JP2019219350A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気特性テストの信頼性を向上する。【解決手段】半導体装置の製造方法では、少なくとも、中空構造のアウタプランジャＯＰに形成されている複数の突起部ＰＪ１の一部と、アウタプランジャＯＰに収容され、かつ、アウタプランジャＯＰとは独立に変位可能なインナプランジャＩＰに形成されている複数の突起部ＰＪ２の一部とを半田ボールＳＢに接触させた状態で、集積回路の電気特性が測定される。【選択図】図１４

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、例えば、プローブピンを使用して集積回路の電気特性を測定する工程に適用して有効な技術に関する。

特開２０１７−１０２０７３号公報（特許文献１）には、プローブピンを中空構造の第１プランジャ（アウタプランジャ）と第１プランジャに収容される第２プランジャ（インナプランジャ）とから構成する技術が記載されている。ここで、第２プランジャは、カップ型形状をしており、クリーニングシャフトとして機能することが記載されている。

特開２０１７−１０２０７３号公報

半導体装置の製造工程では、不良品を除外するために、半導体装置に形成されている外部端子にプローブピンを押し当てて、半導体装置に含まれる集積回路の電気特性をテストすることが行なわれている。この点に関し、テストの信頼性を向上するためには、プローブピンと外部端子との接触性能を良好にすることが望まれている。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態における半導体装置の製造方法では、少なくとも、中空構造の第１プランジャに形成されている複数の第１突起部の一部と、第１プランジャに収容され、かつ、第１プランジャとは独立に変位可能な第２プランジャに形成されている複数の第２突起部の一部とを外部端子に接触させた状態で、集積回路の電気特性が測定される。

一実施の形態によれば、電気特性テストの信頼性を向上することができる。

実施の形態における半導体装置の要部断面図である。 実施の形態におけるＩＣテスト用ソケットの概略斜視図である。 実施の形態における半導体装置を挿入したＩＣテスト用ソケットの一部を拡大して示す要部断面図である。 （ａ）は、関連技術におけるプローブピンの模式的な外観構成を示す図であり、（ｂ）は、関連技術におけるプローブピンの模式的な構成を示す断面図である。 関連技術におけるプローブピンの動作を説明する断面図である。 図５に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 図６に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 図７に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 （ａ）は、実施の形態におけるプローブピンの模式的な外観構成を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態におけるプローブピンの模式的な構成を示す断面図である。 実施の形態におけるプローブピンの先端付近を拡大して示す図である。 実施の形態におけるプローブピンの動作を説明する断面図である。 図１１に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 図１２に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 図１３に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 図１４に続くプローブピンの動作を説明する断面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を４個とした場合における突起部と半田ボールとの接続構成を示す断面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を４個とした場合における突起部と半田ボールとの接続構成を示す平面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を４個とした場合において、インナプランジャと半田ボールとの間に位置ずれが生じたときの突起部と半田ボールとの接続構成を示す断面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を４個とした場合において、インナプランジャと半田ボールとの間に位置ずれが生じたときの突起部と半田ボールとの接続構成を示す平面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を９個とした場合における突起部と半田ボールとの接続構成を示す断面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を９個とした場合における突起部と半田ボールとの接続構成を示す平面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を９個とした場合において、インナプランジャと半田ボールとの間に位置ずれが生じたときの突起部と半田ボールとの接続構成を示す断面図である。 インナプランジャに形成されている突起部の数を９個とした場合において、インナプランジャと半田ボールとの間に位置ずれが生じたときの突起部と半田ボールとの接続構成を示す平面図である。 インナプランジャに形成されている突起部に傾斜部を設けない構成を模式的に示す図である。 インナプランジャに形成されている突起部に傾斜部を設ける構成を模式的に示す図である。 アウタプランジャの先端部に内側から外側に向って傾斜している突起部が形成されている構成を模式的に示す図である。 アウタプランジャの先端部に外側から内側に向って傾斜している突起部が形成されている構成を模式的に示す図である。 実施の形態における第４特徴点を説明する図である。 コンタクト回数と接触抵抗値との関係を示すグラフである。 （ａ）は、変形例１におけるインナプランジャの模式的な構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、変形例２におけるインナプランジャの模式的な構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、変形例３におけるアウタプランジャの模式的な構成を示す平面図であり、（ｂ）は、変形例３におけるアウタプランジャの模式的な構成を示す図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜半導体装置＞
半導体装置の一例として、図１に示すワイヤボンディング接続を採用したフェースアップボンディング構造のＢＧＡ型半導体装置（半導体パッケージ）を取り上げて説明する。

図１は、本実施の形態における半導体装置の要部断面図である。

図１に示すように、本実施の形態における半導体装置ＳＭは、例えば、配線基板ＩＳの上面に搭載された半導体チップＳＣを有する一方、配線基板ＩＳの下面（配線基板ＩＳの上面とは反対側の面）に、外部接続用端子としてボール状の外部端子ＯＴ（半田ボール）を複数有するパッケージ構造から構成されている。

（１）半導体チップ
半導体チップＳＣは、主面、およびこの主面とは反対側の裏面を有し、半導体チップＳＣの裏面が配線基板ＩＳの上面と対向するように、配線基板ＩＳの上面の中央部のチップ搭載領域にペースト状またはＤＡＦ（Die Attach Film）などのフィルム状の接着剤ＤＦを介して半導体チップＳＣが搭載されている。

半導体チップＳＣの主面には、半導体素子と電気的に接続された複数のボンディングパッド（電極パッド）ＥＰが配置されている。これらボンディングパッドＥＰは、半導体チップＳＣの多層配線層のうちの最上層の配線からなり、それぞれのボンディングパッドＥＰに対応して表面保護膜に形成された開口部により、その上面の一部が露出している。

（２）配線基板
配線基板ＩＳは、例えばビルドアップ基板などであって、その厚さ方向と交差する平面形状が四角形になっている。配線基板ＩＳは、例えば、コア材（基材）と、このコア材の一方の面（上面）側、他方の面（下面）側、および内部に配線を有する多層配線構造とから構成されている。

配線基板ＩＳの上面には、チップ搭載領域の周囲の領域において、配線基板ＩＳの各辺に沿って複数のボンディングリード（電極パッド）ＢＬが配置されている。これらボンディングリードＢＬは、配線基板ＩＳに形成された最上層の配線からなり、それぞれのボンディングリードＢＬの上面は、上面保護膜に形成された開口部により露出している。

配線基板ＩＳの下面には、複数のバンプランド（電極パッド）ＢＬＲが配置されている。これらバンプランドＢＬＲは、配線基板ＩＳに形成された最下層の配線からなり、それぞれのバンプランドＢＬＲの下面は、下面保護膜に形成された開口部により露出している。

（３）導電性部材
半導体チップＳＣの表面に配置された複数のボンディングパッドＥＰと、配線基板ＩＳの上面に配置された複数のボンディングリードＢＬとが、複数の導電性ワイヤ（ボンディングワイヤ、ワイヤ）ＣＷによってそれぞれ電気的に接続されている。導電性ワイヤＣＷには、例えば、１５〜５０μｍφ程度のＡｕ（金）線またはＣｕ（銅）線が用いられる。

（４）封止体
半導体チップＳＣおよび複数の導電性ワイヤＣＷは、配線基板ＩＳの上面に形成された封止体ＲＳによって封止されている。封止体ＲＳは、低応力化を図る目的として、例えばフェノール系硬化剤、シリコーンゴムおよび多数のフィラー（例えばシリカ）などが添加されたエポキシ系の熱硬化性絶縁樹脂で形成されている。封止体ＲＳは、例えばトランスファモールド法により形成される。

（５）外部端子
配線基板ＩＳの下面に形成された複数のバンプランドＢＬＲには、複数の外部端子ＯＴが形成されており、これら外部端子ＯＴは、複数のバンプランドＢＬＲとそれぞれ電気的に、かつ機械的に接続されている。外部端子ＯＴとしては、鉛を実質的に含まない鉛フリー半田組成の半田ボール、例えばＳｎ−３［ｗｔ％］Ａｇ−０．５［ｗｔ％］Ｃｕ（錫−３［ｗｔ％］銀−０．５［ｗｔ％］銅）組成の半田ボールが用いられる。

＜ＩＣテスト用ソケット＞
次に、本実施の形態におけるＩＣテスト用ソケットについて図２および図３を用いて説明する。図２は、本実施の形態におけるＩＣテスト用ソケットの概略斜視図である。一方、図３は、本実施の形態における半導体装置を挿入したＩＣテスト用ソケットの一部を拡大して示す要部断面図である。

図２および図３に示すように、ＩＣテスト用ソケットＴＳは、検査時に半導体装置ＳＭの複数の外部端子ＯＴにそれぞれ接触させる複数のプローブピン（コンタクトピン、コンタクトプローブ、プローブ、探針）ＣＰ、複数のプローブピンＣＰを固定するソケットベース（プローブガイド）Ｇ１を備えている。さらに、ＩＣテスト用ソケットＴＳは、半導体装置ＳＭが収容可能なフローティング台座（パッケージガイド）Ｇ２、およびフローティング台座Ｇ２内に搭載した半導体装置ＳＭを押圧するパッケージ押圧カバーＧ３を備えている。半導体装置ＳＭをＩＣテスト用ソケットＴＳに固定する際には、半導体装置ＳＭに備わる複数の外部端子ＯＴをフローティング台座Ｇ２の底面に向けて、フローティング台座Ｇ２内に半導体装置ＳＭを搭載し、パッケージ押圧カバーＧ３を閉じる。これにより、フローティング台座Ｇ２の底面に設けられた複数の貫通孔からそれぞれ突出する複数のプローブピンＣＰの先端部と、半導体装置ＳＭに備わる複数の外部端子ＯＴとがそれぞれ接触して、両者の導通をとることができる。

＜関連技術の説明＞
以下では、まず、関連技術におけるプローブピンの構成について説明した後、この関連技術におけるプローブピンを使用した検査工程について説明する。

図４は、関連技術におけるプローブピンの模式的な構成を示す図である。特に、図４（ａ）は、関連技術におけるプローブピンの模式的な外観構成を示す図であり、図４（ｂ）は、関連技術におけるプローブピンの模式的な構成を示す断面図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、関連技術におけるプローブピンＣＰ１は、中空構造のアウタプランジャＯＰと、このアウタプランジャＯＰに収容されるクリーニングシャフトＣＳとを有している。このとき、アウタプランジャＯＰは、コイルスプリングＳＰ１と接続されており、コイルスプリングＳＰ１の伸び縮みによって、上下方向（ｚ方向）に変位可能に構成されている。同様に、クリーニングシャフトＣＳは、コイルスプリングＳＰ２と接続されており、コイルスプリングＳＰ２の伸び縮みによって、上下方向（ｚ方向）に変位可能に構成されている。

次に、このように構成されているプローブピンＣＰ１を使用して、例えば、図１に示す半導体装置ＳＭの電気特性を検査する工程について説明する。

まず、図１に示す半導体装置ＳＭと図２に示すＩＣテスト用ソケットＴＳを準備する。そして、半導体装置ＳＭに備わる複数の外部端子ＯＴをフローティング台座Ｇ２の底面に向けて、フローティング台座Ｇ２内に半導体装置ＳＭを搭載する。続いて、パッケージ押圧カバーＧ３を閉じる。これにより、フローティング台座Ｇ２の底面に設けられた複数の貫通孔から複数のプローブピンＣＰの先端部のそれぞれが突出し、半導体装置ＳＭに備わる複数の外部端子ＯＴと複数のプローブピンＣＰの先端部とが接触して、外部のテスタから所定の電気信号が半導体装置ＳＭに対して送信されて電気特性の検査が行われる。

以下では、上述したプローブピンＣＰとして、関連技術におけるプローブピンＣＰ１を使用することにより、半導体装置ＳＭの電気特性を検査する際のプローブピンＣＰ１の動作について簡単に説明する。

複数のプローブピンＣＰ１を備えるＩＣテスト用ソケットＴＳと電気特性の検査対象となる半導体装置ＳＭとを準備し、半導体装置ＳＭをＩＣテスト用ソケットＴＳに挿入する。このとき、半導体装置ＳＭは、例えば、ＢＧＡ型のパッケージ構造体から構成され、外部端子ＯＴとして半田ボールＳＢを有する。

まず、図５に示すように、プッシャーを下降させて半導体装置を押圧することにより、半導体装置に備わる半田ボールＳＢをプローブピンＣＰ１に近づけて、半田ボールＳＢをクリーニングシャフトＣＳに当てる。

次に、図６に示すように、プッシャーをさらに下降させて半導体装置を押圧することにより、クリーニングシャフトＣＳのみを押圧し、アウタプランジャＯＰの内部にクリーニングシャフトＣＳを押し込み、半田ボールＳＢをアウタプランジャＯＰの先端部に当てる。

続いて、図７に示すように、プッシャーをさらに下降させて半導体装置を押圧することにより、アウタプランジャＯＰとクリーニングシャフトＣＳとを押圧して、アウタプランジャＯＰの先端部を半田ボールＳＢに刺し込む。そして、この状態で、テスタからプローブピンＣＰ１へ所定の電気信号を送信して、半導体装置の電気特性を検査する。

その後、図８に示すように、プッシャーを上昇させて半導体装置をＩＣテスト用ソケットに装着した時の元の位置に戻すことにより、アウタプランジャＯＰとクリーニングシャフトＣＳから半田ボールＳＢを離す。以上のようにして、関連技術におけるプローブピンＣＰ１を使用して、半導体装置ＳＭ（図１参照）の電気特性を検査することができる。

ここで、上述した半導体装置ＳＭの電気特性を検査する工程に対して、プローブピンＣＰ１を繰り返して使用すると、プローブピンＣＰ１のアウタプランジャＯＰの先端部に半田屑が付着する。そして、アウタプランジャＯＰの先端部に半田屑が付着すると、半田屑の付着に起因して、アウタプランジャＯＰと半田ボールＳＢとの接触抵抗がばらつく。

この点に関し、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、例えば、図５〜図８に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部からクリーニングシャフトＣＳを出入りさせている。この結果、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、アウタプランジャＯＰの先端部に付着した半田屑がクリーニングシャフトＣＳの出入りによって削り取られる。

このように、関連技術におけるプローブピンＣＰ１は、クリーニングシャフトＣＳを有することによって、アウタプランジャＯＰの先端部に付着した半田屑を除去することができるため、アウタプランジャＯＰの先端部への半田屑の付着に起因するアウタプランジャＯＰと半田ボールＳＢとの接触抵抗のばらつきを抑制できる。このことから、関連技術によれば、半導体装置の電気特性の測定を再現性よく安定して実施することができる。

ところが、本発明者が、関連技術におけるプローブピンＣＰ１について検討した結果、改善の余地が存在することが明らかになった。そこで、以下では、関連技術に存在する改善の余地について説明することにする。

＜関連技術に存在する改善の余地＞
例えば、図４に示す関連技術のプローブピンＣＰ１において、クリーニングシャフトＣＳは、クリーニングを主目的としたものであって、接触性能に特化した形状ではない。このことから、関連技術において、クリーニングシャフトＣＳ自体は、プローブピンＣＰ１と半田ボールＳＢとの電気的な接続に寄与することはない。つまり、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、アウタプランジャＯＰの先端部だけがプローブピンＣＰ１と半田ボールＳＢとの電気的な接続に寄与することになる。そして、アウタプランジャＯＰの先端部の形状は、既存の「４山クラウン」の形状と同等であることから、関連技術におけるプローブピンＣＰ１の接触性能は、既存の「４山クラウン」のプローブピンの接触性能と同等となる。この結果、関連技術のプローブピンＣＰ１においても、「４山クラウン」のプローブピンで生じる寿命の問題が顕在化する。

そして、「４山クラウン」のプローブピンは、半田ボールとプローブピンとの間の位置ずれが、半田ボールとプローブピンとの接触性能に大きな影響を与えることから、「４山クラウン」のプローブピンと同等の接触性能を有する関連技術におけるプローブピンＣＰ１においても、半田ボールとプローブピンとの間の位置ずれが、半田ボールとプローブピンとの接触性能に大きな影響を与える。このことは、関連技術におけるプローブピンＣＰ１でも、半田ボールとプローブピンとの間の位置ずれに起因する接触抵抗のばらつきが大きくなるという問題が顕在化することを意味する。

そして、関連技術においては、クリーニングシャフトＣＳの先端部がカップ形状をしているため、カップ形状の底部や外周縁部に半田屑が堆積しやすい。この場合、クリーニングシャフトＣＳを半田ボールに接触させた際、カップ形状の底部に堆積した半田屑に起因する半田ボールへのダメージ（圧痕の増大）や異物転写の懸念が存在する。また、カップ形状の外周縁部に堆積した半田屑が、クリーニングシャフトＣＳとアウタプランジャＯＰとの間の隙間に落下して、プローブピンＣＰ１の摺動不良を引き起こす原因となるとともに、半導体装置への異物転写も懸念される。

さらに、関連技術におけるプローブピンＣＰ１を評価した結果では、アウタプランジャＯＰとクリーニングシャフトＣＳとに加える荷重は、ともに３０ｇｆであり、関連技術におけるプローブピンＣＰ１に加える総荷重は、６０ｇｆとなる。これは、既存のプローブピンに加える総荷重が３５ｇｆ程度であることを考慮すると、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、既存のプローブピンの約２倍の荷重を加える必要があることを意味する。この場合、ハンドラに加える総荷重が一定に制限されていることを考慮すると、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、加える荷重が約２倍となることは、同時に使用可能なプローブピン数は半減することを意味する。したがって、関連技術におけるプローブピンＣＰ１は、多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や多数個の半導体装置の同時検査に対応することが困難となるという問題点が顕在化する。

このように、関連技術におけるプローブピンＣＰ１には、様々な改善の余地が存在する。そこで、本実施の形態は、関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。

＜実施の形態におけるプローブピンの構成＞
本実施の形態におけるプローブピンは、半導体チップと、この半導体チップに形成された集積回路と電気的に接続する外部端子とを有する半導体装置の外部端子に接触させる構造体であって、半導体装置の電気特性を測定するために使用される。

図９は、本実施の形態におけるプローブピンの模式的な構成を示す図である。特に、図９（ａ）は、本実施の形態におけるプローブピンの模式的な外観構成を示す図であり、図９（ｂ）は、本実施の形態におけるプローブピンの模式的な構成を示す断面図である。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２は、中空構造のアウタプランジャＯＰと、このアウタプランジャＯＰに収容されるインナプランジャＩＰとを備える。ここで、アウタプランジャＯＰは、ｚ方向（第１方向）に伸縮可能なコイルスプリングＳＰ１と接続されており、ｚ方向に変位可能に構成されている。そして、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１には、複数の突起部ＰＪ１が形成されているとともに、先端部ＴＰ１は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含んでいる。

ここで、傾斜部の角度は４５度以上であることが望ましく、傾斜部の先端は、鋭角であることが望ましい。例えば、アウタプランジャＯＰに形成されている突起部ＰＪ１の個数は、例えば、４個である。アウタプランジャＯＰの先端部の径は、半田ボールの径によって決定される。例えば、φ＝０．６ｍｍの半田ボールの場合、アウタプランジャＯＰの先端径は、φ＝０．４５ｍｍ以下とすることが望ましいが、さらには、φ＝０．３６ｍｍであることが望ましい。

一方、インナプランジャＩＰは、ｚ方向（第１方向）に伸縮可能なコイルスプリングＳＰ２と接続されており、上述したアウタプランジャＯＰとは独立して、ｚ方向に変位可能に構成されている。そして、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２には、例えば、それぞれピラミッド形状から構成される複数の突起部ＰＪ２が形成されているとともに、先端部ＴＰ２は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含んでいる。さらに、インナプランジャＩＰにおいては、先端部ＴＰ２の側面に溝ＤＩＴが形成されている。

ここで、各ピラミッド形状の頂点は、等間隔で配置され、例えば、ピラミッド形状の傾斜面角度は、６５度以上であり、鋭角であることが望ましい。また、例えば、各頂点間のピッチは、５０μｍ以上であり、頂点の高さは、５０μｍ以上であることが望ましい。

図１０は、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２の先端付近を拡大して示す図である。図１０に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部には、例えば、４つの大きな突起部ＰＪ１が形成されている。一方、中空構造のアウタプランジャＯＰに収容されるインナプランジャＩＰの先端部の側面には、溝ＤＩＴが形成されているとともに、溝ＤＩＴの上方に、それぞれピラミッド形状からなる複数の突起部ＰＪ２が形成されている。

図１０において、インナプランジャＩＰの先端部に形成されている複数の突起部ＰＪ２の個数は、例えば、９個であり、アウタプランジャＯＰの先端部に形成されている複数の突起部ＰＪ１の個数（４個）よりも多くなっている。

なお、プローブピンＣＰ２を構成するアウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとコイルスプリングＳＰ１とコイルスプリングＳＰ２は、半導体装置ＳＭに備わる半田ボールＳＢと電気的な接続を図るために、導電性材料から形成される。このように、本実施の形態では、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの電気的な接続をアウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方によって行なうように構成されている。

以上のようにして、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２が構成されている。

＜実施の形態におけるプローブピンの動作＞
続いて、半導体装置の製造工程に含まれる半導体装置の電気特性の検査工程について説明し、この検査工程でのプローブピンの動作について説明する。

本実施の形態における半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体チップと、半導体チップに形成された集積回路と電気的に接続する外部端子とを有する半導体装置を準備する工程と、（ｂ）外部端子にプローブピンを接触させる工程とを備える。

ここで、外部端子に本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２を接触させる動作について説明する。まず、複数のプローブピンＣＰ２を備えるＩＣテスト用ソケットＴＳ（図２参照）と電気特性の検査対象となる半導体装置ＳＭ（図１参照）とを準備し、半導体装置ＳＭをＩＣテスト用ソケットＴＳに挿入する。このとき、半導体装置ＳＭは、例えば、ＢＧＡ型のパッケージ構造体から構成され、外部端子ＯＴとして半田ボールＳＢを有する。

図１１に示すように、プッシャーを下降させて半導体装置を押圧することにより、半導体装置に備わる半田ボールＳＢをプローブピンＣＰ２に近づけて、半田ボールＳＢをインナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２に形成されている複数の突起部ＰＪ２に当てる（あるいは、少なくとも、複数の突起部ＰＪ２の一部に当てる）。このとき、図１１に示すように、インナプランジャＩＰの側面に形成されている溝ＤＩＴは、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている突起部ＰＪ１よりも高い位置にある。

その後、図１２に示すように、プッシャーをさらに下降させて半導体装置を押圧することにより、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２に形成されている複数の突起部ＰＪ２を半田ボールＳＢに刺し込む（あるいは、少なくとも、複数の突起部ＰＪ２の一部を半田ボールＳＢに刺し込む）。これにより、半田ボールＳＢと接触している突起部ＰＪ２は、酸化されている半田ボールＳＢの表面を突き破ることになり、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの電気的な接続が確保される。

次に、図１３に示すように、プッシャーを下降させて半導体装置を押圧することにより、インナプランジャＩＰの一部をアウタプランジャＯＰの内部に押し込むように、インナプランジャＩＰを上下方向（ｚ方向）に変位させる。この結果、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている複数の突起部ＰＪ１は、半田ボールＳＢに当たる（あるいは、少なくとも、複数の突起部ＰＪ１の一部は、半田ボールＳＢに当たる）。

このとき、本実施の形態では、インナプランジャＩＰの一部をアウタプランジャＯＰの内部に押し込むように、インナプランジャＩＰを上下方向（ｚ方向）に変位させる際、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面とが擦れ合う。これにより、本実施の形態では、アウタプランジャＯＰの内側面がクリーニングされる。

その後、図１４に示すように、プッシャーをさらに下降させて半導体装置を押圧することにより、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている複数の突起部ＰＪ１を半田ボールＳＢに刺し込む（あるいは、少なくとも、複数の突起部ＰＪ１の一部を半田ボールＳＢに刺し込む）。これにより、半田ボールＳＢには、少なくとも、複数の突起部ＰＪ１の一部と複数の突起部ＰＪ２の一部とが刺し込まれる。これにより、半田ボールＳＢと接触している突起部ＰＪ１は、酸化されている半田ボールＳＢの表面を突き破ることになり、突起部ＰＪ１と半田ボールＳＢとの電気的な接続が確保される。

このように本実施の形態では、アウタプランジャＯＰに第１荷重を加えることにより、少なくとも複数の突起部ＰＪ１の一部を半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）に接触させ、かつ、インナプランジャＩＰに第２荷重を加えることにより、少なくとも複数の突起部ＰＪ２の一部を半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）に接触させる。このとき、第２荷重は、第１荷重よりも大きくてもよいし、第１荷重と第２荷重とは、等しくてもよい。

そして、本実施の形態では、少なくとも複数の突起部ＰＪ１の一部と複数の突起部ＰＪ２の一部とが半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）に接触した状態で、テスタからプローブピンＣＰ２へ所定の電気信号が送信されて、半導体装置の電気特性が測定される。この結果、半導体装置の電気特性の良否が検査されることになる。特に、本実施の形態では、例えば、図１４に示すように、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの電気的な接続が、アウタプランジャＯＰに形成された突起部ＰＪ１と、インナプランジャＩＰに形成された突起部ＰＪ２の両方で確実に行なわれていることから、半導体装置の電気的特性の検査精度を向上することができる。

その後、図１５に示すように、プッシャーを上昇させて半導体装置をＩＣテスト用ソケットに装着した時の元の位置に戻すことにより、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰから半田ボールＳＢを離す。以上のようにして、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２を使用して、半導体装置ＳＭ（図１参照）の電気特性を検査することができる。

＜実施の形態における特徴＞
＜＜第１特徴点＞＞
続いて、本実施の形態における特徴点について説明する。本実施の形態における第１特徴点は、例えば、図１４に示すように、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なう点にある。これにより、本実施の形態によれば、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続信頼性を向上できる結果、半導体装置の電気的特性の検査精度を向上することができる。

例えば、図４に示す関連技術におけるコンタクトピンＣＰ１も、中空構造のアウタプランジャＯＰの内部にクリーニングシャフトＣＳが収納されている点で、中空構造のアウタプランジャＯＰの内部にインナプランジャＩＰが収納されている図９に示す本実施の形態におけるコンタクトピンＣＰ２と類似する構成を有しているように思われる。

この点に関し、図４に示す関連技術におけるコンタクトピンＣＰ１では、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成することが望ましいとされており、このクリーニングシャフトＣＳを半田ボールとの電気的な接触に使用するという思想は存在しない。

すなわち、関連技術におけるクリーニングシャフトＣＳは、クリーニングシャフトＣＳをアウタプランジャＯＰの先端部から出入りさせることによって、アウタプランジャＯＰの先端部に付着した半田屑を除去するために設けられており、関連技術には、このクリーニングシャフトＣＳを半田ボールとの電気的な接触を取るために使用するという思想はまったく存在しない。なぜなら、関連技術において、クリーニングシャフトＣＳを半田ボールとの電気的な接続に使用する思想が存在するのであれば、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成することが望ましいという言及はしないはずだからである。

関連技術において、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成することが望ましいとしている理由は、以下の通りである。

例えば、アウタプランジャＯＰとクリーニングシャフトＣＳとの間の隙間に半田屑などの異物が挟まって、クリーニングシャフトＣＳが摺動不良となった場合、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成していると、アウタプランジャＯＰが半田ボールとの電気的な接続を取ることができなくなる。この結果、関連技術では、この状態をプローブピンＣＰ１の接触不良として迅速に検出することができる。

例えば、クリーニングシャフトＣＳをアウタプランジャＯＰと同じ導電性材料から構成しているとする。この場合、摺動不良によって、アウタプランジャＯＰと半田ボールとの電気的な接続が確保することができなくなっても、アウタプランジャＯＰから突き出ている摺動不良のクリーニングシャフトＣＳには、半田ボールが接触するため、クリーニングシャフトＣＳによって、プローブピンＣＰ１と半田ボールとの間の電気的な接続が確保されることになる。このことから、クリーニングシャフトＣＳの摺動不良が生じても、プローブピンＣＰ１の抵抗値が大幅に上昇することなく、プローブピンＣＰ１の抵抗値の大幅な上昇を検知することによって、迅速に、クリーニングシャフトＣＳの摺動不良が発生していると判断することができなくなる。

言い換えれば、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成する場合には、クリーニングシャフトＣＳの摺動不良が生じると、プローブピンＣＰ１の抵抗値が大幅に上昇することになり、プローブピンＣＰ１の抵抗値の大幅な上昇を検知することによって、迅速に、クリーニングシャフトＣＳの摺動不良が発生していると判断することができることになる。このような理由から、関連技術においては、クリーニングシャフトＣＳを絶縁材料から構成することが望ましいとしており、このクリーニングシャフトＣＳを半田ボールとの電気的な接触を取るために使用するという思想はまったく存在しない。

さらに言えば、関連技術におけるクリーニングシャフトＣＳの先端部は、カップ形状をしている。この場合、クリーニングシャフトＣＳが半田ボールに接触しても、酸化されている半田ボールの表面を突き破ることができず、クリーニングシャフトＣＳによるプローブピンＣＰ１と半田ボールとの間の良好な電気的な接続は確保することは困難である。すなわち、クリーニングシャフトＣＳの先端部の形状をカップ形状としている点からも、関連技術では、クリーニングシャフトＣＳを半田ボールとの電気的な接続に使用する思想が存在しないことが裏付けられているということができる。

これに対し、本実施の形態における第１特徴点では、図１４に示すように、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なっている。これにより、本実施の形態における第１特徴点によれば、以下に示す第１利点と第２利点とを得ることができる。

まず、第１特徴点における第１利点について説明する。上述したように、本実施の形態では、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方が、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続に寄与している。このため、本実施の形態によれば、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続信頼性を向上することができる。つまり、関連技術のようにアウタプランジャＯＰだけで、プローブピンＣＰ１と半田ボールＳＢとの電気的な接続を実現しているのではなく、本実施の形態では、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続をアウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で確実に行なっている。このことから、本実施の形態では、関連技術に比べて、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続を安定化させることができるため、半導体装置の電気的特性の検査精度を向上することができる。

続いて、第１特徴点における第２利点について説明する。例えば、関連技術において、アウタプランジャＯＰとクリーニングシャフトＣＳとに加える荷重は、ともに３０ｇｆであり、関連技術におけるプローブピンＣＰ１に加える総荷重は、６０ｇｆとなる。これは、既存のプローブピンに加える総荷重が３５ｇｆ程度であることを考慮すると、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、既存のプローブピンの約２倍の荷重を加える必要があることを意味する。この場合、ハンドラに加える総荷重が一定に制限されていることを考慮すると、関連技術におけるプローブピンＣＰ１では、加える荷重が約２倍となることは、同時に使用可能なプローブピン数は半減することを意味する。したがって、関連技術におけるプローブピンＣＰ１は、多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や多数個の半導体装置の同時検査に対応することが困難となる。

これに対し、本実施の形態では、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続をアウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で確実に行なっている。このことから、例えば、インナプランジャＩＰに加える荷重と、アウタプランジャＯＰに加える荷重とを組み合わせた総荷重を少なくしても、アウタプランジャＯＰだけでプローブピンＣＰ１と半田ボールＳＢとの電気的な接続を行なっている関連技術に比べて、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続信頼性を確保することができるのである。すなわち、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方を半田ボールＳＢとの電気的な接続に寄与させるという本実施の形態における第１特徴点によれば、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２に加える総荷重を小さくできるという利点を得ることができる。この点が、本実施の形態における第１特徴点からもたらされる第２利点である。これにより、本実施の形態における第１特徴点によれば、たとえ、ハンドラに加える総荷重が一定に制限されていても、プローブピンＣＰ２に加える荷重をほぼ現状維持することができるため、同時に使用可能なプローブピン数の減少を抑制することができる。したがって、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２によれば、多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や多数個の半導体装置の同時検査に対応することが可能となる。

例えば、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２では、インナプランジャＩＰに加える荷重と、アウタプランジャＯＰに加える荷重とを相違させても、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続信頼性を確保できる。

本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２の第２利点は、プローブピンＣＰ２に加える総荷重を関連技術に比べて低減できることが重要なのであって、例えば、アウタプランジャＯＰに加える荷重とインナプランジャＩＰに加える荷重とを相違させる場合だけでなく、アウタプランジャＯＰに加える荷重とインナプランジャＩＰに加える荷重とを等しくすることもできる。なお、より多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や、より多数個の半導体装置の同時検査に対応する必要がなければ、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２に加える総荷重を関連技術におけるプローブピンＣＰ１に加える総荷重と同等とすることもできる。この場合、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２によれば、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとの間の電気的な接続信頼性のさらなる向上を図ることができる。このように、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２によれば、より多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や、より多数個の半導体装置の同時検査に対応する必要がある用途から、それほど多ピン系の半導体装置の電気特性の検査や多数個の半導体装置の同時検査に対応する必要のない用途までの幅広い用途に使用することができる。

本実施の形態における第１特徴点は、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なう点にあるが、本実施の形態では、この第１特徴点を以下に示す構成で具現化している。具体的に、例えば、図９に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に突起部ＰＪ１を設けるとともに、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２にも突起部ＰＪ２を設けている。これにより、例えば、図１４に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている突起部ＰＪ１を半田ボールＳＢに突き刺すことができるとともに、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２に形成されている突起部ＰＪ２を半田ボールＳＢに突き刺すことができる。この結果、アウタプランジャＯＰの突起部ＰＪ１は、半田ボールＳＢの酸化されている表面を突き破り、かつ、インナプランジャＩＰの突起部ＰＪ２も、半田ボールＳＢの酸化されている表面を突き破ることになる。したがって、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰのいずれもが、半田ボールＳＢとの電気的な接続を実現することができる。このように、本実施の形態によれば、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に突起部ＰＪ１を設けるとともに、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２にも突起部ＰＪ２を設ける構成によって、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なうという第１特徴点が具現化されていることがわかる。

さらに、上述した第１特徴点を具現化するにあたって、本実施の形態では、例えば、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成している。具体的に、本実施の形態では、例えば、図９（ｂ）に示すように、アウタプランジャＯＰは、コイルスプリングＳＰ１によってｚ方向に変位可能に構成されている一方、インナプランジャＩＰは、コイルスプリングＳＰ１とは独立別個なコイルスプリングＳＰ２によって、ｚ方向に変位可能に構成されている。これにより、上述した第１特徴点を具現化することができる結果、アウタプランジャＯＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保しながら、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保できる。

なぜなら、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成しなければ、例えば、図１１〜図１５に示す動作を実現することができないからである。つまり、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位させることにより初めて、図１１〜図１５に示す動作が実現されて、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２を半田ボールＳＢに突き刺すことができるとともに、アウタプランジャＯＰに形成されている突起部ＰＪ１を半田ボールＳＢに突き刺すことができるのである。

このように、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成することにより、図１１〜図１５に示す動作が実現されて、例えば、図１４に示すように、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なうことができる。したがって、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成することは、プローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢ（外部端子ＯＴ）との電気的な接続を、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰの両方で行なうという第１特徴点を具現化するために必要な工夫点ということができる。

この第１特徴点の具現化構成によれば、以下の利点を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、アウタプランジャＯＰの突起部ＰＪ１とインナプランジャＩＰの突起部ＰＪ２の両方が半田ボールＳＢとの電気的な接続に寄与する。このことは、アウタプランジャＯＰの突起部だけが半田ボールＳＢとの電気的な接続に寄与する関連技術におけるプローブピンＣＰ１よりも、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２の方が安定した多点接触が得られることを意味する。言い換えれば、本実施の形態によれば、関連技術よりも、多点接触を構成する１接触当たりの荷重が小さくなることを意味する。したがって、本実施の形態では、プローブピンＣＰ２の先端部を半田ボールＳＢに押し付けることに起因するプローブピンＣＰ２の先端部へのダメージを低減することができる。このことから、本実施の形態によれば、プローブピンＣＰ２の耐摩耗性の向上を図ることができる結果、プローブピンＣＰ２の長寿命化を実現できるという顕著な効果が得られる。

＜＜第２特徴点＞＞
次に、本実施の形態における第２特徴点について説明する。

まず、本実施の形態における第２特徴点には、上述した第１特徴点を前提として、インナプランジャＩＰによる半田ボールＳＢとの電気的な接続を主とし、アウタプランジャＯＰによる半田ボールＳＢとの電気的な接続を従とする思想が根底にある。

この背景のもと、本実施の形態における第２特徴点は、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２に形成されている突起部ＰＪ２の数を増加させている点にある。例えば、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２に形成されている突起部ＰＪ２の数は、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている突起部ＰＪ１の数よりも多くなっている。これにより、本実施の形態によれば、主となるインナプランジャＩＰによる半田ボールＳＢとの電気的な接続信頼性を向上することができる。

以下では、このことについて具体的に説明する。

図１６は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個とした場合における突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す断面図である。図１７は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個とした場合における突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す平面図である。

図１６および図１７に示すように、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じていない場合には、４個の突起部ＰＪ２が半田ボールＳＢと接触して、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保することができる。

次に、図１８は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個とした場合において、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じたときの突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す断面図である。図１９は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個とした場合において、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じたときの突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す平面図である。

図１８および図１９に示すように、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じると、４個の突起部ＰＪ２のうちの２個の突起部ＰＪ２しか半田ボールＳＢと接触に寄与しなくなる場合があり、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保することが困難となる。つまり、４個の突起部ＰＪ２のうちの２個の突起部ＰＪ２しか半田ボールＳＢと接触に寄与しなくなると、半田ボールＳＢとの接触に寄与する２個の突起部ＰＪ２に荷重が集中する結果、突起部ＰＪ２の摩耗が進んで、半田ボールＳＢとの接触不安定性が増大する。このように、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個とする場合には、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じると、半田ボールＳＢとの接触に寄与する突起部ＰＪ２の数が極端に減少することによって、接触不安定性が増大するとともに、荷重の集中による摩耗の進行が大きくなり、インナプランジャＩＰの寿命が短くなってしまう。

次に、図２０は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を９個とした場合における突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す断面図である。図２１は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を９個とした場合における突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す平面図である。

図２０および図２１に示すように、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じていない場合には、格子状に均等に配置された突起部ＰＪ２（例えば、９個）が半田ボールＳＢと接触して、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保することができる。

続いて、図２２は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を９個とした場合において、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じたときの突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す断面図である。図２３は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を９個とした場合において、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じたときの突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの接続構成を示す平面図である。

図２２および図２３に示すように、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じても、例えば、９個の突起部ＰＪ２のうちの７個の突起部ＰＪ２が半田ボールＳＢと接触に寄与するため、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの接続信頼性を確保できる。なお、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を４個から９個に増加させる場合には、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの間にどのような位置ずれが生じても、半田ボールＳＢの中央付近に突起部ＰＪ２を接触させることができる結果、突起部ＰＪ２の数が４個の場合に比べて、複数の突起部ＰＪ２による多点接触を安定的に実現することができる。さらに、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を９個とする場合には、突起部ＰＪ２の数が４個の場合よりも、多点接触によって、荷重が分散されるため、耐摩耗性を向上することができる。

以上のことから、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の数を増加させるという本実施の形態における第２特徴点によれば、突起部ＰＪ２と半田ボールＳＢとの多点接触を安定して実現できる。この結果、本実施の形態における第２特徴点によれば、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間の接続信頼性を向上することができるとともに、荷重分散による突起部ＰＪ２の耐摩耗性の向上を通じて、インナプランジャＩＰの長寿命化を図ることができる。さらに、本実施の形態における第２特徴点によれば、インナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの間に位置ずれが生じる場合であっても、接触点が充分多い多点接触を実現できる結果、位置ずれの影響を受けにくい信頼性に優れたインナプランジャＩＰと半田ボールＳＢとの電気的な接続を確保することができる。

＜＜第３特徴点＞＞
上述したように、本実施の形態における第１特徴点を具現化するために、本実施の形態では、例えば、図１１〜図１５に示すように、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成している。そして、この構成を実現するためには、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に隙間を設ける必要がある。なぜなら、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に隙間が存在しないと、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成することができなくなるからである。ここで、例えば、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２と半田ボールＳＢとを接触させる際に発生する異物（半田屑）などが、上述した隙間に挟まると、図１１〜図１５に示す動作に支障を来すことになる。言い換えれば、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に存在する隙間に異物が挟まると、プローブピンＣＰ２の摺動不良が生じてしまう。

そこで、本実施の形態では、プローブピンＣＰ２の摺動不良を抑制するために、以下に示す第３特徴点を有している。具体的に、本実施の形態における第３特徴点は、例えば、図１１に示すように、インナプランジャＩＰの先端部ＴＰ２を外側から内側に向って傾斜させている点にある。これにより、本実施の形態における第３特徴点によれば、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の先端に異物が付着した場合であっても、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に存在する隙間に、この異物が挟まるポテンシャルを低減することができる。

以下に、この点について説明する。

図２４は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２に傾斜部を設けない構成を模式的に示す図である。図２４に示すように、突起部ＰＪ２に傾斜部を設けない場合、突起部ＰＪ２の先端に付着した異物２０は、インナプランジャＩＰとアウタプランジャＯＰとの間の隙間１０に挟まりやすくなる。なぜなら、突起部ＰＪ２の先端の直下に隙間１０が存在するため、突起部ＰＪ２の先端に付着した異物２０は、異物２０の直下に存在する隙間１０に落下するポテンシャルが大きくなるからである。

これに対し、図２５は、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２に傾斜部ＳＬＰ２を設ける構成を模式的に示す図である。図２５に示すように、突起部ＰＪ２に傾斜部ＳＬＰ２を設けると、必然的に、突起部ＰＪ２の先端と隙間１０との間の距離（Ｌ）が大きくなるため、突起部ＰＪ２の半田ボールへの突き刺さりで排斥された異物（半田）は、傾斜部ＳＬＰ２に留まる。この結果、突起部ＰＪ２の先端に付着した異物２０が、隙間に落下するポテンシャルは小さくなる。このようにして、本実施の形態における第３特徴点によれば、インナプランジャＩＰに形成されている突起部ＰＪ２の先端に付着した異物２０が、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に存在する隙間１０に挟まるポテンシャルを低減することができる。この結果、本実施の形態によれば、プローブピンＣＰ２の摺動不良を抑制することができる。以上のことから、本実施の形態における第３特徴点は、インナプランジャＩＰに付着した異物に起因するプローブピンＣＰ２の摺動不良を未然に防止するための工夫点ということができる。

＜＜第４特徴点＞＞
本実施の形態では、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとを独立して変位可能に構成しており、例えば、図１１から図１５に示すように、インナプランジャＩＰは、アウタプランジャＯＰの内部に押し込まれる第１動作と、アウタプランジャＯＰから突き出される第２動作とが繰り返される。ここで、アウタプランジャＯＰの先端部ＴＰ１に形成されている突起部ＰＪ１は、半田ボールＳＢに突き刺さることから、突起部ＰＪ１の先端には、異物（半田屑）が付着する。そして、この突起部ＰＪ１の先端に付着した異物が、アウタプランジャＯＰの内側面とインナプランジャＩＰの側面との間に存在する隙間に挟まると、プローブピンＣＰ２の摺動不良が生じてしまう。

ここで、例えば、図２６は、アウタプランジャＯＰの先端部に内側から外側に向って傾斜している突起部ＰＪ３が形成されている構成を模式的に示す図である。図２６において、アウタプランジャＯＰの先端部に形成されている突起部ＰＪ３の先端に異物（半田屑）２０が付着した場合、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）が行なわれても、この異物２０は除去されずに残存する。したがって、アウタプランジャＯＰの先端部に内側から外側に向って傾斜している突起部ＰＪ３を設ける構成では、突起部ＰＪ３の先端に付着した異物２０が、何らかの原因で剥離して隙間１０に挟み込まれるポテンシャルが存在する。すなわち、図２６に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部に内側から外側に向って傾斜している突起部ＰＪ３を形成する構成では、プローブピンＣＰ２の摺動不良を効果的に防止する観点から改善の余地がある。

この点に関し、例えば、図２７は、アウタプランジャＯＰの先端部に外側から内側に向って傾斜している突起部ＰＪ１が形成されている構成を模式的に示す図である。図２７において、アウタプランジャＯＰの先端部に形成されている突起部ＰＪ１の先端に異物（半田屑）２０が付着した場合、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）が行なわれることによって、この異物２０のうちの隙間１０に形成されている部分２０ａは、除去される。すなわち、異物２０の部分２０ａは、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）に伴う擦れ合わせによって除去される。図２７に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部に外側から内側に向って傾斜している突起部ＰＪ１を形成する構成では、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）が異物２０のうちの隙間１０に形成されている部分２０ａを除去するクリーニング動作として寄与することになる。このことから、アウタプランジャＯＰに図２７に示す突起部ＰＪ１を設ける構成は、アウタプランジャＯＰに図２６に示す突起部ＰＪ３を設ける構成よりも、隙間１０に異物が挟まることによるプローブピンＣＰ２の摺動不良を効果的に防止する観点から有用であることがわかる。

ただし、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）によって削り取られた異物２０の部分２０ａが隙間１０の外部に放出されるときは問題がないが、例えば、図２７に示すように、この削り取られた異物２０の部分２０ａが隙間１０に挟み込まれた場合には、かえって、プローブピンＣＰ２の摺動不良を引き起こす可能性があるため、さらなる改善の検討が必要である。

そこで、本実施の形態では、さらなる工夫を施している。図２８は、本実施の形態における第４特徴点を説明する図である。図２８において、本実施の形態における第４特徴点は、インナプランジャの先端部の側面に溝ＤＩＴが形成されている点にある。これにより、例えば、図２８に示すように、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）によって削り取られた異物２０の部分２０ａが隙間１０の内部に存在しても、この異物２０の部分２０ａは、インナプランジャＩＰの側面に形成された溝ＤＩＴに捕獲される。この結果、本実施の形態における第４特徴点によれば、たとえ、インナプランジャＩＰの上下動作（第１動作と第２動作）によって削り取られた異物２０の部分２０ａが隙間１０に入り込んでも、プローブピンＣＰ２の摺動不良を抑制することができる。

＜実施の形態における効果の検証＞
次に、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２の有用性について説明する。図２９は、コンタクト回数（回）と接触抵抗値（ｍΩ／Ｐｉｎ）との関係を示すグラフである。図２９において、グラフ（Ａ）は、関連技術におけるプローブピンを示すグラフであり、グラフ（Ｂ）は、既存の「９山クラウン構造」のプローブピンを示すグラフである。また、グラフ（Ｃ）は、既存の「２１山クラウン構造」のプローブピンを示すグラフである。さらに、グラフ（Ｄ）は、本実施の形態におけるプローブピン（低荷重）を示すグラフであり、グラフ（Ｅ）は、本実施の形態におけるプローブピン（高荷重）を示すグラフである。

図２９に示すように、コンタクト回数が増えるにしたがって、最も接触抵抗値が高くなってしまうプローブピンは、グラフ（Ａ）に示す関連技術におけるプローブピンであることがわかる。この結果は、関連技術におけるプローブピンのクリーニングシャフトが、半田ボールとの接触に寄与しておらず、実質的に、関連技術におけるプロ―ブピンは、既存の「４山クラウン構造」と同等であることから理解できる。

次に、図２９において、関連技術におけるプローブピンの次に接触抵抗値が高くなるプローブピンは、グラフ（Ｂ）に示す「９山クラウン構造」のプローブピンであり、その次に接触抵抗値が高くなるプローブピンは、グラフ（Ｃ）に示す「２１山クラウン構造」のプローブピンであることがわかる。この傾向は、多点接触の接触点数が増加するほど接触抵抗値が低くなるということから定性的に理解することができる。

続いて、図２９において、本実施の形態におけるプローブピン（低荷重）と、本実施の形態におけるプローブピン（高荷重）とは、他のプローブピンに比べて、接触抵抗値が低くなっており、本実施の形態におけるプローブピン（低荷重＋高荷重）のいずれもが、他のプローブピンに比べて、接触安定性を確保できる有用性を有していることがわかる。

この結果は、その他のプローブピンには存在しない上述した特徴点による効果と考えることができ、これによって、他のプローブピンの性能に比べて、本実施の形態におけるプローブピンの性能が非常に優れていることが裏付けられているということができる。

＜変形例１＞
図３０は、本変形例１におけるインナプランジャＩＰの模式的な構成を示す図である。特に、図３０（ａ）は、本変形例１におけるインナプランジャＩＰの模式的な構成を示す平面図であり、図３０（ｂ）は、図３０（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図３０（ａ）に示すように、本変形例１におけるインナプランジャＩＰは、５個の突起部ＰＪ２Ａと、４個の突起部ＰＪ２Ｂとを有している。ここで、図３０（ｂ）に示すように、突起部ＰＪ２Ａの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ２Ｂの高さよりも高くなっている。言い換えれば、突起部ＰＪ２Ｂの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ２Ａの高さよりも低くなっている。このように、本変形例１の特徴点は、例えば、図３０（ａ）および図３０（ｂ）に示すように、インナプランジャＩＰの先端部に、高さの異なる突起部ＰＪ２Ａと突起部ＰＪ２Ｂとが形成されている点にある。特に、本変形例１では、中央部の突起部を高さの高い突起部ＰＪ２Ａから構成している。

例えば、インナプランジャＩＰに９個の突起部を形成する場合、半田ボールの中央部に接触する突起部は摩耗しやすく、特に、高温時の拡散摩耗（材質による侵食）による接触異常の原因となる。この点に関し、本変形例１におけるインナプランジャＩＰによれば、中央部に配置された突起部ＰＪ２Ａの摩耗によって半田ボールとの接触性が低下しても、予め低く設計している外周部の突起部ＰＪ２Ｂが半田ボールとの接触を補填する結果、コンタクト回数が増加しても、インナプランジャＩＰと半田ボールとの接続信頼性を確保することができる。

＜変形例２＞
図３１は、本変形例２におけるインナプランジャＩＰの模式的な構成を示す図である。特に、図３１（ａ）は、本変形例２におけるインナプランジャＩＰの模式的な構成を示す平面図であり、図３１（ｂ）は、図３１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図３１（ａ）に示すように、本変形例２におけるインナプランジャＩＰは、４個の突起部ＰＪ２Ａと、５個の突起部ＰＪ２Ｂとを有している。ここで、図３１（ｂ）に示すように、突起部ＰＪ２Ａの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ２Ｂの高さよりも高くなっている。言い換えれば、突起部ＰＪ２Ｂの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ２Ａの高さよりも低くなっている。このように、本変形例２の特徴点は、例えば、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示すように、インナプランジャＩＰの先端部に、高さの異なる突起部ＰＪ２Ａと突起部ＰＪ２Ｂとが形成されている点にある。特に、本変形例２では、中央部の突起部を高さの低い突起部ＰＪ２Ｂから構成している。

本変形例２によれば、摩耗しやすい中央部の突起部を高さの低い突起部ＰＪ２Ｂから構成することにより、コンタクト回数の少ない段階では、中央部の突起部を接触補助の突起部として機能させる一方、コンタクト回数が多くなって、その他の高い突起部ＰＪ２Ａが摩耗する段階で、中央部の突起部ＰＪ２Ｂが有効に作用するようにできる。このとき、摩耗の進んだ突起部ＰＪ２Ａも接触を補うことになる結果、コンタクト回数が多くなっても、安定した接触性を確保することができる。

＜変形例３＞
図３２は、本変形例３におけるアウタプランジャＯＰの模式的な構成を示す図である。特に、図３２（ａ）は、本変形例３におけるアウタプランジャＯＰの模式的な構成を示す平面図であり、図３２（ｂ）は、図３２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図３２（ａ）に示すように、本変形例３におけるアウタプランジャＯＰは、４個の突起部ＰＪ１Ａと、４個の突起部ＰＪ１Ｂとを有している。ここで、図３１（ｂ）に示すように、突起部ＰＪ１Ａの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ１Ｂの高さよりも高くなっている。言い換えれば、突起部ＰＪ１Ｂの高さは、「ｈ」だけ突起部ＰＪ１Ａの高さよりも低くなっている。このように、本変形例３の特徴点は、例えば、図３２（ａ）および図３２（ｂ）に示すように、アウタプランジャＯＰの先端部に、高さの異なる突起部ＰＪ１Ａと突起部ＰＪ１Ｂとが形成されている点にある。

本変形例３のように、アウタプランジャＯＰに形成されている突起部の総数を４個から８個にすることにより、例えば、アウタプランジャＯＰに形成されている突起部とインナプランジャＩＰに形成されている突起部の総数を増加させることができる、この結果、本変形例３によれば、プローブピンＣＰ２の多点接触数が増加することによって、より安定した接触性を確保することができる。

さらに、本変形例３にように、アウタプランジャＯＰに形成されている８個の突起部のうちの４個の突起部を予め低く設定することにより、コンタクト回数が多くなって、高さの高い突起部の摩耗が進行したとしても、高さの低い突起部が接触性を担保する結果、コンタクト回数の少ない段階から多い段階にわたって、安定した接触性を確保できる。

＜変形例４＞
実施の形態では、外部端子として、半田ボールを備えるＢＧＡ構造の半導体装置を例に挙げて説明したが、実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、ＱＦＰ構造の半導体装置やＱＦＮ構造の半導体装置に幅広く適用することができる。

特に、ＱＦＰ構造の半導体装置やＱＦＮ構造の半導体装置に対する電気特性の検査工程に、実施の形態におけるプローブピンＣＰ２を適用する場合に、以下に示す利点を得ることができる。具体的に、実施の形態におけるプローブピンＣＰ２は、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰとが別駆動で外部端子との接触に寄与する構造である。このため、外部端子に異物などが存在して、アウタプランジャＯＰとインナプランジャＩＰのいずれかの接触不良が生じても、別駆動のもう一方のプランジャによって、外部端子との接触性を確保できる。したがって、本実施の形態におけるプローブピンＣＰ２を使用することにより、ＱＦＰ構造の半導体装置やＱＦＮ構造の半導体装置に対する電気特性の検査精度を向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

前記実施の形態は、以下の形態を含む。

（付記１）
半導体チップと、前記半導体チップに形成された集積回路と電気的に接続する外部端子とを有する半導体装置の前記外部端子に接触させるプローブピンであって、
前記プローブピンは、
中空構造からなり、かつ、複数の第１突起部が形成された第１先端部を有し、かつ、第１方向に変位可能な第１プランジャと、
前記第１プランジャに収納され、かつ、複数の第２突起部が形成された第２先端部を有し、かつ、前記第１プランジャとは独立に前記第１方向に変位可能な第２プランジャと、
を備える、プローブピン。

（付記２）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記複数の第２突起部のそれぞれは、ピラミッド形状から構成される、プローブピン。

（付記３）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記第１先端部は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含む、プローブピン。

（付記４）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記第２先端部は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含む、プローブピン。

（付記５）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記第２先端部の側面には、溝が形成されている、プローブピン。

（付記６）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記複数の第１突起部は、
第１高さの第１高突起部と、
前記第１高さよりも低い第１低突起部と、
を含む、プローブピン。

（付記７）
付記１に記載のプローブピンにおいて、
前記複数の第２突起部は、
第２高さの第２高突起部と、
前記第２高さよりも低い第２低突起部と、
を含む、プローブピン。

ＣＰ１ プローブピン
ＣＰ２ プローブピン
ＤＩＴ 溝
ＩＰ インナプランジャ
ＯＰ アウタプランジャ
ＯＴ 外部端子
ＰＪ１ 突起部
ＰＪ１Ａ 突起部
ＰＪ１Ｂ 突起部
ＰＪ２ 突起部
ＰＪ２Ａ 突起部
ＰＪ２Ｂ 突起部
ＳＢ 半田ボール
ＳＣ 半導体チップ
ＳＬＰ２ 傾斜部
ＴＰ１ 先端部
ＴＰ２ 先端部

Claims (14)

1. （ａ）半導体チップと、前記半導体チップに形成された集積回路と電気的に接続する外部端子とを有する半導体装置を準備する工程、
   （ｂ）前記外部端子にプローブピンを接触させる工程、
   を備える、半導体装置の製造方法であって、
   前記プローブピンは、
   中空構造からなり、かつ、複数の第１突起部が形成された第１先端部を有し、かつ、第１方向に変位可能な第１プランジャと、
   前記第１プランジャに収容され、かつ、複数の第２突起部が形成された第２先端部を有し、かつ、前記第１プランジャとは独立に前記第１方向に変位可能な第２プランジャと、
   を有し、
   前記（ｂ）工程では、少なくとも前記複数の第１突起部の一部と前記複数の第２突起部の一部とが前記外部端子に接触した状態で、前記集積回路の電気特性が測定される、半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程では、前記第１プランジャに第１荷重を加えることにより、少なくとも前記複数の第１突起部の一部を前記外部端子に接触させ、かつ、前記第２プランジャに第２荷重を加えることにより、少なくとも前記複数の第２突起部の一部を前記外部端子に接触させる、半導体装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第２荷重は、前記第１荷重よりも大きい、半導体装置の製造方法。
4. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１荷重と前記第２荷重とは、等しい、半導体装置の製造方法。
5. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記複数の第２突起部のそれぞれは、ピラミッド形状を有する、半導体装置の製造方法。
6. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１先端部は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含む、半導体装置の製造方法。
7. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第２先端部は、外側から内側に向って傾斜している傾斜部を含む、半導体装置の製造方法。
8. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第２先端部の側面には、溝が形成されている、半導体装置の製造方法。
9. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記外部端子は、半田ボールを含み、
   前記（ｂ）工程は、
   （ｂ１）少なくとも前記複数の第２突起部の一部を前記半田ボールに接触させる工程、
   （ｂ２）前記（ｂ１）工程後、前記第２プランジャの一部を前記第１プランジャの内部に押し込むように、前記第２プランジャを前記第１方向に変位させる工程、
   （ｂ３）前記（ｂ２）工程後、少なくとも前記複数の第１突起部の一部を前記半田ボールに接触させる工程、
   を有する、半導体装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第２先端部の側面には、溝が形成されており、
    前記（ｂ１）工程において、前記溝は、前記複数の第１突起部よりも高い位置にある、
    半導体装置の製造方法。
11. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ２）工程では、前記第２プランジャの一部を前記第１プランジャの内部に押し込むように、前記第２プランジャを前記第１方向に変位させる際、前記第１プランジャの内側面と前記第２プランジャの側面とが擦れ合うことにより、前記第１プランジャの前記内側面がクリーニングされる、半導体装置の製造方法。
12. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半田ボールの表面は、酸化されており、
    前記（ｂ１）工程では、前記半田ボールと接触している第２突起部は、酸化されている前記半田ボールの表面を突き破り、
    前記（ｂ３）工程では、前記半田ボールと接触している第１突起部は、酸化されている前記半田ボールの表面を突き破っている、半導体装置の製造方法。
13. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記複数の第１突起部は、
    第１高さの第１高突起部と、
    前記第１高さよりも低い第１低突起部と、
    を含む、半導体装置の製造方法。
14. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記複数の第２突起部は、
    第２高さの第２高突起部と、
    前記第２高さよりも低い第２低突起部と、
    を含む、半導体装置の製造方法。

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