(57)【要約】【課題】  半導体装置上に形成された外部電極の引張強度試験を、その外部電極の寸法に関わらず正確に効率よく行える試験冶具、試験装置および試験方法を提供する。【解決手段】  半導体チップ100上の外部電極103を固持する試験冶具13を、互いに上下に重ねられて互いの対向面に沿う方向に相対移動する第１部材１と第２部材２とからなり、第１部材１に外部電極103の外形よりも大きな寸法の貫通穴３が形成され、第２部材２に外部電極103の外形よりも大きな寸法の貫通穴４または切欠き部が形成され、貫通穴３と貫通穴４とが重なる重なり部５で外部電極103を挟み込む構造とした。これによれば、外部電極103の寸法に合わせて締め付け具合を自由に調節できるので、微細化された外部電極103を確実に固持することができ、また各種寸法の外部電極103に共用できる。よってこの試験冶具13を備えた試験装置で、外部電極103の寸法に関わらず引張強度試験を行うことができ、試験効率の向上も図ることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する際に前記外部電極を固持する試験冶具であって、
互いに上下に重ねられ、互いの対向面に沿う方向に相対移動自在な第１および第２の固持部材からなり、前記第１の固持部材に前記外部電極の外形よりも大きな寸法の開口部が形成され、第２の固持部材に前記外部電極の外形よりも大きな寸法の開口部または切欠き部が形成され、前記第１の固持部材の開口部と第２の固持部材の開口部または切欠き部とが重なる重なり部で前記外部電極を挟み込む試験冶具。
【請求項２】
半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する試験装置であって、
前記半導体装置を固定する試験ステージと、
前記試験ステージ上の半導体装置の外部電極を固持する請求項１記載の試験冶具と、
前記試験冶具を構成する第１および第２の固持部材を相対移動させる駆動装置と、
前記試験冶具を引っ張り上げる引張装置と、
前記試験冶具と引張装置との間に介装され、引張装置により試験冶具を介して外部電極を垂直方向に引っ張る際の引張荷重を電気信号に変換して出力するロードセルとを備えた試験装置。
【請求項３】
半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する試験方法であって、
所定の位置に固定した前記半導体装置の外部電極を請求項１記載の試験冶具により固持する工程と、
前記試験冶具を介して前記外部電極を垂直方向に引っ張り、その際の引張荷重を測定する工程とを行う試験方法。
【請求項４】
外部電極が破壊したときの引張荷重を測定する請求項３記載の試験方法。
【請求項５】
外部電極を請求項１記載の試験冶具により固持する際に、
前記試験冶具の第１の固持部材の開口部と第２の固持部材の開口部または切欠き部との重なり部を大きくして前記外部電極を通すステップと、
前記第１および第２の固持部材を相対移動させることにより前記重なり部を小さくして、重なり部内の外部電極を挟み込むステップとを行う請求項３記載の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の試験冶具、試験装置、および試験方法に関し、特に半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽薄短小化、高機能化、および低コスト化のために、半導体装置に対して小型・薄型化および狭ピッチ・多端子化による高密度実装化が要求されている。これらの要求に応えるために、小型で多端子のパッケージ半導体として、各種のＣＳＰ（チップサイズパッケージ）が開発されている。ＣＳＰは下面のみに金属の外部電極を備えるもので、ＳＭＴ（サーフェイスマウントテクノロジー）実装方式を用いることによって、他の実装方式に比べて実装面積を小さくすることができ、かつ、接合強度も高くなるため、近年の電子機器に広く採用されてきている。さらなる高密度実装化に対応するために、ＣＳＰの一層の小型・多端子化に向けた外部電極の微細化も進んでいる。
【０００３】
各種ＣＳＰの一般的な外部電極部分を図１２に示す。半導体チップ１００（半導体チップを実装したキャリアであってもよい）に、電極パッド１０１とチップ表面を覆う絶縁膜１０２とが形成され、絶縁膜１０２の開口部から露出した電極パッド１０１に接続する外部電極１０３が形成されている。
【０００４】
このようなＣＳＰについて、外部電極１０３の接合強度試験、つまり半導体チップ１００（もしくはキャリア）との接合強度試験として、外部電極１０３の垂直方向応力に対する強度を測定する引張強度試験（プルテスト）と、水平方向応力に対する強度を測定するせん断強度試験（シェアテスト）とがあり、外部電極１０３の出来映え・信頼性を評価する上で非常に重要となっている。
【０００５】
引張強度試験には、大きく分けて２種類の方法がある。
第１の試験方法では、図１３（ａ）に示すように、外部電極１０３を加熱して再溶融させ、金属製のプローブ１０４を挿入し、その状態で冷却して互いに接合させた後、垂直方向の引張力を加えて、外部電極１０３と電極パッド１０１との接続・剥離強度を測定する。
【０００６】
第２の試験方法では、図１３（ｂ）に示すように、外部電極１０３を専用の掴み冶具１０５で少なくとも２方向から掴み、電極パッド１０２の表面に関して垂直方向の引張力を加えて、外部電極１００と電極パッド１０３との接続・剥離強度を測定する（たとえば特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平１１−２８８９８６公報
【特許文献２】特開２００１−１１８８８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した第１の引張強度試験方法では、外部電極１０３およびプローブ１０４を加熱する時間が長くかかること、加熱具の温度制御機構が大掛かりとなり管理が面倒であること、プローブ１０４は試験毎に使い捨てせざるをえないことなど、非常に非効率である。また外部電極１０３を再溶融させるので、外部電極１０３と電極パッド１０１との接合部の合金層形成状態が一定しない可能性が高く、引張強度のばらつき・変動が大きくなり易い。
【０００８】
第２の引張強度試験方法では、外部電極１０３のサイズ毎に適切な寸法の掴み冶具１０５が必要であり、各種サイズの外部電極１０３に対する掴み冶具１０５の共用化が困難である。また極小の外部電極１０３に対して、それを押しつぶす荷重を避けながらでは、垂直方向へ引っ張るのに十分な摩擦力は得られず、引張試験が困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みて、外部電極の寸法に関わらず、その外部電極の引張強度試験を正確に、効率よく行える試験冶具、試験装置および試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する際に前記外部電極を固持する試験冶具を、互いに上下に重ねられ、互いの対向面に沿う方向に相対移動自在な第１および第２の固持部材からなり、前記第１の固持部材に前記外部電極の外形よりも大きな寸法の開口部が形成され、第２の固持部材に前記外部電極の外形よりも大きな寸法の開口部または切欠き部が形成され、前記第１の固持部材の開口部と第２の固持部材の開口部または切欠き部とが重なる重なり部で前記外部電極を挟み込む構造としたことを特徴とする。
【００１１】
また、半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する試験装置を、前記半導体装置を固定する試験ステージと、前記試験ステージ上の半導体装置の外部電極を固持する上記試験冶具と、前記試験冶具を構成する第１および第２の固持部材を相対移動させる駆動装置と、前記試験冶具を引っ張り上げる引張装置と、前記試験冶具と引張装置との間に介装され、引張装置により試験冶具を介して外部電極を垂直方向に引っ張る際の引張荷重を電気信号に変換して出力するロードセルとを備えた構造としたことを特徴とする。
【００１２】
また、半導体装置上に形成された外部電極の接合強度を試験する試験方法において、所定の位置に固定した前記半導体装置の外部電極を上記試験冶具により固持する工程と、前記試験冶具を介して前記外部電極を垂直方向に引っ張り、その際の引張荷重を測定する工程とを行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
外部電極が破壊したときの引張荷重を測定するようにしてもよい。
外部電極を上記試験冶具により固持する際に、前記試験冶具の第１の固持部材の開口部と第２の固持部材の開口部または切欠き部との重なり部を大きくして前記外部電極を通すステップと、前記第１および第２の固持部材を相対移動させることにより前記重なり部を小さくして、重なり部内の外部電極を挟み込むステップとを行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の試験冶具は、外部電極の寸法に合わせてその外部電極を挟み込む締め付け具合を自由に調節できるので、微細化された外部電極を確実に固持することができ、また各種寸法の外部電極に共用できる。よってこの試験冶具を備えた試験装置で、外部電極の寸法に関わらず外部電極の引張強度試験を行うことができ、試験効率の向上も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における試験装置の側面図である。
この試験装置は、試験装置本体１１と、試験対象の半導体装置Ｗを固定するための試験ステージ１２と、半導体装置Ｗの外部電極を固持するための試験冶具１３と、試験冶具１３を締め付け動作させる駆動装置１４と、駆動装置１４に接続したロードセル１５と、試験冶具１３と駆動装置１４とロードセル１５とを垂直方向へ引っ張り上げる引張装置１６とを備えている。
【００１６】
上記構成により、試験ステージ１２に固定された半導体装置Ｗの外部電極を試験冶具１３によって後述するように固持し、この試験冶具１３を引張装置１６によって垂直方向に引っ張り上げ、その際にかかる荷重をロードセル１５で電気信号に変換して、試験装置本体（コンピュータ）１１へ送ることにより、引張強度試験を行って、試験データを得ることができる。駆動装置１４は、サーボモータによる制御が望ましいが、空圧制御や油圧制御でも構わない。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）は試験冶具１３を半導体装置Ｗとともに示した上面図および側面図である。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は同試験冶具１３の動作を示す平面図である。
半導体装置Ｗ（ＣＳＰの外部電極部分のみを拡大図示している）は、先に図１２を用いて説明したものと同様の構成を有しており、半導体チップ１００（半導体チップを実装したキャリアであってもよい）に、電極パッド１０１とチップ表面を覆う絶縁膜１０２とが形成され、絶縁膜１０２の開口部から露出した電極パッド１０１に接続する外部電極１０３が形成されている。
【００１８】
試験冶具１３は、互いに上下に重ねられた第１の外部電極固持部材１（以下、単に第１部材１という）と第２の外部電極固持部材２（以下、単に第２部材２という）とで構成されている。第１部材１および第２部材２は、円形の貫通穴３，貫通穴４をそれぞれ有し、それぞれの一端に上下方向に延びた延出部１ａ，延出部２ａに加えられる力によって互いの対向面に沿う方向に相対移動自在であり、貫通穴３と貫通穴４とが重なる重なり部５で外部電極１０３を挟み込む。
【００１９】
図４は、試験冶具１３によって半導体装置Ｗの外部電極１０３を固持し、引張強度試験を行う際の工程断面図である。
図４（ａ）に示すように、第１部材１と第２部材２とを、互いの貫通穴３，貫通穴４とが完全に（あるいはほぼ完全に）一致するように重ね合わせた状態とし、矢印で示すように試験ステージ１２に固定された半導体装置に向けて下降させる。
【００２０】
そして、図４（ｂ）に示すように、貫通穴３，貫通穴４との重なり部５に外部電極１０３を通し、第２部材２の下面を外部電極１０３の周囲の絶縁膜１０２に密着させた後、第１部材１と第２部材２とを矢印で示すように逆方向に相対移動させることにより、図４（ｃ）に示すように重なり部５を狭め、この重なり部５で外部電極１０３を締め付けて挟み込む。
【００２１】
その後に、第１部材１と第２部材２とを矢印で示すように、外部電極１０に対する垂直方向へ（つまり半導体チップ１００の上面、あるいは試験ステージ１２のチップ搭載面に対して垂直方向で）引っ張り上げていく。そして、図５（ｄ）に示すように、外部電極１０３と電極パッド１０１との接合部が破壊する時点での引張荷重を上記したロードセル１５を介して測定し、その測定値を引張強度とする。
【００２２】
もちろん、外部電極１０３と電極パッド１０１との接合部が破壊する前の荷重を、所定の引張荷重に耐えるか否かの試験に用いてもよい。
以上のように、本発明の試験冶具１３は、外部電極１０３の寸法に合わせて締め付け具合を自由に調節できるので、微細化された外部電極１０３でも確実に固持することができ、各種寸法の外部電極１０３に共用することもできる。よってこの試験冶具３３を備えた試験装置で、外部電極１０３の寸法に関わらず外部電極１０３の引張強度試験を行うことができ、試験効率の向上も図ることができる。
【００２３】
試験冶具１３の第１部材１および第２部材２の貫通穴３，貫通穴４の形状は、上記した円形に限らず多種多様にすることが可能である。以下に種々の試験冶具１３を図示して説明する。各図において、（ａ）は第１部材１および第２部材２を並べた状態、（ｂ）は外部電極１０３を通すべく重なり部５が最大になるように重ね合わせた状態、（ｃ）は外部電極１０３を挟み込むべく重なり部５を狭めた状態を示す。
【００２４】
図５に示す試験冶具では、最大寸法と締め付け部分の寸法とに極端な差がある外部電極１０３のために、第１部材１の貫通穴３を、外部電極１０３を通すための大径部３ａと、外部電極１０３を締め付けるための小径部３ｂとが連続した形状とし、第２部材２の貫通穴４を、外部電極１０３を通すための大径部４ａと、外部電極１０３を締め付けるための小径部４ｂとが連続した形状としている。
【００２５】
図６に示す試験冶具では、第１部材１，第２部材２の貫通穴３，貫通穴４をそれぞれ長方形としている。
図７に示す試験冶具では、第１部材１，第２部材２の貫通穴３，貫通穴４をそれぞれひし形としている。
【００２６】
第１部材１および第２部材２の一方に貫通穴に代えて凹部を設けても上記した各種試験冶具と同様の動作で外部電極１０３を固持可能である。
図８に示す試験冶具では、最大寸法と締め付け部分の寸法とに極端な差がある外部電極１０３のために、第１部材１の貫通穴３を、外部電極１０３を通すための大径部３ａと、外部電極１０３を締め付けるための小径部３ｂとが連続した形状とし、第２部材２に、第１部材１の小径部３ｂとの重なり部５で外部電極１０３を締め付ける半円形の凹部６を形成している。ここでは小径部３ｂと凹部３の半径を同一としている。
【００２７】
図９に示す試験冶具では、第１部材１の貫通穴３を長方形とし、第２部材２に、第１部材１の貫通穴３との重なり部５で外部電極１０３を締め付ける長方形の凹部６を形成している。ここでは凹部６は、相対移動方向に沿う辺の長さを貫通穴３よりも小さくし、それと交わる方向の辺の長さは貫通穴３と同一としていて、重なり部５は正方形になり得る。
【００２８】
図１０に示す試験冶具では、第１部材１の貫通穴３をひし形とし、第２部材２に、第１部材１の貫通穴３との重なり部５で外部電極１０３を締め付ける三角形の凹部６を形成している。ここでは凹部６は、各辺の長さを貫通穴３よりも小さくし、その間の角は貫通穴３と同一としていて、重なり部５はひし形になり得る。
【００２９】
なお、貫通穴３，貫通穴４はともに、外部電極１０３を通すことができるように、外部電極１０３の外径よりも大きい内径を持たせることが必要である。外部電極１０３よりも１００〜３００μｍ程度大きな径を持つように寸法設定するのが望ましい。一般的な半導体装置では、外部電極１０３の寸法は１００μｍ〜７００μｍの範囲にあるが、実際に測定対象となる外部電極１０３の寸法を考慮して、貫通穴３，貫通穴４の寸法を設定することが望ましい。例えば、外部電極１０３の寸法範囲を、５００μｍ以上、３００〜５００μｍ、３００μｍ以下というように３ランクに分割し、それぞれのランク内で共用できるように貫通穴３，貫通穴４の寸法設定を行うことができる。第１部材１と第２部材２の内、上側に重ねられる部材については、貫通穴でなく上端が閉じた開口部とすることも可能である。
【００３０】
第１部材１および第２部材２の材料としては、金属が高い強度を有しているため望ましいが、試験冶具１３として必要な強度および加工性に問題がなければ、樹脂やセラミック等の材料でも構わない。
【００３１】
第１部材１および第２部材２の厚みは、強度確保の観点から設定することが好ましい。上記した各種の試験冶具１３では、第１部材１，第２部材２ともに平板として示しているが、たとえば図１１に示したように、第１部材１は直方体とし、第２部材２は第１部材１に合わせたコの字型としても何ら問題ない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の試験冶具、試験装置、試験方法は、半導体装置上に形成された外部電極の引張強度試験を前記外部電極の寸法に関わらず行うことができ、微細化された外部電極に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態における試験装置の側面図
【図２】図１の試験装置に用いられる試験冶具の上面図および側面図
【図３】図２の試験冶具の動作を示す平面図
【図４】図１の試験装置、図２の試験冶具によって引張強度試験を行う際の工程断面図
【図５】図１の試験装置に用いられる他の試験冶具の平面図
【図６】図１の試験装置に用いられるさらに他の試験冶具の平面図
【図７】図１の試験装置に用いられるさらに他の試験冶具の平面図
【図８】図１の試験装置に用いられるさらに他の試験冶具の平面図
【図９】図１の試験装置に用いられるさらに他の試験冶具の平面図
【図１０】図１の試験装置に用いられるさらに他の試験冶具の平面図
【図１１】図１の試験装置に用いられる他の試験冶具の断面図
【図１２】従来よりある一般的な半導体装置の外部電極部分の断面図
【図１３】従来よりある半導体装置の試験装置の側面図
【符号の説明】
【００３４】
１    第１の外部電極固持部材
２    第２の外部電極固持部材
３    貫通穴（開口部）
４    貫通穴（開口部）
５    重なり部
６    凹部
11    試験装置本体
12    試験ステージ
13    試験冶具
14    駆動装置
15    ロードセル
16    引張装置
100   半導体チップ
101   電極パッド
102   絶縁膜
103   外部電極
Ｗ    半導体装置
【図１】
2006339544.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006339544.tif 000013
【図１２】
2006339544.tif 000014
【図１３】
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