ダイ２１を
端子接触部４１とオーム接触で接続させるとき、カバー
７３を押圧するよう下方に延びる。

【００４５】クランプ７１は頂部にあり、スプリング８
９は開口９２を有する。そして、カバー７３は、スプリ
ングの開口９２と整列して、クランプ７１およびカバー
７３のキャリアトレー１１およびベース１３への整列・
取付けの間ダイ２１を真空にできる対応するホール９１
を有する。ダイ２１とカバー７３は、光学的な整列がク
ランプ７１とキャリアトレー１１との機械的な整列を乱
すことがないよう、クランプ７１と機械的に整列させら
れる。クランプ７１がキャリアトレー１１と係合した
後、クランプ７１はその位置を変える。ただし、これは
カバー７３もその位置を変えたり、ダイ２１を動かした
りしないという条件付きである。クランプ７１によって
与えられる接触に係る力は、通常アルミニウムボンドパ
ッドの上に形成される酸化アルミニウム層（図示せず）
を貫通するのに十分なものでなければならない。酸化ア
ルミニウムは電気伝導度が小さいため、酸化アルミニウ
ム層の貫通は、電気的な接触を良好なものにするために
必要なことである。上述の接触およびボンドパッドのた
めには、一接触箇所当たり約８０ｇの力があれば十分で
ある。しかし、ダイ支持基板１５にシリコンを用いる場
合は、８０ｇを越える力が加えられることが予想され
る。接触のための最適な力は、ボンドパッド２７および
ボンドパッドコンタクト３１の材料ならびにボンドパッ
ドコンタクト３１の物理的な形状によって異なる。

【００４６】カバー７３には、市販の安価な金属材料を
用いることができる。厚さが約０．０１”のセラミック
製の半導体パッケージのふたは、厚さが約０．０１”あ
れば、カバー７３として十分使えることが分った。この
ふたは常識的な厚さがあれば、十分機能するが、図の態
様においては、厚さが０．０４５”のオーステナイトス
テンレススチールを用いた。他の材料のふたも適宜用い
ることができる。

【００４７】ダイ２１の裏側をクランプ７１と電気的に
絶縁し、またクランプ７１とカバー７３の相対的な移動
を容易にするため、カバー７３の外側に対するコーティ
ング材料としてテフロン^TM（ＰＴＦＥ）を用いる。クラ
ンプ７１とカバー７３が相対的に移動すると、カバー７
３の基板１５に対する移動を防ぐのに役立ち、この結果
ダイ２１のハウジング１１内での移動防止に役立たせる
ことができる。一面が粘着性のテープあるいは「Kapton
^TM」（イー アイ デュ ポン ド ネモアース アン
ド カンパニー(E.I. Du Pont de Nemours & Co.) ）
は、ＰＴＦＥコーティング材の代りに用いることができ
る。

【００４８】好ましい態様においては、ダイ２１はカバ
ー７３に固定され、カバー７３は、「フリップチップボ
ンディング」として知られる光学的整列技術を用いてダ
イキャビティプレート１３と整列させられる。そのため
の装置は、リサーチ デバイシズ(Research Devices)
（ニュージャージー州ピスカタウェー）から手に入れる
ことができる。整列のためのシステムは、通常フリップ
チップ方式によるダイの取付けに用いられるが、本発明
においても十分用いることができる。

【００４９】カバー７３におけるホール９１は、フリッ
プチップボンディングの最中カバー７３と整列したダイ
２１を固定するのを助ける。ダイ２１のカバー７３への
取り付けに際しては、ホール９１の上方に設けられた真
空装置（図示せず）を、カバー７３を真空装置とともに
引き上げる。このとき、真空は、カバー７３をクランプ
７１に対して保持するのに十分なものにする。ダイ２１
は、ついでカバー７３と整列・接触したまま、真空のた
めに引き上げられる。カバー７３とダイ２１は、その後
基板１５の上まで降ろされ、ボンドパッドをボンドパッ
ドコンタクト３１と整列させる。このように真空を使う
と、ダイ２１をカバー７３に取り付けるのに、接着剤ポ
リマーを使う必要がなくなることが分った。

【００５０】ダイ２１が真空もしくは他の手段でカバー
７３に固定されると、カバー７３は基板１５の上方に位
置させられる。ダイ２１上のボンドパッドは、基板１５
上のボンドパッドコンタクト３１と整列する。この結
果、ダイ２１上のボンドパッドと基板１５上のボンドパ
ッドコンタクト３１とのオーム接触が達成される。接触
に係る力は、ボンドパッドコンタクト３１が普通アルミ
ニウム製ボンドパッド上に形成される酸化アルミニウム
層（図示せず）を貫通するのに十分なものでなければな
らない。

【００５１】上方に延びるシュラウド（幕）９５はベー
ス１３に固定される。シュラウド９５は、ベース１３か
ら上方に、基板１５より高い地点まで延び、ブリッジク
ランプ７１が取扱い中に不慮に圧されることのないよ
う、ブリッジクランプを十分に保護する。この結果、ダ
イ２１をハウジング１１から解放する前に、ブリッジク
ランプ７１がベース１３に対して移動するおそれは少な
くなる。このような移動があると、テスト結果が誤った
ものになり、またダイ２１を損傷するおそれがある。最
初の態様においては、シュラウド９５はリリーススリー
ブ５１によって包囲される。しかし、本発明は、図１お
よび図２に示すように、リリーススリーブ５１をシュラ
ウド９５の中に置くよう、変更することもできる。これ
は、基板１５が不慮に解放されることのないようにする
ためのものである。

【００５２】図６は、キャリアトレー１０３が複数のハ
ウジング１０５を保持する配置を示す。各ハウジング１
０５は、基板１５を支え、そして複数の端子接触部４１
を備える。キャリアトレー１０３は、半導体集積回路ダ
イ２１をハウジング１０５内で整列させながらハウジン
グ１０５に挿入し、端子接触部４１と電気的に導通する
よう一時的に接続する工程の最中、ハウジング１０５を
支持するようなものに形成される。

【００５３】ダイ支持基板１５は、好ましくはシリコン
でつくる。こうすると、熱膨張係数がダイ２１のそれと
一致するという利点があるからである。図３および４に
おいて、回路配線２７、ボンドパッドコンタクト３１お
よびコンタクトパッド３３は、好ましくはダイ支持基板
１５の頂面上に位置する。ダイ支持基板１５にシリコン
あるいは他の半導体材料を使うと、半導体集積回路装置
上に電線およびボンドパッドを形成するのに用いられる
ような半導体回路製作技術を用いて、回路配線２７、ボ
ンドパッドコンタクト３１およびボンドパッド３３を基
板１５上に形成することが可能になる。

【００５４】ダイ支持基板１５は、剛性、半剛性、半可
撓性もしくは可撓性のいずれの材料からでもつくること
ができる。基板材料がシリコンの場合は、基板を少なく
とも半可撓性となるくらい薄くつくることができる。し
かし、好ましい態様においては、剛性の基板を用いる。

【００５５】好ましい態様においては、ダイ支持基板１
５は、実質的に剛性である。この剛性は、ダイ支持基板
１５がダイ２１と整列したとき、ボンドパッドコンタク
ト３１の高さがＺ軸方向においてボンドパッド２７とほ
ぼ揃うようなものにする。またこの剛性は、ダイ支持基
板１５を著しく歪めることなく、ボンドパッド２７とボ
ンドパッドコンタクト３１の間に接触が達成されるよう
なものである。典型的には、このような接触は、ボンド
パッドコンタクト３１をへこませるか、あるいはＺ方向
の異方性導電性接続材料（図９の１６１）を使用するこ
とによって、所望の箇所で達成される。

【００５６】ダイ支持基板１５は、サファイア（ＳＯ
Ｓ）、シリコンガラス（ＳＯＧ）、あるいはシリコン以
外の半導体材料を用いる半導体装置製造プロセスで用い
られるなど、他の材料からつくってもよい。

【００５７】ボンドパッド１１７は、図７からも分るよ
うに、典型的にはＢＰＳＧパッシベーション層１２３の
表面高さ１２１より下にくぼんでいる。

【００５８】また図７に示すように、ダイ支持基板１５
上のボンドパッドコンタクト３１には、***部１３３が
形成される。***部１３３は、ボンドパッド１１７に食
い込む。そして、ボンドパッドコンタクト３１の他の部
分は、***部１３３の食い込み深さを制限する役割を果
たす。こうすると、ボンドパッドコンタクト３１の食い
込み深さを、***部１３３の物理的大きさによって制御
することが可能になる。その結果、ボンドパッドコンタ
クト３１は、ボンドパッド１１７に食い込む程度を、自
ら制限するようになる。***部１３３がボンドパッド１
１７に食い込むのに必要な力は、ボンドパッドコンタク
ト３１の残りの部分がボンドパッド１１７に食い込むの
に必要な力よりはるかに小さい。

【００５９】この結果、***部１３３は、ボンドパッド
１１７にへこみを生じさせるが、このへこみは好ましく
はボンドパッド１１７の厚さよりは小さくさせる。ボン
ドパッドコンタクト３１より下に位置するボンドパッド
１１７の残りの部分は、わずかにゆがむが、この後のア
センブリ工程においては十分に機能する。この後のアセ
ンブリ工程においては、ボンドパッド１１７は、あたか
も損傷がまったくないかのように取扱われるため、ボン
ドパッド１１７はほとんど損傷は受けていないと考えら
れる。

【００６０】ボンドパッドへ食い込むに際して許容され
る力と必要な力の比は、各部材の材料と大きさによって
異なるが、少なくとも２：１の比は必要であろう。もし
ボンドパッドコンタクト３１の***部分の面積が大きい
場合は、４：１、１０：１あるいはこれ以上の高い比が
必要であろう。この比は、ダイ支持基板１５およびダイ
２１の平面性の変動が予想されるくらいのかなり大きな
値である。

【００６１】ダイ支持基板１５を使用すると、ボンドパ
ッド１１７のパターンが異なるダイでも、同じベースプ
レート１３と合わさるダイ支持基板に数箇所の変更点１
５（図３），４５（図４）を加えることにより、このダ
イのために特別につくった中間的な回路配線基板１５と
整列させることができる。

【００６２】ダイ支持基板１５はボンドパッドコンタク
ト３１をその上に有するため、ボンドパッドコンタクト
の寿命は、ハウジングの寿命とは直接関係はない。そし
て、回路配線２７がダイ支持基板１５の表面にあること
から、ボンドパッドコンタクト３１上の***接触部分の
形成が容易になる。

【００６３】また、図８に示すように、ダイ支持基板１
５は、セラミック材料から形成してもよい。ボンドパッ
ドコンタクト３１が基板１５の上にメッキで形成される
ときは、***部１４１はボンドパッドコンタクト３１の
ボンドパッド２７との接触点に位置される。***部１４
１はボンドパッドコンタクト３１上に形成される。セラ
ミック製の中間基板を用いる場合は、***部１４１は、
光メッキ技術とドウインク(doink) 技術を組合せて形成
される。他の蒸着技術も、また光メッキの代りに、ステ
ンシル、スクリーン印刷あるいは直接の書き込みなど他
の蒸着技術も用いることができる。ドウインキ技術は、
米国特許第5,249,450 号（アラン・ウッド(Alan Wood),
デイビッド・ヘムブリー(David Hembree),ラリー・コー
マー(Larry Cromar)およびウォーレン・ファーンウァー
ス(Warren Farnworth)の「超音波鍛造用プローブヘッ
ド」）に記載されている。ダイ支持基板１５とボンドパ
ッドコンタクト３１は繰り返し使用することができ、ボ
ンドパッドコンタクト３１は、使用中に再度ドウインク
にかけられる。

【００６４】図９に示すように、ダイ２１上のボンドパ
ッド１６７とボンドパッドコンタクト１６９の間にオー
ム接触を実現するため、Ｚ軸方向に異方性の内部配線材
料１６１を使用することは可能である。このため、ボン
ドパッド１６７と回路配線２７の間のオーム接触は、ボ
ンドパッド１６７に直接係合するコンタクト１６９がな
くても実現できる。カバープレート７５がダイキャビテ
ィプレート１３に固着されたときは、カバー８３はＺ方
向の異方性内部配線材料１６１を、ダイ２１と基板１５
に対して付勢する。基板プレート１７１は、セラミック
もしくは半導体プレートから形成してもよく、また回路
配線２７とは絶縁してもよい。

【００６５】Ｚ軸方向異方性内部配線材料１６１は、ボ
ンドパッド１６７がダイ２１上のＢＰＳＧパッシベーシ
ョン層より下にくぼんでいる場合に、特に有用である。
Ｚ軸方向異方性内部配線材料１６１を用いることの他の
利点は、続いて同じパッケージおいて他のダイ２１をテ
ストする場合に、それが容易に取り替え可能であるとい
うことから得られる。Ｚ軸方向異方性内部配線材料１６
１は、ボンドパッド１６７とのオーム接触を形成する場
合に、弾性的に変形することができるため、中間プレー
ト１６５の取り替えあるいは再度のドウインクを頻繁に
行う必要はない。

【００６６】図７に示すコンタクト３１のような自己制
限的なコンタクトは、Ｚ軸方向異方性内部配線材料１６
１のダイボンドパッド１６７への食い込みを制御する場
合には有用である。ボンドパッドに直接接触（コンタク
ト）する場合と同様、***部はＺ軸方向異方性内部配線
材料１６１をボンドパッド１６７に食い込ませるが、こ
のときボンドパッドコンタクト３１の残りは、***部の
食い込み深さを制限する役割を果たす。このため、ボン
ドパッドコンタクト３１の食い込み深さは、ボンドパッ
ドコンタクト３１の物理的な大きさによって制御するこ
とが可能になる。すなわち、ボンドパッドコンタクト３
１は、ボンドパッド１６７に食い込みに際して自己制限
的に働く。これは、***部をボンドパッド１６７に食い
込ませるのに必要な力が、ボンドパッドコンタクト３１
の残りの部分がボンドパッド１６７に食い込むのに必要
な力よりはるかに小さいためである。

【００６７】ダイ２１は、一旦ハウジング１１内に設置
されると、通常の単一のパッケージに装填されたダイに
ついてのバーンイン試験および各種のテストと同様の方
法でバーンイン試験および各種のテストにかけられる。
このテストは、少なくとも１５℃から１２５℃の間で行
われる耐熱試験を含む。普通、試験は−１０℃から１２
５℃の範囲内で行われる。また、軍用あるいは悪条件下
用の半導体部品に係るテストは、−５５℃から１５０℃
の範囲で行われる。

【００６８】当然のことであるが、本発明はここで説明
した以外の態様も可能である。例えば、端子接触部４１
は、リリーススリーブ５１とベースプレート１３の間の
相対的な移動が、端子接触部に所望のたわみを生じさせ
るよう、リリーススリーブ５１に取り付けることもでき
る。基板１５の保持は、回路配線２７の外部回路への電
子気的接続が保たれるという条件で、端子接触部４１以
外の手段によって行ってもよい。本発明の範囲は、前述
の特許請求の範囲によってのみ規定される。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
個々に分離されたダイ支持基板を使用するため、基板を
取り替えることが可能になり、種々のダイを収めること
ができるモジュールの製造が可能になる。そして異なる
基板を設計することもできるため、これら異なるボンド
パッド配置を受け入れることのできるダイキャリアが可
能になる。また、ダイキャリアは、バーンイン試験およ
び各種テストのためのものであるから、過度に充填する
必要はなく、構造的にも頑強である。このため、キャリ
アは、種々のテスト装置から、エッジコンタクト、トッ
プもしくはボトムコンタクト、そしてプラグあるいはＤ
ＩＰ接続など外部接続を取ることが可能になる。本発明
の一つの態様においては、キャリアトレーは、各ダイを
個別に支える複数のダイキャリアを支持するため、つい
でバーンインおよび／または各種テストの最中に複数の
キャリアを支え、多数のダイの取扱いを迅速にする。ま
た他の態様においては、ダイを定位置に保持するブリッ
ジクランプと協働する形で、キャリアトレーを使用する
ため、ダイキャリアフィクスチャー上の外部接続端子に
対するダイの接続の安定性が増す。さらに本発明によれ
ば、ブリッジクランプを支えるトレーがバーンイン試験
およびテストフィクスチャーの一部として使えるため、
バーンイン試験および各種のテストを容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様に係る半導体ダイ用キャリアハ
ウジングの平面図。

【図２】本発明の一態様に係る半導体ダイ用キャリアハ
ウジングの側面図。

【図３】図１と２のキャリアハウジングで使用されるダ
イ支持基板の平面図。

【図４】図３の基板とは異なる態様に係り、図１と２の
キャリアハウジングで使用される基板の平面図。

【図５】（ａ）と（ｂ）は、図３もしくは図４の基板を
保持するラッチ機構のそれぞれ係合状態と解放状態を示
す側方断面図。

【図６】複数のハウジングを載せたキャリアトレーを示
す平面図。

【図７】ボンドパッドへの貫通の深さを制限する***部
が設けられたボンドパッド接触の詳細を示す断面図。

【図８】***部を備えたボンドパッド接触の詳細を示す
断面図。

【図９】ダイとダイ支持基板上の接触パッドの間にオー
ム接触を実現するために用いられるＺ方向の異方性内部
接続材料の使用の模様を示す断面図。

【符号の説明】

１１ キャリアハウジング １５ ダイ支持基板 ２１ 半導体ダイ ２７ 回路配線 ３１ 接触地点 ４１ 第１の電気端子セット ５０ ラッチ機構 ６５ 第２の電気端子セット １１７ ボンドパッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/15 (72)発明者 ウォーレン・エム・ファーンウァース アメリカ合衆国、83686 アイダホ州、ナ ンパ、サウス・バーナー 2004

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに分け放たれた剥き出しの半導体ダ
   イの試験装置であって、 ａ）前記半導体ダイを支持し、このダイと試験回路との
   間に電気的導通を与えるダイ支持基板であって、回路配
   線と電気的に接続し、前記ダイ上の接触箇所との電気的
   導通を達成する複数の接点を含むダイ支持基板と、 ｂ）前記ダイ支持基板を保持するくぼみを有するベース
   と、 ｃ）前記ベースに取り付けられ、ダイ支持基板をこのベ
   ースに固着するためのラッチ機構であって、ダイ支持基
   板に接触して、ダイ支持基板上の回路配線と試験回路と
   の間に電気的な接続を達成するよう形成された端子接点
   を具備するラッチ機構を具備する試験装置。
2. 【請求項２】 前記回路配線は前記ダイ支持基板上に形
   成されるコンタクトパッドと電気的に導通し、前記ラッ
   チ機構の端子接点は前記コンタクトパッドに係合する請
   求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記ベースに、前記ダイ支持基板に対し
   て相対的に移動できるリリース部材が取り付けられ、前
   記端子接点はこのリリース部材の移動によってリリース
   可能なラッチとして形成され、さらに前記リリース部材
   の相対的な移動は端子接点のダイ支持基板との係合を解
   除するものである請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記ダイ支持基板はさらに、前記各接点
   上にあって、ダイの対応する接触箇所に食い込むよう形
   成される***部を備え、他方前記接点の頂面は前記***
   部の食い込み深さを制限して前記接点における電気的導
   通を達成する請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 前記複数の接点は、半導体回路製造技術
   を用いて、ダイ支持基板上に形成される請求項１記載の
   装置。
6. 【請求項６】 前記ダイ支持基板はシリコン材料から形
   成され、また前記回路配線は、半導体回路製造技術を用
   いて、前記シリコン材料上に形成される請求項１記載の
   装置。
7. 【請求項７】 前記装置はさらに、前記ダイと複数の接
   点の間にパッドを備え、このパッドはその平面の法線方
   向であるＺ方向には導電性、他方このパッド面を横切る
   方向には絶縁性である請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】 前記装置はさらに、前記ベースに取り外
   し可能に取り付けられ、前記半導体ダイを所定の力でダ
   イ支持基板に対して付勢するクランプ部材を備える請求
   項１記載の装置。
9. 【請求項９】 互いに分け放たれたパッケージ装填前の
   半導体ダイの試験装置であって、 ａ）ベースと、 ｂ）このベース内に設置され、前記半導体ダイを支持
   し、このダイと試験回路との間に電気的導通を与えるダ
   イ支持基板であって、前記ダイ上の接触箇所に食い込む
   よう形成された接点と、この接点と電気的に導通する回
   路配線を含むダイ支持基板と、 ｃ）前記ベースに取り付けられ、ダイ支持基板をこのベ
   ースに固着するためのラッチ機構であって、ダイ支持基
   板に接触して、ダイをダイ支持基板に固着させ、前記回
   路配線と試験回路との間に電気的な接続を達成するよう
   形成された移動可能な端子接点を具備するラッチ機構
   と、 ｄ）前記ベースに取り外し可能に取り付けられ、ダイを
   ダイ支持基板に対して付勢し、ダイ支持基板上の接点を
   ダイの接触箇所に所定の深さだけ食い込ませるよう前記
   半導体ダイに所定の力を与えるクランプを具備する試験
   装置。
10. 【請求項１０】 前記装置はさらに、前記ダイ支持基板
    上に形成され、前記端子接点との接触のため前記回路配
    線と電気的に導通するコンタクトパッドを備える請求項
    ９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記ダイ支持基板上の接点は、ダイの
    接触箇所に食い込むよう形成される***部を備え、他方
    前記接点の頂面は前記***部の食い込み深さを制限する
    請求項９記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記装置はさらに、前記クランプとダ
    イの間にカバーを備え、このカバーは、ダイを真空を利
    用してこの装置に装填するため、ダイをカバーに取り付
    けることを可能にする開口を有する請求項９記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 前記クランプは、前記ダイをダイ支持
    基板に対して付勢するため、前記カバーを接触させるよ
    う形成されたスプリングを備える請求項９記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記ダイ支持基板は、半導体回路製造
    技術を用いてシリコンから形成される請求項９記載の装
    置。
15. 【請求項１５】 前記ダイ支持基板はセラミック材料か
    ら形成され、また前記接点は、ドウインク技術により形
    成される請求項９記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記装置はさらに、前記ダイとダイ支
    持基板の間に、Ｚ方向に異方性の内部接続材料を備える
    請求項９記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記ベースはダイ支持基板を保持する
    くぼみを有する請求項９記載の装置。
18. 【請求項１８】 一つ一つ分割されたパッケージ装填前
    の半導体ダイの試験装置であって、 ａ）一端が開放してくぼみを有するベースと、 ｂ）前記くぼみ内に設置され、前記半導体ダイを支持し
    てこのダイと試験回路との間に電気的導通を与えるダイ
    支持基板であって、前記ダイ上の接触箇所に食い込むよ
    う形成された***部とこの食い込みの深さを制限する残
    りの部分を備える接点と、この接点と電気的に導通する
    回路配線を有するダイ支持基板と、 ｃ）前記ベースに取り付けられ、ダイ支持基板を前記く
    ぼみ内に固着するためのラッチ機構であって、ダイ支持
    基板に接触して、ダイをダイ支持基板に固着させ、前記
    回路配線と試験回路との間に電気的な接続を達成するよ
    う形成された移動可能な端子接点を具備するラッチ機構
    と、 ｄ）前記ダイをダイ支持基板上に設置するよう、ダイに
    取付け可能に形成されたカバーと、 ｅ）前記ベースに取り外し可能に取り付けられ、ダイを
    ダイ支持基板に対して付勢し、ダイ支持基板上の接点を
    ダイの接触箇所に所定の深さだけ食い込ませるよう前記
    半導体ダイに所定の力を与えるスプリングを含むクラン
    プを具備する試験装置。
19. 【請求項１９】 前記カバーは、真空を利用して前記ダ
    イをカバーに取り付けるための開口を有する請求項１８
    記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記接点は、尖端を有するバンプとし
    て形成される請求項１８記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記装置はさらに、前記端子接点を前
    記ダイ支持基板との接触状態から移動させるよう、前記
    ベースに取り付けられ、前記ラッチ機構を移動させるた
    めのリリース部材を備える請求項１８記載の装置。