JP3674300B2

JP3674300B2 - 半導体素子検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP3674300B2
Application number: JP08497298A
Authority: JP
Inventors: 武生原; 寿小黒; 良司瀬高
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11258268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡ等の電極がバンプ形状を有する半導体素子を検査対象とした半導体素子検査装置に関するものである。さらに詳しくは、半導体素子の電気的性能を異方導電性シートを介在させて検査する際に、柔軟性を有する基板を介在させることにより被検査半導体素子の電極と異方導電性シートの導電部との高精度な位置合せ、ならびに被検査半導体素子の電極の変形の低減が可能な半導体素子検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、機器の小型化、高性能化に伴い、半導体素子の電極数は増加し、その電極ピッチも微細化する傾向にある。また、ＢＧＡ等のようにその裏面にバンプ形状の電極が形成されたパッケージＬＳＩは、機器に実装する上において、その専有面積を小さくできるためその重要性が高まってきた。
一方、異方導電性シートは、厚さ方向にのみ導電性を示すもの、または加圧されたときに厚さ方向にのみ導電性を示す多数の加圧導電性導電部を有するものなどであり、種々の構造のものがあり、例えば特公昭５６−４８９５１号公報、特開昭５１−９３３９３号公報、特開昭５３−１４７７７２号公報、特開昭５４−１４６８７３号公報などにより知られている。
かかる異方導電性シートは、回路基板等の電気検査の際に電極を傷つけることなく、確実な電気的接続を達成できる点で有効であり、実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記、異方導電性シートを用いて、微細な電極ピッチを有するＢＧＡ等の半導体素子の電気検査を行う場合、その半導体素子の微細かつ高密度な電極と異方導電性シートの導電部との位置合わせが重要であり、電極間のピッチが微細かつ高密度になるほどその重要性が増す。また、半導体素子の電極が微細になるほど電極の検査工程での加圧による変形が著しくなる傾向にあり、バーンイン試験等の高温下の試験では試験中の電極部の変形が、試験後の実装工程に影響を与える場合もあり、これらの点でも技術的な対応が求められてきている。
しかし、従来においては、例えばその半導体素子の外形を元に位置決め板等で位置を規制しても、素子製造時に生ずる外形の微妙な寸法バラツキ、そり、電極位置のずれ等により、半導体素子の電極部と異方導電性シートの導電部との電気的接続が十分に確保できるように確実な位置合わせを行うことは困難であった。また、従来においては、例えば粒径の小さいハンダボールを電極とする半導体素子を高温下で上面から加圧した状態で検査した場合、ハンダボールの先端が平坦化し、総厚が変わることにより試験後の実装の際に障害をきたす例も現れてきた。
【０００４】
本発明は以上のような問題点を解決するものであって、その目的は、検査対象であるＢＧＡ等の半導体素子の電極間隔のピッチが微細であっても、また半導体素子の外形に多少の寸法バラツキ、そり、電極位置のずれ等があっても、半導体素子の電極部と異方導電性シートの導電部との電気的接続が確保され、半導体電極が微細で検査時の加圧により変形を起こしやすいものであってもその変形を十分に低減できる半導体素子検査装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、検査対象半導体素子と電気的検査装置の間に、異方導電性シートを介在させて当該半導体素子の電気的検査を行う電気的検査装置であって、前記異方導電性シートと検査対象半導体素子との間に柔軟性有する基板を介在させ、該基板には検査対象半導体素子の各被検査電極に対応した位置に電極径より小さな径の開口部を設け、かつ開口部の内部および必要に応じて開口部周辺が導電材料で被覆されており、前記異方導電性シートはシートの厚さ方向に電気的に導通性を有することを特徴とする半導体素子検査装置を提供するものである。また、上記半導体素子検査装置において、検査対象半導体素子の被検査電極が該素子平面より突出した形状を有し、該電極の一部がが基板の開口部に挿入され、異方導電性シートの導電部と圧接される機構を有する半導体素子検査装置を提供するものである。
また、本発明は、上記の半導体素子検査装置を用いて、半導体素子の電気的特性を検査する検査方法を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において、柔軟性を有する基板は、検査対象半導体素子の各被検査電極に対応した位置に電極径より小さな径の開口部を設け、かつ開口部の内部および必要に応じて開口部周辺が導電材料で被覆されている。
該基板の開口部は、検査対象半導体素子を異方導電性シートを介在させて電気的検査を行う際に、検査対半導体素子の電極の一部が該開口部に挿入され、異方導電性シートの導電部と接合もしくは圧接されるものである。
また、該絶縁性シートの開口部は異方導電性シートと一体的に配置して用いるが、その状態で基板と異方導電性シートとが接合されていてもよい。
異方導電性シートとしては、その全面が厚さ方向に電気的に導通性のものでもよいし、部分的に厚さ方向に電気的に導通性のものでもよい。好ましいのは、基板の各開口部に対応する位置に、各々厚さ方向に電気的に導通性の導電部を有する異方導電性シートである。
【０００７】
本発明の柔軟性を有する基板によれば、位置決めピン等を利用することにより、基板の開口部が異方導電性シートの導電部と同一位置に配置することができる。このように配置した基板の異方導電性シートとは反対側の面に、被検査半導体素子が設置される。
本発明の対象となる半導体素子は、フリップチップ等のベアチップＬＳＩ，ＢＧＡ等のパッケージＬＳＩ，ＭＣＭ等の複数の半導体素子が搭載されたモジュール基板、回路基板等であり、特に、その電極が素子平面から突出しているバンプ状のものに対して効果的である。さらに、バンプはボール形状、円柱形状、角柱形状のものが特に好ましい。
このような電極が半導体素子平面から突出している被検査半導体素子であると、該突出電極の各々を基板の対応する各開口部に挿入することにより，半導体素子の電極部と異方導電性シートの導電部とを正確に位置決めすることができる。そしてこの状態で半導体素子の電気検査で通常行われる程度の加圧を行えば、半導体素子の電極と異方導電性シートの導電部との電気的接続が確保できる。
また、半導体素子のバンプ状の電極の径は柔軟性を有する基板の開口部の径より大きいため、挿入された電極はその先端が異方導電性シートにふれないため、その変形は十分に低減できる。
【０００８】
また、本発明の柔軟性を有する基板は、透明であっても不透明であってもよいが、半導体素子の電極部を開口部に挿入する際に目視で確認できる点で透明である方が好ましい。
また、本発明の基板と異方導電性シートとは、別々に製造して組み合わせてもよいし、あらかじめ両者を一体化して製造してもよいが、両者の位置合わせが正確にでき、位置合わせの手間を省ける点で、一体化されていることが好ましい。両者を一体化するためには、それぞれを成形した後に、両者の接合する面にシランカップリング剤等の接合剤を塗布し加熱する方法、基板の存在下に異方導電性シートを製造する方法等が挙げられる。
【０００９】
本発明に用いる異方導電性シートは、本発明の基板の開口部に対応する部分（導電部）の表面が、シート平面上に突起を有していてもよいし、平面でもよいし、またへこんで凹部となっていてもよい。
また、本発明に用いる異方導電性シートは、絶縁性で弾性を有する高分子物質中に導電性粒子が充填され、厚さ方向に電気的に導通しているものが好ましく、特に、弾性を有する高分子物質で構成された絶縁部中に、導電性粒子が密に充填されて構成された複数の導電部が形成され、シートの厚さ方向に電気的に導通しているものが好ましい。
該導電部は異方導電性シートの全面に密に配置されていてもよいが、隣接したもの同士の電気的ショートを防止し、確実な導通を得られる点で、基板の開口部に対応した位置に基板の開口径より大きな径で柱状に配置したものが好ましい。
【００１０】
上記異方導電性シートの導電部を構成する導電粒子としては、例えばニッケル、鉄、コバルトなどの磁性を示す金属粒子もしくはこれらの合金の粒子、またはこれらの粒子に金、銀、パラジウム、ロジウムなどの導電性のよい金属のメッキを施したもの、非磁性金属粒子もしくはガラスビーズなどの無機質粒子またはポリマー粒子にニッケル、コバルトなどの導電性磁性体のメッキを施したものなどを挙げることができる。これらの中ではニッケル粒子の表面に金や銀のメッキを施した粒子が好ましい。
【００１１】
絶縁部を構成する絶縁性で弾性を有する高分子物質としては、架橋構造を有する高分子物質が好ましい。かかる架橋構造を有する高分子物質を得るために用いることができる高分子材料としては、シリコーンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレンーブタジエン共重合体ゴム、アクリロニトリルーブタジエン共重合体ゴム、エチレンープロピレン共重合体ゴム、ウレタンゴム、ポリエステル系ゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴムなどを挙げることができる。これらの中では、成形性、電気特性の点でシリコーンゴムが好ましい。
異方導電性シートは、上記成形材料を用いて形成した層の厚さ方向に平行磁場をかけて、その磁力によって導電粒子を移動させながら、硬化することによって製造することができる。
【００１２】
以下、図面によって本発明を具体的に説明する。
図１は本発明の絶縁性シートを用いた半導体素子検査装置およびそこに検査対象半導体素子を装着した具体的構成例を示すものである。
検査対象のパッケージＬＳＩ１の電極１ａは、パッケージＬＳＩ１の面から突出しており、基板２の開口部２ａに挿入されている。一方、異方導電性シート３は、厚さ方向に電気的に導電性の導電部を複数有し、その導電部３ａが基板の開口部２ａに対応した位置となるように位置決めピン４で位置を規制されている。
検査対象のパッケージＬＳＩ１の電極１ａと基板の開口部内部の導電部２ａと異方導電性シートの導電部３ａとは、加圧板５を介して十分な電気的接続を得る程度に加圧接触されており、異方導電性シートの導電部と対応した位置から配線を引き出した基板６を介して、パッケージＬＳＩの各電極は外部の電気的検査測定機に接続されている。
【００１３】
柔軟性を有する基板１の厚さは、実用的に好ましくは０．０１−１ｍｍ、より好ましくは０．０５−０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１−０．５ｍｍ程度の厚みで用いられる。この厚さは、検査対象ＩＣ基板の電極の突出高さを考慮して設定することができる。
基板の材質は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などのポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリオキシメチレン等の熱可塑性樹脂などが用いられる。
これらの中では、耐熱性、寸法安定性の点で熱硬化性樹脂が好ましく、特にポリイミド樹脂が好ましい。
【００１４】
基板の開口部は、その内部が導電材料で被覆されているものであり、好ましくはさらに開口部周辺の表面も導電材料で被覆されているものである。
かかる開口部は、例えば上記基板材料からなるシートの所定位置に穴を開け、その内部や開口部周辺を導電材料で被覆することにより製造することができる。
開口部の穴あけは、ＮＣ(Numerical Control)制御のドリル穴あけ装置やレーザー加工装置を用いて行うことができる。また、多数のピンを有する金型を用いて成形することによっても製造できる。
基板の開口部の形状は、電極部の形状に合わせて円形であっても角形であってもまた異形のものであってもよいが、通常、円形とすることが好ましい。また、開口部は、回路基板の各電極に対応した位置に開ける必要がある。例えばＢＧＡの場合、その電極位置に対応して図２のように格子状（グリッド）に配列して開けるのが好ましい。
上記開口部の内部や開口部周辺を導電材料で被覆する方法としては、メッキ、エッチング等の方法で行うことができる。導電材料としては、金、銀、銅、パラジウム、ロジウムなどの導電性のよい金属が好ましく用いられるが、他にニッケル、アルミニウム、鉄、コバルトなどを用いても良く、またこれらの合金を用いてもよい。
【００１５】
被検査対象半導体素子と絶縁シートおよび／または異方導電性シートとの位置合わせは、上記開口部を有する基板のみでも可能であるが、例えば図４に示されるような位置合わせ板７などを併用することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
実施例１
厚さ０．２ｍｍの両面銅貼りフィルムに、ＮＣ制御のドリル穴あけ装置で、検査対象パッケージＬＳＩの球状（径０．３ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ）のバンプ（０．５ｍｍピッチ）に対応した位置に０．２ｍｍ径の穴を多数開け、金メッキ処理をすることにより、図２に示すように開口部の内部側および開口部周辺の表面に金属皮膜を被覆した。
なお、基板の４隅には位置決めピン用のガイド穴を４点設け、位置決めならびに電極の変形を低減するための柔軟性を持った基板を製造した。
【００１７】
次に、熱硬化型シリコーンゴムに平均粒径４０μmの金メッキしたニッケルよりなる導電性磁性体粒子を１２体積％となる割合で混合して成形材料を調製した。
この成形材料を金型のキャビティ内（厚み０．２５ｍｍ）に層状に配置した。この金型は、各々電磁石で構成される上型と下型よりなり、上型と下型には、それぞれ検査対象パッケージＬＳＩの電極位置に対応したパターンの強磁性体部分と、それ以外の非磁性体部分を有し成形材料と接する磁極板が設けられている。
また、上記の上下の磁極板は、上記イミドフィルムの４隅のガイド穴に相当する位置にガイドピンをたてることにより位置合わせを行った。
この状態で上型と下型とを電磁石の間に挟み、異方導電性シート材料層の厚さ方向に平行磁場を作用させて、導電性粒子を金型内の強磁性体部分に集め、かつ磁場方向に並べさせた。この状態で、圧力を加えながら１００℃、１時間かけて異方導電性シート材料を硬化させて異方導電性シートを製造した。
上記のように成形金型の４隅にガイドピンをたてることにより、４隅に位置合わせ用のガイド穴を有する異方導電性シートが得られた。
【００１８】
上記のようにして得られた基板および異方導電性シートを用いて、図１に示した構成とし、無作為に抽出した１００個のパッケージＬＳＩについて電気検査を行なった。
パッケージＬＳＩの各電極の間隔のピッチは０．５ｍｍと微細で、ＩＣパッケージには若干のそり等が見られていたが、位置合わせが容易かつ正確であり、対象としたパッケージＬＳＩ全数の電気検査を精度よく行うことができた。
【００１９】
実施例２
被検査物として、０．３ｍｍ径のハンダボールを電極とし、電極間隔が０．５ｍｍピッチのマトリクス状の電極を有するＢＧＡを用い、実施例１と同様にして１２５℃の高温下に上記構成の検査装置を投入し、高温下での電気検査を行なった。
その結果、無作為に抽出した１０個のパッケージすべてについて電気検査を精度よく行なうことができた。また、試験後の被検査物の電極には側面にわずかな圧痕は見られるもののハンダボールの外径ならびに高さには６％以上の変化は見られなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の半導体素子検査装置よれば、半導体素子の各電極部を柔軟性を持った基板の開口部に挿入することにより正確に位置決めができ、さらに位置決めピン等を利用することにより、半導体素子の電極部と異方導電性シートの導電部とを正確に対応させることができ、この状態で半導体素子に加圧を行えば、半導体素子の電極と異方導電性シートの導電部との電気的接続が確保できる。
このため微細かつ高密度の半導体素子電極であっても、精度よく電気的検査装置（治具）との導通ができ、効率よく半導体素子の検査ができる。
また、本発明の構成にすることにより、高温下での試験においても半導体素子のバンプ状の電極の変形を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子検査装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に用いる柔軟性をもった基板の平面図の一例である。
【図３】本発明に用いる基板の開口部の断面図の一例である。
【図４】本発明の半導体素子検査装置の構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１検査対象のパッケージＬＳＩ
１ａ電極
２基板
２ａ開口部
２ｂ導電材料被覆
３異方導電性シート
３ａ導電部
４位置決めピン
５加圧板
６基板
７位置合わせ板

Claims

検査対象半導体素子と電気的検査装置の間に、異方導電性シートを介在させて当該素子の電気的検査を行う電気的検査装置であって、
前記異方導電性シートと検査対象半導体素子との間に柔軟性を有する基板を介在させ、該基板には検査対象半導体素子の各被検査電極に対応した位置に電極径より小さな径の開口部を設け、かつ開口部の内部および必要に応じて開口部周辺が導電材料で被覆されており、前記異方導電性シートはシートの厚さ方向に電気的に導通性を有することを特徴とする半導体素子検査装置。
前記異方導電性シートは、シートの厚さ方向に電気的に導通性の複数の導電部が前記基板の開口部と対応するように配置されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子検査装置。
検査対象半導体素子の被検査電極が、該素子平面より突出した形状を有し、該電極の一部が基板の開口部に挿入され、異方導電性シートの導電部と圧接される機構を有する請求項１の半導体素子検査装置。
請求項１記載の半導体素子検査装置を用いて、半導体素子の電気的特性を検査する検査方法。