(57)【要約】【課題】  半導体装置の性能を正確に測定する。【解決手段】  一方の端子が半導体装置と電気的に接し他方の端子が斜面形状のプランジャ１２２と前記半導体装置の接近に伴う前記プランジャ１２２の押下で収縮する弾性体１２３とで構成されるプローブ１１２と、該プローブを介して電気的に接続された前記半導体装置の試験を行うための配線が設けられたプリント基板１１３とを備える半導体試験装置１００であって、前記プリント基板１１３は、前記プローブを収容するためのプローブ収容孔１２０と、該プローブ収容孔の内壁に前記配線と電気的に接続される導電部１２１とを備え、前記プローブは、前記プランジャの押下に伴って前記プランジャ１１２と前記弾性体１２３との接点で屈曲して、前記他方の端子が前記導電部１２１と接する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端子が半導体装置と電気的に接し他方の端子が斜面形状のプランジャと前記半導体装置の接近に伴う前記プランジャの押下で収縮する導電性の弾性体とで構成されるプローブと、
該プローブを介して電気的に接続された前記半導体装置の試験を行うための配線が設けられたプリント基板とを備える半導体試験装置であって、
前記プリント基板は、前記プローブを収容するためのプローブ収容孔と、該プローブ収容孔の内壁に前記配線と電気的に接続される導電部とを備え、
前記プローブは、前記プランジャの押下に伴って前記プランジャと前記弾性体との接点で屈曲して、前記他方の端子が前記導電部と接することを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
プリント基板は積層構造であり、各層に設けられている各配線の少なくとも一つに、前記導電部が電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記プローブは、前記弾性体の底面下に導電性を有する傾斜断面形状の導電プランジャを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、底面に格子状に配列された外部入出力端子を有するＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）と称される半導体装置の電気的な特性を得るための半導体試験装置であり、特に試験回路のための配線が施されたプリント基板を用いた半導体試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体試験装置は、試験すべき半導体装置の外部入出力端子（半田ボール）と電気的な接続を行うための半導体ソケットと、該半導体ソケットが装着されるプリント基板とで構成されており、このような半導体試験装置が特許文献１に開示されている。
該特許文献１によれば、図２（ａ）の平面図および図２（ｂ）の断面図に示すように、従来の半導体試験装置１０は、半導体装置の位置決めを行うステージ２１、位置決めされた半導体装置の外部入出力端子と電気的な接触を得るためのプローブ２２、該プローブを収容するソケットベース２３、該ソケットベース２３から前記プローブ２２の抜けを防止する表蓋２４、ソケットベース２３とステージ２１とをバネ２５を介して離間可能に案内するためのガイドピン２６および該ガイドピン２６の抜けを防止する固定螺子２７で構成される半導体ソケット２０と、該半導体ソケット２０により位置決めされた半導体装置の外部入出力端子とプローブ２２を介して電気的に接続されるプリント基板３０とを備えており、前記半導体ソケット２０がソケットガイドピン３１に沿って前記プリント基板３０に組み立て螺子３２で固定されている。
【０００３】
プリント基板３０は約３ｍｍの厚さ寸法で形成されており、その表面側にはプローブと接するための接触端子を備えており、該接触端子と電気的に接続される配線を当該プリント基板の裏側に備えている。この配線には適宜試験回路が形成されており、該配線（試験回路）には測定機器が接続され、該測定機器で半導体装置の電気的な特性が測定される。
プローブ２２は、図３に示すように、半田ボールと接するボールプランジャ３３と、プリント基板３０の配線と接する基板プランジャ３４と、前記各プランジャ間に配置されるスプリング３５と、これらを収容する約６ｍｍの長さ寸法および約０.５ｍｍの径寸法のチューブ形状のケース３６とで構成されている。
【０００４】
ボールプランジャ３３は、導電棒の一方の先端に半田ボールと良好な接触を得るための接触部３７と、導電棒の他方の先端にケースからの抜けを防止する抜け防止部３８とを備えている。ケースの上端で接触部３７が上下に動作可能に、該接触部が設けられている導電棒の他方の端に設けた防止部３８が、ケース内部で上下に移動可能に収容されている。ケースの上端付近にはカシメ部３９が設けられており、該カシメ部３９の内径寸法より大きな抜け防止部３８がカシメ部３９に当ることにより、ボールプランジャ３３がケース３６から抜け出ることを防止している。
基板プランジャ３４は、導電性のピン４０およびピン止部４１を備えており、ケース３６底面に設けたピン穴からピン４０の先端が突出し、ピン穴の径より大きく形成されたピン止部４１により、ケース３６から基板プランジャ３４が抜け出ることを防止している。
【０００５】
前記したプローブの他に、ケース内にピン（プランジャ）とスプリングが導電性のボールを介して収容され、ピンの下部には傾斜形状のつばが形成されているプローブが特許文献２に記載されている。該プローブは、押圧されたピンによりスプリングが収縮するとき、つばの傾斜に伴ってボールがケースに接触してピンとボールとケースとの導電性が確保される。
【０００６】
前記したプローブの他に、ケースを用いない他の構造のプローブが特許文献３に記載されている。特許文献３に記載のプローブは、ソケットベースに形成した孔に２つのピンをスプリングを挟んで収容する構造であり、すなわちスプリングの上端には、半導体装置の外部入出力端子と接する一方のピンが配置され、スプリングの下端には他方のピンが配置されている。押下された一方のピンでスプリングが収縮すると、該スプリングの両端に位置するそれぞれのピン同士が接して上下のピンが電気的に接続される。
【０００７】
ところで、前記したプローブは該プローブの底面がプリント基板の接触端子と接し、該接触端子は、プリント基板の裏側に形成した配線と電気的に接している。従って、半導体装置はプローブを介してプリント基板に形成された配線（試験回路）と電気的に接続される。
【０００８】
従来の図２に示す試験装置は、試験すべき半導体装置がステージ２１に収容されて位置決めされた後、該ステージ２１がソケットベース２３に接近すると、半導体装置の外部入出力端子がプローブ２２（ボールプランジャ）に接する。更にステージ２１がソケットベース２３に接近すると、ソケットベース２３に収容しているプローブ２２のスプリングが収縮し、半導体装置の外部入出力端子とプローブとの間で良好な導電性が確保される。前記したようにプローブ２２はプリント基板３０の試験回路と電気的に接続されていることから、半導体装置はプローブを介してプリント基板の試験回路に電気的に接続され、この状態で半導体装置の電気的な特性が計測される。
【特許文献１】特願２００２−１５８６０１号公報
【特許文献２】特開平１０−１８９０８７号公報
【特許文献３】特開平１０−１８９０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、昨今の半導体装置は動作速度（クロック）が高速であることから、このような高速クロックに基づいて動作する半導体装置の入出力端子からは、高速信号が入出力される。この高速信号は、半導体装置とプローブ２２を介してプリント基板に設けられた配線との間で伝送される。
ところで、このような高速信号は、外部入出力端子から（試験回路のための）配線までの距離、すなわちプローブの長さ寸法の約６ｍｍと、プリント基板の厚さ寸法の約３ｍｍとを加えた約９ｍｍの距離が起因して伝搬の遅延を招く。従って、高速信号の伝搬遅延により、従来の半導体試験装置では、半導体装置の本来の性能を測定することができず、これが問題となっていた。
従って、本発明の目的は半導体装置の性能を正確に測定するための半導体試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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〉
一方の端子が半導体装置と電気的に接し他方の端子が斜面形状のプランジャと前記半導体装置の接近に伴う前記プランジャの押下で収縮する導電性の弾性体とで構成されるプローブと、該プローブを介して電気的に接続された前記半導体装置の試験を行うための配線が設けられたプリント基板とを備える半導体試験装置であって、前記プリント基板は、前記プローブを収容するためのプローブ収容孔と、該プローブ収容孔の内壁に前記配線と電気的に接続される導電部とを備え、前記プローブは、前記プランジャの押下に伴って前記プランジャと前記弾性体との接点で屈曲して、前記他方の端子が前記導電部と接することを特徴とする。
【００１１】
プリント基板は積層構造であり、各層に設けられている各配線の少なくとも一つに、前記導電部が電気的に接続されることを特徴とする。
プローブは、前記弾性体の底面下に導電性を有する傾斜断面形状の導電プランジャを備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体試験装置によれば、プリント基板に設けたプローブ収容孔の内壁に配線と電気的に接続されている導電部と、押圧されたプローブのプランジャと弾性体との接点で屈曲して該プローブとが接することから、半導体装置の外部入出力端子から配線までの電気的な経路距離を短縮することができる。これにより、高速クロックで操作する半導体装置の信号遅延を防ぐことができ、半導体装置の性能を正確に得ることができる。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。
本発明の半導体試験装置１００は、図１（ａ）の平面図および図１（ｂ）の断面図に示すように、半導体装置の位置決めを行うステージ１１１と、位置決めされた半導体装置の外部入出力端子と電気的な接触を得るためのプローブ１１２と、該プローブ１１２を収容するプリント基板１１３（図１（ａ）には示さず）と、該プリント基板１１３の底面からプローブ１１２の抜けを防止するための裏蓋１１４と、プリント基板１１３の表面からプローブ１１２の抜けを防止するための表蓋１１５と、ステージ１１１およびプローブ１１２を弾性体のバネ１１９を介して離間可能に案内するためのガイドピン１１６と、該ガイドピン１１６の抜けを防止する固定螺子１１７と、プリント基板の底面から表蓋１１５および裏蓋１１４をプリント基板１１３に固定するための組み立て螺子１１８とを備える。
【００１５】
ステージ１１１には、底面から挿抜されるプローブのための孔が形成されており、この孔に位置する上面には、半導体装置を受け入れて位置決めを行うためのテーパー孔が設けられている。該ステージ１１１には、底面からガイドピンが挿入されるための孔が形成されており、ステージ１１１を貫通したガイドピン１１６は、ステージ表面で固定螺子１１７により固定される。また、ステージ１１１の底面には、バネ１１９の上端を受入れる孔が形成されている。
【００１６】
プリント基板１１３には、プローブ１１２を収容するためのプローブ収容孔がプローブ１１２の数に応じて設けられている。この孔は貫通孔であり、収容するプローブ１１２の抜け落ちを防止するための裏蓋１１４がプリント基板１１３の底面側から組み立て螺子１１８で固定される。この組み立て螺子１１８は、プリント基板１１３の底面から裏蓋１１４を固定すると共に、プリント基板１１３を貫通して該プリント基板１１３の上面に配置される表蓋１１５の固定も行う。
【００１７】
組立螺子で固定される表蓋１１５は、プリント基板１１３の表面からプローブ収容孔に収容されたプローブ１１２が、該プローブのスプリングの反発力で飛び出すことを防止する蓋であり、ステージ１１１が離間する面の表蓋１１５の厚さ寸法は組み立て螺子１１８で固定される箇所よりも薄く形成されている。この厚さ寸法は、少なくともプローブ１１２がプローブ収容孔から抜け出ない強度に基づいて決められており、表蓋１１５においてステージ１１１が離間する箇所の厚さ寸法は、所望の強度を保持しつつ薄く形成される。
ステージが離間する箇所の表蓋を薄く形成することにより、プリント基板１１３の表面から突出するプローブ１１２先端（後述するボールプランジャ）の長さ寸法を短くすることができる。
【００１８】
ここで、図１（ｂ）に示す位置Ａの拡大図を図４に示し、該図に沿って詳細な説明を行う。
プリント基板１１３には、プローブ収容孔１２０としての貫通孔が形成されている。貫通孔は、所望の深さ寸法で形成するための精度が必要ないため、貫通していない一般的な孔と比較して短時間で形成することができる。
プローブ収容孔１２０の内壁には、導電性を有する導電部１２１が形成されており、導電部１２１はプリント基板上に形成されている所定の配線１２７に接続されている。すなわち、導電部１２１に接触するプローブ毎に接続すべき配線１２７が決まっており、該各プローブを介して半導体装置の各外部入出力端子と配線１２７とが電気的に接続される。
【００１９】
導電部１２１は、プローブ収容孔１２０の内壁に導電性を有する化学銅メッキが施された後、同じく導電性を有する金メッキが時間をかけて施されて形成される。
従って、銅メッキは金メッキに覆われることから酸化を防止することができる。また時間をかけて形成した金メッキは銅メッキを浸透することから、この浸透した良好な導電性を有する金メッキにより、層に設けられた配線１２７と電気的な良好な接続を得ることができる。
【００２０】
ところで、プリント基板１１３は単層構造又は積層構造の何れでも良く、積層構造のプリント基板において導電部１２１および配線を接続するとき、従来と同様にプリント基板の底面側に設けた配線１２７′と接続する他に、各層に設けられている配線１２７と接続してもよい。
プローブ収容孔１２０の底面には裏蓋１１４が組立て螺子１１８で固定されており、プローブ収容孔１１９に収容されるプローブ１１２の抜け落ちを防ぐ。
【００２１】
プローブ１１２は、半導体装置の外部入出力端子と接するボールプランジャ１２２と、弾性体としての導電性のスプリング１２３と、プローブ収容孔１２０の底面に設けられている導電性の導電プランジャ１２４とで構成されている。この導電プランジャ１２４を底面に設けることにより、確実な導電経路を得ることができる。
プローブ１１２がプローブ収容孔１２０に収容され、抜け防止の表蓋１１５が所定の配置されると、該プローブの先端、すなわちボールプランジャ１２２の先端が表蓋１１５に設けた貫通孔より突出するようにプローブの長さ寸法が決定される。例えば、プローブの長さ寸法は、プリント基板の厚さ寸法が約３ｍｍであるとき、表蓋の厚さ寸法と該表蓋から突出するボールプランジャ先端の長さを考慮して約６ｍｍに決定される。
【００２２】
ボールプランジャは、導電性の棒の一方の端に外部入出力端子としての半田ボールを収容するための接触部１２５と、他方の端にプローブ収容孔の内壁に設けられる導電部１２１と電気的な接続を得るための導体部１２６とで構成されている。接触部１２５の径寸法は、導電棒の径寸法以下であり、導体部１２６の径寸法は導電棒の径寸法より大きく、すなわち導電棒と断付きで導電体１２６が形成されている。ボールプランジャの接触部１２５や導電棒は、表蓋１１５の表面に設けた孔から突出し、該孔の径寸法は導電体１２６の径寸法より小さく形成されていることから、表蓋１１５によりプローブ収容孔１２０に閉じ込められたプローブ１１２の抜けが防止される。
【００２３】
導体部１２６の底面、すなわちスプリング１２３と接する面は、図５に示すように、円柱を斜めに切断した傾斜断面状に形成されている。この傾斜断面形状により、該導体部１２６がプローブ収容孔１２０内で降下してスプリング１２３が収縮すると、スプリング１２３の上端が傾斜に沿って滑ると共にスプリング１２３の反発力が導体部１２６の底面に加わると、横方向の力が導体部１２６の底面とスプリング１３２との接点で加わり、この接点で屈曲して、導体部１２６がプローブ収容孔の内壁、すなわち該内壁に設けられている導電部１２１に押し当てられて導体部１２６と導電部１２１との導電性が確保される。
【００２４】
一方、スプリング１２３が収縮して、スプリング１２３の下端が導電プランジャ１２４の傾斜断面形状に沿って滑ると、スプリング１２３の反発力が導電プランジャ１２４の表面に加わって横方向の荷重が導電プランジャ１２４に加わる。これにより、導電プランジャ１２４がプローブ収容孔２０の内壁の導電部１２１に押し当てられて導電プランジャ１２４と導電部１２１との導電性がより確実に確保される。
【００２５】
ところで、前記した特許文献３のプローブは、ケースを用いることなくソケットベースに形成した孔に外部入出力端子と接する一方のピンとプリント基板と接する他方のピンとをスプリングを挟んで収容する構造である。従って、該プローブは押下された一方のピンでスプリングが収縮すると、該スプリングの両端に位置するそれぞれのピン同士が接してプローブの導電性が確保される。すなわち特許文献３のプローブは、少なくとも上下のピンの長さ寸法と収縮したスプリングの長さ寸法とを加えた長さが、半導体装置からプリント基板の配線までの電気的な経路距離として必要であり、しかもプリント基板の配線と電気的な接続を得るための下端のピンが必ず必要である。
【００２６】
一方、本発明はプリント基板１１３の配線と接続するプローブ収容孔１２０に設けた導電部１２１にボールプランジャ１２２の導体部１２６が接して導電性を確保することから、半導体装置の外部入出力端子からプリント基板の配線までの電気的な経路距離は、長くてもスプリング１２３が収縮したプローブ１１２の長さ寸法となる。実質的には、押圧されたボールプランジャ１２２が導電部１２１に接し、該導電部から配線までの約６ｍｍ以下の距離であり、従来の約９ｍｍの距離と比較して経路距離を約２／３に短縮することができる。
更に本発明は、プリント基板に設けた配線にプローブ収容孔１２０の内壁に設けた導電部１２１を接続していることから、必要に応じて下端のピン（導電プランジャ１２４）を省き、プローブ１１２の部品点数を削減してもよい。
【００２７】
前記した導体部１２６が設けられているボールプランジャ１２２、スプリング１２３および導電プランジャ１２４とから成るプローブ１１２は、スプリング１２３や各プランジャ１２２および１２３を収容するための導電性のケースが必要ないことから、プローブの径寸法を小さくすることができる。これにより、外部入出力端子が高密度で設けられた半導体装置の試験を行うことができる。更に、ケースが必要ないことから、プローブ１１２を構成するための部品数を低減することができ、これにより半導体試験装置の製造コストを低減することができ、かつ半導体試験装置の製作期間も短縮することができる。
【００２８】
次に、本発明の半導体試験装置１００の動作を説明する。
ＢＧＡの半導体装置が、手動又は自動でステージ１１１のテーパー孔内に収容されて位置決めされた後、図示しないハンドリングマシーンで押圧されると、バネ１１９が収縮してステージ１１１がプリント１１３基板のプローブ収容孔に収容されているプローブの上端に向かって降下する。やがて、ステージ１１１底面から露出する半導体装置の外部入出力端子が、プローブのボールプランジャ１２２の接触部１２５と接触する。更に半導体装置が押圧されてステージが降下すると、ボールプランジャ１２２が押し下げられて、該プランジャ１２２の底面に配置されているスプリング１２３が収縮する。
【００２９】
このとき、スプリング１２３の上端がボールプランジャの導体部１２６の傾斜断面形状に沿って滑ると共にスプリング１２３の反発力が導体部１２６の底面に加わり、横方向の荷重が加わり、導体部１２６の底面とスプリング１３２との接点で屈曲して、導体部１２６がプローブ収容孔の内壁に設けられている導電部１２１に押し当てられて導体部１２６と導電部１２１との導電性が確保される。これと同様に、スプリング１２３の下端が導電プランジャ１２４の傾斜断面形状に沿って滑ると共にスプリング１２３の反発力が導電プランジャ１２４の表面
に加わり、横方向の荷重が導電プランジャ１２４に加わり、該導電プランジャ１２４がプローブ収容孔２０の内壁に設けられている導電部１２１に押し当てられて導電プランジャ１２４と導電部１２１との導電性が確保される。
【００３０】
導電部１２１はプリント基板に形成した回路のための配線に接続されており、つまり、半導体装置の外部入出力端子とプリント基板に設けた試験回路とが電気的に接続される。
このような状態で半導体装置の電気的な特性を計測し、種々の電気的機能試験を行なう本発明の半導体試験装置は、プローブ１１２がプリント基板１１３に設けたプローブ収容孔１２０に収容されていることから、半導体装置の外部入出力端子と配線までの電気的な経路距離を従来の半導体試験装置と比較して短くすることができる。従って、本発明の半導体試験装置は、高速クロックで動作する半導体装置も、その性能を正確に測定して電気的特性試験を行うことができる。
【００３１】
前記した半導体試験装置１００において、各層に導電部１２１と接続する各配線を施した積層構造のプリント基板１１３を用いることにより、プリント基板の表面上だけでは配線の取りまわしが困難になるような高密度で設けられた外部入出力端子を有する半導体装置の電気的特性試験も行うことができる。
【００３２】
本実施例において、プリント基板１１３に形成したプローブ収容孔１２０は貫通孔で形成したが、例えばプリント基板表面からプローブ１１２を収容する場合は底面が封止された孔を形成してもよく、プリント基板の底面からプローブ１１２を収容する場合は、断付き形成されたボールプランジャ１２２の接触部１２５のみがプリント基板の表面から突出する孔を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）本発明の半導体試験装置を示す平面図である。
【図１】（ｂ）本発明の半導体試験装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）従来の半導体試験装置を示す平面図である。
【図２】（ｂ）従来の半導体試験装置を示す断面図である。
【図３】従来のプローブを示す図である。
【図４】本発明の半導体装置の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  半導体装置
１１１  ステージ
１１２  プローブ
１１３  プリント基板
１１４  裏蓋
１１５  表蓋
１１６  ガイドピン
１１７  固定螺子
１１８  組立て螺子
１１９  バネ  １２０  プローブ収納孔
１２１  導電部
１２２  ボールプランジャ
１２３  スプリング
１２４  導電プランジャ
１２５  接触部
１２６  導体部
【図１】
2005172581.tif 000003
【図２】
2005172581.tif 000004
【図３】
2005172581.tif 000005
【図４】
2005172581.tif 000006
【図５】
2005172581.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月25日(2003.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
【図１】（ａ）本発明の半導体試験装置を示す平面図、（ｂ）本発明の半導体試験装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）従来の半導体試験装置を示す平面図、（ｂ）従来の半導体試験装置を示す断面図である。
【図３】従来のプローブを示す図である。
【図４】本発明の半導体装置の部分拡大図である。
【図５】収縮したスプリングの反発力で導電部に導体部と導電プランジャーが接している様子を示す図である。