CN104749512B - 触头、半导体试验装置以及半导体试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够降低与半导体装置的端子之间的接触电阻且寿命长的半导体装置试验用的触头，和具备该触头的半导体试验装置以及使用该触头的半导体试验方法。本发明的触头是与半导体装置(20)的端子(21)接触并被按压，而使电流流过半导体装置(20)的半导体装置试验用的触头(1)。触头(1)具备接触部，其具有与半导体装置(20)的端子(21)接触的平坦的接触面(1b)，和变形部(1a)，其在与半导体装置(20)的端子(21)接触并被按压时弹性变形。

Description

触头、半导体试验装置以及半导体试验方法

技术领域

本发明涉及一种用于进行半导体装置的电特性试验的半导体试验装置的触头、具备该触头的半导体试验装置以及使用该触头的试验方法。

背景技术

作为半导体装置的功率半导体模块，一般是将一个或两个以上的功率半导体芯片收容在绝缘性的壳体内，并将与功率半导体芯片电连接的多个端子，更具体来说是外部输出端子露出到壳体的上方和/或侧面等的外部。在功率半导体模块出货前，进行功率半导体模块的电特性试验。电特性试验中包括使大电流流过功率半导体模块的半导体芯片的试验。

作为用于进行电特性试验的半导体试验装置的一例，具备载置功率半导体模块等的半导体装置并且能够升降的载物台，和在被载置在该载物台上的半导体装置的上方和/或侧面等与该半导体装置的端子对置而设置的半导体装置试验用触头(以下仅称为“触头”)。在进行电特性试验时，通过使载置有半导体装置的载物台上升，并使半导体装置的多个端子与上述触头接触，从而使得电流经由触头流过半导体装置。

通过半导体试验装置来进行电特性试验的半导体装置，各个产品的基准面，即，通常为从半导体装置下表面起算的端子的高度被规定为特定的尺寸。因为这些端子的高度尺寸允许有一定的容许范围，所以一个半导体装置中的多个端子的高度，按每个端子而产生偏差。并且，虽然半导体装置的端子多以在半导体装置的上部弯折，并且端子的前端部沿水平方向延伸的方式而形成，但是在各个端子，端子的弯曲程度并不一定相同，因此相对于基准面也并不一定水平。因此，在半导体试验装置中，即使将多个触头设置为使各触头的前端水平排列，也存在在一个半导体装置中触头与某些端子充分接触，但与其他的端子没有充分接触的情况。

为了使半导体试验装置的各个触头与半导体装置的全部端子能够可靠地接触，现有的触头具备弹性变形部件。有关具备弹性变形部件的触头，具有如图7记载的那样连接螺旋弹簧的两端而形成环状的线圈被安装在导电性的托上的螺旋弹簧触头。作为该线圈，能够使用专利文献1所记载的部件。另外，有关其他触头，具有如图8所记载的那样将板状的弹性导电体成形为L字形或者近似为L字形的形状，并像梳齿那样隔开预定的间隔而排列的梳齿触头(专利文献2)。在专利文献2中还记载了使触头成为中空形状，且以导电型薄板构成与半导体装置的端子接触的部分，向中空部分加压而使导电性薄板膨胀的中空触头。

就专利文献1中所记载的螺旋弹簧触头而言，在使半导体试验装置的各个触头与半导体装置的所有的端子接触时，端子的高度偏差通过螺旋弹簧的弹性变形的程度而抵消，而能够可靠地接触。就专利文献2中记载的梳齿触头而言，通过使板状的弹性导电体如板簧那样产生弹性变形，从而能够与端子可靠地接触。并且，梳齿触头在各弹性导电体的前端与端子多点接触，据此，与一枚弹性导电体的情况相比，还降低了接触电阻。就专利文献2所记载的中空触头而言，通过导电性薄板的弹性变形，从而能够与端子可靠地接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4617250号

专利文献2：日本特开平第7-209375号公报

发明内容

技术问题

上述螺旋弹簧触头和/或梳齿触头没有能够充分降低与半导体装置的端子之间的接触电阻。因此，在通过半导体试验装置进行流过大电流的电特性试验时，在半导体装置的半导体芯片被破坏而在多个端子间流过短路电流的情况下，会有端子和触头的接触部分发热并产生火花、或端子和触头发生熔敷等的情况。一旦发生了火花和/或熔敷的触头，因为表面状态发生变化、或接触电阻增加等，而在接下来进行试验的半导体装置的端子上可能产生伤痕或再度发生熔敷，因此需要进行触头的更换和/或维护。

上述螺旋弹簧触头和/或梳齿触头如果加大弹性变形的部件的弹力，则能够降低接触电阻。但是，螺旋弹簧触头和/或梳齿触头在与端子接触时在端子表面上滑动。因此，如果加大触头的弹力，则可能由该弹力导致在半导体装置的端子上产生伤痕。并且，螺旋弹簧触头和/或梳齿触头在与端子接触时在端子表面上滑动导致触头的磨损，从而触头的寿命短。

另外，专利文献2中记载的中空触头由于导电型薄板的厚度薄，因此在发生了火花和/或熔敷的情况下，更换的频率高，触头的寿命短。

本发明能够有利地解决上述问题，其目的在于提供一种能够降低与半导体装置端子之间的接触电阻且寿命长的半导体装置试验用的触头、和具有该触头的半导体试验装置以及使用该触头的半导体试验方法。

技术方案

本发明的一个形态的触头是与作为被试验物的半导体装置的端子接触并被按压，而使电流流过该半导体装置的半导体装置试验用的触头，其特征在于，具备：接触部，其具有与该半导体装置的端子接触的平坦的接触面，和变形部，其在与该半导体装置的端子接触并被按压时弹性变形。

本发明的另一个形态的半导体实验装置的特征在于，具备上述触头。

发明效果

根据本发明的半导体试验用触头，能够降低与半导体装置的端子的接触电阻，抑制火花和/或熔敷的发生，延长寿命。并且，因为在与端子接触时不滑动，所以能够抑制在端子产生伤痕，降低半导体装置产品的外观不良。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的触头的说明图。

图2是说明触头的变形形态的示意图。

图3是本发明的一个实施方式的半导体试验装置的说明图。

图4是表示触头的按压负荷与接触电阻之间的关系的曲线图。

图5是表示触头的行程量与接触电阻值和按压负荷之间的关系的曲线图。

图6是本发明的另一个实施方式的触头的示意图。

图7是比较例的触头的说明图。

图8是比较例的触头的说明图。

图9是比较例的半导体实验装置的说明图。

符号说明

1： 触头

1a： 变形部

1b： 接触面

1c： 连接部

10： 半导体试验装置

11： 托

12： 载物台

13： 升降装置

20： 半导体装置

21： 端子

具体实施方式

以下，参照附图具体说明本发明的触头以及半导体试验装置的实施方式。

图1是本发明的一个实施方式的半导体装置试验用触头的主视图(图1(a))以及仰视图(图1(b))。图1所示触头1由导电性的金属材料制成，具备外形为柱状的变形部1a和从该变形部1a的一端突出而设置的连接部1c。变形部1a在图示的例子中，具有直径与半导体装置的端子的上表面的宽度尺寸大体相同的大致圆柱形状。在一例中，直径为13mm左右，高度为7mm左右。但是，变形部1a的尺寸不限于图示的例子中限定的尺寸，只要为在试验时不干扰其他部件而能够与半导体装置的端子可靠地接触的尺寸即可。

在变形部1a中，与设有连接部1c的端部相反侧的端部是在触头1安装在半导体试验装置上进行电特性试验时，与半导体装置的端子接触的接触部。在该接触部中与端子对置的面形成平坦的接触面1b。在电特性试验时，接触面1b与半导体装置的端子接触。

并且，在变形部1a形成有沿与变形部1a的中心轴线方向相交的方向延伸的狭缝S。在图1所示的例中，与接触面1b平行地延伸的六条狭缝S11～S16分别从变形部1a的周面沿直径方向以直径的三分之二左右的长度形成。这些狭缝S11～S16由于与接触面1b平行地延伸，与倾斜延伸的情况相比能够缩短电流路径，因此能够减小触头1的电阻。但是，狭缝S11～S16并不限于与接触面1b平行地延伸。各狭缝S11～S16，例如能够通过电火花线切割加工形成。狭缝S的宽度分别为0.3mm左右，相邻的两条狭缝S隔开0.6mm左右的间隔。

六条狭缝S11～S16之中，最接近接触面1b的狭缝S11和最接近连接部1c的狭缝S16从周面上相差180度的位置沿朝向中心的方向形成狭缝。在狭缝S11和狭缝S16之间形成的四条狭缝S12～S15，相邻的狭缝从周面上相差90度的位置沿朝向中心的方向形成狭缝。形成狭缝的方向没有特别限定。相邻的两条狭缝从周面上以相差180度的位置沿朝向中心的方向形成狭缝的情况下，当在变形部1a有电流流过时，能够降低电感。并且，对于四条狭缝，当从周面上相差90度的位置沿朝向中心的方向形成狭缝时，能够在弹性变形的前后保持接触面水平。

变形部1a通过形成有狭缝S，从而具有如下构造：多个板簧重叠，并且相邻的板簧在端部接合。因此，在向变形部1a的轴线方向施加压缩应力时，能够产生弹性变形，以使狭缝的宽度缩减，而使变形部1a的轴线方向的长度缩短。据此，变形部1a在试验时当触头1与半导体装置的端子接触并被按压时，成为产生弹性变形的本发明的变形部。应予说明，向变形部1a的轴线方向施加的压缩应力的大小应避免达到由于弹性变形而导致狭缝的宽度成零而不能进行进一步弹性变形的程度。

触头1的连接部1c为用于将触头1安装至半导体试验装置的部分。图示的例中，连接部1c为在变形部1a的中心轴线上延伸的外螺纹，通过将该外螺纹与在半导体试验装置的托上形成的螺丝孔进行螺合，从而将触头1安装在半导体试验装置，并且能够进行更换。但是，连接部1c不限于图示的外螺纹。例如，也可以为通过将连接部压入半导体试验装置的托而进行安装的构造。

触头1的材料为在进行试验的半导体装置中电流能够流动的导电性材料。具体来说，可举出不锈钢、碳钢等的铁系合金和/或铍铜等的铜系合金。这之中，铍铜导电率高，在铜系合金中强度高并具有弹簧特性，因此优选为在变形部进行弹性变形的本实施方式的触头1的材料。并且，就触头1而言，至少在接触部的接触面1b上，能够覆有金、银、白金、锡、钨、镍、钯、碳等的导电型薄膜，或者覆有以这些元素为主要元素的导电膜。这些导电膜，例如能够通过电镀加工和/或溅射形成。这些导电膜有利于提高触头接触面的导电性或提高耐热性等。

图2示出在按压之前(图2(a))以及之后(图2(b))，在试验时触头1接触半导体装置的端子并被按压时的示意图。应予说明，图2为了使本实验方式的触头1容易理解，图示了形成有两条狭缝S的触头。在按压之前，在触头1的变形部1a形成的狭缝S具有一定的宽度(图2(a))。接下来，在按压之后，触头1接触半导体装置20的端子21并且触头1的变形部1a弹性变形，在变形部1a形成的狭缝S的宽度变窄，变形部1a沿按压方向缩短(图2(b))。因此，即使在半导体装置的端子的高度在容许范围内产生偏差的情况下，在半导体试验装置上安装的各个触头也能够与半导体装置的所有端子可靠地接触。

图3是表示安装有本实施方式的触头1的半导体试验装置的主要部分的示意图。图3(a)所示的半导体试验装置10具备触头1、安装有该触头的托11、载置有例如功率半导体模块来作为半导体装置20的载物台12、和使该载物台升降的升降装置13。托11使触头1的接触面1b与在载物台12上载置的半导体装置20的基准面平行，并且以触头1与半导体装置20的端子21对置的方式来保持触头1。并且，在托11的下方，具备与该半导体装置20的端子21对置而设置的触头1。升降装置13是例如包括气缸，通过气压使载物台12升降的装置。

在图示的半导体试验装置10中，在载物台12上载置半导体装置20，通过升降装置13使载物台12上升，使半导体装置20的所有端子21与触头1接触，经由触头1使电流流过半导体装置20，进行电特性试验。

本实施方式的触头1，由于产生弹性变形的变形部1a在从半导体装置20的端子21侧观察，位于包括接触面1b的接触部的背后，并且与端子21接触的接触面1b是平坦面，因此当使半导体试验装置10的载物台12上升且使半导体装置20的所有端子21与触头1接触时，接触面1b不会在端子21上滑动。因此，根本不会发生图7中的立体图(图7(a))以及主视图(图7(b))所示的现有的螺旋弹簧触头101和/或图8中与端子21接触前(图8(a))以及接触后(图8(b))的示意图所示的梳齿触头102那样，由于接触部分滑动而在端子上产生伤痕。本实施方式的触头1，在实验上已确认，即使以100kgf的负荷与半导体装置20的端子21接触，在端子21上也不会产生伤痕。

因此，因为与现有触头相比能够加大向触头1施加的负荷，所以能够降低触头1与端子21的接触电阻。并且，根据本发明人的研究，本实施方式的触头1在使触头1的平坦的接触面1b与半导体装置20的平坦的端子21接触时，电流从接触面1b的面内某处与端子21局部相接的一点流到端子21。这是因为半导体装置20的端子21并非完全平坦，以及如前所述，具有在端子21弯曲加工时未使其平行的情况。然而，已经确定，即使负荷相同，该电流流过时的接触电阻与现有的螺旋弹簧触头101和/或梳齿触头102那样的与端子21以多点接触时的接触电阻相比要低。即本实施方式的触头1由于能够加大施加到触头1的负荷以及在触头1的接触面1b与端子21接触，因此与现有的触头相比能够降低接触电阻。因此，本实施方式的触头1能够抑制在试验时产生火花和/或熔敷，能够降低半导体装置20的产品外观不良的产生，并且触头1的磨损进展得慢，能够延长其寿命。

并且，本实施方式的触头1的变形部1a和具有接触面1b的接触部构成为一体。即变形部1a和接触面1b由一个部件构成，因此能够缩短触头自身的长度。据此，能够降低电感，能够改善试验品质。并且能够配合与半导体装置的使用者进行相同试验的试验条件。

并且，通过使变形部1a与具有接触面1b的接触部构成为一体，从而能够提高触头1自身的强度。因此，能够稳定来自触头1的负荷并施加于端子21，所以能够进行偏差小的稳定的试验。

图4中示出对于本实施方式的触头1和现有的螺旋弹簧触头101，改变各种向半导体装置20的端子21进行按压的负荷，对半导体装置20的端子21与触头1或者与螺旋弹簧触头101之间的电阻值进行测定的结果。从图4的结果得出，为了使本实施方式的触头1不产生由通电造成的火花和/或熔敷，需要使半导体装置20的端子21和触头1之间的电阻值需要为3.5mΩ以下。图4所示半导体装置20的端子21和触头1之间的电阻的测定值包括触头1固有的电阻值和端子21与触头1的接触电阻值两部分，但因为触头1固有的电阻值同端子21与触头1的接触电阻值相比足够小，可以认为该测定值是端子21与触头1之间的接触电阻值。本实施方式的触头1通过以1.5kgf以上的负荷朝向半导体装置20的端子21进行按压，从而使上述的接触电阻在3.5mΩ以下。

并且，从图4的结果可知，现有的螺旋弹簧触头101在与本实施方式的触头1以同样负荷按压时，与本实施方式的触头1相比接触电阻要高。其结果为，使用现有的螺旋弹簧触头101进行电特性试验时，在进行试验的按压负荷范围的整个区域内，发现在螺旋弹簧触头101上有火花或者熔敷痕迹。

本实施方式的触头1的压缩量、负荷能够通过触头1的材料、变形部1的厚度、狭缝S的间隔、狭缝S的长度等进行调整。触头1的压缩量、换言之需要将触头1的弹性变形量或行程量，设定为能够吸收由半导体装置20的端子21的高度尺寸的容许范围所引起的高度偏差的量以上。在半导体装置20的一例，端子21的高度尺寸容差最大为0.7mm。因此，本实施方式的触头1如果使用行程量的范围在0.7mm以上的触头，则能够吸收该半导体装置20的端子21的高度尺寸容差。

在图5中以曲线图示出本实施方式的触头1的行程量与接触电阻值和按压负荷的关系的一例。用于测定的触头在行程量为0.2mm～1.1mm的范围稳定并显示低的电阻值。该行程量的范围是0.9mm，因为超过了上述一例的半导体装置20的端子21的高度尺寸容差的最大值0.7mm，所以优选作为本实施方式的触头。应予说明，在图5中，在行程量比1.1mm大的范围，负荷的斜率变大。这是因为由于触头1的变形部1a的弹性变形，从而狭缝宽度成为0mm。因此，用于测定的触头，不在施加的负荷使狭缝宽度成为0mm的试验中使用。

图6是本发明的另一个实施方式的半导体装置试验用触头的主视图(图6(a))以及仰视图(该图6(b))。图6的触头2具备变形部2a、具有接触面2b的接触部、和连接部2c。触头2的变形部2a、接触面2b以及连接部2c对应于图1所示的触头1的变形部1a、接触面1b以及连接部1c。触头2与触头1的区别之处在于，在触头2的变形部2a，对于与接触面2b平行地延伸的六条狭缝S21～S26，相邻的狭缝从周面上相差180度的位置沿朝向中心的方向形成。除此以外的方面，例如接触面2b和连接部2c能够具有与触头1的接触面1b和连接部1c相同的构成，因此在此省略重复的记载。

图6所示的本实施方式的触头2也与图1所示的触头相同，与现有的触头相比能够降低接触电阻。因此，能够抑制在试验时产生火花和/或熔敷，能够降低半导体装置的产品外观不良的产生，并且触头2的磨损进展得慢，能够延长其寿命。

(实施例)

将图1所示的本实施方式的触头1安装在图3所示的半导体试验装置10来进行半导体装置的电特性试验。并且，作为比较例，将图7所示的螺旋弹簧触头101安装在图9所示的半导体试验装置110来进行半导体装置的电特性试验。螺旋弹簧触头101如图7所示，是在托101a上安装作为与端子相接的部分的环状的线圈101b。

使用本实施方式的触头1以及螺旋弹簧触头101，反复进行半导体装置的电特性试验，测定了各个触头的接触电阻值并研究其随时间的变化。其结果为，确认了本实施方式的触头1与螺旋弹簧触头101相比具有5.3倍的寿命。

以上，使用附图以及实施方式对本发明的触头以及半导体试验装置进行了具体的说明，但本发明的触头以及半导体试验装置不限于实施方式以及附图所记载的内容，在不脱离本发明主旨的范围内可以有很多的变形。

例如，在图3中将触头1以及托11配置于半导体装置20的上方，但在端子21安装在半导体装置20的侧面的情况下，触头1以及托11也配置在与半导体装置20的侧面对置的位置，能够进行使触头1与端子21接触、按压的试验。像这样，只要是在端子21安装在上方和/或侧面等的外部的情况下，就能够应用本发明。

Claims (13)

1.一种与作为被试验物的半导体装置的端子接触并被按压，而使电流流过该半导体装置的半导体装置试验用的触头，其特征在于，具备：

接触部，其具有与该半导体装置的端子接触的平坦的接触面，和

变形部，其在与该半导体装置的端子接触并被按压时弹性变形，

所述变形部为柱状，

在所述变形部设有多个沿与所述按压的方向相交的方向延长的狭缝，

所述多个狭缝之中，第一狭缝与第二狭缝从所述柱状的周面相差180度的位置沿朝向所述柱状的中心的方向形成，在所述第一狭缝与所述第二狭缝之间形成的狭缝中相邻的狭缝从所述周面相差90度或180度的位置沿朝向所述柱状的中心的方向形成，所述第一狭缝是所述多个狭缝之中最接近所述接触面的狭缝，所述第二狭缝是所述多个狭缝之中与所述变形部的所述接触面侧相反的一侧最接近的狭缝。

2.根据权利要求1记载的触头，其特征在于，

所述缝狭与所述接触面平行。

3.根据权利要求1记载的触头，其特征在于，

所述接触部和所述变形部构成为一体。

4.根据权利要求1记载的触头，其特征在于，

由导电性金属材料构成。

5.根据权利要求4记载的触头，其特征在于，

所述导电性金属材料从由铍铜、不锈钢、碳钢构成的群中选择的至少一种而构成。

6.根据权利要求1记载的触头，其特征在于，

所述接触面由导电膜覆盖。

7.根据权利要求6记载的触头，其特征在于，

所述导电膜从由金、银、白金、锡、钨、镍、钯、碳构成的群中选择的至少一种而构成。

8.一种半导体试验装置，其特征在于，

具备权利要求1记载的触头。

9.根据权利要求8记载的半导体试验装置，其特征在于，

使所述触头与所述半导体装置的端子接触时的电阻值在3.5mΩ以下。

10.根据权利要求8记载的半导体试验装置，其特征在于，

以1.5kgf以上的力向所述半导体装置的端子按压所述触头。

11.一种半导体试验方法，其特征在于，

使用权利要求1记载的触头。

12.根据权利要求11记载的半导体试验方法，其特征在于，

使所述触头与所述半导体装置的端子接触时的电阻值在3.5mΩ以下。

13.根据权利要求11记载的半导体试验方法，其特征在于，

以1.5kgf以上的力向所述半导体装置的端子按压所述触头。