JPH11258268A

JPH11258268A - 半導体素子検査装置および検査方法

Info

Publication number: JPH11258268A
Application number: JP10084972A
Authority: JP
Inventors: Takeo Hara; 武生原; Hisashi Oguro; 寿小黒; Ryoji Sedaka; 良司瀬高
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JP3674300B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡ等の電極がバンプ形状を有する半導
体素子を、異方導電性シートを用いて電気的性能を検査
する際に、被検査半導体素子の電極と異方導電性シート
の導電部との高精度な位置合せ、ならびに被検査半導体
素子の電極の変形の低減が可能な半導体素子検査装置を
提供すること。【解決手段】検査対象半導体素子と電気的検査装
置の間に、異方導電性シートを介在させて当該素子の電
気的検査を行う電気的検査装置であって、前記異方導電
性シートと検査対象半導体素子との間に柔軟性を有する
基板を介在させ、該基板には検査対象半導体素子の各被
検査電極に対応した位置に電極径より小さな径の開口部
を設け、かつ開口部の内部が導電材料で被覆されてお
り、前記異方導電性シートはシートの厚さ方向に電気的
に導通性を有することを特徴とする半導体素子検査装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ等の電極が
バンプ形状を有する半導体素子を検査対象とした半導体
素子検査装置に関するものである。さらに詳しくは、半
導体素子の電気的性能を異方導電性シートを介在させて
検査する際に、柔軟性を有する基板を介在させることに
より被検査半導体素子の電極と異方導電性シートの導電
部との高精度な位置合せ、ならびに被検査半導体素子の
電極の変形の低減が可能な半導体素子検査装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機器の小型化、高性能化に伴
い、半導体素子の電極数は増加し、その電極ピッチも微
細化する傾向にある。また、ＢＧＡ等のようにその裏面
にバンプ形状の電極が形成されたパッケージＬＳＩは、
機器に実装する上において、その専有面積を小さくでき
るためその重要性が高まってきた。一方、異方導電性シ
ートは、厚さ方向にのみ導電性を示すもの、または加圧
されたときに厚さ方向にのみ導電性を示す多数の加圧導
電性導電部を有するものなどであり、種々の構造のもの
があり、例えば特公昭５６−４８９５１号公報、特開昭
５１−９３３９３号公報、特開昭５３−１４７７７２号
公報、特開昭５４−１４６８７３号公報などにより知ら
れている。かかる異方導電性シートは、回路基板等の電
気検査の際に電極を傷つけることなく、確実な電気的接
続を達成できる点で有効であり、実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記、異方導
電性シートを用いて、微細な電極ピッチを有するＢＧＡ
等の半導体素子の電気検査を行う場合、その半導体素子
の微細かつ高密度な電極と異方導電性シートの導電部と
の位置合わせが重要であり、電極間のピッチが微細かつ
高密度になるほどその重要性が増す。また、半導体素子
の電極が微細になるほど電極の検査工程での加圧による
変形が著しくなる傾向にあり、ハ゛ーンイン試験等の高温下の
試験では試験中の電極部の変形が、試験後の実装工程に
影響を与える場合もあり、これらの点でも技術的な対応
が求められてきている。しかし、従来においては、例え
ばその半導体素子の外形を元に位置決め板等で位置を規
制しても、素子製造時に生ずる外形の微妙な寸法バラツ
キ、そり、電極位置のずれ等により、半導体素子の電極
部と異方導電性シートの導電部との電気的接続が十分に
確保できるように確実な位置合わせを行うことは困難で
あった。また、従来においては、例えば粒径の小さいハン
タ゛ホ゛ールを電極とする半導体素子を高温下で上面から加圧
した状態で検査した場合、ハンタ゛ホ゛ールの先端が平坦化し、
総厚が変わることにより試験後の実装の際に障害をきた
す例も現れてきた。

【０００４】本発明は以上のような問題点を解決するも
のであって、その目的は、検査対象であるＢＧＡ等の半
導体素子の電極間隔のピッチが微細であっても、また半
導体素子の外形に多少の寸法バラツキ、そり、電極位置
のずれ等があっても、半導体素子の電極部と異方導電性
シートの導電部との電気的接続が確保され、半導体電極
が微細で検査時の加圧により変形を起こしやすいもので
あってもその変形を十分に低減できる半導体素子検査装
置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、検査
対象半導体素子と電気的検査装置の間に、異方導電性シ
ートを介在させて当該半導体素子の電気的検査を行う電
気的検査装置であって、前記異方導電性シートと検査対
象半導体素子との間に柔軟性有する基板を介在させ、該
基板には検査対象半導体素子の各被検査電極に対応した
位置に電極径より小さな径の開口部を設け、かつ開口部
の内部および必要に応じて開口部周辺が導電材料で被覆
されており、前記異方導電性シートはシートの厚さ方向
に電気的に導通性を有することを特徴とする半導体素子
検査装置を提供するものである。また、上記半導体素子
検査装置において、検査対象半導体素子の被検査電極が
該素子平面より突出した形状を有し、該電極の一部がが
基板の開口部に挿入され、異方導電性シートの導電部と
圧接される機構を有する半導体素子検査装置を提供する
ものである。また、本発明は、上記の半導体素子検査装
置を用いて、半導体素子の電気的特性を検査する検査方
法を提供するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において、柔軟性を有する
基板は、検査対象半導体素子の各被検査電極に対応した
位置に電極径より小さな径の開口部を設け、かつ開口部
の内部および必要に応じて開口部周辺が導電材料で被覆
されている。該基板の開口部は、検査対象半導体素子を
異方導電性シートを介在させて電気的検査を行う際に、
検査対半導体素子の電極の一部が該開口部に挿入され、
異方導電性シートの導電部と接合もしくは圧接されるも
のである。また、該絶縁性シートの開口部は異方導電性
シートと一体的に配置して用いるが、その状態で基板と
異方導電性シートとが接合されていてもよい。異方導電
性シートとしては、その全面が厚さ方向に電気的に導通
性のものでもよいし、部分的に厚さ方向に電気的に導通
性のものでもよい。好ましいのは、基板の各開口部に対
応する位置に、各々厚さ方向に電気的に導通性の導電部
を有する異方導電性シートである。

【０００７】本発明の柔軟性を有する基板によれば、位
置決めピン等を利用することにより、基板の開口部が異
方導電性シートの導電部と同一位置に配置することがで
きる。このように配置した基板の異方導電性シートとは
反対側の面に、被検査半導体素子が設置される。本発明
の対象となる半導体素子は、フリップチップ等のベアチ
ップＬＳＩ，ＢＧＡ等のパッケージＬＳＩ，ＭＣＭ等の
複数の半導体素子が搭載されたモジュール基板、回路基
板等であり、特に、その電極が素子平面から突出してい
るバンプ状のものに対して効果的である。さらに、バン
プはボール形状、円柱形状、角柱形状のものが特に好ま
しい。このような電極が半導体素子平面から突出してい
る被検査半導体素子であると、該突出電極の各々を基板
の対応する各開口部に挿入することにより，半導体素子
の電極部と異方導電性シートの導電部とを正確に位置決
めすることができる。そしてこの状態で半導体素子の電
気検査で通常行われる程度の加圧を行えば、半導体素子
の電極と異方導電性シートの導電部との電気的接続が確
保できる。また、半導体素子のバンプ状の電極の径は柔
軟性を有する基板の開口部の径より大きいため、挿入さ
れた電極はその先端が異方導電性シートにふれないた
め、その変形は十分に低減できる。

【０００８】また、本発明の柔軟性を有する基板は、透
明であっても不透明であってもよいが、半導体素子の電
極部を開口部に挿入する際に目視で確認できる点で透明
である方が好ましい。また、本発明の基板と異方導電性
シートとは、別々に製造して組み合わせてもよいし、あ
らかじめ両者を一体化して製造してもよいが、両者の位
置合わせが正確にでき、位置合わせの手間を省ける点
で、一体化されていることが好ましい。両者を一体化す
るためには、それぞれを成形した後に、両者の接合する
面にシランカップリング剤等の接合剤を塗布し加熱する
方法、基板の存在下に異方導電性シートを製造する方法
等が挙げられる。

【０００９】本発明に用いる異方導電性シートは、本発
明の基板の開口部に対応する部分（導電部）の表面が、
シート平面上に突起を有していてもよいし、平面でもよ
いし、またへこんで凹部となっていてもよい。また、本
発明に用いる異方導電性シートは、絶縁性で弾性を有す
る高分子物質中に導電性粒子が充填され、厚さ方向に電
気的に導通しているものが好ましく、特に、弾性を有す
る高分子物質で構成された絶縁部中に、導電性粒子が密
に充填されて構成された複数の導電部が形成され、シー
トの厚さ方向に電気的に導通しているものが好ましい。
該導電部は異方導電性シートの全面に密に配置されてい
てもよいが、隣接したもの同士の電気的ショートを防止
し、確実な導通を得られる点で、基板の開口部に対応し
た位置に基板の開口径より大きな径で柱状に配置したも
のが好ましい。

【００１０】上記異方導電性シートの導電部を構成する
導電粒子としては、例えばニッケル、鉄、コバルトなど
の磁性を示す金属粒子もしくはこれらの合金の粒子、ま
たはこれらの粒子に金、銀、パラジウム、ロジウムなど
の導電性のよい金属のメッキを施したもの、非磁性金属
粒子もしくはガラスビーズなどの無機質粒子またはポリ
マー粒子にニッケル、コバルトなどの導電性磁性体のメ
ッキを施したものなどを挙げることができる。これら
の中ではニッケル粒子の表面に金や銀のメッキを施した
粒子が好ましい。

【００１１】絶縁部を構成する絶縁性で弾性を有する高
分子物質としては、架橋構造を有する高分子物質が好ま
しい。かかる架橋構造を有する高分子物質を得るために
用いることができる高分子材料としては、シリコーンゴ
ム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、スチ
レンーブタジエン共重合体ゴム、アクリロニトリルーブ
タジエン共重合体ゴム、エチレンープロピレン共重合体
ゴム、ウレタンゴム、ポリエステル系ゴム、クロロプレ
ンゴム、エピクロルヒドリンゴムなどを挙げることがで
きる。これらの中では、成形性、電気特性の点でシリコ
ーンゴムが好ましい。異方導電性シートは、上記成形材
料を用いて形成した層の厚さ方向に平行磁場をかけて、
その磁力によって導電粒子を移動させながら、硬化する
ことによって製造することができる。

【００１２】以下、図面によって本発明を具体的に説明
する。図１は本発明の絶縁性シートを用いた半導体素子
検査装置およびそこに検査対象半導体素子を装着した具
体的構成例を示すものである。検査対象のパッケージＬ
ＳＩ１の電極１ａは、パッケージＬＳＩ１の面から突出
しており、基板２の開口部２ａに挿入されている。一
方、異方導電性シート３は、厚さ方向に電気的に導電性
の導電部を複数有し、その導電部３ａが基板の開口部２
ａに対応した位置となるように位置決めピン４で位置を
規制されている。検査対象のパッケージＬＳＩ１の電極
１ａと基板の開口部内部の導電部２ａと異方導電性シー
トの導電部３ａとは、加圧板５を介して十分な電気的接
続を得る程度に加圧接触されており、異方導電性シート
の導電部と対応した位置から配線を引き出した基板６を
介して、パッケージＬＳＩの各電極は外部の電気的検査
測定機に接続されている。

【００１３】柔軟性を有する基板１の厚さは、実用的に
好ましくは０．０１−１ｍｍ、より好ましくは０．０５
−０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１−０．５ｍｍ程
度の厚みで用いられる。この厚さは、検査対象ＩＣ基板
の電極の突出高さを考慮して設定することができる。基
板の材質は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の
熱硬化性樹脂や、例えばポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などのポリエステ
ル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアク
リロニトリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン
樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリフェニ
レンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミ
ド、ポリオキシメチレン等の熱可塑性樹脂などが用いら
れる。これらの中では、耐熱性、寸法安定性の点で熱硬
化性樹脂が好ましく、特にポリイミド樹脂が好ましい。

【００１４】基板の開口部は、その内部が導電材料で被
覆されているものであり、好ましくはさらに開口部周辺
の表面も導電材料で被覆されているものである。かかる
開口部は、例えば上記基板材料からなるシートの所定位
置に穴を開け、その内部や開口部周辺を導電材料で被覆
することにより製造することができる。開口部の穴あけ
は、ＮＣ(Numerical Control)制御のドリル穴あけ装置
やレーザー加工装置を用いて行うことができる。ま
た、多数のピンを有する金型を用いて成形することによ
っても製造できる。基板の開口部の形状は、電極部の形
状に合わせて円形であっても角形であってもまた異形の
ものであってもよいが、通常、円形とすることが好まし
い。また、開口部は、回路基板の各電極に対応した位置
に開ける必要がある。例えばＢＧＡの場合、その電極位
置に対応して図２のように格子状（グリッド）に配列し
て開けるのが好ましい。上記開口部の内部や開口部周辺
を導電材料で被覆する方法としては、メッキ、エッチン
グ等の方法で行うことができる。導電材料としては、
金、銀、銅、パラジウム、ロジウムなどの導電性のよい
金属が好ましく用いられるが、他にニッケル、アルミニ
ウム、鉄、コバルトなどを用いても良く、またこれらの
合金を用いてもよい。

【００１５】被検査対象半導体素子と絶縁シートおよび
／または異方導電性シートとの位置合わせは、上記開口
部を有する基板のみでも可能であるが、例えば図４に示
されるような位置合わせ板７などを併用することができ
る。

【００１６】以下、本発明の実施例を説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例】実施例１厚さ０．２ｍｍの両面銅貼りフィルムに、ＮＣ制御のド
リル穴あけ装置で、検査対象パッケージＬＳＩの球状
（径０．３ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ）のバンプ（０．５
ｍｍピッチ）に対応した位置に０．２ｍｍ径の穴を多数
開け、金メッキ処理をすることにより、図２に示すよう
に開口部の内部側および開口部周辺の表面に金属皮膜を
被覆した。なお、基板の４隅には位置決めピン用のガイ
ド穴を４点設け、位置決めならびに電極の変形を低減す
るための柔軟性を持った基板を製造した。

【００１７】次に、熱硬化型シリコーンゴムに平均粒径
４０μmの金メッキしたニッケルよりなる導電性磁性体
粒子を１２体積％となる割合で混合して成形材料を調製
した。この成形材料を金型のキャビティ内（厚み０．２
５ｍｍ）に層状に配置した。この金型は、各々電磁石で
構成される上型と下型よりなり、上型と下型には、それ
ぞれ検査対象パッケージＬＳＩの電極位置に対応したパ
ターンの強磁性体部分と、それ以外の非磁性体部分を有
し成形材料と接する磁極板が設けられている。また、上
記の上下の磁極板は、上記イミドフィルムの４隅のガイ
ド穴に相当する位置にガイドピンをたてることにより位
置合わせを行った。この状態で上型と下型とを電磁石の
間に挟み、異方導電性シート材料層の厚さ方向に平行磁
場を作用させて、導電性粒子を金型内の強磁性体部分に
集め、かつ磁場方向に並べさせた。この状態で、圧力を
加えながら１００℃、１時間かけて異方導電性シート材
料を硬化させて異方導電性シートを製造した。上記のよ
うに成形金型の４隅にガイドピンをたてることにより、
４隅に位置合わせ用のガイド穴を有する異方導電性シー
トが得られた。

【００１８】上記のようにして得られた基板および異方
導電性シートを用いて、図１に示した構成とし、無作為
に抽出した１００個のパッケージＬＳＩについて電気検
査を行なった。パッケージＬＳＩの各電極の間隔のピッ
チは０．５ｍｍと微細で、ＩＣパッケージには若干のそ
り等が見られていたが、位置合わせが容易かつ正確であ
り、対象としたパッケージＬＳＩ全数の電気検査を精度
よく行うことができた。

【００１９】実施例２被検査物として、０．３ｍｍ径のハンダボールを電極と
し、電極間隔が０．５ｍｍピッチのマトリクス状の電極
を有するＢＧＡを用い、実施例１と同様にして１２５℃
の高温下に上記構成の検査装置を投入し、高温下での電
気検査を行なった。その結果、無作為に抽出した１０個
のパッケージすべてについて電気検査を精度よく行なう
ことができた。また、試験後の被検査物の電極には側面
にわずかな圧痕は見られるもののハンダボールの外径な
らびに高さには６％以上の変化は見られなかった。

【００２０】

【発明の効果】本発明の半導体素子検査装置よれば、半
導体素子の各電極部を柔軟性を持った基板の開口部に挿
入することにより正確に位置決めができ、さらに位置決
めピン等を利用することにより、半導体素子の電極部と
異方導電性シートの導電部とを正確に対応させることが
でき、この状態で半導体素子に加圧を行えば、半導体素
子の電極と異方導電性シートの導電部との電気的接続が
確保できる。このため微細かつ高密度の半導体素子電極
であっても、精度よく電気的検査装置（治具）との導通
ができ、効率よく半導体素子の検査ができる。また、本
発明の構成にすることにより、高温下での試験において
も半導体素子のバンプ状の電極の変形を大幅に低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子検査装置の構成の一例を示
す説明図である。

【図２】本発明に用いる柔軟性をもった基板の平面図の
一例である。

【図３】本発明に用いる基板の開口部の断面図の一例で
ある。

【図４】本発明の半導体素子検査装置の構成の一例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１検査対象のパッケージＬＳＩ１ａ電極２基板２ａ開口部２ｂ導電材料被覆３異方導電性シート３ａ導電部４位置決めピン５加圧板６基板７位置合わせ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象半導体素子と電気的検査装置の間
に、異方導電性シートを介在させて当該素子の電気的検
査を行う電気的検査装置であって、前記異方導電性シー
トと検査対象半導体素子との間に柔軟性を有する基板を
介在させ、該基板には検査対象半導体素子の各被検査電
極に対応した位置に電極径より小さな径の開口部を設
け、かつ開口部の内部および必要に応じて開口部周辺が
導電材料で被覆されており、前記異方導電性シートはシ
ートの厚さ方向に電気的に導通性を有することを特徴と
する半導体素子検査装置。
【請求項２】前記異方導電性シートは、シートの厚さ方
向に電気的に導通性の複数の導電部が前記基板の開口部
と対応するように配置されてなることを特徴とする請求
項１記載の半導体素子検査装置。
【請求項３】検査対象半導体素子の被検査電極が、該素
子平面より突出した形状を有し、該電極の一部が基板の
開口部に挿入され、異方導電性シートの導電部と圧接さ
れる機構を有する請求項１の半導体素子検査装置。
【請求項４】請求項１記載の半導体素子検査装置を用い
て、半導体素子の電気的特性を検査する検査方法。