JP2005127961A

JP2005127961A - テスト用基板及びそれを使用したテスト装置

Info

Publication number: JP2005127961A
Application number: JP2003366096A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Azuma; 光敏東
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】構造が簡単で、製造コストが低価格で、且つ多ピン化に対応可能な、半導体パッケージやチップを検査するためのテスト用基板を提供する。
【解決手段】絶縁基板（１０）と、この絶縁基板の一面にワイヤボンディングにより形成され被検査対象のバンプ又は端子（１４）の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプ（１６）と、絶縁基板の他面に配列された複数のマイクロスプリング（２２）と、各ボールバンプとマイクロスプリングとの間を電気的に接続するため絶縁基板の一面から他面へ貫通する導通ビア（２４）と、から成ることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は外部接触端子を有する半導体装置及びその使用装置に関し、特に、半導体ソケットのように、多数の外部接触ピン又は端子を有し、インターポーザーや接続用基板のパッドや半田ボール等に接触させて半導体装置やパッケージ、基板等のテストを行うために使用するテスト用基板及びそれを使用したテスト装置に関する。

従来、図４に示すように、テスト用基板は、プリント基板１にプローブ固定用樹脂２でプローブ３を位置決め固定して構成し、プローブ３先端を半導体チップやパッケージ４のパッドや端子５に接触させて、電気的特性の検査を行なっている。プリント基板１としては、例えば基材として樹脂を使用した有機基板やフレキシブル基板等を用いることもある。検査すべき半導体チップやパッケージ４の表面の周囲に配置される多数のパッドや端子５を同時に検査する場合は、枠状又はドーナツ状のプリント基板１の内側に被検査対象の端子５の配列に対応して多数のプローブ３を配置して多ピン化に対応するように形成したテスト用基板もある。

ところが、図４に示すような従来のテスト用基板によると、プローブ３がタングステン等の金属製であるため、被検査対象側のパッドや端子５に傷が付きやすい、プローブ３をパッドや端子５に接触させた際にプローブが変形しやすい、プリント基板１として、有機基板を用いる場合は、位置精度が十分でなく、反りやたわみが生ずる、等々の問題があり、多ピンを同時に且つ適正に接触させることが困難となっていた。

他の従来技術として、特許文献１に記載されているようなものがある。これによると、高性能で、コンパクト、且つ耐久性に優れたＩＣパッケージ検査用ソケットを得るために、個々のコンタクトプローブは、第１の接触部および第２の接触部と、これらの第１および第２の接触部を反発付勢するコイルスプリングとからなり、第１の接触部は第２の接触部の側に延びる軸部を備え、第２の接触部はその軸部に挿入されて摺動する軸穴を備えてなる構造としている。そして、このような構造のコンタクトプローブはソケット基体、即ちテスト用基板にグリッドアレイ状に多数配列されており、且つ個々のコンタクトプローブは、先端のプランジャ、即ち第１の接触部および第２の接触部がテスト用基板の両面から突出しているので、これらの接触部を被検査パッケージのパッドや端子に接触させて検査を行うことができる。

しかしながら、特許文献１に記載されているパッケージ用ソケットによると、個々のコンタクトプローブが、第１の接触部および第２の接触部と、これらを反発付勢するコイルスプリングを備えていなければならず、構造が複雑となり、製造コストが上昇する、検査対象となるパッケージの多ピン化に対応できない、コンタクトプローブの位置を高精度に設定できない、等の問題がある。

また、関連する他の従来技術として、例えば、特許文献２に記載されているように、基板の一方の面にスプリング構造のワイヤ端子を配列・形成し、これらのワイヤ端子をスプリングの反発力を利用して接触させる、いわゆるマイクロスプリング方式のものが知られている。

特開２００１−２５５３４０号公報特許２８９２５０５号

上述のように、従来のテスト用基板によると、被測定側のパッドや端子に傷が付きやすい、プローブが変形しやすい、またプローブの位置精度が十分でなく、反りやたわみの問題があり、多ピン化を達成するのは困難であった。

本発明は、このような状況の下で案出されたものであって、構造が簡単で、製造コストが低価格で、且つ多ピン化に対応可能なテスト用基板及びそのテスト用基板を使用してテストを実施する装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、絶縁基板と、該絶縁基板の少なくとも一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、から成ることを特徴とするテスト用基板が提供される。

前記ボールバンプが形成されている絶縁基板の前記一面に、前記ボールバンプに接続する引出し配線が形成され、前記一面の周囲部に前記引出し配線に接続する端子部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明では、絶縁基板と、該絶縁基板の一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、前記絶縁基板の他面に配列された複数のマイクロスプリングと、前記各ボールバンプと前記マイクロスプリングとの間を電気的に接続するため前記絶縁基板の一面から他面へ貫通する導通ビアと、から成ることを特徴とするテスト用基板が提供される。

この場合において、前記ボールバンプが形成されている絶縁基板の前記一面に、前記ボールバンプに接続する引出し配線が形成され、該引出し配線と前記マイクロスプリングとの間が導通ビアにより電気的に接続されていることを特徴とする。

以上のようなテスト用基板において、絶縁基板はシリコン基板であるのが好ましい。

更にまた、本発明によると、絶縁基板と、該絶縁基板の一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、前記絶縁基板の他面に配列された複数のマイクロスプリングと、前記各ボールバンプと前記マイクロスプリングとの間を電気的に接続するため前記絶縁基板の一面から他面へ貫通する導通ビアと、から成るテスト用基板と、
該テスト用基板の周囲部を両面から挟み込むように且つ該テスト用基板をその厚さ方向に一定範囲で移動可能となるように支持する筐体と、
表面に前記マイクロスプリングの配列に対応する接触端子が配列・形成された評価用ボードと、から成り、
前記テスト用基板を保持した前記筐体を前記評価用ボードの表面上の所定位置に固定した時、前記マイクムスプリングが弾発的に撓んで前記評価用ボードの表面上に形成された前記接触端子に接触することを特徴とするテスト装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明のテスト用基板の第１実施形態を示す断面図である。

絶縁基板１０はシリコン（Ｓｉ）基板、又はガラスエポキシ等の樹脂基板、又はセラミック基板等、一般に半導体装置の基板として使用されている各種の基板を使用することができる。絶縁基板１０の厚さは概ね１５０〜２００μｍ程度である。この絶縁基板１０の少なくとも一面には、被検査対象である半導体パッケージや半導体チップ１２の電極、バンプ又は端子１４等の配列に対応したピッチで複数のボールバンプ１６がＸ方向に等間隔及びＹ方向にも等間隔にアレイ状に配列・形成されている。ボールバンプ１６の配列ピッチはフルグリッドで狭ピッチのバンピングを行う場合は、最小限５０μｍまで小さくすることができる。

これらのボールバンプ１６は、ワイヤボンディング法により形成され、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１０の表面又は配線１８上に接触している基部１６ａは直径が比較的大きく、上方へ離れるにしたがって直径が徐々に小さくなり、
ボールバンプ１６はその先端部に細い突出部１６ｂを形成し、その高さを均一にするためにレベリング処理を施し、上端を平滑化して高さを均一化する。ボールバンプ１６の高さｔは約７０μｍである。

図１（ａ）に示す第１実施形態では、ボールバンプ１６が形成されている絶縁基板１０の上面には、各ボールバンプ１６に接続された引出し配線１８が形成されている。これらの引出し配線１８は絶縁基板１０の上面の周囲部にまで延びており、周囲部には各引出し配線に接続する端子部２０が形成されている。

図２は本発明のテスト用基板の第２実施形態を示す断面図である。

絶縁基板１０の材質やサイズ（厚さ）等については、第１実施形態の場合と同様である。また、この絶縁基板１０の上面には複数のボールバンプ１６がアレイ状に配列・形成されている点も第１実施形態と同様である。また、ボールバンプ１６の形成方法、個々のボールバンプ１６の形状等も第１実施形態の場合と同様である。

この第２実施形態では、絶縁基板１０の下面に、複数のマイクロスプリング（スプリング構造のワイヤ端子）２２がアレイ状に配列・形成されている。マイクロスプリング２２の配列ピッチは、後述する評価用ボードのピッチ如何にもよるが、この第２実施形態では、ボールバンプ１６の配列ピッチより大きくしている。マイクロスプリング２２はワイヤボンディング法により形成することができ、金等からなる各ワイヤについて２個所の湾曲部があり、絶縁基板１０の下面からわずかに下方の延び、途中からわずかに横方へ延び、更に下方へ延びている。したがって、ワイヤボンディング法によりこれらのマイクロスプリング２２を形成する際は、金等のワイヤを繰り出すボンディングヘッドを得るべきマイクロスプリング２２の形状に沿って移動させること所定の形状とすることができる。

ワイヤボンディング装置（図示せず）としては、一般の半導体装置の製造工程で半導体チップの電極とリードとの間をワイヤを用いて接続する際に使用されている通常のワイヤボンディング装置を使用することができる。

更に、絶縁基板１０の上面の各ボールバンプ１６と絶縁基板１０の下面の各マイクロスプリング２２との間を電気的に接続するために、絶縁基板１０の上面から下面へ貫通する導通ビア２４が形成されている。これらの導通ビア２４は周知の方法で、絶縁基板１０にスルーホールを形成し、このスルーホール内へ金属ペースト等を充填することで形成することができる。

ボールバンプ１６、マイクロスプリング２２、導通ビア２４の形成順序としては、先に導通ビア２４を形成し、導通ビア２４の形成部分に対応する絶縁基板の上下面に、それぞれボールバンプ１６およびマイクロスプリング２２を形成する。

なお、導通ビア２４は絶縁基板１０の上面で直接ボールバンプ１６に接続していても良く、また絶縁基板１０の下面で直接マイクロスプリング２２に接触していても良いが、図２に示す第２実施形態では、絶縁基板１０の下面では、導通ビア２４が直接マイクロスプリング２２に接触しており、絶縁基板１０の上面では、検査対象である半導体チップ１２等の端子の配列に対応して配置されているボールバンプ１６の位置関係から、各導通ビア２４は各配線１８を介して各ボールバンプ１６に接続されている。

図示しないが、多数のマイクロスプリング２２を、少なくともその先端部分をめっき浴に浸してめっきを施しても良い。例えば、金ワイヤの上に、最初にニッケルめっき層又はニッケル合金めっきを形成し、更にその上に、金めっき層とパラジウムめっき層を交互にめっきにより積層する。或いは、ニッケル又はニッケル合金めっき層の上に、金めっき層とインジウムめっき層を交互にめっきにより積層する。

この場合は、テスト用基板を長期間使用した後に、マイクロスプリング２２をエッチング液に浸漬して、エッチング処理する。その際、エッチング液としては、例えばマイクロスプリング２２の先端部の最外層が金めっき層であるとすれば、金（Ａｕ）を溶解させることができ、パラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）には反応しないエッチング液を選定する。また、逆にマイクロスプリング２２の先端部の最外層がバラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）めっき層であるとすれば、パラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）を溶解させることができ、金（Ａｕ）には反応しないエッチング液を選定する。このようなエッチング処理により、マイクロスプリング２２の先端部の最外層のめっき層と共に、表面に付着した半田汚れ等を除去することができる。

図３は第２実施形態に係るテスト用基板を用いて例えばＬＧＡパッケージ又は半導体チップ２６の検査を行うためのテスト装置（第３実施形態）を示す断面図である。

この第３実施形態では、テスト用基板（絶縁基板１０）の周囲部を両面から挟み込むように且つテスト用基板をその厚さ方向に一定（遊び）範囲で移動可能となるように支持する枠状の筐体２８を設ける。このため、筐体２８の内周部には、テスト用基板を上下方向の所定の遊びをもって支持するために、絶縁基板１０の厚さよりも幾分大きい幅をもった溝２８ａを有する。したがって、テスト用基板（絶縁基板１０）の周囲部はこの溝２８ａの中で上下方向には一定範囲で移動可能に、ただし水平方向には実質的に移動不能となるように保持される。

評価用ボード３０はその表面にテスト用基板のマイクロスプリング２２の配列に対応する接触端子３２が配列・形成されている。このため、テスト用基板を保持した筐体２８を評価用ボード３０の表面上の所定位置に位置決めし固定した時、テスト用基板（絶縁基板１０）は筐体の溝２８内の移動範囲の上端位置へ移動すると共に、マイクロスプリング２２が弾発的に撓んで評価用ボードの接触端子３２に接触することとなる。このように、各マイクロスプリング２２が弾発的に撓むことができるので、個々のマイクロスプリング２２について多少の寸法上の誤差があったとしても、各マイクロスプリング２２が確実且つ安定的に接触端子３２に接触することができる。

テスト用基板を保持した筐体２８を評価用ボード３０に固定した状態で、ＬＧＡパッケージ又は半導体チップ（被検査対象）２６の検査を行う。被検査対象２６の電極や端子１４がテスト用基板のボールバンプ１６に接触するように、被検査対象１６をテスト用基板に押しつける。このとき、テスト用基板（絶縁基板１０）はマイクロスプリング２２のばね力に抗して筐体２８の溝２８ａ内で多少下方へ移動することができるが、各マイクロスプリング２２と評価用ボード３０の接触端子３２との間の電気的接触には何んら影響はなく、被検査対象２６の各電極や端子１４が、テスト用基板のボールバンプ１６、導通ビア２４、マイクロスプリング２２を経て、評価用ボード３０の接触端子３２に確実且つ安定的に電気的に接続され、ＬＧＡパッケージ又は半導体チップ２６の検査が可能となる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単で高密度化を維持することが可能なテスト用基板を得ることができる。また、またマイクロスプリングを用いることにより、プローブ痕等を減少することができ、テスト用基板として長期間にわたり安定して使用することができる。更に、またピン化、高密度化（フルグリッドアレイ状）、狭いピッチ化に対応することが可能となる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係るテスト用基板の断面図、（ｂ）はボールバンプの拡大図である。本発明の第２実施形態に係るテスト用基板の断面図である。図２に示した第２実施形態に係るテスト用基板を用いたテスト装置（第３実施形態）の断面図である。従来のテスト用基板を用いた検査状況を示す断面図である。

符号の説明

１０…絶縁基板
１２…パッケージ又は半導体チップ
１４…電極又は端子
１６…ボールバンプ
１８…配線
２０…接続パッド
２２…マイクロスプリング
２４…導通ビア
２６…被検査対象
２８…筐体
３０…評価用ボード
３２…接触端子

Claims

絶縁基板と、該絶縁基板の少なくとも一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、から成ることを特徴とするテスト用基板。
前記ボールバンプが形成されている絶縁基板の前記一面に、前記ボールバンプに接続する引出し配線が形成され、前記一面の周囲部に前記引出し配線に接続する端子部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のテスト用基板。
絶縁基板と、該絶縁基板の一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、前記絶縁基板の他面に配列された複数のマイクロスプリングと、前記各ボールバンプと前記マイクロスプリングとの間を電気的に接続するため前記絶縁基板の一面から他面へ貫通する導通ビアと、から成ることを特徴とするテスト用基板。
前記ボールバンプが形成されている絶縁基板の前記一面に、前記ボールバンプに接続する引出し配線が形成され、該引出し配線と前記マイクロスプリングとの間が導通ビアにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のテスト用基板。
前記絶縁基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテスト用基板。
絶縁基板と、該絶縁基板の一面に、ワイヤボンディングにより形成され、被検査対象のバンプ又は端子の配列の対応して配列された、先端に細い突出部を有する複数のボールバンプと、前記絶縁基板の他面に配列された複数のマイクロスプリングと、前記各ボールバンプと前記マイクロスプリングとの間を電気的に接続するため前記絶縁基板の一面から他面へ貫通する導通ビアと、から成るテスト用基板と、
該テスト用基板の周囲部を両面から挟み込むように且つ該テスト用基板をその厚さ方向に一定範囲で移動可能となるように支持する筐体と、
表面に前記マイクロスプリングの配列に対応する接触端子が配列・形成された評価用ボードと、から成り、
前記テスト用基板を保持した前記筐体を前記評価用ボードの表面上の所定位置に固定した時、前記マイクムスプリングが弾発的に撓んで前記評価用ボードの表面上に形成された前記接触端子に接触することを特徴とするテスト装置。