JP2008175572A - 測定用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ長寿命でしかも測定精度の信頼性がある測定用プローブを提供すること。
【解決手段】内部に半導体チップを収納したパッケージの底面に前記半導体チップの端子と導通する複数の金属ボールを配置してなるＢＧＡ型半導体装置６に使用する測定用プローブ１であって、各金属ボール５に当接するプローブエレメント４を、金属ボール５との当接方向で弾性を有する板金で構成すると共に、前記板金製プローブエレメント４の先端側縁を前記金属ボール５に当接させるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、パッケージの底面に複数の金属ボールを配置してなるＢＧＡ型半導体装置に好適な測定用プローブに関するものである。

半導体を収納し、外部環境から半導体を保護し、ＦＰＣ（flexible print circuit）などからなる配線基板に実装するために、半導体パッケージ（以下、「パッケージ」ともいう。）が使用される。広く使用されるパッケージには、ＰＧＡ（pin grid array）パッケージ、ＢＧＡ（ball grid array）パッケージおよびＬＧＡ（land grid array）パッケージなどがある。配線基板との接触端子がＰＧＡパッケージではピンであり、ＢＧＡパッケージではハンダボールであり、またＬＧＡパッケージでは平板状のランド端子である。

ＢＧＡパッケージは、樹脂、セラミックスなどの絶縁材料からなる方形状のパッケージの中に半導体チップを封入し、パッケージａの底面に接触端子としてハンダボールをグリッド（格子）状に設けて構成する。ハンダボールは、パッケージ内部において半導体チップの電極と電気的に接続する（特許文献１参照）。

半導体チップの試験のため、ハンダボールにプローブを当接させて電気特性を試験する場合がある。この試験に使用するプローブとしてはポゴピンが一般的である。ポゴピンはガイド孔にプローブ用の細いピンを挿入し、このピンをばねにて一方向に附勢したものである。一つのハンダボールに対して複数のポゴピンをばねの附勢力にて同時に当接させて各ピンとハンダボールとの間で導通をとるようにしている。
特開平１０−２３３４６４号公報 米国特許第６，２９３，８１４号公報 米国特許第５，５６５，７８７号公報 米国特許第６，０６９，４８０号公報

ポゴピンはガイド孔に収納されているためピンが出入りする度にガイド孔との間で摩擦が発生し、この摩擦による応力が負荷となってピンが短寿命となる傾向がある。また、近年、ＢＧＡパッケージの小型化に伴いハンダボールの配置領域が非常に狭くなってきている。このように狭い領域にポゴピンを高密に配設する関係でポゴピンは益々細径化の必要性に迫られている。しかしながら、細径化はポゴピンの耐久性と相反する。ポゴピンの細径化と長寿命を両立させるためにはその材質の選択が課題になるが、コストとの関係で材質選択の自由度はかなり限定される。さらに、ポゴピンが細くなるとその横撓み量が大きくなり、ハンダボールに対する当接状態が不安定となることから接触抵抗も不安定化する。このため測定精度の信頼性が大きく低下する結果となっていた。

本発明の目的は、低コストかつ長寿命でしかも測定精度の信頼性が高い測定用プローブを提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、内部に半導体チップを収納したパッケージの底面に前記半導体チップの端子と導通する複数の金属ボールを配置してなるＢＧＡ型半導体装置に使用する測定用プローブであって、各金属ボールに当接するプローブエレメントを、金属ボールとの当接方向で弾性を有する板金で構成すると共に、前記板金製プローブエレメントの先端側縁を前記金属ボールに当接させるようにしたことを特徴とする。

測定用プローブのプローブエレメントを板金で構成したことにより、ポゴピンに比べてプローブの耐久性が飛躍的に向上する。また、板金製プローブエレメントは金属ボールとの当接方向で弾性を有するが、金属ボールとの当接方向と直交する方向では撓まないため金属ボールとの当接状態が安定し測定精度の信頼性が高まる。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、一つの金属ボールに対して一対の板金製プローブエレメントを当接させることでケルビンコンタクトを構成したことを特徴とする。

ケルビンコンタクトを構成することにより、劣化した電気的接続において測定結果の補正が可能となる。なお、種々のタイプのケルビンコンタクト測定システムは、特許文献２〜４の３つの特許に示されている。

請求項３に係る発明は、請求項１の発明において、複数の板金製プローブエレメントを金属ボールの配置領域に対応するように環状に配設すると共に、各プローブエレメントの外周側基端部を支持部材で支持したことを特徴とする。

測定用プローブを複数の金属ボールを有するＢＧＡ型半導体装置に容易に対応させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３の発明において、板金製プローブエレメントの先端形状を先鋭Ｖ字状としたことを特徴とする。

プローブエレメントの先端形状を先鋭Ｖ字状とするとにより、ハンダボールの高密度配置に対応可能となる。

請求項５に係る発明は、請求項４の発明において、板金製プローブエレメントの先端側縁を鋭角としたことを特徴とする。

プローブエレメントの先端側縁を鋭角とすることにより、ハンダボールの酸化被膜を破りやすくなって測定結果の信頼性が向上する。

請求項６に係る発明は、請求項３の発明において、環状に配設した板金製プローブエレメントの中央空所に臨んでエアブロー用のノズルを配設したことを特徴とする。

ハンダボールやプローブエレメントに付着した異物を吹き飛ばすことにより、測定用プローブの測定精度の信頼性が向上する。

本発明によれば、プローブエレメントを板金製にしたため測定用プローブを低コストで長寿命にすることができる。

また、板金製プローブエレメントは金属ボールとの当接方向で弾性を有するが、金属ボールとの当接方向と直交する方向では撓まないため金属ボールとの当接状態が安定し測定精度の信頼性が高まる。

以下に本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。図１に示すように、本発明の測定用プローブ１は所定厚で方形板状の支持部材２を有する。この支持部材２は金属やプラスチックなどの適当な材料で構成する。支持部材２の中央に円形の貫通孔３が形成され、この貫通孔３の内周面に複数枚のプローブエレメント４が固定される。図示の実施形態では、ハンダボール５を４個有するＢＧＡ型半導体装置６用として８枚のプローブエレメント４が貫通孔の内周面に固定される。なお、金属製の支持部材２を使用する場合はプローブエレメント４との間に絶縁材を介在させる。

隣り合うプローブエレメント４間には絶縁のために僅かな隙間が形成される。各プローブエレメント４は、導電性を有し適度の弾性を備えた金属、例えば燐青銅やベリリウム銅などの銅合金によって板状に成形される。ここでは各プローブエレメント４がほぼ二等辺三角形状に成形され、プローブエレメント４の短辺の基端側が支持部材２に固定される。プローブエレメント４の基端側は図示しない測定装置に配線される。

プローブエレメント４の先端側は貫通孔３の中央に向かって延在する。貫通孔３の中央はプローブエレメント４がない中央空所７とされる。プローブエレメント４の先端側縁４ａは、図３のように、ハンダボール５との当接時にハンダボール５に食い込みやすくしてハンダボール５の表面の酸化被膜を破りやすくするために、鋭角すなわちナイフエッジ状にするとよい。プローブエレメント４の先端側縁４ａが直角のままでも酸化被膜を破ることは可能であるが、より確実に参加被膜を破るためには先端側縁４ａを鋭角にするのが望ましい。

次に、図４と図５を参照して測定用プローブ１の使用法について説明する。同図に示すように、バキュームノズルなどの適当な吸着ハンドリング手段を用いてＢＧＡ型半導体装置６を水平移動させ、測定用プローブ１の中央部の上方すなわち貫通孔３の中心の上方に移動させる。次にこのＢＧＡ型半導体装置６を測定用プローブ１に向かって垂直に下降させる。

ＢＧＡ型半導体装置６の各ハンダボール５が測定用プローブ１の各プローブエレメント４に当接した状態で測定用プローブ１による測定を開始する。この際、各ハンダボール５は一対のプローブエレメント４に対して跨った状態で当接するようにする。プローブエレメント４の先端はやや下方に弾性変形してハンダボール５との間に所定の当接圧を生じさせる。

なお、ハンダボール５の中心は必ずしも一対のプローブエレメント４の中間に正確に位置決めする必要はない。図３のようにハンダボール５の頂部付近はほぼ水平に近くなっているので、プローブエレメント４の相互間隙間が例えばハンダボール５の半径を超えるような過大な隙間にならない限り、プローブエレメント４がハンダボール５に常に安定的に当接する。このため、ハンダボール５のある程度の位置ズレは測定誤差にならない。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施形態ではハンダボール４個のＢＧＡ型半導体装置に使用する測定用プローブについて説明したが、ハンダボール６個のＢＧＡ型半導体装置に使用する測定用プローブにも本発明を適用することが可能である。

この場合、１２枚のプローブエレメントを図１の支持部材２の貫通孔３の内周面に固定する。同様に、８個以上のハンダボールを有するＢＧＡ型半導体装置や、逆に３個以下のハンダボールを有するＢＧＡ型半導体装置に使用する測定用プローブにも本発明を同様に適用可能である。

また、プローブエレメントの形状は前記実施形態では三角形状としたが、プローブエレメントの形状は例えば先端を斜めに切り落として尖らせた短冊状も可能であり、必ずしも三角形状に限定されるものではない。

さらに、図５に示すように、測定用プローブの中央空所７に臨んで上向きにエアブロー用のノズル８を配設してもよい。従来のポゴピンは、ＢＧＡ型半導体装置のパッケージに対して垂直に密に配設する関係上、エアブローノズルをパッケージの中心に向けて配設することがポゴピンとのスペース的な干渉のために困難であった。

本発明はプローブエレメント４をＢＧＡ型半導体装置６のパッケージに対して垂直ではなく平行に配設し、しかも環状に配設したプローブエレメント４の中央に中央空所７を形成することができる。従って、この中央空所７に向けてノズル８を配置してエアブローすることにより、ハンダボール５やプローブエレメント４に付着した異物を吹き飛ばすことができ、測定用プローブ１の測定精度の信頼性をさらに向上させることができる。また、エアブローノズル８を配設する代わりにプローブエレメント４の下側領域を真空引きし、中央空所７やプローブエレメント４の相互間隙間７ａを通して異物を吸引除去するようにしても、エアブローノズル８の場合と同様に、測定用プローブ１の測定精度の信頼性を向上させることができる。

測定用プローブの平面図。 図１測定用プローブのＩＩ−ＩＩ線矢視断面図。 プローブエレメントの先端部の断面図。 ＢＧＡ型半導体装置を測定用プローブで測定する時の平面図。 図４測定用プローブのＶ−Ｖ線矢視断面図。

符号の説明

１ 測定用プローブ
２ 支持部材
３ 貫通孔
４ プローブエレメント
４ａ 先端側縁
５ ハンダボール
６ ＢＧＡ型半導体装置
７ 中央空所
７ａ プローブエレメント相互間隙間
８ エアブローノズル

Claims (6)

1. 内部に半導体チップを収納したパッケージの底面に前記半導体チップの端子と導通する複数の金属ボールを配置してなるＢＧＡ型半導体装置に使用する測定用プローブであって、各金属ボールに当接するプローブエレメントを、金属ボールとの当接方向で弾性を有する板金で構成すると共に、前記板金製プローブエレメントの先端側縁を前記金属ボールに当接させるようにしたことを特徴とする測定用プローブ。
2. 一つの金属ボールに対して一対の板金製プローブエレメントを当接させることでケルビンコンタクトを構成したことを特徴とする請求項１の測定用プローブ。
3. 複数の板金製プローブエレメントを金属ボールの配置領域に対応するように環状に配設すると共に、各プローブエレメントの外周側基端部を支持部材で支持したことを特徴とする請求項１の測定用プローブ。
4. 板金製プローブエレメントの先端形状を先鋭Ｖ字状としたことを特徴とする請求項３の測定用プローブ。
5. 板金製プローブエレメントの先端側縁を鋭角としたことを特徴とする請求項４の測定用プローブ。
6. 環状に配設した板金製プローブエレメントの中央空所に臨んでエアブロー用のノズルを配設したことを特徴とする請求項３の測定用プローブ。

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