JP2005164537A

JP2005164537A - 半導体装置の検査装置

Info

Publication number: JP2005164537A
Application number: JP2003407456A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyasu Katsuma; 常泰勝間; Keisuke Inoue; 佳介井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】従来の寿命及び接触状態を維持しつつ小型化した場合、位置精度、接触圧、作動範囲などのコンタクト性能が低下することを防止し、安定した電気特性検査を実現する。
【解決手段】半導体ＩＣと検査回路基板との間を電気的に接続するように、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の端子にそれぞれ接触する一対のプランジャ６ａ，６ｄを有し、少なくとも一方のプランジャを筒体６ｂ内に進退自在に設けたコンタクトプローブを備えた半導体装置の検査装置であって、筒体６ｂとプランジャ６ａ，６ｄ間に圧縮性流体を充填させることで、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の端子に対し接触圧力を発生させる。これにより、所定の接触圧力を維持したまま小型化が可能で寿命も弾性変形等の機械的な挙動が無いため格段に向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体ＩＣと半導体試験装置の検査回路基板とを電気的導通を生じるように接続するための構造を有するＩＣソケットを備えた半導体装置の検査装置に関するものである。

半導体ＩＣの製造工程で、半導体ＩＣの電気的特性を検査する際に半導体ＩＣと検査回路基板との間を電気的に接続することが必要となる。

従来では半導体ＩＣの外部電極と検査回路基板を電気的に接続するためのコンタクト方法として、一般的にポゴピン方式のコンタクトプローブが使用されている。図５は、従来のソケットの断面図の一部であり、図６は、従来のポゴピン方式のコンタクトプローブの断面図である。

ポゴピン方式のコンタクトプローブは筒体９ｂの内部にコイル状の圧縮ばね9ｄと上部プランジャ９ａと下部プランジャ９ｃが設けられ、プランジャ９ａ，９ｃの先端は筒体９ｂから外方に伸縮自在に突出している。そして圧縮ばね９ｄの伸縮によってプランジャ９ａを半導体ＩＣの外部電極に押し当てることで外部電極がプランジャ９ａ，９ｃおよび筒体９ｂを介して検査回路基板に対して電気的に接続される。

コンタクトプローブ９は、絶縁材料もしくは半導体材料を使用したソケット８に設けられた、収納穴１１に収納され、抜け止めの目的で、下部コンタクトプローブガイド１０によりカバーされている。
特開２００１−２０８７９３号公報（ＩＣソケット）特開平６−８８８５７号公報（半導体テスト用ボード）

近年、半導体集積回路の高集積化、小型化、高周波化・高速化に伴い半導体ＩＣの電気的特性検査用ソケットのコンタクトピンには、狭ピッチ化および低インダクタンス化に対応するために外形寸法を小型化する必要がある。

また、半導体ＩＣの外部電極の小型化に伴い、コンタクトピンを収納するソケットには、コンタクトピンを高精度で位置決めできる機能が必要となる。

さらに、高精度な電気特性検査を行う為には、高精度に制御された環境温度で実施する必要がある。

従来のポゴピン方式のコンタクトプローブでは、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の電極に所定の接触圧を発生させる手段として用いられている圧縮ばねに、ＳＷＰなどのばね材が使用されてきたが、所定のばね寿命及び接触圧を維持しつつ小型化するには設計上、構造上の限界に来ており、作動範囲が狭く、ばね定数の高いコンタクトプローブにならざるをえない。このため、個体毎の接触圧の安定性に欠け、半導体ＩＣの反りなどの形状変化にも十分な対応が出来ず、安定した電気特性検査が困難となっている。

さらに、高温環境温度において、ばねの性能は著しく低下するため、ますます小型化が困難となっている。

また、高精度に制御された環境温度での検査では、半導体ＩＣの外部電極に接しているコンタクトプローブが伝熱フィンの作用をし、温度安定性の妨げとなっている。

ソケットにおいて、コンタクトプローブを収納するために必要な収納穴とコンタクトプローブ外形とのクリアランスは、ソケットが狭ピッチになってもほぼ同じ量が必要となるため、狭ピッチの場合、小型化する半導体ＩＣの外部電極に対する、相対的なコンタクトプローブの先端振れ量が大きくなる。このため、半導体外部電極に正確に接触しなくなるという問題が発生した。

したがって、この発明の目的は、従来の寿命及び接触状態を維持しつつ小型化した場合、位置精度、接触圧、作動範囲などのコンタクト性能が低下することを防止し、安定した電気特性検査を実現することができる半導体装置の検査装置を提供することである。

上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の検査装置は、半導体ＩＣと検査回路基板との間を電気的に接続するように、前記半導体ＩＣの外部電極および前記検査回路基板の端子にそれぞれ接触する一対のプランジャを有し、少なくとも一方の前記プランジャを筒体内に進退自在に設けたコンタクトプローブを備えた半導体装置の検査装置であって、前記筒体と前記プランジャ間に圧縮性流体を充填させることで、前記半導体ＩＣの外部電極および前記検査回路基板の端子に対し接触圧力を発生させる。

請求項２記載の半導体装置の検査装置は、請求項１記載の半導体装置の検査装置において、コンタクトプローブは圧縮性流体供給口を有し、前記コンタクトプローブに圧縮性流体を供給する手段として多孔質材料を前記圧縮性流体供給口に配置した。

請求項３記載の半導体装置の検査装置は、請求項１記載の半導体装置の検査装置において、コンタクトプローブの動作、保持及び位置決めを行うための流体軸受けを搭載した。

請求項４記載の半導体装置の検査装置は、請求項１または２記載の半導体装置の検査装置において、圧縮性流体を所定の温度に制御可能とした。

この発明の請求項１記載の半導体装置の検査装置によれば、筒体とプランジャ間に圧縮性流体を充填させることで、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の端子に対し接触圧力を発生させるので、ＳＷＰ等のばねを単独で使用した場合に比べ、所定の接触圧力を維持したまま小型化が可能で寿命も弾性変形等の機械的な挙動が無いため格段に向上する。

請求項２では、コンタクトプローブは圧縮性流体供給口を有し、コンタクトプローブに圧縮性流体を供給する手段として多孔質材料を圧縮性流体供給口に配置したので、所定の圧力に制御された圧縮性流体をコンタクトプローブに常時供給することができる。このため、コンタクトプローブの動作量に関係なく、一定の安定した接触圧を発生させることも可能となり、ＰＫＧの反りなどにより発生する動作量の変化に対しても安定した接触圧を保つことが出来る。

請求項３では、コンタクトプローブの動作、保持及び位置決めを行うための流体軸受けを搭載したので、コンタクトプローブと流体軸受け間の摺動抵抗は原則的に発生しない。半導体ＩＣの外部電極に対するコンタクト性能が向上するため、安定した電気特性検査可能となる。さらに、コンタクトプローブは、流体軸受けから均一に向心力を受けるため、プローブ先端の振れは、収納穴の位置精度のみとなり、微小な振れ量とすることが出来るため、半導体外部電極に正確に接触することが可能となる。

請求項４では、圧縮性流体を所定の温度に制御可能としたので、高精度な温度環境での電気特性検査においても、温度制御された圧縮性流体により、半導体ＩＣソケット及びコンタクトプローブ自体を環境温度に設定することが出来るため、安定した環境温度での電気特性検査が可能となる。

この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。

図１に示すように、コンタクトプローブは、半導体ＩＣと検査回路基板との間を電気的に接続するように、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の端子にそれぞれ接触する一対のプランジャ６ａ，６ｄを有し、少なくとも一方のプランジャを筒体６ｂ内に進退自在に設けている。また、筒体６ｂとプランジャ６ａ，６ｄ間に圧縮性流体を充填させることで、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の端子に対し接触圧力を発生させる構成である。

この場合、筒体６ｂはＢｅＣｕ母材の内壁に金めっきもしくは金板を貼り付けたクラッド材であり、筒体６ｂ内には、半導体ＩＣの外部電極に接触する上部プランジャ６ａおよび検査回路基板の端子に接触する下部プランジャ６ｄとが共に進退自在に設けられる。さらに、上下プランジャ６ａ，６ｄの中間部に圧縮性流体を供給する圧縮性流体供給口６ｃが設けられている。

半導体ＩＣの電気的特性を検査する際、半導体ＩＣの外部電極および検査回路基板の電極に必要な接触圧は１００ｍＮ程度である。狭ピッチに対応した筒体6ｂの内径はφ０.３ｍｍ以下であるため、圧縮性流体供給口６ｃから１ＭＰａ程度の高圧圧縮性流体を供給すればよい。また、圧縮性流体の供給圧力を極力小さくしたい場合は、従来の圧縮ばねなどの弾性体を併用しても良い。

この発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２は本発明の第２の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。

図２に示すように、筒体と上部プランジャが一体となった筒体一体プランジャ６ｅ内には、下部プランジャ６ｇが進退自在に設けられており、さらに圧縮性流体供給口６ｆが設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

この発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は本発明の第３の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。

図３に示すように、筒体と上部プランジャが一体となった筒体一体プランジャ６ｈ内には、ＢｅＣｕ母材にＮｉめっきおよびＡｕめっきを施した下部ボール６ｊが回転および進退自在に設けられており、さらに圧縮性流体供給口６ｉが設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

この発明の第４の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第４の実施形態におけるソケットの断面図である。

図４に示すように、コンタクトプローブ６の動作、保持及び位置決めを行うための流体軸受け２をソケット１に搭載している。この場合、絶縁材料もしくは半導体材料を使用したソケット１の内部には、絶縁材料もしくは半導体材料で多孔質形状の流体軸受け２が設けられており、コンタクトプローブ６を収納するための収納穴７が設けられている。収納穴7には、本発明の第２の実施形態のコンタクトプローブ6が収納されている。ソケット１には圧縮性流体供給口5が設けられており、流体軸受け２を動作させるために０．５ＭＰａ以上の圧縮性流体が供給される。また、流体軸受け２はコンタクトプローブ６に圧縮性流体を供給する手段としても機能するため、コンタクトプローブ６の圧縮性流体供給口６ｆに配置される。これにより、圧縮性流体の一部は、流体軸受け２を通過後、コンタクトプローブ６の圧縮性流体供給口６ｆよりコンタクトプローブ６内に供給されコンタクトプローブ６に所定の接触圧力を発生させる。また、流体軸受け２により、コンタクトプローブ６の摺動抵抗は原則的に発生しない。このため個体間の接触圧のばらつきを２から３ｍＮ以下に減ずることが可能となる。

なお、コンタクトプローブへの圧縮性流体の供給経路は、流体軸受けを経ない別経路としても良い。この場合、コンタクトプローブに圧縮性流体を供給する手段として多孔質材料を圧縮性流体供給口に配置してもよい。また、第１または第３の実施形態のコンタクトプローブを収納穴７に収納してもよい。

これら圧縮性流体の作用により、コンタクトプローブ6の筒体一体プランジャ６ｅは流体軸受け２内を上下に移動することが可能となり、半導体ＩＣの外部電極と所定の接触圧で接触することが出来る。また、上部コンタクトピンガイド３及び下部コンタクトピンガイド４には、流体軸受け駆動に使用された圧縮性流体がコンタクトプローブ６の接触圧に悪影響を及ぼさないようリリーフ孔が設けられており速やかにソケット１外に排出される構造である。

コンタクトプローブ6先端の振れは、コンタクトプローブ6と流体軸受け2とのクリアランスとして５μｍ程度が必要であるが、コンタクトプローブ6には、流体軸受け2から均一に向心力を受けるため、プローブ先端の振れは、収納穴7の位置精度のみとなり、振れ量は１０μｍ以下と高精度な位置精度を実現することが出来る。

また、図示されていない外部温度調整機構により、所定の温度に精度良く制御された圧縮性流体をソケット１に供給すると、ソケット1内の流体軸受け２全体とコンタクトプローブ６内部を通過するため、ソケット１全体が所定の温度にすることが可能となる。

本発明にかかる半導体装置の検査装置は、従来の性能を損することなく小型化が可能で、接触圧力の均一化と安定化がはかれ、コンタクトプローブを高精度で位置決めでき、安定した温度環境での電気特性検査が可能となる等の効果を有し、半導体ＩＣと半導体試験装置の検査回路基板とを電気的導通を生じるように接続するための構造を有するＩＣソケット等として有用である。

本発明の第１の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。本発明の第２の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。本発明の第３の実施形態におけるコンタクトプローブの断面図である。本発明の第４の実施形態におけるソケットの断面図である。従来のソケットの断面図である。従来のポゴピン方式のコンタクトプローブの断面図である。

符号の説明

１ソケット
２流体軸受け
３上部コンタクトピンガイド
４下部コンタクトピンガイド
５圧縮性流体供給口
６コンタクトプローブ
７収納穴
６ａ上部プランジャ
６ｂ筒体
６ｃ圧縮性流体供給口
６ｄ下部プランジャ
６ｅ筒体一体プランジャ
６ｆ圧縮性流体供給口
６ｇ下部プランジャ
６ｈ筒体一体プランジャ
６ｉ圧縮性流体供給口
６ｊ下部ボール
７収納穴
８ソケット
９コンタクトプローブ
９ａ上部プランジャ
９ｂ筒体
９ｃ下部プランジャ
９ｄ圧縮ばね
１０下部コンタクトプローブガイド
１１収納穴

Claims

半導体ＩＣと検査回路基板との間を電気的に接続するように、前記半導体ＩＣの外部電極および前記検査回路基板の端子にそれぞれ接触する一対のプランジャを有し、少なくとも一方の前記プランジャを筒体内に進退自在に設けたコンタクトプローブを備えた半導体装置の検査装置であって、前記筒体と前記プランジャ間に圧縮性流体を充填させることで、前記半導体ＩＣの外部電極および前記検査回路基板の端子に対し接触圧力を発生させることを特徴とする半導体装置の検査装置。
コンタクトプローブは圧縮性流体供給口を有し、前記コンタクトプローブに圧縮性流体を供給する手段として多孔質材料を前記圧縮性流体供給口に配置した請求項１記載の半導体装置の検査装置。
コンタクトプローブの動作、保持及び位置決めを行うための流体軸受けを搭載した請求項１記載の半導体装置の検査装置。
圧縮性流体を所定の温度に制御可能とした請求項１または２記載の半導体装置の検査装置。