JP3267321B2 - 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、半導体チップソケッ
トに関し、例えば半導体ウェハから分割されてなる半導
体チップのバーインテストを可能にする半導体チップソ
ケットに利用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バーインテスト（エージング）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ソケットに半導体集積回路
装置を搭載して行うのが一般的である。バーンインテス
トに関しては、例えばオーム社昭和６０年１２月２５日
発行『マイクロコンピュータハンドブック』頁７２７が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、マイクロチップ
モジュールと称し、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、１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１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。

【０００４】しかし、半導体チップは、前記のような初
期不良を包含するものであるため、プロービング工程で
の品質チェックには限界がある。そこで、本願発明者
は、半導体チップの状態での初期不良を洗い出すバーイ
ンテストを行うことを考えた。このようなバーインテス
トを実施するにあたっては、半導体ウェハから分割され
てなる半導体チップに対して安定的に電気的な接触を得
るためのソケットが必要になった。

【０００５】この発明の目的は、分割された半導体チッ
プに対して電気的な接触を実現したダイプローブソケッ
トを提供することにある。この発明の前記ならびにその
ほかの目的と新規な特徴は、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、半導体チップの電極に対応
する位置にプローブの尖端位置を特定する針ガイド板の
針穴に先端部分が挿入されるとともに中間部が固定され
たバネ性を持つ細い線条からなる複数のプローブを取付
け、チップガイドによって上記プローブの尖端の位置に
半導体チップの電極を位置合わせを行い、チップ押さえ
により上記半導体チップをプローブに押し付ける。そし
て、このチップ押さえにより、プローブの尖端が半導体
チップの電極に接触を開始した状態からの追い込み量を
調整可能にする。

【０００７】

【作用】上記した手段によれば、バネ性を持つプローブ
先端が針ガイド板の針穴を突出して半導体チップの電極
に正確に接触するため、高信頼性をもって半導体チップ
に対して電気的接触を得ることができる。

【０００８】

【実施例】図１には、この発明に係るダイプローブソケ
ットの上面図が示され、図２には、それに対応した一実
施例の断面図が示されている。図２に示すように、半導
体チップソケットは、大まかにいうと半導体チップを上
下から挟み込んで位置合わせと電気的接触を行わせるよ
うにするものである。すなわち、プローブは、その尖端
が上向きに配置される。これらのプローブの尖端は、測
定すべき半導体チップの電極の位置に対応して高精度に
針押さえに固定される。この針押さえとプローブ尖端側
の自由端は、半導体ウェハ上に完成された半導体チップ
の電気的試験に用いられる固定プローブと同様な構成に
される。

【０００９】半導体チップソケットの上面側には、測定
すべき半導体チップの大きさに対応した４隅に、テーパ
ー状の溝を持つガイド面を備えたガイドフレームが設け
られる。図３には、ガイドソレームの一実施例の上面図
が示されている。この実施例の半導体チップソケットに
装着される半導体チップは、電極が設けられた表面が下
を向くようにし、そのチップの４隅の角が、上記ガイド
フレームのガイド面に設けられたテーパー状の溝にそっ
て滑り落ちて、中央部に設けられた半導体チップの大き
さに対応した所定の位置に位置合わせされる。

【００１０】このように、ガイドフレームにより位置合
わせされて半導体チップソケットの表面、言い換えるな
らば、針ガイドの表面に載せられた半導体チップの電極
に対応して、その下面側から接触する接触電極としての
上記プローブが設けられる。プローブの尖端は、針ガイ
ドの針穴を貫通して半導体チップの電極の表面に接触す
る。針ガイドは、上記半導体チップを載せる装着面とし
ての役割と、上記それに設けられた針穴によりプローブ
の尖端を正しく半導体チップの電極に対応して接触させ
る役割を持つようにされる。

【００１１】上記半導体チップに対応した針ガイドの下
側は、図４の上面図に示すように中央部に空間が設けら
れる。プローブの中間部に対応した位置に設けられた枠
状の針押さえにより、中央部の空間と周辺部の空間が仕
切られる。プローブは、外側部から中央に向かって半導
体チップの電極に向かって延び、先端部で上記針ガイド
の針穴に挿入されるよう約９０°上方向に折り曲げられ
ている。プローブの中間部は、針押さえの表面に設けら
れた接着層等の固着手段により固定される。プローブの
接続端側は、上記針押さえに沿って約９０°下方向に折
り曲げられ、上記針押さえ及び針ガイドを搭載するエー
ジングボード等の実装基板に設けられた配線手段に接続
される。このような構成は、例えば、従来のエージング
ボードとＩＣソケットとの関係と同様である。

【００１２】この構成の他、接続端にコネタクピンが設
けられ、このコネタクピンを介してテスト用ケーブルに
接続されるようにしてもよい。あるいは、配線手段にフ
レキシブル配線基板を接続させてこれをケーブルの一部
又は全部として用いるようにしてもよい。このように、
ＩＣテスター等との電気的接続を得る手段は半導体チッ
プソケットの用途に応じて種々の実施形態を採ることが
できる。

【００１３】多数のプローブを効率よく実装基板の配線
層に接続するために、プローブの接続端側は互いに隣接
するものの折り曲げ部分が互い違いにされている。すな
わち、実装基板におけるプローブの接続端がジグザグに
なるように形成される。

【００１４】プローブは、その接触端側は上記のように
上方向に折り曲げられて針ガイドの針穴に挿入される。
針ガイドは、後述するようにガイドフレームに対して板
バネ等により取付けられている。それ故、次に説明する
チップ押さえにより、下方向に移動し、その結果として
半導体チップをフローブの尖端に向かって押し当てる。
半導体チップの厚さは、個々の製品で区々であるのに対
して、その針圧は一定にする必要がある。そこで、チッ
プ押さえは、テンションダイヤルの回転数又は角度によ
り、押し下げ量が調整可能にされる。すなわち、半導体
チップの厚みが比較的厚いものでは、テンションダイヤ
ルの回転角度を少なくして上記半導体チップの厚みが厚
い分だけ押し下げ量を少なくする。これに対して、半導
体チップの厚みが比較的薄いものでは、テンションダイ
ヤルの回転角度を多くくして上記半導体チップの厚みが
薄い分だけ押し下げ量を多くする。このようなテンショ
ンダイヤルの調整により、プローブの尖端に対する半導
体チップの追い込み量を調整することにより、接触圧力
の均一化を図る。また、個々のプローブの針圧を均一に
なるようにするため、フローブの自由端長さを等しくす
る。

【００１５】プローブの固定部から先端部は自由にな
り、半導体チップをチップ押さえにより押さえ付ける結
果、プローブ尖端は上記自由端長さに対応したバネ性を
もって半導体チップの電極にに接触する。半導体チップ
の電極は、針ガイドの表面によって支えられるから、針
圧は上記自由端長さによるバネ性と上記チップ押さえに
よる追い込み量に対応して決定される。全てのプローブ
の材料や自由端長及び折り曲げた尖端部を同じに設定し
てあるから、半導体チップに対する全ての針圧をほぼ等
しくすることができる。針の材料は、特に制限されない
が、タングステンを主成分とする細い線条からなり、そ
の表面には良好な電気的特性を得るために、金等の良導
電性の金属によりメッキ処理が行われている。このよう
な針としては、半導体ウェハ上に完成された半導体チッ
プの電気的測定に固定プローブボードに用いられるもの
を流用することができる。

【００１６】図５には、この発明に係る半導体チップソ
ケットにおける半導体チップの脱着方法を説明するため
の断面図が示されている。半導体チップの装着させる場
合には、ヒンジ機構により蓋が開くようにされる。この
ヒンジ機構の反対側にはロックが設けられ、蓋を閉めて
半導体チップへの電気的な接触を行うときには、ロック
機構によって閉じらている。同図のロック機構は、前記
図２のものと構造が異なるが、同様な目的で設けられて
いる。蓋には、上記テンションダイヤルの回転角度に応
じて押し下げ量が調整されるチップ押さえが取付けられ
ている。この蓋の開放により、ガイドフレームのガイド
面が現れて、そこに半導体チップの表面を下向きにして
配置するだけで、半導体チップはガイド面を滑り落ちて
所定の位置に位置合わせされて装着される。この後に、
蓋を閉じるだけで、チップ押さえが半導体チップの電極
をプローブの尖端に押しつけて半導体チップの装着が行
われる。バーインテスト等が終了して半導体チップを取
り出すときには、上記蓋が開かれて真空吸着等のアーム
により取り出される。

【００１７】図６には、この発明に係る半導体チップソ
ケットのプローブ尖端部分の一実施例の拡大された断面
図が示されている。針ガイドの表面に半導体チップが搭
載された状態では、プローブの尖端と半導体チップの電
極表面との間にはΔｄのようなギャップが設けられてい
る。したがって、半導体チップを針ガイド表面に載せて
だけでは、プローブ尖端と半導体チップの電極とは接触
しない。これにより、ガイドフレームによる半導体チッ
プの位置合わせをスムースに精度よく行わせることがで
きる。

【００１８】針ガイドは、針ガイド板受けバネにより、
ガイドフレーム又は針押さえに取付けられる。これによ
り、針ガイドは上下に動くことが可能にされる。したが
って、半導体チップの裏面からチップ押さえにより下側
に押し下げることにより、半導体チップをプローブの尖
端に押し当てる。すなわち、半導体チップは、チップ押
さえにより下降し、その追い込み量に応じてフローブの
尖端は半導体チップの電極表面を擦りながら接触する。
これにより、電極表面に形成された酸化膜等を突き破っ
て良好な電気的な接触が可能になる。このようなプロー
ブ尖端の微小な移動を妨げないように、針ガイドに設け
られた針穴は、尖端の擦り方向に対応した長穴にされ
る。

【００１９】図２において、針押さえの下側にはガラス
板が設けられる。そして、このガラス板と針押さえとの
間には機密性を維持するためのＯリングが設けられる。
同様に、針押さえの上面とガイドフレームとの間にも同
様なＯリングが設けられる。これにより、針押さえとガ
ラス板及び針ガイドにより機密性を持った空間が設けら
れる。なお、針ガイドには前記のような針穴が形成され
ているから、完全な機密が得られないが、次の目的のた
めには十分である。

【００２０】バーインテストでは、高温度中に長時間半
導体チップに形成された回路を動作させる必要がある。
このためには、上記のような悪条件下でも安定して電気
的な接触を維持する必要がある。そこで、上記のような
機密空間に窒素ガス等の不活性ガスを注入すれば、フロ
ーブ尖端とそれが接触される半導体チップの電極表面が
このような不活性ガス雰囲気中に置かれるため、電極表
面に絶縁性の酸化膜が形成されてしまうとうの不都合を
防止することができる。また、上記ガラス板を用いるこ
とにより、フローブ尖端と半導体チップの電極表面との
接触状態を観測することもできる。また、上記のような
バーインテストのために、半導体チップソケットを構成
する各部品は、耐熱性を持つような材料で形成される。

【００２１】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 （１） 半導体チップの電極に対応する位置にプローブ
の尖端位置を特定する針ガイド板の針穴に先端部分が挿
入されるとともに中間部が固定されたバネ性を持つ細い
線条からなる複数のプローブを取付け、チップガイドに
よって上記プローブの尖端の位置に半導体チップの電極
を位置合わせを行い、チップ押さえにより上記半導体チ
ップをプローブに押し付けることにより、バネ性を持つ
プローブ尖端が針ガイド板の針穴を突出して半導体チッ
プの電極に正確に接触するため、高信頼性をもって半導
体チップに対して電気的接触を得ることができるという
効果が得られる。

【００２２】（２） チップ押さえにテンションダイヤ
ルを設けて、その追い込み量を調整可能にすることによ
り、フローブの針圧を最適に設定することができるとい
う効果が得られる。

【００２３】（３） 上記（１）により、半導体チップ
の状態でのバーインテストが実施できるから、マイクロ
チップモジュールの製品歩留りを大幅に高くできるとと
もに、そのバーンインテストの簡略化を可能になるとい
う効果が得られる。

【００２４】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
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いうまでもない。例えば、半導
体チップソケットは、フローブと半導体チップとの上下
関係を逆にするものであってもよい。すなわち、図２に
おいて、針押さえをヒンジ機構により開閉するようにし
てもよい。この構成では、半導体チップは上向きでガイ
ドフレームにより位置合わせされてチップ押さえの所定
の位置に搭載される。チップ押さえは、テンションダイ
ヤル等によりチップを上に押し上げてプローブに接触さ
せるようにすればよい。また、針ガイド板及び針ガイド
板受けバネを省略し、針押さえにより中間部が固定され
たプローブの先端が半導体チップの電極面とが当接する
ような構造とするものであってもよい。

【００２５】複数の半導体チップに対応して、プローブ
及びガイドフレームを構成するものであってもよい。こ
の場合、テンションダイヤルを共通にして複数の半導体
チップとの針圧を同様に調整するものであってもよい。
プローブの接続端は配線基板まで直接延びる必要はな
い。針の固定部から先の接続端はストレートに延びて、
そこに絶縁皮膜されたリード線やあるいはフレキシブル
配線基板を介して配線基板に導くものであってもよい。
また、上記配線基板は、省略して配線基板に相当する部
分はベース基板とし、上記リード線又はフレキシブル配
線基板によりテスターに導かれるケーブル等に直接接続
する構成としてもよい。この発明に係る半導体チップソ
ケットは、バーインテストの他に半導体ウェハから分割
された半導体チップに対して電気的な接触を得るこめの
ソケットとして広く利用できるものである。

【００２６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、半導体チップの電極に対応
する位置にプローブの尖端位置を特定する針ガイド板の
針穴に先端部分が挿入されるとともに中間部が固定され
たバネ性を持つ細い線条からなる複数のプローブを取付
け、チップガイドによって上記プローブの尖端の位置に
半導体チップの電極を位置合わせを行い、チップ押さえ
により上記半導体チップをプローブに押し付けることに
より、バネ性を持つプローブ尖端が針ガイド板の針穴を
突出して半導体チップの電極に正確に接触するため、高
信頼性をもって半導体チップに対して電気的接触を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る半導体チップソケットの一実施
例を示す上面図である。

【図２】この発明に係る半導体チップソケットの一実施
例を示す断面図である。

【図３】この発明に係る半導体チップソケットのガイド
フレームの一実施例を示す上面図である。

【図４】この発明に係る半導体チップソケットの針押さ
えの一実施例を示す上面図である。

【図５】この発明に係る半導体チップソケットにおける
半導体チップの脱着方法を説明するための断面図であ
る。

【図６】この発明に係る半導体チップソケットの一実施
例を示すプローブ尖端部分の拡大された断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−120742（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−276846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−10536（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−92041（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−58779（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−174172（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−71579（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/26 G01R 1/06 - 1/073 H01L 21/66 H01R 33/76

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハから分割されてなる半導体
   チップの電極に対応する位置に接触電極としての尖端が
   配置された複数のプローブの中間部を固定して支持する
   針押さえと、上記プローブの尖端と半導体チップの電極
   との位置合わせを行わせるチップガイドと、上記半導体
   チップをプローブに押し付けるチップ押さえとを備えて
   いて、上記チップ押さえはプローブの尖端が半導体チッ
   プの電極に接触を開始した状態からの追い込み量が調整
   可能にされるものであることを特徴とする半導体チップ
   ソケット。
2. 【請求項２】 上記チップ押さえの上記追い込み量は、
   テンションダイヤルの回転角度を調整することによって
   調整可能であることを特徴とする請求項１記載の半導体
   チップソケット。