(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触端子である半田ボールを有する半導体パッケージにおける集積回路の電気特性をテストするために用いられ、該半田ボールに電気的に接触する接触子を有するプローブであって、
前記接触子は、前記半田ボールに接すべき先端部を備え、
前記先端部は、前記半田ボールより小さい半径を有する半球状の凹所と、該凹所の中心から径方向に向かって形成されて半田を案内して前記先端部の外へ排出させるための複数の案内溝と、隣り合う該案内溝間にそれぞれ配置されるとともに前記半田ボールに線状に接触する円弧端を有する複数の突出部とを備えたことを特徴とする半導体パッケージテスト用プローブ。
【請求項２】
前記先端部は、前記半田ボールの半径よりも５％小さい半径を有する円柱体からなり、前記凹所は、前記円柱体と等しい半径を有することを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージテスト用プローブ。
【請求項３】
接触端子である半田ボールを有する半導体パッケージにおける集積回路の電気特性をテストするために、前記半田ボールに電気的に接触する接触子を有するプローブを用いるテスト方法であって、
前記接触子の先端部に、前記半田ボールより小さい半径を有する半球状の凹所と、該凹所の中心から径方向に向かって延在し半田を案内して該先端部の外へ排出させるための複数の案内溝と、隣り合う該案内溝間にそれぞれ配置され前記接触子の先端部の一部からなる円弧端を有する複数の突出部とを形成し、
前記半田ボールを少なくとも前記複数の突出部の前記円弧端とそれぞれ線状に接触させることにより前記テストを実行することを特徴とする半導体パッケージのテスト方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＢＧＡ（ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）と称される半導体パッケージにおける集積回路の電気特性をテストするために用いられる半導体ソケットのプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージは、半導体集積回路が形成されている半導体チップが例えば樹脂を用いるパッケージ封止工程によってパッケージ化されている。このように形成された半導体パッケージの一つとして、図６（ａ）、（ｂ）に示されているＢＧＡパッケージが知られている。このＢＧＡパッケージ１の底面には、格子状に配列された入出力端子としての半田ボール２が設けられている。
【０００３】
このＢＧＡパッケージにおける半導体集積回路の電気特性をテストするために、図７に示されているように、複数のプローブ３が設けられている半導体ソケット４が用いられている。
即ち、テスト時に、ＢＧＡパッケージ１を半導体ソケット４に搭載させることにより、半田ボール２は、プローブ３の接触子５に接触される。この接触子５が下方に設けられている圧縮ばね（図示せず）によって弾性力を与えられているので、半田ボール２と接触子５との有効な接触を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のプローブ３の接触子５は、図８に示されているような先端部６を持っている。この先端部６は、切削加工によって、頂点を有する四つの突出部形状に形成されている。
従って、従来のプローブ３では、半田ボール２と先端部６とが四点の点接触となるため、半田ボール２に傷が付されてしまう。このため、テスト後にＢＧＡパッケージ１をプリント基板へ実装した場合接合不良が生じる虞がある。このように、従来では、半導体パッケージの不良率を増加してしまう欠点がある。
【０００５】
また、先端部６の四つの頂点に半田ボール２を点接触させた場合、半田ボール２の点接触位置に押圧力が集中してしまう。このため、半田ボール２から先端部６に半田が付着しやすく、付着した半田が酸化することにより、接触不良の発生率が高くなってしまう。一方、接触子５の先端部６は短期間で潰れて使用不能となり、その交換頻度も多くなってしまう。以上の課題は半田ボール２がＰｂフリー半田から形成されている場合に顕著になる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
〈構成１〉
本発明に係る半導体パッケージテスト用プローブは、接触端子とする半田ボールを有する半導体パッケージにおける集積回路の電気特性をテストするために用いられ、半田ボールに電気的に接触する接触子を有するプローブであって、接触子は、半田ボールに接すべき先端部を備え、先端部は、半田ボールより小さい半径を有して半田ボールに線状に接触する半球状の凹所と、該凹所の中心から径方向に向って形成されて半田を案内して先端部の外へ排出させるための複数の案内溝とを備えることを特徴とする。
【０００７】
〈作用〉
本発明に係る半導体パッケージテスト用プローブでは、接触子は、半導体パッケージの半田ボールに接すべきほぼ半球状の凹所と、該凹所の中心から径方向に向って半田ボールから凹所に付着した半田を案内する案内溝とを備える先端部を有している。
これにより、半田ボールと接触子との接触は点接触ではなく少なくとも線接触となるので、半田の付着量を低減できる上に、半田ボールへの傷付け及び接触子への損傷を減少することができる。従って、プリント基板等への実装時の半導体パッケージの接合不良を低減させることができる上に、プローブの耐用期間を大きくすることができる。
また、半田ボールから凹所に付着した半田が案内溝に沿って凹所の中心から接触子外へ流出するので、半田除去のための洗浄期間を長く設定できる。従って、試験装置の稼働率を向上させることができる。
【０００８】
先端部として、半田ボールの半径よりもほぼ５％小さい半径を有する円柱体から形成することができ、凹所として、円柱体と等しい半径で形成することができる。
このように、接触子の直径が半田ボールの直径より僅かに小さくすると、半田ボールの点接触位置に押圧力が集中せずに、半田ボールの周面部に分散されるので、半田ボールから接触子への半田の付着を更に減少することができる。
また、半田ボールと凹所とを最大に環状に線接触させることができる。
【０００９】
〈構成２〉
本発明に係る半導体パッケージのテスト方法は、接触端子とする半田ボールを有する半導体パッケージにおける集積回路の電気特性をテストするために、半田ボールに電気的に接触する接触子を有するプローブを用いるテスト方法であって、接触子に半田ボールより小さい半径を有して半田ボールに線状に接触する半球状の凹所を形成すること、接触子に、凹所の中心から径方向に向って伸び、半田を案内して先端部の外へ排出させるための複数の案内溝を形成することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態について、詳細に説明する。
〈実施例〉
図１は本発明に係るプローブに設けている接触子を示す。図１（ａ）は接触子の上面図であり、図１（ｂ）は接触子の正面図である。
この図１の説明に先立って、半導体パッケージが搭載され且つプローブが設けられている半導体ソケットを説明する。
【００１１】
図３は本発明に係る半導体ソケットを示す断面図であり、図４は半導体ソケットを示す平面図であり、図５は、ソケットホルダーを示す断面図である。
図３に示す半導体ソケット１０は、底面に外部入出力端子としての複数の半田ボールを有する半導体装置（パッケージ）をテーパー孔に沿って位置決めするためのステージ１１と、ステージ１１が、弾性体としてのバネ１２の弾性力に抗して接近することにより、位置決めされた前記半導体装置の各半田ボールと接触する接触子２０が設けている各プローブ１３と、ステージ１１と対向する面側で、挿抜可能に前記プローブが収容されるソケットベース１４とを備える。
【００１２】
更に、半導体ソケット１０は、ソケットベース１４の前記対向する面から突出しステージ１１を貫通してステージ１１をプローブ１３に接近および離間可能に案内するガイドピン１５と、ステージ１１を貫通したガイドピン１５の先端の所定の位置に形成された凹溝１６で着脱可能に装着されるＥリング１７と、ソケットベース１４に収容されるプローブ１３の抜けを防止する抜け防止部としての蓋１８と、接近するステージ１１に干渉することなくソケットベース１４に蓋１８を固定する皿螺子１９とを備える。
【００１３】
半導体装置が保持されるステージ１１は、ガイドピン１５に沿って、上下方向に案内される。更に、図４の平面図で示すように、ステージ１１の表面側には、該ステージの端で開口する凹部が形成され、この凹部にガイドピン１５の先端が位置している。
また、ステージ１１は、該ステージ１１およびソケットベース１４間に設けたバネ１２により、外部からの押圧がステージ１１に加わらない限り、常にソケットベース１４に対し一定の間隔を保つ。
【００１４】
本発明に係る半導体ソケット１０は、図５に示すように、ソケットホルダー６０を構成するソケット搭載基板６１上の所定の位置に搭載、固定される。本発明の半導体ソケット１０が組み込まれたソケットホルダー６０は、半導体試験装置の自動機にセットされる。
【００１５】
次に、半導体ソケット１０のプローブ１３に損傷が生じたとき、この損傷したプローブ１３の交換方法を説明する。
先ず、半導体試験装置の自動機からソケットホルダー６０を取り外す。
次に、ソケットホルダー６０から半導体ソケット１０を取り外すことなく、ステージ１１に形成した凹部内のＥリング１７を取り外し、ステージ１１を取り外す。このとき、バネ１２も取り外す。
【００１６】
次に、皿螺子１９を取り外し、蓋１８を取り外す。
次に、ピンセットなどを用いて交換すべきプローブ１３をソケットベース１４から取り出し、これに代わるプローブ１３を挿入する。
プローブ１３を交換した後、前記した手順とは逆の手順で本発明の半導体ソケット１０を組合せた後、ソケットホルダー６０を自動機の所定の位置にセットする。
【００１７】
上記半導体ソケット１０によれば、ソケットホルダー６０から半導体ソケット１０を取り外すことなくプローブ１３を交換できることから、複数の部材が螺子で組合されたソケットホルダー６０の分解および組立てを行う手間を省くことができ、プローブ１３の交換作業の時間を短縮することができる。
【００１８】
更に、上記したように、ソケットホルダー６０の分解および組立てが必要ないことから、分解した後の組立てにより起こり得る接続ピン６７およびソケット搭載基板６１と、接続ピン６７およびＤＵＴボード６５と、プローブ１３およびソケット搭載基板６１との電気的な接触不良の発生を低減することができる。
【００１９】
また、半導体試験装置に上記の半導体ソケットを用いることにより、プローブに不具合が生じたとき、短時間で不具合の生じたプローブを交換することができることから、半導体試験装置の稼働率を向上させることができる。
【００２０】
次に、図１を参照して、上記したように交換可能なプローブ１３に設けられている接触子２０を説明する。
本発明に係る接触子２０は、半田ボールの直径とほぼ同一の直径を有する円柱体から形成され、図１（ａ）、（ｂ）に示されているように、先端部２１を備えている。先端部２１は、上方へ開放するほぼ半球状の凹所２２と、該凹所２２に放射状に設けられている九個の案内溝２３とを備えている。
【００２１】
各案内溝２３は、図１に示されているように、断面三角形の切り欠きから形成され、凹所２２の中心から下方へ傾斜している切り込み線２４を有している。従って、隣接する両案内溝２３間には、上面から見て略三角形を有する突出部２５が形成されることとなる。
本実施例では、図１（ａ）の上面図から見ると、案内溝２３と突出部２５とは、それぞれ、２０°の円弧角を有している。即ち、突出部２５は、２０°の円弧端２５ａを有している。
【００２２】
図２（ａ）（ｂ）は、半導体パッケージのテスト時における半田ボールと接触子との接触状態を示している。図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は正面図である。
半導体パッケージ１の半田ボール２は、Ｐｂフリー半田から形成され、図２に示されているように、接触子２０の先端部２１の凹所２２に押圧されている。
本実施例において、半田ボール２の直径がほぼ０．４２ｍｍである場合、先端部２１の直径はほぼ０．４ｍｍとし、半田ボール２の直径より僅か小さく、凹所２２の半径は０．２ｍｍとしている。
【００２３】
図２では、半田ボール２は、少なくとも各突出部２５の円弧端２５ａに接している。これにより、半田ボール２と接触子２０との接触は、少なくとも線接触となっている。従って、半田ボールへの傷付けを減少し且つ接触子の潰れ等の損傷を防止できる。
【００２４】
また、案内溝２３の底、即ち線２４は、凹所２２の中心から先端部２１の外周面へ伸びるように下方へ傾斜している。これにより、半田ボール２から突出部２５に付着した半田を案内溝２３に落とし、該案内溝に沿って接触子２０の外へ導き、排出することができる。従って、接触子の先端への半田の付着を低減できることと相俟って、接触子２０のテストを繰り返す毎の接触抵抗の増大を抑制できる。よって、半田ボール２を共晶半田から形成する場合と同一のテスト回数を連続的に行うことができ、即ち、接触子２０の洗浄期間を従来の２〜５倍に延長することができる。
【００２５】
更に、図２に示すように、接触子２０は半田ボール２とほぼ同一の直径を有している。従って、半田ボール２の下部の半球部が凹所２２に入り込み、この半球部が凹所２２全体に押し付けられることとなる。従って、半田ボールから接触子への半田の付着を更に減少させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体パッケージテスト用プローブによれば、半田ボールと接触子との接触は少なくとも線接触となるので、半田の付着量を減少させ、且つ半田ボールへの傷付け及び接触子の損傷を減少することができる。
また、半田ボールからの半田が案内溝に沿って凹所の中心から接触子の外へ排出することができるので、テストを繰り返しても接触子の接触抵抗の増加を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブに設けている接触子を示す上面図及び正面図である。
【図２】半導体パッケージのテスト時における半田ボールと接触子との接触状態を示す上面図及び正面図である。
【図３】本発明に係る半導体ソケットを示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体ソケットを示す平面図である。
【図５】本発明に係るソケットホルダーを示す断面図である。
【図６】本発明に係るＢＧＡパッケージを示す正面図及び底面図である。
【図７】半導体ソケットに搭載されているＢＧＡパッケージを示す正面図である。
【図８】従来の接触子を示す正面図である。
【符号の説明】
１  パッケージ
２  半田ボール
１３  プローブ
２０  接触子
２１  先端部
２２  凹所
２３  案内溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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