JP2007285939A - 半導体集積回路装置の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置に厚さばらつきがあっても安定して電気的特性を検査できるようにする。
【解決手段】半導体集積回路装置１と検査回路基板3とを電気的に接続するために用いる検査装置6に、電気絶縁部12内に導電性の接触子11を有し、接触子11の一端部が検査回路基板3のランド電極4に対向するように配置される異方性導電シート13と、接触子11の他端部に外部電極2が対向するように配置された半導体集積回路装置1を押圧して接触子11を検査回路基板3のランド電極4との間に挟み込むための押圧部材20，駆動部材21を有した荷重部10と、接触子11の両端に接続して電流または電圧を印加し接触子11の抵抗を検出する抵抗測定部15と、接触子11の抵抗値に基づいて荷重部10による半導体集積回路装置1の移動量を制御する制御部16とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路装置の検査装置および検査方法に関する。

半導体集積回路装置（以下、単に半導体装置ともいう）は、実装に先立って電気的特性を検査しており、その際には一般に、半導体装置の外部電極を検査装置（治具）を介して測定検査装置に電気的に接続している。

図３はポゴピン方式の導電性接触子を用いた検査装置を示す。図３（ａ）（ｂ）において、１は検査対象の表面実装用の半導体装置（ＢＧＡ型パッケージ）であり、一方の面に複数の外部電極２が形成されている。３は検査回路基板であり、半導体装置１の外部電極２に対応する複数のランド電極４が上面に形成されている。検査回路基板３は測定検査装置（図示せず）に接続されている。

検査装置は、複数の導電性接触子３１を電気絶縁部３２内に配列し、電気絶縁部３２の端部において枠３３に圧縮ばね３４を介して移動自在に支持したもので、導電性接触子３１が、半導体装置１の外部電極３と検査回路基板３のランド電極４との間を最短距離で電気的に接続する。半導体装置１を検査回路基板３に向けて押圧するための荷重部３５も検査装置の一部を構成する。

各導電性接触子３１は、図３（ｂ）に拡大図示したように、筒体３６の内部に、コイル状の圧縮ばね３７を挟んでプランジャ３８，３９を配置したものであり、圧縮ばね３７が両プランジャ３８，３９を筒体３６外に突出する方向へ付勢している。

検査の際には、図３（ａ）に示したように、枠３３に支持された複数の導電性接触子３１を検査回路基板３上に配置し、導電性接触子３１に外部電極２が対向するように半導体装置１を配置し、荷重部３５によって半導体装置１を押圧して導電性接触子３１を検査回路基板３との間に挟み込むことで、半導体装置１と検査回路基板３とを導電性接触子３１を介して電気的に接続させる。このときにはプランジャ３８、筒体３７、プランジャ３９が導通路となる。

その状態で、測定検査装置からの検査信号を検査回路基板３と導電性接触子３１を通じて半導体装置１の外部電極２に対して任意の時間供給し、前記検査信号に対する半導体装置１の応答信号を外部電極２から導電性接触子３１と検査回路基板３を通じて測定検査装置で受けて測定、測定結果の判別を行うことにより、半導体装置１の電気的特性を検査する。

このポゴピン方式の導電性接触子のように圧縮ばねを利用するのでなく、それ自体の持つ弾性を利用する異方性導電シートを用いた検査装置もある。かかる異方性導電シートの接触子は線材、金属粒子等の導電性粒子などで形成される。

図４に異方性導電シートを用いた検査装置を示す。図４（ａ）（ｂ）において、異方性導電シートは、シリコーンゴムを基材として金属粒子を配合してなる導電性接触子４１を、シリコーンゴム等の電気絶縁材料からなる電気絶縁部４２に複数個、半導体装置１の外部電極２及び検査回路基板３のランド電極４に対向する形に配列したもので、電気絶縁部４２の端部において枠４３に固着されている（たとえば特許文献１）。
特開平１１−２１４５９４

異方性導電シートを用いた検査装置では、導電性接触子４１は荷重されることで押し込まれて（圧縮されて）、金属粒子どうしが電気的に接続され導通可能となるのであるが、荷重不足では金属粒子どうしの接続が不十分で抵抗値が大きくなり、荷重過多ではシリコーンの弾性が無くなり、抵抗値が大きくなるだけでなく、導電性接触子４１の破壊に至る。そのため異方性導電シートには押込量が指定されており、指定された押込量（圧縮量）を基に、荷重部３５によって半導体装置１に対して一定の荷重をかけている。

しかしながら、荷重部３５によって常に一定の荷重、一定の押込量とするのでは、半導体装置１の製造過程で発生する厚さばらつきに対応することができない。厚い半導体装置の個数が多いときには、異方性導電シートに大きな圧力がかかる回数が多くなり、耐久性を損なう原因となる。薄い半導体装置の個数が多いときや、種々の厚さの半導体装置が混在するときなどには、異方性導電シートにかかる圧力がばらつき、安定した製造を行えない。

本発明は上記問題を解決するもので、半導体装置に厚さばらつきがあっても安定して電気的特性を検査できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために種々の検討を行った。図５を用いて異方性導電シートの抵抗値と押込量と耐久性との関係について説明する。
図５（ａ）において、ラインＡは、導電性接触子の押込量と抵抗値との相関を示す。押込量が増大するにしたがって、抵抗値が下がり、安定する。このため異方性導電シートは、たとえば抵抗Ｒ１、Ｒ２に対応する押込量Ａ１、Ａ２の範囲内で使用される。このような情報は異方性導電シートのメーカーから提供される。現状では、押込量Ａ１、Ａ２の範囲内の１点の押込量が検査装置に設定されている。

ラインＢは、導電性接触子の押込量と耐久性の指標としての挿抜回数との相関を示す。異方性導電シートを支持した枠に対して一定の半導体装置を挿抜して、半導体装置の外部電極を異方性導電シートの導電性接触子に接触離間させることを繰り返すという方法で、種々の押込量について、導電性接触子の接触抵抗がある規格以下、すなわち任意の抵抗値限界Ｆ以下に保たれる間の挿抜回数を調べている。

ラインＢによれば、指定された抵抗Ｒ１，Ｒ２に対応する押込量Ａ１，Ａ２の中間付近の押込量での挿抜回数が大きく、それよりも大きいか或いは小さい押込量では挿抜回数は低下し、押込量Ａ１，Ａ２間に対応する押込量範囲内で挿抜回数は最小値の２倍程度まで広がる結果となった。

このように挿抜回数、すなわち異方性導電性シート（具体的には導電性接触子）の耐久性がばらつくので、検査装置の寿命もばらつくことになり、半導体装置の電気的特性を安定して検査すること、ひいては半導体装置の安定した製造を阻害する要因となっている。

ここで、導電性接触子の押込量は、当該導電性接触子に接続させる半導体装置の厚さと同半導体装置の押圧時の移動量とで決まる。そして半導体装置の移動量は上述したように検査装置に一定値が設定されるので、導電性接触子の押込量は半導体装置の厚さに依存する。

つまり、図５（ｂ）に示すように、半導体装置の厚さがｔ１〜ｔ２（中心値ｔ０）というようにばらつくと、導電性接触子の押込量もａ１〜ａ２（ａ０はｔ０に対応する値）というようにばらつく。そして半導体装置の厚さが厚い場合に導電性接触子の押込量が過剰（押込み過ぎ）となったり、薄い場合に押込量が不足（押込み不足）となることがある。

このことを、先に図５（ａ）を用いて説明した状況と考え合わせると、図５（ｃ）のように表すことができる。半導体装置の厚さの中心値ｔ０に対応する導電性接触子の押込量ａ０を挿抜回数が最も大きい押込量Ａ０に一致させると、厚さｔ１，ｔ２に対応する押込量ａ１，ａ２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２に対応する押込量Ａ１，Ａ２の付近となる。

このことは、既述したように押込量Ａ１，Ａ２間に対応する押込量範囲内で挿抜回数は最小値の２倍程度まで広がっていることを勘案すると、半導体装置の厚さばらつきによって、挿抜回数、すなわち異方性導電性シート（具体的には導電性接触子）の耐久性が最小値の２倍程度まで広がることを意味する。

したがって、半導体装置の安定した製造のためには、半導体装置の挿抜回数がＫ以上であること、それに対応する導電性接触子の押込量Ｋ１、Ｋ２間の押込量範囲での使用が望ましい。Ｋの値は、検査対象の半導体装置の種類や用途に応じて許容される抵抗値を考慮して任意に決定することになる。半導体装置の厚さの中心値ｔ０に対応する押込量ａ０での使用がより望ましい。

そこで、少なくとも押込量Ｋ１、Ｋ２間の押込量範囲とするために、異方性導電シートの電気的特性を利用して押込量を制御する。すなわち異方性導電シートの導電性接触子に電流または電圧を印加して抵抗値をモニターし、押込量Ｋ１、Ｋ２間に対応する抵抗値ＲＫ１、ＲＫ２間に達したときに、好ましくは抵抗値ＲＫ１（＞ＲＫ２）に到達した時点で、荷重を止める。そしてその状態で半導体装置の電気特性の検査を行う。

このようにすることにより、導電性接触子に最適な荷重がかかる範囲内の抵抗にて安定して電気的検査を行うことができ、導電性接触子の耐久性も従来より向上できる。
すなわち本発明の検査装置は、半導体集積回路装置の電気的特性を検査する際に、前記半導体集積回路装置と検査回路基板とを電気的に接続するために用いられる検査装置であって、電気絶縁性材料内に導電性の接触子を有し、前記接触子の一端部が前記検査回路基板の端子電極に対向するように配置される異方性導電シートと、前記接触子の他端部に端子電極が対向するように配置された半導体集積回路装置を押圧して前記接触子を前記検査回路基板の端子電極との間に挟み込む押圧部材および前記押圧部材を固持した昇降部材を有した荷重部と、前記接触子の両端に接続して電流または電圧を印加し前記接触子の抵抗値を求める測定部とを備えていることを特徴とする。

また本発明の検査装置は、半導体集積回路装置の電気的特性を検査する際に、前記半導体集積回路装置の端子電極と検査回路基板の端子電極とを電気的に接続するために用いられる検査装置であって、前記検査回路基板の端子電極上に一端部が対向するように配置される第１の導電性の接触子と、前記第１の接触子の他端部に端子電極が対向するように配置された半導体集積回路装置を押圧して前記第１の接触子を前記検査回路基板の端子電極との間に挟み込む押圧部材および前記押圧部材を互いの間隔を変更可能に保持した昇降部材を有した荷重部と、電気絶縁性材料内に第２の導電性の接触子を有し、前記第２の接触子の両端部が前記押圧部材と昇降部材とに対向するように両部材間に配置された異方性導電シートと、前記第２の接触子の両端に接続して電流または電圧を印加し前記第２の接触子の抵抗値を求める測定部とを備えていることを特徴とする。

測定部で求められた接触子の抵抗値に基づいて荷重部による半導体集積回路装置の移動量を制御する制御部をさらに備えるのが好ましい。この制御部は、予め求められた異方性導電シートの接触子の抵抗値と圧縮量との関係を用いて、測定部で求められた接触子の抵抗値が所定値に達した時に圧縮量が適量であると判断し、荷重部による半導体集積回路装置の移動を停止するように構成するのが好都合である。

上記した検査装置を使用する際には、予め求められた異方性導電シートの接触子の抵抗値と圧縮量との関係を用いて、測定部で求められた接触子の抵抗値が所定値に達した時に圧縮量が適量であると判断し、荷重部による半導体集積回路装置の移動を停止し、その状態で前記半導体集積回路装置の電気的特性を検査することができる。

以上のように本発明の検査装置および検査方法は、半導体集積回路装置の電気的検査を行う際に、異方性導電シートの抵抗値に基づいて半導体集積回路装置の移動量を決定し制御するようにしたので、半導体修正回路装置の厚さばらつきがあっても接触子への過荷重は無くなり、前記接触子に最適な荷重がかかる範囲内の抵抗にて安定して電気的検査を行うことができる。また接触子の耐久性を従来より向上することができ、寿命までの使用回数のばらつき、低寿命を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における検査装置の断面図である。この検査装置は、半導体集積回路装置（以下半導体装置）の電気的特性を検査する際に、前記半導体装置の端子電極を測定検査装置に電気的に接続するために用いられる。図１において、先に図３，４を用いて説明したものと同様の構成を有する部材等には図３，４と同じ符号を付して説明する。
図１（ａ）（ｂ）において、検査対象の半導体装置１には、一方の面に複数の外部電極２が形成されている。検査回路基板３は、半導体装置１の外部電極２に対応する複数のランド電極４が上面に形成されており、測定検査装置５に接続されている。

検査装置６は、半導体装置１を検査回路基板３に向けて押圧するための荷重部１０と、半導体装置１の外部電極２と検査回路基板３のランド電極４とを接続するための導電性の接触子１１を電気絶縁部１２内に有した異方性導電シート１３と、各々の接触子１１の両端（電極）に配線１４により接続した抵抗測定部１５と、接触子１１の抵抗測定値に基づいて荷重部１０に指令して半導体装置１の移動量を制御する制御部１６とを備えている。

詳細には、異方性導電シート１３は、シリコーンゴム等からなる板状の電気絶縁部１２内に、シリコーンゴムを基材として金属粒子を配合してなる接触子１１（以下導電部１１という）を複数個、半導体装置１の外部電極２及び検査回路基板３のランド電極４に対向する形に配列したものであり、電気絶縁部１２の端部において固定部材たる枠１７にねじ（図示せず）等により脱離自在に取り付けられている。枠１７の開口部１８に臨んだ上端内周はテーパ面１９となっている。

荷重部１０は、検査回路基板３の上面に沿う方向の下面を有した押圧部材２０と、この押圧部材２０を、枠１７の開口部１８の上方の上限位置Ａと開口部１８内に入り込む下限位置Ｂとにわたって、検査回路基板３の上面に直交する方向に昇降させるシリンダー又はモータ等の駆動部材２１とを有している。

この検査装置６を用いて検査する際には、まず、図１（ａ）に示すように、枠１７に保持された異方性導電シート１３をその導電部１１の一端部がランド電極４に対向するように検査回路基板３の上にセットする。また半導体装置１を吸着した押圧部材２０を、上限位置Ａであって、半導体装置１の外部電極２が異方性導電シート１３の導電部１１の他端部に対向する位置に配置する。

次に、図１（ｂ）に示すように、駆動部材２１によって押圧部材２０を下限位置Ｂまで下降させることにより、押圧部材２０によって半導体装置１を押圧して枠１７の開口部１８内に収納しつつ、テーパ面１９で案内して異方性導電シート１３の上に位置決めし、半導体装置１の外部電極２と検査回路基板３のランド電極４との間に導電部１１を挟み込む。

このことにより次第に、外部電極２と導電部１１との間および導電部１１とランド電極４との間の接触面積が増え、かつ導電部１１が圧縮されて、導電経路が確立し、半導体装置１が導電部１１を介して回路検査基板３と電気的に接続される。

この間に、導電部１１の両端に抵抗測定部１５より電流あるいは電圧を印加して抵抗値を求め、制御部１６にて、先に図５を用いて説明したようにして予め決めた抵抗値に到達した時点で駆動部材２１に指令して押圧部材２０の下降を停止させる。

そして下降停止した状態で、導電部１１を圧縮した状態を保持しながら、検査装置６，検査回路基板３を通じて半導体装置１と測定検査装置５との間で電気信号を送受して、半導体装置１の電気的特性を測定する。

このようにすることにより、異方性導電シート１３（具体的には導電部１１）に最適な荷重をかけて半導体装置１の電気的特性を検査できるだけでなく、過剰な荷重がかからない異方性導電シート１３の耐久性、寿命も向上することになり、従来よりも長期にわたって安定した検査を行うことが可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における検査装置の断面図である。

この検査装置２３が実施の形態１の６と相違するのは、半導体装置１の外部電極２と検査回路基板３のランド電極４とを接続するためにポゴピン方式の導電性の接触子２４が配置されている点、半導体装置１を押圧するための荷重部１０において、押圧部材２０が駆動部材２１に対して接近離間自在に保持されている点、この押圧部材２０と駆動部材２１との間に、異方性導電シート２５が、その導電部１１の両端部が押圧部材２１と駆動部材２１とに対向するように配置されている点である。抵抗測定部１５はこの異方性導電シート２５の導電部１１の両端（電極）に接続されている。

詳細には、接触子２４は、絶縁部２６内に半導体装置１の外部電極２及び検査回路基板３のランド電極４に対向する形に複数個、配列されており、絶縁部２６の端部において固定部材たる枠２７に圧縮ばね２８を介して移動自在に支持されている。２７ａは枠２７の開口部、２７ｂは枠２７のテーパ面である。

押圧部材２０は上部外周に溝部２０ａを有し、溝部２０ａ内で摺動可能な爪部２９ａを持った筒状の吊り具２９によって駆動部材２１に吊り下げられていて、駆動部材２１に対して接近離間自在である。異方性導電シート２５は吊り具２９の内側の空間に配置されている。吊り具２９として複数のポールを用い、そのポールに異方性導電シート２５の電気絶縁部１２を取り付けてもよい。

この検査装置２３を用いて検査する際には、まず、図２（ａ）に示すように、枠２７に保持された接触子２４をその一端部がランド電極４に対向するように検査回路基板３の上にセットし、押圧部材２０を上限位置Ａに配置した状態において、半導体装置１をその外部電極２が接触子２４の他端部に対向するように配置する。

次に、図２（ｂ）に示すように、駆動部材２１によって押圧部材２０を下限位置Ｂまで下降させることにより、押圧部材２０によって半導体装置１を押圧して枠２７の開口部２７ａ内に収納しつつ、テーパ面２７ｂで案内して接触子２４に対して位置決めし、半導体装置１の外部電極２と検査回路基板３のランド電極４との間に接触子２４を挟み込む。

このことにより次第に、外部電極２と接触子２４との間および接触子２４とランド電極４との間の接触面積が増えて、導電経路が確立し、半導体装置１が接触子２４を介して回路検査基板３と電気的に接続される。

この間に、導電部１１の両端に抵抗測定部１５より電流あるいは電圧を印加して抵抗値を求め、制御部１６にて、先に図５を用いて説明したようにして予め決めた抵抗値に到達した時点で駆動部材２１に指令して押圧部材２０の下降を停止させる。

そして下降停止した状態で、接触子２４を圧縮した状態を保持しながら、検査装置２３，検査回路基板３を通じて半導体装置１と測定検査装置５との間で電気信号を送受して、半導体装置１の電気的特性を測定する。

このようにすることにより、接触子２４に最適な荷重をかけて半導体装置１の電気的特性を検査できるだけでなく、過剰な荷重がかからない接触子２４の耐久性、寿命も向上することになり、従来よりも長期にわたって安定した検査を行うことが可能となる。

実施の形態１とは異なって、異方性導電シート６を荷重部１０に設けて荷重制御を行うので、半導体装置１の外部電極２と検査回路基板３のランド電極４とを接続するための接触子２４は、上記したポゴピン方式のものの他、板ばねなど、材質・形状を問わずに使用することが可能である。いずれも、接触子ごとの最適な荷重で電気的特性の検査を行うことが可能となる。

本発明の検査装置および検査方法は、半導体集積回路装置の電気的特性を安定して検査するために有用である。

本発明の実施の形態１における検査装置の断面図 本発明の実施の形態２における検査装置の断面図 従来の検査装置の断面図 従来の他の検査装置の断面図 従来および本発明の検査装置に用いられている異方性導電シートの性質を説明する図

符号の説明

１ 半導体集積回路装置
２ 外部電極
３ 検査回路基板
４ ランド電極
５ 測定検査装置
６ 検査装置
10 荷重部
11 接触子
12 電気絶縁部
13 異方性導電シート
15 抵抗測定部
16 制御部
20 押圧部材
21 駆動部材
23 検査装置
24 接触子
25 異方性導電シート

Claims (5)

1. 半導体集積回路装置の電気的特性を検査する際に、前記半導体集積回路装置と検査回路基板とを電気的に接続するために用いられる検査装置であって、
   電気絶縁性材料内に導電性の接触子を有し、前記接触子の一端部が前記検査回路基板の端子電極に対向するように配置される異方性導電シートと、
   前記接触子の他端部に端子電極が対向するように配置された半導体集積回路装置を押圧して前記接触子を前記検査回路基板の端子電極との間に挟み込む押圧部材および前記押圧部材を固持した昇降部材を有した荷重部と、
   前記接触子の両端に接続して電流または電圧を印加し前記接触子の抵抗値を求める測定部とを備えた検査装置。
2. 半導体集積回路装置の電気的特性を検査する際に、前記半導体集積回路装置の端子電極と検査回路基板の端子電極とを電気的に接続するために用いられる検査装置であって、
   前記検査回路基板の端子電極上に一端部が対向するように配置される第１の導電性の接触子と、
   前記第１の接触子の他端部に端子電極が対向するように配置された半導体集積回路装置を押圧して前記第１の接触子を前記検査回路基板の端子電極との間に挟み込む押圧部材および前記押圧部材を互いの間隔を変更可能に保持した昇降部材を有した荷重部と、
   電気絶縁性材料内に第２の導電性の接触子を有し、前記第２の接触子の両端部が前記押圧部材と昇降部材とに対向するように両部材間に配置された異方性導電シートと、
   前記第２の接触子の両端に接続して電流または電圧を印加し前記第２の接触子の抵抗値を求める測定部とを備えた検査装置。
3. 測定部で求められた接触子の抵抗値に基づいて荷重部による半導体集積回路装置の移動量を制御する制御部をさらに備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載の検査装置。
4. 制御部は、予め求められた異方性導電シートの接触子の抵抗値と圧縮量との関係を用いて、測定部で求められた接触子の抵抗値が所定値に達した時に圧縮量が適量であると判断し、荷重部による半導体集積回路装置の移動を停止する請求項３記載の検査装置。
5. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の検査装置を使用する検査方法であって、
   予め求められた異方性導電シートの接触子の抵抗値と圧縮量との関係を用いて、測定部で求められた接触子の抵抗値が所定値に達した時に圧縮量が適量であると判断し、荷重部による半導体集積回路装置の移動を停止し、その状態で前記半導体集積回路装置の電気的特性を検査する検査方法。

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