JP2006084252A - 半導体装置の検査装置とこの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極の配列間隔が極めて狭い半導体装置に対し精度良く接続でき、接触面積を最大化し低接触抵抗で安定した電気的接続を可能にする。
【解決手段】半導体装置５の外部電極６と検査回路基板７の電極１４間を接続する接触子（ソケット）として、金属ブロック電極２０となる母材金属を異方性導電シート１２上に導電性接着剤２１で固着する。結合力を高めるため異方性導電シート１２上に層間金属層２２を設ける。金属ブロック電極２０は外部電極６に対応したマトリックス状の配列に母材金属を研削加工する。必要に応じて隣接の金属ブロック電極２０間に弾性を有する絶縁材料２４を設ける。半導体装置５に所要の接触圧力を印加し、金属ブロック電極２０，異方性導電シート１２を介して、外部電極６と検査回路基板７の電極１４を電気的に接続する。これにより、位置精度、良好なコンタクト状態、接続面積を確保して小型化した接触子（ソケット）が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の検査装置に関するものであり、特に半導体装置と半導体試験装置の検査回路基板間に電気的導通を生じるように接続するための接触子を有する半導体装置の検査装置とその製造方法に関するものである。

近年、半導体装置として、高密度実装化に適し、電気特性の優れたパッケージとして、外部電極をマトリックス状に配置し、電極素材に半田ボールや半田バンプを使用したＢＧＡ（Ball Grid Array）やＦＢＧＡ（Fine-pitch Ball Grid Array）が製品化されている。今後は、更なる小型化への要求に対し、半導体装置の外部電極の端子ピッチが０.５ｍｍ未満のパッケージ開発も進展している。

これら、半導体装置の製造工程では、半導体装置の電気的特性を検査する際に、半導体装置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。

従来では半導体装置の外部電極と検査回路基板の電極を電気的に接続するためのコンタクト方法として、ポゴピン（バネ内蔵式接触ピン）方式、異方性導電シート方式あるいは異方性導電シートとポゴピンの一部構造を有する複合型方式の接触子が考案されている。

図５（ａ）は、従来のポゴピン方式の検査装置の一部分を示す断面図であり。図５（ｂ）は、従来のポゴピン方式の接触子を示す断面図である。ポゴピン方式の接触子は筒体１の内部にコイル状の圧縮ばね２と上部プランジャ３と下部プランジャ４が設けられ、各プランジャの先端は筒体１から外方に伸縮自在に突出している。そして圧縮ばね２の伸縮によって上部プランジャ３を半導体装置５の外部電極６に押し当てることで外部電極６が上部プランジャ３および筒体１を介して検査回路基板７に対して電気的に接続される。

また、図６および図７は、異方性導電シート方式の模式図である。異方性導電シート方式には図６に示す金属線埋設タイプと図７に示す金属粒子タイプの方式がある。

図６は金属線埋設タイプの異方性導線シートを示す断面図である。図示のごとく、シリコンゴム８に金属線９が埋設されたものであり、シリコンゴム８を上下から圧縮することで金属線９の縦方向のみ電気的接続が得られる構造である。一方、図７は金属粒子タイプの異方性導電シートの断面図である。図示のごとく、シリコンゴム８に金属粒子１０が埋設された導電ブロック部１１の部分を上下から圧縮し、縦方向のみの電気的接続が得られる構造である。

さらに、図８は複合方式の模式図である。異方性導電シート１２に直接半導体装置５の外部電極６を接触させると、磨耗や半田による汚染により接触子としての寿命が極端に短くなる。このため、異方性導電シート１２と半導体装置５の外部電極６間に金属ブロック電極１３を介することで良好な電気的接続を得ている。
特開平１１−２０２０２４号公報 特開平１１−８７００１号公報

しかしながら、このような構成の測定用検査装置では、外部電極の配列間隔が０.５ｍｍ未満のＢＧＡ形式の半導体装置に対しては適用することが困難となってきている。

ポゴピン方式においては、ポゴピンの直径が０.３５ｍｍ程度となり、従来の製造工法では性能を維持した上での小型化に限界がある、特に、半田組成の外部電極に対しては良好な電気的接続を維持できなくなってきている。

異方性導電シート方式あるいは異方性導電シートとポゴピンの一部構造を有する複合型方式においても、半導体試験装置の検査回路基板の電極の小型化、金属ブロック電極の小型化に伴い、電気的接続に寄与できる金属細線や金属粒の数が減少し、しかるに、半導体装置の外部電極と検査回路基板間の接触抵抗が増大する傾向にある。

具体的に、配列間隔が０.５ｍｍでは、金属ブロック電極の電気接続部の直径は０.３５ｍｍ程度になる。これは、金属ブロック電極を収納、位置決めする機能を有した本体ケースの材質が、ポリアミドイミド等の樹脂の場合、強度上、隣接する金属ブロック電極間の隔壁の厚みが０.０８ｍｍから０.１ｍｍ程度必要なためである。

さらに、この金属ブロック電極は半導体装置の電極の高さばらつきを吸収するために上下方向に揺動する必要があり、このため、本体ケースと金属ブロック電極の間には片側０.０２ｍｍ程度のクリアランスを設けている。このクリアランスも金属ブロック電極寸法制約の一因となっている。

また、この隙間や本体ケースの加工精度が、金属ブロック電極と異方性導電シートに対する位置ズレ，傾きを発生させ、接続状態の悪化，不安定さをもたらし、特性検査や高周波検査に支障が生じる。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、外部電極の配列間隔が極めて狭い半導体装置に対して、物理的にも精度良く接続ができ、また、接触面積を最大化できることで、低接触抵抗で安定した電気的接続を可能にする半導体装置の検査装置とこの製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載された半導体装置の検査装置は、半導体装置の外部電極と検査回路基板の電極とを電気的に接続させる接触子を、検査回路基板の電極に接する異方性導電シートと半導体装置の外部電極に接する金属ブロック電極とを導電性を有する材料にて固着し構成したことによって、電性を有する材料で異方性導電シートに金属ブロック電極を固着させることで、金属ブロック電極を位置決め機能を有する本体ケースに収納する必要がなく、金属ブロック電極と本体ケース間のクリアランスや本体ケースの加工精度に起因する金属ブロック電極と異方性導電シートに対する位置ズレや傾きがなくなり、良好な接続状態を確保でき、また、隣接する金属ブロック電極間の隔壁も物理的な保持機能が必要でなくなり金属ブロック電極の寸法も大きく取ることができ、接触面積が拡大して低接触抵抗化が実現できる。

さらに、請求項２に記載された半導体装置の検査装置は、請求項１の検査装置において、接触子の金属ブロック電極を、角柱形状としたことによって、マトリックス上に配置された円柱形状の金属ブロック電極と異方性導電シートの組み合わせにおいて発生するデッドスペースを有効活用して接触面積を拡大でき、角柱形状の１辺の寸法が円柱形状の金属ブロック電極の直径と同一寸法の場合に２７．３％の接触面積を拡大することができる。

また、請求項３に記載された検査装置の製造方法は、請求項１または２記載の半導体装置の検査装置における接触子を用いる検査装置の製造方法であって、接触子の異方性導電シート上に金属ブロック電極の母材金属を固着する工程と、母材金属を一括して金属ブロック電極形状に成形にする工程とを有する製造方法によって、半導体装置の外部電極に対応する位置に、精度良く複数個の金属ブロック電極を異方性導電シート上に配置でき、また金属ブロック電極の成形を直交する方向に加工することで角柱形状の金属電極の成形でき、金属ブロック電極と異方性導電シートとの接触面積の最大化を実現できる。

以上説明したように、本発明によれば、外部電極の配列間隔が極めて狭い半導体装置に対して、異方性導電シート上に角柱形状の金属ブロック電極を精度良く配列し接着することで、接触面積を最大化して物理的にも精度良く、低接触抵抗で安定した電気的接続を可能とすることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１における検査装置の概略構成を示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図８において説明した構成部材に対応して同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。また、本実施の形態１では半導体装置の外部電極配列間隔が０.５ｍｍとして説明するが、この寸法に限定されるものではない。

図１に示すように、半導体装置５の外部電極６に検査装置の金属ブロック電極２０が接触した状態であり、金属ブロック電極２０の半導体装置５の外部電極６に接する側の先端は外部電極形状に合わせ、最適な電気接続が得られる形状であり、この例においては、ポゴピン方式で多用されているクラウンと呼ばれる形状を有している。

本実施の形態１においては、半導体装置５の外部電極６と検査回路基板７の電極１４間を接続する接触子（ソケット）として、この金属ブロック電極２０を、ベリリューム銅等の導電性金属合金に金メッキ２３を施した材料とし、水平方向断面の１辺の寸法が０.４７ｍｍの正方形の角柱形状としている。金属ブロック電極２０は、異方性導電シート１２上に導電性を有する導電性接着剤２１で固着されている。また異方性導電シート１２と導電性接着剤２１との結合力を高めるために、異方性導電シート１２上にニッケルなどの層間金属層２２を設けてもよい。

金属ブロック電極２０は半導体装置５の外部電極６に対応して０.５ｍｍ間隔でマトリックス状に配列されている。隣接する金属ブロック電極２０を電気的に充分に絶縁することが必要な場合は、金属ブロック電極２０間にシリコンゴムのような弾性を有する絶縁材料２４を設ける。

以上の構成により、半導体装置５に所要の接触圧力を印加することで、異方性導電シート１２を介して、半導体装置５の外部電極６と半導体試験装置の検査回路基板７の電極１４を電気的に接続することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態２における検査装置の製造方法について説明する。図２（ａ），（ｂ）は母在金属（金属ブロック電極の母材となる金属材料）と異方性導電シートとの固着工程を示している。

図２に示すように、母材金属２５に均一に導電性を有する導電性接着剤２１を塗布した後、接着面にニッケル等の層間金属層２２をメッキ手法等を用いて施した後、異方性導電シート１２を接着する（図２（ｂ）参照）。母材金属２５は、異方性導電シート１２上に、メッキ手法で積層させて形成してもよい。

図３，図４は金属ブロック電極の成形工程を示している。異方性導電シート１２上の母材金属２５に６０度から９０度の先端角度を有するＶ溝加工用研削ホイール２６で半導体装置の外部電極の配列に対応した位置に、Ｖ溝を直交する２方向から研削加工を行う。これにより、外部電極の形状に適した金属ブロック電極の先端形状が形成できる（図３（ａ）参照）。すなわちクラウン形状を形成する。これは、半導体製造装置であるダイシングソーを使用すれば、Ｖ溝の位置加工精度を０.０１ｍｍ程度で実現することが可能である。

図３（ｂ）に示すように電気特性に優れた金メッキ２３などの表面処理を行う。その後、図４（ａ）に示すように 歯厚０.１ｍｍ以下の研削ホイール２７で直交する２方向から金属ブロック電極を独立させるように研削する。このとき、導電性接着剤２１および層間金属層２２も同時に研削加工することで隣接する金属ブロック電極２０を電気的に絶縁することが可能となる。

なお、研削ホイール２７以外にレーザーを用いて加工することもでき、厚みが薄い研削ブレードやレーザーを用いて加工することで、隣接する金属ブロック電極の隙間をさらに小さくすることが可能となる。また、充分な絶縁が必要な場合は図４（ｂ）に示すように、金属ブロック電極２０間にシリコンゴムのような弾性を有する絶縁材料２４を注入してもよい。

本発明に係る半導体装置の検査装置とこの製造方法は、外部電極の配列間隔が極めて狭い半導体装置に対して、異方性導電シート上に角柱形状の金属ブロック電極を精度良く配列し接着して、接触面積を最大化して物理的にも精度良く、低接触抵抗で安定した電気的接続を実現でき、半導体装置のソケット等として有用である。

本発明の実施の形態１における検査装置の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態２における金属ブロック電極の（ａ），（ｂ）は母材金属と異方性導電シートとの固着工程を示す図 本発明の実施の形態２における金属ブロック電極の（ａ）は母材金属のＶ溝加工の研削、（ｂ）は母体金属の金メッキの成形工程を示す図 本実施の形態２における金属ブロック電極の（ａ）は母材金属の角柱形状の研削、（ｂ）は金属ブロック電極間の絶縁の工程を示す図 （ａ）は従来のポゴピン方式の検査装置の断面図、（ｂ）はポゴピン方式の接触子を示す断面図 従来の検査装置の異方性導電シート方式の金属線埋設タイプを示す模式図 従来の検査装置の異方性導電シート方式の金属粒子タイプを示す模式図 従来の検査装置のポゴピン方式と異方性導電シート方式の複合方式を示す模式図

符号の説明

１ 筒体
２ 圧縮ばね
３ 上部プランジャ
４ 下部プランジャ
５ 半導体装置
６ 外部電極
７ 検査回路基板
８ シリコンゴム
９ 金属線
１０ 金属粒子
１１ 導電ブロック部
１２ 異方性導電シート
１３ 金属ブロック電極
１４ 電極
２０ 金属ブロック電極
２１ 導電性接着剤
２２ 層間金属層
２３ 金メッキ
２４ 絶縁材料
２５ 母材金属
２６ Ｖ溝加工用研削ホイール
２７ 研削ホイール

Claims (3)

1. 半導体装置の検査装置であって、前記半導体装置の外部電極と検査回路基板の電極とを電気的に接続させる接触子を、前記検査回路基板の電極に接する異方性導電シートと前記半導体装置の外部電極に接する金属ブロック電極とを導電性を有する材料にて固着して構成したことを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 前記接触子の金属ブロック電極を、角柱形状としたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の検査装置。
3. 請求項１または２記載の半導体装置の検査装置における接触子を用いる検査装置の製造方法であって、前記接触子の異方性導電シート上に金属ブロック電極の母材金属を固着する工程と、前記母材金属を一括して金属ブロック電極形状に成形にする工程とを有することを特徴とする検査装置の製造方法。

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