JP2005172567A - 半導体装置の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続電極に半田電極を備えた半導体素子の検査において、従来のポゴピン方式接触子による接触抵抗増加を抑制し、低接触抵抗で安定した検査を実現する。
【解決手段】 接続電極に半田電極を備えた半導体装置の電気的特性試験を行うために接触子３を半田電極に電気的に接続する半導体装置の検査装置であって、半田電極と接触子３との接触点が接触動作中に移動できるように、接触子３の先端が半田電極の外周側に弾性変形できる溝が接触子３に形成されている。これにより、半田電極の酸化膜が効果的に除去できるため、低接触抵抗で安定したコンタクトが維持でき、接触抵抗変動の影響を受けやすいトランジスタのＯＮ抵抗検査などが長期間安定して実施できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子の電気的特性試験を行う測定装置において、半導体素子と電気的な検査を行う検査装置との間を電気的に接続するための接触子の構造に関するものであり、特に接続電極に半田ボール電極、半田バンプ電極を備えた半導体パッケージにおける接触子の構造についての半導体装置の検査装置に関するものである。

従来より、ＢＧＡやＣＳＰのように、接続電極に半田ボール電極や半田バンプ電極を有する半導体素子と検査装置の検査回路基板との間を電気的に接続する接続子として図５に示すポゴピン方式が提供されている。

半田ボール電極１１や半田バンプ電極（以下半田電極と略す）とポゴピン方式の接触子１２との間で良好な電気的接続を得るためには、半田電極表面に存在する酸化膜１３を除去する必要がある。酸化膜１３はほとんどが酸化第２錫であり、常温環境下でも短期間で容易に自然形成される。

また、酸化第2錫は電気絶縁性を有する合金である。

このため、ポゴピン方式では接触子の先端が図６のようにコーン形状１４、ニードル形状１５、クラウン形状（王冠形状）１６など鋭利に成形されている。材質はベリリューム銅や、炭素工具鋼などの半田電極よりも硬度の高い材質が採用されており、表面には電気特性の良好な金めっきが施されている。またこの先端部は内蔵されているコイルスプリング（図示せず）により半田電極との接触時に所定の接触圧力を発生させる構造になっている。

これらの作用により図７のように、ポゴピン先端が半田電極に突き刺さることで酸化膜を突き破ることが可能となり、結果、半田電極とポゴピン方式の接触子の間で良好な電気的接続を供せられる。
特開平０８−２２７７７０号公報

しかしながら、本方式でのコンタクト動作では、コンタクト時の圧力（２５ｇｆ〜３５ｇｆ）により半田電極の半田が接触子側に転写される。転写された半田表面には半田電極と同様に酸化膜が形成される。

本方式による半田転写の位置は、半田電極と接触子の接触点になる。この点は半田電極および接触子先端形状によって幾何学的に一義の箇所となる。このため、半田転写はこの接触点付近でのみ集中して発生する。

一方、接触子側の酸化膜の除去作用は、母材の硬度が高いため半田電極のように変形による被膜除去効果が弱い。

このため、本方式でコンタクト動作を繰り返した場合、接触子表面に形成される酸化膜の形成量が除去量を上回り、結果、酸化膜の影響による接触抵抗が増大し、良好な電気的接続が維持できなくなる。

したがって、この発明の目的は、接続電極に半田ボール電極や半田バンプ電極を備えた半導体素子の検査において、従来のポゴピン方式接触子による接触抵抗増加を抑制し、低接触抵抗で安定した検査を実現できるＩＣソケットを有す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、接続電極に半田電極を備えた半導体装置の電気的特性試験を行うために接触子を前記半田電極に電気的に接続する半導体装置の検査装置であって、前記半田電極と前記接触子との接触点が接触動作中に移動できるように、前記接触子の先端が前記半田電極の外周側に弾性変形できる溝が前記接触子に形成されている。

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、半田電極と接触子との接触点が接触動作中に移動できるように、接触子の先端が半田電極の外周側に弾性変形できる溝が接触子に形成されているので、半田電極と接触子との接触点が変化することで以下の具体的効果が得られる。

第１に、接触子の半田転写位置が分散されるため特定の接触点で酸化膜が厚膜にならず、酸化膜除去が容易になり、接触抵抗上昇が抑えられる。

第２に、半田電極と接触子間で摩擦作用（ワイピング作用）が生じる。この作用により接触子表面の酸化膜を母材材質に関係なく除去できる。同様の作用により半田電極の酸化膜除去が低接触荷重で可能となる。

第３に、接触荷重を低荷重とできることで、半田転写量を低減できる。

このように、半田電極の酸化膜が効果的に除去できるため、低接触抵抗で安定したコンタクトが維持できる。これにより、接触抵抗変動の影響を受けやすいトランジスタのＯＮ抵抗検査などが長期間安定して実施できる。

この発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態における半導体ＩＣソケットの接触子の構造を示す正面図である。なお、接触子を除く構成は図５と同様である。図５において、１は半導体パッケージ、２は検査装置側の基板である。

この半導体装置の検査装置は、接続電極に半田電極（半田ボール電極または半田バンプ電極）を備えた半導体装置の電気的特性試験を行うために半導体ＩＣソケットの接触子を半田電極に電気的に接続する構成である。また、図１に示すように、半田電極と接触子３との接触点が接触動作中に移動できるように、接触子３の先端が半田電極の外周側に弾性変形できる溝１８が接触子３に形成されている。

この場合、接触子３先端には、半田電極形状に合わせた王冠状の突起１７が設けられている。各突起１７の間は、弾性変形を可能とするための溝１８が加工されている。図１（ｂ）に示すように、溝１８の下端には弾性変形を容易にするための横穴１９を加工しても良い。またこの穴の形状、サイズ、位置は限定されない。

本接触子３の製造方法は、従来のポゴピン方式接触子の先端形状として多用されている王冠形状をＶ字型のカッターホイールで円柱状材料の中心軸に垂直な面で直角に交わるように加工し、後に溝１８を研磨ホイールを搭載したダイシング装置で加工する。溝幅は２５μｍ程度まで微細加工が可能である。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、接触子３の下端部には、検査装置側の基板２の電極に接触するために、針形状２０や半球形形状２１に加工されている。

次に、実際のコンタクト動作を説明する。

図３は半田電極と接触子が接する直後の状態を示す。図３に示すように、従来のポゴピン方式と変わらず、王冠状突起１７の峰部分の先端付近が半田電極１１との接触点となる。

図４は半田電極と接触子の接触が完了した状態を示す。図４に示すように、コンタクト動作により、王冠状突起１７部分は半田電極１１からの反力を受け外周側へ弾性変形する。このとき、接触子３側の接触点は突起１７の峰部分の先端付近からほぼ中間位置まで移動する。接触子３の先端は半田電極１１の表面をワイピングするように弾性変形するため、この半田電極１１と接触子３間での摩擦作用（ワイピング作用）により酸化膜除去効果を低接触荷重で実現できる。

本発明にかかる半導体装置の検査装置は、接続電極に半田ボール電極、半田バンプ電極を備えた半導体パッケージにおいて安定した低接触抵抗を維持できる半導体ＩＣソケットの接触子として有用である。

（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態における半導体ＩＣソケットの接触子の構造の異なる例を示す正面図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態における半導体ＩＣソケットの接触子下端部の構造の異なる例を示す正面図である。 本発明の実施形態にかかる半導体ＩＣソケットの接触子と半田電極が接する直後の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態にかかる半導体ＩＣソケット接触子と半田電極の接触が完了した状態を示す説明図である。 （ａ）は従来の半導体ＩＣソケットによる検査状態を示す断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来の半導体ＩＣソケットの接触子の先端形状の異なる例を示す説明図である。 （ａ）は従来の半導体ＩＣソケットの接触子と半田電極の接触が完了した状態を示す断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。

符号の説明

１ 半導体パッケージ
２ 基板
３ 接触子
１１ 半田ボール電極
１２ ポゴピン方式の接触子
１３ 酸化膜
１４ コーン形状
１５ ニードル形状
１６ クラウン（王冠）形状
１７ 王冠状の突起
１８ 溝
１９ 横穴
２０ 針形状
２１ 半球形形状

Claims (1)

1. 接続電極に半田電極を備えた半導体装置の電気的特性試験を行うために接触子を前記半田電極に電気的に接続する半導体装置の検査装置であって、前記半田電極と前記接触子との接触点が接触動作中に移動できるように、前記接触子の先端が前記半田電極の外周側に弾性変形できる溝が前記接触子に形成されていることを特徴とする半導体装置の検査装置。

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