JPS63317784A - 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装置に係り、特
に高密度、超多ピンの半導体素子の高速電気特性を検査
するのに好適な装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体素子の検査には、第８図に示したようなウ
ェハ１の個々のチップ状の半導体素子２の表面の縁に蒸
着、スパッタあるいはめっき等により形成された電極３
を使用して、第２図、第３図に示すようにプローブカー
ド４からな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３にこすりつけて導通をとり、素子の電気特性を検査
する方法が用いられていた。

半導体素子の高密度化が進むに従い、第４図に示したよ
うなはんだ溶融接続に供するはんだボール６をその１′
ｓ、極上に有するチップ状の半導体素子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と接続する方法が、高密度
実装、歩留りの高い一括＃続に適する点に注目され、そ
の応用が拡大している。

このようなはんだ溶融接続に供するはんだボールをその
は極上に有した半導体素子の特性検査を可能吉する検査
方法および検査装置として、炭田らによる特開昭５８−
７３］２９号の発明では、第６図。

第７図にボすように、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
を持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の表面の上記半導体素子２の電極に対応する
位置に、ニッケルめっきを施したタングステン等からな
る突起電極１２を形成し、上記プローブカード１１をそ
の突起電極Ｊ２を有゛する面とは逆の面の熱源１３から
加熱し、上記突起１！Ｌ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、再度上記プ
ローブカード１１を加熱し、はんだを溶かして突起電極
１２を引きはなすという半導体素子検査技術が提案され
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による検
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、プローブカード上での信号線の特性インピー
ダンスをＲ，プローブの集中インダクタンスをＬとする
と、時定数Ｌ／Ｒは、Ｒ＝５００、Ｌ＝５ＯｎＨの場合
でＩｎｓとなり、この程度の高速信号を扱うと、波形が
なまり、正確な特性検査ができない。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、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督度化、総数の増大に対応で
きなくなっている。

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持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検査する方法は、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があるため、半導体素
子に熱ストレスを与え、また作業性が悪く、検査時間が
長くなるという欠点がある。また、半導体素子の冷却フ
ィンや半導体素子を搭載した基板の電極パッドの補修布
線などのブロービング時に障害物となるものが存在した
り、プローブの被接触面に段差がある場合には、従来の
プローブでは検査が困難である。

すなわち、半導体素子の検査には、■時間で、半導体素
子にストレスを与えることが少なく、高密度で多数本の
電極、段差のある電極あるいは複雑な空間配置の電極に
も対応でき、かつ高速電気特性の測定が可能な検査装置
が必要となってきている。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、半導
体素子を効率良く、高信頼度で検査できる装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、検査対象である半導体素子の電極に接触し
て検査用信号の授受を行なう複数のプローブ用芯線と、
該プローブ用芯線が１本ずつ可動に挿通された複数の絶
縁材の管と、該絶縁材の管の両端がそれぞれ挿入固定さ
れたスルーホールを有する１対の固定基板と、これら固
定基板間に固定された前記複数の絶縁材の管の周りを包
み、共通接地された導電材と、前記絶縁材の管の検査対
象とは反対側の端部から導出されたプローブ用芯線をそ
れぞれ絶縁材で被覆し、さらにその外周をシールド材で
被覆して形成された複数の同軸ケーブルと、該同軸ケー
ブルが１本ずつ可動に挿通されたスルーホールを有する
第３の固定基板と、前記同軸ケーブルのそれぞれの末端
に設けられたフランジと前記第３の固定基板との間に介
装され各同軸ケーブルをプローブ用芯線が電極と接触す
る方向に個別に押圧する複数のスプリングと、前記同軸
ケーブルに接続された検査回路とを有する構成とするこ
さで達成される。

〔作用〕

本発明の半導体素子検査装置は、芯線を絶縁材で被覆し
、さらにその外周をシールド材で被覆して特定の特性イ
ンピーダンスを持たせた同軸ケーブルの芯線をプローブ
として用い、該プローブ用芯線の同軸ケーブルから露出
した先の部分を１対の固定基板間に固定した複数の絶縁
材の管に１本ずつ通して、該プローブ用芯線の先端部を
それぞれ検査対象物である半導体素子の電極に対応した
位置に導き、前記１対の固定基板間に固定された絶縁材
の管の周りは導電材で包み、これを共通接地することに
より、プローブ用芯線を先端部付近までシールドしてい
るので、プローブから検査回路までの全体のインピーダ
ンスの整合がとれ、高速信号の波形の乱れを防止するこ
♂ができる。

また、プローブ用芯線と絶縁材の管との間および同軸ケ
ーブルと第３の固定基板との間には適度のクリアランス
を持たせてプローブ用芯線を可動としてあり、それぞれ
のプローブ用芯線はスプリングにより被接触対象の電極
番こ向って１固別に押圧されるので、ある程度の段差の
ある一極に対しても支障なく接触可能であり、プローブ
を構成する同軸ケーブルに適度の柔軟性を持たせること
により、冷却フィンなどの障害物のある複雑な空間配置
の電極にも同軸ケーブルをわん曲させることで対応する
ことができる。

以上の作用により、高密度、超多ピンの半導体素子の電
気特性測定用の電極を被接触対象とした、高速信号によ
る動作試験の可能なプローピングヘッドを実現でき、短
時間で効率良く、高信頼性の検査が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は本発明による半導体素子検査装置の主要構成部
分の断面図、第９図はそのブロービングヘッド部の詳細
断面図である。なお、第１図（ａ）は、半導体素子２を
搭載した基板１４の表面に形成された電極１５をブロー
ビングの被接触対象とする場合の実施例を、第１図（ｂ
）は半導体素子２の表面にはんだボール等により形成さ
れた電極１６をブロービングの被接触対象とする場合の
実施例を示す。

プローブ用芯線１７には適度のたわみ性を持つタングス
テン線などを用い、該プローブ用芯線１７の外径よりも
若干大きな内径を有するテフロン等の絶縁材の管１８の
一方の端部を真鍮または銅などの導電材からなる固定基
板１９に設けたスルーホールの一つに挿入固定し、他方
の端部を同様に真鍮または銅などの導電材からなる固定
基板２０に設けたスルーホールの一つに挿入固定する。

固定基板１９のスルーホールは半導体素子の電気特性測
定用の電極１５または１６とそれぞれ対応する位置に設
けられ、固定基板２０のスルーホールは電極１５または
１６より拡大したピッチで設けられており、絶縁材の管
１８を適宜の長さでわん曲させることにより、該絶縁材
の管１８を前記１対の固定基板１９　、２０間に固定し
である。固定基板１９　、２０間に固定した絶縁材の管
１８の周りには、たとえばエポキシ樹脂に銀粉を混入し
た導電性塗料のような導電材２１を充填し、導電材から
なる１対の固定基板１９　、２０を介して共通接地され
たシールドとする。また、導電材２１を充填する代りに
、絶縁材の管１８の外周に導電材塗料を塗布したり、編
組導体を被覆してシールドとしてもよい。このシールド
された絶縁材の管１８の中にプローブ用芯線１７を１本
ずつ可動に挿通し、絶縁材の管１８の固定基板１９側端
部から導出された芯線１７の先端部を針状に加工してプ
ローブとし、固定基板２０側端部から導出された芯線１
７の周りをテフロン等の絶縁材２２で被覆し、さらにそ
の外周をステンレスパイプ等のシールド材ｎで被覆して
同軸ケーブル２４を形成する。真鍮または銅などの導電
材からなる第３の固定基板２７には前記基板２０のスル
ーホールとそれぞれ対応する位置に同軸ケーブル２４の
外径よりも若干大きな径の穴を設けてあり、この穴に同
軸ケーブル２４を１本ずつ可動に挿通し、同軸ケーブル
２４の末端に設けたフランジ２５と前記固定基板２７と
の間に同軸ケーブル２４を取り巻くようにスプリング２
６を介装して、プローブ用芯線１７を電極１５または１
６と接触する方向に押圧させる。同軸ケーブル２４は同
軸コネクタ２８に接続し、該コネクタを介して検査回路
（図示せず）に接続される構成とする。

上記実施例は信号用プローブに適用した例であるが、信
号用プローブのほかに電源用プローブやアース用プロー
ブが混在している場合の実施例を第１Ｏ図に示す。本実
施例では、第１図および第９図に示した導電材からなる
固定基板２７に代えて、セラミックまたはガラスのよう
な絶縁材からなる固定基板２９に、導体ペーストの厚膜
印刷等の手段により、電源用プローブ旦に対しては所定
の電圧が印加できる電源用厚膜配線３０を、また信号用
プｏ　−７’へのシールド材２３およびアース用プロー
ブＣに対しては、共通アースがとれるアース用厚膜配線
３１を形成したものを用いている。電源用プローブ旦は
、信号用プローブΔと同様に１対の導電材からなる固定
基板１９　、２０間に固定した絶縁材の管１８内にプロ
ーブ用芯線１７を可動に挿通し、絶縁材の管１８の固定
基板２０側端部から導出されたプローブ用芯線１７の周
りにステンレスパイプ等の導電材の管３２をかぶせ、こ
の導電材の管３２の末端に設けたフランジ２５に一端を
接し、他端が固定基板２９上の電源用厚膜配線３０に接
するように装着したスプリング２６を介してプローブ用
芯線１７に電圧を印加する構成とすればよい。また、ア
ース用プローブＣは、絶縁材の管１８の代わりにステン
レスパイプ等の導電材の管３３を用いて、その中にプロ
ーブ用芯線１７を可動に挿通し、それ以外は電源用プロ
ーブ旦と同様に構成すればよい。

なお、電源電圧を安定化するためには、電源用厚膜配線
３０とアース用厚膜配線３１との間に、バイパスコンデ
ンサまたはそれと等価な構造体３４を接続しておけばよ
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば％特定の特性インピーダンスを有する同
軸ケーブルの芯線をプローブとして用い、該プローブ用
芯線の同軸ケーブルから露出した先の部分をシールドさ
れた絶縁材の管に１本ずつ可動に挿通して′ａ接触対象
の電極と対応する位置に導き、スプリングによって該プ
ローブ用芯線に電極との接触圧を与えているため、プロ
ーブから検出回路までのインピーダンスの整合がトして
、半導体素子の高速電気特性の測定が可能であり、また
彼接触対象の電極に段差があったり、障害物がある場合
にも、半導体素子を短時間に効率良く、高信頼度で検査
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体検査装置の主要構成部分の
断面図、第２図は従来技術による検査用プローブの断面
図、第３図は第２図の平面図、第４図ははんだボールを
電極上に有する半導体素子の斜視図、ＷＪ５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
６図は突起電極と熱源を有する多層基板からなるプロー
ブカードの使用状態図、第７図は突起電極と多Ｊ＠基板
を有するプローブカードの断面図、第８図は半導体素子
の電極配置の一例を示す斜視図、第９図は本発明による
ブロービングヘッド部の一実施例を示す断面図、第１０
図は本発明によるブロービングヘッド部の他の実施例を
示す断面図である。 ２・・・半導体素子　　　　１４・・・基板１５　、１
６・・・電極　　　　　１７・・・プローブ用芯線１８
・・・絶縁材の管 １９　、２０・・・導電材の固定基板 ２１・・・導電材　　　　　　２２・・・絶縁材ｎ・・
・シールド材　　　　２４・・・同軸ケーブル２５・・
・フランジ　　　　　２６・・・スプリング２７・・・
導電材の基板　　　２８・・・同軸コネクタ２９・・・
絶縁材の基板　　　３０・・・電源用厚膜配線録３１・
・・アース用厚膜配線　３２　、３３・・・導電材の管
あ・・・バイパスコンデンサ 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 第２叉 第３同

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、検査対象である半導体素子の電極に接触して検査用
   信号の授受を行なう複数のプローブ用芯線と、該プロー
   ブ用芯線が１本ずつ可動に挿通された複数の絶縁材の管
   と、該絶縁材の管の両端がそれぞれ挿入固定されたスル
   ーホールを有する１対の固定基板と、これら固定基板間
   に固定された前記複数の絶縁材の管の周りを包み、共通
   接地された導電材と、前記絶縁材の管の検査対象とは反
   対側の端部から導出されたプローブ用芯線をそれぞれ絶
   縁材で被覆し、さらにその外周をシールド材で被覆して
   形成された複数の同軸ケーブルと、該同軸ケーブルが１
   本ずつ可動に挿通されたスルーホールを有する第３の固
   定基板と、前記同軸ケーブルのそれぞれの末端に設けら
   れたフランジと前記第３の固定基板との間に介装され各
   同軸ケーブルをプローブ用芯線が電極と接触する方向に
   個別に押圧する複数のスプリングと、前記同軸ケーブル
   に接続された検査回路とを有することを特徴とする半導
   体素子検査装置。