JP7287250B2 - 試験装置及び試験方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試験装置及び試験方法に関する。
電極間又は端子間に高電圧を印加して計測する場合、電極間又は端子間の空間距離又は沿面距離が放電開始電圧に影響する。放電開始電圧が低い場合、高電圧を印加すると放電が発生して正しく計測できない。この放電を抑制するために、パッシェンの法則を利用して圧力容器内の検査空間の気体の圧力を上げる又は下げることにより放電開始電圧を引き上げる手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011-252792号公報
従来は、圧力容器に配管と試験電極が固定されていた。このため、試験電極を交換する際に装置を停止させ、圧力容器から配管を外さなければならなかった。また、配管と試験電極を固定するために圧力容器を大きくしなければならないため、気圧を上昇させる時間と常圧に戻す時間が長くなる。従って、生産性が低下するという問題があった。また、配線を長くしなければならないため、寄生インダクタンスと寄生容量が大きくなり、測定精度が低下するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は高電圧試験中の放電を抑制でき、生産性と測定精度を向上することができる試験装置及び試験方法を得るものである。
本発明に係る試験装置は、ステージと、前記ステージの上方に配置された試験治具と、前記試験治具を支持する支持台と、電気特性を測定するテスタと、前記ステージの上面と前記試験治具の下面との間の空間を密閉する第1の弾性体とを備え、前記試験治具は、前記試験治具の前記下面から突出した接触端子と、前記接触端子に接続された第1の導電部材とを有し、前記支持台は、前記テスタに接続された第2の導電部材を有し、前記試験治具を前記支持台に載せた際に前記第1の導電部材が前記第2の導電部材に接続され、前記ステージは、前記空間の内部の気体を加圧する加圧用配管を有し、前記試験治具は前記支持台に固定されずに前記支持台の上に載せられており、前記支持台に対して着脱可能であることを特徴とする。
本発明では、弾性体がステージの上面と試験治具の下面との間の空間を密閉する。そして、ステージは、空間の内部の気体を加圧する加圧用配管を有する。このため、加圧した気体中で試験を行うことができるので、高電圧試験中の放電を抑制することができる。また、試験治具を支持台に載せた際に試験治具の第1の導電部材が支持台の第2の導電部材に接続させる。これにより、試験治具とテスタを接続するために従来用いていたケーブルが不要となる。従って、試験治具を容易かつ瞬時に交換できるため、生産性を向上することができる。また、ケーブルの寄生インダクタンスと寄生容量を削減できるため、測定精度を向上することができる。
実施の形態1に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態1に係る試験装置を示す上面図である。 実施の形態2に係る試験装置を示す断面図である。 接点を拡大した側面図と下面図である。 実施の形態3に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態4に係る試験装置を示す断面図とステージ上の半導体装置を示す上面図である。 実施の形態4に係る試験装置を示す上面図である。 実施の形態5に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態5に係る試験治具を示す上面図と側面図である。 実施の形態6に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態7に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態8に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態9に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態9に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態10に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態11に係る試験装置を示す断面図である。 実施の形態12に係る試験方法のフローチャートである。 実施の形態13に係る試験方法のフローチャートである。 実施の形態14に係る試験方法のフローチャートである。 実施の形態14に係る試験方法のフローチャートである。 実施の形態14に係る試験方法を示す断面図である。 実施の形態14に係る試験方法を示す断面図である。
実施の形態に係る試験装置及び試験方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る試験装置を示す断面図である。図2は、実施の形態1に係る試験装置を示す上面図である。
被試験対象である半導体装置1がステージ2に載せられる。ステージ2の上方に試験治具3が配置される。支持台4が試験治具3を支持する。試験治具3は支持台4に固定されずに載せられており、支持台4に対して着脱可能である。テスタ5が試験治具3と支持台4を介して半導体装置1の電気特性を測定する。
試験治具3は例えばPEEK材等の樹脂製である。試験治具3は、試験治具3の下面から突出した接触端子6と、接触端子6に接続された第1の導電部材8と、試験治具3の下面の外周に設けられた第1の弾性体7とを有する。
接触端子6は、スプリングプローブ、ワイヤプローブ、測定針等であり、導電性を有し、座屈と弾性変形を含む伸縮性のあるものである。接触端子6に金めっき等の表面処理をしてもよい。接触端子6は、これに限らず、電圧の印加と測定を行うことができるものであればよい。接触端子6は、試験治具3に加工された穴(図示せず)に挿入されて固定されており、半導体装置1の電極パターン又は電極パッドの位置に対応して配置されている。
第1の弾性体7は、例えばOリング等の弾性変形するものであり、密着性のあるものがよい。ここで、図1に示すように、ステージ2を上昇させて接触端子6を半導体装置1の電極パターン又は電極パッドに接触させると、第1の弾性体7がステージ2の上面に密着する。これにより、第1の弾性体7はステージ2の上面と試験治具3の下面との間の空間9を密閉する。この密閉された空間9の内部に半導体装置1が配置される。
支持台4は、コネクタ10を介してテスタ5に接続された第2の導電部材11を有する。支持台4の第2の導電部材11は、試験治具3の第1の導電部材8に対向する位置に設けられている。試験治具3を支持台4に載せた際に第2の導電部材11が第1の導電部材8に接触し、互いに電気的に接続される。第1の導電部材8は金属板、エナメル線等である。金属板の場合には、金めっき等の表面処理をしてもよい。第2の導電部材11はプリント基板、樹脂材料に導体を貼り合わせたもの等である。なお、本実施の形態では、試験治具3と支持台4は、第1の導電部材8と第2の導電部材11でのみ接触し、他の部分では接触しない。
接触端子6は、表面電圧印加接触端子6a、表面電圧測定接触端子6b、裏面電圧印加接触端子6c、裏面電圧測定接触端子6dを有する。表面電圧印加接触端子6a、表面電圧測定接触端子6b、裏面電圧印加接触端子6c、裏面電圧測定接触端子6dは、それぞれ第1の導電部材8の個別の配線を介して、第2の導電部材11の表面電圧印加用パターン11a、表面電圧測定用パターン11b、裏面電圧印加用パターン11c、裏面電圧測定用パターン11dに接続される。表面電圧印加接触端子6aは半導体装置1の表面に接触して電圧を印加する。表面電圧測定接触端子6bは半導体装置1の表面に接触して電圧を測定する。裏面電圧印加接触端子6cはステージ2に接触して半導体装置1の裏面に電圧を印加する。裏面電圧測定接触端子6dはステージ2に接触して半導体装置1の裏面の電圧を測定する。
ステージ2は吸着穴12と加圧用配管13を有する。ステージ2は、載置された半導体装置1を吸着穴12で吸引して保持する。加圧用配管13から気体を入れて空間9の内部の気体を加圧する。気体を所定の圧力に上昇させた後、接触端子6に高電圧を印加して半導体装置1の電気特性を試験する。
以上説明したように、本実施の形態では、試験治具3の第1の弾性体7がステージ2の上面と試験治具3の下面との間の空間9を密閉する。そして、ステージ2は、空間9の内部の気体を加圧する加圧用配管13を有する。このため、加圧した気体中で試験を行うことができるので、高電圧試験中の放電を抑制することができる。
また、試験治具3を支持台4に載せた際に試験治具3の第1の導電部材8が支持台4の第2の導電部材11に接続させる。これにより、試験治具3とテスタ5を接続するために従来用いていたケーブルが不要となる。従って、高電圧の試験で半導体装置1が破壊された場合でも、試験治具3を交換することでダメージを受けた接触端子6を容易かつ瞬時に交換できる。この結果、生産性を向上することができる。また、ケーブルの寄生インダクタンスと寄生容量を削減できるため、測定精度を向上することができる。
実施の形態2.
図3は、実施の形態2に係る試験装置を示す断面図である。第1の導電部材8は、第2の導電部材11と接触する接点14を有する。接点14と第2の導電部材11との接触抵抗は、接点14を除いた第1の導電部材8の他の部分と第2の導電部材11との接触抵抗よりも小さい。
図4は、接点を拡大した側面図と下面図である。接点14のピン14aが第1の導電部材8と電気的に接続されている。接点14の接触板14bが第2の導電部材11と接触する。ピン14aに接触板14bを張り合わせ、ねじ止め又は接合する。
接触板14bの接触面は、左の例では平面、中央の例では曲面、右の例では凹凸形状になっている。ここで、接触抵抗を増大させる原因は酸化膜である。接触板14bの接触面を曲面又は凹凸形状にすることで応力を集中させて酸化膜を削ることができる。
また、接触板14bに金、金・コバルト合金、ロジウム、パラジウム、ニッケル、銀等のめっき処理をしてもよい。金は酸化膜を形成しないので接触抵抗が小さい。ロジウムめっきとパラジウムめっきは耐食性も優れており、フレッテイングコロージョンにも有効である。
以上説明したように、本実施の形態では、接点14を設けたことで第1の導電部材8と第2の導電部材11との間の接触抵抗が小さくなる。これにより、電圧の測定精度を向上することができる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態3.
図5は、実施の形態3に係る試験装置を示す断面図である。押圧機構15が実施の形態1の構成に追加されている。押圧機構15は、例えば、エアシリンダ、油圧プレス、おもり等であり、試験治具3を支持台4とステージ2に向かって押圧する。これにより、第1の導電部材8と第2の導電部材11との間の接触抵抗が小さくなる。また、接触端子6の本数の増加による反力を押圧機構15で押さえることができるので、接触端子6と半導体装置1との間の接触抵抗も小さくなる。よって、電圧の測定精度を向上することができる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態4.
図6は、実施の形態4に係る試験装置を示す断面図とステージ上の半導体装置を示す上面図である。試験治具3は、接触端子6の伸びる方向に対して垂直な第1の平面16を有する。支持台4は、ステージ2の上面に対して平行な第2の平面17を有する。第2の導電部材11の下面にゴム、ばね等の弾性体18が設けられている。
試験治具3を支持台4に載せた際に、第2の導電部材11が第1の導電部材8に接触する。さらに、弾性体18が収縮して第2の平面17が第1の平面16に接触する。これにより、接触端子6の傾きが小さくなるため、複数の接触端子6の先端の位置ばらつきが小さくなる。従って、半導体装置1の電極パッド1aに接触端子6を正確に接触させることができる。試験治具3の傾きを補正することなく、接触端子6と半導体装置1の片当たりを防止することができる。特に、接触端子6が、半導体装置1との接触量が小さく、伸縮量が小さいワイヤプローブの場合に有効である。
また、支持台4に位置決めピン19が設けられている。この位置決めピン19を試験治具3に差し込むことで試験治具3の位置ずれを防止することができる。図7は、実施の形態4に係る試験装置を示す上面図である。2本の位置決めピン19が、平面視で四角形の試験治具3の対角方向の角部に対応する位置に設けられている。この位置決めピン19により試験治具3の水平方向と回転方向の位置ずれを防止することができる。接触端子6は試験治具3に固定されているため、接触端子6の位置ずれも防止することができる。従って、カメラによる画像認識による位置補正が不要となる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態5.
図8は、実施の形態5に係る試験装置を示す断面図である。図9は、実施の形態5に係る試験治具を示す上面図と側面図である。高電圧試験で耐圧不良による半導体装置1の破壊により接触端子6の先端に半導体装置1の溶融物が付着する場合がある。この溶融物が付着した接触端子6で次の半導体装置1を壊してしまうおそれがある。このため、試験治具3を交換する必要がある。そこで、本実施の形態では、試験治具3の側面に溝20を設けている。ロボット(図示せず)で溝20にチャック21を引っ掛けることで、試験治具3を自動で交換することができる。これにより、生産性を向上することができる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態6.
図10は、実施の形態6に係る試験装置を示す断面図である。支持台4は、テスタ5に接続された第3の導電部材22を有する。ステージ2は、第3の導電部材22に接触するプローブ23を有する。これにより、試験治具3に固定する接触端子6の本数が少なくなるので、試験治具3を小型化できる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態7.
図11は、実施の形態7に係る試験装置を示す断面図である。第1の弾性体7は支持台4の下面に取り付けられている。これにより、試験治具3に第1の弾性体7を取り付けるスペースが不要となるため、試験治具3を小型化できる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態8.
図12は、実施の形態8に係る試験装置を示す断面図である。導体板24が試験治具3の下面に対向してステージ2の上に設けられている。この導体板24の上に半導体装置1を載せる。これにより、高電圧試験中に半導体装置1が破損した場合にステージ2ではなく導体板24がダメージを受ける。ダメージを受けた導体板24は容易に交換することができる。ステージ2を交換する必要が無くなるため、生産性を向上できる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態9.
図13及び図14は、実施の形態9に係る試験装置を示す断面図である。図13は装置の側面の断面図であり、図14は正面の断面図である。第1の導電部材8と第2の導電部材11との間に伸縮性を有する中継プローブ25が設けられている。これにより、第1の導電部材8と第2の導電部材11の平面度に依存せず、試験治具3の第1の平面16と支持台4の第2の平面17が平行になる。これにより、接触端子6の傾きが小さくなるため、接触端子6の先端の位置ばらつきが小さくなる。従って、半導体装置1の電極パッド1aに接触端子6を正確に接触させることができる。試験治具3の傾きを補正することなく、接触端子6と半導体装置1の片当たりを防止することができる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態10.
図15は、実施の形態10に係る試験装置を示す断面図である。加工精度によって剛体である第1の導電部材8と第2の導電部材11との間に隙間ができる。そこで、第2の弾性体26が試験治具3と支持台4との接触面の全周に設けられている。これにより、試験治具3と支持台4との接触面の気密性が高くなるため、空間9からの気体の漏れを防ぐことができる。従って、空間9内の加圧力が向上して放電を抑制する効果が高くなる。また、押圧機構(図示せず)で試験治具3を支持台4に押し付けることにより、第2の弾性体26が支持台4に密着して更に気密性が高くなる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態11.
図16は、実施の形態11に係る試験装置を示す断面図である。試験治具3は、接触端子6が設けられた第1の部材3aと、支持台4により支持される第2の部材3bとを有する。両者が貼り合わされていれば気密性が高いが、ねじ止めされている場合は加工精度によって両者の間に隙間ができる。そこで、第2の弾性体26が第1の部材3aと第2の部材3bとの接触面の全周に設けられている。ねじ止め等の締め付け力により第3の弾性体27が密着して試験治具3の気密性が高くなる。これにより、試験治具3と支持台4との接触面の気密性が高くなるため、空間9内の加圧力が向上して放電を抑制する効果が高くなる。その他の構成及び効果は実施の形態1と同様である。
実施の形態12.
図17は、実施の形態12に係る試験方法のフローチャートである。この試験方法では実施の形態1~11の何れかの試験装置を用いて半導体装置1の試験を行う。
まず、試験治具3を支持台4に載せ(ステップS1)、第2の導電部材11を第1の導電部材8に接触させて互いに電気的に接続させる(ステップS2)。これにより、試験治具3の第1の導電部材8は支持台4の第2の導電部材11を介してテスタ5に接続される。
次に、半導体装置1をステージ2に載せ(ステップS3)、半導体装置1を吸着穴12から吸引してステージ2に吸着する。次に、ステージ2を上昇させて接触端子6を半導体装置1に接触させ(ステップS4)、第1の弾性体7をステージ2に密着させる(ステップS5)。
第1の弾性体7により密閉された空間9に加圧用配管13から気体を入れて空間9の内部の気体を加圧する(ステップS6)。加圧された空間9の内部において半導体装置1に高電圧を印加して(ステップS7)、半導体装置1の電気特性を測定する(ステップS8)。電気特性を測定した後に半導体装置1から接触端子6を離す(ステップS9)。
本実施の形態では、加圧した気体中で試験を行うことができるので、高電圧試験中の放電を抑制することができる。また、試験治具3とテスタ5を接続するケーブルが無いため、試験治具3を容易かつ瞬時に交換できる。また、ケーブルの寄生インダクタンスと寄生容量を削減できるため、測定精度を向上することができる。
実施の形態13.
図18は、実施の形態13に係る試験方法のフローチャートである。本実施の形態では、半導体装置1の電気特性を測定した後、半導体装置1から接触端子6を離す前に、加圧を停止して空間9の内部を常圧に戻す(ステップS10)。圧力容器内で試験を行う場合に比べて本実施の形態では加圧する空間9の体積が小さい。このため、加圧と常圧に戻すために必要な時間が短い。その他のステップ及び効果は実施の形態12と同様である。
実施の形態14.
図19及び図20は、実施の形態14に係る試験方法のフローチャートである。図21,22は、実施の形態14に係る試験方法を示す断面図である。
まず、実施の形態12と同様に、試験治具3を支持台4に載せる(ステップS1)。そして、図21に示すように、押圧機構15で試験治具3を支持台4に押し付けることで、第2の導電部材11を第1の導電部材8に接触させて互いに電気的に接続させる(ステップS2)。これにより、試験治具3の第1の導電部材8は支持台4の第2の導電部材11を介してテスタ5に接続される。
次に、図1等に示すように、半導体装置1をステージ2に載せ(ステップS3)、半導体装置1を吸着穴12から吸引してステージ2に吸着する。次に、図22に示すように、ステージ2をカメラ28の下に移動してカメラ28で半導体装置1を認識して接触端子6とのずれ量を計算する(ステップS11)。次に、ステージ2を試験治具3の下に移動して表面電圧印加接触端子6aと表面電圧測定接触端子6bを半導体装置1の電極パターンと電極パッドに位置合わせする(ステップS12)。
次に、ステージ2を上昇させて接触端子6を半導体装置1に接触させ(ステップS4)、第1の弾性体7をステージ2に密着させる(ステップS5)。第1の弾性体7により密閉された空間9に加圧用配管13から気体を入れて空間9の内部の気体を加圧する(ステップS6)。加圧された空間9の内部において半導体装置1に高電圧を印加して(ステップS7)、半導体装置1の電気特性を測定する(ステップS8)。加圧を停止して空間9の内部を常圧に戻す(ステップS10)。電気特性を測定した後に半導体装置1から接触端子6を離す(ステップS9)。
次に、半導体装置1の電気特性が規格値内かどうかを判定する(ステップS13)。規格外の半導体装置1を不良品置き場(図示せず)に移動させる(ステップS14)。電気特性が規格内の半導体装置1を良品置き場(図示せず)に移動させる(ステップS15)。
次に、試験治具3の交換要否を判定する(ステップS16)。交換が必要と判定された場合、押圧機構15を離して試験治具3を交換し、再び押圧機構15で試験治具3を押圧して固定する(ステップS17)。次の半導体装置1があるかどうかを判定する(ステップS18)。次の半導体装置1がある場合は試験を繰り返し、半導体装置1が無くなれば試験を終了する。
本実施の形態では、試験治具3の交換要否を判定し、交換が必要と判定された場合に試験治具3を交換する。試験治具3とテスタ5を接続するケーブルが無いため、試験治具3を容易かつ瞬時に交換できる。その他のステップ及び効果は実施の形態12と同様である。
2 ステージ、3 試験治具、4 支持台、5 テスタ、6 接触端子、7 第1の弾性体、8 第1の導電部材、9 空間、11 第2の導電部材、13 加圧用配管、14 接点、15 押圧機構、16 第1の平面、17 第2の平面、20 溝、22 第3の導電部材、23 プローブ、24 導体板、25 中継プローブ、26 第2の弾性体、27 第3の弾性体

Claims (14)

  1. ステージと、
    前記ステージの上方に配置された試験治具と、
    前記試験治具を支持する支持台と、
    電気特性を測定するテスタと、
    前記ステージの上面と前記試験治具の下面との間の空間を密閉する第1の弾性体とを備え、
    前記試験治具は、前記試験治具の前記下面から突出した接触端子と、前記接触端子に接続された第1の導電部材とを有し、
    前記支持台は、前記テスタに接続された第2の導電部材を有し、
    前記試験治具を前記支持台に載せた際に前記第1の導電部材が前記第2の導電部材に接続され、
    前記ステージは、前記空間の内部の気体を加圧する加圧用配管を有し、
    前記試験治具は前記支持台に固定されずに前記支持台の上に載せられており、前記支持台に対して着脱可能であることを特徴とする試験装置。
  2. 前記第1の導電部材は、前記第2の導電部材と接触する接点を有し、
    前記接点と前記第2の導電部材との接触抵抗は、前記接点を除いた前記第1の導電部材の部分と前記第2の導電部材との接触抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の試験装置。
  3. 前記試験治具を前記支持台に向かって押圧する押圧機構を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の試験装置。
  4. 前記試験治具は、前記接触端子の伸びる方向に対して垂直な第1の平面を有し、
    前記支持台は、前記ステージの前記上面に対して平行な第2の平面を有し、
    前記試験治具を前記支持台に載せた際に前記第2の平面が前記第1の平面に接触することを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の試験装置。
  5. 前記試験治具の側面に溝が設けられていることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の試験装置。
  6. 前記支持台は、前記テスタに接続された第3の導電部材を有し、
    前記ステージは、前記第3の導電部材に接触するプローブを有することを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の試験装置。
  7. 前記第1の弾性体は前記支持台の下面に取り付けられていることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の試験装置。
  8. 前記試験治具の前記下面に対向して前記ステージの上に設けられた導体板を更に備えることを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載の試験装置。
  9. 前記第1の導電部材と前記第2の導電部材との間に設けられた中継プローブを更に備えることを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の試験装置。
  10. 前記試験治具と前記支持台との接触面の全周に設けられた第2の弾性体を更に備えることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の試験装置。
  11. 前記試験治具は、前記接触端子が設けられた第1の部材と、前記支持台により支持される第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材との接触面の全周に設けられた第3の弾性体とを有することを特徴とする請求項1~10の何れか1項に記載の試験装置。
  12. 請求項1~11の何れか1項に記載の試験装置を用いた試験方法であって、
    前記試験治具を前記支持台に載せて前記第1の導電部材を前記第2の導電部材に接続させるステップと、
    半導体装置を前記ステージに載せるステップと、
    前記ステージを上昇させて前記接触端子を前記半導体装置に接触させ、前記第1の弾性体をステージに密着させるステップと、
    前記第1の弾性体により密閉された前記空間の内部の気体を加圧するステップと、
    加圧された前記空間の内部において前記半導体装置に電圧を印加して前記半導体装置の電気特性を測定するステップと、
    前記電気特性を測定した後に前記半導体装置から前記接触端子を離すステップを備えることを特徴とする試験方法。
  13. 前記電気特性を測定した後、前記半導体装置から前記接触端子を離す前に、加圧を停止して前記空間の内部を常圧に戻すステップを更に備えることを特徴とする請求項12に記載の試験方法。
  14. 前記試験治具の交換要否を判定するステップと、
    交換が必要と判定された場合に前記試験治具を交換するステップとを更に備えることを特徴とする請求項12又は13に記載の試験方法。
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