JP2009252846A - 半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法 - Google Patents

半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】軽微な割れ欠けおよび内在する割れ欠けを検出する半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体集積回路は、導電体パターン2が外縁に沿って配置されている半導体集積回路1であって、抵抗成分を有する発熱部14,15,16,17が設けられている。この発熱部14,15,16,17が発熱させることにより、半導体集積回路1における、軽微な割れ欠けおよび内在する割れ欠けを検出することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法に関し、特に、割れ欠けなどの欠陥を検出する半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法に関する。
近年の半導体集積回路は、半導体集積回路が搭載される製品の小型化、薄型化にともない、半導体集積回路のパッケージも小型化、薄型化している。特に携帯電話などに使用される半導体集積回路は小型化、薄型化し、ウエハ状態で樹脂封入されるウエハレベルチップサイズパッケージ(以下、「WLCSP」と称する)に代表されるように、薄さ数十ミクロンの状態までパッケージが研磨される場合がある。半導体集積回路のパッケージの研磨時や研磨後の取り扱いにより、半導体集積回路に衝撃が与えられる。この衝撃のために半導体集積回路が割れたり、欠けたりするケースが増加してきた。
割れたり、欠けたりした半導体集積回路を検出するために、特許文献1に記載の以下のような方法が考案されている。この方法は、図8に示すように半導体集積回路111の表面上には外縁に沿って、両端部がそれぞれ接続されていない半導体集積回路の割れ欠け検出用の導電体パターン(GP配線)112が配置されている。導電体パターン112の先端部には、針あて測定用パッド113が電気的に接続されている。針あて測定用パッド113から導電体パターン112の抵抗値を測定することによって、半導体集積回路111の割れ、欠け等を検出することができる。
また、特許文献2には、以下のような方法が開示されている。
この方法に用いる半導体集積回路114は、図9に示すように、配線115、検出信号発生回路116、イネーブル信号発生回路117、パッドPi118、入力バッファ119、信号処理回路120、出力バッファ121、およびパッドPo122を備えている。
検出信号発生回路116は、配線115を介してイネーブル信号発生回路117に接続されている。入力バッファ119および出力バッファ121は、イネーブル信号発生回路117に接続されている。入力バッファ119は、パッドPi118に接続され、パッドPi118は、外部入力ピンに接続されている。出力バッファ121は、パッドPo122に接続され、パッドPo122は外部出力ピンに接続されている。
入力バッファ119は、外部入力ピンおよびパッドPi118を介して外部からの外部入力信号ESiを受ける。入力バッファ119は、イネーブル信号発生回路117からHレベルのイネーブル信号を受けると、外部入力信号に基づいて内部信号ISIを発生する。一方、Lレベルのイネーブル信号を受けるとき、入力バッファ119の動作を停止する(つまり、内部信号を発生しない)。
出力バッファ121は、イネーブル信号発生回路117からHレベルのイネーブル信号を受けると、信号処理回路120から受けた内部信号ISoに基づき外部入力信号を生成し、パッドPoおよび外部出力ピンへ出力する。一方、出力バッファ121は、イネーブル信号発生回路117からLレベルのイネーブル信号を受けると、動作を停止する。検出信号発生回路116は、配線115へ検出信号ZENFを出力する。
半導体集積回路に図9のA0−A1に割れ欠けがあった場合、検出信号ZENFは、A0−A1の部分を流れることができず、イネーブル信号発生回路117へ供給されない。検出信号ZENFがイネーブル信号発生回路117へ供給されないとき、イネーブル信号発生回路117は、Lレベルのイネーブル信号ENを発生する。入力バッファ119および出力バッファ121は、Lレベルのイネーブル信号ENを受けると、内部信号および外部信号の発生を停止する。
上記のように、半導体集積回路に割れ欠けがある場合に、半導体集積回路の入力および出力動作が停止するような回路となっている。そのため、半導体集積回路の入力および出力動作が停止した場合に、その半導体集積回路を不良と判定することができる。
特開平6−244254号公報(平成6年9月2日 公開) 特開2000−31230号公報(平成12年1月28日 公開)
特許文献1では半導体集積回路の割れ欠けが軽微(中途半端)であった場合、半導体集積回路に割れ欠けが内在する場合に、導電体パターンの抵抗値に変化が少なく、不良品の検出が難しいという問題があった。
特許文献2では、半導体集積回路に電流が流れてしまうような軽微(中途半端)な割れ欠け、半導体集積回路に内在する割れ欠けでは、不良品の検出が難しいという問題があった。
そのため、このような半導体集積回路は、テスト(検査)において良品と判断され、そのまま出荷される。この場合、出荷後に、ユーザーが最終製品に実装する工程において熱ストレスおよび衝撃が進行し、不具合が難しいという問題があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽微な割れ欠けおよび内在する割れ欠けを検出する半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の半導体集積回路は、導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路であって、抵抗成分を有する発熱部が設けられていることを特徴としている。
また、上記課題を解決するために、本発明の半導体集積回路の検査方法は、導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路の検査方法であって、抵抗成分を有する発熱部を発熱させることを特徴としている。
導電部は、半導体集積回路の外縁に沿って設けられており、内部に電流を流し、発生する抵抗値が所定の範囲内かどうかを検出する。導電部は、上記抵抗値が所定の範囲内で無い場合には、半導体集積回路が不良品(割れ欠けがある)と判断する。
ここで、上記構成の発熱体は、抵抗成分を有しているため、電気的に発熱させることができる。上記構成によれば、抵抗成分を有する発熱部が設けられている。この発熱部を発熱させることにより、発熱体付近が加熱され、発熱体付近と発熱体から離れた位置とで温度差が生じる。この温度差によって、半導体集積回路に内在する歪(割れ欠け)を顕在化させることができる。
また、本発明の半導体集積回路では、上記発熱部は、複数設けられていることが好ましい。上記構成によれば、より多くの箇所における歪を顕在化させることができる。
また、本発明の半導体集積回路では、上記各発熱部に電流を流して上記各発熱部を発熱させる電源端子と、上記電源端子と上記各発熱部との間に上記発熱部毎に設けられ、上記電源端子と上記各発熱体との導通または非導通を切り替えるスイッチと、を備えていることが好ましい。
電源端子は、発熱部に流す電流を供給する。上記構成によれば、この電源端子と発熱部との間には、それぞれの発熱体と電源端子との導通または非導通を切り替えるスイッチを備えている。そのため、各発熱体を発熱させるかどうかを自由にコントロールすることができる。
また、本発明の半導体集積回路では、上記発熱部は、半導体集積回路自身に内蔵されていることが好ましい。上記構成によれば、発熱部は、内蔵されているため、半導体集積回路の面積の増大を防止することができる。
また、本発明の半導体集積回路では、上記発熱部は、ウエハレベルチップサイズパッケージの再配線層に設けられていることが好ましい。
ここで、ウエハレベルチップサイズパッケージとは、ウエハ状態で樹脂封入されるものである。再配線層とは、ウエハレベルチップサイズパッケージの基板上に形成されている半導体集積回路パッドと、端子として設けられた半田ボールとをつなぐために、半導体集積回路の上面に形成された配線部のことである。
ウエハレベルチップサイズパッケージの再配線層には、複数の半田ボールが設けられている。この半田ボールを発熱体を制御するための端子として用いることによって、全体の平面形状の面積を小さくすることができる。
また、本発明の半導体集積回路の検査方法では、上記発熱部は、複数設けられており、
上記各発熱部の発熱を互いに独立して行うことが好ましい。
以上のように、本発明の半導体集積回路は、導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路であって、抵抗成分を有する発熱部が設けられている。また、本発明の半導体集積回路の検査方法は、導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路の検査方法であって、抵抗成分を有する発熱部を発熱させる。
したがって、軽微な割れ欠けおよび内在する割れ欠けを検出する半導体集積回路および半導体集積回路の検査方法を提供することができる。
図2は、本発明の一実施の形態の半導体集積回路(チップ)の概略構成を示す模式図である。半導体集積回路1は、導電体パターン2と、導体パターン2の両端に配置され互いに離間した第1の端子3,4と、コントロール回路5と、コントロール回路5に接続された第2の端子19〜22と、発熱体14〜17と、第1の配線23〜26と、電源端子18と、電源端子18とコントロール回路5とを接続する第2の配線27と、コントロール回路5とそれぞれの発熱体14〜17とを接続する第3の配線6〜9と、を備えている。
導電体パターン2は、半導体集積回路1上の外縁に沿って(周囲に)配置されている。導電体パターン2は、半導体集積回路1の割れ欠け検出用の配線である。端子3,4は導電体パターン2の抵抗値を測定するものである。端子3,4は、測定した抵抗値が予め定めた範囲外である場合に、半導体集積回路1に割れ欠けがある場合と判定する。
コントロール回路5は、あくまで一例であるが、半導体集積回路1のほぼ中央に配置されている。発熱体14〜17は、それぞれ半導体集積回路の平面を4分割したそれぞれの領域に一つずつ配置されている。
発熱体14〜17は、電気的に発熱されるものである。つまり、発熱体14〜17は、抵抗成分を持っている。ここでは、発熱体14〜17は、半導体集積回路の内部に設けられているため、発熱体14〜17は、ポリシリコンまたはゲートポリシリコンなどの抵抗成分を有する材料で作られている。発熱体14〜17は、それぞれ、配線6〜8を介してコントロール回路5に接続されている。電源端子18は、配線27を介してコントロール回路5に接続されており、発熱体14〜17へ電源を供給するための端子である。コントロール回路5は、発熱体14〜17を個別に発熱させる。つまり、コントロール回路5は、いずれの発熱体を発熱させるかをコントロールする。
次に図3を用いてコントロール回路の内部構成を説明する。コントロール回路5は、スイッチングトランジスタ41〜44およびGND(アース端子)45〜48を備えている。さらに、配線6は、発熱体14の一端に接続された配線71と発熱体14の他端に接続された配線72とから構成されている。同様に、配線7は、発熱体15の一端に接続された配線73と発熱体15の他端に接続された配線74とから構成されている。配線8は、発熱体16の一端に接続された配線75と発熱体16の他端に接続された配線76とから構成されている。配線9は、発熱体17の一端に接続された配線77と発熱体17の他端に接続された配線78とから構成されている。
スイッチングトランジスタ41のドレイン端子は配線27を介して電源端子18に、ゲート端子は配線23を介して端子19に、ソース端子は配線71を介して発熱体14の一端にそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタ42のドレイン端子は配線27を介して電源端子18に、ゲート端子は配線24を介して端子20に、ソース端子は配線74を介して発熱体15の一端にそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタ43のドレイン端子は配線27を介して電源端子18に、ゲート端子は配線25を介して端子21に、ソース端子は配線75を介して発熱体16の一端にそれぞれ接続されている。
スイッチングトランジスタ44のドレイン端子は配線27を介して電源端子18に、ゲート端子は配線26を介して端子22に、ソース端子は配線78を介して発熱体17の一端にそれぞれ接続されている。
GND(アース端子)45は配線72を介して発熱体14の他端に接続されている。同様にGND(アース端子)46〜48は配線73,76,77を介して発熱体15〜17の他端にそれぞれ接続されている。
端子19〜22は、図2に示すように、配線23〜26を介してコントロール回路5に接続されている。これらの端子19〜22は、発熱体14〜17に対応しており、コントロール回路5がいずれの発熱体を発熱させるかを選択するための信号をコントロール回路5のスイッチングトランジスタ41〜44へ供給する。
端子19〜22は、スイッチングトランジスタ41〜44のON/OFFをコントロールする。端子19にHIGHレベルの電圧が印加されるとスイッチングトランジスタ41がONし、発熱体14に電流が流れて発熱体14が発熱させる。
同様に端子20〜22にHIGHレベルの電圧が印加されるとスイッチングトランジスタ42〜44がONし、発熱体15〜17に電流が流れて発熱体15〜17が発熱させる。このように本実施の形態では、発熱体15〜17と電源端子18との間に、それぞれの発熱体15〜17に対応したスイッチングトランジスタ41〜44を設け、これらのスイッチングトランジスタ41〜44のON/OFFを独立して制御することにより、各発熱体41〜44の発熱を独立して制御している。そのため、一つの発熱体だけを発熱させること、二つの発熱体を発熱させること、三つの発熱体を発熱させることおよび全ての発熱体を発熱させることが可能となる。
それぞれの端子は、樹脂封入された場合には、パッケージの端子として外に出され、外部より信号の印加および測定が可能になる。
もう少し具体的に説明する。図1に示す半導体集積回路の構成は、図2に示す半導体集積回路の構成と、同様である。この図1に示す半導体集積回路は、割れ欠けが内在している半導体集積回路であると仮定する。
端子19にHIGHレベルの電圧を印加して、スイッチングトランジスタ41をONし、発熱体14のみを発熱させるとその近辺(点線A内)は温度上昇し、発熱体14から最も離れた発熱体16の近辺(点線B内)と温度差が生じる。上記の通り、図1に示す半導体集積回路は、割れ欠けが内在しているため、この温度差により発熱体14から発熱体16の方向(矢印Cの方向)に対してチップに歪が生じ、この歪によりチップに内在する割れ欠けが顕在化する。
この図1の構成に示すように、半導体集積回路の隅または周辺近くに発熱体を設けることにより、特に、半導体製造過程やチップ切断過程において内在し易い割れ欠けを検出することができる。
以上のように、本実施の形態では、半導体集積回路に抵抗成分を有する発熱体を備えている。そのため、発熱体を発熱させることによって、発熱体近辺と、発熱体から離れた箇所との温度差を設けることができる。この温度差によって、歪が生じる。生じた歪によって従来見つけることができなかった半導体集積回路に内在する割れ欠けを見つけることができる。
また、本実施の形態では、発熱体を半導体集積回路の4隅付近に1つずつ設けている。そのため、同じ箇所でも一方だけでなく、複数方向の歪を生じさせることができる。また、より広い範囲を歪ませることができる。さらに、温度の高低を図1に示す場合とは逆にすることもできる。したがって、より一層内在する割れ欠けを検出することができる。
次に図2に示す半導体集積回路とは別の本実施の形態の半導体集積回路について、図4を用いて説明する。図4を用いた説明では、図2と同様の箇所は省略する。図4に示す半導体集積回路は、発熱体をWLCSP(WAFER LEVEL CHIP SIZE PACKAGE)の再配線層に有する半導体集積回路である。
WLCSPは、樹脂封入する際に、チップ上に銅などの再配線層が設けられ、この再配線層がパッケージの半田ボールと接続される。この再配線層を利用して、配線6〜9、および発熱体14〜17が設けられている。図4に示す半導体集積回路では、図2に示す端子18〜22の代わりにこれらの半田ボール30〜34が用いられている。これらの半田ボール30〜34は、WLCSPの再配線層に接続されている。発熱体14〜17は再配線層に配置されるため、ニクロム線などの抵抗成分を要する材料で作られる。WLCSP再配線層に配線6〜9および発熱体14〜17が配置されていることにより、チップ面積の増大を小さくすることができる。なぜなら、WLCSP内では立体構造が可能となるので、立体化により平面的な面積増加を回避できるからである。
次に図5を用いて、図4の半導体集積回路の内部をより詳しく説明する。図5を用いた説明では、図4と同様の箇所は省略する。図5に示す半導体集積回路では、図4に示す半導体集積回路に加えて、層間コンタクト79〜97、WLCSP再配線71〜78および111〜115ならびにWLCSP半田ボール28、29、31〜34および101〜110を示している。
発熱体14の一端は層間コンタクト79に接続されている。層間コンタクト79はWLCSP再配線71を介して、コントロール回路5に接続された層間コンタクト87に接続されている。発熱体14の他端は層間コンタクト80に接続されている。層間コンタクト80はWLCSP再配線72を介して、コントロール回路5に接続された層間コンタクト88に接続されている。
同様に発熱体15の一端は層間コンタクト81に、他端は層間コンタクト82に接続されていて、層間コンタクト81および82はWLCSP再配線73および74を介して、コントロール回路5に接続されている層間コンタクト89および90にそれぞれ接続されている。発熱体16の一端は層間コンタクト83に、他端は層間コンタクト84に接続されていて、層間コンタクト83および84はWLCSP再配線75および76を介して、コントロール回路5に接続されている層間コンタクト91および92にそれぞれ接続されている。発熱体17の一端は層間コンタクト85に、他端は層間コンタクト86に接続されていて、層間コンタクト85および86はWLCSP再配線77および78を介して、コントロール回路5に接続されている層間コンタクト93および94にそれぞれ接続されている。
WLCSP搭載ボール28、29、31〜34および101〜110は、半導体集積回路に4行4列の格子状に配列されている。コントロール回路5に接続された層間コンタクト95は、WLCSP再配線111を介してWLCSP搭載ボール31に接続されている。同様にコントロール回路5の層間コンタクト96および97は、WLCSP再配線112および113を介してWLCSP搭載ボール33および34にそれぞれ接続されている。
層間コンタクトが異なる層を貫くように配置されているので、その中を通る再配線が異なる層間をつなぐことが可能となる。そのため、発熱体14〜17をWLCSPの再配線層に配置した構造においても、コントロール回路5と発熱体14〜17を再配線71〜78により繋ぐことが可能となる。また、WLCSPは構造上、半田ボールを備えていて、半田ボール28、29、31〜34および101〜110はWLCSPの再配線層に接続されている。本実施の形態では、これらの半田ボールをスイッチングトランジスタのオン/オフを制御する端子、電源を供給する端子として用いることができる。図4の半田ボール28、29および31〜34は、図5の半田ボール28、29および31〜34に対応している。また、電源端子30は図5の半田ボール101〜110のいずれかに対応している。
上記の説明では、発熱体を半導体集積回路の4隅近辺に設けていた。しかしながら、この構成に限定されない。図6に示すように、発熱体を半導体集積回路にランダムに設けてもよい(散在させてもよい、任意の位置に設けてもよい)。この場合にも、本実施の形態では、発熱体49〜54毎に、電源端子との間に、図示しないスイッチングトランジスタが設けられており、発熱体49〜54の発熱を独立して個別に制御することができる。なお、図6では、スイッチング回路のオン/オフを制御する端子、および電源端子が省略されている。
この図6に示すように発熱体をランダムに配置させることにより、温度差を設ける箇所(歪を生じさせる箇所)をより複雑にすることができ、個々の半導体集積回路の構成に応じて温度差を設ける箇所を任意に設定することができる。
上記では、図示された発熱体の形状は、全て波状の形状であった。つまり、図7(b)に示すような形状としていた。しかしながら、発熱体の形状は、これに限らず、図7(a)、(c)〜(e)に示すような形状でもよい。具体的には、図7(a)は、曲線状の発熱体であり、図7(c)は、矩形状の発熱体であり、図7(d)は、渦巻き状の発熱体であり、図7(e)は、螺旋状の発熱体である。
図7(a)〜(c)は、平面構造であり、図7(d)および(e)は、立体構造である。図7(a)〜(c)のような平面構造を選択することにより、図1〜3および図6に示すような半導体集積回路に発熱体を内蔵することができる。WLCSPの再配線層に発熱体を設ける場合、つまり、図4、5に示すような場合は、コンタクトにより立体的な配線が可能なため、図7(a)〜(c)に示すような形状だけでなく、図7(d)(e)に示すような形状をとることもできる。発熱体を立体的な形状にすることにより、発熱体平面の大きさが小さくても抵抗値を高くすることができる。
また、本発明よれば、出荷後のリフローなどの熱ストレスにて割れ欠けが発生する場合があったので、進行性の割れ欠け(不具合)の検出に関しては、温度サイクルなどのストレス印加が必要という問題を解決することができる。
従来は半導体集積回路に内在する割れ欠けを検出できなかったが、本発明では発熱コントロール回路により半導体集積回路内に設けた発熱体をコントロールして(より具体的には、発熱体が発熱するタイミング、及び、発熱体が発熱する発熱量をコントロールして)半導体集積回路内に温度差を設けることが可能となった。この温度差により、半導体集積回路に内在する割れ欠けを顕在化させることができるようになり、軽微の割れ欠けの場合でも半導体集積回路を停止させることが可能となった。つまり、発熱コントロール回路と発熱体とを含む発熱回路によって半導体集積回路に与える歪を制御し、軽微の割れ欠けの場合でも半導体集積回路を停止させることが可能となった。これにより、半導体集積回路の検査工程において割れ欠け不良を高精度で検出できるため、出荷品質が向上する。また、WLCSP品のチップ欠けおよびクラックを出荷検査にて顕在化させ、リフローなどの熱ストレスによる不具合品を未然にREJECT(拒絶)することが可能になる。
本発明の半導体集積回路は、半導体チップを用いた電子部品などに用いることができる。
本発明によって内在する割れ欠けを顕在化させる例を示した模式図である。 本発明の一実施の形態の半導体集積回路の概略構成を示す模式図である。 図1および図2に示されたコントロール回路の内部を示す回路図である。 図2に示す半導体集積回路とは別の本実施の形態の半導体集積回路の概略構成を示す模式図である。 図4に示す半導体集積回路の構成を詳細に示す平面図である。 本実施の形態の半導体集積回路を示すものであり、内部に発熱体を散在させた状態を示す模式図である。 (a)〜(e)は、発熱体の形状のバリエーションを示すものであり、(a)は、曲線状の発熱体、(b)は、波状の発熱体、(c)は、矩形状の発熱体、(d)は、渦巻き状の発熱体、(e)は、螺旋状の発熱体である。 従来の割れ欠け検出用半導体集積回路を示す図である。 図8とは別の従来の割れ欠け検出用半導体集積回路を示す図である。
符号の説明
2 導電体パターン(導電部)
14 発熱体(発熱部)
15 発熱体(発熱部)
16 発熱体(発熱部)
17 発熱体(発熱部)
18 電源端子
30 電源端子
41 スイッチングトランジスタ(スイッチ)
42 スイッチングトランジスタ(スイッチ)
43 スイッチングトランジスタ(スイッチ)
44 スイッチングトランジスタ(スイッチ)
49 発熱体(発熱部)
50 発熱体(発熱部)
51 発熱体(発熱部)
52 発熱体(発熱部)
53 発熱体(発熱部)
54 発熱体(発熱部)

Claims (7)

  1. 導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路であって、抵抗成分を有する発熱部が設けられていることを特徴とする、半導体集積回路。
  2. 上記発熱部は、複数設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 上記各発熱部に電流を流して上記各発熱部を発熱させる電源端子と、
    上記電源端子と上記各発熱部との間に上記発熱部毎に設けられ、上記電源端子と上記各発熱体との導通または非導通を切り替えるスイッチと、を備えたことを特徴とする、請求項2に記載の半導体集積回路。
  4. 上記発熱部は、半導体集積回路自身に内蔵されていることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体集積回路。
  5. 上記発熱部は、ウエハレベルチップサイズパッケージの再配線層に設けられていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体集積回路。
  6. 導電部が外縁に沿って配置されている半導体集積回路の検査方法であって、
    抵抗成分を有する発熱部を発熱させることを特徴とする、半導体集積回路の検査方法。
  7. 上記発熱部は、複数設けられており、
    上記各発熱部の発熱を互いに独立して行うことを特徴とする、請求項6に記載の半導体集積回路の検査方法。
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