JPS63122140A - 半導体素子検査装置及びその製法 - 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、はんだ接続用端子を有する半導体素子の特性
を検査する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子の検査には、第８図に示したような半導体素
子を形成したウェノＳ１の個々のチップ状の半導体素子
２０表面の縁に、蒸着、スパッタあるいはめつぎ等によ
り形成した電極５を使用して第２図、第５図に示すよう
にプローブカード４からかな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５をこすって接触をとり、その電
気特性を検査する方法が用いられている。

半導体素子の高密度化が進み、第４図に示したようには
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
する半導体素子を形成したチップ２を、はんだ溶融によ
って第５図に示すようにセラミック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で接続する方法は、高密度実装１歩留りの高い
一括接続に適することから、その応用が拡大し、ている
。

半導体素子の高密度化が進み、高速信号による動作試験
が必要となった場合のはんだボール６をその電極上に有
する前記半導体素子２の特性検査を可能とする検査方法
及び検査装置として、贋田らにより、特開昭５８−７３
１２９に記載のように、第６図、９７図に示したごとく
、信号用導体配線９を電源導体層１０をレファレンス層
とした一定の特性インピーダンスをもつラインとして形
成した多層基板からなるプローブカード１１の表面に、
上記半導体素子２の電極に対応する位置にニッケルメッ
キを施したタングステンなどにより形成した突起電極１
２を形成し、上記多層基板１１を、その突起電極１２を
有する面とは逆の面の熱源１３から加熱し、上記突起電
極１２を上記はんだボール６に押しあて、はんだの溶融
により導通をとり、信号の授受を行ない、半導体素子の
検査を行なった後、再度上記多層基板１１を加熱し、は
んだを溶かして突起電極１２を引きはなすことにより行
なう半導体素子検査方法および装置が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図、第３図に示した従来のプローブカードの検査方
法では、プローブ５の形状から、そこでの集中インダク
タンスが大ぎく、高速信号での検査に限界がある。丁な
わち、プローブカード上での信号線の特性インピーダン
スなＲ，プローブの集中インダクタンスをＬとすると、
時定数はＬ／Ｒトｔｘ　’ｌ、Ｒ＝５０Ｑ、Ｌ＝５Ｏｎ
Ｈの場合テ１ｎｓテ、この程度の高速信号を扱うと波形
がなまり正確な検査ができない。加えて、ある程度の接
触圧を得ろ霞め、プローブのたわみによるバネ性を利用
しているため、プローブ長を１０ｍｍ以上にする必要が
あり、裸プローブによるインピーダンスの不整合、高速
信号の反射、クロストーク等のため波形が乱れろ欠点が
ある。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、上記のブロービング方式では、プローブの
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、総数の増大に対応できな（なっている。

一方、第６図、第７図に示した。はんだ溶融により半導
体素子電極と突起電極間の導通をとって信号線を一定の
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で第４図のような半導体素子を検
査する方法では、高速電気特性を検査することは可能で
あるが、半導体素子の電極上のはんだボールを溶融させ
る必要かある１、−め、半導体素子に熱ストレスを与え
、また１作業性が悪く検査時間が長くなる欠点があるｂ
上記第４図のような半導体素子の検査を行なうｔ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
、１００〜５０ローピツチの高密度で１０ｍｍに数百本
以上の多数本の電極に対応でき、高速電気特性が測定可
能な検査方法および装置が必要である。

本発明は、上記の半導体素子を効率よく高信頼度で検査
する装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、はんだ溶融接続のためのはんだボールを電極
上に形成した半導体素子を検査するに当り、上記電極に
対応する位置にスルーホールを設けたプローブ固定基板
にプローブを挿入して同定し、該プローブ固定基板を、
上記プローブに対応する同一の位置に電極を有する多層
基板にはんだ等により溶融接続し、該多層基板に一定の
特性インピーダンスをもつラインに形成した信号線によ
り、同軸コネクタらにより接続された検査回路につなが
った検査装置を提案した。また、確実にはんだボールと
の接触をとるため、プローブとしてタングステン線を電
解研摩して、その先端部をとがらせた形状もしくは曲面
をもった形状、もしくはプローブがその先端部をとがら
せた形状の一部に凹凸をもった形状にしたプローブを採
用した。

前記プローブを作成するに当り、該プローブ固定基板に
プローブを挿入してはんだ等により溶融接続後、該プロ
ーブの全数を共通の正極として、一括して電解研摩を行
ない、電解研摩の液面を利用してプローブの長さおよび
平面性を一定にする製法を用いた。

〔作用〕

本構成の半導体素子検査装置では、プローブをタングス
テン線の先端部をとがらせた形状にすることにより、は
んだボールの表面の接触不良原因となる酸化物を容易に
突き破り、はんだ材料と良好な接触が可能となる。また
、プローブの先端部をとがらせた形状の一部に凹凸部を
もたせることにより、はんだバンプへ圧入されたプロー
ブが、塑性変形するはんだ材料中で抜げに（くな９．電
気特性を測定中に摂動あるいは熱膨張らの要因で接触不
良となることを防止するのに役立ち、高信頼性の接触を
保つことが可能となる。なお、はんだボールにプローブ
を挿入しておこなう上記の検査方法におい１、はんだボ
ールが内部歪によりある程度の単性を有するため、プロ
ーブにバネ性がなくても良好な接触が可能となる。

信号用導体配線を電源導体層をレファレンス層とした一
定の特性インピーダンスをもつラインとして形成した多
層基板の半導体素子のはんだボール位置に対応した位置
に形成した電極に、数ｍｍ以下の長さにした上記プロー
ブを接続することにより、高速信号が乱゛れることを防
止することができる。

上記の働きにより、１００〜５００μｍピッチの高密度
、１０ｍｍ’に数百本以上の超多ピンでｎ８程度の高速
信号による動作試験が可能な、はんだボールを被接触材
料としたブロービングヘッドが可能で、短時間で効率よ
（高信頼性で検査可能な半導体素子検査か可能となる。

〔実施例〕

はんだ溶融接続のためのはんだボールを電極上に形成し
た半導体素子の該電極に対応する位置にプローブ固定基
板に固定した先端形状を適宜に成形したプローブを、イ
ンピーダンスを整合させた多層基板に接続した構成によ
り、高密度、超多ピン、高速電気特性を測定可能な半導
体素子検査装置の一例を以下、図面にしたがって説明す
る。

第１図及び第９図は、本発明の主要構成部分を断面図で
示したものである。１４はその内部に信号配線、を源層
を有する第９図に示したようなパターン間隔拡大用の多
層配線基板、つまり、プローり固定用のアルミナ基板１
６側の信号配線９それぞれの間隔を、ガラスエポキシ多
層基板１７側では、広くなるような配線構造となってい
る。その多層配線基板１４は、通常アルミナセラミック
スで作られる。１５は、この多層配線基板の下面の電極
にはんだ溶融接続されて直角に突き出たタングステン線
からなるプローブで、多層配線基板の内部の信号配線９
や電源層１０と接続されている。ここで、信号配線９は
電源層１０をレファレンス層としたス。

トリップ線路又はマイクロストリップ線路となっており
、一定の特性インピーダンスを有している。

プローブ１５としては、タングステン線を用い、その被
接触材である半導体素子２の電極上に形成されたはんだ
ボール６と良好な接触を得るため、はんだボール６０表
面酸化物を突き破ることが可能なようにタングステン線
の先端部分を、１０％のＮａＯＨ液中でタングステン線
を正極として、白金ステンプロープ１５の先端部をとが
らせた形状もしくは曲面をもった゛形状とする。

前記の多層基板１４とタングステン７′ロープ１５との
接続は、検査対象である半導体素子２の電極の位置に対
応したスルーホールを設けたプローブ固定用のアルミナ
基板１６の該スルーホールの壁面をニッケルめっき後、
金めつぎ処理し、−万、タングステン線１５のスルーホ
ール挿入部分をニッケルめっき後、金めつぎ処理して、
このタングステン線１５をプローブ固定用のアルミナ基
板１６の壁面及び多層配線基板１４の電極にはんだ溶融
接続する。

多層配線基板１４の上部に配した間隔を広げたパッドは
ガラスエポキシ多層基板１７の電極にはんだ溶融接続し
、このガラスエポキシ多層基板１７の内部のインピーダ
ンスが整合された信号用導体配線を通じて、同軸コネク
タ１８に接続された検査回路につながった構成とする、 ここで、エポキシ多層基板１７は、寸法的にも材料的に
も従来から既に知られているものを使えばよい。

半導体素子の検査時には、半導体素子を適宜な位置まで
垂直に上に動かし、本発明のブロービングヘッドのプロ
ーブが半導体素子のはんだボールに適宜な深さに圧入さ
れた状態で、電気信号による検査な行なう。

ここで、ブロービングの先端加工は、第１１図のように
、固定用アルミナ基板１６に適当な長さのタングステン
線１５を全数挿入してはんだ付は後、上面の電極に全油
もしくは導電シート１９らを圧着して共通の正電極とし
、白金線２０らを負電極として、１０％のＮａＯＨ溶液
２１で電解研摩することにより、この液面で一括し１平
面性の良好な先端加工が可能である。なお、必要に応じ
℃、取りはずし可能なスルーホールを設けた基板を、上
記の先端加工したプローブに挿入してガイド基板として
機械研摩により先端の−ｓン平坦化加工した後、該カイ
ト基板を取りはオしたプローブを用いてもよい。

はんだボールは、プローブ圧入時に塑性変形１状に凹凸
部をもたせたものを用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、はんだバンプを電極上に有した半導体
素子の高速信号による動作試験が可能であり、高密度、
超多ビンの半導体素子の動作試験をすることができる。

従って、短時間で効率よく高信頼性で検査可能な半導体
素子検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体素子検査装置の主。 要構成図、第２図及び第５図は従来技術の検査用９プロ
ーパを示す図、第４図は、はんだボールを電極上に有し
た半導体素子を示した斜視図、第５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図、第６図は、突
起電極と熱源を有した多層基板からなる従来のプローブ
カードを示す図、第７図は、突起電極と多層基板からな
る従来のプローブカードの断面図、第８図は従来使用さ
れ工いた半導体素子の電極配置を示した斜視図、第９図
は本発明に係るブロービングヘッド部分の断面図、第１
０図は本発明に係るプローブの先端形状の一例を示す図
、第１１図は本発明に係る１０−プの一括電解研摩方法
の模式図、第１２図は本発明に係るプローブ先端形状の
他の実施例を示す図である。 １、−１．ウェハ、２．・・・半導体素子。 ６、・・・電極、　　　　　　４・・・プローブカード
。 ５、・・・プローブ２．＆・・・はんだボール。 ｌ・・・配線基板、８．・・・電極。 ２・・・信号用導体配線、１α・・・電源導体層。 １１、・・・多層基板からなるプローブカード。 １２、・・・突起電極、１５．・・・熱源。 １４、・・・多層配線基板、１５．・・・タングステン
プローブ１６・・・プローブ固定用のアルミナ基板。 １Ｚ・・・カラスエポキシ多層基板。 １８、・・・同軸コネクタ、１９・・・導電シート。 ２０・・・白金線、２１・・・１０％のＮａＯＨ溶液。 代理人升坪士　／ＪＸ　　川　膀　男 第　１　図 篤　２　図 ５　１０−フ゛’　　　　　１５　　タニク〉テニフｂ
−プ′第５図 第４図 アＯ−７７７−ｈ 第８図 躬９図 其１２　　図 （Ｑ）　　　　ｔｂ）Ｃｃ） １５　タニグステ５アＤ−ブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査対象である半導体素子の電極に検査用信号の
   授受をするプローブと、スルーホールを設けてあり、該
   スルーホールに該プローブを挿入できるようにしたプロ
   ーブ固定基板と、該プローブ固定基板の上面に露出した
   該プローブ端と接続されており、インピーダンス整合さ
   せた信号線を有する多層基板と、該信号線を介して接続
   された検査回路とからなることを特徴とする半導体素子
   の検査装置。 ２、該多層基板が、該プローブ固定基板側の信号線間隔
   よりも該検査回路側の信号線間隔の方が広くなるような
   信号線構成を有することを特徴とした特許請求の範囲第
   １項記載の半導体素子検査装置。 ３、該プローブが、その先端部の形状の一部に凹部若し
   くは凸部又は凹凸部を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の半導体素子検査装置。 ４、アルミナ基板にスルーホールを設け、該スルーホー
   ルにプローブを挿入し、該プローブの一端を共通の電極
   とし、該プローブの他端を揃えて、一括して電解研摩溶
   液に漬けて電解研摩し、該プローブの一端を多層基板の
   電極とはんだ接続し、該多層基板と同軸コネクタを介し
   て検査回路と接続することを特徴とする半導体素子の検
   査装置の製法。