JP2006337159A - プリント配線基板、及び、半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スルーホールを介して、被試験デバイスと理想的な波形を送受することのできるプリント配線基板を提供する。
【解決手段】 プリント配線基板は、スルーホールから、第１の距離だけ離間して形成されている第１の配線層と、前記スルーホールから、前記第１の距離より小さい第２の距離だけ離間して形成されている第２の配線層と、前記スルーホールに挿入される接続ピンと電気的に接続するコンタクト層と、前記コンタクト層に電気的に接続している第３の配線層と、前記スルーホールから、第３の距離だけ離間して形成されている、第４の配線層と、前記スルーホールから、前記第３の距離より大きい第４の距離だけ離間して形成されている第５の配線層と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線基板及び半導体試験装置に関し、特に、複数の配線層を有するプリント配線基板、及び、そのようなプリント配線基板をバーンインボードに用いた半導体試験装置に関する。

電子部品等のデバイスの初期不良を顕在化し、初期故障品の除去を行うためのスクリーニング試験の一種であるバーンイン（Burn-In）試験を行う装置として、バーンイン装置が知られている。このバーンイン装置では、被試験デバイス（Device Under Test）である電子部品を複数実装したバーンインボードをバーンインチャンバ内に収容し、所定の電圧を印加して電気的ストレスを与えるとともに、バーンインチャンバ内の空気を加熱して所定の温度の熱ストレスを与えることにより、初期不良を顕在化させる。

このようなバーンイン装置では、数時間から数十時間に亘る長時間のバーンイン試験が行われることから、試験効率を向上させるために、複数の被試験デバイスを１枚のバーンインボードに挿入するとともに、このバーンインボードを複数毎、バーンイン装置に収納して、バーンイン試験を行うのが一般的である（例えば、特許文献１：特開平１１−９４９００号公報参照）。

バーンインボードは、通常、複数の配線層を有するプリント配線基板により構成されている。図１は、従来のプリント配線基板の構成を説明するために、プリント配線基板のスルーホールの断面を示す図である。

この図１に示すように、プリント配線基板には、複数の配線層が含まれている。例えば、図１の例では、配線層として、グランド配線層１０１０、１０１０と、信号配線層１０２０と、電源配線層１０３０、３０とが含まれている。実際にはこれより多くの配線層が含まれているが、図１では、その一部のみを例示している。

この図１に示したスルーホール１０４０は、導電性のコンタクト層１０５０を介して、信号配線層１０２０に接続されている。このため、スルーホール１０４０に挿入された接続ピンは、コンタクト層１０５０を介して信号配線層１０２０に接続され、この信号配線層１０２０を介して、被試験デバイスと信号の送受信を行う。

しかし、コンタクト層１０５０とグランド配線層１０１０、１０１０の間、及び、コンタクト層１０５０と電源配線層１０３０、１０３０との間には、静電容量が発生する。この静電容量が大きくなると信号配線層１０２０における信号波形がなまってしまい、波形の立ち上がりや立ち下がりに時間がかかるという問題が生じる。すなわち、スルーホール１０４０を介して、信号配線層１０２０から理想的な波形を送受することができなくなってしまう。
特開平１１−９４９００号公報

そこで本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、スルーホールを介して、被試験デバイスと理想的な波形を送受することのできるプリント配線基板を提供することを目的とする。また、そのようなプリント配線基板をバーンインボードに用いた半導体試験装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプリント配線基板は、
スルーホールから、第１の距離だけ離間して形成されている第１の配線層と、
前記スルーホールから、前記第１の距離より小さい第２の距離だけ離間して形成されている第２の配線層と、
前記スルーホールに挿入される接続ピンと電気的に接続するコンタクト層と、
前記コンタクト層に電気的に接続している第３の配線層と、
前記スルーホールから、第３の距離だけ離間して形成されている、第４の配線層と、
前記スルーホールから、前記第３の距離より大きい第４の距離だけ離間して形成されている第５の配線層と、
を備えることを特徴とする。

この場合、前記第３の配線層は、信号を送受するための配線層であってもよい。

また、前記第２の配線層はグランド配線層であり、前記第４の配線層は電源配線層であってもよい。

また、前記第２の距離と前記第３の距離は等しく、また、前記第１の距離と前記第４の距離は等しくなるようにしてもよい。

また、前記第２の配線層は、前記第３の配線層の第１の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線層以外の配線層であり、
前記第４の配線層は、前記第３の配線層の前記第１の面と反対側の第２の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線以外の配線層であるようにしてもよい。

この場合、前記第２の配線層と前記第４の配線層との間に、前記第３の配線層に加えて、第６の配線層をさらに、備えるようにしてもよい。

本発明に係る半導体試験装置は、
被試験デバイスが取り付けられるバーンインボードと、
前記バーンインボードを支持するためのスロットを有するバーンイン装置と、
を備える半導体試験装置であって、
前記バーンインボードを構成するプリント配線基板は、
スルーホールから、第１の距離だけ離間して形成されている第１の配線層と、
前記スルーホールから、前記第１の距離より小さい第２の距離だけ離間して形成されている第２の配線層と、
前記スルーホールに挿入される接続ピンと電気的に接続するコンタクト層と、
前記コンタクト層に電気的に接続している第３の配線層と、
前記スルーホールから、第３の距離だけ離間して形成されている、第４の配線層と、
前記スルーホールから、前記第３の距離より大きい第４の距離だけ離間して形成されている第５の配線層と、
を備えることを特徴とする。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図２は、本発明の一実施形態に係るバーンイン装置の全体的な正面図であり、図３は、図２に示したバーンイン装置の全体的な側面図である。

これら図２及び図３に示すように、本実施形態に係るバーンイン装置１０の内室であるチャンバ２０は、断熱壁等により区画されており、複数のバーンインボードＢＩＢが収納される。本実施形態の例では、バーンインボードＢＩＢを支持するためのスロット３０が、１６段２列で配置されており、合計３２枚のバーンインボードＢＩＢを、このチャンバ２０内に収納することが可能である。但し、このチャンバ２０内に収納することの可能なバーンインボードＢＩＢの枚数や、チャンバ２０内におけるバーンインボードＢＩＢの配置は、任意に変更可能である。なお、これらのバーンインボードＢＩＢとバーンイン装置１０とにより、本実施形態に係る半導体試験装置が構成されている。

また、このバーンイン装置１０には、ドア４０が設けられており、ドア４０を開状態にすることにより、バーンインボードＢＩＢをチャンバ２０から出し入れできるようになり、一方、ドア４０を閉状態にすることにより、チャンバ２０が閉空間を構成するようになる。このチャンバ２０は、例えば、単なる閉空間を構成するだけの箱でもよいし、内部空間の温度を一定に維持する機能のある恒温槽でもよいし、内部空間を除湿する機能のある箱でもよい。

図４は、本実施形態における１枚のバーンインボードＢＩＢの構成を説明する斜視図である。また、図５は、図４に示したバーンインボードＢＩＢの平面図であり、図６は、図５のバーンインボードＢＩＢの正面図（図５の矢印Ａ方向から見た図）であり、図７は、図５のバーンインボードＢＩＢの側面図（図５の矢印Ｂ方向から見た図）である。

これらの図に示すように、本実施形態においては、バーンインボードＢＩＢは、主として、１枚のメインボードＭＮＢと、このメインボードに着脱可能に取り付けられた複数のサブボードＳＢＢとを備えて構成されている。これらメインボードＭＮＢとサブボードＳＢＢは、いずれも、複数の配線層を有するプリント配線基板により構成されている。

本実施形態における例では、１枚のメインボードＭＮＢ上に、４行５列の配置でサブボードＳＢＢが取り付けられている。但し、メインボードＭＮＢ上に取り付けるサブボードＳＢＢの枚数や、メインボードＭＮＢ上におけるサブボードＳＢＢの配置は、任意に変更可能である。

ここで、図５に示すように、バーンインボードＢＩＢがスロット３０に挿入される方向を挿入方向と定義し、反対に、バーンインボードＢＩＢがスロット３０から抜去される方向を抜去方向と定義すると、メインボードＭＮＢの挿入方向側には、信号用コネクタが設けられているサブボードであるコネクタサブボードＣＳＢＢが、メインボードＭＮＢに着脱可能に取り付けられている。一方、メインボードＭＮＢの抜去方向端部には、このバーンインボードＢＩＢをオペレータがスロット３０から挿抜する際に使用するハンドル部５０が設けられている。このため、例えば、オペレータがスロット３０に挿入されているバーンインボードＢＩＢを抜去する際には、ハンドル部５０を握って抜去方向に引き抜くことにより、バーンインボードＢＩＢをチャンバ２０から引き出すことができる。

図８は、１つのサブボードＳＢＢを拡大して示す平面図であり、図９は、図８の正面図（図８の矢印Ｃ方向から見た図）であり、図１０は、図８の側面図（図８の矢印Ｄ方向から見た図）である。

これらの図から分かるように、サブボードＳＢＢの四隅には、このサブボードＳＢＢを着脱可能にメインボードＭＮＢに取り付けるための取り付け部１００が、それぞれ、設けられている。

この取り付け部１００は、ボルト１０２と、ナット１０４と、スペーサ１０６とを備えて構成されている。サブボードＳＢＢをメインボードＭＮＢに取り付ける際には、まず、サブボード基板１２０に形成されている取り付け穴１２２と、メインボードに形成されている取り付け穴１３０とを位置合わせする。そして、スペーサ１０６をサブボード基板１２０とメインボードＭＮＢとの間に挟み、ボルト１０２が取り付け穴１２２とスペーサ１０６と取り付け穴１３０とを貫通した状態でナット１０４を締め付けることにより、サブボードＳＢＢをメインボードＭＮＢに取り付けることができる。

また、サブボード基板１２０の中央部分には、ソケット１４０が設けられている。このソケット１４０には、バーンイン試験の試験対象である被試験デバイスが挿抜可能に取り付けられる。このソケット１４０は、複数のビス１５０により、サブボード基板１２０の裏面からサブボード基板１２０に取り付けられている。

このため、被試験デバイスの設計が変更されたり、異なる被試験デバイスのバーンイン試験を行うことができるようにするために、ソケット１４０は任意に異なる仕様のものに取り替えることが可能である。

一方、図９及び図１０に示すように、サブボードＳＢＢのサブボード基板１２０には、複数のオス型の接続ピン１６０が設けられており、このオス型の接続ピン１６０に対応するメインボードＭＮＢの位置には、メス型の接続シース１７０が複数設けられている。これら接続ピン１６０と接続シース１７０とにより、本実施形態における、サブボードＳＢＢとメインボードＭＮＢとの間を電気的に接続するサブボード電気接続部が構成されている。

図１１は、サブボードＳＢＢのサブボード基板１２０の平面図であり、図８に対応している図である。この図１１に示すように、プリント配線基板から構成されたサブボード基板１２０には、複数のスルーホール２００が形成されている。このスルーホール２００には、上述した接続ピン１６０が挿入され、メインボードＭＮＢとの電気的接続が確保される。

図１２は、サブボード基板１２０に形成されているスルーホール２００の断面を示す図である。このスルーホール２００には、導電性材料で形成された円筒状のコンタクト層２１０が形成されている。したがって、このコンタクト層２１０が接続ピン１６０と電気的に接続されることとなる。

サブボード基板１２０には、複数の配線層が含まれている。具体的には、本実施形態においては、２４層の配線層が含まれている。この図１１においては、２４層の配線層のうち、第４配線層２２０（４）から第１３配線層２２０（１３）までの断面を例示している。

図１３は、第６配線層２２０（６）の平面パターンを示す図であり、図１４は、第７配線層２２０（７）の平面パターンを示す図であり、図１５は、第８配線層２２０（８）の平面パターンを示す図であり、図１６は、第９配線層２２０（９）の平面パターンを示す図であり、図１７は、第１０配線層２２０（１０）の平面パターンを示す図であり、図１８は、第１１配線層２２０（１１）の平面パターンを示す図である。

これら図１３乃至図１８から分かるように、本実施形態に係るサブボード基板１２０は、複数の配線層と絶縁層とを交互に重ね合わせたプリント配線基板により形成されている。また、図１２に示したスルーホール２００は、図１３乃至図１８における２００（Ｘ）に対応する位置にあるスルーホールである。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態における第６配線層２２０（６）は、グランド配線層であり、スルーホール２００の周囲を除外するように、導電層が形成されている。スルーホール２００の周囲で導電層が形成されていない円形領域のクリアランス（直径）は、例えば２．８ｍｍである。この導電層が形成されていない円形領域のクリアランスを従来よりも大きくとることにより、スルーホール２００と第６配線層２２０（６）との間に生じる静電容量が小さくなるようにしている。

図１２及び図１４に示すように、本実施形態における第７配線層２２０（７）は、グランド配線層であり、スルーホール２００の周囲を除外するように、導電層が形成されている。スルーホール２００の周囲で導電層が形成されていない円形領域のクリアランス（直径）は、例えば２．０ｍｍである。すなわち、本実施形態においては、この第７配線層２２０（７）がスルーホール２００から離間している距離は、第６配線層２２０（６）がスルーホール２００から離間している距離よりも小さい。

図１２及び図１５に示すように、本実施形態に係る第８配線層２２０（８）は、信号配線層であり、スルーホール２００に設けられているコンタクト層２１０と電気的に接続されている。

図１２及び図１６に示すように、本実施形態に係る第９配線層２２０（９）も、信号配線層である。但し、本実施形態においては、この図１２のスルーホール２００と第９配線層２２０（９）は、電気的に接続されておらず、別のスルーホール２００と接続されている。

図１２及び図１７に示すように、本実施形態における第１０配線層２２０（１０）は、電源配線層であり、スルーホール２００の周囲を除外するように、導電層が形成されている。スルーホール２００の周囲で導電層が形成されていない円形領域のクリアランス（直径）は、例えば２．０ｍｍである。

図１２及び図１８に示すように、本実施形態における第１１配線層２２０（１１）は、電源配線層であり、スルーホール２００の周囲を除外するように、導電層が形成されている。スルーホール２００の周囲で導電層が形成されていない円形領域のクリアランス（直径）は、例えば２．８ｍｍである。すなわち、本実施形態においては、この第１１配線層２２０（１１）がスルーホール２００から離間している距離は、第１０配線層２２０（１０）がスルーホール２００から離間している距離よりも大きい。このように従来よりも大きくスルーホール２００から離間することにより、スルーホール２００と第１１配線層２２０（１１）との間に生じる静電容量が小さくなるようにしている。

なお、図１２に示した第４配線層２２０（４）、第５配線層２２０（５）、第１２配線層２２０（１２）、及び、第１３配線層２２０（１３）におけるスルーホール２００の周囲で導電層が形成されていない円形領域のクリアランス（直径）は、例えば２．８ｍｍである。つまり、これらの配線層がスルーホール２００から離間している距離は、従来よりも大きい。

以上のように、本実施形態に係るサブボード基板１２０であるプリント配線基板によれば、スルーホール２００と、このスルーホール２００と電気的に接続しない配線層のクリアランス（直径）を従来よりも大きく設定したので、スルーホール２００と配線層との間に生じる静電容量を小さく抑えることができる。特に、１枚のプリント配線基板をより多層にすればするほど、スルーホール２００と配線層との間の静電容量が増大するが、本実施形態のように、スルーホール２００と配線層２２０との間の距離を大きく確保することにより、この静電容量の増大を抑止することができる。

このため、信号配線層である第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）を介して、立ち下がり時間及び立ち上がり時間の短い信号波形を送受することができる。図１９は、本実施形態に係る第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）で送受される信号波形を、従来の信号波形と比較するグラフである。この図１９から分かるように、本実施形態の信号波形（実線）の方が、従来の信号波形（波線）より、立ち上がり時間も立ち下がり時間も短くなり、理想波形により近い信号の送受が可能となる。

また、本実施形態に係るプリント配線基板によれば、信号配線層である第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）の上面側で、これら第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）に最も近接している信号配線以外の配線層である第７配線層２００（７）と、信号配線層である第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）の下面側で、これら第８配線層２２０（８）及び第９配線層２２０（９）に最も近接している信号配線以外の配線層である第１０配線層２００（１０）のクリアランスを、他の配線層と比べて小さくしたので、信号配線のインピーダンスマッチングをとることができ、信号配線層で送受される信号の反射を防止することができる。

なお、ここではサブボードＳＢＢのサブボード基板１２０の構成を説明したが、本実施形態に係るメインボードＭＮＢもサブボード基板１２０と同様の構成である。すなわち、メインボードＭＮＢも、サブボードＳＢＢと同様の構成である複数の配線層を含んで形成されている。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず種々に変形可能である。例えば、上述した実施形態では、グランド配線層である第７配線層２２０（７）と、電源配線層である第１０配線層２２０（１０）との間に、２つの信号配線層２２０（８）、２２０（９）を設けたが、この信号配線層は１つでもよい。

また、上述した実施形態では、スルーホール２００から第７配線層２２０（７）が離間している距離と、スルーホール２００から第１０配線層２２０（１０）が離間している距離を等しくしたが、これらは必ずしも等しくなくともよい。同様に、上述した実施形態では、スルーホール２００から第６配線層２２０（６）が離間している距離と、スルーホール２００から第１１配線層２２０（１１）が離間している距離を等しくしたが、これらは必ずしも等しくなくともよい。すなわち、本発明においては、第６配線層２２０（６）が、第７配線層２２０（７）よりも、スルーホール２００から離間していればよく、第１１配線層２２０（１１）が、第１０配線層２２０（１０）よりも、スルーホール２００から離間していればよい。

従来のプリント配線基板の構成を説明する断面図。 本発明の一実施形態に係るバーンイン装置の全体構成を説明するための正面図。 図２に示したバーンイン装置の側面図。 本発明の一実施形態に係るバーンインボードの構成を説明するための斜視図。 図４に示したバーンインボードの平面図。 図５に示したバーンインボードの正面図。 図５に示したバーンインボードの側面図。 図５のバーンインボードに設けられているサブボードを拡大して示す平面図。 図８に示したサブボードの正面図。 図８に示したサブボードの側面図。 サブボードを構成するプリント配線基板の平面図。 プリント配線基板のスルーホール部分の拡大断面図。 プリント配線基板における第６配線層（グランド配線層）の平面レイアウト図。 プリント配線基板における第７配線層（グランド配線層）の平面レイアウト図。 プリント配線基板における第８配線層（信号配線層）の平面レイアウト図。 プリント配線基板における第９配線層（信号配線層）の平面レイアウト図。 プリント配線基板における第１０配線層（電源配線層）の平面レイアウト図。 プリント配線基板における第１１配線層（電源配線層）の平面レイアウト図。 本実施形態に係る信号配線層で送受される信号波形と、従来の信号波形とを比較して示す図。

符号の説明

１０ バーンイン装置
２０ チャンバ
３０ スロット
４０ ドア
５０ ハンドル部
１００ 取り付け部
１０２ ボルト
１０４ ナット
１０６ スペーサ
１２０ サブボード基板
１４０ ソケット
１６０ 接続ピン
１７０ 接続シース
２００ スルーホール
２１０ コンタクト層
２２０（４）〜２２０（１３） 配線層

Claims (12)

1. スルーホールから、第１の距離だけ離間して形成されている第１の配線層と、
   前記スルーホールから、前記第１の距離より小さい第２の距離だけ離間して形成されている第２の配線層と、
   前記スルーホールに挿入される接続ピンと電気的に接続するコンタクト層と、
   前記コンタクト層に電気的に接続している第３の配線層と、
   前記スルーホールから、第３の距離だけ離間して形成されている、第４の配線層と、
   前記スルーホールから、前記第３の距離より大きい第４の距離だけ離間して形成されている第５の配線層と、
   を備えることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記第３の配線層は、信号を送受するための配線層である、ことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記第２の配線層はグランド配線層であり、前記第４の配線層は電源配線層である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 前記第２の距離と前記第３の距離は等しく、また、前記第１の距離と前記第４の距離は等しい、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプリント配線基板。
5. 前記第２の配線層は、前記第３の配線層の第１の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線層以外の配線層であり、
   前記第４の配線層は、前記第３の配線層の前記第１の面と反対側の第２の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線以外の配線層である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプリント配線基板。
6. 前記第２の配線層と前記第４の配線層との間に、前記第３の配線層に加えて、第６の配線層をさらに、備えることを特徴とする請求項５に記載のプリント配線基板。
7. 被試験デバイスが取り付けられるバーンインボードと、
   前記バーンインボードを支持するためのスロットを有するバーンイン装置と、
   を備える半導体試験装置であって、
   前記バーンインボードを構成するプリント配線基板は、
   スルーホールから、第１の距離だけ離間して形成されている第１の配線層と、
   前記スルーホールから、前記第１の距離より小さい第２の距離だけ離間して形成されている第２の配線層と、
   前記スルーホールに挿入される接続ピンと電気的に接続するコンタクト層と、
   前記コンタクト層に電気的に接続している第３の配線層と、
   前記スルーホールから、第３の距離だけ離間して形成されている、第４の配線層と、
   前記スルーホールから、前記第３の距離より大きい第４の距離だけ離間して形成されている第５の配線層と、
   を備えることを特徴とする半導体試験装置。
8. 前記第３の配線層は、信号を送受するための配線層である、ことを特徴とする請求項７に記載の半導体試験装置。
9. 前記第２の配線層はグランド配線層であり、前記第４の配線層は電源配線層である、ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の半導体試験装置。
10. 前記第２の距離と前記第３の距離は等しく、また、前記第１の距離と前記第４の距離は等しい、ことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の半導体試験装置。
11. 前記第２の配線層は、前記第３の配線層の第１の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線層以外の配線層であり、
    前記第４の配線層は、前記第３の配線層の前記第１の面と反対側の第２の面側で、前記第３の配線層に最も近接している信号配線以外の配線層である、
    ことを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体試験装置。
12. 前記第２の配線層と前記第４の配線層との間に、前記第３の配線層に加えて、第６の配線層をさらに、備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体試験装置。

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