JP2008101944A - 検査用保持部材，検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上下面に端子を有するパワーデバイスの電気的特性の検査において，負荷の小さい電路を形成して，要求される検査を安定的に行う。
【解決手段】プローブ装置１に，チャック４に載置可能な検査用保持部材３を設ける。検査用保持部材３は，パワーデバイスＰが形成されたチップＣを載置可能な基台３０と，基台３０に載置されたチップＣを位置決めするピン４２と，基台３０の表面において，チップＣが載置される載置領域Ｒ１とチップＣが載置されない露出領域Ｒ２に亘って形成される金属膜４０を備えている。パワーデバイスＰの検査の際には，チップＣを検査用保持部材３の載置領域Ｒ１に固定し，一のプローブピン１０ａをチップＣの上面端子Ｃ１に接触し，他のプローブピン１０ｃを露出領域Ｒ２の金属膜４０に接触させる。
【選択図】図３

Description

本発明は，パワーデバイスの電気的特性を検査するための検査用保持部材，検査装置及び検査方法に関する。

例えばパワートランジスタ，パワーＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ），ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などの上下面に端子を有するパワーデバイスの電気的特性の検査は，通常検査装置を用いて行われる。

上述の検査装置には，通常図９に示すようにパワーデバイスの基板Ｗを保持するチャック１００と，そのチャック１００の上方においてプローブピン１０１が支持されたプローブカード１０２と，そのプローブカード１０２に電気的に接続されたテスタ１０３を備えている。パワーデバイスは，基板Ｗの上下面に端子を有しているため，チャック１００の基板保持面に検査用電極１０４が形成され，この検査用電極１０４は，チャック１００の内部に形成された配線１０５を通って，テスタ１０３に電気的に接続されている（特許文献参照）。

そして，上記検査装置では，プローブピン１０１をパワーデバイスの上面の端子に接触させ，テスタ１０３によりプローブピン１０１と検査用電極１０４に電圧を印加し，パワーデバイスに電流を流すことによって，パワーデバイスの電気的特性の検査を行っていた。

特開平６−２４２１７７号公報

しかしながら，上述の検査装置では，検査時に，検査用電極１０４からチャック１００の内部を通ってテスタ１０３に通じる電路が形成されるため，この電路が長く複雑になり，大きな抵抗やインダクタンスが生じる。このため，検査時の通電の際には，電路の流電を妨げる様々な負荷がかかり，所望の精度で安定的な検査を行うことが難しかった。特に，信頼性試験のようにパワーデバイスに大きな電流を流す場合には，電路に，より大きな抵抗やインダクタンスが生じ，要求される検査を適正に行うことができなかった。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，パワーデバイスの電気的特性の検査において，負荷の小さい電路を形成して，要求される検査を精度よく安定的に行うことをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は，上面と下面に端子を有するパワーデバイスの電気的特性を検査する際に，そのパワーデバイスを保持する検査用保持部材であって，パワーデバイスが形成されたチップを載置可能な基台と，前記基台に載置されたチップを位置決めする位置決め部材と，前記基台の表面において，前記チップが載置される領域と前記チップが載置されない領域に亘って形成される金属膜と，を有することを特徴とする。

本発明によれば，一のプローブピンを検査用保持部材のチップの上面に接触させ，他のプローブピンを検査用保持部材の表面の金属膜に接触させることにより，プローブピンをパワーデバイスの上下面の端子に導通させることができる。この場合，検査の際に形成される電路が単純で短くなり，大きな抵抗やインダクタンスが生じないため，所望の検査を高い精度で安定的に行うことができる。

前記位置決め部材は，前記チップの側面に当接する複数のピン又は突起であってもよい。

前記位置決め部材は，前記基台の表面に形成され前記チップを収容可能な凹部であり，前記金属膜は，前記凹部の底面から前記凹部の外側の外周面に亘って形成されていてもよい。

前記位置決め部材は，前記金属膜の表面に形成され前記チップを収容可能な凹部であってもよい。

前記検査用保持部材は，前記基台の表面において，前記チップが載置される領域と前記チップが載置されない領域に亘って形成され，前記金属膜と絶縁している他の金属膜を有していてもよい。

前記基台の表面のチップが載置される領域には，チップを吸引して保持する吸引口が形成されていてもよい。

前記吸引口は，複数形成され，前記複数の吸引口は，前記基台の裏面に開口する共通の開口部に連通していてもよい。

前記基台は，複数のチップを載置可能であり，前記位置決め部材と前記金属膜は，各チップ毎に形成されていてもよい。

別の観点による本発明は，上記検査用保持部材を備え，パワーデバイスの電気的特性の検査を行う検査装置であって，上面に前記検査用保持部材を保持可能なチャックと，前記チャック上の検査用保持部材に保持されたチップの上面に接触し，パワーデバイスの上面の端子に電気的に導通可能な上面端子用プローブピンと，前記検査用保持部材のチップの載置されていない領域の金属膜に接触し，パワーデバイスの下面の端子に電気的に導通可能な下面端子用プローブピンを有することを特徴とする。

前記検査装置は，前記上面端子用プローブピンと対をなし，当該上面端子用プローブピンと共に前記パワーデバイスの上面の端子に接触し，フリッティング現象を利用して前記上面端子用プローブピンと前記上面の端子との間の電気的な導通を図る上面端子フリッティング用プローブピンと，前記下面端子用プローブピンと対をなし，当該下面端子用プローブピンと共に前記金属膜に接触し，フリッティング現象を利用して前記下面端子用プローブピンと前記金属膜との間の電気的な導通を図る下面端子フリッティング用プローブピンと，をさらに有していてもよい。

別の観点による本発明は，上記検査装置を用いて行われる，パワーデバイスの電気的特性の検査方法であって，検査用保持部材の上面側から，上面端子用プローブピンを検査用保持部材のチップの上面に接触させ，下面端子用プローブピンを前記金属膜に接触させて，パワーデバイスの上下面の端子に電圧を印加して電気的特性の検査を行うことを特徴とする。

前記上面端子用プローブピンと共に下面端子フリッティング用プローブピンを前記パワーデバイスの上面の端子に接触させ，フリッティング現象を利用して前記上面端子用プローブピンと前記上面の端子とを電気的に導通させ，下面端子用プローブピンと共に下面端子フリッティング用プローブピンを前記金属膜に接触させ，フリッティング現象を利用して前記下面端子用プローブピンと前記金属膜とを電気的に導通させるようにしてもよい。

本発明によれば，検査時に電気的な負荷の小さい電路を形成して，要求される検査を高精度に安定的に行うことができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる検査装置としてのプローブ装置１の構成の概略を示す説明図である。

プローブ装置１は，例えばプローブカード２と，パワーデバイスが形成されているチップＣを保持する検査用保持部材３と，検査用保持部材３を吸着保持するチャック４と，チャック４を移動させる移動機構５と，テスタ６などを備えている。

プローブカード２は，例えば複数のプローブピン１０を下面に支持したコンタクタ１１と，そのコンタクタ１１の上面側に取り付けられたプリント配線基板１２を備えている。プローブピン１０は，コンタクタ１１の本体を通じてプリント配線基板１２に電気的に接続されている。プローブカード２には，テスタ６が電気的に接続されており，テスタ６からプローブカード２を介して各プローブピン１０に電気的特性の検査のための電気信号を送受信できる。

チャック４は，水平な上面を有する略円盤状に形成されている。チャック４の上面には，検査用保持部材３を吸着するための吸引口４ａが設けられている。吸引口４ａには，例えばチャック４の内部を通って外部の負圧発生装置１５に通じる吸引管４ｂが接続されている。

移動機構５は，図１に示すように例えばチャック４を昇降するシリンダなどの昇降駆動部２０と，昇降駆動部２０を水平方向のＸ方向とＹ方向の直交する２方向に移動させるＸ−Ｙステージ２１を備えている。これにより，チャック４に保持された検査用保持部材３を三次元移動させ，検査用保持部材３の表面の所定の位置に，上方にある特定のプローブピン１０を接触させることができる。

チャック４に吸着される検査用保持部材３は，例えば図２に示すように１．５ｍｍ程度の薄い円盤状の基台３０を有し，その基台３０の表面に複数のチップ載置部３１が形成されている。基台３０は，例えばセラミックスにより形成されている。チップ載置部３１は，基台３０の表面の例えばＸ−Ｙ方向に整列されている。

各チップ載置部３１には，例えば図３及び図４に示すように互いに分離し絶縁した薄い金属膜４０，４１が並べて形成されている。金属膜４０，４１は，例えば０．１ｍｍ程度の同じ厚みに形成され，例えば銅，ニッケル，銀，金などからなる多層膜構造を有している。

第１の金属膜４０は，図４に示すように平面から見て略四角形状で，第２の金属膜４１側の一側面に凸部４０ａが形成されている。また，他の金属膜としての第２の金属膜４１は，平面から見て略四角形状に形成され，第１の金属膜４０側の一側面に凹部４１ａが形成されている。第１の金属膜４０の凸部４０ａと第２の金属膜４１の凹部４１ａは，互いに嵌め合うように形成されている。チップＣは，第１の金属膜４０の一部と第２の金属膜４１の一部に跨って載置される。つまり，第１の金属膜４０と第２の金属膜４１は，チップＣが載置される載置領域Ｒ１からそのチップＣの外側のチップＣが載置されない露出領域Ｒ２に亘って形成されている。

各チップ載置部３１には，チップＣの側面に当接してチップＣを位置決めする複数のピン４２が立てられている。ピン４２は，チップＣが載置される載置領域Ｒ１の外枠に沿って配置されている。

また，各チップ載置部３１には，複数の吸引口４３が形成されている。吸引口４３は，第１の金属膜４０側と第２の金属膜４１側の両方に形成されている。各吸引口４３は，例えば図３に示すように基台３０の内部に形成された共通のバイパス吸引路４４に連通している。バイパス吸引路４４は，基台３０の裏面であってチャック４の吸引口４ａに対応する位置に開口している（開口部４４ａ）。検査用保持部材３をチャック４上に載置した際に，バイパス吸引口４４の開口部４４ａとチャック４の上面の吸引口４ａが連通し，チャック４の吸引口４ａからの吸引により，チップＣを検査用保持部材３の表面に吸着できる。

次に，以上のように構成されたプローブ装置１で行われるパワーデバイスの電気的特性の検査方法について説明する。本実施の形態におけるパワーデバイスＰは，例えば図５に示すようにチップＣの上面に例えばゲート，ソース又はエミッタなどの上面端子Ｃ１を備え，下面に例えばドレイン又はコレクタなどの下面端子Ｃ２を備えている。

先ず，複数のチップＣが図３に示すように検査用保持部材３の各チップ載置部３１に載置される。この際，チップＣは，各チップ載置部３１のピン４２により位置決めされる。次に，検査用保持部材３が図１に示すようにチャック４上に吸着保持される。この際，チャック４の吸引力により，チップＣが各チップ載置部３１の吸引口４３から吸引されて固定される。続いて，移動機構５により，チャック４が水平方向に移動されＸ―Ｙ方向のチップＣの位置が調整され，その後チャック４が上昇される。こうして，例えば図３に示すように各チップＣの上面端子Ｃ１にプローブピン１０ａ，ｂが接触され，チップＣが載置されていない露出領域Ｒ２の第１の金属膜４０の表面にプローブピン１０ｃが接触される。また，露出領域Ｒ２の第２の金属膜４１の表面にプローブピン１０ｄが接触される。なお，本実施の形態においては，プローブピン１０ａが上面端子用プローブピンとなり，プローブピン１０ｃが下面端子用プローブピンとなる。

そして，テスタ６によって，例えばプローブピン１０ａ，１０ｃとの間に高電圧が印加され，電流がプローブピン１０ａ，上面端子Ｃ１，下面端子Ｃ２，第１の金属膜４０及びプローブピン１０ｃの順に流れ，パワーデバイスＰの例えば耐圧試験が行われる。またこの際，例えばテスタ６に内蔵された図示しないモニタよって，プローブピン１０ｂとプローブピン１０ｄとの間の電圧が測定され，検査時にパワーデバイスＰに実際にかかっている電圧が計測される。この実際の印加電圧を計測することによって，接触抵抗等により発生する電気的損失を考慮した正しい負荷をデバイスに印加することができる。このように４端子ケルビン測定を用いてパワーデバイスＰの電気的特性の検査が行われる。

電気的特性の検査が終了すると，駆動機構５によりチャック４が下降し，各プローブピン１０がチップＣから離される。その後，検査用保持部材３がチャック４から取り外されて，一連の検査プロセスが終了する。

以上の実施の形態によれば，検査用保持部材３の基台３０に多数のチップ載置部３１を形成し，その各チップ載置部３１の表面には，チップＣが載置される載置領域Ｒ１と載置されない露出領域Ｒ２に亘る第１の金属膜４０を形成した。こうすることによって，一のプローブピン１０ａをチップＣの上面端子Ｃ１に接触させ，他のプローブピン１０ｃを露出領域Ｒ２の第１の金属膜４０に接触させることによって，パワーデバイスＰの上下面端子Ｃ１，Ｃ２間に電圧を印加し，パワーデバイスＰの電気的特性の検査を行うことができる。この場合，パワーデバイスＰの下面端子Ｃ２からプローブピン１０ｃまでの電路が短く，検査の際にテスタ６とパワーデバイスＰの間に負荷の小さい電路を形成できるので，要求される検査を高精度で安定的に行うことができる。

各チップ載置部３１には，ピン４２が形成されているので，チップＣの位置精度を上げて，微小なチップＣの検査を正確に精度よく行うことができる。なお，チップ載置部３１には，ピン４２の代わりに，樹脂や金属で形成された突起を印刷やエッチング等の方法により形成してもよい。

各チップ載置部３１には，第１の金属膜４０と絶縁された第２の金属膜４１が形成されたので，検査時に，一のプローブピン１０ｂをチップＣの上面端子Ｃ１に接触させ，他のプローブピン１０ｄを，チップＣが載置されていない露出領域Ｒ２の第２の金属膜４１に接触させることができる。こうすることによって，パワーデバイスＰに実際にかかっている電圧を測定し，テスタ６により検査が適正に行われていることを確認できる。

各チップ載置部３１には，吸引口４３が形成されたので，チップＣをチップ載置部３１に固定することができる。また吸引口４３は，基台３０の裏面の共通の開口部４４ａに連通しているので，例えばチャック４の吸引口４ａからの吸引を用いて，検査用保持部材３にチップＣを吸着できる。

以上の実施の形態では，チップＣをピン４２により位置決めしていたが，図６に示すように基台３０の表面に，チップＣを収容可能な凹部３０ａを形成し，その凹部３０ａによってチップＣを位置決めしてもよい。かかる場合，例えば，基台４０の載置領域Ｒ１にチップＣとほぼ同形状の凹部３０ａが形成される。第１及び第２の金属膜４０，４１は，それぞれ凹部３０ａの底面から，凹部３０ａの内側面，凹部３０ａの外側の外周面に亘って形成される。凹部３０ａの深さは，例えば凹部３０ａに収容されたチップＣの上面と，凹部３０ａの外側の外周面が同一平面になるように設定される。パワーデバイスＰの検査の際には，凹部３０ａにチップＣが収容され，例えばプローブピン１０ａ，ｂがチップＣの上面に接触され，プローブピン１０ｃが凹部３０ａの外周面の第１の金属膜４０に接触され，プローブピン１０ｄが凹部３０ａの外周面の第２の金属膜４１に接触される。この場合にも，チップＣが適正な位置に位置決めされ，チップＣの位置精度が上がるので，微小なチップＣの検査を正確に精度よく行うことができる。

また，図７に示すように第１及び第２の金属膜４０，４１の表面に，チップＣを収容可能な凹部５０を形成して，チップＣの位置決めを行ってもよい。この場合，第１の金属膜４０と第２の金属膜４１の載置領域Ｒ１の表面に凹部５０が形成される。こうすることによっても，チップＣの位置精度が上がるので，微小なチップＣの検査を正確に精度よく行うことができる。

以上の実施の形態で記載したプローブピン１０を用いて行う電気的特性の検査を，フリッティング現象を利用して行ってもよい。なお，フリッティング現象とは，酸化膜が形成された金属表面に１０^５〜１０^６Ｖ/ｃｍ程度の電位傾度を印加することにより，酸化膜が絶縁破壊され，金属表面に電流が流れる現象をいう。

かかる場合，例えばプリント配線基板１２には，図８に示すように電気的特性の検査のための電気信号をプローブピン１０に対して送受信するテスト回路６０と，フリッティング現象を起こすために２本一組のプローブピン１０に電圧を印加するフリッティング回路６１と，プローブピン１０に対するテスト回路６０とフリッティング回路６１の接続を切り替えるスイッチング回路６２が形成されている。

そして，パワーデバイスＰの検査の際には，例えばチップＣの上面端子Ｃ１に，２本一組のプローブピン１０ａが接触され，チップＣの外方の露出領域Ｒ２の第１の金属膜４０にも，２本一組のプローブピン１０ｃが接触される。フリッティング回路６１は，それぞれの２本一組のプローブピン１０ａ（１０ｃ）の相互間に，所定の電圧を印加し，当該２本一組のプローブピン１０ａ（１０ｃ）の間の電位傾度が上げられる。こうすることによって，チップＣの上面端子Ｃ１と第１の金属膜４０において，それぞれ表面の酸化膜に絶縁破壊が起こり，上面端子Ｃ１とプローブピン１０ａの間と，第１の金属膜４０とプローブピン１０ｃの間が電気的に導通される。その後，スイッチング回路６２により，フリッティング回路６１からテスト回路６０に切り替えられ，例えば２本一組の総てのプローブピン１０ａ，１０ｃによって，チップＣの上面端子Ｃ１と第１の金属膜４０との間に電圧が印加され，上述した実施の形態と同様のパワーデバイスＰの電気的特性が検査される。この場合，多数組のプローブピン１０ａ，１０ｃを用いてフリッティングにより所望の電路を形成し，その後それらの総てのプローブピンをテスト回路６０に接続し，大電流試験に対応させるようにしてもよい。なお，本実施の形態においては，例えば２本一組のプローブピン１０ａのうちの一方が上面端子フリッティング用プローブピンとなり，プローブピン１０ｃのうちの一方が下面端子フリッティング用プローブピンとなっている。

かかる場合，フリッティング現象を利用してプローブピン１０と上面端子Ｃ或いは第１の金属膜４０との電気的な導通を図るので，プローブピン１０を上面端子Ｃや第１の金属膜４０に強く押し付ける必要がなく，その押し付けによる検査用保持部材３へのダメージを低減できる。この結果，例えば検査用保持部材３を長期にわたって多数回使用することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，パワーデバイスの電気的特性の検査において，電気的な負荷の少ない電路を形成して，要求される検査を高精度で安定的に行う際に有用である。

プローブ装置の構成の概略を示す側面図である。 検査用保持部材の平面図である。 検査用保持部材のチップ載置部の拡大縦断面図である。 検査用保持部材のチップ載置部の拡大平面図である。 パワーデバイスの構成例を示す説明図である。 基台に凹部を形成した場合の検査用保持部材のチップ載置部の拡大縦断面図である。 金属膜に凹部を形成した場合の検査用保持部材のチップ載置部の拡大縦断面図である。 フリッティング現象を利用する際の回路構成を示す説明図である。 従来のパワーデバイスの検査装置の構成の概略を示す模式図である。

符号の説明

１ プローブ装置
２ プローブカード
３ 検査用保持部材
４ チャック
６ テスタ
１０ プローブ
３０ 基台
４０ 第１の金属膜
４１ 第２の金属膜
４２ ピン
４３ 吸引口
Ｐ パワーデバイス
Ｃ チップ

Claims (12)

1. 上面と下面に端子を有するパワーデバイスの電気的特性を検査する際に，そのパワーデバイスを保持する検査用保持部材であって，
   パワーデバイスが形成されたチップを載置可能な基台と，
   前記基台に載置されたチップを位置決めする位置決め部材と，
   前記基台の表面において，前記チップが載置される領域と前記チップが載置されない領域に亘って形成される金属膜と，を有することを特徴とする，検査用保持部材。
2. 前記位置決め部材は，前記チップの側面に当接する複数のピン又は突起であることを特徴とする，請求項１に記載の検査用保持部材。
3. 前記位置決め部材は，前記基台の表面に形成され前記チップを収容可能な凹部であり，
   前記金属膜は，前記凹部の底面から前記凹部の外側の外周面に亘って形成されていることを特徴とする，請求項１に記載の検査用保持部材。
4. 前記位置決め部材は，前記金属膜の表面に形成され前記チップを収容可能な凹部であることを特徴とする，請求項１に記載の検査用保持部材。
5. 前記基台の表面において，前記チップが載置される領域と前記チップが載置されない領域に亘って形成され，前記金属膜と絶縁している他の金属膜を有することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかの記載の検査用保持部材。
6. 前記基台の表面のチップが載置される領域には，チップを吸引して保持する吸引口が形成されていることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の検査用保持部材。
7. 前記吸引口は，複数形成され，
   前記複数の吸引口は，前記基台の裏面に開口する共通の開口部に連通していることを特徴とする，請求項６に記載の検査用保持部材。
8. 前記基台は，複数のチップを載置可能であり，
   前記位置決め部材と前記金属膜は，各チップ毎に形成されていることを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載の検査用保持部材。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の検査用保持部材を備え，パワーデバイスの電気的特性の検査を行う検査装置であって，
   上面に前記検査用保持部材を保持可能なチャックと，
   前記チャック上の検査用保持部材に保持されたチップの上面に接触し，パワーデバイスの上面の端子に電気的に導通可能な上面端子用プローブピンと，
   前記検査用保持部材のチップの載置されていない領域の金属膜に接触し，パワーデバイスの下面の端子に電気的に導通可能な下面端子用プローブピンを有することを特徴とする，検査装置。
10. 前記上面端子用プローブピンと対をなし，当該上面端子用プローブピンと共に前記パワーデバイスの上面の端子に接触し，フリッティング現象を利用して前記上面端子用プローブピンと前記上面の端子との間の電気的な導通を図る上面端子フリッティング用プローブピンと，
    前記下面端子用プローブピンと対をなし，当該下面端子用プローブピンと共に前記金属膜に接触し，フリッティング現象を利用して前記下面端子用プローブピンと前記金属膜との間の電気的な導通を図る下面端子フリッティング用プローブピンと，をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の検査装置。
11. 請求項９に記載の検査装置を用いて行われる，パワーデバイスの電気的特性の検査方法であって，
    検査用保持部材の上面側から，上面端子用プローブピンを検査用保持部材のチップの上面に接触させ，下面端子用プローブピンを前記金属膜に接触させて，パワーデバイスの上下面の端子に電圧を印加して電気的特性の検査を行うことを特徴とする，検査方法。
12. 前記上面端子用プローブピンと共に下面端子フリッティング用プローブピンを前記パワーデバイスの上面の端子に接触させ，フリッティング現象を利用して前記上面端子用プローブピンと前記上面の端子とを電気的に導通させ，
    下面端子用プローブピンと共に下面端子フリッティング用プローブピンを前記金属膜に接触させ，フリッティング現象を利用して前記下面端子用プローブピンと前記金属膜とを電気的に導通させることを特徴とする，請求項１１に記載の検査方法。

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