JP2004354139A

JP2004354139A - Probe for high-frequency signal and semiconductor tester using same probe

Info

Publication number: JP2004354139A
Application number: JP2003150519A
Authority: JP
Inventors: Megumi Takemoto; めぐみ竹本; Shigeki Maekawa; 滋樹前川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP4020017B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To actualize a probe for high-frequency signals for reducing bending moment on solder joint parts of a solder-jointed impedance matching element and to actualize a semiconductor tester having a highly durable probe and excellent reliability. <P>SOLUTION: This probe for high-frequency signals comprises: a needle 3 electrically connected to an object 1 under measurement; a signal line 5 for transmitting a high-frequency signal outputted via the needle 3; the impedance matching element 4 disposed between the needle 3 and the signal line 5 and solder-jointed to the the needle 3 and the signal line 5 via the first and second solder joint parts 6a and 6b, respectively; a resin layer 8 for containingly covering the matching element 4, and the first and second joint parts 6a and 6b; and a tubular ground signal line 7 disposed so as to cover the resin layer 8 and coaxially centering around the needle 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波信号用プローブ及びこのプローブを用いた半導体試験装置に関し、ことに、高耐久性、かつ、高信頼性を有した高周波信号用プローブ及びこのプローブを用いた半導体試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波信号用プローブとしては、例えば、絶縁構体を設けた貫通穴内に、一端が絶縁構体から突出するプローブ・チップに電気的に接続され、他端が出力用コネクタに電気的に接続される抵抗器を収容し、抵抗器に対応する位置で絶縁構体の周囲を取り囲む導電性リングを導電部材で抵抗器の他端に電気的に接続し、シールド体で少なくとも抵抗器が存在する範囲で、絶縁構体、導電性リング及び導体を包囲し、絶縁カバー部材でプローブ・チップを露出させて、絶縁構体及びシールド体を包囲するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８６８０８号公報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波信号用プローブは、高電圧信号を測定するためのものであったため、プローブサイズが比較的大きく、インピーダンスマッチング（インピーダンス整合）を図るための抵抗器（インピーダンス整合素子）は、両端部に雌ネジが切られ、プローブに内包された導電性シャフト等に螺着（ネジ止め）されていた。そのため、導電性シャフト等との接合部の熱的強度や機械的強度は、特に問題とはならなかった。しかしながら、近年、半導体装置の実装の高密度化が進展したことから、プローブサイズが狭小化し、インピーダンス整合素子においてもチップサイズ（例えば、０．５ｍｍ□）のものを用いる必要が生じてきている。そのため、上述のような螺着接合が困難で、インピーダンス整合素子と信号線等とは、通常は、半田接合にて接合することになる。
【０００５】
ところが、半田接合部は、螺着接合部に比して熱的及び機械的強度が弱いため、半導体装置の性能試験時におけるプローブと半導体装置との接触時の応力（接続部分への曲げモーメント）による機械的な疲労及び通電電流による発熱により、クラックの発生や破断等を生じ易いという問題がある。
【０００６】
この発明に係る高周波信号用プローブは、半田接合されたインピーダンス整合素子の半田接合部の曲げモーメントを軽減することを目的とする。
また、この発明に係るプローブを用いた半導体試験装置は、プローブの耐久性が高く、信頼性に優れた半導体試験装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波信号用プローブは、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成されたものである。
【０００８】
この発明に係る半導体試験装置は、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成された高周波信号用プローブと、半導体装置を載置するステージと、高周波信号用プローブと接続された試験基板と、試験基板と接続され、半導体試験装置制御手段、高周波信号源、高周波測定機器、半導体装置制御手段および電源にて構成される半導体試験装置部と、プローブと半導体装置とを相対移動させる位置決め手段とを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る半導体試験装置は、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成された高周波信号用プローブと、半導体装置を載置するステージと、高周波信号用プローブと接続された高周波信号源を備えた高周波信号制御手段と、半導体装置から出力される光信号を受信する光信号受信部と、光信号を解析し、半導体装置の性能を検知する半導体性能試験手段と、プローブと半導体装置とを相対移動させる位置決め手段とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は本発明にかかる高周波信号用プローブの構成を説明する断面図である。かかるプローブは、測定対象である半導体装置１の電極２と電気的に接続するためのニードル（針先）３と、半導体素子へ送信される高周波信号を伝達するための信号線５の間に、ニードル３と信号線５間のインピーダンスマッチングを図るための素子（インピーダンス整合素子）４が配置されたものである。ここで、インピーダンスマッチングとは、交流信号の伝達の際に、信号を送り出す側のインピーダンス値と信号を受け取る側のインピーダンス値を同じにすることを言う。ニードル３と信号線５間のインピーダンスマッチングを図る必要があるのは、以下の理由による。
【００１１】
通常、伝達される信号が数百ＭＨｚ程度までの周波数の信号である場合には、信号を送り出す側と信号を受け取る側のインピーダンス値が異なることによる伝達信号のロスはほとんど生じないが、伝達される信号が５００ＭＨｚから５ＧＨｚ程度の高周波信号になると以下のような理由で、信号を送り出す側と信号を受け取る側のインピーダンス値を同じにしないと伝達される信号の電力ロスが生じる。かかる伝達信号の電力ロスが生じると、試験装置から半導体装置へ伝達される信号が正確に伝達されず、試験結果の信頼性が低下することになる。
【００１２】
かかる伝達信号の電力ロスが生じるのは、伝達される信号が高周波信号である場合、信号を送り出す側と信号を受け取る側のインピーダンス値が異なると、信号を送り出す側と信号を受け取る側間にて高周波信号が反射を繰り返す現象が生じるためであるが、信号を送り出す側と信号を受け取る側でのインピーダンスマッチングが取れている（図られている）と、伝達される交流信号が反射することがなく、電力ロスが最小となることが知られている。
【００１３】
そのため、高周波信号を伝達する場合、通常は、信号を送り出す側と信号を受け取る側のインピーダンス値が同じになるように設計され、さらに、これら信号を送り出す側と信号を受け取る側間に信号伝達のための信号線等が存在する場合には、信号を送り出す側と信号を受け取る側のみならず、このケーブルのインピーダンス値も同じになるように設計される。以上のような理由により、５００ＭＨｚから５ＧＨｚ程度の高周波信号を伝達するためには、ニードル３と信号線５間のインピーダンスマッチングを図ることが必要になる。
【００１４】
このインピーダンス整合素子４としては、容量の全体にてインピーダンスの整合を図るタイプのもの（例えば、抵抗体素子のようなもの）と、絶縁体（例えばＳｉ基板）の表面に所定の回路を構成し、この回路部にてインピーダンスの整合を図るタイプのものとがある。ここでは、抵抗体素子を用いる場合につき説明する。かかるインピーダンス整合素子４としては、例えば、所定の抵抗値を有した０．５ｍｍ□サイズのチップ抵抗を用いることができる。かかるチップサイズのインピーダンス整合素子４と、ニードル３及び信号線５間は、従来のような螺着接合が困難であるため、通常は、半田接合により接合される。ここでは、インピーダンス整合素子４と、ニードル３及び信号線５間は、各々、第１の半田接合部６ａ、第２の半田接合部６ｂにて半田接合されている。
【００１５】
また、高周波信号用プローブには信号線５とは別にグランド線も必要となるため、ＣＵ製の筒状のグランド線７がこれらニードル３、第１の半田接合部６ａ、インピーダンス整合素子４、第２の半田接合部６ｂ及び信号線５を覆うように設けられている。このグランド線７は、図示されたように、その中心線が、ニードル３及び信号線５の中心線と一致するように設けられる。
【００１６】
そして、グランド線７とニードル３、第１の半田接合部６ａ、インピーダンス整合素子４、第２の半田接合部６ｂ及び信号線５間との絶縁を図るために、樹脂層８が設けられる。この樹脂層８としては、ポリイミドや液晶ポリマー、または、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＣ、ＳｉＮ、Ｓｉなどを５Ｗｔ％以上含むポリイミドや液晶ポリマーを用いることができる。
【００１７】
また、グランド線７のニードル３側の端部はニードル３を固定するための樹脂層９にて封止された構造となっている。この樹脂層９は、絶縁性を有し、室温にて硬化するものであれば、特に制限はなく、例えば、市販のエポキシ樹脂を用いることができる。なお、図示されたように、グランド線７は第１の半田接合部６ａよりもニードル３側に距離Ａだけ突出した構造を有している。この距離Ａは、後述するように０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００１８】
従来の、高周波信号を測定するためのプローブは、高電圧に対応するものであるためサイズが大きく、高密度実装され外部電極端部の間隔が狭い半導体装置の信号測定に適用することは困難であった。また、従来の高密度実装された半導体装置の高周波信号を測定するためのプローブとして、インピーダンスマッチングを図るために、プローブ先端にインピーダンスを整合するための素子として容量成分を有した金属性のパイプを設ける構成が、特開平１１−１５３６１７号公報に開示されている。
【００１９】
しかしながら、インピーダンス整合素子が信号線と並列に接続された構成では、インピーダンス整合素子が信号線と直列に接続された構成とは異なり、特定周波数のインピーダンスマッチングしかとることできないことが知られている。そのため、特開平１１−１５３６１７号公報に開示された、従来の高周波信号を測定するためのプローブでは、その周波数がＤＣ（直流）から数ＭＨｚ、もしくはＤＣから数ＧＨｚといった、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査は困難であった。
【００２０】
これに対し、インピーダンス整合素子を同軸導線（信号線）に直列に接続すると、プローブ自体の特性インピーダンスを測定対象である半導体装置に合わせることができ、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査への適用が可能となる。しかしながら、インピーダンス整合素子４をニードル３及び信号線５に半田接合する構造では、半田接合部の熱的及び機械的強度が低いため、以下のような問題が生じる。すなわち、半導体装置の性能試験のために、プローブと半導体素子とをコンタクトさせると、ニードル３の先端部が半導体装置１の外部電極端部２を押圧する。この際、ニードル３には、反力がかかる。この時、ニードル３の軸中心と、反力のベクトル中心とが一致していないと、インピーダンス整合素子４と第１の半田接合部６ａには曲げモーメントが生じる。この曲げモーメントが繰り返し発生すると、第１の半田接合部６ａにクラックが生じ、抵抗値が増大する。また、第１の半田接合部６ａにクラックが生じると、電流が通過する断面積が小さくなるため、抵抗値が増大し、発熱による温度上昇を生じ、時には断線に至る。さらに、抵抗値が増大することにより、インピーダンスマッチングが図れなくなり、半導体装置の性能試験の続行が困難となる。
【００２１】
しかしながら、本発明にかかる高周波信号用プローブおいては、このインピーダンス整合素子４と第１の半田接合部６ａ及び第２の半田接合部６ｂとを樹脂層８にて完全に覆った状態で筒状のグランド線７内に設置しているため、インピーダンス整合素子４に加わる曲げモーメントは筒状のグランド線７の端面付近で最も大きくなり、第１の半田接合部６ａの曲げモーメントが軽減され、クラックの発生が抑制される。また、、第１の半田接合部６ａ及び、第２の半田接合部６ｂがグランド線７の内部に配置されることでシールド効果が生じ、高周波信号用プローブの高周波特性が向上するという効果をも併せ持つ。
【００２２】
また、ニードル３は、図１に示すように断面の角度１１が鋭角となるよう斜めに切断してある。このことにより、半田の濡れ性が向上し、接続面積が増え、半田接合力が強化されることになる。なお、断面の角度１１は６０度以下、望ましくは４５度とすることで、半田接合しやすくなることが実験的に判明している。
【００２３】
また、５００ＭＨｚ以上の高周波特性が要求されるようなテストの場合には、信号線５表面への金もしくは銀めっきの厚さを１μｍ以上とすることで、表皮効果（ｓｋｉｎｅｆｆｅｃｔ）により安定した高周波特性を備えた高周波信号用プローブを実現することができる。この表皮効果とは、信号線を伝播する信号の周波数が高くなればなるほど、信号線の表面に電流が集中する現象をいい、その電流の流れる深さを表皮深さ（ｓｋｉｎｄｅｐｔｈ）ということは、広く一般に知られている。
【００２４】
なお、インピーダンスのミスマッチングを少なくし、高周波特性を向上させるためには、インピーダンス整合素子４はグランド端面に、より近く配置することが好ましい。しかしながら、インピーダンス整合素子４を、グランド端面近くに配置すると、プローブと測定対象間にてコンタクトを繰り返すことにより、第１の半田接合部６ａにおいてクラックが生じやすくなるという問題が生じる。図１の構成に対し、プローブと測定対象間のコンタクトを繰り返す試験を行ったところ、図２に示すようなグラフが得られた。すなわち、第１の半田接合部６ａをグランド線７の端面から内側に引き入れた距離Ａと、プローブを繰り返しコンタクトして第１の半田接合部６ａにクラックが入るまでの回数には図２に示すような関係があることが判明した。図２より、同軸筒端面から内側に引き入れた距離Ａが約０．１ｍｍあれば、実用上、高周波信号用プローブに必要とされる約１５万回のコンタクトが可能で、約０．５ｍｍ以上あれば、クラックに至る回数がほぼ一定となり、実用的に、必要十分な耐久性を発揮することが判明した。
【００２５】
上述の実施の形態においては、ニードル先端部が折り曲げられた構成を有した場合について説明した。ここで、ニードルを折り曲げた構造とするのは、半導体チップのような微少な測定対象とのコンタクトを取るためには、ニードル先端部が折り曲げられた構造を有している場合、複数のニードルを用いて、一度に複数の電極との電気的接続が容易となり、複数の電気信号が同時に取り出せ、半導体装置等の種々の性能試験が効率的に実施できるためである。しかしながら、ニードルは必ずしも折り曲げられた構成である必要はない。例えば、直線状の形状を有するニードルにおいても、対象物との接続の際に生じる反力のベクトルが、ニードルの軸中心とずれている場合には、上述と同様の問題が生じる。従って、ニードルが直線状の形状を有していても、本願発明の構成が必要となることには変わりがない。
【００２６】
次に、本発明にかかる高周波信号用プローブを備えた半導体試験装置を用いて、半導体装置の性能試験を行う方法につき、説明する。図３は、かかる半導体試験装置の構成を説明するための断面構成説明図である。測定対象（試験対象）である半導体装置１０７は、載置台（ステージ）２０８上に載置されている。載置台２０８は３軸駆動機構（Ｘ、Ｙ、Ｚステージ：位置決め手段）２０９にて、３軸方向に移動可能となっている。３軸駆動機構２０９は固定台２１０に固定されている。また、半導体試験装置制御手段、高周波信号源、高周波測定機器、半導体装置制御手段および電源にて構成される半導体試験装置部２００に試験基板１０５が接続され、試験基板１０５には高周波信号用プローブ１０６が接続されている。この試験基板１０５は、測定対象である半導体装置１０７の性能に合わせ、半導体試験装置部２００から伝達される信号周波数や信号パターンを調整したり、高周波信号用プローブ１０６の配置を変更することを目的とするものであり、交換自在に構成されている。このような構成において、３軸駆動機構２０９により載置台２０８が所定位置に移動し、半導体装置１０７の外部電極部と高周波信号用プローブ１０６が接続される。その後、半導体試験装置部２００から所定の高周波信号が高周波信号用プローブ１０６を介して半導体装置１０７へと送信される。送信された高周波信号が半導体装置１０７の所定回路を伝達した後、高周波信号用プローブ１０６を介して再び半導体試験装置部２００へと送信される。かかる高周波信号の送信・受信により、半導体試験装置部２００にて、半導体装置１０７の性能が試験されることになる。
【００２７】
図４は、かかる半導体試験装置の構成を説明するブロック図である。半導体試験装置制御手段１００と電源１０１、半導体装置制御手段１０２、高周波信号源１０３および高周波測定機器１０４は、配線１１１から１１４を介して接続されており、電源１０１、半導体装置制御手段１０２、高周波信号源１０３および高周波測定機器１０４と試験基板１０５が、配線１２１、１２２と同軸ケーブル１２３、１２４を介して接続されている。なお、半導体試験装置制御手段１００、電源１０１、半導体装置制御手段１０２、高周波信号源１０３および高周波測定機器１０４および各配線、ケーブルが上述の半導体試験装置部２００を構成している。試験基板１０５には、高周波信号用プローブ１０６が接続されている。そして、高周波信号用プローブ１０６は、試験時には、先端部のニードル３（図示せず）を介し、半導体装置１０７と電気的に接続されることになる。
【００２８】
本発明にかかる高周波信号用プローブを備えた半導体試験装置は、以上のような構成を有し、半導体試験装置制御手段１００からの指令により、高周波信号源１０３から高周波信号が発信され、試験基板１０５、高周波信号用プローブ１０６を介して、半導体装置１０７に送られる。このとき、半導体装置１０７に対し、半導体装置制御手段１０２から、高周波信号源１０３から発信された高周波信号がどのような回路を伝達すべきかの指令が与えられる。従って、高周波信号源１０３から発信された高周波信号は、半導体装置１０７に送られるとともに、半導体装置１０７の所定の回路を伝達することになる。半導体装置１０７の所定の回路を経た高周波信号は、高周波信号用プローブ１０６、試験基板１０５を介して、高周波測定機器１０４に送られ、半導体装置１０７の性能試験データとして記憶される。なお、電源１０１は、主に、試験基板１０５および半導体装置１０７を駆動するための電源の供給に使用される。
【００２９】
以上のような手順にて、半導体装置１０７の性能試験が行われるが、上述したように、本発明にかかる高周波信号用プローブは、ニードル３と半導体装置１０７の接触による応力に対し、高周波信号用プローブは高い耐久性（寿命特性）を備えている。そのため、本発明にかかる高周波信号用プローブを備えた半導体試験装置によれば、信頼性および寿命特性に優れた半導体試験装置が実現される。
【００３０】
以上、本発明にかかる高周波信号用プローブにおいては、直列接合されたインピーダンス素子と半田接合部を樹脂層にて覆い、さらに樹脂層の外部に筒状のグランド信号線を設けることで、半導体装置の性能試験時における半田接合部に加わる応力を抑制することができ、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査への適用を可能とするとともに、高耐久性、かつ、高信頼性を有した高周波信号用プローブが実現される。
また、本発明にかかる半導体試験装置においては、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査への適用を可能とするとともに、高耐久性、かつ、高信頼性を有した高周波信号用プローブを備えているため、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査が可能な、信頼性および寿命特性に優れた半導体試験装置が実現される。
【００３１】
実施の形態２
図５は本発明かかる高周波信号用プローブの、他の構成を説明するための断面図である。インピーダンス整合素子には、容量の全体にてインピーダンスの整合を図るタイプのもの（例えば、抵抗体素子のようなもの）と、絶縁体（例えばＳｉ基板）の表面に所定の回路を構成し、この回路部にてインピーダンスの整合を図るタイプのものとがある。本実施の形態において用いるインピーダンス整合素子４０７は、セラミックなどの基材の片面に回路４０２を印刷した後者のタイプのものである。
【００３２】
図５に示した構成において、インピーダンス整合素子４０７の中心線４０４と信号線４０６の中心線４０３を、インピーダンス整合素子４０７の電気回路４０２がグランド信号線４０５に近い側となるように並行にずらすことにより、インピーダンス整合素子４０７をグランド信号線４０５の内面に近接させている。その結果、半導体装置への性能試験時の通電により、回路４０２から発生した熱が、グランド信号線４０５の内面に熱伝導しやすくなり、回路４０２の温度上昇を抑制できる。ただし、このような構成においてインピーダンスマッチングを図るためには、回路４０２とグランド信号線４０５の内面からの距離４０１が、信号線４０６とグランド信号線４０５の距離４０８の８分の１以上であることが必要なことが、本願発明者らの実験により判明した。すなわち、インピーダンス整合素子４０７の表面とグランド信号線４０５との距離をＤ１とし、ニードル及び信号線の中心線４０３とグランド信号線の内面との距離Ｄ２との間に、
Ｄ２ ≧ Ｄ１ ≧１／８ × Ｄ２ −−− （１）
の関係を有していることが必要であることが判明した。
【００３３】
以上、本発明にかかる高周波信号用プローブにおいては、インピーダンス整合素子の中心線と信号線の中心線とを、インピーダンス整合素子の電気回路がグランド信号線に近い側となるように並行にずらしたため、実施の形態１の効果に加え、半導体装置の性能試験時の通電により、インピーダンス整合素子から発生した熱を効率的に放熱することができ、好適である。
【００３４】
実施の形態３
図６は、本発明かかる高周波信号用プローブを用いた半導体試験装置の、他の構成を説明するための斜視図である。本実施の形態における測定対象は、半導体装置のうち、例えば、レーザダイオードのような発光素子である。かかる半導体試験装置においては、発光素子であるレーザダイオード１はステージ３００上に載置される。このステージ３００は軸３０１にてベース台３０２に連結しており、上下移動することにより、高周波信号用プローブのニードル３とレーザダイオード１の電極とをコンタクトさせるように、図示しない制御手段により制御される。すなわち、ここでは、ステージ３００、軸３０１及びベース台３０２にて位置決め手段が構成されている。プローブの先端に接続されたニードル３とレーザダイオード１が接触することにより電気的に接続すると、高周波信号源を備えた高周波信号制御手段３０３から発せられた高周波信号が、高周波信号用プローブのニードル３を経由してレーザダイオード１に伝達される。そして、高周波信号が伝達されると、レーザダイオード１は発光３１０を生じる。かかる光３１０が半導体装置の出力信号となるため、実施の形態１にて示した場合とは異なり、半導体装置の出力信号を検出するための光信号受信部（例えば、光オシロスコープやスペクトルアナライザー）３０５がレーザダイオード１の発光部近傍に配置されることになる。具体的には、レーザダイオード１より生じた光３１０が、先端に光受光部を備えた光ファイバー３０４にて、光信号受信部３０５まで、光導入され電気信号に変換されることになる。その後、変換された電気信号は、ケーブル３０６を介して半導体性能試験手段３０７へと導かれ、レーザダイオード１の性能として記憶され若しくは解析されることになる。
【００３５】
かかる半導体試験装置においても、実施の形態１同様、高耐久性、かつ、高信頼性を有した高周波信号用プローブを備えているため、レーザダイオードのような発光素子に対する性能試験が可能な、信頼性および寿命特性に優れた半導体試験装置が実現される。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明にかかる高周波信号用プローブによれば、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成されるため、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査への適用を可能とするとともに、半導体装置の性能試験時における半田接合部に加わる応力を抑制することができ、高耐久性、かつ、高信頼性を有した高周波信号用プローブが実現される。
【００３７】
また、本発明にかかる半導体試験装置によれば、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成された高周波信号用プローブと、半導体装置を載置するステージと、高周波信号用プローブと接続された試験基板と、試験基板と接続され、半導体試験装置制御手段、高周波信号源、高周波測定機器、半導体装置制御手段および電源にて構成される半導体試験装置部と、プローブと半導体装置とを相対移動させる位置決め手段とを備えるため、さまざまな周波数での特性を要求される半導体装置の検査が可能な、信頼性および寿命特性に優れた半導体試験装置が実現される。
【００３８】
さらに、本発明にかかる半導体試験装置によれば、測定対象と電気的に接続するニードルと、測定対象に対し、ニードルを介して出力される高周波信号を伝達する信号線と、ニードルと信号線との間に配置され、ニードルと信号線に、各々、第１の半田接合部および第２の半田接合部にて直列接合されたインピーダンス整合素子と、インピーダンス整合素子と、第１の半田接合部と、第２の半田接合部とを内包するように覆う樹脂層と、樹脂層を覆うように配置された、ニードルを同軸中心とする筒状のグランド信号線にて構成された高周波信号用プローブと、半導体装置を載置するステージと、高周波信号用プローブと接続された高周波信号源を備えた高周波信号制御手段と、半導体装置から出力される光信号を受信する光信号受信部と、光信号を解析し、半導体装置の性能を検知する半導体性能試験手段と、プローブと半導体装置とを相対移動させる位置決め手段とを備えるため、レーザダイオードのような発光素子に対する性能試験が可能な、信頼性および寿命特性に優れた半導体試験装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高周波信号用プローブの構成を説明する断面図である。
【図２】本発明にかかる高周波信号用プローブのコンタクト回数とクラック発生との関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる半導体試験装置の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明にかかる半導体試験装置の構成を説明するブロック図である。
【図５】本発明にかかる高周波信号用プローブの構成を説明する断面図である。
【図６】本発明にかかる半導体試験装置の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
１半導体装置、２電極、３ニードル、４インピーダンス整合素子、
５信号線、６ａ第１の半田接合部、６ｂ第２の半田接合部、
７グランド線、８樹脂層、９樹脂層、
１１ニードル端部の切り欠き角度、１００半導体試験装置制御手段、
１０１電源、１０２半導体装置制御手段、１０３高周波信号源、
１０４高周波測定機器、１０５試験基板、１０６高周波信号用プローブ、
１０７半導体装置、１１１〜１１４配線、１２１、１２２配線、
１２３、１２４同軸ケーブル、２００半導体試験装置部、２０８載置台、
２０９３軸駆動機構、２１０固定台、３００ステージ、３０１軸、
３０２ベース台、３０３高周波信号制御手段、３０４光ファイバー、
３０５光信号受信部、３０６ケーブル、３０７半導体性能試験手段、
３１０発光、４０１インピーダンス整合素子とグランドの距離、
４０２電気回路、４０３信号線中心線、
４０４インピーダンス整合素子の中心線、４０５筒状グランド、
４０６信号線、４０７インピーダンス整合素子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency signal probe and a semiconductor test apparatus using the probe, and more particularly, to a high-durability and high-reliability high-frequency signal probe and a semiconductor test apparatus using the probe.
[0002]
[Prior art]
As a conventional high-frequency signal probe, for example, one end is electrically connected to a probe chip protruding from the insulating structure and the other end is electrically connected to an output connector in a through hole provided with the insulating structure. The resistor is housed, a conductive ring surrounding the insulating structure at a position corresponding to the resistor is electrically connected to the other end of the resistor with a conductive member, and at least the resistor is present in the shield body to the extent that the resistor is present. In some cases, the insulating structure, the conductive ring and the conductor are surrounded, and the probe tip is exposed by the insulating cover member to surround the insulating structure and the shield. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-86808 (page 4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional high-frequency signal probes are for measuring high-voltage signals, so the probe size is relatively large, and resistors (impedance matching elements) for achieving impedance matching (impedance matching) are provided at both ends. A female screw was cut and screwed (screwed) to a conductive shaft or the like included in the probe. Therefore, the thermal strength and mechanical strength of the joint with the conductive shaft or the like did not cause any particular problem. However, in recent years, as the mounting density of semiconductor devices has increased, the probe size has been reduced, and it has become necessary to use a chip size (for example, 0.5 mm square) for the impedance matching element. Therefore, it is difficult to perform the above-described screw connection, and the impedance matching element and the signal line or the like are usually connected by solder connection.
[0005]
However, the thermal and mechanical strength of the solder joint is lower than that of the screw joint, so that the stress at the time of contact between the probe and the semiconductor device during the performance test of the semiconductor device (bending moment to the connection portion). There is a problem that cracks or breakage are likely to occur due to mechanical fatigue due to heat generation and heat generation due to current flowing.
[0006]
An object of the present invention is to reduce a bending moment of a solder joint of a solder-joined impedance matching element.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor test apparatus using a probe according to the present invention, which has high durability and high reliability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A probe for a high-frequency signal according to the present invention includes a needle electrically connected to a measurement target, a signal line for transmitting a high-frequency signal output through the needle to the measurement target, and a needle and the signal line. An impedance matching element, an impedance matching element, a first solder joint, and a second solder joint that are arranged and serially joined to the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint, respectively. And a cylindrical ground signal line centered on the needle and arranged so as to cover the resin layer.
[0008]
A semiconductor test apparatus according to the present invention includes a needle electrically connected to an object to be measured, a signal line for transmitting a high-frequency signal output via the needle to the object to be measured, and a needle disposed between the needle and the signal line. And an impedance matching element, an impedance matching element, a first solder joint, and a second solder joint respectively connected in series to the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint. A high-frequency signal probe composed of a resin layer that covers the solder joint and a cylindrical ground signal line that is arranged so as to cover the resin layer and has a needle coaxially centered, and a semiconductor device. A stage to be mounted, a test board connected to the high-frequency signal probe, and a semiconductor test apparatus control means, a high-frequency signal source, a high-frequency measurement instrument, a semiconductor device control means, and a power supply connected to the test board. A semiconductor testing device unit composed by, in which a positioning means for relatively moving the probe and the semiconductor device.
[0009]
A semiconductor test apparatus according to the present invention includes a needle electrically connected to an object to be measured, a signal line for transmitting a high-frequency signal output via the needle to the object to be measured, and a needle disposed between the needle and the signal line. And an impedance matching element, an impedance matching element, a first solder joint, and a second solder joint respectively connected in series to the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint. A high-frequency signal probe composed of a resin layer that covers the solder joint and a cylindrical ground signal line that is arranged so as to cover the resin layer and has a needle coaxially centered, and a semiconductor device. A stage to be mounted, a high-frequency signal control unit having a high-frequency signal source connected to a high-frequency signal probe, an optical signal receiving unit for receiving an optical signal output from the semiconductor device, and an optical signal analyzing unit A semiconductor performance test means for detecting the performance of a semiconductor device, in which a positioning means for relatively moving the probe and the semiconductor device.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a high-frequency signal probe according to the present invention. Such a probe is provided between a needle (needle point) 3 for electrically connecting to the electrode 2 of the semiconductor device 1 to be measured and a signal line 5 for transmitting a high-frequency signal transmitted to the semiconductor element. An element (impedance matching element) 4 for impedance matching between the needle 3 and the signal line 5 is arranged. Here, the term “impedance matching” means that, when an AC signal is transmitted, the impedance value on the signal transmitting side is equal to the impedance value on the signal receiving side. It is necessary to perform impedance matching between the needle 3 and the signal line 5 for the following reason.
[0011]
Normally, when the transmitted signal is a signal having a frequency of up to about several hundred MHz, there is almost no loss of the transmitted signal due to the difference in the impedance value between the signal transmitting side and the signal receiving side, but the transmitted signal is not transmitted. If a signal becomes a high-frequency signal from 500 MHz to about 5 GHz, power loss of a transmitted signal occurs unless the impedance value of the signal sending side and the signal receiving side are made the same for the following reasons. When the power loss of the transmission signal occurs, the signal transmitted from the test device to the semiconductor device is not accurately transmitted, and the reliability of the test result is reduced.
[0012]
The power loss of the transmission signal occurs when the transmitted signal is a high-frequency signal, and when the impedance value of the signal transmitting side is different from the impedance value of the signal receiving side, between the signal transmitting side and the signal receiving side. This is due to the phenomenon that high-frequency signals are repeatedly reflected. However, if impedance matching is achieved between the signal sending side and the signal receiving side (as shown), the transmitted AC signal will not be reflected. It is known that power loss is minimized.
[0013]
Therefore, when transmitting a high-frequency signal, it is usually designed so that the impedance value of the signal sending side is the same as the impedance value of the signal receiving side, and further, the signal transmission between the signal sending side and the signal receiving side is performed. Is designed so that not only the signal transmitting side and the signal receiving side but also the impedance value of this cable are the same. For the above reasons, in order to transmit a high-frequency signal of about 500 MHz to about 5 GHz, it is necessary to perform impedance matching between the needle 3 and the signal line 5.
[0014]
The impedance matching element 4 is of a type that matches the impedance of the entire capacitor (for example, such as a resistor element), and a predetermined circuit is formed on the surface of an insulator (for example, a Si substrate). There is a type in which impedance matching is performed in this circuit section. Here, a case in which a resistor element is used will be described. As the impedance matching element 4, for example, a 0.5 mm square chip resistor having a predetermined resistance value can be used. Since it is difficult to connect the impedance matching element 4 having such a chip size to the needle 3 and the signal line 5 by a conventional screw connection, the connection is usually performed by a solder connection. Here, the impedance matching element 4, the needle 3, and the signal line 5 are soldered at a first solder joint 6a and a second solder joint 6b, respectively.
[0015]
In addition, since a high-frequency signal probe also requires a ground line in addition to the signal line 5, a cylindrical ground line 7 made of CU is used to connect the needle 3, the first solder joint 6a, the impedance matching element 4, 2 are provided so as to cover the solder joints 6 b and the signal lines 5. The ground line 7 is provided such that the center line thereof coincides with the center lines of the needle 3 and the signal line 5 as shown in the figure.
[0016]
A resin layer 8 is provided to insulate the ground line 7 from the needle 3, the first solder joint 6 a, the impedance matching element 4, the second solder joint 6 b, and the signal line 5. The resin layer 8 may be made of polyimide, liquid crystal polymer, or Al. ₂ O ₃ , SiC, SiN, a polyimide or a liquid crystal polymer containing 5 Wt% or more of Si or the like can be used.
[0017]
The end of the ground wire 7 on the needle 3 side is sealed with a resin layer 9 for fixing the needle 3. The resin layer 9 is not particularly limited as long as it has insulating properties and can be cured at room temperature, and for example, a commercially available epoxy resin can be used. As shown, the ground wire 7 has a structure protruding from the first solder joint 6a toward the needle 3 by a distance A. This distance A is preferably about 0.1 mm to 0.5 mm as described later.
[0018]
Conventional probes for measuring high-frequency signals are large in size because they are compatible with high voltages, so it is difficult to apply them to signal measurement of semiconductor devices with high-density mounting and narrow intervals between external electrode ends. there were. In addition, as a probe for measuring a high-frequency signal of a conventional high-density mounted semiconductor device, in order to achieve impedance matching, a metal pipe having a capacitance component as an element for matching impedance to the tip of the probe is used. The configuration provided is disclosed in JP-A-11-153617.
[0019]
However, it is known that in a configuration in which the impedance matching element is connected in parallel with the signal line, unlike the configuration in which the impedance matching element is connected in series with the signal line, only impedance matching at a specific frequency can be performed. Therefore, the conventional probe for measuring a high-frequency signal disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-153617 has characteristics at various frequencies, such as DC (direct current) to several MHz or DC to several GHz. Inspection of a semiconductor device that requires the above is difficult.
[0020]
On the other hand, if an impedance matching element is connected in series to a coaxial conductor (signal line), the characteristic impedance of the probe itself can be matched to the semiconductor device to be measured, and the semiconductor device that requires characteristics at various frequencies is required. Can be applied to inspection. However, in a structure in which the impedance matching element 4 is soldered to the needle 3 and the signal line 5, the following problems occur because the thermal and mechanical strength of the soldered portion is low. That is, when the probe is brought into contact with the semiconductor element for the performance test of the semiconductor device, the tip of the needle 3 presses the external electrode end 2 of the semiconductor device 1. At this time, a reaction force is applied to the needle 3. At this time, if the axial center of the needle 3 does not match the vector center of the reaction force, a bending moment is generated between the impedance matching element 4 and the first solder joint 6a. When this bending moment is repeatedly generated, cracks occur in the first solder joint 6a, and the resistance value increases. Further, when a crack occurs in the first solder joint 6a, the cross-sectional area through which the current passes becomes small, so that the resistance value increases, the temperature rises due to heat generation, and sometimes the wire breaks. Further, the increase in the resistance value makes it impossible to achieve impedance matching, and makes it difficult to continue the performance test of the semiconductor device.
[0021]
However, in the high-frequency signal probe according to the present invention, the impedance matching element 4 and the first solder joint 6a and the second solder joint 6b are completely covered with the resin layer 8 in a cylindrical shape. The bending moment applied to the impedance matching element 4 is maximized near the end face of the cylindrical ground line 7, the bending moment of the first solder joint 6a is reduced, and the crack is reduced. Is suppressed. In addition, since the first solder joint 6a and the second solder joint 6b are arranged inside the ground line 7, a shielding effect is generated, and the high-frequency characteristics of the high-frequency signal probe are improved. Have both.
[0022]
Further, the needle 3 is cut obliquely so that the cross-sectional angle 11 becomes an acute angle as shown in FIG. As a result, the wettability of the solder is improved, the connection area is increased, and the solder joining force is enhanced. It has been experimentally found that setting the cross-sectional angle 11 to 60 degrees or less, desirably 45 degrees, facilitates solder joining.
[0023]
In the case of a test that requires high-frequency characteristics of 500 MHz or more, by setting the thickness of the gold or silver plating on the surface of the signal line 5 to 1 μm or more, a stable high-frequency effect due to a skin effect is achieved. A high-frequency signal probe having characteristics can be realized. The skin effect refers to a phenomenon in which the higher the frequency of a signal propagating through a signal line, the more the current concentrates on the surface of the signal line. The depth at which the current flows is referred to as the skin depth. Is widely and generally known.
[0024]
In addition, in order to reduce impedance mismatching and improve high frequency characteristics, it is preferable that the impedance matching element 4 is disposed closer to the ground end face. However, when the impedance matching element 4 is arranged near the ground end face, a problem arises that cracks easily occur in the first solder joint 6a by repeating contact between the probe and the object to be measured. When a test of repeating the contact between the probe and the object to be measured was performed on the configuration of FIG. 1, a graph as shown in FIG. 2 was obtained. That is, FIG. 2 shows the distance A in which the first solder joint 6a is drawn inward from the end face of the ground wire 7 and the number of times until the probe is repeatedly contacted and the first solder joint 6a is cracked. It turns out that there is such a relationship. From FIG. 2, if the distance A drawn inward from the end face of the coaxial cylinder is about 0.1 mm, about 150,000 contacts required for a high-frequency signal probe are practically possible, and about 0.5 mm or more. For example, it was found that the number of times of cracking was substantially constant, and practically sufficient and sufficient durability was exhibited.
[0025]
In the above-mentioned embodiment, the case where the needle tip has a configuration bent is described. Here, the structure in which the needle is bent is that, in order to make contact with a minute measurement object such as a semiconductor chip, when the needle tip has a structure in which the needle tip is bent, a plurality of needles are formed. This is because electrical connection with a plurality of electrodes can be easily performed at a time, a plurality of electrical signals can be taken out at the same time, and various performance tests of a semiconductor device or the like can be efficiently performed. However, the needle need not necessarily be in a folded configuration. For example, even in the case of a needle having a linear shape, the same problem as described above occurs when the vector of the reaction force generated at the time of connection with an object is displaced from the axial center of the needle. Therefore, even if the needle has a linear shape, the configuration of the present invention is still required.
[0026]
Next, a method of performing a performance test of a semiconductor device using a semiconductor test device provided with the high-frequency signal probe according to the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional configuration explanatory view for explaining the configuration of the semiconductor test apparatus. The semiconductor device 107 to be measured (test target) is mounted on a mounting table (stage) 208. The mounting table 208 is movable in three axial directions by a three-axis driving mechanism (X, Y, Z stage: positioning means) 209. The triaxial drive mechanism 209 is fixed to the fixed base 210. A test board 105 is connected to a semiconductor test apparatus section 200 including a semiconductor test apparatus control unit, a high-frequency signal source, a high-frequency measurement device, a semiconductor device control unit, and a power supply. Is connected. The purpose of the test board 105 is to adjust the signal frequency and signal pattern transmitted from the semiconductor test apparatus 200 and to change the arrangement of the high-frequency signal probe 106 in accordance with the performance of the semiconductor device 107 to be measured. It is configured to be exchangeable. In such a configuration, the mounting table 208 is moved to a predetermined position by the three-axis driving mechanism 209, and the external electrode section of the semiconductor device 107 and the high-frequency signal probe 106 are connected. After that, a predetermined high-frequency signal is transmitted from the semiconductor test apparatus 200 to the semiconductor device 107 via the high-frequency signal probe 106. After the transmitted high-frequency signal is transmitted through a predetermined circuit of the semiconductor device 107, the high-frequency signal is transmitted again to the semiconductor test device unit 200 via the high-frequency signal probe 106. By transmitting and receiving such a high-frequency signal, the performance of the semiconductor device 107 is tested in the semiconductor test device unit 200.
[0027]
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the semiconductor test apparatus. The semiconductor test device control means 100 and the power supply 101, the semiconductor device control means 102, the high-frequency signal source 103 and the high-frequency measurement device 104 are connected via wirings 111 to 114, and the power supply 101, the semiconductor device control means 102, and the high-frequency signal The source 103, the high-frequency measuring device 104, and the test board 105 are connected via wires 121, 122 and coaxial cables 123, 124. The semiconductor test device control means 100, the power supply 101, the semiconductor device control means 102, the high-frequency signal source 103, the high-frequency measuring device 104, and the respective wires and cables constitute the above-described semiconductor test device section 200. A high frequency signal probe 106 is connected to the test board 105. During the test, the high-frequency signal probe 106 is electrically connected to the semiconductor device 107 via the needle 3 (not shown) at the tip.
[0028]
The semiconductor test apparatus provided with the high-frequency signal probe according to the present invention has the above-described configuration, and a high-frequency signal is transmitted from the high-frequency signal source 103 according to a command from the semiconductor test apparatus control means 100, and the test board 105 Is sent to the semiconductor device 107 via the high frequency signal probe 106. At this time, the semiconductor device control unit 102 gives an instruction to the semiconductor device 107 as to what circuit the high-frequency signal transmitted from the high-frequency signal source 103 should transmit. Therefore, the high-frequency signal transmitted from the high-frequency signal source 103 is sent to the semiconductor device 107 and transmitted through a predetermined circuit of the semiconductor device 107. The high-frequency signal that has passed through the predetermined circuit of the semiconductor device 107 is sent to the high-frequency measurement device 104 via the high-frequency signal probe 106 and the test board 105, and is stored as performance test data of the semiconductor device 107. Note that the power supply 101 is mainly used to supply power for driving the test substrate 105 and the semiconductor device 107.
[0029]
The performance test of the semiconductor device 107 is performed according to the above-described procedure. As described above, the probe for a high-frequency signal according to the present invention is designed to reduce the stress caused by the contact between the needle 3 and the semiconductor device 107. The probe has high durability (lifetime characteristics). Therefore, according to the semiconductor test device including the high-frequency signal probe according to the present invention, a semiconductor test device excellent in reliability and life characteristics is realized.
[0030]
As described above, in the high-frequency signal probe according to the present invention, the impedance element and the solder joint that are joined in series are covered with the resin layer, and further, a cylindrical ground signal line is provided outside the resin layer. The stress applied to the solder joint during the performance test can be suppressed, and it can be applied to the inspection of semiconductor devices that require characteristics at various frequencies, and at the same time, it has high durability and high reliability. The high frequency signal probe having the above is realized.
In addition, the semiconductor test apparatus according to the present invention can be applied to the inspection of a semiconductor device requiring characteristics at various frequencies, and has a high durability and a high reliability for a high frequency signal. Since the probe is provided, a semiconductor test apparatus excellent in reliability and life characteristics capable of inspecting a semiconductor device requiring characteristics at various frequencies is realized.
[0031]
Embodiment 2
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining another configuration of the high-frequency signal probe according to the present invention. As the impedance matching element, a type (for example, such as a resistor element) for matching the impedance of the entire capacitor and a predetermined circuit are formed on the surface of an insulator (for example, a Si substrate). There is a type that matches impedance in a circuit section. The impedance matching element 407 used in this embodiment is of the latter type in which the circuit 402 is printed on one surface of a base material such as ceramic.
[0032]
In the configuration shown in FIG. 5, the center line 404 of the impedance matching element 407 and the center line 403 of the signal line 406 are shifted in parallel so that the electric circuit 402 of the impedance matching element 407 is closer to the ground signal line 405. As a result, the impedance matching element 407 is brought close to the inner surface of the ground signal line 405. As a result, heat generated from the circuit 402 is easily conducted to the inner surface of the ground signal line 405 by energizing the semiconductor device at the time of the performance test, and the temperature rise of the circuit 402 can be suppressed. However, in order to achieve impedance matching in such a configuration, the distance 401 between the circuit 402 and the ground signal line 405 from the inner surface must be at least one-eighth of the distance 408 between the signal line 406 and the ground signal line 405. Was found by experiments of the present inventors. That is, the distance between the surface of the impedance matching element 407 and the ground signal line 405 is D1, and the distance D2 between the center line 403 of the needle and the signal line and the inner surface of the ground signal line is D1.
D2 ≧ D1 ≧ 1/8 × D2 --- (1)
It was found that it was necessary to have the relationship
[0033]
As described above, in the high-frequency signal probe according to the present invention, the center line of the impedance matching element and the center line of the signal line are shifted in parallel so that the electric circuit of the impedance matching element is closer to the ground signal line. In addition to the effects of the first embodiment, heat generated from the impedance matching element can be efficiently radiated by energization during the performance test of the semiconductor device, which is preferable.
[0034]
Embodiment 3
FIG. 6 is a perspective view for explaining another configuration of the semiconductor test apparatus using the high-frequency signal probe according to the present invention. The measurement target in the present embodiment is, for example, a light emitting element such as a laser diode in a semiconductor device. In such a semiconductor test apparatus, the laser diode 1 as a light emitting element is mounted on the stage 300. The stage 300 is connected to a base table 302 via a shaft 301, and is controlled by control means (not shown) such that the needle 3 of the high-frequency signal probe is brought into contact with the electrode of the laser diode 1 by moving up and down. You. That is, here, the stage 300, the shaft 301, and the base 302 constitute a positioning unit. When the needle 3 connected to the tip of the probe is electrically connected to the laser diode 1 by contact, the high-frequency signal emitted from the high-frequency signal control means 303 having the high-frequency signal source is converted to the needle 3 of the high-frequency signal probe. Is transmitted to the laser diode 1 via the When the high frequency signal is transmitted, the laser diode 1 emits light 310. Since the light 310 becomes an output signal of the semiconductor device, unlike the case described in Embodiment 1, an optical signal receiving unit (for example, an optical oscilloscope or a spectrum analyzer) 305 for detecting the output signal of the semiconductor device. Are arranged near the light emitting portion of the laser diode 1. Specifically, light 310 generated from the laser diode 1 is introduced into the optical signal receiving unit 305 through the optical fiber 304 having a light receiving unit at the tip, and is converted into an electric signal. Thereafter, the converted electric signal is guided to the semiconductor performance test means 307 via the cable 306, and is stored or analyzed as the performance of the laser diode 1.
[0035]
Like the first embodiment, such a semiconductor test apparatus includes a high-frequency signal probe having high durability and high reliability, so that a performance test for a light-emitting element such as a laser diode is possible. A semiconductor test apparatus having excellent performance and life characteristics is realized.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the high-frequency signal probe of the present invention, the needle electrically connected to the measurement target, the signal line transmitting the high-frequency signal output through the needle to the measurement target, the needle and the signal line An impedance matching element, an impedance matching element, and a first solder joint, which are arranged in series between the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint, respectively. And a resin layer that covers the second solder joint, and a cylindrical ground signal line that is arranged to cover the resin layer and that has a needle coaxially centered. In addition to being applicable to the inspection of semiconductor devices that require frequency characteristics, the stress applied to the solder joints during the performance test of semiconductor devices can be suppressed, resulting in high durability and high reliability. RF signal probe having sex can be realized.
[0037]
Further, according to the semiconductor test apparatus according to the present invention, the needle electrically connected to the object to be measured, the signal line for transmitting a high-frequency signal output through the needle to the object to be measured, the needle and the signal line, An impedance matching element, an impedance matching element, and a first solder joint, which are arranged in series between the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint, respectively. A high-frequency signal probe including a resin layer that covers the second solder joint portion and a cylindrical ground signal line that is arranged to cover the resin layer and is coaxial with the needle as a center. , A stage on which a semiconductor device is mounted, a test substrate connected to a high-frequency signal probe, and a semiconductor test device control means, a high-frequency signal source, a high-frequency measurement device, and a semiconductor device control connected to the test substrate. Since it has a semiconductor test device section composed of a step and a power supply, and positioning means for relatively moving the probe and the semiconductor device, it is possible to inspect semiconductor devices that require characteristics at various frequencies. In addition, a semiconductor test apparatus having excellent life characteristics is realized.
[0038]
Furthermore, according to the semiconductor test apparatus of the present invention, the needle electrically connected to the measurement target, the signal line transmitting a high-frequency signal output through the needle to the measurement target, the needle and the signal line, An impedance matching element, an impedance matching element, and a first solder joint, which are arranged in series between the needle and the signal line at the first solder joint and the second solder joint, respectively. A high-frequency signal probe including a resin layer that covers the second solder joint and a cylindrical ground signal line that is arranged to cover the resin layer and has a needle coaxially centered; A stage on which a semiconductor device is mounted, a high-frequency signal control unit including a high-frequency signal source connected to a high-frequency signal probe, and an optical signal receiving unit that receives an optical signal output from the semiconductor device; Since it has a semiconductor performance test means for analyzing a signal and detecting the performance of the semiconductor device and a positioning means for relatively moving the probe and the semiconductor device, a reliability test capable of performing a performance test on a light emitting element such as a laser diode is possible. In addition, a semiconductor test apparatus having excellent life characteristics is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a high-frequency signal probe according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the number of contacts of the high-frequency signal probe according to the present invention and crack occurrence.
FIG. 3 is a sectional view illustrating a configuration of a semiconductor test apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a semiconductor test apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a high-frequency signal probe according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view illustrating a configuration of a semiconductor test apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor device, 2 electrodes, 3 needles, 4 impedance matching elements,
5 signal line, 6a first solder joint, 6b second solder joint,
7 ground line, 8 resin layer, 9 resin layer,
11 Notch angle at needle end, 100 Control means for semiconductor test equipment,
101 power supply, 102 semiconductor device control means, 103 high frequency signal source,
104 high frequency measurement equipment, 105 test board, 106 high frequency signal probe,
107 semiconductor device, 111-114 wiring, 121, 122 wiring,
123, 124 coaxial cable, 200 semiconductor test equipment section, 208 mounting table,
209 3-axis drive mechanism, 210 fixed base, 300 stage, 301 axis,
302 base stand, 303 high frequency signal control means, 304 optical fiber,
305 optical signal receiver, 306 cable, 307 semiconductor performance test means,
310 light emission, 401 distance between impedance matching element and ground,
402 electric circuit, 403 signal line center line,
404 center line of impedance matching element, 405 cylindrical ground,
406 signal line, 407 impedance matching element.

Claims

A needle electrically connected to the object to be measured,
For the measurement object, a signal line transmitting a high-frequency signal output via the needle,
An impedance matching element disposed between the needle and the signal line, and connected in series to the needle and the signal line at a first solder joint and a second solder joint, respectively;
A resin layer that covers the impedance matching element, the first solder joint, and the second solder joint,
A high frequency signal probe comprising a cylindrical ground signal line centered on the needle and arranged to cover the resin layer.

The high-frequency signal probe according to claim 1, wherein the high-frequency signal includes a signal having a frequency of 500 MHz to 5 GHz.

_3. The high-frequency wave according to claim 1, wherein the resin layer is made of polyimide, a liquid crystal polymer, or polyimide or a liquid crystal polymer containing Al ₂ O ₃ , SiC, SiN, Si, or a metal containing 5 Wt% or more. 4. Signal probe.

4. The high-frequency signal probe according to claim 1, wherein an end face of the ground signal line on the needle side projects from the end of the first solder joint to the needle side by 0.1 mm or more. .

A distance D1 between the surface of the impedance matching element and the inner surface of the ground signal line, and a distance D2 between a center line of the needle and the signal line and the inner surface of the ground signal line,
D2 ≧ D1 ≧ 1/8 × D2
The high-frequency signal probe according to any one of claims 1 to 4, wherein the probe has the following relationship.

A high-frequency signal probe according to any one of claims 1 to 5,
A stage on which the semiconductor device is mounted;
A test board connected to the high-frequency signal probe,
A semiconductor test device unit connected to the test board and configured by a semiconductor test device control unit, a high-frequency signal source, a high-frequency measurement device, a semiconductor device control unit, and a power supply;
A semiconductor test apparatus comprising: a positioning unit that relatively moves the probe and the semiconductor device.

A high-frequency signal probe according to any one of claims 1 to 5,
A stage on which the semiconductor device is mounted;
High-frequency signal control means comprising a high-frequency signal source connected to the high-frequency signal probe,
An optical signal receiving unit that receives an optical signal output from the semiconductor device,
A semiconductor performance test means for analyzing the optical signal and detecting the performance of the semiconductor device;
A semiconductor test apparatus comprising: a positioning unit that relatively moves the probe and the semiconductor device.