JP2015121450A - 治具 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の外形の公差によらず、基板上に形成されたパッドにプローブを精度良く接触させることが可能な治具を提供する。【解決手段】本発明に係る本発明に係る治具（１００〜３００）は、半導体チップ（６〜８）が実装され、半導体チップと電気的に接続されるパッド（６１、８１）が形成された基板（６３）を載置するための窪み（１０、１１）を有する第１部材（１、１３）と、第１部材上に設けられた第２部材（２、３０）と、第２部材を第１部材に固定する第１固定部材（３、３２）と、第２部材に支持され、外部の機器（９）からパッドに電圧を供給するための第１プローブ（４、１２）と、を備え、前記第１プローブは、対応する一つのパッドに対して一方向に複数本配列され、一つのパッドに対して設けられた複数本の第１プローブの間隔は、対応するパッドの第１プローブの配列方向に沿った辺の長さよりも短いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の電気的特性を測定するための治具に関するものである。

半導体基板（半導体チップ）に回路素子等が形成された半導体装置などの電子部品の多くは、半導体チップが基板（インターポーザ）に実装されてパッケージングされる。例えば、半導体チップを基板に実装する方法としては、例えば、ワイヤによってＩＣチップと基板とを電気的に接続するワイヤボンディング実装や、基板上に並んだバンプ（はんだボール）と呼ばれる突起状の端子によって電子部品と基板とを電気的に接続するフリップチップ実装等が従来から知られている。
中でも、フリップチップ実装は、実装に必要となる面積が小さいので、小型化や薄型化が要求される携帯機器用の半導体装置に多く用いられている。また、フリップチップ実装は、配線を短くすることができることから、電気的特性が良い。そのため、高周波用の半導体装置等に多く用いられている。更に、電子部品の熱を基板に伝えやすいので、発熱が問題となる素子の実装にも用いられている。例えば、非特許文献１に記載されているような通信用のフォトダイオード（以下、「ＰＤ」とも称する。）が複数形成された半導体チップをセラミック等の絶縁基板に実装したパッケージ形態（チップオンキャリア（Ｃｈｉｐ−ｏｎ−Ｃａｒｒｉｅｒ））には、フリップチップ実装が用いられている。

このような半導体装置においては、使用前（例えば製品出荷の前）に、特性の安定化を図り、且つ初期段階での不良を取り除くことを目的として、所謂バーンイン試験という通電負荷試験が行われている。具体的に、バーンイン試験とは、温度や電圧などのストレスを加えることにより、潜在的な不良個所の顕在化を加速させ、その後の作動試験などにより不良製品を排除しようとするものである。

バーンイン試験時には、半導体チップに通電するために、半導体チップと外部電源とが配線によって電気的に接続される。この配線方法としては、例えば、半導体チップを測定用の仮の基板にワイヤボンディングした簡易実装を行い、仮の基板を介して半導体チップと外部電源とを電気的に接続する方法が知られている。しかしながら、この方法では、仮の基板と半導体チップとをワイヤで接続する工程と、ワイヤを外す工程とが必要になるので、手間とコストが掛かるという問題がある。

そこで、半導体チップと外部電源とを接続する別の方法として、基板の周縁を枠に挟み込み、所定の位置に固定する治具を用いる方法が知られている。この治具の構成を図１２〜図１８に示す。

図１２に示されるように、治具５００は、平面視略矩形の板状の下部部材１１０と、この下部部材１１０上に配設され、下部部材１１０と同等の形状を有する板状の上部部材１２０と、下部部材１１０上面において上部部材１２０が所定の方向に移動可能にするとともに、上部部材１２０を下部部材１１０に固定する移動部１３０とを備えている。

ここで、下部部材１１０の上面には、平面視略矩形の凹部１１１が形成されている。
また、上部部材１２０には、凹部１１１と同等の形状の開口部１２１が形成されている。

また、移動部１３０は、上部部材１２０に形成された矩形の開口からなるガイド１３１と、このガイド１３１を介して下部部材１１０に螺着されたネジ１３２とから構成されている。このガイド１３１は、図１２および図１４を正面視した状態において、上部部材１２０の対角線と略一致する方向、すなわち右下方向から左上方向に亘って、下部部材１１０および上部部材１２０の各側部に対して斜めに延在している。したがって、上部部材１２０は、下部部材１１０に対して右下方向から左上方向に沿った斜めの方向に移動することとなる。

このような治具１００の使用方法は次の通りである。なお、以下において、凹部１１１と開口部１２１の各内側面の位置を示すための上下左右方向は、図１２または図１４を正面視した状態における上下左右方向を示している。

先ず、図１２に示すように、鉛直上方から見た状態において、凹部１１１と開口部１２１の縁部が略一致するように、下部部材１１０と上部部材１２０との位置を調整する。次に、半導体チップ７０１を実装した基板７００を、開口部１２１を介して凹部１１１の底面に載置する。そして、開口部１２１から露出する凹部１１１の面積が小さくなるように、図１２に示す矢印Ｃの方向、すなわち、上部部材１２０をガイド１３１に沿って右下方向から左上方向に向かって移動させる。すると、基板７００は、開口部１２１内面の右側面および下側面により凹部１１１底面上を左上方向に移動させられ、図１４，図１５に示すように、それらの側面と凹部１１１内面の左側面および上側面に挟持される。この状態でネジ１３２を下部部材１１０に螺着させると、基板７００は、治具５００に固定されることとなる。

基板７００が治具５００に固定されたら、基板７００上面に形成されたパッド端子７０２に、外部電源に接続されたプローブの先端（以下、「プローブ端子」とも称する。）を接触させる。これにより、基板７００に実装された半導体チップ７０１と外部電源とが電気的に接続されることになる。

このような治具１００を用いることにより、ワイヤボンディングする場合のように、ワイヤを接続したり、ワイヤを外したりする工程が不要となるので、手間やコストを削減することができる。

S.Tsunashima et. al., "Silica-based, compact and variable-optical-attenuator integrated coherent receiver with stable optoelectronic coupling system",OPTICS EXPRESS, 20(24), pp.27174-27179, 2012

しかしながら、上述した方法では、半導体チップ７０１を実装した基板７００の外形の公差（基板の形状のばらつき）により、基板７００上のパッド端子７０２の位置が、基板７００毎にばらつくことがある。すなわち、上述した方法では、治具５００が基板７００の周縁を固定することにより、基板７００の外形を基準にパッド端子７０２の位置を決定しているので、基板７００の外形に誤差があると、基板７００毎にパッド端子７０２の位置がずれ、プローブ端子をパッド端子７００に精度良く接触させることができないという問題があった。

例えば、図１６に示すように外形が設計値通りに形成された基板７００＿１の場合には、プローブ端子４００がちょうどパッド端子７０２上に位置することになる。これに対し、図１７に示すように外形が設計値よりも大きく形成された基板７００＿２の場合や、図１８に示すように外形が設計値よりも小さく形成された基板７００＿３の場合、プローブ端子４００が接触する位置がパッド端子７０２からずれてしまうため、パッド端子７０２とプローブとが電気的に接続されず、半導体チップと外部電源とが電気的に接続されないため、バーンイン試験を実施することができない。

上記の問題を解決するための方法として、基板７００上のパッド端子７０２のサイズを基板の公差を考慮して大きくすることが考えられる。しかしながら、当該方法では、パッドの寄生容量が大きくなってしまうため、できるだけ寄生容量を小さくしたい高周波用の半導体装置、例えば、通信用のＰＤが形成された半導体装置等には向かない。

特に、近年のＰＤの多機能化の要請により、ＰＤを備えた半導体チップの外部端子数が増加傾向にあるため、その外部端子と接続される基板上のパッド端子の数も多くなってきていること（非特許文献１を参照）や、更なる低コスト化の要求に応えるためにパッド端子間の距離（ピッチ）が狭くして集積密度の向上を図る傾向があること等から、パッド端子のサイズを大きくすることは現実的ではない。

そこで、本発明は、基板の外形の公差によらず、基板上に形成されたパッドにプローブを精度良く接触させることが可能な治具を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る治具は、半導体チップが実装され、前記半導体チップと電気的に接続されるパッドが形成された基板を載置するための窪みを有する第１部材と、前記第１部材上に設けられた第２部材と、前記第２部材を前記第１部材に固定する第１固定部材と、前記第２部材に支持され、外部に設けられた機器から前記パッドに電圧を供給するための第１プローブと、を備え、前記第１プローブは、対応する一つの前記パッドに対して一方向に複数本配列され、一つの前記パッドに対して設けられた複数本の前記第１プローブの間隔は、対応する前記パッドの前記第１プローブの配列方向に沿った辺の長さよりも短いことを特徴とするものである。

上記治具において、前記パッド毎に対応して配置された複数本の前記第１プローブから成るプローブ群を複数組有し、夫々のプローブ群が共通に接続されてもよい。

上記治具において、前記第２部材は、前記窪みの少なくとも一部を覆うように前記第１部材上に配置され、前記第１プローブは、前記第２部材の前記第１部材と接する主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記主面に垂直な方向に延在するようにしてもよい。更に、上記治具は、外部に設けられた機器から対応する前記パッドに電圧および電流を供給するとともに当該パッドに発生した電圧および電流を測定するための第２プローブを更に備え、前記第２プローブは、対応する前記パッド毎に一本ずつ設けられ、前記第２部材の前記主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記主面に垂直な方向に延在するようにしてもよい。

また、上記治具において、前記第２部材は、前記窪み内において、平面視で前記基板が載置される側の前記窪みの第１辺と対向する前記窪みの第２辺の側に設けられ、平面視で前記第１辺および前記第２辺に直交する方向に移動可能にされ、前記第１プローブは、前記第２部材の前記第１部材と接触する面を底面としたときの前記第１辺に対向する側の側面から、平面視で前記第１辺と直交する方向に延在するようにしてもよい。更に、上記治具は、外部に設けられた機器から対応する前記パッドに電圧および電流を供給するとともに当該パッドに発生した電圧および電流を測定するための第２プローブと、前記窪みの少なくとも一部を覆うように前記第１部材上に配置され、前記第２プローブを支持する第３部材と、前記第３部材を前記第１部材に固定する第２固定部材と、を更に備え、前記第２プローブは、対応する前記パッド毎に一本ずつ設けられ、前記第３部材の前記第１部材と接する主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記主面に垂直な方向に延在するようにしてもよい。

また、上記治具において、前記パッドの幅の設計値をＬとし、当該パッドの幅のばらつき幅をｄＬとした場合に、前記第２プローブの間隔は、（Ｌ−２ｄＬ）以下としてもよい。

また、上記治具において、前記パッドの幅の設計値をＬとし、当該パッドの幅のばらつき幅をｄＬとし、前記基板の外形の公差と前記治具の外形の公差とを含むばらつき幅をＤとした場合に、一つの前記パッドに対応する複数本の前記第２プローブから成るプローブ群における両端のプローブ同士の間隔は、（Ｌ＋２ｄＬ＋２Ｄ）以上としてもよい。

本発明によれば、治具における第１プローブが、半導体チップを搭載した基板に形成された一つのパッドに対してパッド幅より狭い間隔で複数本配置されるので、前記基板の外形公差に起因して前記パッドの位置が設計値からずれた場合であっても、複数本の第１プローブの何れかを前記パッドに接触させることが可能となる。これにより、例えば、治具の第１部材の窪みにおける上記基板を載置する位置や第１プローブの位置等を、測定する基板を変更する毎に調整したりする必要がないので、効率良く、且つ正確に測定を行うことが可能となる。

図１は、実施の形態１に係る治具の概略を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る治具１００の構成の模式的な平面を示す図である。 図３は、図２に示される治具１００のＩ−Ｉ’線による断面を模式的に示す図である。 図４は、図２に示される治具１００のＩＩ−ＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図５は、半導体チップ６０の模式的な断面を示す図である。 図６は、基板６３の構成の模式的な平面を示す図である。 図７は、半導体装置６の模式的な断面を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る治具２００の概略を示す図である。 図９は、実施の形態３に係る治具３００の構成の模式的な平面を示す図である。 図１０は、図９に示される治具３００のＩＩＩ−ＩＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図１１は、図９に示される治具３００のＩＶ−ＩＶ’線による断面を模式的に示す図である。 図１２は、従来の治具の固定前の状態を模式的に示す平面図である。 図１３は、図１２のＶ−Ｖ’線による断面を模式的に示す図である。 図１４は、従来の治具の固定後の状態を模式的に示す平面図である。 図１５は、図１４のＶＩ−ＶＩ’線による断面を模式的に示す図である。 図１６は、従来の治具に設計通りの外形の基板を固定した状態を模式的に示す平面図である。 図１７は、従来の治具に設計よりも外形が大きい基板を固定した状態を模式的に示す平面図である。 図１８は、従来の治具に設計よりも外形が小さい基板を固定した状態を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

≪実施の形態１≫
図１に、本発明の一実施の形態に係る治具１００の概略を示す。
治具１００は、半導体装置６の電気的特性等の測定を行う際に、測定機器９と半導体装置６とを電気的に接続するための器具である。

半導体装置６は、例えば、基板（チップオンキャリア基板）６３と、基板６３に実装された半導体チップ６０と、基板６３上に形成され、半導体チップ６０と電気的に接続される外部端子（パッド）６１、６２とを含む。

半導体チップ６０は、例えば複数の通信用のフォトダイオード６２０が複数個並んで形成されたＰＤアレイを備える半導体集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。夫々のフォトダイオード６２０のアノードは対応するパッド６１に接続され、夫々のフォトダイオード６２０のカソードは対応するパッド６２に接続される。

パッド６２は、固定電位供給用の電極である。パッド６１は、高周波信号が伝搬する電極である。パッド６１および６２は、例えば平面視矩形状に形成される。パッド６１は、当該パッドの表面積に起因して形成される寄生容量を小さくするため、平面視において、パッド６２よりも小さな形状（小さなパッド面積）を有する。なお、半導体装置６のより詳細な構成については後述する。

測定機器９は、例えば、治具１００に設けられたプローブ４，５を介して、被測定素子（半導体装置６）に対する電圧の印加および電流のシンク・ソースを行うとともに、電圧や電流等の電気的な特性の測定を行う検査装置（テスタ）である。

治具１００は、半導体装置６のパッド６１に接触するプローブ４が、対応する一つのパッド６１に対してパッド６１の幅より狭い間隔で複数本設けられることを一つの特徴としている。以下、治具１００の具体的な構成について、図２乃至４を用いて詳細に説明する。

図２は、実施の形態１に係る治具１００の模式的な平面を示す図である。図３は、図２に示される治具のＩ−Ｉ’線による断面を模式的に示す図である。図４は、図２に示される治具のＩＩ−ＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。

図２乃至４に示されるように、治具１００は、基材１と、上部部材２と、固定部材３と、プローブ４，５と、を備える。

基材１は、例えばアルミを主成分とする金属材料で形成される。基材１は、上面に、半導体装置６を載置するための平面視矩形状の窪み１０を有する。窪み１０は、半導体装置６を窪み１０内に載置して上部部材２を基材１に固定したときに、半導体装置６を構成する半導体チップ６０の上面が上部部材２の下面に接触しない程度の十分な深さを有する。また、窪み１０は、半導体装置６を載置することができれば、平面視における窪み１０の長辺および短辺の長さに特に制限はない。なお、図２には、基材１に２つの窪み１０が形成され、被測定素子として２つの半導体装置６が夫々の窪み１０に載置される場合が図示されているが、基材１における窪み１０の個数や位置はこれに限定されず、適宜、変更可能である。
なお、基材１はアルミ以外の金属材料で形成されても機能することはいうまでもない。

上部部材２は、断面視において、基材１の上部に設けられる。具体的に、上部部材２は、基材１の窪み１０の少なくとも一部を覆うように基材１の上面に設置される。特に制限されないが、図２乃至４では、上部部材２が窪み１０の全体を覆うように、基材１の上面に配置された場合が例示されている。なお、図２では、説明の便宜上、上部部材２の図示を省略し、上部部材２が配置される平面上の領域２Ａを点線で図示している。

固定部材３は、上部部材２を基材１に固定する。例えば、固定部材３は、外面にねじ山を有するおねじ形状を有し、上部部材２を基材１にねじ止めする。

プローブ４，５は、測定機器９と半導体装置６のパッド６１、６２とを電気的に接続し、パッド６１、６２に発生した電圧および電流を測定するための器具である。プローブ４、５は、導電性を有する金属部材から構成される。プローブ４，５は、上部部材２の基材１と接する主面（下面）における平面視で窪み１０と重なりを有する部分から、窪み１０の底面に向かって上部部材２の下面に垂直な方向に延在している。具体的には、プローブ４，５は、一方において上部部材２に支持されるとともにパッド２２、２３と接続され、他方においてプローブ４，５の先端がパッド６１、６２に向かって延在している。プローブ４，５は、上部部材２を基材１に固定したときに、プローブ４，５の先端が半導体装置６のパッド６１、６２に接触するのに十分な長さを有している。

プローブ５は、半導体装置６の固定電位供給用のパッド６２に対応して設けられる。例えば、プローブ５は、対応するパッド６２毎に一本ずつ設けられる。半導体装置６の電気的特性の測定時（例えばバーンイン試験時）において、プローブ５は、上部部材２に形成されたパッド２３を介して、測定機器９における、例えば電圧の印加および電流のシンク・ソースと電圧および電流の測定が可能なＳＭＵ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）端子９０に接続される。パッド２３とＳＭＵ端子９０とは、例えば配線ケーブル（図示せず）によって接続される。なお、当該配線ケーブルとパッド２３とは、例えば半田を介して接続される。

プローブ４は、半導体装置６の高周波信号が発生するパッド６１に対応して設けられる。具体的に、プローブ４は、対応する一つのパッド６１に対して、冗長な本数が設けられる。すなわち、プローブ４は、対応する一つのパッド６１に対して、パッド６１の幅より狭い間隔で複数本設けられる。一群を構成する複数のプローブ４（以下、「プローブ群４０」と表記する。）は、対応するパッド６１毎に複数組設けられる。例えば、図１乃至４には、基板６３の長手方向に沿って配列された４本のプローブ４からなるプローブ群４０が、パッド６１毎に対応して配置された構成が例示されている。
半導体装置６の電気的特性の測定時（例えばバーンイン試験時）において、プローブ４は、上部部材２上に形成されたパッド２２を介して、測定機器９における固定電圧（例えばグラウンド電圧）を供給する端子に接続される。パッド２２と測定機器９の端子とは、例えば配線ケーブル（図示せず）によって接続される。なお、当該配線ケーブルとパッド２２とは、例えば半田を介して接続される。

プローブ群４０を構成する夫々のプローブ４は、対応するパッド６１に確実に接触するように、狭い間隔で配列される。具体的には、一つのパッド６１に対して設けられた複数本のプローブ４の間隔は、対応するパッド６１のプローブ４の配列方向に沿った辺の長さ（パッドの幅）よりも短い。例えば、パッド６１の幅の設計値をＬとし、パッド６１の幅のばらつき幅をｄＬとした場合に、プローブ４の間隔Ｘは、（Ｌ−２ｄＬ）以下とされる。例えば、Ｌ＝１００μｍ、ｄＬ＝１０μｍ（Ｌのプラスマイナス１０％）としたとき、プローブ４の間隔は８０μｍ以下とされる。

また、基板６３の外形の公差（例えば基板６３の長手方向の公差）と治具の外形の公差（例えば窪み１０の長手方向の公差）とを含むばらつき幅をＤとした場合に、プローブ群４０の幅Ｗ、すなわち、一つのプローブ群を構成する両端のプローブ４同士の間隔は、（Ｌ＋２ｄＬ＋２Ｄ）以上とされる。例えば、Ｌ＝１００μｍ、ｄＬ＝１０μｍ（Ｌのプラスマイナス１０％）、Ｄ＝５０μｍとしたとき、プローブ群４０の幅Ｗは２２０μｍ以上とされる。

なお、本実施の形態のように、複数のプローブ４を纏めて固定電位ノード（グラウンドノードＧＮＤ）に接続する場合には、プローブ群４０同士の間隔を図２乃至４に示される長さよりも短くしてもよい。例えば、プローブ４の間隔Ｘと等しい間隔でプローブ群４０を配置してもよい。また、本実施の形態では、パッド６１の平面視における断面線Ｉ−Ｉ’と平行な辺の長さは、２Ｄ以上としている。

次に、半導体装置６について詳細に説明する。
図５は、半導体装置６における半導体チップ６０の模式的な断面を示す図である。同図に示される半導体チップ６０は、例えば、ＩｎＰフォトダイオードチップである。以下、同図に示される半導体チップ６０の製造方法について簡単に説明する。

先ず、ＭＯＶＰＥ法等のエピタキシャル成長法を利用して、ＩｎＰ基板６００に、ｎ型ＩｎＰ層６０１、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ層６０２、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層６０３を順次積層させて形成する。その後、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ｎ型ＩｎＰ層６０１、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ層６０２、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層６０３をメサ型に加工する。その後、ｎ型ＩｎＰ層６０１およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層６０３に、夫々オーミック接触となる半導体−金属接合部（図示せず）を設ける。その後、基板６０とフリップチップ接続するための金属配線６０４、６０５を、ｎ型ＩｎＰ層６０１およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層６０３の半導体−金属接合部に接触させて形成する。最後に、金属配線６０４、６０５上にパッド６０６、６０７を形成する。パッド６０６、６０７は、例えばＡｕを主成分とする金属から構成される。パッド６０６、６０７の厚み（ＩｎＰ基板６００の平面の垂直方向の長さ）は、例えば約４μｍである。上記のような工程を経た半導体ウェハ（ＩｎＰ基板６００）はダイシングされ、個別の半導体チップとなる。

次に、半導体チップ６０を実装する基板６３について説明する。
図６は、半導体装置６における基板６３の平面的な構造を示す図である。
同図に示される基板６３は、例えば絶縁性を有するセラミック基板６４と、半導体チップ６０のパッド６０６、６０７とフリップチップ接続するための複数のパッド６５と、半導体装置６の外部電極としてのパッド６１、６２と、当該パッド６１、６２と対応するパッド６５とを接続するための金属配線６６と、を備える。パッド６１、６２、および６５は、セラミック基板６４上に、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングされた金属（例えばＡｕを主成分とする金属）から構成される。前述したように、半導体チップ６０の高周波信号が伝搬するパッド６１は、高周波の伝送特性の低下を抑制するため、寄生容量ができるだけ小さくなるように可能な限り小さく形成する。一方、固定電圧が供給されるパッド６２は、高周波の伝送特性に影響を与えないので、基板６０の公差を考慮して可能な限り大きく形成する。

図７は、基板６３に半導体チップ６０を実装した半導体装置６の模式的な断面を示す図である。同図に示されるように、基板６３のパッド６５上に、図示されない半田ボール等を介してパッド６１、６２が接続されることにより、半導体チップ６０が基板６３に実装される。これにより、フリップチップ実装素子としての半導体装置６が実現される。

次に、治具１００を用いた電気的特性の測定方法について簡単に説明する。
先ず、治具１００に、被検査素子としての半導体装置６を載置する。具体的には、基板６３の角を窪み１０の角に合わせて半導体装置６を窪み１０内に配置する。換言すれば、基板６３の一つの短辺が窪み１０の一つの短辺に沿うように、且つ基板６３の一つの長辺が窪み１０の一つの長辺に沿うように、半導体装置６を窪み１０内に配置する。

その後、固定部材３によって上部部材２を基材１に固定する。これにより、上部部材２に支持されたプローブ４、５が、基板６３上に形成されたパッド６１、６２に夫々接触する。特に、プローブ４は、上記のように高周波信号が伝搬するパッド６１の一つに対して複数本設けられるので、基板６３の外形公差に起因してパッド６１の位置が設計値からずれた場合であっても、何れかのプローブ４をパッド６１に接触させることが可能となる。また、プローブ５は、上記のようにパッド６２を基板６３の公差を考慮して形成していることから、パッド６１の位置がばらついた場合であっても、一本のプローブ５を対応する一つのパッド６２に接触させることが可能となる。また、プローブ４，５を、弾性を有する金属部材を用いて形成すれば、上部部材２を固定することで、基板６３や基板６３上のパッド６２を破壊しない程度の力で窪み１０内における半導体装置６の位置を固定することが可能となる。

その後、上部部材２の上面に形成されたパッド２２、２３と測定機器９の端子とを配線ケーブル等によって接続する。これにより、半導体装置６の電気的特性等の測定や負荷試験等を行うことが可能となる。例えば、半導体装置６のバーンイン試験を行う場合、パッド６１に接続されるプローブ４にはグラウンド電圧が供給される。一方、半導体装置６のパッド６２には、プローブ５を介して、測定機器９のＳＭＵ端子９０から個別に電圧が印加される。このときのパッド６２の電圧およびパッド６２に流れる電流を測定機器９で測定することで、４つのフォトダイオード６２０の電流−電圧特性を夫々測定することができる。なお、本実施の形態では、４つのフォトダイオード６２０の夫々のカソード端子を別々のＳＭＵ端子９０に接続する場合を例示したが、バーンイン試験のみを低コストで実施する場合には、夫々のカソード端子を一つのＳＭＵ端子に接続するようにしてもよい。例えば、プローブ４と同様に、夫々のプローブ５を一つのパッド２３に共通に接続してもよいし、夫々のパッド２３と測定機器９とを接続するための配線ケーブルを共通に接続して一つのＳＭＵ端子に接続してもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る治具１００によれば、プローブ４が、基板６３に形成された一つのパッド６１に対してそのパッド幅より狭い間隔で複数本配置されるので、基板６３の外形公差等に起因してパッドの位置が設計値からずれた場合であっても、何れかのプローブ４をパッド６１に接触させることが可能となる。これによれば、例えば治具１００の窪み１０内の半導体装置６を載置する位置やプローブ４の位置等を、測定する基板を変更する毎に調整したりする必要がないので、効率良く、且つ正確に測定を行うことが可能となる。

また、上述したように、プローブ４の間隔Ｘを（Ｌ−２ｄＬ）以下とし、プローブ群４０の幅Ｗを（Ｌ＋２ｄＬ＋２Ｄ）以上とすることで、プローブ４とパッド６１との接触不良が更に起こり難くなるから、半導体装置６と測定機器９との間の電気的接続をより確実なものとすることが可能となる。

≪実施の形態２≫
図８は、実施の形態２に係る治具の概略を示す図である。
同図に示される治具２００は、プローブ４がスイッチ素子ＳＷを介して、固定電位ノードに接続される点で実施の形態１に係る治具１００と相違し、その他の構成は治具１００と同様である。以下の説明においては、実施の形態１に係る治具１００と共通する構成要素については同一の符号を用いて表し、その詳細な説明を省略する。

治具２００には、被測定素子として半導体装置７が載置される。半導体装置７は、実施の形態１に係る半導体装置６と同様に、半導体チップ７０が基板７３に実装されたフリップチップ実装素子である。

半導体チップ７０は、例えば通信用のフォトダイオード（ＰＤ）７２０と、一端がフォトダイオード７２０のカソードに接続された容量素子７２１とを一組としたものをアレイ上に集積化した半導体集積回路である。容量素子７２１は、例えば、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）容量である。

基板７３は、半導体装置７の外部端子となるパッド７１、７２、７７、および７８を備える。なお、図示はしないが、実施の形態１に係る基板６３と同様に、基板７３は、半導体チップ７０と基板７３とをフリップチップ接続するためのパッドや、当該パッドとパッド７１、７２、７７、および７８とを接続するための金属配線等も備えている。

パッド７１は、対応するフォトダイオード７２０のアノードに接続される。パッド７２は、対応するフォトダイオード７２０のカソードおよび容量素子７２１の一端に接続される。パッド７７は、夫々の容量素子７２１の他端に共通に接続され、例えばグラウンド電圧が供給される。パッド７７とパッド７１とは、基板７３の長手方向に、交互に並んで配置される（コプレーナ線路構成）。また、パッド７８も、パッド７７と同様に、夫々の容量素子７２１の他端に共通に接続され、グラウンド電圧が供給される。パッド７８は、基板７３の長手方向に並んで配置されたパッド７２の列を両端において挟むように、配置される。

次に、治具２００を用いた電気的特性の測定方法について説明する。
先ず、治具２００に、被検査素子としての半導体装置７を載置する。具体的な載置の方法は、実施の形態１と同様である。これにより、上部部材２に支持されたプローブ４、５が、基板７３上の対応するパッド７１、７２、７７、および７８に接触する。特に、プローブ４は、上記のように高周波信号が伝搬するパッド７１の一つに対して複数本設けられるので、基板７３の外形公差に起因してパッド７１の位置が設計値からずれた場合であっても、何れかのプローブ４をパッド６１に接触させることが可能となる。また、プローブ４が複数設けられていることから、パッド７１と並んで配置されたパッド７７にもプローブ４を接触させることが可能となる。

その後、実施の形態１と同様に、上部部材２の上面に形成されたパッド２２、２３と測定機器９の端子とを配線ケーブル等によって接続する。これにより、半導体装置７の電気的特性等の測定や負荷試験等を行うことが可能となる。

例えば、半導体装置７のバーンイン試験を行う場合、パッド７１および７７に接続されるプローブ４には、スイッチ素子ＳＷを介して測定機器９からグラウンド電圧が供給される。また、半導体装置７のパッド７８には、プローブ５を介して、測定機器９からグラウンド電圧が供給される。更に、半導体装置７の夫々のパッド７２には、プローブ５を介して、測定機器９のＳＭＵ端子９０から個別に電圧が印加される。

パッド７２の電圧およびパッド７２に流れる電流を測定機器９で測定することで、４つのフォトダイオード７２０と容量素子７２１の夫々の電流−電圧特性を測定することができる。例えば、容量素子７２１の電流−電圧特性を測定する場合、スイッチ素子ＳＷをオフ（開放）させた状態で、ＳＭＵ端子９０から電圧を印加する。これにより、容量素子７２１の両端にのみ電圧が印加されるので、容量素子７２１単体の電流−電圧特性を測定することができる。一方、フォトダイオード７２０の電流−電圧特性を測定する場合、先ず、スイッチ素子ＳＷをオン（短絡）させた状態で、ＳＭＵ端子９０から電圧を印加する。これにより、容量素子７２１とフォトダイオード７２０の両端に電圧が印加されるので、容量素子７２１とフォトダイオード７２０との並列回路の電流−電圧特性を測定することができる。その後、上記並列回路の電流−電圧特性から、事前に測定しておいた容量素子７２１単体の電流−電圧特性を減ずることにより、フォトダイオード７２０単体の電流−電圧特性を推測することが可能となる。

なお、本実施の形態では、４つのフォトダイオード７２０の夫々のカソード端子を別々のＳＭＵ端子に接続する場合を例示したが、夫々のカソード端子を一つのＳＭＵ端子に接続すれば、４つのフォトダイオード７２０を同時に測定することが可能となる。また、４つの容量素子７２１を同時に測定することも可能となる。

以上説明したように、実施の形態２に係る治具２００によれば、実施の形態１に係る治具１００と同様に、基板７３の外形公差等に起因してパッドの位置が設計値からずれた場合であっても、何れかのプローブ４をパッド７１に接触させることが可能となる。また、パッド７１と並んで配置されたパッド７７にもプローブ４を接触させることができるので、バーンイン試験時に、パッド７１とパッド７７の双方に固定電圧（グラウンド電圧）を印加することが容易となる。

≪実施の形態３≫
図９は、実施の形態３に係る治具の構成の平面を模式的に示す図である。図１０は、図９に示される治具のＩＩＩ−ＩＩＩ’線による断面を模式的に示す図である。図１１は、図９に示される治具のＩＶ−ＩＶ’線による断面を模式的に示す図である。

治具３００には、被測定素子として半導体装置８が載置される。半導体装置８は、高周波信号が伝搬するパッドが基板６３の上面のみならず側面にも延在する点で、実施の形態１に係る半導体装置６と相違し、その他の構成は半導体装置６と同様である。以下の説明においては、実施の形態１に係る半導体装置６と共通する構成要素については同一の符号を用いて表し、その詳細な説明を省略する。

図１０に示されるように、半導体装置８において、フォトダイオード６２０のアノード端子に接続されるパッド８１は、基板６３の上面６３Ａから側面６３Ｂまで延在して形成される。換言すれば、パッド８１は、基板６３の上面６３Ａに接するように形成され、且つ側面６３Ｂの少なくとも一部に接するように形成される。

治具３００は、被測定対象の半導体チップを搭載した基板の側面方向からプローブを押し当て可能な構成を有する点で、実施の形態１に係る治具１００と相違し、その他の構成は治具１００と同様である。以下の説明においては、実施の形態１に係る治具１００と共通する構成要素については同一の符号を用いて表し、その詳細な説明を省略する。

図９乃至１１に示されるように、治具３００は、基材１３と、上部部材２０と、固定部材３、３２と、プローブ５、１２と、移動部材３０と、スライダー３５とを備える。

基材１３は、実施の形態１の基材１と同様に、例えばアルミを主に含む金属部材から構成され、上面に窪み１１を有する。窪み１１は、図９に示されるように、平面視において、凸状形状を有する。窪み１１の平面視における凸状の下部領域１１Ｂには、移動部材３０が配置され、窪み１１の平面視における凸状の上部領域１１Ａには、半導体装置８が載置される。窪み１１の上部領域１１Ａは、半導体装置７を窪み１１内に載置して上部部材２を基材１３に固定したときに、半導体チップ６０の上面が上部部材２の下面に接触しない程度の十分な深さと、半導体装置８を窪み１１内に配置することが可能な程度の底面積を有する。なお、窪み１１は、半導体装置８を窪み１１内に載置することができれば、平面視における上部領域１１Ａの長辺および短辺の長さに特に制限はない。また、図１０では、断面視において窪み１１の上部領域１１Ａの高さと下部領域１１Ｂの高さが相違する構成が例示されているが、後述する移動部材３０の形状（例えば高さ）やプローブ１２の形状等によっては、上部領域１１Ａの高さと下部領域１１Ｂの高さを等しくしてもよいし、反対に、上部領域１１Ａを下部領域１１Ｂよりも低くしてもよい。なお、図９には、基材１３に２つの窪み１１が形成され、被測定素子として２つの半導体装置８が夫々の窪み１１に載置される場合が図示されているが、基材１３における窪み１１の個数や位置はこれに限定されず、適宜、変更可能である。

上部部材２０は、実施の形態１に係る上部部材２と同様に、半導体装置８のパッド６２に対応して設けられたプローブ５を支持するとともに、固定部材３によって基材１３の上面に固定される。具体的に、上部部材２０は、窪み１１の少なくとも一部を覆うように基材１３の上面に設置される。例えば、図１０および１１では、上部部材２が窪み１１の上部領域１１Ａを覆うように、基材１３の上面に配置された場合が例示されている。なお、図９では、説明の便宜上、上部部材２０Ａの図示を省略し、上部部材２０Ａが配置される平面上の領域２０Ａを点線で図示している。

移動部材３０は、図９に示されるように、窪み１１内において、平面視で半導体装置８の基板６３が載置される側の辺１１Ｐと対向する辺１１Ｑの側に設けられる。具体的には、図９および１０に示されるように、窪み１１の下部領域１１Ｂに配置される。なお、以下の説明では、移動部材３０における端子１３と接触する面を底面とし、底面と直交する面を側面として説明する。

移動部材３０は、平面視で辺１１Ｐ、１１Ｑに直交するＡ方向に移動可能にされる。移動部材３０は、断面視において上面と底面を貫通する貫通穴３１と、貫通穴３１を貫通する固定部材３２とを有する。貫通穴３１は、Ａ方向を長辺とする矩形状に形成される。固定部材３２は、例えば固定部材３と同様に、外面にねじ山を有するおねじ形状を有し、移動部材２を端子１３にねじ止めする。貫通穴３１と固定部材３２により、移動部材３０をＡ方向に移動させ、Ａ方向の任意の位置で固定させることが可能となる。また、移動部材３０は、移動部材３０のＡ方向と反対方向の側面において支持され、Ａ方向と反対方向に延長して形成されたスライダー３５を備える。これにより、容易に、移動部材３０をＡ方向に移動させることができる。

プローブ１２は、実施の形態１に係るプローブ４と同様に、導電性を有する金属部材から構成され、測定装置８と半導体装置８のパッド８１とを電気的に接続する。プローブ１２は、プローブ４と同様に、半導体装置８の高周波信号が発生するパッド８１に対応して設けられる。すなわち、プローブ１２は、対応する一つのパッド８１に対して、パッド８１の幅より狭い間隔で複数本設けられる。プローブ１２の間隔Ｘは、実施の形態１に係るプローブ４と同様に、（Ｌ−２ｄＬ）以下とされる。また、図９乃至１２には、基板６３の長手方向に等間隔で複数のプローブ１２を配列する場合が例示されているが、実施の形態１のプローブ４のように、プローブ群毎に纏めて形成してもよい。この場合には、夫々のプローブ群の幅Ｗは、（Ｌ＋２ｄＬ＋２Ｄ）以上とされる。

プローブ１２は、移動部材３０のＡ方向の側面（窪み１１の辺１１Ｐに対向する側面）において支持され、プローブ１２の先端がＡ方向に向かって延長されて形成される。具体的に、夫々のプローブ１２は、図１０および１１に示されるように、一端が移動部材３０のＡ方向の側面から突出し、他端が移動部材３０に形成されたパッド３４に共通に接続される。プローブ１２は、半導体装置８の電気的特性の測定時（例えばバーンイン試験時）には、移動部材３０に形成されたパッド３４を介して、測定機器９における固定電圧（例えばグラウンド電圧）を供給する端子に接続される。パッド３４と測定機器９の端子とは、例えば配線ケーブル（図示せず）によって接続される。特に制限されないが、当該配線ケーブルとパッド３４とは、例えば半田を介して接続される。

次に、治具３００を用いた電気的特性の測定方法について簡単に説明する。
先ず、治具３００に、被検査素子としての半導体装置８を載置する。具体的には、基板６３の角が窪み１１の上部領域１１Ａの角に合うように半導体装置８を上部領域１１Ａ内に配置する。換言すれば、基板６３の一つの短辺が上部領域１１Ａの一つの短辺に沿うように、且つ基板６３の一つの長辺が上部領域１１Ａの一つの長辺に沿うように、半導体装置８を窪み１１内に配置する。

その後、移動部材３０を、プローブ１２と半導体装置８のパッド８１とが接触する位置まで移動させ、固定部材３２によって固定する。これにより、プローブ１２と半導体装置８とを電気的に接続させ、且つ半導体装置８をＡ方向から窪み１１の側面に押し付けて保持することができる。

その後、実施の形態１の治具１００の場合と同様に、固定部材３によって上部部材２を基材１に固定する。これにより、上部部材２に支持されたプローブ５が、基板６３上の対応するパッド６２に接触する。また、プローブ５を弾性を有する金属部材を用いて形成することにより、基板６３や基板６３上のパッド６２を破壊しない程度の力で、半導体装置８を図１０のＢ方向から上面領域１１Ａの底面に押し付けて保持することが可能となる。

その後、上部部材２の上面に形成されたパッド２３および移動部材３０の上面に形成されたパッド３４と、測定機器９の端子とを夫々配線ケーブル等によって接続する。これにより、半導体装置８の電気的特性等の測定や負荷試験等を行うことが可能となる。例えば、半導体装置８のバーンイン試験を行う場合、パッド８１には、プローブ１２を介してグラウンド電圧が供給され、パッド６２には、プローブ５を介して測定機器９のＳＭＵ端子９０から個別に電圧が印加される。これにより、実施の形態１と同様に、半導体チップ６０に形成された夫々のフォトダイオードの電流−電圧特性を測定することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る治具３００によれば、実施の形態１の治具１００と同様に、基板６３の上面から側面にまで延在する形状を有するパッド８１を備えた半導体装置８において、基板６３の外形公差等に起因してパッド８１の位置が設計値からずれた場合であっても、何れかのプローブ１２を基板６３の側面側からパッド８１に接触させることができるので、効率良く、且つ正確に半導体装置８の電気的特性等の測定を行うことが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、実施の形態１において、プローブ群４０同士の間隔を、各プローブ群４０を構成するプローブ同士の間隔よりも短くした場合を例示したが、これに限られず、プローブ群４０同士の間隔をプローブ同士の間隔と等しくしてもよい。すなわち、プローブ４を、実施の形態２に係るプローブ１２のように、一方向に等間隔で配列してもよい。

また、実施の形態３において、窪み１１を平面視凸状の形状に構成する場合を例示したが、半導体装置８を窪み１１の一つの角に沿って配置することができ、且つ移動部材がＡ方向に移動可能にされる構成であれば、凸状の形状に限定されない。

また、実施の形態１乃至３において、基材１、１３がアルミを主成分とする金属材料で形成される場合を例示したが、絶縁性を有する材料で形成してもよい。

１００、２００、３００…治具、１、１３…基材、２…上部部材、３、３２…固定部材、４、５、１２…プローブ、１０、１１…窪み、１１Ａ…窪み１１の上部領域、１１Ｂ…窪み１１の下部領域、１１Ｐ、１１Ｑ…窪み１１の辺、４０…プローブ群、６…半導体装置、６０…半導体チップ、６１、６２、８１…基板６３上のパッド、２２、２３…上部部材２上のパッド、３１…貫通穴、３４…移動部材３４上のパッド、３５…スライダー、６３…基板、６３Ａ…基板６３の上面、６３Ｂ…基板６３の側面。

Claims (8)

1. 半導体チップが実装され、前記半導体チップと電気的に接続されるパッドが形成された基板を載置するための窪みを有する第１部材と、
   前記第１部材上に設けられた第２部材と、
   前記第２部材を前記第１部材に固定する第１固定部材と、
   前記第２部材に支持され、外部に設けられた機器から前記パッドに電圧を供給するための第１プローブと、
   を備え、
   前記第１プローブは、対応する一つの前記パッドに対して、一方向に複数本配列され、
   一つの前記パッドに対して設けられた複数本の前記第１プローブの間隔は、対応する前記パッドの前記第１プローブの配列方向に沿った辺の長さよりも短い
   ことを特徴とする治具。
2. 請求項１記載の治具において、
   前記パッド毎に対応して配置された複数本の前記第１プローブから成るプローブ群を複数組有し、
   夫々のプローブ群が共通に接続される
   ことを特徴とする治具。
3. 請求項１または２記載の治具において、
   前記第２部材は、前記窪みの少なくとも一部を覆うように前記第１部材上に配置され、
   前記第１プローブは、前記第２部材の前記第１部材と接する主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記主面に垂直な方向に延在する
   ことを特徴とする治具。
4. 請求項３記載の治具において、
   外部に設けられた機器から対応する前記パッドに電圧及び電流を供給するとともに当該パッドに発生した電圧及び電流を測定するための第２プローブを更に備え、
   前記第２プローブは、対応する前記パッド毎に一本ずつ設けられ、前記第２部材の前記主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記主面に垂直な方向に延在する
   ことを特徴とする治具。
5. 請求項１または２記載の治具において、
   前記第２部材は、前記窪み内において、平面視で前記基板が載置される側の前記窪みの第１辺と対向する前記窪みの第２辺の側に設けられ、平面視で前記第１辺及び前記第２辺に直交する方向に移動可能にされ、
   前記第１プローブは、前記第２部材の前記第１部材と接触する面を底面としたときの前記第１辺に対向する側の側面から、平面視で前記第１辺と直交する方向に延在する
   ことを特徴とする治具。
6. 請求項５記載の治具において、
   外部に設けられた機器から対応する前記パッドに電圧及び電流を供給するとともに当該パッドに発生した電圧及び電流を測定するための第２プローブと、
   前記窪みの少なくとも一部を覆うように前記第１部材上に配置され、前記第２プローブを支持する第３部材と、
   前記第３部材を前記第１部材に固定する第２固定部材と、
   を更に備え、
   前記第２プローブは、対応する前記パッド毎に一本ずつ設けられ、前記第３部材の前記第１部材と接する主面における平面視で前記窪みと重なりを有する部分から、前記窪みの底面に向かって前記第主面に垂直な方向に延在する
   ことを特徴とする治具。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項記載の治具において、
   前記パッドの幅の設計値をＬとし、当該パッドの幅のばらつき幅をｄＬとした場合に、
   前記第２プローブの間隔は、（Ｌ−２ｄＬ）以下である
   ことを特徴とする治具。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項記載の治具において、
   前記パッドの幅の設計値をＬとし、当該パッドの幅のばらつき幅をｄＬとし、前記基板の外形の公差と前記治具の外形の公差とを含むばらつき幅をＤとした場合に、
   一つの前記パッドに対応する複数本の前記第２プローブから成るプローブ群における両端のプローブ同士の間隔は、（Ｌ＋２ｄＬ＋２Ｄ）以上である
   ことを特徴とする治具。

Images