JP2013246129A - Inspection device and inspection method for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置のための検査装置および検査方法に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for a semiconductor device.
半導体装置の内部信号を測定してその不良解析を行うことに関し、パッケージ内にひとつのチップが組み立てられた半導体装置については、その外部端子を介してその内部信号を測定することができる。 With respect to measuring an internal signal of a semiconductor device and analyzing the defect, the internal signal of a semiconductor device in which one chip is assembled in a package can be measured via an external terminal.
一方、近年、TSVを用いて多数のチップ(メモリおよびコントローラ)が積層されて1パッケージ内に収められた半導体装置が作られるようになった。図9Aは、かかる半導体装置の断面図である。同図に示す半導体装置100Pは、インターポーザ51と、そのインターポーザ51に積層された第1〜第5半導体チップ521〜525と、第1〜第5半導体チップ521〜525を貫通してそれらを電気的に接続するTSV53と、これらの構成を密封するアンダーフィル54と、インターポーザ51の下面に設けられたはんだボール55とで構成されている。
On the other hand, in recent years, a semiconductor device in which a large number of chips (memory and controller) are stacked using a TSV and housed in one package has been manufactured. FIG. 9A is a cross-sectional view of such a semiconductor device. The
しかしながら、かかる半導体装置においては、メモリとコントローラ間で各種信号は閉じているため、組み立て後に上記不良解析を実施しようとしても、そのままでは、外部の露出するプローブポイントがなく、内部の波形信号の測定は困難である。 However, in such a semiconductor device, since various signals are closed between the memory and the controller, there is no externally exposed probe point and measurement of the internal waveform signal even if the failure analysis is performed after assembly. It is difficult.
それを解決する手段としては、まず、最上層のチップ、すなわち第5半導体チップ525のTSV53の電極をむき出しにして、それにプローブ14を当てること考えられる。しかしながら、大きさが通常20〜50μmの電極が同程度の間隔で複数配置されているのに対し、プローブ14の大きさは、通常800μmと大きく、その先端サイズは、200μm程度であるので、図9Bに示すように、他の電極と短絡することなく特定の電極にプローブ14を当てることは困難である。
As a means to solve it, first, the top layer of the chip, i.e. the TSV53 electrode of the fifth semiconductor chip 52 5 and exposed, it is conceivable to apply the
別の解決手段としては、各はんだボール55の端子に各信号を割り当てて、それらの端子の波形信号を測定することが考えられる。しかしながら、メモリとコントローラ間で信号が閉じられているため、限られた信号しか割り当てられない。
As another solution, it is conceivable to assign each signal to the terminal of each
一方、特許文献1は、半導体ウエハーまたはチップの電極にプローブ針を接触させて電子回路の電気特性をテストするプローブカードにおいて、高周波ノイズをカットするためのデカップリングキャパシタを配置することを開示している。しかしながら、プローブ針の大きさと被検査電極の大きさの関係については、開示がない。また、被検査電極を露出させることの言及はない。
On the other hand,
また、特許文献2は、ウエハー上に形成された電子部品をテストする電子部品試験装置において、弾性変形可能な針部と、その針部が固定される基板が一体に形成されることを開示している。しかしながら、針の大きさと被検査電極の大きさの関係については、開示がない。
本発明の検査装置は、貫通電極を用いて複数のチップが積層されて内蔵された半導体装置のための検査装置であって、前記半導体装置の上部に露出した前記貫通電極に当接される針を備えた測定用インターポーザと、前記測定用インターポーザに設けられ、前記針からの電気信号が供給される信号測定用パッドと、前記信号測定用パッドに当接される測定器端子と、を備えたことを要旨とする。 The inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus for a semiconductor device in which a plurality of chips are stacked using a through electrode, and a needle that is in contact with the through electrode exposed on the top of the semiconductor device. An interposer for measurement, a signal measurement pad provided in the measurement interposer to which an electrical signal from the needle is supplied, and a measuring instrument terminal that comes into contact with the signal measurement pad. This is the gist.
本発明の検査装置によれば、半導体チップが積層されて構成された半導体装置の内部信号の不良を容易に検査できる。 According to the inspection apparatus of the present invention, it is possible to easily inspect a defect in an internal signal of a semiconductor device configured by stacking semiconductor chips.
以下、本発明の半導体装置ための検査装置および検査方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, an inspection apparatus and an inspection method for a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. .
<第1実施形態>
本発明の半導体装置の検査装置およびその検査方法の第1実施形態は、測定用インターポーザを採用する形態である。以下、その基本形、変形例[1]、および変形例[2]について説明する。
<First Embodiment>
The semiconductor device inspection apparatus and method according to the first embodiment of the present invention employ a measurement interposer. The basic form, modification [1], and modification [2] will be described below.
(第1実施形態の基本形)
図1は、本発明の第1実施形態の基本形に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための断面図である。
同図に示した検査装置1Aは、信号測定用の針12が半導体装置100Aの各TSV53に対応した間隔で配設された測定用インターポーザ11と、測定用インターポーザ11の、好適には端部、に配設された信号測定用パッド13と、その信号測定用パッド13に接続される測定器(図示せず)のプローブ(測定器端子)14とを備えている。ここで、各針12と信号測定用パッド13とは、測定用インターポーザ11内に配された信号線を介して電気的に接続されている。なお、信号測定用の針12は、TSV53に当接した際に、そのTSV53を損傷させないように、押圧されても測定用インターポーザ11内に退避するように、例えばばね式となっている。
(Basic form of the first embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to the basic form of the first embodiment of the present invention.
The inspection apparatus 1A shown in the figure includes a
次に、その検査装置1Aを用いた検査方法について説明する。
基板101に載置された半導体装置100Aの、各TSV53の端部が露出した上面に対して、各針12が、それぞれ対応する各TSV53と当接するように、測定用インターポーザ11を載置する。この状態で、信号測定用パッド13にプローブ14を当接させることにより、各TSV53とプローブ14とが電気的に接続され、波形測定やステート測定等が行える。
Next, an inspection method using the inspection apparatus 1A will be described.
The
このように、この第1実施形態の基本形によれば、各TSV53に対応した針12により各TSV53から電気信号を取得しているので、短絡が発生することなく、半導体装置100Aの検査が行える。
Thus, according to the basic form of the first embodiment, since the electrical signal is acquired from each
(第1実施形態の変形例[1])
図2A及び図2Bは、本発明の第1実施形態の変形例[1]に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための図である。なお、図1に示した基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
(Modification [1] of the first embodiment)
2A and 2B are diagrams for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to Modification [1] of the first embodiment of the present invention. The same components as those in the basic form shown in FIG.
図2A及び図2Bに示した変形例[1]に係る半導体装置の検査装置1Bは、図1に示した基本形に係る検査装置1Aに対して、更に、アライメント調整用の枠15を備える構成となっている。具体的には、枠15は、中空の筒状部材であり、中心軸に垂直の断面形状は、半導体装置100Aの上から見た形状と一致している。より正確には、枠15の内壁寸法と半導体装置100Aの外壁寸法が一致している。また、枠15は、内壁の一部分から軸方向に突出する突起部15aを有している。
The semiconductor
図2Aが、半導体装置100Aに対して、枠15を嵌合させた状態を示す平面図である。また、図2Bが断面図であり、同図に示すように、枠15の突起部15aが半導体装置100Aの上面に係止することにより、枠15が半導体装置100Aに載置される。
FIG. 2A is a plan view showing a state in which the
この状態で、図2Bに示すように、測定用インターポーザ11を枠15内に導き、その内壁に沿って下降させれば、測定用インターポーザ11の各針12を、半導体装置100Aの各TSV53に対して当接させることができる。なお、測定用インターポーザ11の外形寸法も、枠15の内壁寸法と一致させる。
In this state, as shown in FIG. 2B, when the
この変形例[1]によれば、基本形に係る効果に加えて、容易に位置決めされた状態で、測定用インターポーザ11を、半導体装置100AのTSV53に対して当接させることができる。
According to this modification [1], in addition to the effects of the basic shape, the
(第1実施形態の変形例[2])
図3A及び図3Bは、本発明の第1実施形態の変形例[2]に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための図である。なお、図1に示した基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
(Modification [1] of the first embodiment)
3A and 3B are diagrams for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to Modification [2] of the first embodiment of the present invention. The same components as those in the basic form shown in FIG.
図3A及び図3Bに示した変形例[2]に係る半導体装置の検査装置1Cは、図1に示した基本形に係る検査装置1Aに対して、更に、半導体装置100Aの上面の四隅に立設されたピン16a〜16dを備える構成となっている。具体的には、各ピン16a〜16dは、主要部が円柱形状であり、上部の所定長部分がテーパ形状をなしている。また、測定用インターポーザ11Cは、各ピン16a〜16dの主要部の外形寸法と略一致した寸法の孔が設けられている。
The semiconductor
図3Aが、ピン16a〜16dが立設された半導体装置100Aの平面図である。そこで、図3Bの断面図に示すように、測定用インターポーザ11の各孔を貫通するように、測定用インターポーザ11を半導体装置100Aに対して下降させることにより、測定用インターポーザ11の各針12を、半導体装置100Aの各TSV53に対して当接させることができる。
FIG. 3A is a plan view of the
なお、ピン16a〜16dのうち、例えば図3Aに示すように、ピン16aのみに関し、その立設位置を他のピン16b〜16dに対して偏倚させ、測定用インターポーザ11Cの対応する孔もそれに応じて偏倚させることにより、測定用インターポーザ11の半導体装置100Aに対する二次元的な向きを固定することができる。
Of the
この変形例[2]によれば、基本形に係る効果に加えて、容易に位置決めされた状態で、測定用インターポーザ11を、半導体装置100AのTSV53に対して当接させることができる。また、特定のピン16aのみを偏倚させることにより、更に加えて、測定用インターポーザ11の半導体装置100Aに対する向きを間違えることはない、という利点がある。
なお、ピン16の断面形状は必ずしも円形である必要はなく、方形であってもよい。
According to this modification [2], in addition to the effect of the basic shape, the
Note that the cross-sectional shape of the
<第2実施形態>
本発明の半導体装置の検査装置およびその検査方法の第2実施形態は、各TSVに対応したTSV側信号測定用パッドを採用する形態である。以下、その基本形、変形例[1]、および変形例[2]について説明する。
Second Embodiment
The second embodiment of the inspection apparatus and inspection method for a semiconductor device of the present invention is a form in which a TSV side signal measurement pad corresponding to each TSV is employed. The basic form, modification [1], and modification [2] will be described below.
(第2実施形態の基本形)
図4は、本発明の第2実施形態の基本形に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための断面図である。なお、図1に示した第1実施形態の基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
(Basic form of the second embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor device inspection apparatus according to the basic form of the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure part as the basic form of 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
図4に示した第2実施形態の基本形に係る半導体装置の検査装置は、半導体装置100Bの各TSV53の上端部に電気的に接続されて設けられ、それらの上部がアンダーフィル54から露出している信号測定用パッド13Bを少なくとも設け、波形測定に際して、測定器のプローブ(図示せず)等をそれらの信号測定用パッド13Bに当接させることにより行う。
The semiconductor device inspection apparatus according to the basic form of the second embodiment shown in FIG. 4 is provided to be electrically connected to the upper end portion of each
かかる第2実施形態の基本形によれば、第1実施形態と同様、容易に信号波形の測定が行えるという利点があると共に、第1実施形態と比較して構成が簡略化されるという利点が更にある。 According to the basic form of the second embodiment, similarly to the first embodiment, there is an advantage that the signal waveform can be easily measured, and an advantage that the configuration is simplified as compared with the first embodiment. is there.
(第2実施形態の変形例[1])
図5A及び図5Bは、本発明の第2実施形態の変形例[1]に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための図である。なお、図4に示した基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
(Modification [2] of the second embodiment)
FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to Modification [1] of the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the basic form shown in FIG.
図5A及び図5Bに示した変形例[1]に係る半導体装置の検査装置は、基本形と同様、信号測定用パッドが設けられているものの、図5Aに示すように、基本形とは異なり、アンダーフィル54により全体が完全に覆われている信号測定用パッド13Cを設けている点が特徴である。
The semiconductor device inspection apparatus according to the modification [1] shown in FIG. 5A and FIG. 5B is provided with a signal measuring pad as in the basic type. However, as shown in FIG. It is characterized in that a
そして、信号波形の測定時には、図5Bに示すように、信号測定用パッド13Cの周辺のアンダーフィル54を溶剤等で溶かして、当該パッド13Cの上部を露呈させ、そこの測定器のプローブ等を当てることにより行う。
When measuring the signal waveform, as shown in FIG. 5B, the
かかる第2実施形態の変形例[1]によれば、基本形と同様、構成が簡略化されるという利点があると共に、更に、測定時に短絡してしまう危険性をなくすことができるという利点がある。 According to the modification [1] of the second embodiment, there is an advantage that the configuration is simplified as in the case of the basic form, and further, there is an advantage that the risk of short-circuiting during measurement can be eliminated. .
(第2実施形態の変形例[2])
図6は、本発明の第2実施形態の変形例[2]に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための図である。なお、図4に示した基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
(Modification [2] of the second embodiment)
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to Modification [2] of the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the basic form shown in FIG.
図6に示した変形例[2]に係る半導体装置の検査装置は、基本形と同様、上部がアンダーフィル54から露出している信号測定用パッド13Bを設けているものの、基本形とは異なり、信号測定用パッド13Bと各TSV53の間に、信号測定用チップ17を設けている点が特徴である。
The semiconductor device inspection apparatus according to the modified example [2] shown in FIG. 6 is provided with the
かかる第2実施形態の変形例[2]によれば、基本形と同様、構成が簡略化されるという利点があると共に、更に、半導体装置100D内のチップ52への圧力を緩和することができ、また更に、後述のセレクタ回路を組み込めば、信号測定用パッド13Bの数に拘わらず、すべての信号を取り出すことが可能となるという利点がある。
According to the modification [2] of the second embodiment, there is an advantage that the configuration is simplified as in the case of the basic form, and the pressure on the chip 52 in the
なお、この変形例[2]に対して、変形例[1]の構成、すなわち信号測定用パッドの全体を覆う構成、を組み合わせることもできる。 Note that the modification [2] can be combined with the structure of the modification [1], that is, the structure covering the entire signal measurement pad.
<第3実施形態>
図7は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の検査装置の構成を説明するための断面図である。なお、図1に示した第1実施形態の基本形と同一構成部に対しては、同符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a semiconductor device inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure part as the basic form of 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
図7に示した第3実施形態の基本形に係る半導体装置の検査装置1Dは、半導体装置100Aの上面の端部に配設された接続基板18と、その接続基板18と各TSV53とを電気的に接続するボンディングワイヤ19と、接続基板18上に設けられ、測定器のプローブ(図示せず)等が当接される信号測定用パッド13とを備えている。
The semiconductor
かかる第3実施形態によれば、第1実施形態と同様、短絡が発生することなく、容易に信号波形の測定が行えるという利点がある。 According to the third embodiment, as in the first embodiment, there is an advantage that the signal waveform can be easily measured without causing a short circuit.
<各実施形態において、すべての信号を取り出すための構成>
最後に、上述の各実施形態において、すべての信号を取り出すための構成を説明する。これは、例えば、第2実施形態の変形例[2]において、信号測定用チップ17に組み込まれたり、第3実施形態において、接続基板18に組み込まれたりする。
<Configuration for Extracting All Signals in Each Embodiment>
Finally, a configuration for extracting all signals in each of the above-described embodiments will be described. For example, this is incorporated in the
図8は、その例を示す図であり、1つの信号測定用パッドを設ける場合に採用できる構成である。すなわち、同図に示したセレクタ回路30は、それぞれ対応した信号[0]〜[7](ビット0信号〜ビット7信号)を、信号測定用パッド13に伝達させるか遮断させるかの二状態を取りうるスイッチング素子(FET)310〜317と、3つの入力端子および1つの出力端子を有し、出力端子が、それぞれスイッチング素子310〜317のゲート端子に接続された論理積素子320〜327と、を備えている。ここで、同図に示す制御信号C0、C1、C2は、それぞれ高レベル(1)または低レベル(0)の値を取り得る信号であり、また、制御信号C0_b、C1_b、C2_bは、それぞれ、制御信号C0_t、C1_t、C2_tの反転信号である。これらの信号の組み合わせを論理積素子320〜327の入力信号とすることにより、いずれか1つの論理積素子32から、高レベル信号を出力させることができる回路となる。具体的には、論理積素子320には、制御信号C0_b、C1_b、C2_bが入力され、論理積素子321には、制御信号C0_t、C1_b、C2_bが入力され、論理積素子322には、制御信号C0_b、C1_t、C2_bが入力され、論理積素子323には、制御信号C0_t、C1_t、C2_bが入力され、制御論理積素子324には、制御信号C0_b、C1_b、C2_tが入力され、論理積素子325には、制御信号C0_t、C1_b、C2_tが入力され、論理積素子326には、制御信号C0_b、C1_t、C2_tが入力され、論理積素子327には、制御信号C0_t、C1_t、C2_tが入力されている。
FIG. 8 is a diagram showing an example thereof, which is a configuration that can be adopted when one signal measurement pad is provided. That is, the
かかる構成により、制御信号C0、C1、C2を切り替えることにより、いずれか1つの論理積素子32の出力が高レベルとなり、従って、それに対応するスイッチング素子31がオン状態となり、信号測定用パッド13へは、そのオン状態のスイッチング素子31に入力される信号が到達することとなる。
With such a configuration, by switching the control signals C0, C1, and C2, the output of any one of the AND elements 32 becomes a high level, so that the corresponding switching element 31 is turned on, and the
本発明は、TSVを用いて多数のチップ(メモリおよびコントローラ)が積層されて1パッケージ内に収められた半導体装置に適用可能である。 The present invention can be applied to a semiconductor device in which a large number of chips (memory and controller) are stacked using a TSV and housed in one package.
1・・・検査装置
11・・・測定用インターポーザ
12・・・針
13・・・信号測定用パッド
14・・・プローブ
15・・・枠
16・・・ピン
17・・・信号測定用チップ
18・・・接続基板
19・・・ボンディングワイヤ
30・・・セレクタ回路
31・・・スイッチング素子
32・・・論理積素子
51・・・インターポーザ
52・・・半導体チップ
53・・・TSV
100・・半導体装置
DESCRIPTION OF
100..Semiconductor device
Claims (11)
前記半導体装置の上部に露出した前記貫通電極に当接される針を備えた測定用インターポーザと、
前記測定用インターポーザに設けられ、前記針からの電気信号が供給される信号測定用パッドと、
前記信号測定用パッドに当接される測定器端子と、
を備えたことを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus for a semiconductor device in which a plurality of chips are stacked using a through electrode,
An interposer for measurement comprising a needle that is in contact with the through electrode exposed at the top of the semiconductor device;
A signal measuring pad provided in the measuring interposer and supplied with an electrical signal from the needle;
A measuring instrument terminal abutting on the signal measuring pad;
An inspection apparatus comprising:
前記貫通電極の上端に電気的に接した状態で、前記半導体装置に組み込まれた信号測定用パッドと、
前記信号測定用パッドに当接される測定器端子と、
を備えたことを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus for a semiconductor device in which a plurality of chips are stacked using a through electrode,
A signal measuring pad incorporated in the semiconductor device in a state of being in electrical contact with the upper end of the through electrode;
A measuring instrument terminal abutting on the signal measuring pad;
An inspection apparatus comprising:
前記半導体装置の上面に配設された接続基板と、
前記接続基板と前記貫通電極とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記接続基板上に形成され、前記ボンディングワイヤからの信号が供給される信号測定用パッドと、
前記信号測定用パッドに当接される測定器端子と、
を備えたことを特徴とする検査装置。 An inspection apparatus for a semiconductor device in which a plurality of chips are stacked using a through electrode,
A connection substrate disposed on an upper surface of the semiconductor device;
A bonding wire for electrically connecting the connection substrate and the through electrode;
A signal measuring pad formed on the connection substrate and supplied with a signal from the bonding wire;
A measuring instrument terminal abutting on the signal measuring pad;
An inspection apparatus comprising:
前記複数の貫通電極と、前記信号測定用パッドとの間に配され、制御信号に応じて、前記複数の貫通電極からの複数の信号から1つの信号を選択して、前記信号測定用パッドに供給するセレクタ回路を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の検査装置。 A plurality of through electrodes,
The signal measuring pad is arranged between the plurality of through electrodes and the signal measuring pad, and selects one signal from the plurality of signals from the plurality of through electrodes in accordance with a control signal, to the signal measuring pad. The inspection apparatus according to claim 1, further comprising a selector circuit to be supplied.
前記半導体装置を用意する工程と、
前記半導体装置の上面を溶融して前記信号測定用パッドを露呈させる工程と、
前記信号測定用パッドに検出器端子を当接させる工程と、
検出器に入力される信号を検査する工程と、
を含むことを特徴とする検査方法。 A semiconductor device comprising: a plurality of chips; a through electrode that is electrically connected by penetrating the plurality of chips; and a signal measurement pad that is electrically connected to and embedded in an upper end of the through electrode. An inspection method,
Preparing the semiconductor device;
Melting the upper surface of the semiconductor device to expose the signal measuring pad;
Bringing a detector terminal into contact with the signal measuring pad;
Inspecting the signal input to the detector;
The inspection method characterized by including.
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