JP4558310B2 - 半導体パッケージのテストシステム及びテスト方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体パッケージのテストシステム及びテスト方法に関する。

一般に半導体チップは、モールド材により密封されてパッケージ化された後、テスト（検査）が行なわれる。このテストには、主に半導体チップ上に形成される集積回路の動作に関する検査が含まれる。

図７に、従来の半導体パッケージ（以下、単にパッケージとする）のテストシステムの一例を示す。まず、トレイ６上に載置されたパッケージ１は、供給シャトル７によって真空吸着され、ソケット３１内に搬送される。ソケット３１は、図に示されるように、パッケージ１の形状に対応して凹部が形成され、その底部には、パッケージ１のボール電極１１に対応する位置に電極が設けられている。パッケージ１は、当該ソケット３１の凹部の底面に設けられた電極のそれぞれに対して、当該パッケージ１のボール電極１１が接するようにして載置される。即ち、パッケージ１は、ボール電極１１側が下方に位置するようにしてソケット３１の凹部に載置される。このような状態において、ソケット３１の上方に設けられたプッシャー８が下方に移動し、パッケージ１の上面を押圧する。これにより、パッケージ１のボール電極１１とソケット３１の凹部の電極との接触を確実にする。

尚、従来の半導体パッケージのテストシステムを開示する公知文献としては、特許文献１及び特許文献２がある。
特開平６−１０２３１１号公報 特開平１１−３７５９号公報

従来のテストシステムでは、図７に示されるように供給シャトル７によってパッケージ１をソケット３１の凹部内に搬送するが、かかる搬送機構の調整が正確でない場合には、パッケージ１のボール電極１１等がソケット３１の側壁等に衝突してソケット３１の凹部に対して当該パッケージ１が斜めに傾いた状態で収納され、パッケージ１のボール電極１１とソケット３１の電極との接触不良が発生することがある。特にアナログ回路のテストの場合には、接触不良が直接テスト特性に悪影響を及ぼす。

他方、従来のテストシステムにおいて、ソケット３１の電極に付着した汚れを除去する作業や接触性が劣化した場合のソケット交換は、作業者の手作業により行なっていた。このため、作業効率が悪かった。特に、鉛フリーに対応した電極を有するパッケージのように接触性の劣化が激しいものについては、頻繁にメンテナンスを実行しなければならず、スループットの低下を招いていた。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、接触不良を防止可能なテストシステム及びテスト方法を提供することを第１の目的とする。さらに、メンテナンスを容易に実行可能とし、作業効率を向上させることができるテストシステム及びテスト方法を提供することを第２の目的とする。

本発明にかかるテストシステムは、一面に電極が配置された電極面を有し、当該電極面に対向する背面が平坦である半導体パッケージのテストシステムであって、前記半導体パッケージを前記電極面を上方にして載置するパッケージ固定装置と、前記パッケージ固定装置の上方に設けられ、前記半導体パッケージの電極と接触してテストを実行するテスト装置とを備えたものである。このような構成によれば、半導体パッケージの電極は上方に位置するため、パッケージ固定装置に固定する際に接触して斜めに固定される可能性が低く、半導体パッケージとテスト装置の接触不良が発生する可能性が低い。

好適な実施の形態におけるパッケージ固定装置は、前記半導体パッケージを収容する凹部が形成されたソケットと、前記ソケットを固定し、少なくとも前記テスト装置に対して移動可能なステージとを備えている。

前記ソケットを固定するステージは、温度調節機構を備えることが望ましい。これにより、異なる温度条件において正確なテストを実行できる。

また、前記テスト装置は、前記パッケージを保持するパッケージ保持機構を備えることによって、より正確にパッケージを位置決めすることが可能となり、半導体パッケージとテスト装置の接触不良の発生を防止できる。

さらに、前記テスト装置において前記半導体パッケージの電極と接触する電極部をメンテナンスするメンテナンス装置を備えることが望ましい。これにより、メンテナンスを自動化でき、作業効率を向上させることが可能となる。

好適な実施の形態におけるメンテナンス装置は、前記テスト装置の電極部の汚れを除去する手段を備えている。

また、前記メンテナンス装置は、メンテナンスを実行するメンテナンス部と、当該メンテナンス部を固定し、少なくとも前記テスト装置に対して移動可能なステージとを備えている。

本発明にかかる半導体パッケージのテスト方法は、一面に電極が配置された電極面を有し、当該電極面に対向する背面が平坦である半導体パッケージのテスト方法であって、前記半導体パッケージを電極面を上方に向けてソケットの凹部に搬送するステップと、前記ソケットを上方に移動させ、前記半導体パッケージの電極とテスト装置の電極とを接触させるステップと、前記テスト装置から前記半導体パッケージに対して信号を供給してテストを実行するステップとを備えたものである。

さらに、前記テスト装置の電極部を当該テスト装置の下方に設けられたメンテナンス装置によってメンテナンスするステップを備えることが望ましい。

本発明によれば、接触不良を防止可能なテストシステム及びテスト方法を提供することができる。さらに、メンテナンスを容易に実行可能とし、作業効率を向上させることができる。

発明の実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１にかかるテストシステムの構成を示す。当該テストシステムにおいてテスト（検査）の対象となるパッケージ１は、一面に電極が構成され、当該電極面に対向する面は平坦面である表面実装タイプのパッケージである。例えば、半田等による球状バンプ（ボール電極）がアレイ状に配列されたＢＧＡ（Ball Grid Array）方式のパッケージである。但し、電極は、パッケージ１の電極面の全域に亘って配置されている必要はなく、周辺部分のみ配置されていてもよい。

当該テストシステムは、テスト装置２、パッケージ固定装置３、メンテナンス装置４を備えている。

テスト装置２は、パッケージ１の電極１１と接触してパッケージ１に収納された半導体チップ（図示せず）の集積回路をテストする手段であり、図示しない固定手段によって固定されている。具体的にはテスト装置２は、テスタ２１、テストボード２２、電極部２３を備えている。テスタ２１は、テストを実行するための回路や制御手段が格納されている。テストボード２２は、パッケージや集積回路の種類に対応したテストを実行するために付加的に取り付けられる回路や制御手段を有する。当該テスタ２１やテストボード２２の構成は、従来の構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。電極部２３は、その下面に電極面２３１を有し、直接、パッケージ１のボール電極１１と電気的な接触を行い、テスタ２１やテストボード２２とパッケージ１の集積回路との電気的な接続を実現するものである。当該電極面２３１には、パッケージ１に設けられたボール電極１１の配置に対応する位置に複数の電極が設けられている。電極部２３は、下方に位置する先端部分がソケット３１の凹部内に収納されるように当該凹部よりも小さい矩形の形状を有する。そして、電極部２３の上側部分は、当該先端部分よりも幅広に構成されている。

パッケージ固定装置３は、テスト装置２の下方に設けられ、テストの際にパッケージ１の固定を行なう手段であり、ソケット３１、ステージ３２を備えている。

ソケット３１は、合成樹脂等により構成され、パッケージ１が収納される凹部が形成されている。そのため、当該凹部は、パッケージ１よりも広い空間を形成している。パッケージ１は、ソケット３１の凹部において、ボール電極１１が設けられた電極面が上を向くようにして載置される。即ち、パッケージ１は載置状態において、電極面に対向する背面がソケット３１の凹部底面に接触する。

ソケット３１の凹部底面は、パッケージ１がソケット３１に対して正確に位置決めされるように、パッケージ１の背面と同じサイズで同じ形状の平面部と、その周囲に斜面を有している。パッケージ１が図示しない供給シャトルによってソケット３１の凹部に位置決めされる際に、位置がずれた場合でもソケット３１に設けられた斜面によって、パッケージ１は平面部に一致するように導かれる。これにより、正確にパッケージ１をソケット３１に対して正確に位置決めすることが可能となる。

ステージ３２は、ソケット３１が固定され、パッケージ１の主面と平行な方向にステージ移動機構５によって移動可能である。当該ステージ移動機構５は、例えばステッピングモータやリニアモータ等を備えている。さらにステージ３２は、当該ステージ移動機構５によって、上方向、即ち、テスト装置２の方向に対して移動可能である。

メンテナンス装置４は、テスト装置２の電極部２３をメンテナンスする手段であり、メンテナンス部４１及びステージ４２を備えている。メンテナンスには、電極部２３の汚れを除去するクリーニング、電極部２３の交換等が含まれる。

メンテナンス部４１は、例えば、研磨シート等のクリーニングシートや研磨ブラシによって構成される。メンテナンス部４１は、アルコール等の洗浄液（薬液）がしみ込んだスポンジ状部材や洗浄液を溜めた容器によって構成されてもよく、さらに、超音波洗浄機構を備えてもよい。

ステージ４２は、メンテナンス部４１が固定され、パッケージ１の主面と平行な方向及び垂直な方向にステージ移動機構５によって移動可能である。

次に、本発明の実施の形態１におけるテスト方法について説明する。最初は、テスト装置２とパッケージ固定装置３は、所定距離分離間した状態に位置するよう、ステージ３２をステージ移動機構５により移動させる。このような状態で、まず図示しないトレイに載置されたパッケージ１を搬送手段によりソケット３１の凹部に搬送する。図２にパッケージ１の搬送機構の一例を示す。この搬送機構を実現する上では、同図（ａ）に示されるように、ソケット３１の凹部底面の中央部分に溝３１１が設けられている。

この例では、同図（ｂ）（ｃ）に示されるように、一端がパッケージ１の背面を吸着固定し、他端が回動可能に図示しない軸に固定された供給シャトル７を用いている。同図（ｂ）は、トレイ６に載置されたパッケージ１の背面を供給シャトル７によって吸着固定した状態を示す。この状態より、供給シャトル７が軸を中心にして回転することによって、トレイ６に載置されたパッケージ１を持ち上げ、ソケット３１の凹部に搬送する。同図（ｃ）は、搬送後にソケット３１の凹部にパッケージ１が載置された状態を示す。このとき、供給シャトル７は、ソケット３１の凹部底面に設けられた溝３１１に嵌入されている。

尚、ソケット３１にパッケージ１を搬送する手段は、図２に示す例に限られず、様々な手法が適用できる。

本発明の実施の形態１では、パッケージ１は、電極面が上側に位置し、平坦な背面がソケット３１の凹部底面に接触するようにして配置されるので、搬送時にボール電極１１がソケット３１の側壁等に衝突する可能性が殆どない。そのため、パッケージ１がソケット３１に斜めに傾いた状態で収納されることも殆どないため、正確にパッケージ１をソケット３１に対して位置決めすることができる。

その後、ステージ移動機構５によって、ステージ３２を上方、即ちテスト装置２側に移動させる。かかる移動は、パッケージ１のボール電極１１とテスト装置２の電極部２３の電極とが接触するまで行なわれ、接触後移動は停止する。パッケージ１のボール電極１１とテスト装置２の電極部２３の電極が接触した状態において、各種のテストが実行される。具体的には、テスト装置２から半導体パッケージ１に対して各種のテストパターンに従った信号が供給され、これらの信号に対する出力信号をテスト装置２が検出すること等によってテストが行なわれる。テストが終了した場合には、ステージ移動機構５によりステージ３２を下方、即ちテスト装置２から離れる方向に移動させる。

そして、テストが終了したパッケージ１を搬送手段によってソケット３１から取り出し、トレイに戻す。これにより、一つのパッケージ１に対するテストは完了し、別のパッケージ１のテストを同様にして行なう。この例においては、パッケージ１のテストは、一つずつ行なっているが、複数個同時に行なうようにしてもよい。

次に、電極部２３のメンテナンス処理について説明する。まず、電極部２３のクリーニングについて説明する。まず、ステージ移動機構５は、メンテナンス装置４が電極部２３の下方に位置するように、ステージ３２及びステージ４２を移動させる。さらに、ステージ移動機構５は、ステージ４２を上方に移動させる。

その後のクリーニング処理については、メンテナンス装置４の構成により異なる。例えば、メンテナンス部４１がクリーニングシートや研磨ブラシによって構成される場合には、クリーニングシートの表面が電極部２３の電極面２３１に接触した状態で、当該メンテナンス部４１を当該電極面２３１と平行な方向へ移動させることにより、汚れを除去する。このとき、メンテナンス部４１の移動はステージ４２の移動により実現させてもよく、別に細かく移動する移動機構を設けてもよい。また、メンテナンス部４１が洗浄溶液がしみ込んだスポンジ状部材によって構成される場合には、当該スポンジ状部材が電極部２３の電極面に接触した状態で当該スポンジ状部材を移動させるとよい。他方、メンテナンス部４１が洗浄溶液を溜めた容器により構成される場合には、単に電極部２３を当該容器内の洗浄溶液に浸漬させてもよく、浸漬させた状態で洗浄溶液を攪拌するようにするとよい。さらに、メンテナンス部４１が超音波洗浄機構により構成される場合には、電極部２３に対して超音波を印加することにより洗浄を行なう。メンテナンスが終了した場合には、ステージ移動機構５によりステージ４２を下方、即ちテスト装置２から離れる方向に移動させる。同様にして、電極部２３を交換することも可能である。

本発明の実施の形態１では、上述のように、テスト装置２の電極部２３のメンテナンスを自動化できるため、作業効率が飛躍的に向上する。これにより、電極部２３の不具合を未然に防止でき、安定したテストを実現できる。

発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるテストシステムでは、図３に示されるように、ソケット３１を固定するステージ３２に温度調節機構３３を備えている。温度調節機構３３は、電熱ヒータ等の加熱手段のみならず、ペルチェ素子や液体窒素等の冷媒や冷却機による冷却手段も含まれる。さらに温度調節機構３３は、温度センサを含み、かかる温度センサにより検出されたステージ３２の温度に基づいて加熱手段や冷却手段をフィードバック制御することが可能となる。

図７に示されるような従来のテストシステムでは、ソケット３１の下方には、テストボード２２、テスタ２１が設けられていたため、これらのテストボード２２やテスタ２１を冷却・加熱することはテスト精度に影響を及ぼすため、温度調節機構３３を設けることができなかった。そのため、トレイ上でパッケージ１を加熱等した後、温度調節されていないソケット３１に載置されてテストが実行されており、テストの際に精度良く温度条件を設定することはできなかった。

本発明の実施の形態２においては、ソケット３１の下方にはステージ３２が設けられており、テストボード２２等は設けられていないため、かかるステージ３２に温度調節機構３３を設けることが可能である。ステージ３２が当該温度調節機構３３によって所定の温度に保たれると、当該ステージ３２に接触するソケット３１も略同じ温度に保つことが可能となる。これにより、テスト精度に悪影響を及ぼすことなく、テストを行なう際の温度条件を正確に設定できる。特に、本発明の実施の形態２では、パッケージ１の背面がソケット３１に接触する構成を有するので、ソケット３１からパッケージ１への熱伝達効率が高いため、より正確に温度条件を設定できる。

尚、パッケージ１は、トレイ上で温度調節された後に、さらに、ソケット３１において温度調節機構３３によって温度調節されることが望ましい。これにより、パッケージ１を所定の温度に精度良く設定することができる。

さらに、テスト装置２、パッケージ固定装置３を少なくとも収容する箱状の筐体を設けてもよい。これにより、さらに、温度制御を正確に行うことができる。

発明の実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、発明の実施の形態１の構成に加えてパッケージホールドアームをテスト装置２に備えている。

図４に示されるように、パッケージホールドアーム２４は、電極部２３の先端部の側方において、下方向に延在している４本の棒状部材を備えている。かかるパッケージホールドアーム２４によって、パッケージ１を保持する。

図５に当該パッケージホールドアーム２４の詳細構成を示す。同図（ａ）は、パッケージホールドアーム２４の上面図である。パッケージホールドアーム２４は、図に示された矢印方向、即ち内側に移動する移動機構（図示せず）を備えている。同図（ｂ）は、パッケージホールドアーム２４の側面図である。図に示されるように、先端部は、鋭角に加工されている。

図６に基づき、パッケージホールドアーム２４の動作について説明する。同図（ａ）に示されるように、パッケージ１がソケット３１（図示省略）上に載置され、ステージ移動機構５によってステージ３２（図示省略）が上方に移動した状態において、パッケージ１を挟み込むように当該パッケージホールドアーム２４が内側に移動する。同図（ｂ）に示されるように、パッケージ１をパッケージホールドアーム２４が四方から保持した状態でさらにステージ３２を上方に移動させる。パッケージ１のボール電極１１が図示しない電極部２３の電極に接触するまで、ステージ３２を上方に移動させる。ステージ３２を上方に移動させる際、パッケージ１は、パッケージホールドアーム２４の内側面を摺動し、位置規制された状態で電極接続が行なわれる。このため、精度良く電極接続を行なうことができ、接触不良を未然に防止できる。

本発明にかかるテストシステムの構成を示す図である。 本発明にかかるテストシステムの搬送機構を示す図である。 本発明にかかる温度調節機構を備えたパッケージ固定装置の構成を示す図である。 本発明にかかるパッケージホールドアームを備えたテスト装置の構成を示す図である。 本発明にかかるパッケージホールドアームの構成を詳細に示す図である。 本発明にかかるパッケージホールドアームの動作を説明する図である。 従来のテストシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１ パッケージ
２ テスト装置
３ パッケージ固定装置
４ メンテナンス装置
５ ステージ移動機構
６ トレイ
７ 供給シャトル
８ プッシャー
１１ ボール電極
２１ テスタ
２２ テストボード
２３ 電極部
２４ パッケージホールドアーム
３１ ソケット
３２ ステージ
３３ 温度調節機構
４１ メンテナンス装置
４２ ステージ

Claims (9)

1. 電極が配置された電極面を有し、当該電極面に対向する背面が平坦である半導体パッケージのテストシステムであって、
   前記半導体パッケージを、前記電極面を上方にして載置するパッケージ固定装置と、
   前記パッケージ固定装置の上方に設けられ、前記半導体パッケージの電極と接触してテストを実行するテスト装置とを備え、
   前記パッケージ固定装置は、前記半導体パッケージを収容する凹部が形成されたソケットと、前記ソケットを固定し、少なくとも前記テスト装置に対して移動可能なステージとを備え、
   前記テスト装置は、さらに前記テスト装置から前記ソケットに向かって延在し、前記半導体パッケージと接触することで前記半導体パッケージを保持するパッケージ保持機構を備えており、
   前記ソケットを固定するステージは、温度調節機構を備えたことを特徴とするテストシステム。
2. 前記温度調節機構が前記ステージの温度を調節することで、前記テストを行う際の温度条件を設定可能であることを特徴とする請求項１記載のテストシステム。
3. 前記テスト装置において前記半導体パッケージの電極と接触する電極部をメンテナンスするメンテナンス装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のテストシステム。
4. 前記メンテナンス装置は、前記テスト装置の電極部の汚れを除去する手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のテストシステム。
5. 前記メンテナンス装置は、メンテナンスを実行するメンテナンス部と、当該メンテナンス部を固定し、少なくとも前記テスト装置に対して移動可能なステージとを備えたことを特徴とする請求項３記載のテストシステム。
6. トレイに載せられた半導体パッケージを、電極が配置された前記半導体パッケージの第１の面と対向する第２の面を吸着することによって所定の回転軸を中心に回転させ、前記第２の面を前記半導体パッケージを載置するソケットの凹部の底面と向き合わせることによって、前記半導体パッケージを前記第２の面と前記底面を接触させた状態で前記ソケットに載置することを特徴とするテスト方法。
7. 前記半導体パッケージを前記所定の回転軸を中心にして弧を描くように回転させることを特徴とする請求項６記載のテスト方法。
8. 前記所定の回転軸は、トレイに載せられた半導体パッケージを吸着して持ち上げる供給シャトルの回転軸であることを特徴とする請求項７記載のテスト方法。
9. トレイに載せられた前記半導体パッケージを前記供給シャトルの回転軸を中心に所定の角度だけ回転させると、前記半導体パッケージが、前記第２の面と前記底面とが接触して前記ソケットに載置される状態となることを特徴とする請求項８記載のテスト方法。

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