(57)【要約】【課題】半導体試験装置、半導体試験装置用コンタクタユニット、及び半導体装置の試験方法において、半導体装置の加熱むらを抑制すること。【解決手段】測定対象の半導体装置２０に当接する複数のコンタクタ（当接体）１１と、複数のコンタクタ１１の各々に熱的に接続された発熱体３１と、複数のコンタクタ１１の各々を上下に駆動することにより、コンタクタ１１の各々に半導体装置２０の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部８とを有する半導体試験装置１による。【選択図】図２
2011053007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、
前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、
前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部と、
を有することを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
前記半導体装置の前記凹凸を認識する認識部を更に有し、
前記駆動部は、前記認識部で認識された前記凹凸に合うように、前記当接体の各々に前記高低差を付与することを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記複数の当接体のうちの少なくとも一つに、該当接体と前記半導体装置との間の接触圧を測定する圧力センサが設けられ、
前記接触圧が許容範囲内に収まるように、前記駆動部が前記当接体を上下に駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、
前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、
前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部と、
を有することを特徴とする半導体試験装置用コンタクタユニット。
【請求項５】
半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を複数の当接体の各々に付与し、該当接体の各々が前記半導体装置に当接した状態で、前記当接体から前記半導体装置に熱を伝え、前記半導体装置に対して電気的な試験を行うことを特徴とする半導体装置の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体試験装置、半導体試験装置用コンタクタユニット、及び半導体装置の試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の形態には様々なものがあるが、なかでも複数種類の半導体素子を一つのパッケージ基板上に搭載してなるシステム・イン・パッケージ（SiP）は、小型化や設計等が容易であるとの利点を有しており、広く普及している。
【０００３】
SiP等の半導体装置が完成した後は、製品の保証温度範囲内で半導体装置が所定の動作をするかどうかを確かめるべく、半導体装置を加熱しながら電気的な試験が行われる。
【０００４】
その試験の際、半導体装置に加熱むらがあると、試験結果が不正確となるおそれがあり、試験結果の信頼を保証するのが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２１３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体試験装置、半導体試験装置用コンタクタユニット、及び半導体装置の試験方法において、半導体装置の加熱むらを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の開示の一観点によれば、測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部とを有する半導体試験装置が提供される。
【０００８】
また、その開示の他の観点によれば、測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部とを有する半導体試験装置用コンタクタユニットが提供される。
【０００９】
更に、その開示の他の観点によれば、半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を複数の当接体の各々に付与し、該当接体の各々が前記半導体装置に当接した状態で、前記当接体から前記半導体装置に熱を伝え、前記半導体装置に対して電気的な試験を行う半導体装置の試験方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体試験装置によれば、当接体の各々に半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与するので、当接体から半導体装置に均一に熱を伝えることができ、試験時に半導体装置に加熱むらが発生するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体装置の構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るコンタクタユニットの拡大断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るコンタクタの配列について模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る半導体装置の試験方法について説明するための模式図（その１）である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る半導体装置の試験方法について説明するための模式図（その２）である。
【図６】図６は、第２実施形態の第１例に係るコンタクタユニットの拡大断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態の第２例に係るコンタクタユニットの拡大断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態の第２例において、熱の伝わり方について説明するためのコンタクタユニットの要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体試験装置の構成図である。
【００１３】
この半導体試験装置１は、半導体装置２０を加熱しながら該半導体装置２０に対して電気的な試験を行うものであって、FT(Final Test)ボードと呼ばれる回路基板２と、ソケット４とを有する。
【００１４】
ソケット４は、樹脂を射出成形してなり、半導体装置２０を収容するための凹部４ａを有する。その凹部４ａの底面には、半導体装置２０と回路基板２の各々に電気的に接続される端子１９が設けられる。
【００１５】
試験対象の半導体装置２０は特に限定されないが、パッケージ基板２１の上に複数種類の半導体素子２２を混載してなるシステム・イン・パッケージのように、半導体素子２２に起因した凹凸が表面にある半導体装置を試験対象とするのが好ましい。半導体装置２０がシステム・イン・パッケージの場合、半導体素子２２は、パッケージ基板２１に金バンプ等の外部接続端子を介してフリップチップ実装される。
【００１６】
また、そのパッケージ基板２１において端子１９に対向する位置には、はんだバンプ等の外部接続端子２３が設けられる。
【００１７】
一方、ソケット４の上方には、ソケット４に半導体装置２０を押し当てるコンタクタユニット１０が設けられる。
【００１８】
コンタクタユニット１０は、パッケージクランパ７と、複数の棒状のコンタクタ１１とを有する。このうち、コンタクタ１１は、その先端が半導体装置２０に当接する当接体として供せられる。
【００１９】
また、コンタクタユニット１０の上には、シャフト１２を介してコンタクタユニット１０を昇降させるステッピングモータ等の昇降部１３が設けられる。
【００２０】
そして、コンタクタユニット１０の側方には、半導体装置２０の表面を撮像するCCDカメラ等の撮像部２４が設けられ、撮像部２４で取得した半導体装置２０の画像信号SPは制御部１４に入力される。
【００２１】
その制御部１４は、画像認識部１５と、コントローラ１６と、半導体装置２０の設計データSLが入力される計算部１７とを有する。
【００２２】
このうち、画像認識部１５は、上記の画像信号SPに基づいて、半導体装置２０の表面の凹凸の場所と高さを認識する。また、コントローラ１６は、コンタクタユニット１０にコンタクタ１１の駆動信号SDを出力すると共に、コンタクタユニット１０を加熱するための加熱信号SHを出力する。
【００２３】
図２は、コンタクタユニット１０の拡大断面図である。
【００２４】
コンタクタユニット１０は、複数のコンタクタ１１の各々を上下に駆動するための駆動部８を有する。
【００２５】
駆動部８は、各コンタクタ１１に対応したモータ３３とスクリューナット３４とを備える。モータ３３の大きさは特に限定されないが、その直径が約２mm程度の小型のモータを採用するのが好ましい。
【００２６】
そして、棒状のコンタクタ１１の一端に形成されたスクリューネジ１１ａがそのスクリューナット３４に螺合しており、モータ３３が回転することで各コンタクタ１１が上下に駆動し、コンタクタ１１の先端が半導体装置２０の表面に当接することになる。
【００２７】
モータ３３とスクリューナット３４は筐体３２に収容される。筐体３２は、各コンタクタ１１の横方向の動きを規制し、コンタクタ１１を上下方向にガイドする役割も担う。筐体３２の材料は特に限定されないが、熱伝導率に優れた鉄等の金属よりなるのが好ましい。
【００２８】
筐体３２には発熱体３１が設けられる。発熱体３１は、筐体３２やスクリューナット３４を介して、各コンタクタ１１と熱的に接続される。
【００２９】
発熱体３１は特に限定されないが、通電によって発熱するニッケル合金よりなる電熱線を発熱体３１として使用するのが好ましい。
【００３０】
更に、コンタクタユニット１０には、加熱制御部３７とモータ制御部３８が設けられる。
【００３１】
このうち、モータ制御部３８は、上記の駆動信号SDに基づいて、各モータ３３の回転数を個別に制御する。また、加熱制御部３７は、上記の加熱信号SHに基づいて、発熱体３１への通電量Iを制御する。
【００３２】
そして、各コンタクタ１１は、その先端が半導体装置２０の表面に当接することで発熱体３１の熱を半導体装置２０に伝えるものであり、熱伝導率に優れた鉄等の金属よりなるのが好ましい。
【００３３】
各コンタクタ１１の先端にはセンサ部３５が設けられる。センサ部３５には、コンタクタ１１が半導体装置２０に当接したときに、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触圧を検出する圧力センサが設けられる。
【００３４】
また、この圧力センサに代えて、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触の有無を検出する接触センサを用いてもよい。
【００３５】
更に、そのセンサ部３５には、半導体装置２０の温度を測定する温度センサも設けられる。
【００３６】
なお、本実施形態では全てのコンタクタ１１にセンサ部３５が設けられるが、一部のコンタクタ１１にのみセンサ部３５を設けるようにしてもよい。
【００３７】
センサ部３５から出力されるセンサ信号SSは、既述の制御部１４（図１参照）に入力される。センサ信号SSは、例えば、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触圧、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触の有無、及び半導体装置２０の温度等の情報を含む。
【００３８】
そして、このセンサ信号SSに基づいて、制御部１４における計算部１７が、接触圧、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触の有無、及び半導体装置２０の温度を認識する。
【００３９】
このようなコンタクタユニット１０においては、駆動部８によって各コンタクタ１１が上下に駆動し、半導体装置２０の表面の凹凸に合うようにコンタクタ１１の先端の高さが変えられる。
【００４０】
各コンタクタ１１は、その先端が半導体装置２０に当接することで、発熱体３１の熱を半導体装置２０に伝える役割を担うが、コンタクタ１１によって半導体素子２２が強く押圧されると、半導体素子２２の表面に傷が付くおそれがある。
【００４１】
そのため、コンタクタ１１と半導体装置２０との接触圧に、半導体素子２２に傷が付かない許容範囲を予め求めておくのが好ましい。そして、上記のセンサ信号SSに基づいて接触圧を監視しながら、当該接触圧が上記の許容範囲に収まるように、制御部１４の制御下で駆動部８が各コンタクタ１１を個別に駆動するのが好ましい。
【００４２】
また、半導体装置２０の加熱不足を防止するため、センサ部３５における温度センサで測定された温度が予め定められた基準値よりも低いときに、制御部１４の制御下で発熱体３１の温度を上昇させてもよい。或いは、これとは逆に、その温度センサで測定された温度が上記の基準値よりも高いときに、制御部１４の制御下で発熱体３１の温度を低下させてもよい。
【００４３】
このように発熱体３１の温度を制御するには、発熱体３１に通電される電流Iを制御すればよい。
【００４４】
図３は、上記のコンタクタ１１の配列について模式的に示す斜視図である。
【００４５】
図３に示すように、複数のコンタクタ１１は平面視でグリッド状に配され、半導体素子２２の高さに応じた高低差が各コンタクタ１１に付与される。
【００４６】
次に、この半導体試験装置１を用いた試験方法について説明する。
【００４７】
図４及び図５は、本実施形態に係る半導体装置の試験方法について説明するための模式図である。
【００４８】
試験の開始にあたっては、図４に示すように、不図示の搬送ツールを利用して半導体装置２０を凹部４ａの上方に搬送する。
【００４９】
次いで、撮像部２４からの画像信号SPに基づいて画像認識部１５が半導体装置２０の表面の凹凸の位置と高さを認識する。コントローラ１６は、この認識結果に基づいてコンタクタユニット１０に駆動信号SDを出力する。そして、駆動部８（図２参照）が、半導体装置２０の凹凸に合う高低差が各コンタクタ１１に付与されるように各コンタクタ１１を上下に駆動する。
【００５０】
なお、このように画像信号SPに基づいてコンタクタ１１を駆動するのに代えて、計算部１７に半導体装置２０の設計データSLを入力し、この設計データSLに基づいてコンタクタ１１を駆動するようにしてもよい。コンタクタ１１の駆動は、上記と同様に、駆動信号SDに基づいて駆動部８が行う。
【００５１】
設計データSLには半導体装置２０の表面の凹凸の位置と高さについての情報が含まれているので、当該情報に基づいて各コンタクタ１１を半導体装置２０の凹凸に合うように駆動することができる。
【００５２】
次いで、図５に示すように、昇降部１３によりコンタクタユニット１０下降させ、各コンタクタ１１の先端を半導体装置２０に当接させる。
【００５３】
このとき、各コンタクタ１１の先端は半導体装置２０の凹凸に合うように高低差が付与されているので、各コンタクタ１１から半導体素子２２に過度な力が加わって半導体素子２２に傷が付くのを防止できる。
【００５４】
そして、この状態で発熱体３１（図２参照）により半導体装置２０を加熱しながら、回路基板２とソケット４とを介して半導体装置２０に試験信号を与えることにより、温度保証範囲内で半導体装置２０が所定の動作をするかどうかを試験する。
【００５５】
このとき、発熱体３１で発生した熱はコンタクタ１１を介して半導体装置２０に印加されるが、各コンタクタ１１の先端が半導体装置２０の表面に沿うように並んでいるので、発熱体３１での熱はコンタクタ１１を介して半導体装置２０の各部に均一に伝わる。
【００５６】
そのため、加熱むらが原因で試験の結果が不正確になるのを防止でき、試験の信頼性を保証することが可能となる。
【００５７】
このようにして試験をした後は、試験に合格した半導体装置２０を製品として出荷することになる。
【００５８】
以上のように、本実施形態によれば、試験時に各コンタクタ１１の先端を半導体装置２０の表面の凹凸に合わせるようにしたので、コンタクタ１１から半導体装置２０に均一に熱を伝えることができ、試験の信頼性を保証することができるようになる。
【００５９】
しかも、図３のように棒状の各コンタクタ１１を平面視でグリッド状に配したので、各コンタクタ１１に高低差を付与することで半導体装置２０のどのような凹凸にもコンタクタ１１の先端を合わせることができる。そのため、試験対象の半導体装置２０が特定の品種に限定されてしまうことがなく、コンタクタユニット１０の汎用性が高められる。
【００６０】
更に、上記のようにコンタクタ１１の先端を上下に駆動することで、半導体装置２０に実装されている半導体素子２２がコンタクタ１１によって過度に押圧されるのを防止でき、試験時に半導体素子２２に傷等の不具合が生じるのを防止できる。
【００６１】
特に、システム・イン・パッケージにおいては、半導体素子２２がベアチップの状態で半導体装置２０に実装されており、半導体素子２２に傷が付きやすい状態となっているので、本実施形態を適用して傷の発生を防止する実益がある。
【００６２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、図２に示したように、半導体装置２０を加熱するのに必要な熱を発熱体３１で発生させ、その熱を筐体３２を介してコンタクタ１１に伝えるようにした。
【００６３】
これ対し、本実施形態では、以下の各例のようにコンタクタ１１をより効率的に加熱する。
【００６４】
・第１例
図６は、本例に係るコンタクタユニット１０の拡大断面図である。図６において、図２におけるのと同じ要素には図２と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６５】
図６に示すように、本例では、電熱線等の発熱体３１の一部をコンタクタ１１の外周に沿って敷設する。なお、全てのコンタクタ１１に発熱体３１を敷設する必要はなく、一部のコンタクタ１１にのみ発熱体３１を敷設するようにしてもよい。
【００６６】
このようにすると、発熱体３１によってコンタクタ１１が直接加熱されるので、第１実施形態よりも効率的にコンタクタ１１の加熱を行うことができる。
【００６７】
・第２例
図７は、本例に係るコンタクタユニット１０の拡大断面図である。なお、図７において、図２におけるのと同じ要素には図２と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６８】
図７に示すように、本例では、コンタクタ１１の内部に、発熱体３１の熱が伝熱する伝熱線３９を設ける。
【００６９】
伝熱線３９は特に限定されないが、熱伝導率に優れたタングステンのフィラメントを伝熱線３９として使用するのが好ましい。
【００７０】
図８は、熱の伝わり方について説明するためのコンタクタユニット１０の要部拡大断面図である。なお、図８では、熱の流れを点線矢印で示している。
【００７１】
図８に示すように、発熱体３１で発生した熱の一部は、筐体３２からスクリューナット３４に伝わり、更にスクリューネジ１１ａからコンタクタ１１に伝わる。このとき、上記のように伝熱線３９を設けたことで、スクリューネジ１１ａからセンサ部３５が設けられたコンタクタ１１の先端に速やかに熱が伝わる。これにより、第１実施形態と比較して効率的にコンタクタ１１を加熱することができ、試験対象の半導体装置が加熱不足になるのを防止できる。
【００７２】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００７３】
（付記１）  測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、
前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、
前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部と、
を有することを特徴とする半導体試験装置。
【００７４】
（付記２）  前記半導体装置の前記凹凸を認識する認識部を更に有し、
前記駆動部は、前記認識部で認識された前記凹凸に合うように、前記当接体の各々に前記高低差を付与することを特徴とする付記１に記載の半導体試験装置。
【００７５】
（付記３）  前記駆動部は、前記半導体装置の設計データに含まれる前記凹凸についての情報に基づいて、前記当接体の各々に前記高低差を付与することを特徴とする付記１に記載の半導体試験装置。
【００７６】
（付記４）  前記複数の当接体のうちの少なくとも一つに、前記半導体装置の温度を測定する温度センサが設けられ、
前記温度センサで測定された前記温度が基準値よりも低いときに、前記発熱体の温度を上昇させ、前記温度センサで測定された前記温度が前記基準値よりも高いときに、前記発熱体の温度を低下させることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の半導体試験装置。
【００７７】
（付記５）  前記複数の当接体のうちの少なくとも一つに、該当接体と前記半導体装置との間の接触圧を測定する圧力センサが設けられ、
前記接触圧が許容範囲内に収まるように、前記駆動部が前記当接体を上下に駆動することを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の半導体試験装置。
【００７８】
（付記６）  前記複数の当接体は棒状であり、各々の該当接体が平面視でグリッド状に配されたことを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の半導体試験装置。
【００７９】
（付記７）  前記発熱体は通電により発熱する電熱線であり、該電熱線の一部が前記複数の当接体のうちの少なくとも一つに敷設されたことを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の半導体試験装置。
【００８０】
（付記８）  前記複数の当接体の少なくとも一つに、前記発熱体の熱が伝熱する伝熱線が設けられたことを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の半導体試験装置。
【００８１】
（付記９）  測定対象の半導体装置に当接する複数の当接体と、
前記複数の当接体の各々に熱的に接続された発熱体と、
前記複数の当接体の各々を上下に駆動することにより、前記当接体の各々に前記半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を付与する駆動部と、
を有することを特徴とする半導体試験装置用コンタクタユニット。
【００８２】
（付記１０）  半導体装置の表面の凹凸に合った高低差を複数の当接体の各々に付与し、該当接体の各々が前記半導体装置に当接した状態で、前記当接体から前記半導体装置に熱を伝え、前記半導体装置に対して電気的な試験を行うことを特徴とする半導体装置の試験方法。
【符号の説明】
【００８３】
１…半導体試験装置、２…回路基板、４…ソケット、４ａ…凹部、７…パッケージクランパ、８…駆動部、１０…コンタクタユニット、１１…コンタクタ、１１ａ…スクリューネジ、１２…シャフト、１３…昇降部、１４…制御部、１５…画像認識部、１６…コントローラ、１７…計算部、１９…端子、２０…半導体装置、２１…パッケージ基板、２２…半導体素子、２３…外部接続端子、２４…撮像部、３１…発熱体、３２…筐体、３３…モータ、３４…スクリューナット、３５…センサ部、３７…加熱制御部、３８…モータ制御部、３９…伝熱線。
【図１】
2011053007.tif 000003
【図２】
2011053007.tif 000004
【図３】
2011053007.tif 000005
【図４】
2011053007.tif 000006
【図５】
2011053007.tif 000007
【図６】
2011053007.tif 000008
【図７】
2011053007.tif 000009
【図８】
2011053007.tif 000010