JPH01319961A - 半導体素子検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子の特性を検査する半導体素子検査
装置に係り、特に被検査対象が高密度。

超多ピンであっても、高精度で高速電気特性を測定する
ために好適な半導体素子検査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体素子の検査には、第６図に示すごとく、半
導体素子２を形成したウェハ１の個人のチップ状の半導
体素子２の表面の縁に、蒸着、ン、バッタあるいはめっ
き等により形成したｉ！極３を使用し、第７図、第８図
に示すように、プローブカード４から斜めに出たタング
ステン針などのプローブ５を、該プローブ５のたわみを
利用した接触圧により、前記電極３をこすって接触をと
り、その電気特性を検査する技術が用いられている。

一方、半導体素子の高密度化が進み、第９図に示すよう
に、はんだ溶融接続に供するはんだボール６をその電極
上に有する半導体素子２を、はんだ溶融によって第１０
図に示すように、セラミックス多層基板などの配線基板
７の表面の電極８と半導体素子２の電極上のはんだボー
ル６で接続する技術は、高密度実装９歩留まりの高い一
括接続に適することから、その応用が拡大している。

さらに、半導体素子の高密度化が進み、高速信号による
動作試験が必要になった場合のはんだ溶融接続に供する
はんだボールをその電極上に有する半導体素子の特性検
査を可能とする検査方法および検査装置として、従来、
特開昭５９−７３１２９号公報に記載の技術がある。こ
の従来技術は、第１１図および第１２図に示すように、
プローブカード１１と、これの一方の面に設けられた多
数の突起電極１２ト、プローブカード１１の他方の面に
設けられた熱源１３とを備えている。前記プローブカー
ド１１は、信号用導体配線９と、電源導体層１０とを有
する多層基板とされている。前記信号用導体配線９は、
電源導体層１０をレファレンス層としたストリップ線路
またはマイクロスｌ−ＩＪツブ線路となっており、一定
の特定インピーダンスとなっている。前記突起電極１２
は、被検査対象である半導体素子２の電極に対応する位
置に設けられ、またプローブカード１１の内部の信号用
導体配線９や電源導体層１０に接続されている。前記熱
源１３は、各突起電極１２を加熱するようになっている
。

そして、この従来技術では、熱源１３により各突起電極
１２を加熱し、半導体素子２上のはんだボール６に突起
電極１２を押し当て、はんだの溶融により導通をとり、
信号の授受を行い、半導体素子２の検査を行ったのち、
再度前記突起電極１２を加熱し、はんだを溶かして突起
電極１２を引き離し、半導体素子２の検査を終了するよ
うにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記第７図、第８図に示す従来のプローブカードによる
検査技術では、プローブ５の形状から、そこでの集中イ
ンダクタンスが大きく、高速信号での検査に限界がある
。すなわち、プローブカード４上での信号線の特性イン
ピーダンスをＲ，プローブ５の集中インダクタンスをＬ
とすると、時定数はＬ／几となり、Ｒ＝５００、Ｌ＝５
ＯｎＨの場合は１ｎＳで、この程度の高速信号を扱うと
波形がなまり、正確に検査ができない。したがって、通
常は直流的な特性検査に限られている。また、この第７
図、第８図に示す従来技術では、プローブ５の空間的な
配置に限界があり、半導体素子の電極の高密度化、総数
の増大番こ対応できなくなっている。

一方、第１１図、第１２図に示す従来技術、つまりはん
だ溶融により半導体素子の電極と突起電極１２間の導通
をとって、信号用導体配線９を一定の特性インピーダン
スをもつラインに形成した多層基板からなるプローブカ
ード１１で検査する技術では、高速電気特性を検査する
ことは可能であるが、半導体素子２の電極上のはんだボ
ール６を溶融させる必要があるため、半導体素子２に熱
ストレスを与え、また作業性が悪く、検査時間が長くな
るという問題がある。

前記半導体素子の検査を行うためには、短時間で半導体
素子にストレスを与えることが少なく、高密度で超多ピ
ンであっても正確に接触でき、高速電気特性を測定可能
な検査装置が必要である。

本発明の目的は、被検査対象である半導体素子が高密度
で超多ピンであっても、その半導体素子を高精度で、効
率よく、しかも半導体素子にストレス等の悪影響を与え
ることなく検査可能で、簡素な構造の半導体素子検査装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、複数枚のプローブ固定用基板に、互いに重
なり合うスルーホールを複数個ずつ設け、前記プローブ
固定用基板を重ね合わせるとともにスルーホールを位置
合わせし、この位置合わせされたスルーホールの各組に
プローブを挿通し、複数本のプローブにおける被検査対
象に接触させる側の端部を同一平面上に揃えて固定し、
各プローブの他端部を、パターン拡大用基板を通じて検
査回路に、検査用信号の授受を行い得るように接続した
ことにより、達成される。

さらに、前記目的は複数枚のプローブ固定用基板に、互
いに重なり合うスルーホールを複数個ずつ設け、前記プ
ローブ固定用基板を重ね合わせるとともにスルーホール
を位置合わせし、この位置合わせされたスルーホールの
各組に、同軸ケーブルの芯線をプローブとして挿通し、
複数本のプローブにおける被検査対象に接触させる側の
端部を同一平面上に揃えて固定し、前記プローブとして
の同軸ケーブルの芯線を、検査回路に検査用信号の授受
を行い得るように接続したことによっても、達成される
。

〔作用〕

本発明では、複数枚のプローブ固定用基板のスルーホー
ルを位置合わせして重ね合わせ、位置合わせされたスル
ーホールの各組にプローブを挿通し、各プローブの先端
部を揃え、プローブ固定用基板にプローブを固定するこ
とができる。

その結果、プローブの先端部を全て揃えることができる
ので、平面上でのプローブの位置精度は、スルーホール
の位置精度によりて決まる。このスルーホールは、プロ
ーブ固定用基板にドリル加工。

エツチング加工、放電加工等により、高精度に簡単に加
工することが可能である。したがって、半導体素子が高
密度で超多ピンであっても、その半導体素子を高精度で
、効率よく検査することが可能となる。

また、本発明では被検査対象である半導体素子に、プロ
ーブを接触させて検査するだけで、半導体素子のはんだ
ボールを加熱、溶融する必要がなく、したがって半導体
素子にストレス等の悪影響を与えることなく検査するこ
とができる。

そして、本発明ではプローブとして同軸ケーブルの芯線
を用い、この同軸ケーブルを検査回路に接続しているの
で、装置の構造をより一層簡素化することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面ｔこより説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第２図は
第１図の要部の拡大縦断面図である。

これらの図に示す実施例では、２枚のプローブ固定用基
板１４ａ、１４ｂと、複数本のプローブ１５と、パター
ン拡大用基板１７と、配線基板２１と、この配線基板２
１に固定された検査回路（図示せず）とを備えて構成さ
れている。

前記プローブ固定用基板１４ａ、１４ｂは、セラミック
スまたはガラスなどの絶縁材で形成されている。また、
プロニブ固定用基板１４、、１４ｂには半導体素子２の
電気特性測定用の電極上のはんだボール６に対応する位
置に、プローブ用のスルーホールが複数個設けられてい
る。

前記プローブ１５は、タングステン、またはベリリウム
鋼に金もしくはロジュームめっきして形成されており、
先端部が適度に尖った形状に形成されている。このプロ
ーブ１５は、プローブ固定用基板１４ａ、１４ｂに設け
られたスルーホールに挿通されている。さらに、各プロ
ーブ１５における半導体素子２に接触させる側の先端部
、つまり尖った先端部は、平面度の良好な平板に当てら
れ、同一平面上に揃えられている。

そして、前記複数本のプローブ１５を２枚のプローブ固
定用基板１４ａ、Ｌ４ｂのスルーホールの各組に挿通後
、プローブ固定用基板１４ａ、１４ｂを重ね合わせたま
ま、第２図に矢印で示すように、適度にずらすことによ
り、プローブ固定用基板１４ａ。

１４　ｂに各プローブ１５を仮止めし得るようになって
いる。

前記プローブ固定用基板１４ａ、１４ｂにプローブ１５
を仮止め後、プローブ１５の他端部はプローブ固定用基
板１４ａ、１４ｂに２液温合形のエポキシ樹脂または熱
硬化性樹脂１６により固定されている。

前記パターン拡大用基板１７は、セラミックス多層配線
板で形成されている。このパターン拡大用基板１７にお
けるプローブ固定用基板１４　ｂ側の一方の面には、各
プローブ１５番こ対応する位置に電極′Ｊ８が設けられ
ており、各電極１８ははんだボール１９により当該プロ
ーブ１５の他端部に接続されている。

前記パターン拡大用基板１７の他方の面には、電極２０
が設けられており、この電極２ｏは前記電極１８に内部
配線を通じて接続されていて、パターンを拡大するよう
になっている。

前記配線基板２１は、ガラスエポキシ配線板で形成され
ている。この配線基板２１には、前記パターン拡大用基
板１７側に電極２２が設けられている。この電極２２は
、前記パターン拡大用基板１７の他方の面に設けられた
電極２０とインピーダンスを整合しマ１、はんだｎによ
り接続されている。また、この配線基板２１には検査回
路（図示せず）が固定されＣおり、この検査回路は同軸
コネクタ２４に接続されている。

前記２枚のプローブ固定用基板１４ａ、１４ｂに、ｉｆ
ｆ度のスルーホールを加工するには、素材としての絶縁
材基板を２枚重ね合わせて固定しておき、例えば−括し
てドリル加工する。これにより、ピ・・ノチ誤差のない
スルーホールを持ったプローブ固定用基板１４ａ、１４
ｂを形成することが可能となる。

この実施例の半導体素子検査装置では、半導体素子２の
電気特性測定用の電極に対する位置に、数ミツ０フ以内
の精度で穴あけ加工ができるので、プローブ固定用基板
１４ａ、１４ｂに高精度のスルーホールを設けることが
できる。

また、この実施例ではプローブ固定用基板１４ａ。

１４　ｂのスルーホールを位置合わせして重ね合わせ、
この位置合わせされたスルーホールの各組にプローブ１
５を挿通し、プローブ固定用基板１４ａ、１４ｂを重ね
合わせたまま、適度に平行にずらしてプローブ１５を一
斉に仮止めしたうえで、２液温合のエポキシ樹脂または
熱硬化性樹脂１６により固定するようにしているので、
プローブ１５をプローブ固定用基板１４ａ、１４ｂに正
確に固定することができる。

したがって、半導体素子２が高精度で超多ピンであって
も、高精度で効率よく検査することが可能となる。

さらに、この実施例ではプローブ１５の先端部は、平面
方向の位置精度が良好なだけでなく、垂直方向の位置精
度も良好なため、±１０μｍ以下の精度が実現でき、プ
ローブ１５の被接触対象であるはんだボール６に対する
相対位置を機械的に制御することにより、プローブ１５
をはんだボール６に適度な深さに挿入すれば、０．５Ω
以下の良好な接触特性を容易ζζ得ることができる。

しかも、構造上、プローブ１５の長さは３Ｈ以下にする
ことが可能で、クロストークおよび反射などの高速電気
信号の乱れを極力小さくすることができ、他の配線構成
部がすべてインピーダンスの整合がとれているため、半
導体素子２の高速電気特性を検査できる。

次に、第３図は本発明の他の実施例を示すもので、要部
の拡大縦断面図である。

この第３図に示す実施例では、３枚のプローブ固定用基
板１４ｃ　、　１４ｄ　、　１４　ｅを重ね合わせて使
用している。

そして、３枚のプローブ固定用基板１４　ＣＴ　１４　
ｄ１４　ｅの重ね合わされたスルーホールの各組にプロ
ーブ１５を挿通後、中間のプローブ固定用基板１４　ｄ
を矢印方向にずらして複数本のプローブ１５を一斉に仮
止めして固定し得るようにしている外は、前記第１図お
よび第２図に示す実施例と同様である団ついで、第４図
は本発明の別の実施例を示すもので、要部の拡大縦断面
図である。

この第４図に示す実施例では、プローブとして同軸ケー
ブル２５の芯線２６が用いられている。

そして、前記同軸ケーブル２５のシールド２７を導電性
の樹脂またははんだなどの導電材２８により共通のアー
スをとったうえで、前記同軸ケーブル２５を同軸コネク
タ２９に接続している。

前記同軸コネクタ２９は、検査回路（図示せず）に直接
つながっている。

この第４図に示す実施例では、第１図、第２図に示す実
施例と同様の機能を有する外、装置全体の構造をより一
層簡素化することが可能となる。

さらに、第５図は本発明の異なる実施例を示すもので、
要部の拡大縦断面図である。

この第５図に示す実施例では、同軸ケーブル２５のシー
ルド２７を共通のアースをとるため、絶縁性のプローブ
固定用基板１４　ｂに、しんちゅうまたは銅などの導電
性の材料で形成されかつスルーホールを設けた基板３０
を重ね合わせ、同軸ケーブル２５の芯線２６を覆うポリ
テトラクルオルエチレンなどの絶縁材３１を挿入して固
定している。

この第５図に示す実施例の他の構成は、前記第４図に示
す実施例と同様であり、その機能も同様である。

［：発明の効果〕 以上説明し７た本発明の請求項１に記載の発明ｌこよれ
ば、複数枚のプローブ固定用基板のスルーホールを位置
合わせして重ね合わせ、位置合わせされたスルーホール
の各組にプローブを挿通し、各デＵ−ブの先端部を揃え
、プローブ固定用基板にブし」−ブを固定することがで
きる結果、プローブの先端部を全て揃えることができる
ので、平面上ζ２０つプローブの位置ｎ１度は、スルー
ホールの位置槽、度によって決まり、そのスルーホール
は、プローブ固定用基板にドリル加工、エツチング加工
。

放電加工等により、高精度に簡単に加工することがｂＴ
能である。したがって、半導体素子が高密度で、超多ピ
ンであっても、その半導体素子を高精度で、効率よく検
査し得る効果がある。

また、本発明の請求項１に記載の発明によれば、被検査
対象である半導体素子に、プローブを接触させて検査す
るだけで、半導体素子のはんだボールを加熱、溶融する
必要がなく、したがって半導体素子にストレス等の悪影
響を与えることなく検査し得る効果があり、装置全体を
簡素化し得る効果がある。

さらに、本発明の請求項２に記載の発明によれば、プロ
ーブとして同軸ケーブルの芯線を用い、この同軸ケーブ
ルを検査回路に接続しているので、装置全体の構造をよ
り一層簡素化し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図、第２図は
第１図の要部の拡大縦断面図、第３図。 第４図、第５図はそれぞれ本発明の他の色々な実施例を
示すもので、要部の拡大縦断面図である。 第６図は従来使用されていた半導体素子の電極配置を示
す斜視図、第７図は検査用プローブの従来技術を示す縦
断正面図、第８図は第７図の底面図、第９図は電極上に
はんだボールを有する半導体素子を示す斜視図、第１０
図ははんだ溶融接続をした半導体素子の実装状態を示す
斜視図、第１１図はプローブカードと突起電極と熱源と
を有する従来技術の正面図、第１２図は第１１図の一部
拡大断面図である。 ２・・・被検査対象である半導体素子 ６・・・半導体素子のはんだボール １４　ａ〜１４　ｅ・・・プローブ固定用基板１５・・
・プローブ　　　　　１７・・・パターン拡大用基板１
８　、２０　、２２・・・電極 ２１・・・検査回路を設けた配線基板 ２４・・同軸コネクタ　　　怒・・・同軸ケーブル２６
・・芯線　　　　　　　２７・・・シールド絽・・・導
電材　　　　　　２９・・・同軸コネクタ３０・・・導
電材の基板　　　３１・・・絶縁材代理人　：９ｆｌ埋
士　　ｌ卦　川　；房　男＆１ｖ １２２　　　　　　　名３図 １５１０−１　　　　　　　　　　　２＋　同ｌ由っ子
り９３７　図 ．６ｇ　　臣 ■　９　図 Ｚ　）０回 名）２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数枚のプローブ固定用基板に、互いに重なり合う
   スルーホールを複数個ずつ設け、前記プローブ固定用基
   板を重ね合わせるとともにスルーホールを位置合わせし
   、この位置合わせされたスルーホールの各組にプローブ
   を挿通し、複数本のプローブにおける被検査対象に接触
   させる側の端部を同一平面上に揃えて固定し、各プロー
   ブの他端部を、パターン拡大用基板を通じて検査回路に
   、検査用信号の授受を行い得るように接続したことを特
   徴とする半導体素子検査装置。 ２、複数枚のプローブ固定用基板に、互いに重なり合う
   スルーホールを複数個ずつ設け、前記プローブ固定用基
   板を重ね合わせるとともにスルーホールを位置合わせし
   、この位置合わせされたスルーホールの各組に、同軸ケ
   ーブルの芯線をプローブとして挿通し、複数本のプロー
   ブにおける被検査対象に接触させる側の端部を同一平面
   上に揃えて固定し、前記プローブとしての同軸ケーブル
   の芯線を、、検査回路に検査用信号の授受を行い得るよ
   うに接続したことを特徴とする半導体素子検査装置。