(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視で四角形の本体及び前記本体から外部に伸びるリードを有する半導体素子を被測定対象物とする測定装置であって、
凹部が設けられた下部筐体と、
前記下部筐体の上方に設けられ、前記本体と前記リードとを前記下部筐体側に押し付ける押さえ部と、を備え、
前記押さえ部は、
前記凹部に対向し、前記本体を前記下部筐体に押し付ける際に、前記本体の外周部に接触する本体押さえと、前記本体押さえに囲まれ前記本体押さえより前記凹部から離れた後退部と、前記本体押さえの横に設けられたリード押さえと、を有し、
前記本体押さえと前記後退部に囲まれた領域は空間になっていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記凹部は、外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記本体押さえは底面視で四角形の四隅にＬ字型に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
真空ポンプを備え、
前記本体押さえ又は前記後退部には、前記本体押さえと前記後退部に囲まれた空間につながる穴が形成され、
前記真空ポンプは、前記穴を介して前記空間のエアーを吸入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
供給するエアーの圧力が調整可能なエアー供給器を備え、
前記本体押さえ又は前記後退部には、前記本体押さえと前記後退部に囲まれた空間につながる穴が形成され、前記穴を介して前記空間に圧入されるエアーの圧力を調整することにより、前記半導体素子への荷重を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記本体押さえの下面側を金属で形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記リード押さえに弾性力を及ぼす第１弾性部と、
前記本体押さえと前記後退部に弾性力を及ぼす第２弾性部と、を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
下部筐体の凹部に半導体素子の本体を乗せ、
前記下部筐体の上に設けられた整合基板に前記半導体素子のリードを乗せる搭載工程と、
本体押さえを平面視で四角形である前記本体の上面の外周部に接触させ、
前記本体押さえで前記本体を前記下部筐体に押し付けた状態で、
リード押さえを前記リードの上面に接触させ前記リードを前記整合基板に押し付け、
その後前記半導体素子の電気的特性を測定する測定工程と、を含む半導体素子の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の電気的特性を測定する測定装置、及びその測定装置を用いた半導体素子の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＬＳＩ特性試験において、押え治具でＬＳＩを固定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−１１８２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本体と、外部に伸びるリードとを備えた半導体素子の電気的特性を測定する場合、整合基板を下部筐体上に設け、その下部筐体の上に半導体素子をのせる。そして、押さえ部によって半導体素子を下方に押し付けることで、半導体素子の本体を下部筐体の方向に押し付けつつリードを整合基板に接触させる。その後、リードと整合基板の電気的接続を利用して半導体素子の電気的特性を測定する。このとき、押さえ部によって半導体素子の本体とリードに同等の荷重をかける。
【０００５】
例えば電界のシールド効果のないキャップ構造を有する半導体素子の電気的特性を測定しようとすると、押さえ部に用いる材質の比誘電率の影響により半導体素子の電気特性が変化してしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体素子の特性を正確に測定できる測定装置、及び半導体素子の測定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】
【０００７】
本願の発明に係る測定装置は、平面視で四角形の本体及び該本体から外部に伸びるリードを有する半導体素子を被測定対象物とする測定装置であって、凹部が設けられた下部筐体と、該下部筐体の上方に設けられ、該本体と該リードとを該下部筐体側に押し付ける押さえ部と、を備え、該押さえ部は、該凹部に対向し、該本体を該下部筐体に押し付ける際に、該本体の外周部に接触する本体押さえと、該本体押さえに囲まれ該本体押さえより該凹部から離れた後退部と、該本体押さえの横に設けられたリード押さえと、を有し、該本体押さえと該後退部に囲まれた領域は空間になっていることを特徴とする。
【０００９】
本願の発明に係る半導体素子の測定方法は、下部筐体の凹部に半導体素子の本体を乗せ、該下部筐体の上に設けられた整合基板に該半導体素子のリードを乗せる搭載工程と、本体押さえを平面視で四角形である該本体の上面の外周部に接触させ、該本体押さえで該本体を該下部筐体に押し付けた状態で、リード押さえを該リードの上面に接触させ該リードを該整合基板に押し付け、その後該半導体素子の電気的特性を測定する測定工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、押さえ部により半導体素子の上面外周部だけを押さえ、半導体素子の上面中央部には押さえ部を接触させずクリアランスを設けるので、半導体素子の特性を正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る測定装置の断面図である。
【図２】本体押さえと後退部の斜視図である。
【図３】測定装置の動作を説明する図である。
【図４】半導体素子と本体押さえの底面図である。
【図５】実施の形態２に係る本体押さえの斜視図である。
【図６】半導体素子と本体押さえの底面図である。
【図７】実施の形態３に係る測定装置の断面図である。
【図８】実施の形態４に係る測定装置の断面図である。
【図９】実施の形態５に係る測定装置の断面図である。
【図１０】実施の形態６に係る押さえ部の平面図である。
【図１１】図１０のＸ−Ｘ´線における断面図である。
【図１２】図１０のＹ−Ｙ´線における断面図である。
【図１３】実施の形態７に係る半導体素子の測定方法を示す図である。
【図１４】実施の形態７に係る半導体素子の測定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る測定装置と半導体素子の測定方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る測定装置の断面図である。測定装置１０は、凹部１２Ａと、凹部１２Ａより一段高い平坦部１２Ｂとを有する下部筐体１２を備えている。平坦部１２Ｂの上には整合基板１４が設けられている。整合基板１４の一部には開口が設けられている。その開口により下部筐体１２の凹部１２Ａが外部に露出している。
【００１４】
下部筐体１２の上方には押さえ部１７が設けられている。押さえ部１７は被測定物である半導体素子を下方に押し付けて固定するものである。押さえ部１７は、半導体素子の本体を固定する部分と、半導体素子のリードを固定する部分とを有する。半導体素子の本体を固定する部分は、本体押さえ下部２０、本体押さえ上部２２及び本体押さえ主軸２４である。半導体素子のリードを固定する部分はリード押さえ３０、リード押さえ軸３２及びばね部３４である。
【００１５】
本体押さえ主軸２４は、本体押さえ上部２２と本体押さえ下部２０を動作させる機構である上部筐体に接続される。本体押さえ下部２０は、凹部１２Ａの上方に位置し凹部１２Ａに対向する本体押さえ２０Ａを備えている。そして、この本体押さえに２０Ａに囲まれた部分は、本体押さえ２０Ａより凹部１２Ａから離れた後退部２０Ｂとなっている。
【００１６】
図２は、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂの斜視図である。本体押さえ２０Ａは底面視で四角形になっている。本体押さえ２０Ａの下端の面２０ａは平坦な面である。後退部２０Ｂの下端の面２０ｂも平坦な面である。図２から明らかなように、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに囲まれた領域は空間になっている。
【００１７】
図１の説明に戻る。リード押さえ軸３２はリード押さえ３０を動作させる機構に接続される。リード押さえ軸３２はリード押さえ３０の動作軸である。リード押さえ軸３２は、ばね部３４を介してリード押さえ３０に接続されている。ばね部３４によってリードへの荷重が調整される。リード押さえ３０は、本体押さえ２０Ａの横に設けられている。
【００１８】
図３を参照しつつ測定装置１０の動作について説明する。測定対象とする半導体素子４０は、本体４０Ａと、本体４０Ａから外部に伸びるリード４０Ｂとを備えている。まず、下部筐体１２の凹部１２Ａに本体４０Ａを乗せ、下部筐体１２の上に設けられた整合基板１４にリード４０Ｂを乗せる。この工程を搭載工程という。
【００１９】
次いで、本体押さえ主軸２４に下方向の力を及ぼすことで、本体押さえ２０Ａを本体４０Ａの上面の一部だけに接触させるとともに、リード押さえ３０をリード４０Ｂに接触させる。リード押さえ３０がリード４０Ｂに及ぼす力はばね部３４によって適切な荷重に調整される。本体４０Ａの上面には本体押さえ２０Ａだけが接し、後退部２０Ｂは本体４０Ａに接しない。そのため、本体４０Ａの上面の中央部と後退部２０Ｂとの間にクリアランス４１が形成される。本体４０Ａの上面のうち中央部を囲む部分である外周部だけに、本体押さえ２０Ａが接触する。外周部は、本体の上面の外縁に沿った部分である。
【００２０】
図４は、半導体素子４０と本体押さえ２０Ａの底面図である。破線は本体押さえ２０Ａの輪郭のうち半導体素子４０に隠れた部分を示す。半導体素子４０の本体４０Ａは底面視及び平面視で四角形である。本体４０Ａの上面の外周部に本体押さえ２０Ａが接触する。
【００２１】
図３の説明に戻る。本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを下部筐体１２に押し付けつつ、リード押さえ３０でリード４０Ｂを整合基板１４に押し付けた状態で、半導体素子４０の電気的特性を測定する。この工程を測定工程という。
【００２２】
例えば、本体押さえが半導体素子の本体上面全体に接する場合、本体押さえの材質が半導体素子の電気的特性へ影響を与えてしまう問題がある。特に電界のシールド効果のないキャップ構造を有する半導体素子を測定する場合は、本体押さえの材質が半導体素子の電気的特性に比較的大きな影響を与えてしまう。具体的に言えば、本体押さえを比誘電率の高い材質で形成すると、本体押さえに分極が起こり外から加えた電場が部分的に打ち消されて弱まる。これにより測定結果が影響を受ける。
【００２３】
これに対し、本発明の実施の形態１に係る測定装置によれば、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに囲まれた領域を空間とすることで、半導体素子４０と押さえ部１７の間にクリアランス４１を設けることができる。クリアランス４１は、比誘電率ε＝１の空間である。これにより、本体押さえ２０Ａの材質が半導体素子４０の電気的特性へ与える影響を小さくすることができる。よって、半導体素子の電気的特性を正確に測定できる。
【００２４】
例えば、本体押さえによって半導体素子の上面全体に均等に荷重をかけた場合、半導体素子のキャップ材質によってはキャップ部が変形するなどの問題が起こりえる。キャップ部とは本体４０Ａの外皮部分である。これに対し、本発明の実施の形態１では、図４を参照しつつ説明したように、本体押さえ２０Ａは半導体素子４０の本体４０Ａの外周部だけに接触する。本体押さえ２０Ａは本体４０Ａの中央部には接しない。本体４０Ａの外周部は中央部よりも耐荷重が高いので、外周部に本体押さえ２０Ａを接触させることで半導体素子４０の変形を防止できる。また、本体押さえ２０Ａの強度を高めて本体４０Ａに対し高い荷重をかけることができる。
【００２５】
本発明の実施の形態１に係る測定装置は、その特徴を失わない範囲で様々な変形をなし得る。例えば、クリアランス４１を設けて半導体素子を下部筐体１２に固定できる限り、本体押さえ２０Ａの形状を適宜変更できる。以下の実施の形態でも同様である。なお、以下の実施の形態に係る測定装置と半導体素子の測定方法は、実施の形態１との類似点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２６】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る本体押さえ２０Ｃの斜視図である。本体押さえ２０Ｃは断続的に設けられている。本体押さえ２０Ｃは、底面視でＬ字型の部分を４つ備える。図６は、本体押さえ２０Ｃと半導体素子４０の底面図である。破線は本体押さえ２０Ｃの輪郭のうち半導体素子４０に隠れた部分を示す。一点鎖線は本体押さえ下部２０の輪郭のうち半導体素子４０に隠れた部分を示す。半導体素子４０の本体４０Ａの上面のうち、角部にだけ本体押さえ２０Ｃが接触する。
【００２７】
例えば、半導体素子の本体上面全体に本体押さえが接触する場合、測定後に半導体素子が本体押さえに密着し、これらを分離できなくなり、次の素子測定へ進めなくなることがあった。これに対し、本発明の実施の形態２に係る本体押さえ２０Ｃによれば、本体４０Ａと本体押さえ２０Ｃの接触面積が小さいので、本体４０Ａが本体押さえ２０Ｃに密着することを防止できる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る測定装置の断面図である。押さえ部１７には、穴５０が設けられている。穴５０は破線で示されている。この穴５０は、本体押さえ下部２０とリード押さえ３０に形成されている。穴５０は、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに囲まれた空間につながる。穴５０は当該空間と外部をつなぐ。リード押さえ３０には穴５０を覆うパイプ５１が接続されている。パイプ５１は真空ポンプ５４に接続されている。パイプ５１には、パイプ５１内部の流路を開閉するバルブ５２が取り付けられている。
【００２９】
真空ポンプ５４は、穴５０を介して、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに囲まれた空間であるクリアランス４１のエアーを吸入する。図７には、真空ポンプ５４を作動させ穴５０の中の空気及びクリアランス４１の空気を引き抜くことで、半導体素子４０を押さえ部１７に吸着させたことが示されている。半導体素子４０の測定を終えると、図７に示すように半導体素子４０を押さえ部１７に吸着させある程度上方に持ち上げる。そして、半導体素子４０を外部のトレイまで移動させ、バルブ５２を閉めることで上記吸着を解除し、半導体素子をトレイに収納する。その後、バルブ５２を開き、新たな測定対象となる半導体素子を押さえ部１７に吸着させる。吸着状態を維持しつつ押さえ部１７を移動することで半導体素子を移動し、吸着解除することでその半導体素子を下部筐体１２の凹部１２Ａに収容する。
【００３０】
このように実施の形態３に係る測定装置によれば、半導体素子の取替えを手動で行う必要はなく、半導体素子を自動で取り替えることができる。クリアランスにつながる穴５０は、押さえ部１７のどこに形成してもよい。例えば本体押さえ下部２０とリード押さえ３０に穴を形成するのではなく、本体押さえ下部２０だけに穴を形成しても良い。穴をクリアランスにつなげるために、穴は少なくとも本体押さえ又は後退部に形成される。
【００３１】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る測定装置の断面図である。この測定装置は実施の形態３で説明した真空ポンプ５４をエアー供給器６０に置き換えたものである。エアー供給器６０がエアーを出すことで、パイプ５１及び穴５０を通って、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに囲まれた空間にエアーを供給する。エアーは例えばＣＤＡ(Compressed Dry Air)である。
【００３２】
図８には、本体押さえ２０Ａにより本体４０Ａが固定され、リード押さえ３０によりリード４０Ｂが固定された状態で、クリアランス４１にエアーを圧入することが開示されている。半導体素子４０の電気的特性を測定するときに、本体押さえ２０Ａとリード押さえ３０が半導体素子４０に接して半導体素子に及ぼす荷重は、クリアランス４１に圧入されたエアーによって調整される。クリアランス４１に供給されるエアーの圧力が高いほど、半導体素子４０に及ぼされる荷重が減じられる。したがって、半導体素子４０と素子押さえ２０Ａの密着を抑制できる。
【００３３】
本発明に係る測定装置では、部材の熱抵抗が異なったり出力電力が異なったりする複数品種の半導体素子の電気的特性を測定する。半導体素子の品種に応じて、測定時に半導体素子に及ぼす最適荷重が異なる。半導体素子の品種が変わる毎に押さえ部１７が半導体素子に及ぼす荷重を調整するばねを交換するのは面倒である。そこで、本発明の実施の形態４では、エアー供給器６０によりクリアランス４１にエアーを供給するか否かにより、２通りの荷重を半導体素子に及ぼすことができる。さらに、エアー供給器６０によるエアー供給の強弱を調整できるようにして、３通り以上の荷重を半導体素子に及ぼすことができるようにすることが好ましい。
【００３４】
実施の形態５
図９は、実施の形態５に係る測定装置の断面図である。本体押さえ２０Ａの下面は金属２０Ｍで形成されている。本体押さえ２０Ａの下面が金属２０Ｍで形成されることで、本体押さえ２０Ａの下面は平坦になっている。本体押さえ２０Ａ全体が金属である必要はなく、本体押さえ２０Ａの下面だけが金属２０Ｍで形成されていればよい。
【００３５】
本体押さえは、半導体素子の電気特性への影響を抑制するために、フッ素樹脂等で形成することが一般的である。フッ素樹脂等を加工して平坦にすることは困難であり、しかも繰り返しの使用による磨耗劣化も平坦性を悪化させる要因となる。平坦性の低い本体押さえを本体に押し付けると、半導体素子が変形するおそれがある。
【００３６】
そこで、本発明の実施の形態５に係る測定装置では、本体押さえ２０Ａの下面を金属２０Ｍとすることで、本体４０Ａに接する部分の平坦性を高めた。よって、半導体素子の変形を抑制することができる。しかも、半導体素子の測定時に、本体４０Ａの大部分はクリアランス４１に接し、本体４０Ａと金属２０Ｍが接する面積は小さいので、半導体素子４０の電気特性への有意な影響はない。
【００３７】
実施の形態６．
図１０は、実施の形態６に係る押さえ部１７の平面図である。押さえ部１７には、リード押さえ軸３２と、本体押さえ軸６２が設けられている。図１１は、図１０のＸ−Ｘ´線における測定装置の断面図である。図１１は、図１の押さえ部１７と同じ図である。リード押さえ軸３２は、外部から及ぼされた力を、ばね部３４を介してリード押さえ３０に伝達するものである。ばね部３４は本体押さえ下部２０とリード押さえ３０に挟まれている。
【００３８】
図１２は、図１０のＹ−Ｙ´線における測定装置の断面図である。ばね部６１は本体押さえ上部２２と本体押さえ下部２０に挟まれている。上部筐体により本体押さえ主軸２４が下げられると、本体押さえ２０Ａが半導体素子の本体に当たりばね部６１によって決められた荷重が本体に及ぶ。それとともに、リード押さえ３０がリードに当たり、ばね部３４により決められた荷重がリードに及ぶ。
【００３９】
半導体素子と下部筐体１２を確実に接触させるために、本体４０Ａに高い荷重を及ぼすことがある。このとき、リード４０Ｂにも高い荷重を及ぼすとリードが変形してしまう。そこで、本発明の実施の形態６では、本体４０Ａに及ぶ荷重をばね部６１によって調整し、リード４０Ｂに及ぶ荷重をばね部３４によって調整するので、本体４０Ａの荷重とリード４０Ｂの荷重を独立に調整できる。よって、リード４０Ｂに過大な力が及ぶことを防止できる。
【００４０】
ばね部３４は、リード押さえ３０に弾性力を及ぼす限り別の構成に置き換えても良い。リード押さえ３０に弾性力を及ぼす第１弾性体としては、例えばゴム材を採用することができる。ばね部６１は、本体押さえ２０Ａと後退部２０Ｂに弾性力を及ぼす限り別の構成に置き換えても良い。本体押さえ２０Ａに弾性力を及ぼす第２弾性部としては、例えばゴム材を採用することができる。
【００４１】
本発明の実施の形態６の測定装置は、本体押さえ２０Ａに力を及ぼす第２弾性体と、リード押さえ３０に力を及ぼす第１弾性体を別々に設けたことを特徴とするものである。したがって、押さえ部１７における後退部２０Ｂを省略し、半導体素子４０の本体４０Ａの上面全体に本体押さえが接する構成を採用してもよい。第２弾性体は、本体押さえだけに弾性力を及ぼす。
【００４２】
実施の形態７．
実施の形態７では半導体素子の測定方法について説明する。まず、下部筐体１２の凹部１２Ａに半導体素子４０の本体４０Ａを乗せ、下部筐体１２の上に設けられた整合基板１４に半導体素子４０のリード４０Ｂを乗せる。この工程は搭載工程である。
【００４３】
次いで、測定工程を実施する。測定工程では、まず、図１３に示されるように、本体押さえ２０Ａを本体４０Ａの上面の一部だけに接触させ、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを下部筐体１２に押し付ける。この段階では、リード押さえ３０はリード４０Ｂに接していない。その後、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを固定した状態で、リード押さえ３０をリード４０Ｂの上面に接触させリード４０Ｂを整合基板１４に押し付ける。その結果、図１４に示されるように、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａが押さえられ、リード押さえ３０でリード４０Ｂが押さえられる。このような動作は、本体押さえ主軸２４に対し、図１３、１４の矢印方向の力が及ぼされることで起こる。その後、半導体素子４０の電気的特性を測定する。
【００４４】
測定工程を終えると、図１４の矢印方向と反対方向の力が本体押さえ主軸２４に及ぼされる。これにより、まず、リード押さえ３０がリード４０Ｂから離れ、その後、本体押さえ２０Ａが本体４０Ａから離れる。
【００４５】
ところで、半導体素子は下部筐体１２の凹部１２Ａに収納されるので、半導体素子が予め定められた場所から大きく位置ずれすることはない。しかしながら、先にリード押さえ３０でリード４０Ｂを固定し、その後、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを固定する方法では、リード押さえ３０でリード４０Ｂを固定したときに微小な位置ずれが生じてしまうことがある。この微小な位置ずれは、例えば、本体４０Ａの下面の一部が下部筐体１２から浮くことである。このような微小な位置ずれが生じたまま、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを押さえようとすると、リード４０Ｂに負荷が集中し、リード４０Ｂが変形してしまうことがある。
【００４６】
そこで、本発明の実施の形態７では、まず、本体押さえ２０Ａで本体４０Ａを固定し、その後リード押さえ３０でリード４０Ｂを固定する。これにより、本体押さえ２０Ａの高荷重がリード４０Ｂに加わることはないので、リード４０Ｂの変形を防止できる。
【００４７】
この実施の形態に係る半導体素子の測定方法は、荷重をかける順序に特徴があるので、この特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、後退部２０Ｂを形成しないで、本体４０Ａの上面全体に本体押さえ２０Ａが接する構成を採用してもよい。なお、ここまでに説明した各実施の形態に係る特徴は、適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  測定装置、  １２  下部筐体、  １４  整合基板、  １７  押さえ部、  ２０  本体押さえ下部、  ２０Ａ  本体押さえ、  ２０Ｂ  後退部、  ４０  半導体素子、  ４０Ａ  本体、  ４０Ｂ  リード、  ４１  クリアランス
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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