JP2686893B2 - 半導体チップソケット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウェーハから
分割された半導体チップを単体でバーンインテストでき
るようにした半導体チップソケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】バーンインテスト（エ−ジング）は、半
導体集積回路装置における素子の初期不良を洗い出す加
速試験である。従来のバーンインテスト方法は、エージ
ング用のボードに設けられたＩＣソケットにＩＣパッケ
ージを搭載して行うのが一般的である。

【０００３】近年、マイクロチップモジュールと称し
て、例えばシリコン基板のような配線基板上に、必要な
半導体チップを搭載配線し、一つのマイクロコンピュー
タシステム等を構成する半導体技術が提案されている。
このようなマイクロチップモジュールでは、マイクロコ
ンピュータシステムを構成する一つの半導体チップに不
良が発見されると、配線基板及びそれに搭載された他の
良品の半導体チップを含めて不良品として廃棄すること
になる。このため、個々のチップ単体の品質チェックが
マイクロチップモジュールの歩留りを左右する。しか
し、半導体チップは、前記のように初期不良を包含する
ものであるため、プロービング工程だけでの品質チェッ
クには限界がある。

【０００４】このような問題点を解決するために、半導
体チップを単体でバーンインテスト可能にしたソケット
が開発されている。この種の半導体チップソケットは、
特開昭６２−２７６８６１号公報、特開平３−１０２８
４８号公報、特開平３−１２０７４２号公報、及び特開
平４−２９０２４４号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
チップソケットには、次のような不都合がある。 （１）半導体チップは所定の凹部に載せることによって
位置決するようになっている。しかし、プローブ端子と
チップ電極とを正しく接触させるには、このような位置
決め方式だけでは不十分である。この方式では、チップ
電極とプローブ端子とが確実に正しく接触しているか否
かを確認することができない。 （２）バーンインテストは、例えば１５０℃程度の高温
で加速試験を行うものであるが、半導体チップ単体は樹
脂封止等がされていない無防備の状態であるので、チッ
プ電極に酸化膜が形成される危険性がある。 （３）バーンインテストは上述のように高温で行うの
で、半導体チップ電極のサイズが小さいゆえに、ソケッ
トを構成する部品の熱膨張によってプローブ端子とチッ
プ電極との接触位置がずれる恐れがある。

【０００６】この発明の目的は、半導体チップとプロー
ブ端子との正確な位置決めが可能な半導体チップソケッ
トを提供することにある。また、この発明の別の目的
は、チップ電極の表面がバーンインテストによって酸化
されにくい半導体チップソケットを提供することにあ
る。この発明のさらに別の目的は、熱膨張の影響を受け
にくい半導体チップソケットを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明は、
半導体チップを載せるステージ部と、プローブ端子およ
び外部接続端子を備えるプローブ部と、プローブ部をス
テージ部に対して開閉可能に固定する固定装置とを備え
る半導体チップソケットにおいて、ステージ部に、半導
体チップをその表面に平行な平面内で２次元的に位置調
整できるＸＹステージと、半導体チップをその表面に垂
直な方向に移動させるＺ方向移動装置とを設け、プロー
ブ部に、プローブフレームと、プローブ端子および外部
接続端子を備えるリングコネクターと、リングコネクタ
ーをプローブフレームに対してθ回転方向に位置調整す
るためのθ回転調整機構とを設けたものである。

【０００８】この発明は、半導体チップをソケット内部
にセットしてからこれをバーンインボードに接続するよ
うな半導体チップソケットに関するものであり、主とし
て、ステージ部とプローブ部とからなる。両者は互いに
開閉することができて、開放した状態で、半導体チップ
をステージ部に載せたり、これをステージ部から取り外
したりできるようになっている。半導体チップをステー
ジ部に載せた後は、プローブ部をステージ部にかぶせて
から、固定装置を用いて両者を一体に合体することがで
きる。これにより、半導体チップを内部に含んだ状態
で、半導体チップソケットを一体として取り扱うことが
でき、この半導体チップソケットをバ−ンインボードに
複数個取り付けてバーンインテストが実施できるもので
ある。

【０００９】ステージ部に載せられた半導体チップの電
極パッドは、プローブ部のプローブ端子と接触し、この
プローブ端子は、外部接続端子を介してバーンインボー
ドの端子と電気的に接続される。この発明は、この種の
半導体チップソケットにおいて、ステージ部にＸＹステ
ージとＺ方向移動装置とを設けたものであって、ＸＹス
テージを設けたことにより、半導体チップの電極パッド
とプローブ端子との位置決めを精密に実施できるように
し、かつ、Ｚ方向移動装置を設けたことによって、半導
体チップの電極パッドがプローブ端子に接触した後にチ
ップをＺ方向にさらに所定量だけ押し付ける作業、すな
わちオーバードライブ、を可能にしたものである。

【００１０】なお、従来のウェーハプローバにおいて
は、ウェーハ上の電極パッドとプローブ端子との位置決
めを行うために、ウェーハ支持台にＸＹステージ及びＺ
方向ドライブ機構を搭載することが知られている。これ
に対して、この発明は、ステージ部とプローブ部とを一
体に合体して、その内部に半導体チップ単体をセットし
た状態でこれを取り扱うことを可能にしたような半導体
チップソケットにおいて、そのステージ部にＸＹステー
ジとＺ方向移動装置とを組み込んだことに特徴がある。
この発明の半導体チップソケットは、合体した状態で持
ち運び等が可能であって、その大きさの一例を示せば、
合体した状態で、縦横高さがそれぞれ数ｃｍ程度であ
る。

【００１１】第２の発明は、第１の発明において、プロ
ーブ端子を片持ち梁式のプローブ針として、プローブ部
とステージ部を互いに固定した状態で半導体チップの被
測定電極パッドが観察できるようにプローブ部に透明部
材を設けたものである。この発明では、プローブ部に透
明部材を設けることによって、顕微鏡によってチップの
電極パッドとプローブ針との相対位置関係を確認するこ
とができる。単に観察するだけならば、透明部材を設け
なくても、半導体チップの電極パッドが見えるようにプ
ローブ部の中央に貫通孔を形成しておけばよいが、こう
すると、バーンインテストのときに半導体チップの電極
パッドが大気に触れて酸化する恐れがある。したがっ
て、透明部材を通して観察するようにしたものである。
電極パッドとプローブ針との相対位置関係がずれている
のが分かったときは、ＸＹステージを用いてチップのＸ
Ｙ方向の位置を微調整することができる。

【００１２】第３の発明は、第１の発明において、プロ
ーブ端子をスプリング支持式のプローブピンとして、プ
ローブ部とステージ部を互いに固定した状態で半導体チ
ップの外縁の少なくとも一部が観察できるようにプロー
ブピン支持体に観察孔を設けたものである。スプリング
支持式のプローブピンを用いる場合は、プローブピン支
持体があるので、プローブピンとチップの電極パッドと
の位置関係を直接観察することができない。そこで、半
導体チップの外縁の位置を観察することによって、プロ
ーブ端子とチップとの相対位置関係を確認するようにし
ている。チップの外形と電極パッドとの相対位置精度が
良好な場合には、このような方式でもチップの位置決め
が可能であり、実用上、このような位置決め方式でも十
分な場合も多い。また、観察孔の外側にガラス板等の透
明部材を配置すれば、チップ周辺の気密性も保たれる。
プローブ端子とチップとの位置関係がずれていることが
分かった場合は、第２の発明と同様に、ＸＹステージに
よる微調整を行うことができる。

【００１３】本発明の好ましい態様は、ステージ部とプ
ローブ部を合体可能な半導体チップソケットにおいて、
半導体チップの被測定電極パッドに接する空間を実質的
に気密状態に維持するようにシール装置を設けたもので
ある。半導体チップ単体でバーンインテストを実施する
には、従来のＩＣソケットと異なって、チップの電極パ
ッドの酸化を効果的に防ぐ必要がある。そのために、こ
の発明では、シール装置を設けて、少なくともチップの
電極パッドに接する空間を実質的に気密状態に維持して
いる。この気密空間に窒素ガス等の不活性な気体を満た
しておけば、電極パッドの酸化は生じない。この発明の
半導体チップソケットでは、ステージ部とプローブ部が
開閉できるので、両者が合体したときに、両者の接続部
分の気密性が最も問題となる。したがって、少なくとも
両者の接続部分にＯリング等のシール装置が必要であ
る。なお、半導体チップ周辺の空間は、半導体チップソ
ケットの外側の空間に対して厳密に気密に維持する必要
はない。両者の空間の圧力差は、通常、ほとんど存在し
ないので、きわめてわずかな隙間ならば問題がないこと
が多い。例えば、チップを搭載するステージ部において
は、摺動機構やネジ部などの運動部分に極めてわずかの
隙間が存在しているが、実用上問題ないことが多い。も
ちろん、これらの部分にもシール装置を設けておけば完
全である。

【００１４】本発明の好ましい別の態様は、ステージ部
とプローブ部を合体可能な半導体チップソケットにおい
て、プローブ部とステージ部の主要な金属部品を熱膨張
係数が５×１０^−６／℃以下の合金で形成したものであ
る。この種の合金の例としては、Ｆｅ−Ｎｉ系のインバ
ー合金や、株式会社榎本鉄工所の販売するノビナイト合
金が挙げられる。この発明の半導体チップソケットは、
バーンインテストを意図しているので、例えば１５０℃
程度の高温で用いることを想定している。したがって、
ソケットを構成する金属部品の熱膨張によって、プロー
ブ端子と電極パッドとの相対位置関係がずれる恐れがあ
る。この発明では、主要な金属部分を低熱膨張係数合金
で形成することにより、この種の問題を防いでいる。な
お、従来のＩＣソケットもバーンインテストにより高温
にさらされるが、ＩＣパッケージのリード端子のサイズ
は、半導体チップ単体における電極パッドのサイズと比
較して、格段に大きいので、このような熱膨張による接
触位置ずれはほとんど問題にならなかったものである。

【００１５】第４の発明は、ステージ部とプローブ部を
合体可能な半導体チップソケットにおいて、次の（イ）
〜（ニ）の特徴を設けたものである。 （イ）ステージ部に、半導体チップをその表面に平行な
平面内で２次元的に位置調整できるＸＹステージと、半
導体チップをその表面に垂直な方向に移動させるＺ方向
移動装置とを設ける。 （ロ）前記プローブ端子は片持ち梁式のプローブ針であ
り、プローブ部とステージ部を互いに固定した状態で半
導体チップの被測定電極パッドが観察できるようにプロ
ーブ部に透明部材を設ける。 （ハ）半導体チップの被測定電極パッドに接する空間を
実質的に気密状態に維持するようにシール装置を設け
る。 （ニ）プローブ部とステージ部の主要な金属部品を熱膨
張係数が５×１０^−６／℃以下の合金で形成する。この
発明は、半導体チップソケットが備えるべき好ましい特
徴をいくつか組み合わせたものであって、これまで説明
してきた各種の特徴の利点を備えている。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明の第１実施例の外観を示す
斜視図である。この半導体チップソケットは、チップを
載せるためのステージ部１０と、プローブ針及び外部接
続端子を備えるプローブ部１２とを備えている。プロー
ブ部１２はステージ部１０から分離でき、また、半導体
チップを搭載した後はセッティングレバー１４によって
両者を互いに合体固定して一体に取り扱うことができ
る。

【００１７】図２〜図４はステージ部を示したものであ
り、図２（Ａ）はステージ部の平面図、図２（Ｂ）はス
テージ部の側面図（図２（Ａ）のIIＢ−IIＢ線矢視図）
である。図３（Ａ）はステージ部の側面断面図（図２
（Ａ）のIII Ａ−III Ａ線断面図）であり、図３（Ｂ）
はステージ部の正面断面図（図２（Ａ）のIII Ｂ−III
Ｂ線断面図）である。図４はステージ部の底面図であ
る。

【００１８】図２（Ａ）において、フレーム１６の中央
にはチップステージ１８とＬ字形のチップガイド２０が
組み合わされている。チップガイド２０はチップステー
ジ１８に対してＸ方向及びＹ方向にわずかに移動可能で
あり、通常は、Ｙ方向の圧縮スプリング２２とＸ方向の
圧縮スプリング２４とによってチップステージ１８側に
押し付けられている。チップステージ１８に形成された
概略矩形の凹部２６は、測定すべき半導体チップの外形
よりもわずかに小さくなっており、その深さは半導体チ
ップの厚さよりも浅くなっている。チップガイド２０に
形成された穴２８に図３（Ａ）に示すようなツマミ３０
を差し込んで、これを図２（Ａ）の矢印Ｃ方向に引っ張
ると、凹部２６がＸ方向及びＹ方向に５０μｍ程度拡大
され、この状態で半導体チップを凹部２６に容易に載せ
ることができる。ツマミ３０を抜くと、圧縮スプリング
２２、２４の作用でチップガイド２０が元に戻り、半導
体チップが凹部２６内に固定される。

【００１９】フレーム１６の上面からは３本のガイドピ
ン３２と４本のスプリングピン３４が突き出している。
３本のガイドピン３２はステージ部をプローブ部と合体
させるときのガイドとして作用する。４本のスプリング
ピン３４は、ステージ部をプローブ部と合体させるとき
に緩衝作用を果たし、また、ステージ部とプローブ部を
合体したときの両者の間隔を定める。

【００２０】図２（Ｂ）に示すように、フレーム１６の
一対の側面にはセッティングレバーの先端が入り込むた
めの矩形状の凹部３６がそれぞれ２個ずつ形成されてい
る。

【００２１】図３（Ａ）において、チップステージ１８
はステージプレート３８にネジ３９で固定されている。
チップガイド２０はステージプレート３８上を摺動でき
る。ＸＹステージ４０はフレーム１６と底板４２の間に
挟まれており、ＸＹステージ４０の外壁面とフレーム１
６の内壁面との間にはＸ方向及びＹ方向に０．５ｍｍ程
度の隙間があいていて、ＸＹステージ４０は底板４２上
を摺動できる。ステージプレート３８は、ＸＹステージ
４０に対してＸＹ方向にガタのないように置かれてい
て、その上に載ったチップステージ１８はフレーム１６
の中央の開口部から露出している。圧縮スプリング４４
と、これに対向した微調ツマミ４６、４８とにより、Ｘ
Ｙステージ４０はＸＹ方向に微調整可能であり、これに
より、チップステージ１８上の半導体チップをＸＹ方向
に微動させることができる。

【００２２】ステージプレート３８の底面にはガイドネ
ジ５０がねじ込まれており、このガイドネジ５０は、Ｘ
Ｙステージ４０に形成されたガイド孔５２を通って、圧
縮スプリング５４の作用で下方に引っ張られている。し
たがって、ステージプレート３８は常に下方に引っ張ら
れている。フレーム１６にネジ止めされた底板４２には
Ｚリードスクリュー５６が噛み合っている。このＺリー
ドスクリュー５６の上端は上に凸の曲面となっていて、
ＸＹステージ４０の中央の開口部を通してステージプレ
ート３８の下面に当たっている。Ｚリードスクリュー５
６には、図３（Ｂ）に示すように、Ｚアップレバー５８
の基端が固定されている。Ｚアップレバー５８を図４の
矢印Ｅの方向に回すと、Ｚリードスクリュー５６が上昇
して、ステージプレート３８を上方に押し上げる。ステ
ージプレート３８はＸＹステージ４０の内部で上下方向
に摺動でき、ステージプレート３８のＸＹ方向のガタは
ほとんどない。Ｚアップレバー５８を図４の矢印Ｄの方
向に回すと、Ｚリードスクリュー５６は下降し、ステー
ジプレート３８は圧縮スプリング５４の作用によって下
降する。

【００２３】測定する半導体チップのサイズが変わった
場合は、図３（Ａ）において、チップステージ１８とチ
ップガイド２０だけを交換すればよく、その交換作業は
ネジ３９を外すだけで容易にできる。

【００２４】ステージ部の主要な金属部品は熱膨張係数
の小さい合金で形成されている。すなわち、図３（Ａ）
において、フレーム１６とステージプレート３８とＸＹ
ステージ４０と底板４２は、株式会社榎本鉄工所の販売
するノビナイト合金で形成されている。このノビナイト
合金の熱膨張係数は、例えば０〜１００℃の温度範囲で
２〜４×１０^-6／℃であり、ステンレス鋼と比較すると
５分の１から１０分の１程度である。後述のプローブ部
についてもその主要な金属部品はノビナイト合金で形成
されている。したがって、この半導体チップソケットを
バーンインテストで加熱しても、チップ電極とプローブ
針との接触位置が熱膨張のために大きくずれるようなこ
とはない。実験の結果、本実施例の半導体チップソケッ
トを室温から１５０℃まで加熱したときに、熱膨張に起
因するとみられるプローブ針先端の移動距離は１０μｍ
程度であった。チップの電極パッドの典型的なサイズは
一辺が１００μｍ程度であるから、上述の移動距離は許
容範囲内である。

【００２５】なお、金属以外の材料も考慮すれば、もっ
と熱膨張係数の小さい材料を選択することも可能である
が、機械的強度をもたせる構造材として、また、加工性
やコストなども考慮して、主要な構造部品は、低熱膨張
係数合金を用いるのが好ましい。低熱膨張係数合金のそ
の他の例としては、Ｆｅ−Ｎｉ系のインバー合金も使用
できる。その熱膨張係数は０〜１００℃の範囲で１〜３
×１０^-6／℃である。

【００２６】ステージ部のその他の部品の材質は、微調
ツマミ４６、４８とＺリードスクリュー５６とＺアップ
レバー５８とガイドピン３４とスプリングピン３６がス
テンレス鋼であり、チップステージ１８とチップガイド
２０がセラミックである。

【００２７】図５と図６はプローブ部を示すものであ
り、図５（Ａ）はプローブ部の平面図、図５（Ｂ）はプ
ローブ部の正面断面図、図６（Ａ）はプローブ部の側面
図、図６（Ｂ）はプローブ部の底面図である。

【００２８】図５（Ａ）及び（Ｂ）において、下方に露
出しているプローブカード６０は、その上のリングコネ
クター６２に着脱自在に取り付けられている。すなわ
ち、プローブカード６０の外周付近にはオスピン６４が
あり、このオスピン６４を、リングコネクター６２に植
え込まれたメスピン６６に差し込むことによって、プロ
ーブカード６０をリングコネクター６２に接続できる。
多数のプローブ針６８は、針押さえ７０を介して接着剤
でプローブカード６０に固定されている。プローブ針６
８の先端は、被測定チップの電極パッドに正しく接触す
るように配列されている。プローブ針６８はリングコネ
クター６２内のメスピン６４に接続している。プローブ
針６８の配列状況は、図６（Ｂ）の底面図にその一部が
示されている。

【００２９】リングコネクター６２は、その外側のプロ
ーブフレーム７２に４本の止めネジ７４で取り付けられ
ており、そのネジ貫通孔７６は、図５（Ａ）に良く示す
ように、円弧に沿った長孔となっている。プローブ部を
ステージ部に合体させるときに、プローブカード６０が
取り付いているリングコネクター６２を、ネジ貫通孔７
６に沿ってθ回転方向に調節してからネジ止めすること
により、プローブ配列の直交座標とステージ部の直交座
標とのθ回転ずれを直すことができる。

【００３０】プローブ部の上面に露出するナンバリング
ボード７８は、リングコネクター６２にネジ止めされて
いる。リングコネクター６２内のメスピン６６と外部に
突き出しているオスピン８０とは一体であり、これは、
ナンバリングボード７８に半田付けされている。ナンバ
リングボード７８に固定されているオスピン８０は、バ
ーンインボードのメスピンに合致するように配列されて
おり、これが外部接続端子となる。

【００３１】リングコネクター６２の中央開口部には、
透明なガラス板８２がアルミニウム板８１とネジ８３と
によって取り付けられており、外部から顕微鏡などによ
ってプローブ針６８の先端部と半導体チップの電極パッ
ドとを観察できるようになっている。

【００３２】プローブ部の各部の材質を述べると、プロ
ーブフレーム７２は上述のノビナイト合金であり、リン
グコネクター６２はオイレスアラミドであり、プローブ
カード６０とナンバリングボード７８はポリイミド基板
であり、針押さえ７０はセラミックである。

【００３３】次に、ステージ部とプローブ部を合体させ
るための固定装置を説明する。図５（Ｂ）において、プ
ローブフレーム７２の一対の側面には、オイレスアラミ
ド製のセッティングレバー１４が、軸８６とねじりコイ
ルバネ８８とによって取り付けられている。プローブ部
を単体で取り扱うときは、セッティングレバー１４の下
端の平坦面８９をテーブルの上面などに接触させること
によって、プローブ針６８が下に向いた姿勢で（すなわ
ち、図５（Ｂ）に示す姿勢で）プローブ部を置いておく
ことができる。これにより、プローブ針が他の部品等に
接触して針先位置が狂ってしまうような事故を防ぐこと
ができる。セッティングレバー１４の上端を手で内側に
閉じると、セッティングレバー１４の下端の爪９０が外
側に開き、手を離せば、ねじりコイルバネ８８の作用に
より元に戻る。

【００３４】次に、図７を参照して、ステージ部とプロ
ーブ部の合体動作を説明する。図７において、プローブ
部１２に取り付けられたセッティングレバー１４の爪９
０は、ステージ部１０の側面の凹部３６に入り込むよう
になっている。ステージ部１０の３本のガイドピン３２
は、プローブフレーム７２に形成された３個のガイド穴
７４に合致する。プローブ針６８の配列の直交座標系と
ステージ部１０のチップステージの直交座標系との間で
のθ回転方向の位置決めは、特定の種類の半導体チップ
に対して一度設定されたら、通常は、その同じ種類の半
導体チップに対しては、その都度行う必要はなく、上述
のガイドピン３２とガイド穴７４とを利用することで、
両者のθ回転ずれが生じないようになっている。

【００３５】ステージ部１０のフレーム１６の上面から
は４本のスプリングピン３４が突き出しており、このス
プリングピン３４は圧縮スプリング３３に支持されてい
て、上下に摺動可能である。半導体チップ９２をチップ
ステージの凹部２６に載せ、セッティングレバー１４を
開いた状態で、プローブ部１２をステージ部１０に近付
けると、プローブフレーム７２の下面がスプリングピン
３４に接触する。圧縮スプリング３３に対抗してさらに
プローブ部１２を押し下げると、スプリングピン３４は
フレーム１６の上面からわずかに突き出した下限位置ま
で下がってそこで止まる。このときセッティングレバー
１４を閉じると、セッテイングレバー１４の爪９０がス
テージ部１０の凹部３６に噛み合い、プローブ部１２は
ステージ部１０と合体する。この状態では、プローブフ
レーム７２の下面に取り付けられたＯリング９４がフレ
ーム１６の上面に接触している。スプリングピン３４が
下限位置にきたときのフレーム１６からの突き出し高さ
は、Ｏリング９４の縮みしろより小さいので、半導体チ
ップ９２の上方空間は、このＯリング９４と、ガラス板
８２及びＯリング８５（図５参照）とによって気密的に
シールされる。スプリングピン３４の下限位置の高さは
押しネジ３５によって個別に調節でき、これによって、
プローブ針６８の先端の高さ配列とステージ部１０との
平行性を確保することができる。

【００３６】プローブ部１２をステージ部１０に合体さ
せる場合、プローブフレーム７２の下面がスプリングピ
ン３４に載った時点では、プローブ針６８の先端は半導
体チップ９２の電極パッドから約５０〜１００μｍ離れ
た上方にある。この状態で、ガラス板８２を通して顕微
鏡でプローブ針６８の先端と半導体チップ９２の電極パ
ッドとの位置が合っていることを確認してから、最終的
にプローブ部１２を押し込んでセッティングレバー１４
をロックする。この時点で、プローブ針６８の先端がチ
ップの電極パッドに軽く接触する。もし、プローブ針６
８とチップ電極パッドとの位置関係がずれていたとき
は、微調ツマミ４６、４８を用いてＸＹステージ４０の
ＸＹ方向の位置を微調整してから、ロック作業に移る。

【００３７】上述のように、ステージ部１０とプローブ
部１２とが合体したとき、プローブ針６８とチップの電
極パッドとは軽い接触状態にある。この状態をオーバー
ドライブ量ゼロとし、このとき、ステージ部１０の底面
にあるＺアップレバー５８（図４参照）が回転可能範囲
（図では８０°）の中央にくるように、Ｚリードスクリ
ュー５６を調整しておく。このようにセットすることに
より、Ｚアップレバー５８を図４の矢印Ｄ方向に回転さ
せればプローブ針の先端がチップの電極パッドから離れ
た状態になり、矢印Ｅ方向に回転させればオーバードラ
イブがかかった状態になる。

【００３８】次に、この半導体チップソケットの気密性
について述べる。上述したように、図５に示すＯリング
９４と、ガラス板８２及びＯリング８５とによって、半
導体チップの上方空間は、気密的にシールされる。しか
しながら、図３に示すように、半導体チップが搭載され
ているステージ部には、わずかな隙間を通って空気が抜
ける箇所がいくつかある。例えば、ＸＹステージ４０の
内側には、チップステージ１８とチップガイド２０とス
テージプレート３８とが配置されているが、ＸＹステー
ジ４０とこれらの部品の間にはわずかな隙間があり、さ
らに、ＸＹステージ４０の内部空間は、Ｚリードスクリ
ュー５６のネジ部のわずかな隙間を通して、ステージ部
の底面側の外部空間とつながっている。ほかにも例えば
微調ツマミ４６のネジ部にもわずかな隙間がある。これ
らの隙間は非常にわずかなものであるから、半導体チッ
プの置かれた内部空間が半導体チップソケットの外部空
間よりも圧力が低くない限り、半導体チップが外部空間
の空気に触れることはほとんどない。また、実際には、
接触する部品同志が動かない箇所では接着剤でシール
し、さらには、Ｚリードスクリュー５６や微調ツマミ４
６などの可動部分はその軸部分にＯリングを配置するよ
うにしており、このようにすれば、気密性はより高ま
る。

【００３９】ところで、上述のように半導体チップの置
かれた内部空間は、実質的に外部空間とは遮断される
が、この内部空間は窒素ガスやその他の不活性ガスで満
たすことにより、バーンインテストの最中に半導体チッ
プの電極パッドが酸化するのを防ぐことができる。この
内部空間に例えば窒素ガスを満たすには、窒素ガス雰囲
気中でチップを半導体チップソケットにセットする作業
を行えばよい。あるいは、窒素ガス導入口を半導体チッ
プソケット設けてもよい。後者の場合、内部空間の窒素
ガス圧力を大気圧よりもわずかに高くすれば、上述のよ
うなわずかな隙間があっても、大気が内部空間に侵入す
ることは全くなくなる。

【００４０】次に、この発明の第２実施例を説明する。
図８（Ａ）は第２実施例のプローブ部を示した正面断面
図である。この第２実施例のステージ部については上述
の第１実施例と同じであり、その図示及び説明を省略す
る。第２実施例のプローブ部が第１実施例のプローブ部
と異なるところは、プローブ端子として、第１実施例の
片持ち梁式のプローブ針の代わりに、スプリング支持式
のプローブピンを用いたことである。

【００４１】図８（Ａ）において、直径０．１ｍｍ程度
のプローブピン９６は、スプリング９７で支持されてい
て、コンタクトすべきチップの電極パッドの配列に合わ
せて、セラミック板９８に上下摺動可能に取り付けられ
ている。セラミック板９８の上にはポリイミド基板１０
０があり、これに埋め込まれたメスピン１０２とプロー
ブピン９６とが接続している。このようなプローブピン
方式の場合は、第１実施例のプローブ針方式と異なっ
て、半導体チップの電極パッドを直接見通すことができ
ないので、半導体チップの位置決めに関して次のような
工夫をしている。

【００４２】図８（Ｂ）に示すように、上述のセラミッ
ク板９８には、チップ１０４の外形の対角部に相当する
位置に２個の位置決め孔１０６を形成してある。さら
に、その上のガラエポ基板１００には、この位置決め孔
１０６と同じかそれより大きい孔を形成してある。これ
により、顕微鏡を用いて、ガラス板１０８を通して、位
置決め孔１０６とその下の半導体チップ１０４の対角部
とを見通すことができる。図８（Ｃ）に拡大して示すよ
うに、位置決め孔１０６には直角部分１１０があり、こ
の直角部分１１０と半導体チップ１０４の対角部の直角
部分とが一致するように、チップステージをＸＹ方向に
微調整することになる。位置決め孔１０６のサイズは
０．２〜０．３ｍｍ程度である。この方式では、電極パ
ッド１０５は直接見通すことができないが、半導体チッ
プ１０４の外形と電極パッド１０５との相対位置関係の
精度が良好な場合は、このような位置決め方式でも実用
上問題はない。

【００４３】また、第２実施例のプローブピン９６の代
わりに、セラミック基板に金属の突起（バンプ）を形成
して、これをプローブ端子として用いることもできる。
半導体チップの位置決め方式はプローブピンの場合と同
じである。

【００４４】上述の二つの実施例では、ステージ部とプ
ローブ部が完全に分離できるようになっているが、ステ
ージ部とプローブ部とをヒンジを用いて開閉可能に結合
してもよい。

【００４５】

【発明の効果】ステージ部とプローブ部を合体するタイ
プの半導体チップソケットにおいて、ステージ部にＸＹ
ステージとＺ方向移動装置を設けたことにより、半導体
チップの電極パッドとプローブ端子との位置決めが正確
になり、また、オーバードライブ量も適切に調節でき
る。また、チップの電極パッドを観察できるようにプロ
ーブ部に透明部材や観察孔を設けたことにより、位置決
め状態の確認が可能となる。さらに、チップの電極パッ
ドに接する空間を実質的に維持できるようにシール装置
を設けたので、電極パッドの酸化を防ぐことができる。
さらに、ステージ部とプローブ部の主要な金属部品を熱
膨脹係数の小さい合金で形成したので、バーンインテス
トで加熱したときに、チップの電極パッドとプローブ端
子との接触が熱膨張によって外れることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の外観を示す斜視図であ
る。

【図２】ステージ部の平面図と側面図である。

【図３】ステージ部の側面断面図と正面断面図である。

【図４】ステージ部の平面図である。

【図５】プローブ部の平面図と正面断面図である。

【図６】プローブ部の側面図と底面図である。

【図７】ステージ部とプローブ部の合体動作を説明する
正面図である。

【図８】この発明の第２実施例のプローブ部の正面断面
図と位置決め孔の平面図である。

【符号の説明】

１０…ステージ部 １２…プローブ部 １４…セッティングレバー １８…チップステージ ２０…チップガイド ３８…ステージプレート ４０…ＸＹステージ ４６、４８…微調ツマミ ５６…Ｚリードスクリュー ５８…Ｚアップレバー ６０…プローブカード ６２…リングコネクター ６８…プローブ針 ８０…オスピン ８２…ガラス板 ９２…半導体チップ ９４…Ｏリング

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−297941（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249182（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−132429（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−130122（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−92041（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−104555（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−78568（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−55887（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを載せるステージ部と、プ
   ローブ端子および外部接続端子を備えるプローブ部と、
   プローブ部をステージ部に対して開閉可能に固定する固
   定装置とを備える半導体チップソケットにおいて、 前記ステージ部に、半導体チップをその表面に平行な平
   面内で２次元的に位置調整できるＸＹステージと、半導
   体チップをその表面に垂直な方向に移動させるＺ方向移
   動装置とを設け、 前記プローブ部に、プローブフレームと、前記プローブ
   端子および前記外部接続端子を備えるリングコネクター
   と、前記リングコネクターを前記プローブフレームに対
   してθ回転方向に位置調整するためのθ回転調整機構と
   を設け たことを特徴とする半導体チップソケット
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体チップソケットに
   おいて、前記プローブ端子は片持ち梁式のプローブ針で
   あり、プローブ部とステージ部を互いに固定した状態で
   半導体チップの被測定電極パッドが観察できるようにプ
   ローブ部に透明部材を設けたことを特徴とする半導体チ
   ップソケット。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体チップソケットに
   おいて、前記プローブ端子はスプリング支持式のプロー
   ブピンであり、プローブ部とステージ部を互いに固定し
   た状態で半導体チップの外縁の少なくとも一部が観察で
   きるようにプローブピン支持体に観察孔を設けたことを
   特徴とする半導体チップソケット。
4. 【請求項４】 半導体チップを載せるステージ部と、プ
   ローブ端子および外部接続端子を備えるプローブ部と、
   プローブ部をステージ部に対して開閉可能に固定する固
   定装置とを備える半導体チップソケットにおいて、次の
   特徴を有する半導体チップソケット。 （イ）ステージ部に、半導体チップをその表面に平行な
   平面内で２次元的に位置調整できるＸＹステージと、半
   導体チップをその表面に垂直な方向に移動させるＺ方向
   移動装置とを設ける。 （ロ）前記プローブ端子は片持ち梁式のプローブ針であ
   り、プローブ部とステージ部を互いに固定した状態で半
   導体チップの被測定電極パッドが観察できるようにプロ
   ーブ部に透明部材を設ける。 （ハ）半導体チップの被測定電極パッドに接する空間を
   実質的に気密状態に維持するようにシール装置を設け
   る。 （ニ）プローブ部とステージ部の主要な金属部品を熱膨
   張係数が５×１０^−６／℃以下の合金で形成する。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体チップソケットに
   おいて、前記プローブ部に、プローブフレームと、前記
   プローブ端子および前記外部接続端子を備えるリングコ
   ネクターと、前記リングコネクターを前記プローブフレ
   ームに対してθ回転方向に位置調整するためのθ回転調
   整機構とを設けたことを特徴とする半導体チップソケッ
   ト。