JP7019536B2 - 半導体装置の評価装置および半導体装置の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に電気的接続をするプローブピンを備える評価装置および評価方法に関するものである。

従来、評価装置では、半導体装置にプローブピンを接触させて半導体装置の特性評価を行っている。半導体装置に対してプローブピンが傾くことで、半導体装置に対してプローブピンが傾斜した状態で接触する場合がある。この場合、プローブピンと半導体装置との接触面積が小さくなるという問題がある。

そのため、プローブピンと半導体装置との接触面積を増やすために、先端が分割されたプローブピンを備える評価装置が用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－２３１６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、分割されたプローブピンの各先端面の端部の一部のみが半導体装置に接触し、プローブピンの先端面に対して接触面積が小さい。そのため、接触面積を増やそうとするとこれに伴って半導体装置も大きくする必要がある。その結果、半導体装置の小型化の市場要求に反することになる。

また、プローブピンの接触面積を確保するためにはプローブピンの先端面を複数に分割した形状にする必要があるが、プローブピンにおける半導体装置に接触する箇所に鋭角部が発生する。プローブピンの鋭角部が半導体装置に接触することにより、半導体装置を損傷させてしまい、さらに接触面積が小さいことに起因する電流集中が原因で半導体装置を焼損させてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、半導体装置に対してプローブピンが傾いた状態で接触する場合にも、プローブピンと半導体装置との接触面積を増大し、半導体装置の破損を抑制するとともに、接触面での電流集中を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置の評価装置は、半導体装置の測定箇所に接触可能な先端面を有する複数のプランジャーと、複数の前記プランジャーの基端部を内包し複数の前記プランジャーを前記半導体装置側に押圧するバーレルとを有するプローブピンを備え、複数の前記プランジャー全体で形成される先端面の外周縁部は円状を形成し、複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が内周側よりも前記半導体装置側に突出する突起部を有し、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面は複数層に分割され、複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が同心円状を形成するように配置されたものである。

本発明によれば、複数のプランジャーの先端面の外周縁部は円状を形成し、複数のプランジャーは、先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置側に突出する突起部を有するため、半導体装置に対してプローブピンが傾いた状態で接触する場合にも、プローブピンと半導体装置との接触面積が増大し、半導体装置の破損を抑制するとともに、接触面での電流集中を抑制することができる。

実施の形態１に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンが半導体装置に接触していない状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンが半導体装置に接触している状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンの先端部を示す拡大断面図である。 実施の形態１における半導体装置とプローブピンとの接触箇所を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンの底面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンの先端部を示す拡大断面図である。 実施の形態２の変形例に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピンの先端部を示す拡大断面図である。 前提技術における半導体装置とプローブピンとの接触箇所を示す図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置の評価装置１００が備えるプローブピン１が半導体装置２０に接触していない状態を示す断面図である。図２は、プローブピン１が半導体装置２０に接触している状態を示す断面図である。

図１に示すように、評価装置１００は、半導体装置２０が載置される下電極４０、およびプローブピン１を備えている。評価装置１００は、プローブピン１と下電極４０とに接続された評価回路等も含んでいる。

半導体装置２０は、一方の主面に単一の電極パッド３０を有し、他方の主面（上記一方の主面と表裏の関係にある）に単一の電極パッド３１を有している。このように両面に電極パッドを１つずつ有した半導体装置２０として、パワーダイオードが挙げられる。但し、半導体装置２０は、ＩＧＢＴ等の他のパワーデバイスであってもよいし、さらに半導体装置２０はパワーデバイスに限定されるものではない。

下電極４０は、半導体装置２０を載置するためのステージをなすとともに、載置された半導体装置２０の電極パッド３１との接触によって半導体装置２０との電気的接続を提供する。

評価装置１００によれば、図２に示すように、下電極４０上に配置された半導体装置２０の電極パッド３０にプローブピン１の先端を接触させることで、半導体装置２０とプローブピン１との電気的接続が形成される。他方、上記のように、半導体装置２０と下電極４０との電気的接続が形成される。かかる電気的接続により半導体装置２０がプローブピン１および下電極４０を介して評価回路に接続され、半導体装置２０の評価が行われる。

プローブピン１は、複数のプランジャー１１およびバーレル１２を備えている。複数のプランジャー１１は全体として、円柱状であり、半導体装置２０の測定箇所に接触可能な先端面を有している。ここで、測定箇所とは、半導体装置２０の上面に形成された電極パッド３０である。バーレル１２は、円筒状であり、複数のプランジャー１１の基端部を内包している。なお、図１と図２では４つのプランジャー１１のうちの２つのプランジャー１１が示されている。

次に、プランジャー１１の構造について説明する。図３は、プローブピン１の先端部を示す拡大断面図である。図４は、半導体装置２０とプローブピン１との接触箇所を示す図である。なお、図４の黒塗り部分が接触箇所であり、点線が各プランジャー１１の境界を示しており、図８も同様である。

図３と図４に示すように、プローブピン１は、例えば４つのプランジャー１１を備えている。４つのプランジャー１１は、隣接するプランジャー１１との間に所定の隙間をあけて円状に配置されている。さらに、バーレル１２内において、各プランジャー１１の基端部にスプリングなどのバネ部材（図示省略）が組み込まれている。これにより、バーレル１２は、各プランジャー１１の先端面と電極パッド３０との接触時に、バネ部材を介して各プランジャー１１を個別に摺動させて半導体装置２０側に押圧する。

４つのプランジャー１１の先端面は、外周側が内周側よりも半導体装置２０側に位置する傾斜状である。これにより、４つのプランジャー１１には、先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出する突起部１１ａが形成されている。４つのプランジャー１１の先端面の外周縁部は円状を形成しており、各プランジャー１１の先端面の外周縁部は、中心角９０°の円弧状である。なお、４つのプランジャー１１の先端面とは、各プランジャー１１の先端面ではなく、４つのプランジャー１１全体で形成される先端面である。

また、４つのプランジャー１１の先端面はすり鉢状を形成している。より具体的には、４つのプランジャー１１の先端面を組み合わせた状態ですり鉢状を形成している。そのため、４つのプランジャー１１の先端面を一括してドリル等で製造可能である。

なお、４つのプランジャー１１の外周縁部に、直径Φが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の丸め部が設けられていてもよい。これにより、４つのプランジャー１１の先端面と電極パッド３０との接触時に、電極パッド３０へのダメージを軽減することができる。直径Φが０．５ｍｍ以下では電極パッド３０へのダメージの軽減効果は低くなり、直径Φが１．５ｍｍ以上では、プローブピン１と電極パッド３０との接触面積が減少するからである。

次に、評価装置１００の動作について説明する。図４は、半導体装置２０とプローブピン１との接触箇所を示す図である。図８は、前提技術における半導体装置２０とプローブピン１との接触箇所を示す図である。

上記のように、４つのプランジャー１１の先端面の外周縁部に突起部１１ａが形成されたため、電極パッド３０に対して４つのプランジャー１１が傾いた状態で接触する場合にも、図４の黒塗り部分に示すように、円状の突起部１１ａが電極パッド３０に接触する。

これに対して、前提技術に係る評価装置では、４つのプランジャー１１の先端面は水平状であるため、電極パッド３０に対して４つのプランジャー１１が傾いた状態で接触する場合、図８の黒塗り部分に示すように、各プランジャー１１の先端面の端部の一部のみが電極パッド３０に接触する。図４と図８とを比べると、図４の方がプローブピン１と半導体装置２０との接触面積が大きいことがわかる。

ここで、各プランジャー１１はバーレル１２の中心を基準として４つに分割された形状である。なお、複数のプランジャー１１は４つに限定されることなく２つ以上であればよい。

また、図５に示すように、複数のプランジャー１１の先端面は複数層に分割され、複数のプランジャー１１は、先端面の外周縁部が同心円状を形成するように配置されていてもよい。図５は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピン１Ａの底面図である。図５では、プランジャー１１が、バーレル１２の中心線に対して２層の同心円状に分割された形状について例示しており、図５の点線に沿って各層ごとに４つずつ分割された形状である。内周層と外周層の複数のプランジャー１１の先端面は共に、外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出する突起部１１ａを有している。

以上のように、実施の形態１に係る評価装置１００では、複数のプランジャー１１の先端面の外周縁部は円状を形成し、複数のプランジャー１１は、先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出する突起部１１ａを有する。したがって、半導体装置２０に対してプローブピン１が傾いた状態で接触する場合にも、プローブピン１と半導体装置２０との接触面積が増大する。具体的には、図４のように接触することにより、半導体装置２０の破損を抑制するとともに、接触面での電流集中を抑制することができる。

また、前提技術のプランジャーをプランジャー１１に交換するだけで、プローブピン１と半導体装置２０との接触面積を増大させることができるため、簡単な構成で大電流を流すことができる。

複数のプランジャー１１の先端面はすり鉢状を形成するため、複数のプランジャー１１の先端面を一括してドリル等で製造可能である。

複数のプランジャー１１の外周縁部に、直径Φが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の丸め部が設けられたため、半導体装置２０の電極パッド３０へのダメージを軽減することができる。

複数のプランジャー１１の先端面は複数層に分割され、複数のプランジャー１１は、先端面の外周縁部が同心円状を形成するように配置されたため、プランジャー１１の設計の自由度が高まる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体装置の評価装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピン１Ｂの先端部を示す拡大断面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態２では、図６に示すように、複数のプランジャー１１の先端面は水平状である。また、複数のプランジャー１１は、複数のプランジャー１１の先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出するように、バーレル１２の中心線ｃに対して傾斜した状態で配置されている。より具体的には、プローブピン１Ｂを半導体装置２０に接触させる際に、複数のプランジャー１１の外周縁部が半導体装置２０に最初に接触するように、複数のプランジャー１１は、バーレル１２の中心線ｃから任意の角度αだけ内側に傾斜させた状態で配置されている。

なお、図７に示すように、プローブピン１Ｃは、複数のプランジャー１１の内周側に配置されるボール１３をさらに備えていてもよい。ボール１３は、複数のプランジャー１１の傾斜角αを安定させるために複数のプランジャー１１の内周部に配置されている。図７は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置の評価装置が備えるプローブピン１Ｃの先端部を示す拡大断面図である。

以上のように、実施の形態２に係る半導体装置の評価装置では、複数のプランジャー１１の先端面の外周縁部は円状を形成し、複数のプランジャー１１は、先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出するように、バーレル１２の中心線ｃに対して傾斜した状態で配置された。したがって、半導体装置２０に対してプローブピン１が傾いた状態で接触する場合にも、プローブピン１と半導体装置２０との接触面積が増大するため、半導体装置２０の破損を抑制するとともに、接触面での電流集中を抑制することができる。

また、実施の形態１のようにプランジャー１１の形状を変更することなく、取り付け方法を変更するだけで、プローブピン１と半導体装置２０との接触面積を増大させることができるため、簡単な構成で大電流を流すことができる。

評価装置は、複数のプランジャー１１の内周側に配置されるボール１３をさらに備えたため、複数のプランジャー１１の傾斜角αを安定させることができる。

なお、実施の形態２においても、図５に示すように、複数のプランジャー１１の先端面は複数層に分割され、複数のプランジャー１１は、先端面の外周縁部が同心円状を形成するように配置されていてもよい。この場合、内周層と外周層の複数のプランジャー１１は共に、先端面の外周縁部が内周側よりも半導体装置２０側に突出するように、バーレル１２の中心線ｃに対して傾斜した状態で配置される。これにより、プランジャー１１の設計の自由度が高まる。

また、複数のプランジャー１１の先端面はすり鉢状を形成するため、複数のプランジャー１１の先端面を一括してドリル等で製造可能である。

また、複数のプランジャー１１の外周縁部に、直径Φが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の丸め部が設けられていてもよい。この場合、半導体装置２０の電極パッド３０へのダメージを軽減することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ プローブピン、１１ プランジャー、１１ａ 突起部、１２ バーレル、１３ ボール、２０ 半導体装置、１００ 評価装置。

Claims (7)

1. 半導体装置の測定箇所に接触可能な先端面を有する複数のプランジャーと、複数の前記プランジャーの基端部を内包し複数の前記プランジャーを前記半導体装置側に押圧するバーレルとを有するプローブピンを備え、
   複数の前記プランジャー全体で形成される先端面の外周縁部は円状を形成し、
   複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が内周側よりも前記半導体装置側に突出する突起部を有し、
   複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面は複数層に分割され、
   複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が同心円状を形成するように配置された、半導体装置の評価装置。
2. 半導体装置の測定箇所に接触可能な先端面を有する複数のプランジャーと、複数の前記プランジャーの基端部を内包し複数の前記プランジャーを前記半導体装置側に押圧するバーレルとを有するプローブピンを備え、
   複数の前記プランジャー全体で形成される先端面の外周縁部は円状を形成し、
   複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が内周側よりも前記半導体装置側に突出するように、前記バーレルの中心線に対して傾斜した状態で配置された、半導体装置の評価装置。
3. 複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面はすり鉢状を形成する、請求項１または請求項２記載の半導体装置の評価装置。
4. 複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面は複数層に分割され、
   複数の前記プランジャーは、複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部が同心円状を形成するように配置された、請求項２記載の半導体装置の評価装置。
5. 複数の前記プランジャーの内周側に配置されるボールをさらに備えた、請求項２記載の半導体装置の評価装置。
6. 複数の前記プランジャー全体で形成される前記先端面の前記外周縁部に、直径Φが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の丸め部が設けられた、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の評価装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の評価装置を用いて半導体装置の評価を行う、半導体装置の評価方法。

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