JP2008292337A

JP2008292337A - 球状外部電極を有する半導体装置の検査方法

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Publication number: JP2008292337A
Application number: JP2007138760A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Yamazaki; 俊彦山崎
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: JP4313827B2; US7710133B2; US20080290887A1

Abstract

【課題】本発明は、バンプボールを有する半導体装置の電気的特性検査において、確実なワイピング動作とケルビンコンタクトを可能とする検査方法を提供する。
【解決手段】
本発明の球状外部電極を有する半導体装置の電気的特性の検査方法は、先端が平面でその周縁がエッジを有し、先端部の断面径が球状外部電極の半径よりも大きく、所定位置において支持板に支持されているカンチレバー型の接触子を２本一対で複数使用する。支持板あるいは半導体装置を押圧したとき、２本一対の接触子が支持される２点の中間を通る球状外部電極の中心線で分割される球状外部電極の表面のそれぞれに２本一対の接触子の各エッジが接触してケルビンコンタクトする。さらに支持板あるいは半導体装置をオーバードライブさせたとき、接触子のエッジが球状外部電極の表面を摺動してワイピングが行われることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＷＬＣＳＰ、フリップチップなどのバンプボールを有する半導体装置の電気的特性検査に関するものである。

従来より、電気的特性検査を高精度で行う方法にケルビンコンタクト法が知られている。ケルビンコンタクト法とは、一方を測定器のセンス端子、他方をフォース端子に接続させた２本の接触子を半導体装置の１つの外部電極に接触させ、接触抵抗や測定ケーブルの残留抵抗の影響をキャンセルできる極めて高精度な測定方法である。

ケルビンコンタクト法で半導体装置を検査する方法の１つにカンチレバー型の接触子を用いた検査方法が知られている。図６に従来のカンチレバー型の接触子について示す。図６に示すように、カンチレバー型の接触子１１は、梁部１１ａと探針部１１ｂからなる。接触子１１は、プローブカードなどの支持板に梁部１１ａの一端で支持される。支持板は上下方向に移動し、それに連動して探針部１１ｂが半導体装置の外部電極に接触して、半導体装置の電気的特性を測定する。特許文献１にカンチレバー型の接触子を用いたケルビンコンタクト法での検査方法が開示されている。

また、カンチレバー型の接触子は、ワイピング動作が容易であることを特徴としている。外部電極の表面には酸化膜や汚染物質が付着し、これらが介在したままでは、正しく測定が行えない。そこで測定を行うときに、電極表面の酸化膜などを除去し、無垢な金属面を露出するワイピング動作を行うことは重要である。
特開２００３−２７０２６７号公報

しかし、近年では半導体装置の高速化や大容量化など、構成が複雑化するのに伴って、外部電極に従来のリード端子や電極パッドを用いるものではなく、裏面にバンプボールを有する半導体装置（ＢＧＡやＣＳＰなど）が利用されるようになった。

従来のカンチレバーを用いた検査方法では、バンプボールを対象とした場合、様々な問題が生じる。図７は、従来のカンチレバーの球状外部電極との接触を示す図である。図７に示すように、従来のカンチレバー１１の先端はバンプボール１２に比較して非常に細く（数１００μｍのバンプボールに対して、通常先端の太さは１０〜５０μｍ程度である）、脆弱な構造だった。このため、バンプボール１２と接触するときに、図７に示すように先端Ｐが変形してしまう、またはバンプボール１２の表面を滑り落ちるなど安定した接触を得にくかった。また接触したときに、カンチレバーの先端がバンプボールに深く刺さりバンプボールを大きく傷つけてしまうことがあるなどの問題もあり、バンプボールを有する半導体装置の検査にカンチレバーを用いることは困難であった。

一般的にはバンプボールを有する半導体装置の電気的特性検査には、主にポゴピン型の接触子が用いられている。図８に一般的なポゴピンを用いた検査方法を示す。図８に示すポゴピン型の接触子は、プランジャ２６とボディ部２７からなる。ボディ部２７内にはコイルスプリング２８が配置され、プランジャ２６はコイルスプリング２８の伸縮量に応じたスプリング荷重で、バンプボール２３に接触して電気的に接続される。

しかし、図８のようなポゴピン型の接触子ではワイピングが困難なため、高精度な測定を行いにくい。さらに、プランジャ２６の測定部のくぼみ部（図８中の楕円部分）にゴミが入り込み易く、また、取り除くことも困難であった。ゴミの除去が困難であるため、接触不良等の不具合に加え、長期間使用できなかった。また、昨今の半導体装置の集積化によってバンプボールのサイズも縮小化している。ポゴピン型の接触子を２本用いてケルビンコンタクト法での測定を行おうとしても、容易に高精度な測定ができない問題がある。

そこで、本発明は、バンプボールを有する半導体装置の電気的特性検査において、確実なワイピング動作とケルビンコンタクトを可能とする検査方法を提供することを目的とする。

本発明の球状外部電極を有する半導体装置の電気的特性の検査方法は、上記の課題を解決するために、先端が平面でその周縁に弧状のエッジを有し、先端付近の断面径が球状外部電極の半径よりも大きい探針部と、支持板の所定位置に支持される梁部とを有するカンチレバー型の接触子を２本一対で複数使用する。支持板あるいは半導体装置を押圧したとき、２本一対の接触子が支持される２点の中間を通る球状外部電極の中心線で分割される球状外部電極の表面のそれぞれに２本一対の接触子の各エッジが接触してケルビンコンタクトする。さらに支持板あるいは半導体装置をオーバードライブさせたとき、接触子のエッジが球状外部電極の表面を摺動してワイピングが行われることを特徴とする。

本発明の球状外部電極を有する半導体装置の電気的特性検査方法は、確実なワイピング動作とケルビンコンタクトを実現する検査方法であり、容易に高精度な測定ができる。また、同時に頑丈且つ長寿命な接触子をも実現するものである。

本発明の球状外部電極を有する半導体装置の電気的特性検査方法は、先端が平面でその周縁に弧状のエッジを有するように研磨加工され、先端付近の探針部の断面径が球状外部電極の半径よりも大きい、カンチレバー型の接触子を複数使用する。

接触子を２本ずつ１つの球状外部電極に接触するように支持板に固定する。支持板から半導体装置方向への押圧を得て（もしくは、支持板の方向へ半導体装置を押圧）、各接触子は球状外部電極と接触し、さらにオーバードライブすると接触子のエッジがワイピング動作を行う。ワイピングによって、球状外部電極の無垢な金属面が露出し、その露出部分と接触子のエッジが電気的に接続される。

２本の接触子の一方をセンス端子、他方をフォース端子に接続し、ケルビンコンタクト法で半導体装置の電気的特性検査を行う。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。本実施例においては、バンプボール径２Ｒが３９０μｍ、バンプボールの間隔が８００μｍの半導体装置での場合について説明する。

まず、本発明の検査方法に用いる接触子について説明する。図１に本発明の検査方法に用いる接触子の側面図を示す。図１に示すように、カンチレバー型接触子１を用いる。この接触子１の形状は従来のカンチレバー型接触子の形状と大差はないが、本発明で使用する接触子１は、先端付近の探針部１ｂの断面径２ｒが球状外部電極の半径Ｒよりも大きいことを特徴としている。本実施例では、断面径２ｒを２８０μｍとする。また、その先端は平面に研磨加工されており、その周縁は弧状のエッジ４（図中の網掛け部）が形成されている。

図２から図４を参照して、本発明の検査動作を説明する。図２に本発明の接触子と球状電極との接触を示す正面図を示す。

まず、接触子１は、その梁部１ａがプローブカード等の支持板に支持されている。このとき、１つのバンプボールに対して２本ずつ接触子が接触するように位置を調整されている。その位置については後に詳しく説明する。

半導体装置２の方向へ支持板に押圧を加えると、それに伴って接触子１と半導体装置２が接近する。そのまま押圧を加えていくと、図２に示すように２本の接触子１は、エッジ４でバンプボール３の表面と接触する。なお、２本の接触子１の間隔Ｌは９０μｍ程度に設定したが、接触子１同士が接触せずにバンプボール３に接触できる間隔であれば良い。また、支持板に押圧を加えるのではなく、半導体装置に押圧を与えて、接触子１とバンプボール３を接触させても良い。

２本の接触子１のバンプボール３に接触させる位置について説明する。図３に本発明の接触子のワイピング動作及び接触の機構を示す上面図を示す。図３に示す線Ａは、２本の接触子１の支持板に支持されている２点の中間を通るバンプボール３の中心線である。中心線Ａでバンプボール３の表面を分割したとき、それぞれ異なる表面で各エッジ４が接触するように位置している。さらに、２本の接触子１は、図３に示すように平行でなく、その間に角度を持って支持される方が好ましい。

半導体方向へ支持板に押圧を加えると、２本の接触子１のエッジ４がバンプボール３に接触する。さらに、支持板にオーバードライブを加えると、接触子１の梁部１ａが撓み、各エッジ４はそれぞれの梁部１ａの長手方向に移動しようとする。バンプボール３の曲面と弧状のエッジ４の相互作用によって、エッジ４は矢印ｔのような軌跡を描きながらバンプボール３の表面を摺動する。この際、バンプボール３の表面は、接触子１のエッジ４でワイピングされる。

従って、２本の接触子１同士が接触することなく、バンプボール３の表面をワイピングしながら、バンプボール３と電気的に接続する。また、１つのバンプボール３に２本の接触子１が異なる位置にそれぞれ接触するので、２本の接触子１の一方を測定機のセンス端子、他方をフォース端子に接続すればケルビンコンタクトが可能となる。

図４に接触後のバンプボールのワイピング跡を示す。（ａ）に正面図、（ｂ）に上面図を示す。図４（ａ）に示すように、バンプボール３の表面に浅くワイピング跡５が形成される。これは、接触子１の断面径２ｒが大きいことで、接触子１の押圧が分散されるために、バンプボール３を深く傷つけることなく適正にワイピングされるためである。次に、（ｂ）に示すように上方向から確認すると、左右対称に半月形や三日月形のワイピング跡５が形成される。これは、接触子１が矢印ｔのような軌跡でバンプボール３の表面を摺動するためである。この半月形や三日月形の形状の差は、接触子１の押圧の圧力の差から生じる。

また、従来の検査方法では繰り返し検査を行ううちに、ワイピングなどで生じたゴミが接触子の間に詰まり、測定不良の原因になっていた。そこで、従来では接触子の先端を研磨等でクリーニングする必要があった。しかし、本発明の検査方法では、矢印ｔのような軌跡でワイピング動作を行うため、２本の接触子１の間の距離も変動する（図３中における左右方向に接触子１同士の間隔が変動する）。この接触子１間の変動と接触子１の先端付近が滑らかな曲面を有することから、ゴミが詰まりにくい。従って、繰り返し検査を行ってもゴミ詰まりによる測定不良が発生しにくく、研磨などの処理は接触子のエッジを再形成するときのみだけで良く、その頻度は従来よりも非常に少なくて良い。また、研磨等は接触子の寿命を縮める原因の１つであるため、本発明で使用する接触子１は従来の接触子よりも長寿命なものである。

図５に本発明の検査方法による半導体装置の検査状態の一例を示す。バンプボール３を６個有する半導体装置２を中心に放射状に、接触子１を２本ずつ１つのバンプボール３に接触できるように位置を調整しながら、支持板に１２本の接触子１を固定する。ここにおいては接触子１を１２本用いたが、接触子の本数は、電極の数、ケルビンコンタクトの必要性に応じて増減しても良い。支持板が半導体装置方向への押圧を得ると、各接触子１は前述した機構に従って、半導体装置の外側から内側の方向にワイピングしながらケルビンコンタクトする。これによって、容易に球状外部電極を有する半導体装置の精度の極めて高い電気的特性検査を実現する。

本発明の検査方法に用いる接触子の側面図である。本発明の接触子と球状外部電極の接触を示す正面図である。本発明の接触子のワイピング動作及び接触の機構を示す上面図である。図１、図２に示す接触後のバンプボールのワイピング跡を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。本発明の検査方法による半導体装置の検査状態の一例を示す図である。従来のカンチレバー型の接触子を示す図である。従来のカンチレバー型の接触子と球状外部電極との接触を示す図である。一般的なポゴピンを用いた検査方法を示す図である。

符号の説明

１、１１…カンチレバー型接触子
１ａ、１１ａ…梁部
１ｂ、１１ｂ…探針部
２、１２、２２半導体装置
３、１３、２３…バンプボール（球状外部電極）
４…エッジ
５…ワイピング跡
２６…プランジャ
２７…ボディ部
２８…コイルスプリング

Claims

裏面に球状外部電極を有する半導体装置の電気的特性の検査に適用され、２本一対の接触子の先端を１つの該球状外部電極に接触させるケルビンコンタクト法での半導体装置の検査方法において、
先端が平面でその周縁に弧状のエッジを有し、先端付近の断面径が該球状外部電極の半径よりも大きい探針部と、支持板の所定位置に支持される梁部とを有するカンチレバー型の該接触子を２本一対で複数使用し、
（ａ）該支持板あるいは該半導体装置を押圧したとき、該２本一対の接触子が支持される２点の中間を通る該球状外部電極の中心線で分割される該球状外部電極の表面のそれぞれに該２本一対の接触子の各エッジが接触し、
（ｂ）該支持板あるいは該半導体装置をオーバードライブさせたとき、該接触子の該エッジが該球状外部電極の表面を摺動してワイピングが行われる
動作を含むことを特徴とする球状外部電極を有する半導体装置の検査方法。
前記２本一対の接触子は前記梁部が互いに平行にならないように前記支持板に支持されていることを特徴とする請求項１に記載した球状外部電極を有する半導体装置の検査方法。