JP2010525365A - 試験ソケット内で破損ピンを検出するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明の方法は、走査データを生成するために、試験対象デバイス（１７０）の抜去後に試験ソケット（１２０）を走査するステップを有する。前記走査データが基準データと比較される。前記比較に基づいて前記試験ソケット（１２０）内にピン（２１０）の少なくとも一部が存在することが検出される。試験システム（１００）は、試験ソケット（１２０）、走査装置（１４０）および制御ユニット（１５０）を有する。前記試験ソケット（１２０）は、試験対象デバイス（１７０）を受容するように動作可能である。前記走査装置（１４０）は、走査データを生成するために、試験対象デバイス（１７０）の抜去後に、前記試験ソケット（１２０）を走査するように動作可能である。前記制御ユニット（１５０）は、前記走査データを基準データと比較し、前記比較に基づいて前記試験ソケット（１２０）内にピン（２１０）の少なくとも一部が存在することを検出するように動作可能である。

Description

本発明は、一般に、半導体デバイスのテスティングに関し、より詳細には、試験ソケット内で破損ピンを検出するための方法および装置に関する。

半導体ダイは、一般に、シリコンなどの半導体材料のウェハに大量に形成される。ダイは、ウェハから１つずつ切り離された後、例えばプラスチックまたはセラミックのパッケージに個別にパッケージングされうる。リードフレームが、ワイヤボンディングおよびパッケージングのためにダイを支え、完成したパッケージのリード線系（lead system）となりうる。一般に、ダイに形成されている電気回路は、外界との電気回路の相互接続を支援するために、ダイに設けたボンドパッドに結合される。ワイヤボンディングおよびパッケージングの工程中に、各ボンドパッドが、ワイヤリードによってリードフレームに電気的に接続される。この電気的接続には、ボンドパッドに形成されるワイヤボンド、リードフレームに形成されるワイヤリードおよびワイヤボンドが含まれる。封入材料が、ダイを保護および絶縁し、ダイは、ダイにある電気回路を、ワイヤボンドを介して外界と相互接続するために、外部ピンを有するパッケージに実装される。

パッケージングされたデバイスは、一般に、顧客への納品前の各種の機能試験および性能試験を実行するために、自動試験装置のソケットに装着される。パッケージングされたダイに実行される試験の一例として、「バーンイン試験」と一般に呼ばれる試験がある。バーンイン試験では、デバイスが製品に組み立てられる際に発生しうる初期故障を早期に発生させるために、そのデバイスを、ストレスレベルの作動状態にさらすことによって、部品に加速ストレスを印加（accelerated stressing）する。バーンインでは、一般に、デバイスの温度を正常動作条件を越える温度に上げて、デバイスを電気的に作動させる。当然、性能等級および動作特性を検査／確認するために、ほかのタイプの試験プログラムを実施してもよい。

通常の試験装置は、複数のデバイスを並行してあるいは連続的に試験できるように、複数のソケットを使用する。ソケットは回路基板に実装されており、必要な試験を実施するために、これを介して、試験プログラムの指示の元、各種の電気信号が供給される。ソケットに試験対象デバイス（devices unser test：ＤＵＴ）を取り付けるために、各デバイスをソケットと位置合わせし、装着のための力を引加する自動ハンドリング装置によって、ＤＵＴがソケットに装着される。

装着工程中に、ＤＵＴの１本以上のピンが、ピンを適切に装着または取り付けられためのソケットの対応するコンタクトホールと正確に位置合わせされないことがある。場合によっては、ピンが湾曲したり、破損したり、あるいはソケットに無理に押し込まれることがある。破損した特定のピンおよび破損の性質によっては、デバイスが機能試験に合格したり、不合格となったりする。

デバイスがソケットから抜去される際に、破損したピンがソケット内に残ることがある。その後、別のＤＵＴがソケットに装着されると、コンタクトホールがふさがっているため、対応するピンをソケットに装着できないことがある。この結果、そのＤＵＴのピンが破損することがある。

故障の傾向が認識され、その後に、ソケットの機能を検査するために手動の検査が実行されるまで、破損ピンがみつからないことが多い。問題が発生してから故障診断が行われるまでのタイムラグの間に、複数のデバイスが破損を受けたり、あるいは、デバイスに関連する試験結果が不正確なものとなりうる。

本文献のこの箇所は、下記に記載および／または特許を請求する本発明の各種の態様と関連しうる各種の技術の態様を紹介することを意図するものである。当該箇所は、本発明の各種の態様をよりよく理解できるように、背景情報を提供する。本文献の当該箇所の記載は、この点に鑑みて読むべきであり、従来技術の自認ではないことを理解すべきである。本発明は、上記の問題の１つ以上を解決するか少なくとも軽減することを狙ったものである。

以下では、本発明の一部の態様の基本を理解できるように、発明の概要を説明する。この概要は、本発明の全てを概観するものではない。本発明の主要または重要な要素を特定したり、本発明の範囲を詳細に記載することを意図するものでもない。その唯一の目的は、後述する詳細な説明に先だって、概念の一部を簡潔に示すことにある。

本発明の一態様は、走査データを生成するために、試験対象デバイスの抜去後に試験ソケットを走査するステップを有する方法に認められる。前記走査データが基準データと比較される。前記比較に基づいて前記試験ソケット内にピンの少なくとも一部が存在することが検出される。

本発明の別の態様は、試験ソケット、走査装置および制御ユニットを有する試験システムに認められる。前記試験ソケットは、試験対象デバイスを受容するように動作可能である。前記走査装置は、走査データを生成するために、試験対象デバイスの抜去後に、前記試験ソケットを走査するように動作可能である。前記制御ユニットは、前記走査データを基準データと比較し、前記比較に基づいて前記試験ソケット内にピンの少なくとも一部が存在することを検出するように動作可能である。

本発明の例示的な一実施形態による試験システムの概略ブロック図。 図１の試験システムで使用されるソケットの上面図。 光学式走査装置を示す図１のシステムの部分図。 試験ソケットの画像をキャプチャする走査装置を示す図１のシステムの部分図。 電気式走査装置を示す図１のシステムの部分図。 図５の電気式走査装置と共に試験ソケット内で使用されうる、各種の例示的なコンタクトの構成を示す図。 図５の電気式走査装置と共に試験ソケット内で使用されうる、各種の例示的なコンタクトの構成を示す図。 図５の電気式走査装置と共に試験ソケット内で使用されうる、各種の例示的なコンタクトの構成を示す図。 本発明の別の例示的な実施形態による、図２の試験ソケット内で破損ピンを検出するための簡略フローチャート。

以下、添付の図面を参照して本発明について記載する。図面において同じ参照符号は同じ要素を参照している。

本発明は、種々の変形および代替形態を取り得るが、その具体的な実施形態が、図面に例として図示され、ここに詳細に記載されているに過ぎない。しかし、この具体的な実施形態の詳細な説明は、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図するものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨ならびに範囲に含まれる全ての変形例、均等物および代替例を含むことを理解すべきである。

本発明の１つ以上の特定の実施形態について以下に記載する。本発明は、本明細書に含まれる実施形態および説明に限定されることはなく、実施形態の一部の変形や、異なる実施形態の要素の組み合せなどの、これらの実施形態の変形例も添付の請求項の範囲に含まれることが特に意図される。エンジニアリングや設計のプロジェクトと同様に、実際の実装の開発においては、システム上の制約およびビジネス上の制約に適合させるなど、開発の具体的な目的を達成するために、実装に固有の判断が数多く必要とされ、これは実装によって変わるということを理解すべきである。更に、この種の開発作業は複雑かつ時間がかかるものでありうるが、本開示の利益を受ける当業者にとって、設計、作製および製造の日常的な作業であるということが理解されよう。「決定的」または「必須」と明記されていない限り、本願のいかなるものも、本発明の決定的または必須なものであるとみなすべきではない。

添付の図面を参照して本発明を説明する。説明のみを目的として、当業者に知られている細かい点を説明して本発明をわかりにくくすることのないように、さまざまな構造、システムおよびデバイスが、図面で模式的に示されている。しかし、本発明の例示的な例を記載および説明するために、添付の図面を添付する。本明細書において使用される語句は、関連技術の当業者が理解している意味と同じ意味に使用されていると理解および解釈すべきである。本明細書においてある語句が矛盾なく用いられている場合、その語句が特別な定義を有する、すなわち通常かつ慣用的に用いられ、当業者が理解している意味と異なる定義を有することはない。ある語句が特別な意味を有する、すなわち当業者の理解とは異なる意味に用いられる場合は、そのような特別な定義は本明細書に明示的に記載して、その特別な定義を直接的かつ明確に示す。

次に図面を参照すると、図面においては、すべての図面にわたって、同じ参照番号は同様の構成要素を参照している。特に図１を参照して、本発明を、試験システム１００を採り上げて説明する。試験システム１００は、試験ソケット１２０および試験回路１３０を備える試験ユニット１１０、走査装置１４０、制御ユニット１５０、ならびにデータベース１６０を有する。試験システム１００は、試験ソケット１２０内に試験対象デバイス１７０を受容し、試験対象デバイス１７０の動作を検証したり、またはその性能特性を決定するために、試験動作を実行する。

説明を簡単にし、本発明の実施形態の特徴をわかりにくくすることのないように、試験システム１００のすべての部品を図示しているわけではない。例えば、試験ソケット１２０内に試験対象デバイス１７０を係合させるために、一般に自動マテリアルハンドラ（例えば、ロボットアーム）が使用される。また、試験ユニット１１０は、試験回路１３０によって複数の試験対象デバイス１７０を連続的に、または並列して試験可能とするため、複数の試験ソケット１２０を有していてもよい。一般に、試験ユニット１１０によって実行される試験の種類は、本発明の実施形態の実施に実質的ではない。当業者は、実行されうる試験動作および試験を実施するために必要な試験回路１３０の構成を熟知している。走査装置１４０および制御ユニット１５０は別個のユニットとして図示されているが、これらが１つのユニットに一体化されても、あるいは、これらの一方または両方が試験ユニット１１０に一体化されてもよいと考察される。

走査装置１４０は、装着および抜去工程中に、試験対象デバイス１７０から外れ、試験ソケット１２０に残った可能性のある破損ピンを検出するために、試験対象デバイス１７０の装着の間に（between insersions）試験ソケット１２０を（例えば、光学的または電気的に）走査する。装着の間に（between insersions）ソケットを走査するため、試験システム１００のスループットが低下することがない。走査の頻度は、具体的な実施形態に応じて変わりうる。例えば、前の試験対象デバイス１７０を装着してから次の試験対象デバイス１７０を装着するまでの間に（between each insersion）、試験ソケット１２０が走査されてもよい。別の実施形態では、固定の頻度で（例えば、５回の装着ごとに）走査が完了されてもよい。

走査装置１４０が走査結果を制御ユニット１５０に伝達し、制御ユニット１５０は、走査データを解析して、試験ソケット１２０に残っている可能性のあるピンを検出する。制御ユニット１５０は、走査データをデータベース１６０に記憶しうる。一部の実施形態では、制御ユニット１５０は、全走査結果を記憶してもよいが、別の実施形態では、制御ユニット１５０は、破損の疑いのあるピンに関連する走査データのみを記憶してもよい。

手短に図２を参照すると、試験ソケット１２０の上面図を示す。試験ソケット１２０は、複数の試験対象デバイス１７０のピンを受容する開口２００を有する。開口２００の１つに破損ピン２１０が残っている。破損ピン２１０のため、試験ソケット１２０の特性が基準状態から変化してしまう。走査装置１４０によって行われる測定は、制御ユニット１５０が、特性の変化を検出して、破損ピン２１０を検出するのを支援する。開口２００の個数および配置に関する試験ソケット１２０の具体的な配置は、特定の実施形態および試験対象デバイス１７０の構造に応じて変わりうる。

一部の実施形態では、走査装置１４０は、照射によって、あるいは、試験ソケット１２０の画像をキャプチャすることによって試験ソケット１２０を走査する光学式走査装置である。別の実施形態では、走査装置１４０は、破損ピン２１０の存在を検出するために試験ソケット１２０の電気的特性（例えば、抵抗）を評価する電気式走査装置である。

図３に示す第１の実施形態では、走査装置１４０は、光源３００（例えば、レーザ）と、光源から射出され、試験ソケット１２０によって反射されて検出器３１０に入射する光の特性（例えば、１以上の波長における強度）を測定するように動作可能な検出器３１０とを備えうる。検出器３１０に対する光源３００の向きは、具体的な実施形態に応じて変わりうる。また、光源３００および検出器３１０の形状も、図示の例とは変わりうる。図に示した実施形態では、光源３００および検出器３１０は、試験ソケット１２０に関して垂直な向きに配置されている。

光学走査データが基準データと比較され、試験ソケット１２０内にピンが存在していることを示しうる差異が検出される。例えば、測定した走査データが、基準強度しきい値と比較されうる。試験ソケット１２０および／またはピンの光学特性に応じて、測定した強度が、予め定められたしきい値から外れている、すなわち、正方向または負方向のいずれかに外れていることが観察されると、ピンの存在が検出されうる。走査装置１４０が試験ソケット１２０全体を走査しても、別の実施形態では、走査装置１４０が、試験ソケット１２０の一部を走査して、各部分走査の結果を制御ユニット１５０に報告してもよい。

図４に示す別の実施形態では、走査装置１４０は、試験ソケット１２０の画像４００をキャプチャして、キャプチャした画像４００を基準画像４１０と比較して、破損ピン２１０を検出しうる。基準画像４１０が、試験ソケット１２０に対して事前に生成されても、破損ピン２１０が存在しないことが判明している、以前の試験ソケット１２０の走査の１つ以上を使用して基準画像４１０が生成されてもよい。基準画像４１０を更新することによって、試験システム１００の近くの変化する環境（例えば、周囲の照明）、または使用による試験ソケット１２０の変化に対処し、これにより、走査結果の誤りの発生の可能性を低減させることができる。

キャプチャした画像４００を基準画像４１０と比較するために、さまざまな手法を使用することができる。例えば、破損ピン２１０の存在を検出するために、ピクセルまたはピクセル群が比較されうる。試験ソケット１２０の色が暗い実施形態では、金属のピンは、極めて明るいピクセル群として観察される。このため、キャプチャした画像４００のピクセル群の色の平均が、基準画像４１０の予想される色の平均と異なる場合に、破損ピン２１０を検出することができる。ほかの比較手法が使用されてもよい。一部の実施形態では、ピクセル毎の比較が行われて、平均絶対誤差、二乗平均誤差（mean squared error）、二乗平均平方根誤差（root mean squared error）、ピーク二乗誤差（peak squared error）、ピーク信号対雑音比、異なるピクセルカウントなどの各種統計値が求められうる。差の統計値の１つ以上が比較されて、キャプチャした画像４００が、基準画像４１０と、１本以上の破損ピン２１０の存在を示唆するのに十分な程度異なっているかどうかが判定される。

図５に示す本発明の別の実施形態では、試験ソケット１２０の電気的走査を実行して破損ピン２１０を検出するために、走査装置１４０が試験ソケット１２０に電気的に結合されうる。走査装置１４０は、試験回路１３０と通信しても、試験回路１３０と一体化されてもよい。走査装置１４０は、試験ソケット１２０に電気的試験を実行して、破損ピン２１０の存在を判定する。破損ピン２１０の存在を判定するための電気的試験の例として、導通試験または信号注入試験がある。

図６Ａ〜６Ｃの断面図を手短に参照すると、試験ソケット１２０は、通常は相互に連通していないコンタクト６００，６１０を有しうる。例えば、コンタクト６００は、試験対象デバイス１７０の機能試験に使用される試験コンタクトであり、コンタクト６１０は、破損ピン２１０の検出にのみ使用される走査コンタクトなどである。

走査中に、走査装置１４０は、試験コンタクト６００と走査コンタクト６１０間の導通を確認しうる。別の実施形態では、走査装置１４０は、走査コンタクト６１０に信号を注入し、試験コンタクト６００にこの信号が存在するかを判定するため、試験回路１３０に照会しうる。導通または信号への応答がある場合、開口２００内に破損ピン２１０が残っている可能性が高い。

コンタクト６００，６１０の向きは、特定の実施形態に応じて変わりうる。例えば、図６Ａに示すように、コンタクト６００，６１０の両方を、開口２００の側壁に設けてもよい。図６Ｂに示す別の実施形態では、コンタクト６００，６１０の一方が開口２００の側壁に設けられ、もう一方のコンタクト６００，６１０が開口２００の底部に存在していてもよい。図６Ｃに示す更に別の実施形態では、試験コンタクト６００と独立して走査を完了することが可能となるように、２つの走査コンタクト６１０，６２０が設けられてもよい。このような実施形態では、走査装置１４０は、導通または信号応答の有無を判定するために、試験回路１３０と通信している必要はない。

図１に戻ると、走査装置１４０は制御ユニット１５０に走査結果を提供し、制御ユニット１５０が、走査結果を解析して、破損ピン２１０の存在を検出する。光学式走査装置１４０の場合、制御ユニット１５０は、破損ピン２１０を検出するために、例えば、測定した強度を基準強度と比較するか、あるいはキャプチャした画像を基準画像と比較することによって、走査データを基準データと比較する。電気的走査装置１４０の場合、制御ユニット１５０は、破損の可能性のあるピン２１０の存在を検出するために、測定した電気的走査データを基準データ（例えば、導通または信号応答のないもの）と比較する。

制御ユニット１５０は、破損の可能性のあるピン２１０を検出すると、さまざまな是正措置を実施することができる。一実施形態では、制御ユニット１５０は試験ソケット１２０が疑わしいことを試験ユニット１１０に通知し、試験ユニット１１０は、その後試験対象デバイス１７０が試験ソケット１２０に装着されないように阻止する。この措置により、試験ソケット１２０の埋っている開口２００に、後の試験対象デバイス１７０のピンを装着しようとして、ほかの試験対象デバイス１７０が破損するのを防ぐことができる。試験ユニット１１０が複数の試験ソケット１２０を備えている場合、残りのソケットを、試験対象デバイス１７０の試験に引き続き使用することができる。制御ユニット１５０が実施しうる、ほかのとりうる是正措置としては、装置のオペレータに電子メッセージ（例えば電子メール）を送信したり、あるいは破損の可能性のあるピン２１０を特定するアラームまたは状態インジケータを作動させることが挙げられる。制御ユニット１５０がとりうる更に別の措置として、製造施設の保守システム（図示せず）にスケジューリング要求を送信することがある。保守システムは、疑わしい試験ソケット１２０を検査および修理するために、試験ユニット１１０を自動的に停止（out of service）させるか、保守処置をスケジュールするか、この両者を行いうる。

また、制御ユニット１５０は、以前に正常の結果が得られた走査を行ってから、試験が行われた１つ以上の試験対象デバイス１７０に関して是正措置も行うことができる。最後に試験が行われた試験対象デバイス１７０は、故障の可能があると指定されうる。各走査の間に装着が複数回行われる実施形態では、走査の間に処理された試験対象デバイス１７０が、故障の可能性があるとして検出されうる。破損ピン２１０がどの試験対象デバイス１７０のものであるかによっては、故障した試験対象デバイス１７０の後に装着されたデバイスは、ピンが湾曲しているか破損している可能性がある。

図７を参照すると、試験ソケットが使用できるかどうかを判定するための方法の簡略フローチャートが提供される。方法ブロック７００において、試験対象デバイスの装着の間（between insersions）試験ソケットが走査され、走査データが生成される。方法ブロック７１０において、走査データが、基準データ（例えば、基準画像、強度しきい値、電気的しきい値など）と比較される。方法ブロック７２０において、この比較に基づいて、試験ソケットに残っているピンの存在が検出される。

上記に記載した具体的な実施形態は例に過ぎず、本発明は、本開示の教示の利益を得る当業者にとって自明の、異なるが均等の別法によって変更および実施されてもよい。更に、ここに記載した構成または設計の詳細が、添付の特許請求の範囲以外によって限定されることない。このため、上記に記載した具体的な実施形態を変形または変更することが可能であり、このような変形例は全て本発明の範囲ならびに趣旨に含まれることが意図されることが明らかである。したがって、ここに保護を請求する対象は、添付の特許請求の範囲に記載したとおりである。

Claims (10)

1. 走査データを生成するために、試験対象デバイス（１７０）の抜去後に試験ソケット（１２０）を走査するステップと、
   前記走査データを基準データと比較するステップと、
   前記比較に基づいて前記試験ソケット（１２０）内にピン（２１０）の少なくとも一部が存在することを検出するステップと、を有する方法。
2. 前記試験ソケット（１２０）を走査するステップは、前記試験ソケット（１２０）を光学的に走査するステップを更に有し、前記基準データは光学的しきい値を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記試験ソケット（１２０）を走査するステップは、前記試験ソケット（１２０）の画像（４００）をキャプチャするステップを更に有し、前記基準データは基準画像（４１０）を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記試験ソケット（１２０）を走査するステップは、前記試験ソケット（１２０）を電気的に走査するステップを更に有し、前記基準データは電気的しきい値を含む請求項１に記載の方法。
5. 試験対象デバイス（１７０）を受容するように動作可能な試験ソケット（１２０）と、
   走査データを生成するために、試験対象デバイス（１７０）の抜去後に、前記試験ソケット（１２０）を走査するように動作可能な走査装置（１４０）と、
   前記走査データを基準データと比較し、前記比較に基づいて前記試験ソケット（１２０）内にピン（２１０）の少なくとも一部が存在することを検出するように動作可能な制御ユニット（１５０）と、を有する試験システム（１００）。
6. 前記走査装置（１４０）は光学式走査装置を有し、前記基準データは光学的しきい値を含む請求項５に記載のシステム（１００）。
7. 前記走査装置（１４０）は、前記試験ソケット（１２０）の画像（４００）を前記走査データとしてキャプチャするように動作可能であり、前記基準データは前記試験ソケット（１２０）の基準画像（４１０）を含む請求項５に記載のシステム（１００）。
8. 前記走査装置（１４０）は、前記試験ソケット（１２０）を電気的に走査するように動作可能であり、前記基準データは光学的しきい値を含む請求項５に記載のシステム（１００）。
9. 前記試験ソケット（１２０）は、
   試験対象デバイス（１７０）のピンを受容するための開口と、
   前記開口に配置された少なくとも第１のコンタクトと、
   前記開口に配置された少なくとも第２のコンタクトとを有し、
   前記走査装置は、前記第１のコンタクトと前記第２のコンタクトとの間に導通が存在するかどうかを判定するように動作可能であり、前記走査データは、前記開口のそれぞれの導通の結果を含む請求項５に記載のシステム（１００）。
10. 前記試験ソケット（１２０）は、
    試験対象デバイス（１７０）のピンを受容するための開口（２００）と、
    前記開口に配置された少なくとも第１のコンタクト（６００，６１０）と、
    前記開口に配置された少なくとも第２のコンタクト（６１０，６２０）と、
    前記走査装置（１４０）は、前記第１のコンタクト（６００，６１０）に信号を注入し、前記第２のコンタクト（６１０，６２０）における応答を測定するように動作可能であり、前記走査データは、前記開口（２００）のそれぞれの応答結果を含む請求項５に記載のシステム。

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