JP2005129444A - 半導体装置の検査ソケットおよび検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査用ソケットにおいて、コンタクトピンあるいはパッケージを超音波振動により、コンタクトピンとはんだボールの接触部の酸化膜を破壊することで、パッケージに掛かる荷重を低減する。
【解決手段】ソケット本体３に、半導体装置の外部電極に接触しかつバネ５により上下に移動するコンタクトピン６を有し、コンタクトピン６の先端を円筒状でかつ９０度以下の角度とし、しかもコンタクトピン６に６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加する超音波振動装置１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の電気的特性を検査する半導体検査装置および試験方法に関するものであり、特にボールグリットアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ、以下、ＢＧＡと称する）に適した半導体装置の検査ソケットおよび検査方法に関するものである。

近年、ＬＳＩの小型・高密度化に伴い外部接続用端子の多ピン化が進んでいる。このためＬＳＩパッケージには、パッケージの裏面に半田ボールをエリア配置したＢＧＡタイプが多用されるようになっている。以下、ＢＧＡタイプのＬＳＩパッケージをＢＧＡパッケージと称する。

図５は従来の検査用ソケットの構造を示す断面図であり、ＢＧＡパッケージの検査用ソケットは、ＢＧＡパッケージ１のはんだボール２とソケット本体３の相対する位置に形成されたコンタクトピン穴４にバネ５とコンタクトピン６が設けられており、バネ５の弾性によりコンタクトピン６が上下してはんだボール２との電気的接触を行っている。また、ソケット本体３にはソケットカバー７とパッケージ押え８を有し、ソケットカバー７を閉じることでパッケージ押え８がＢＧＡパッケージ１をコネクタピン６側に押えつける仕組みになっている。また、ソケットカバー７はストッパー９によりソケット本体３に固定されている。さらにコンタクトピン穴４の下部には基板コンタクトピン１０があり、検査用基板と検査用ソケットを電気的に接続する構成のものを用いて検査を行っている。

また、半導体装置の検査用ソケットに適応した例として、特許文献１，特許文献２に示されているように、検査用ソケットのコンタクトピン６を交流電流による磁場あるいは超音波により振動させることによりはんだボール２との電気的接触を向上させることが提案されている。
特開平６−８９９５０号公報 特開平１１−３２９６４７号公報

しかし、上述した構造の半導体装置の検査用ソケットにおいては下記のような課題があった。

第１の課題は、ＢＧＡパッケージにおいて、はんだボールの直径のバラツキやＢＧＡパッケージ本体の反り等の歪みにより、接続する基板面に対するはんだボールの平坦性にバラツキを生じて、検査用ソケット内のコンタクトピンとはんだボールとの電気的接触が不十分となる。しかも、はんだボールの表面に形成された酸化膜によって、検査用ソケットのコンタクトピンとの電気的接触の不良が発生する。これらに対して、はんだボールの平坦性のバラツキの吸収やはんだ酸化膜の破壊のためにコンタクトピンにかかる荷重を大きくしてきた。

しかし、ＢＧＡパッケージの外部接続ピン数が増加することに伴いＢＧＡパッケージに掛かる荷重が大きくなりすぎてＢＧＡパッケージあるいは検査用ソケットを破壊する課題が出てきた。

第２の課題は、パッケージの検査後の検査用ソケットのコンタクトピンによるはんだボールの変形あるいははんだボール表面への接触キズである。コンタクトピンの接触加重が多くなるにつれて、接触キズが深く大きくなってしまう課題があった。

本発明は、上記課題を解決し、コンタクトピンを超音波振動させ、はんだボール表面に形成された酸化膜を破壊することではんだボールとコンタクトピンの電気的接触を実現し、しかも、はんだボールに掛かるコンタクトピンの接触荷重を小さくすることによって、はんだボール表面にコンタクトピンが接触した部分の接触キズを小さくすることを実現した半導体装置の検査ソケットおよび検査方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、半導体装置の外部電極に接触しかつバネにより上下に移動するコンタクトピンを有する半導体装置の検査ソケットにおいて、前記コンタクトピンの先端を円筒状でかつ９０度以下の角度とし、しかも前記コンタクトピンに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加する装置を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、超音波振動がコンタクトピンと同一方向の振動であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、半導体装置の外部電極に接触しかつバネにより上下に移動するコンタクトピンを有する半導体装置の検査ソケットにおいて、半導体装置を固定するための蓋に６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加する装置を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、半導体装置の検査方法において、半導体装置を検査する際に、半導体装置を検査用ソケットに挿入し、半導体装置の外部電極に先端が円筒状でかつ９０度以下の角度でしかもバネにより上下に移動するコンタクトピンを接触させ、かつ前記コンタクトピンに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、半導体装置の検査方法において、半導体装置を検査する際に、半導体装置を検査用ソケットに挿入し、半導体装置を固定するための検査用ソケットの蓋を閉じた後に、前記検査用ソケットに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加することを特徴とする。

本発明によれば、検査用ソケットのコンタクトピン直接にあるいはパッケージ自体に超音波振動を加えることによって、低加重ではんだボールとコンタクトピンとの接触を可能にすることができる。しかも、コンタクトピンの先端の形状を円筒状かつ９０度以下の角度にすることでコンタクトピンによるはんだボールキズも１０μｍ以下に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における検査用ソケットの構造を示す断面図であり、１はＢＧＡパッケージ、２ははんだボール、３はソケット本体、４はコンタクトピン穴、５はバネ、６はコンタクトピン、７はソケットカバー、８はパッケージ押え、９はストッパー、１０は基板コンタクトピン、１１は超音波振動装置である。

ＢＧＡパッケージ１をソケット本体３に挿入して位置を固定する。ソケット本体３は絶縁性樹脂で形成されている。ＢＧＡパッケージ１の外部接続用端子であるはんだボール２の相対する位置にコンタクトピン穴４が形成されており、このコンタクトピン穴４にバネ５とはんだボール２と電気的に接触するコンタクトピン６が設置されている。コンタクトピン６はバネ５の弾性により上下に移動する構造になっている。さらに。コンタクトピン６とバネ５の下部にはソケット本体３の外部接続端子である基板コンタクトピン１０がある。また、ＢＧＡパッケージ１はソケットカバー７を閉じる時に、ソケットカバー７をストッパー９でソケット本体３に止めることによりＢＧＡパッケージ１上面の相対する位置に設置されたパッケージ押え８がＢＧＡパッケージ１をソケット本体３に押し込んで固定される構造になっている。さらに、ソケット本体３の内部にはコンタクトピン６を超音波振動させるための超音波振動装置１１が設置されている。

図２は本発明の第１の実施形態におけるコンタクトピンの断面図である。コンタクトピン６のコンタクトピン先端１２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、９０度以下の角度になっている。

図３は本発明の第１の実施形態におけるコンタクトピンの外形図である。コンタクトピン先端１２の形状は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、直線型、波型あるいは三角型の形状をとっている。

さらに、コンタクトピン６の材質はＴｉ，Ｗ，Ｃｒあるいはこれら金属の合金を用いることで、はんだボール２のクズがコンタクトピン６へ付着することが抑えられる。

次に、本実施形態の検査用ソケットを用いた検査方法について説明する。

図１に示すように、検査用ソケットのソケット本体３にＢＧＡパッケージ１を設置して、パッケージ押え８が取り付けられたソケットカバー７を閉じることによってＢＧＡパッケージ１がソケット本体３に押し付けられ、ＢＧＡパッケージ１のはんだボール２とソケット本体３に設置されているコンタクトピン６が接触する。この際、コンタクトピン６の下にあるバネ５の弾性によってＢＧＡパッケージ１の反りやはんだボール２の直径のバラツキによるコンタクトピン６の高さバラツキが吸収される。さらにソケットカバー７をストッパー９でソケット本体３に止めることにより、ＢＧＡパッケージ１がソケット本体３に固定される。この時の、ＢＧＡパッケージ１を押える荷重ははんだボール２とコンタクトピン６が接触するだけの荷重でよい。

次に、ソケット本体３に設置された超音波振動装置を振動させることによりコンタクトピン６が振動し、コンタクトピン先端が９０度以下の角度であるために、はんだボール２の酸化膜が破壊されコンタクトピン６とはんだボール２の良好な接触が得られる。この超音波振動は６０ｋＨｚ以上であってコンタクトピン６方向に振動させることによりはんだボール２の酸化膜が破壊され易い。また、コンタクトピンの形状が筒状であるため、超音波振動による、はんだボール２へのめり込み量は１０μｍ以下に抑えられ、キズ跡が少なくなる。

図４は本発明の第２の実施形態における検査用ソケットの構造を示す断面図であり、１はＢＧＡパッケージ、２ははんだボール、３はソケット本体、４はコンタクトピン穴、５はバネ、６はコンタクトピン、７はソケットカバー、８はパッケージ押え、９はストッパー、１０は基板コンタクトピン、１３はパッケージ用超音波振動装置である。

ＢＧＡパッケージ１をソケット本体３に挿入して位置を固定する。ソケット本体３は絶縁性樹脂で形成されている。ＢＧＡパッケージ１の外部接続用端子であるはんだボール２の相対する位置にコンタクトピン穴４が形成されており、このコンタクトピン穴４にバネ５とはんだボール２と電気的に接触するコンタクトピン６が設置されている。このコンタクトピン６はバネ５の弾性により上下に移動する構造になっている。さらに、コンタクトピン６とバネ５の下部にはソケット本体３の外部接続端子である基板コンタクトピン１０がある。また、ＢＧＡパッケージ１は、ソケットカバー７を閉じる時にソケットカバー７をストッパー９でソケット本体３に止めることにより、ＢＧＡパッケージ１上面の相対する位置に設置されたパッケージ押え８がＢＧＡパッケージ１をソケット本体３に押し込んで固定される構造になっている。さらに、パッケージ押え８の内部には、パッケージ用超音波振動装置１３が設置されており、これによってＢＧＡパッケージ１を直接振動させる構造になっている。なお、通常の検査用ソケットにおいても、パッケージ押え８の内部にパッケージ用超音波振動装置を設置したソケットカバーを使用することも可能である。

次に、第２の実施形態の検査用ソケットを用いた検査方法について説明する。

検査用ソケットのソケット本体３にＢＧＡパッケージ１を設置して、パッケージ押え８が取り付けられたソケットカバー７を閉じることでＢＧＡパッケージ１をソケット本体３に押し付け、ＢＧＡパッケージ１のはんだボール２とソケット本体３に設置されているコンタクトピン６とが接触する。この際、コンタクトピン６の下にあるバネ５の弾性により、ＢＧＡパッケージ１の反りやはんだボール２の直径のバラツキによるコンタクトピン６の高さバラツキが吸収される。さらにソケットカバー７をストッパー９によってソケット本体３に止めることにより、ＢＧＡパッケージ１がソケット本体３に固定される。この時の、ＢＧＡパッケージを押える荷重ははんだボール２とコンタクトピン６が接触するだけの荷重でよい。

次に、パッケージ押え８に設置されたパッケージ用超音波振動装置１３を振動させることによりＢＧＡパッケージ１自体が振動し、コンタクトピン６と接しているはんだボール２の酸化膜が振動により破壊され、良好な接触が得られる。また、この超音波振動は６０ｋＨｚ以上に振動させることによりはんだボール２の酸化膜が破壊され易い。さらに、ＢＧＡパッケージ１のソケット本体３への固定ははんだボール２とコンタクトピン６との接触を得る程度の低荷重であるため、コンタクトピン６によるはんだボール２へのキズ跡が少なくなる。

本発明は、検査用ソケットのコンタクトピンに半導体装置のはんだボールを、はんだボールに傷を付けることなく確実に電気的に接続することが可能になり、ＢＧＡタイプのＬＳＩパッケージを検査する分野において有用性の高い技術である。

本発明の第１の実施形態における検査用ソケットの構造を示す断面図 本発明の第１の実施形態におけるコンタクトピンの断面図 本発明の第１の実施形態におけるコンタクトピンの外形図 本発明の第２の実施形態における検査用ソケットの構造を示す断面図 従来の検査用ソケットの構造を示す断面図

符号の説明

１ ＢＧＡパッケージ
２ はんだボール
３ ソケット本体
４ コンタクトピン穴
５ バネ
６ コンタクトピン
７ ソケットカバー
８ パッケージ押え
９ ストッパー
１０ 基板コンタクトピン
１１ 超音波振動装置
１２ コンタクトピン先端
１３ パッケージ用超音波振動装置

Claims (5)

1. 半導体装置の外部電極に接触しかつバネにより上下に移動するコンタクトピンを有する半導体装置の検査ソケットにおいて、前記コンタクトピンの先端を円筒状でかつ９０度以下の角度とし、しかも前記コンタクトピンに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加する装置を有することを特徴とする半導体装置の検査ソケット。
2. 超音波振動がコンタクトピンと同一方向の振動であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査用ソケット。
3. 半導体装置の外部電極に接触しかつバネにより上下に移動するコンタクトピンを有する半導体装置の検査ソケットにおいて、半導体装置を固定するための蓋に６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加する装置を有することを特徴とする半導体装置の検査ソケット。
4. 半導体装置を検査する際に、半導体装置を検査用ソケットに挿入し、半導体装置の外部電極に先端が円筒状でかつ９０度以下の角度でしかもバネにより上下に移動するコンタクトピンを接触させ、かつ前記コンタクトピンに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加することを特徴とする半導体装置の検査方法。
5. 半導体装置を検査する際に、半導体装置を検査用ソケットに挿入し、半導体装置を固定するための検査用ソケットの蓋を閉じた後に、前記検査用ソケットに６０ｋＨｚ以上の超音波振動を付加することを特徴とする半導体装置の検査方法。

Images