JP2006200975A

JP2006200975A - 半導体装置の検査方法および検査装置および接触端子

Info

Publication number: JP2006200975A
Application number: JP2005011469A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 隆司小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】ＢＧＡパッケージの小型、薄型化による強度低下と、ＢＧＡパッケージにおける鉛フリーはんだによる高荷重コンタクトでパッケージの破損を防止する。
【解決手段】突状電極１８が格子状に配列されたＢＧＡパッケージ１７を収容する受け部を有するソケット本体１０と、ソケット本体１０に装填され突状電極１８に接触する接触端子１６と、受け部に収容されたＢＧＡパッケージ１７を突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで突状電極１８と接触端子１６が対向位置で接触可能とする移動手段とを備えた。これによりＢＧＡパッケージの製品検査時にＢＧＡパッケージ自体に過大な荷重をかけることなく製品検査ができる。また、ＢＧＡパッケージが鉛入りはんだ電極の場合においても多ピンになるほどＢＧＡパッケージにかかる荷重が増加するため多ピンパッケージになるほど有効である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の複数の外部電極端子が二次元的に配置されたグリッドアレイ型のボールグリッドアレイパッケージ（以下ＢＧＡパッケージ）に関し、特にＢＧＡパッケージの外部電極端子と接触部を形成する半導体装置の検査方法および検査装置および接触端子に関する。

従来の表面実装型パッケージとして、ＱＦＰ（quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）型などが用いられているが、これらのパッケージはパッケージ周辺部に外部端子を配列するものであるため、高機能化によるピン数増加に対して対応しきれなくなっている。このためパッケージの一つとして、従来のように外部端子を周辺に配列するものでなく、パッケージ下面に外部端子を格子状に配置したランドグリッドアレイパッケージや外部端子にボールを接合したボールグリッドアレイパッケージが用いられるケースが多くなってきている。

前記ＢＧＡパッケージの導通検査などを始めとする製品検査を行う際、ＢＧＡパッケージにおけるはんだボールの配列ピッチに対応して端子部を配列したプローブピンやコンタクトシートが装填されている専用のＩＣソケットが用いられる。この専用ＩＣソケットは、ソケット内にＢＧＡパッケージを装填し、はんだボールとプローブピンやコンタクトシートの接触端子部とを接触させる構造となっている。

図９は前記製品検査に用いられる専用ＩＣソケットの構造を示す断面図である。

図９に示すように、ＩＣソケット本体９０に設けられた穴９１に挿入された接触端子９４の下端は、電流、電圧装置の電極や検査回路基板の電極９５に接触し、接触端子９４の上端は検査対象物であるＢＧＡパッケージ９６の外部電極に形成された突状電極９３に接触する構造である。

電気検査を行う際には蓋９２に対してラッチ９７により垂直方向への荷重をかけ突状電極９３に接触端子９４を圧接することで電気的接続の検査を行う。

また、昨今地球規模での環境問題の一つとして鉛問題がありＢＧＡパッケージのボール部分から鉛成分を取り除いた鉛フリー化も図られている。
特開平１１−１７６５４７号公報

近年、携帯電話やデジタルカメラに代表される製品の薄型化、小型化に伴って、ＢＧＡパッケージ自体も薄型化、小型化が進み、厚さ０．５ｍｍ以下のＢＧＡパッケージも製品化させている。

また、鉛フリー化によってＩＣソケットのプローブピンによるコンタクト荷重は１ピンあたり２０ｇｆ前後から３０ｇｆ以上必要となっている。理由は、現在主流となっている鉛フリーはんだボールの組成は錫、銀、銅であり、鉛入りはんだボールに比べ硬度が約１．３倍以上になっており、はんだボール表面の酸化膜を突き破り安定した接触抵抗値を得るためである。

前記ＢＧＡパッケージの小型、薄型化によるパッケージ自体の強度低下と、鉛フリー化によるコンタクト荷重の上昇から、従来の検査方法である特許文献１のようにＢＧＡパッケージに対し垂直方向に荷重をかけることでパッケージの割れ、欠けを発生させるおそれがある。

したがって、この発明の目的は、ＢＧＡパッケージの小型、薄型化による強度低下と、ＢＧＡパッケージにおける鉛フリーはんだボールのプローブピンによるコンタクト荷重が高くなることでパッケージの破損を防止する半導体装置の検査方法および検査装置および接触端子を提供することである。

前記課題を解決するために本発明の請求項１記載の半導体装置の検査方法は、突状電極を有する半導体装置の検査を行う際、前記半導体装置を前記突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで前記突状電極に電気的に接続する。

請求項２記載の半導体装置の検査方法は、請求項１記載の半導体装置の検査方法において、半導体装置は、突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージである。

請求項３記載の半導体装置の検査装置は、突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージを収容する受け部を有するソケット本体と、前記ソケット本体に装填され前記突状電極に接触する接触端子と、前記受け部に収容されたＢＧＡパッケージを前記突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とする移動手段とを備えた。

請求項４記載の半導体装置の検査装置は、請求項３記載の半導体装置の検査装置において、前記受け部の外周に設けられ少なくとも一部が移動可能な移動部を有するパッケージガイドと、前記ＢＧＡパッケージの飛び出し防止用として前記ソケット本体に設けられた蓋部とを備え、前記移動手段は、前記蓋部を閉めることで前記移動部が前記突起電極の形成面に沿った方向に移動するとともに、前記移動部により前記ＢＧＡパッケージが押されて同一方向に移動することで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とした。

請求項５記載の半導体装置の検査装置は、請求項３記載の半導体装置の検査装置において、前記受け部の外周の少なくとも一方向の部分を除く位置に設けたパッケージガイドと、前記ＢＧＡパッケージを前記パッケージガイドの一方向から前記受け部まで搬送する搬送アームとを備え、前記移動手段は、前記搬送アームで前記ＢＧＡパッケージを前記突起電極の形成面に沿った方向に移動することで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とした。

請求項６記載の接触端子は、請求項３，４または５記載の半導体装置の検査装置に用い、ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部と反対側の先端部が検査基板と接触する接触端子であって、前記ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部は、一端と他端の高さが違う傾斜した形状である。

請求項７記載の接触端子は、請求項３，４または５記載の半導体装置の検査装置に用い、ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部と反対側の先端部が検査基板と接触する接触端子であって、前記先端部間が軸方向に沿って分離された形状の一対の導体部を有し、前記一対の導体部の間に絶縁部材を挟み込むことで、各先端部が絶縁された２つの接触部を有する。

本発明の請求項１記載の半導体装置の検査方法によれば、突状電極を有する半導体装置の検査を行う際、半導体装置を突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで突状電極に電気的に接続するので、半導体装置の製品検査時に半導体装置自体に過大な荷重をかけることなく製品検査ができる。このように半導体装置を横方向に移動させて垂直方向の荷重を低減させることでパッケージの破損を防ぐことができる。

請求項２では、請求項１記載の半導体装置の検査方法において、半導体装置は、突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージである場合に有効である。すなわち、多ピンになるほどＢＧＡパッケージにかかる荷重が増加するため多ピンパッケージになるほど有効である。

本発明の請求項３記載の半導体装置の検査装置によれば、突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージを収容する受け部を有するソケット本体と、ソケット本体に装填され突状電極に接触する接触端子と、受け部に収容されたＢＧＡパッケージを突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで突状電極と接触端子が対向位置で接触可能とする移動手段とを備えたので、ＢＧＡパッケージの製品検査時にＢＧＡパッケージ自体に過大な荷重をかけることなく製品検査ができる。また、ＢＧＡパッケージが鉛フリーはんだ電極の場合はコンタクト荷重が高くなるが、鉛入りはんだ電極の場合においても多ピンになるほどＢＧＡパッケージにかかる荷重が増加するため多ピンパッケージになるほど有効である。

請求項４では、移動手段は、蓋部を閉めることで移動部が突起電極の形成面に沿った方向に移動するとともに、移動部によりＢＧＡパッケージが押されて同一方向に移動することで突状電極と接触端子が対向位置で接触可能としたので、請求項３と同様の効果が得られ、さらに突状電極と接触端子の接触が蓋の開閉に連動させることができる。

請求項５では、移動手段は、搬送アームでＢＧＡパッケージを突起電極の形成面に沿った方向に移動することで突状電極と接触端子が対向位置で接触可能としたので、請求項３と同様の効果が得られ、さらにパッケージガイドを移動させる機構が不要となる。

本発明の請求項６記載の接触端子によれば、ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部は、一端と他端の高さが違う傾斜した形状であるので、ＢＧＡパッケージの突状電極に対して低い一端から高い他端への方向で切るように接触させることで、ＢＧＡパッケージおよび突状電極に対して低荷重で電極表面の酸化膜が破れ測定が可能となる。

本発明の請求項７記載の接触端子によれば、先端部間が軸方向に沿って分離された形状の一対の導体部を有し、一対の導体部の間に絶縁部材を挟み込むことで、各先端部が絶縁された２つの接触部を有するので、４端子法による測定が可能になりより高精度な測定を可能とする。

以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるＢＧＡパッケージ検査用ＩＣソケットの構成を示す断面図である。

図１において、ＩＣソケット１０は、突状電極（ボール電極）１８が格子状に配列されたＢＧＡパッケージを収容する受け部を有するソケット本体１１と、ＢＧＡパッケージの飛び出し防止用の蓋１２と、ＢＧＡパッケージガイド１５と、ソケット本体１１に装填され突状電極１８に接触する接触端子１６と、受け部に収容されたＢＧＡパッケージを突起電極の形成面に沿った方向（横方向）に移動させることで突状電極１８と接触端子１６が対向位置で接触可能とする移動手段とで構成されている。この場合、蓋１２は、シャフト１３によって回動自在に連結されソケット本体１１に係止するフック１４を有し、蓋開閉シャフト２４によりソケット本体１１に開閉自在に取り付けられている。

前記ソケット本体１１内に装填されている接触端子１６はＢＧＡパッケージ１７の突状電極１８に対向する形であり、検査基板１９の電極２０とも対向している。

前記接触端子１６は図２に示す構成とされている。図２において、接触端子１６は筒体１６ａを備え、その筒体１６ａ内部には、抜け止めされた端子部１６ｂ，１６ｃの一端が挿入されている。接触端子１６のうちＢＧＡパッケージの突状電極１８に対向する側に位置する端子部１６ｂは、先端部が鋭利に加工されている。また、この先端部１６ｂの一端と他端の間は水平ではなく高さの違う形状をしている。

上記端子部１６ｂと１６ｃの間にはコイルばね１６ｄが装填されており、端子部１６ｂ，１６ｃに対して突出するように弾性を付与している。これにより端子部１６ｂは突状電極１８に圧接し、端子部１６ｃは検査基板１９の電極２０に圧接することでＢＧＡパッケージ１７の検査を行っている。

図３はＢＧＡパッケージ１７を挿入するＢＧＡパッケージの受け部２２とＢＧＡパッケージガイド１５の上面図である。

ＢＧＡパッケージガイド１５はソケット本体１１に対して水平方向に可動するガイド部（移動部）１５ａと非可動のガイド部１５ｂ，１５ｃを備え、且つ、ＢＧＡパッケージ１７を挿入する場合の受けとして受け部２２を備え、且つ、接触端子１６の先端部１６ｂを突出させる穴２３を備える構造となっている。

ＢＧＡパッケージ１７の製品検査を行う場合には、突状電極１８を受け部２２に装填し蓋１２を閉める。この時、フック１４に付いているパッケージガイド可動突起２１がＢＧＡパッケージガイドのガイド部１５ａを押しＢＧＡパッケージ１７を、フック１４方向から蓋開閉シャフト２４によるヒンジ方向（横方向）にボール径の１/３〜１/２押し込む。ＢＧＡパッケージ１７はガイド部１５ａによって押され、且つ、ガイド部１５ｂにより保持されることにより押し込み方向に対して９０度の方向にぶれることなく直線的に押し込まれ、ガイド部１５ｃにてパッケージ１７の移動は止まる。

パッケージガイド可動突起２１にはコイルばねなどの弾性体が装着されていて必要以上の押し込みを制御する構造を有する。

ガイド部１５ａによりＢＧＡパッケージ１７が押し込まれた時、突状電極１８が接触端子１６に圧接することになるが、接触端子１６の先端は前記したように一端と他端の高さが水平でなく、突状電極１８に対して低い一端から高い他端への方向で切るように接触するためパッケージ１７及び突状電極１８に対して低荷重で突状電極表面の酸化膜が破れ測定が可能となる。

また、ガイド部１５ａによりＢＧＡパッケージ１７が押し込まれた時、接触端子１６の形状と荷重のためＢＧＡパッケージ１７が上方向へ行こうとするが蓋１２で押さえられることにより上方向へは行かない。

図４は前記ＩＣソケット１０にて測定した後のコンタクト痕の下面図と側面図である。

通常クラウン形状でのコンタクト痕は４箇所で、数十μｍ深さになるが本ソケットではコンタクト痕３０は１箇所で深さ１０μｍ以下になる。

なお、前記フック１４から突出しているパッケージガイド可動突起２１によりガイド部１５ａを可動させているが、他の方法としてパッケージガイド可動突起２１の押し込みではなく、図５のように蓋の開閉に連動させる方法がある。

図５は本発明の第２の実施形態におけるＢＧＡパッケージ検査用ＩＣソケットの構成を示す断面図である。

図５に示すように、ソケット本体１１に対して突起電極の形成面に沿った方向に移動可能なパッケージガイド稼動シャフト２５の一端にガイド部１５ａを固定し、他端に蓋開閉シャフト２４の近傍に固定されたガイド部１５ｄ，１５ｅを回動自在に取り付けている。この場合、蓋開閉シャフト２４より上側がガイド部１５ｄ、下側がガイド部１５ｅである。

蓋１２が開いている状態では、蓋開閉シャフト２４を基点に、ガイド部１５ｄがＩＣソケット外形の外側に移動し、ガイド部１５ｅはＩＣソケット内部に移動することで、パッケージガイド稼動シャフト２５によりガイド部１５ａをフック１４側にスライドさせることができ、蓋１２を閉めることでガイド部１５ｅとガイド部１５ｄが垂直になりガイド部１５ａがヒンジ側に稼動することができる。

また、ＢＧＡパッケージの受け部とＢＧＡパッケージガイド１５はソケット本体１１と別固体とし、その固体自体を可動させる方法も可能である。この時別固体自体が稼動するためパッケージ部１５ａの稼動は必要ない。

量産用に使用する場合、ソケット本体１１のみを使用し蓋１２は使用しないことになるが、その場合、ＢＧＡパッケージを稼動させる機構は不要となる。更に、ガイド部１５ａも不要とすることができる。蓋１２によるＢＧＡパッケージの移動は水平の一方向のみであり、その動きは、量産用のテストハンドラーを使用する場合、ＢＧＡパッケージの搬送用アームにより可能となる。つまり、テストハンドラーの搬送用アームにてＢＧＡパッケージを前記ＩＣソケットのＢＧＡパッケージ受け部まで搬送し、ガイド部１５ｂにガイドさせながらＢＧＡパッケージをＩＣソケットに挿入する。

この時ガイド部１５ｃには当たらない。ＢＧＡパッケージ挿入後、そのまま搬送アームがＢＧＡパッケージをガイド部１５ｃの方向に押し込む作業を行う。前記したように搬送アームは垂直と水平方向のみの単純な動作のため特別な方法を取ることなく対応可能となる。

図６は前記接触端子の他形状（図示せず）でのコンタクト痕である。

図６（ａ）は一端と他一端の高さ違いをより水平に近い形状にしたものでＢＧＡパッケージ１７及び突状電極１８にかかる荷重を更に減らすことが可能である。

図６（ｂ）、（ｃ）はボール電極の頭頂部にコンタクト痕を付けない形状である。

前記した接触端子の高さ違いをより水平に近い状態にした先端形状において、ＢＧＡパッケージにかかる荷重が低減できることから端子内にあるコイルばね１６ｄを不要とすることが可能である。コイルばね１６ｄを不要にすることでＢＧＡパッケージを横にスライドさせたときの荷重は全てＢＧＡパッケージ及び突状電極１８にかかるが接触端子１６の先端部１６ｂをより水平に近い角度にすることで荷重をコントロールすることが可能である。

コイルばね１６ｄが不要になることで接触端子の長さを短くすることができ、動作周波数の高いＬＳＩに対しても測定可能なＩＣソケットを提供することができる。

また、コイルばね１６ｄが不要になることで接触端子の構造が簡略化できる。構造の簡略では図７（ａ）のように接触端子１６において、ＢＧＡパッケージ１７側にある先端部１６ｂと検査基板側にある先端部１６ｃを一固体とすることができ部品点数を少なくすることが可能ある。さらに、図７（ｂ）のように先端部１６ｂ，１６ｃ間が軸方向に沿って分離された形状の一対の導体部を有し、一対の導体部の間に絶縁部材を挟み込むことで、各先端部１６ｂ，１６ｃが絶縁された２つの接触部を有する。このように先端部１６ｂと１６ｃに２つの接触部を持たせ、互いに絶縁状態にするために、中央に絶縁シート２６のような絶縁物を挟むことで４端子法による測定が可能になりより高精度な測定を可能とするＩＣソケットの提供が可能である。

コイルばね１６ｄが無いことでばねによる荷重制御ができないが、接触端子１６の先端形状を図８（ａ）、（ｂ）のように凹凸にすることで荷重の増減が可能である。

本発明に係る半導体装置の検査装置および検査方法および接触端子は、電気検査におけるパッケージへのかかる荷重が低減でき、且つ安定した接触抵抗の測定ができ、高精度の測定結果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態にかかるＩＣソケットを示す断面図である。（ａ）は本発明の実施形態にかかる接触端子を示す断面図、（ｂ）はその側面図である。本発明の実施形態にかかるパッケージ受け部、パッケージガイドを示す平面図である。（ａ）は本発明の実施形態にかかるコンタクト痕を示す底面図、（ｂ）は側面図である。本発明の第２の実施形態にかかるＩＣソケットを示す断面図である。本発明の実施形態にかかるコンタクト痕の例を示す底面図である。（ａ）は本発明の実施形態にかかる接触端子を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。（ａ）は本発明の実施形態にかかる接触端子を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。従来技術のＩＣソケットを示す断面図である。

符号の説明

１０ＩＣソケット
１１ソケット本体
１２蓋
１３シャフト
１４フック
１５ＢＧＡパッケージガイド
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅガイド部
１６接触端子
１６ａ筒体
１６ｂ，１６ｃ端子部
１６ｄコイルばね
１７ＢＧＡパッケージ
１８突状電極
１９検査基板
２０電極
２１パッケージガイド可動突起
２２ＢＧＡパッケージ受け部
２３接触端子用穴
２４蓋開閉シャフト
２５パッケージガイド稼動シャフト
２６絶縁シート
９０ＩＣソケット
９１穴
９２蓋
９３突状電極
９４接触端子
９５電極
９６ＢＧＡパッケージ
９７ラッチ

Claims

突状電極を有する半導体装置の検査を行う際、前記半導体装置を前記突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで前記突状電極に電気的に接続することを特徴とする半導体装置の検査方法。
半導体装置は、突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージである請求項１記載の半導体装置の検査方法。
突状電極が格子状に配列されたＢＧＡパッケージを収容する受け部を有するソケット本体と、前記ソケット本体に装填され前記突状電極に接触する接触端子と、前記受け部に収容されたＢＧＡパッケージを前記突起電極の形成面に沿った方向に移動させることで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とする移動手段とを備えた半導体装置の検査装置。
前記受け部の外周に設けられ少なくとも一部が移動可能な移動部を有するパッケージガイドと、前記ＢＧＡパッケージの飛び出し防止用として前記ソケット本体に設けられた蓋部とを備え、前記移動手段は、前記蓋部を閉めることで前記移動部が前記突起電極の形成面に沿った方向に移動するとともに、前記移動部により前記ＢＧＡパッケージが押されて同一方向に移動することで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とした請求項３記載の半導体装置の検査装置。
前記受け部の外周の少なくとも一方向の部分を除く位置に設けたパッケージガイドと、前記ＢＧＡパッケージを前記パッケージガイドの一方向から前記受け部まで搬送する搬送アームとを備え、前記移動手段は、前記搬送アームで前記ＢＧＡパッケージを前記突起電極の形成面に沿った方向に移動することで前記突状電極と前記接触端子が対向位置で接触可能とした請求項３記載の半導体装置の検査装置。
請求項３，４または５記載の半導体装置の検査装置に用い、ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部と反対側の先端部が検査基板と接触する接触端子であって、前記ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部は、一端と他端の高さが違う傾斜した形状であることを特徴とする接触端子。
請求項３，４または５記載の半導体装置の検査装置に用い、ＢＧＡパッケージと接触する側の先端部と反対側の先端部が検査基板と接触する接触端子であって、前記先端部間が軸方向に沿って分離された形状の一対の導体部を有し、前記一対の導体部の間に絶縁部材を挟み込むことで、各先端部が絶縁された２つの接触部を有することを特徴とする接触端子。