JP5372706B2

JP5372706B2 - プローブ針ガイド部材及びこれを備えたプローブカード並びにそれを用いる半導体装置の試験方法

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Publication number: JP5372706B2
Application number: JP2009252950A
Authority: JP
Inventors: 衛知大里
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: TW201124733A; TWI422834B; JP2011099698A; CN102053173A; CN102053173B

Description

本発明は、半導体装置の試験に用いるプローブ針のガイド部材、及びそれを備えたプローブカード、並びにそれを用いる半導体装置の試験方法に関する。

バンプと呼ばれる突起状の接続電極を有する、例えば、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などの半導体装置の電気的特性の試験には、従来、突起状の接続電極に垂直に接触する垂直タイプのプローブを用いるのが主流であったが、接続電極のピッチが小さい場合や、ケルビン接続のために一つの接続電極に２本のプローブを接触させる必要がある場合などには、垂直タイプのプローブでは対応できないので、最近では、カンチレバー型のプローブ針を用いることが行われている。

しかし、カンチレバー型のプローブ針は、片持ち式にプローブカードに取り付けられているだけであるので、その先端部が移動し易く、特に、突起状の接続電極と接触した場合には、その接触部位にも依るが、プローブ針の先端が突起状の接続電極から滑り落ちてしまい、安定した電気的接続が取れないという不都合があった。

この不都合を解消するために、例えば、特許文献１においては、検査対象である半導体装置とプローブ針を備えたプローブカードとの間に、突起状の接続電極の平面寸法以下で、かつ、プローブ針の先端部寸法よりも大きい口径の貫通孔をもつプローブ針の案内部材を配置することが提案されている。

ところが、特許文献１で提案されている案内部材の貫通孔は、突起状の接続電極のほぼ全面に対して開口している円形の貫通孔であるので、プローブ針の先端部は、この貫通孔によって、必ずしも、オーバードライブ時のスクラブ方向に案内されるとは限らず、貫通孔が許容する範囲内で側方に滑ることがあり、安定した電気的接続を取るのが難しいという欠点がある。

また、特許文献１で提案されている貫通孔は、上述したとおり、突起状の接続電極の突起頂点を含めたほぼ全面に対して開口しているので、この貫通孔内にプローブ針先端部を挿入して接続電極と接触させると、時として、プローブ針の先端部が接続電極の突起頂点と接触し、突起頂点にスクラブ跡を付けてしまうことがある。突起状接続電極の突起頂点は、それを取り付ける実装品との接合箇所になる部分の中心であり、そこにスクラブ跡があると、その部分が後の溶着の際に空洞となって残り、結果として、接合強度不足や、導電量不足などの原因となる。

特開２００４−３３５６１３号公報

本発明は、上記の従来技術の欠点を解消するために為されたもので、カンチレバー型のプローブ針と突起状接続電極との安定した電気的接続を可能にするとともに、突起状接続電極の突起頂点にスクラブ跡を付けることのないプローブ針のガイド部材と、そのようなガイド部材を備えたカンチレバー型プローブカード、並びに、そのようなガイド部材を用いる半導体装置の試験方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を、突起状接続電極を有する半導体装置をカンチレバー型のプローブカードを用いて試験するときに用いられるプローブ針ガイド部材であって、試験時に突起状接続電極と接触するプローブ針先端部の移動をそのスクラブ方向に沿った直線方向にガイドする直線状の側部を備えたガイド孔を有し、当該ガイド孔が、上記プローブ針ガイド部材が突起状接続電極に対して使用位置に位置決めされたとき、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線から外れた頂点周辺部と対向する位置に開口するガイド孔であるプローブ針ガイド部材と、そのようなプローブ針ガイド部材を備えたカンチレバー型のプローブカード、並びに、そのようなプローブ針ガイド部材を用いる半導体装置の試験方法を提供することによって解決するものである。

本発明のプローブ針ガイド部材によれば、プローブ針の先端部は、ガイド孔の直線状の側部によってその移動がスクラブ方向に案内されるので、突起状接続電極の側方に滑り落ちることがなく、プローブ針と接続電極との間で常に安定した電気的接続を実現することができる。また、本発明のプローブ針ガイド部材によれば、突起状接続電極に対して使用位置に位置決めされたとき、ガイド孔が、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線から外れた頂点周辺部と対向する位置に開口しているので、ガイド孔内にプローブ針先端部を挿入することによって、プローブ針先端部が接続電極の突起頂点と接触することが防止され、突起頂点にスクラブ跡が付けられることがない。

本発明のプローブ針ガイド部材は、その一つの好ましい実施態様において、ガイド孔が、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線の両側に、それぞれ設けられている。このように、突起状接続電極の中心線の両側のそれぞれにガイド孔を設ける場合には、本発明のプローブ針ガイド部材を、１つの接続電極に２本のプローブ針を接触させる試験、例えば、ケルビン接続による試験に好適に用いることができる。

さらに、本発明のプローブ針ガイド部材は、その一つの好ましい実施態様において、上記中心線の両側にそれぞれ設けられているガイド孔が、その上記直線状の側部同士の間隔が、試験時のプローブ針先端部のスクラブ方向の先端に向かって次第に狭くなるようにハの字型に設けられている。これにより、ガイド孔の上記直線状の側部を互いに平行に設ける場合に比べて、２本のプローブ針と突起状接続電極との電気的接続をより安定なものとすることができる。

なお、本発明が対象とする半導体装置は、上述したＢＧＡに限られず、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、ＷＬＣＳＰ（ウエハレベルＣＳＰ）、フリップチップなど、突起状の接続電極を有する半導体装置であれば、どのような半導体装置であっても良い。

本発明によれば、カンチレバー型のプローブ針と突起状接続電極との間で安定な電気的接続を実現することができる。また、本発明によれば、検査対象である半導体装置の突起状接続電極の突起頂点にスクラブ跡が付くことがないので、検査対象である半導体装置に、実装品との接合において問題となる接合強度不足や、導電量不足などの不都合を与えることがない。

本発明のカンチレバー型プローブカードの一例を示す断面図である。図１の要部を一部拡大して示す図である。プローブ針ガイド部材の一例を示す平面図である。突起状接続電極、ガイド孔、及びプローブ針の位置関係を示す図である。プローブ針ガイド部材の他の一例を示す図である。プローブ針ガイド部材の更に他の一例を示す平面図である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のカンチレバー型プローブカードの一例を示す断面図である。図において、１はプローブカード、２は配線基板、３は補強部材、４はハウジング、５はトップカバー、６はガイドブロック、７はプローブ針押さえ部材、８はプローブ針、９は試験品挿入部、１０は位置決め用のガイドピンである。１１は本発明のプローブ針ガイド部材であり、１２は、プローブ針ガイド部材１１の配向調整ネジである。位置決め用のガイドピン１０によって、ハウジング４、プローブ針ガイド部材１１、及びガイドブロック６は、互いに所定の位置に位置決めされている。

図２は、図１の要部を一部拡大して示すとともに、試験対象である半導体装置の一部を併せて示す図である。図２に示すとおり、プローブ針ガイド部材１１には、ガイド孔１３が設けられている。１４は試験対象である半導体装置であり、１５はその突起状接続電極である。１６は、プローブ針ガイド部材１１と、突起状接続電極１５との位置合わせ部材である。図に示すとおり、本例のプローブカード１においては、各突起状接続電極１５に対して、プローブ針８及びガイド孔１３は、各２個ずつ対応している。このように、１個の突起状接続電極１５に対して、２つのガイド孔１３を対応させたブローブ針ガイド部材１１は、例えば、ケルビン接続式のプローブカードに用いる場合に好適であるが、必ずしもケルビン接続式だけに限られず、１個の突起状接続電極に２本のプローブ針を接触させて通常の試験を行う場合にも使用できることはいうまでもない。また、図中、ガイドブロック６に最も近い突起状接続電極１５に対応するプローブ針８と、その左側に位置する突起状接続電極１５に対応するプローブ針８とは、向きが９０度ずれているので、ガイドブロック６に最も近い突起状接続電極１５に対応するガイド孔１３も、その左側に位置する突起状接続電極１５に対応するガイド孔１３とは向きが９０度ずれており、図では、２個あるガイド孔１３のうちの一つしか表れていない。

半導体装置１４の上方には、図示しないプッシャーと可動ステージがあり、試験時には、このプッシャーと可動ステージによって、半導体装置１４が、その突起状接続電極１５の位置を、プローブ針８及びプローブ針ガイド部材１１のガイド孔１３に対して位置決めされた状態で、プローブカード１に対して押圧される。プローブカード１の方を半導体装置１４に対して移動させても良いことは勿論である。

いずれにせよ、試験時には、プローブ針ガイド部材１１は、半導体装置１４の突起状接続電極１５、及びプローブ針８に対して位置決めされた状態にあり、その位置決めされた状態において、プローブ針ガイド部材１１のガイド孔１３は、各対応する突起状接続電極１５の突起頂点を通るスクラブ方向の中心線から外れた頂点周辺部と対向する位置に開口している。また、プローブ針８は、その先端部が、それぞれ対応するガイド孔１３を貫通する位置にある。

図２では、プローブ針８の先端部は、既にそれぞれ対応するガイド孔１３を貫通した状態にあるが、プローブ針８はこの状態で、半導体装置１４の突起状接続電極に対して相対的に押圧されて突起状接続電極１５と接触しても良いし、当初は、ガイド孔１３の外に位置しており、半導体装置１４がプローブカード１に対して相対的に押圧されたときに、それぞれ対応するガイド孔１３を貫通して、突起状接続電極１５に接触しても良い。

プローブ針ガイド部材１１は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性の樹脂フィルムで作成することができ、その厚みは、突起状接続電極１５の大きさにも依るが、通常、３０〜５０μｍ程度で良い。

図３は、プローブ針ガイド部材１１の一例を示す平面図である。図に示すとおり、プローブ針ガイド部材１１には、半導体装置の突起状接続電極に対応する位置に、各２個ずつのガイド孔１３が設けられている。

図４は、突起状接続電極１５と、それに対応するガイド孔１３、１３、及びプローブ針８、８の位置関係を示す図である。図において、矢印は、プローブ針８、８が、オーバードライブを掛けられたときに、突起状接続電極１５と接触しながらスライドする方向、すなわち、スクラブ方向を示している。図に示すとおり、ガイド孔１３、１３は、スクラブ方向に長い長孔形状を有しており、ガイド孔１３、１３のスクラブ方向の長さは、プローブ針８、８の先端部の想定されるスライド量よりも長く、スクラブ方向と直交する横方向の幅は、プローブ針８、８の先端部がガイド孔１３、１３を貫通できるように、プローブ針８、８の先端部付近の直径よりも長く形成されている。

１７は突起状接続電極１５の突起頂点であり、Ｃは突起頂点１７を通るスクラブ方向に沿った中心線である。図４に示すとおり、ガイド孔１３、１３は、この中心線Ｃ上には開口しておらず、中心線Ｃを挟んだ両側で、中心線Ｃから外れた突起頂点７の周辺部と対向する位置に開口している。したがって、ガイド孔１３、１３内に挿通されたプローブ針８、８の先端部は、突起頂点１７と接触することはなく、突起頂点１７にスクラブ跡を付けることはない。

１８はガイド孔１３の直線状の側部である。側部１８はスクラブ方向と平行であるので、プローブ針８の先端部は、この側部１８によって、スクラブ方向に沿った直線方向にその移動がガイドされる。これにより、プローブ針８の先端部は、突起状接続電極１５から滑り落ちることがなく、両者の安定した電気的接続が実現される。なお、図４では、ガイド孔１３の左右両側に直線状の側部１８が設けられているが、プローブ針８の先端部は、通常、突起状接続電極１５の表面の傾斜に沿って、中心線Ｃから遠ざかる外側方向に滑ろうとするので、直線状の側部１８は、ガイド孔１３の中心線Ｃから遠い方の片側だけに設けるようにしても良い。

図５は、プローブ針ガイド部材１１の他の例を示す図である。この図のプローブ針ガイド部材１１においては、図４の例と同様に、一つの突起状接続電極１５に対応して、２つのガイド孔１３、１３が中心線Ｃの両側にそれぞれ設けられているが、それら２つのガイド孔１３、１３は、その直線状の側部１８、１８同士の間隔が、矢印で示すスクラブ方向の先端に向かうに連れて次第に狭くなるようにハの字型に設けられている。プローブ針８の先端部の移動が、このようなガイド孔１３の直線状の側部１８によってガイドされる場合には、プローブ針８の先端部は、突起状接続電極１５の表面と接触してスライドするとき、突起状接続電極１５の傾斜した表面を登る方向にガイドされるので、プローブ針８の先端部と突起状接続電極１５との接触圧が高まり、より安定した電気的接続が実現できる。

図６は、プローブ針ガイド部材１１の更に他の例を示す図であり、１個の突起状接続電極に対し１本のプローブ針を接触させて行う試験のときに用いられるプローブ針ガイド部材である。図に示すとおり、ガイド孔１３は、１個の突起状接続電極１５に対応して、その中心線Ｃから外れた頂点周辺部と対向する位置に１個だけ設けられている。なお、本例のプローブ針ガイド部材１１においても、ガイド孔１３が、プローブ針８の先端部の移動をそのスクラブ方向に沿った直線方向にガイドする直線状の側部１８を備えていることは勿論である。

以上のようなプローブ針ガイド部材１１を用いて半導体装置の電気的特性の試験を行うには、プローブ針８と試験対象である半導体装置の間にプローブ針ガイド部材１１を介在させて、プローブ針８の先端部を、プローブ針ガイド部材１１のガイド孔１３を貫通させて突起状接続電極１５と接触させる以外は、通常の試験方法と同様に行えば良い。本発明の試験方法によれば、カンチレバー型プローブ針の先端部を、その移動をスクラブ方向に直線状にガイドしながら、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線から外れた頂点周辺部と接触させて、突起状接続電極を有する半導体装置の電気的特性の試験が行われる。なお、プローブ針ガイド部材１１は、プローブカード１に組み込まれていても良いし、プローブカード１とは別に試験装置に取り付けるようにしても良い。

本発明のプローブ針ガイド部材及びそれを備えたプローブカード、さらには本発明の試験方法によれば、突起状接続電極を有する半導体装置の電気的特性試験をより安定、確実に行うことができるので、半導体装置の信頼性の向上に寄与するところが多大であり、半導体装置を製造する産業分野だけでなく、半導体装置を利用する他の産業分野においても、大きな利用可能性を有している。

１プローブカード
２配線基板
３補強部材
４ハウジング
５トップカバー
６ガイドブロック
７プローブ針押さえ部材
８プローブ針
９試験品挿入部
１０位置決め用のガイドピン
１１プローブ針ガイド部材
１２配向調整ネジで
１３ガイド部材
１４半導体装置
１５突起状接続電極
１６位置合わせ部材
１７突起頂点
１８直線状の側部
Ｃ中心線

Claims

突起状接続電極を有する半導体装置をカンチレバー型のプローブカードを用いて試験するときに用いられるプローブ針ガイド部材であって、試験時に突起状接続電極と接触するプローブ針先端部の移動をそのスクラブ方向に沿った直線方向にガイドする直線状の側部を備えたガイド孔を有し、当該ガイド孔が、上記プローブ針ガイド部材が突起状接続電極に対して使用位置に位置決めされたとき、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線から外れた頂点周辺部と対向する位置に開口するガイド孔であって、前記ガイド孔は前記中心線の両側に、それぞれ設けられ、その前記直線状の側部同士の間隔が、試験時のプローブ針先端部のスクラブ方向の先端に向かうに連れて次第に狭くなるようにハの字型に設けられているプローブ針ガイド部材。
請求項１記載のプローブ針ガイド部材を備えているカンチレバー型プローブカード。
１つの突起状接続電極あたり２本のプローブ針を接触させるケルビン接続式のプローブカードである請求項２記載のカンチレバー型プローブカード。
請求項１記載のプローブ針ガイド部材を用い、カンチレバー型プローブ針の先端部を、その移動をスクラブ方向に直線状にガイドしながら、突起状接続電極の突起頂点を通るスクラブ方向に沿った中心線から外れた頂点周辺部と接触させて、半導体装置の電気的試験を行う、突起状接続電極を有する半導体装置の試験方法。