JP2013089464A - Ｉｃソケット - Google Patents

Abstract

【課題】被検査対象装置の反りや外部端子の寸法公差による接触不良を防止可能なＩＣソケットを提供する。
【解決手段】ＩＣソケット１００は、半導体装置５１の半田ボール６７と接触するポゴピン３を複数備え、複数のポゴピン３は、半田ボール６７と接触する上端面４がテーパ形状を有し、テーパ形状のテーパの向きが、隣接するポゴピン３同士で異なるものがある。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣソケットに関する。

近年、電子機器の小型化、高性能化に伴い、電子機器に用いられる半導体装置の高密度化、多ピン化が進んでいる。

そのため、半導体装置と基板の接続構造として、半導体装置の裏面に、外部端子としての半田ボール等の金属ボールを格子状に配列したＢＧＡ（Ball Grid Array）等の構造が用いられる場合がある。

一方、ＢＧＡ構造を有する半導体装置の通電検査をはじめとした製品検査を行う場合は、金属ボールの配列に対応した配列形状を有するポゴピン等のコンタクト部材を備えた、専用のＩＣソケットが必要となる。

このようなＩＣソケットとしては例えば、特許文献１に記載されているように、プレート上にＢＧＡの外部端子に対応した配列となるようにポゴピンを配置し、ＢＧＡ構造を有する半導体装置をキャリアに搭載し、キャリアをプレートと組み合わせることにより、ポゴピンと金属ボールを接触させるものがある（特許文献１）。

この際、特許文献１では、ポゴピンと金属ボールの位置決め用に、４隅のポゴピンのコンタクト部にテーパを形成している。

特開２００３−２９４８０８号公報

しかしながら、特許文献１の構造においては、４隅のテーパを有するポゴピンと、それ以外のポゴピンと２種類のポゴピンを準備する必要があり、ソケットのコストが上昇したり、メンテナンスが困難になったりする恐れがあった。

また、特に近年、集積度向上によりチップの多層化の進行と、それに伴う金属ボールの数量の増加および小径・狭ピッチ化により、ＢＧＡの反りやボール径の公差による位置ズレが、検査に及ぼす影響が顕著になっている。

即ち、金属ボールの数量の増加および小径・狭ピッチ化が進むと、それに伴いＩＣソケット側のポゴピンも数量の増加および小径・狭ピッチ化が進むため、許容される位置ズレも小さくなる。

しかしながら、特許文献１の構造では半導体装置の４隅の位置合わせはできても、ＢＧＡの反りやボール径の公差による位置ズレを吸収することは困難である。

そのため、ＢＧＡの反りやボール径の公差の程度によっては、金属ボールとポゴピンの位置ズレにより、ポゴピンと金属ボールの間で接触不良が生じたり、金属ボールがポゴピンによって損傷させられたりする恐れがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、被検査対象装置の反りや外部端子の寸法公差による接触不良を防止可能なＩＣソケットを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、半導体装置の外部端子と接触するコンタクト部材を複数備え、複数の前記コンタクト部材は、前記外部端子と接触する部分がテーパ形状を有し、前記テーパ形状のテーパの向きが、隣接する前記コンタクト部材同士で異なるものがあることを特徴とするＩＣソケットである。

本発明によれば、被検査対象装置の反りや外部端子の寸法公差による接触不良を防止可能なＩＣソケットを提供することができる。

ＩＣソケット１００を示す分解断面図であって、ポゴピン３は側面図で記載している。 図１のポゴピン３の拡大図である。 図２のポゴピン３の斜視図である。 半導体装置５１を示す断面図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００を用いて半導体装置５１を検査する手順を示す図である。 ＩＣソケット１００ａを示す断面図であって、ポゴピン３は側面図で記載している。 ＩＣソケット１００ｂを示す断面図であって、ポゴピン３は側面図で記載している。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るＩＣソケット１００の概略構成を説明する。

ここではＩＣソケット１００として、ＢＧＡ構造の半導体装置５１（被検査対象装置）を検査するＩＣソケットを開示している。

図１に示すように、ＩＣソケット１００は、コンタクト部材としてのポゴピン３を有するソケットガイド５と、ソケットガイド５と連結可能に設けられ、半導体装置５１が搭載されるインサータ７と、ソケットガイド５およびインサータ７と連結可能に設けられ、半導体装置５１を押圧するプッシャ９とを有している。

次に、図１〜図３を参照してＩＣソケット１００を構成する各部材、およびＩＣソケット１００に搭載される半導体装置５１の構造について詳細に説明する。

まず、ソケットガイド５の構造について図１〜図３を参照して説明する。

図１に示すように、ソケットガイド５は方形の板状のソケットガイド本体２１を有し、ソケットガイド本体２１には一方の面に断面形状が方形の凹部２３を有している。

凹部２３内には複数のポゴピン３が、半導体装置５１の外部端子（後述する半田ボール６７）の端子配置に対応するように、所定の間隔で格子状に配設されている。

ポゴピン３は、その一端が凹部２３内に露出するように、かつ他端がソケットガイド本体２１の他の面側に露出するように構成されている。

一方、ソケットガイド本体２１の四隅には、インサータ７およびプッシャ９をソケットガイド５と連結するための柱状のガイドピン２７が設けられている。

なお、ガイドピン２７の先端には窪み２７ａが設けられている。

ここで、図２および図３を参照して、ポゴピン３の形状および配置について、より具体的に説明する。

図２および図３に示すように、ポゴピン３は上端面４がテーパ形状を有している。

即ち、ポゴピン３は柱状（円柱状）であり、円柱の中心軸６に対して、平面である上端面４の法線方向８が傾斜するような形状となっている。

また、図２および図３ではポゴピン３の形状（円柱の高さ、径、上端面４の形状および傾斜角）は全て等しくなるように形成されているが、隣接するポゴピン３のテーパ形状の向き、ここではテーパ面（上端面４）の傾斜する向きが異なるものがある（図２および図３では隣接するポゴピン３の向きは全て異なる）。

具体的には図２および図３では、ポゴピン３は、傾斜の向きがＡ１の向きのポゴピン３ａ、Ａ２の向きのポゴピン３ｂ、Ａ３の向きのポゴピン３ｃ、およびＡ４の向きのポゴピン３ｄがあり、傾斜の向きは全体として４つの向きを有する。

このうち、Ａ１の向きとＡ２の向き、およびＡ３の向きとＡ４の向きは、互いに平行で向きのみが異なり、いわゆる対向する向き（第１の向き）になっている。

一方Ａ１、Ａ２の向きとＡ３、Ａ４の向きは互いに交差する向き（図３では直交する向き、第２の向き）になっている。

即ち、傾斜の向きは互いに対向する向きと直交する向きがあり、上方から見ると平面座標のＸＹ軸の向きに相当する向きになっている（例えばＡ１、Ａ２の向きをＸ軸の向きとすると、Ａ３、Ａ４の向きはＹ軸の向きになる）。

なお、図２および図３では、Ａ１、Ａ２の向きの配列のみを記載しているが、前述のようにポゴピン３は格子状に配列されているため、Ａ３、Ａ４の向きにもＡ１、Ａ２の向きと同様に、隣接するポゴピン３のテーパ形状の向きが異なるものがある（もしくは全て異なる）ように配列されている。

詳細は後述するが、このテーパ面（上端面４）は検査対象である半導体装置５１の外部端子（ハンダボール６７）と接触する部分である。

以上がポゴピン３の形状および配置の具体的な説明である。

次に、インサータ７の構造について図１を参照して説明する。

図１に示すように、インサータ７は方形の板状のインサータ本体３１を有し、インサータ本体３１の中央には、半導体装置５１を収容する、断面形状が方形の開口部３５が設けられている。

開口部３５はインサータ本体３１の下面側から上面側に向けて広くなるようにテーパ状に形成されており、下面側には開口部３５の側面から突出するようにして、半導体装置５１を搭載する製品搭載部３７が設けられている。

また、インサータ本体３１の下面側の開口部３５周辺は、突出部３３を形成している。

さらに、インサータ本体３１の四隅には、ガイドピン２７に対応した位置にガイドピン２７が挿入されるガイドピンホール３９が設けられている。

ガイドピンホール３９の内径はガイドピン２７の外径よりも大きく形成されている。

次に、プッシャ９の構造について図１を参照して説明する。

図１に示すように、プッシャ９は中央が突出した板状の押圧部４１を有しており、押圧部４１の周囲は押圧部４１よりも薄肉状のフランジ部４３を形成している。

フランジ部４３の四隅には、ガイドピン２７に対応した位置にプッシャピン４５が設けられている。

プッシャピン４５の形状はガイドピン２７の窪み２７ａに対応した形状を有しており、プッシャピン４５は窪み２７ａに挿入可能である。

次に、図４を参照して半導体装置５１の構造について説明する。

図４に示すように、半導体装置５１は、Ｓｉ等の基板の一面に所定の回路、例えばマイクロプロセッサ等のような論理回路または記憶回路等が形成された半導体チップ５７を有している。

半導体チップ５７は、表面の外周に複数の電極パッド６１が設けられている。

半導体チップ５７は、裏面側を絶縁性の接着材、或いはＤＡＦ（Die Attached Film）である固定部材５５を介して、方形の板状の配線基板５３の一方の面に搭載されている。

配線基板５３は、一方の面に、半導体チップ５７の電極パッド６１に対応した複数の接続パッド５９を有し、他の面に接続パッド５９と対応する複数のランド６５が設けられている。

接続パッド５９とランド６５とは内部配線６９により電気的に接続されている。

また半導体チップ５７の電極パッド６１と、配線基板５３の接続パッド５９は、例えばＡｕ等の導電性のワイヤ６３により結線されている。

さらに、配線基板５３の一方の面上には、少なくとも半導体チップ５７、ワイヤ６３、接続パッド５９を覆うように形成された封止樹脂７１が配設されている。

封止樹脂７１は、熱硬化性の樹脂、例えばエポキシ樹脂が用いられる。

また、配線基板５３の他の面に形成されたランド６５には、例えば半田ボール６７等の金属ボールが搭載され、外部端子を形成している。

次に、ＩＣソケット１００を用いた半導体装置５１の検査方法について図５〜１０を参照して説明する。

まず、検査対象となる半導体装置５１は、図示しない製品トレーより取り出され、図５に示すように、インサータ７の開口部３５内に挿入され、製品搭載部３７に搭載される。

半導体装置５１がインサータ７に搭載されると、インサータ７は図示しない予備加熱部で予熱される。

次に、図６に示すように、ソケットガイド５をテストボード８１上に実装し、ソケットガイド５の下端から露出したポゴピン３の下端を、テストボード８１の配線パターン８３と電気的に接続する。

次に、ソケットガイド５のガイドピン２７をインサータ７のガイドピンホール３９に挿入することにより、予熱されたインサータ７がソケットガイド５上に搭載され、連結される。

この状態では半田ボール６７とポゴピン３が接触している。

次に、図７に示すように、ソケットガイド５の上部に位置するプッシャ９が下降して、インサータ７および半導体装置５１に接触し、これらをポゴピン３側に押圧して押し下げる。

このとき、プッシャピン４５はガイドピン２７の窪み２７ａ（図１参照）に挿入され、ソケットガイド５とプッシャ９が連結される。

この状態では半田ボール６７とポゴピン３が接触された状態で固定され、電気的に接続された状態となる。

この状態で、テストボード８１からポゴピン３を介して半導体装置５１に電流が流れることにより、所定の検査が行われる。

ここで、半田ボール６７とポゴピン３が接触する際の詳細について、図８〜図１０を参照して説明する。

まず、半田ボール６７とポゴピン３が接触する際に、半導体装置５１の反りや半田ボール６７の寸法公差により、図８に示すように、半田ボール６７とポゴピンの間に位置ズレが生じていたとする。

具体的には、この例では、半田ボール６７の中心軸が、ポゴピン３の中心軸に対してＡ１の向きに位置ズレ８９を生じている。

この場合、半田ボール６７とポゴピン３が接触し始めると、図９に示すように、半田ボール６７はポゴピン３のうち、Ａ２の向きに上端面４が傾斜したポゴピン３ｂの上端面４を滑り降りるようにＡ２の向きに移動し、図１０に示すように、各半田ボール６７とポゴピン３が均等に接触する位置（図１０では互いの中心軸が一致する位置）にガイドされる。

なお、半田ボール６７がＡ２の向きに位置ズレを生じていた場合は、ポゴピン３ａによってＡ１の向きにガイドされる。

また、半田ボール６７がＡ３の向きに位置ズレを生じていた場合は、ポゴピン３ｄによってＡ４の向きにガイドされる。

さらに、半田ボール６７がＡ４の向きに位置ズレを生じていた場合は、ポゴピン３ｃによってＡ３の向きにガイドされる。

このようにして、半田ボール６７がいずれの向きに位置ずれを生じていても、ポゴピン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのいずれかによってガイドされ、位置ズレが吸収される。

また、このように、傾斜の向きの異なるポゴピン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを設けることにより、半導体装置５１の反りや外部端子の寸法公差により個々の半田ボール６７が任意の向きに位置ズレを生じていた場合であっても、個々の半田ボール６７は均等に接触するようにガイドされる。

そのため、ＩＣソケット１００は、ポゴピン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと半田ボール６７の位置合わせが容易となるだけでなく、半導体装置５１の反りや外部端子の寸法公差による接触不良も防止可能である。

また、ＩＣソケット１００はポゴピンの先端の形状と向き以外の構成要素は、既存のＩＣソケットと大差ない。

そのため、ＩＣソケット１００は既存のＩＣソケットに大幅な設計変更を加えることなく製造でき、製造コストの上昇を抑えることができる。

さらに、ポゴピン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは傾斜の向きが異なるのみで形状は同じである。

そのため、ポゴピン３は一種類でよく、位置合わせ用と接続用のポゴピンを別々に用意する必要がないため、ＩＣソケット１００はポゴピン３を設けたことによるコストの上昇やメンテナンス性の悪化を抑えることができる。

なお、図２および図３では、ポゴピン３の傾斜の向きが４つ（２方向）あるが、半導体装置５１の半田ボール６７の位置精度により、位置ズレを生じる可能性がある方向が１方向のみでよい場合は、ポゴピン３のテーパの向きは互いに対向する２つの向きのみでもよい。

例えば、位置ズレを生じる可能性がある方向がＡ１、Ａ２の向きのみの場合は、図１１に示すＩＣソケット１００ａのように、全てのポゴピン３をポゴピン３ａ、３ｂのみとしてもよい。

また、位置ズレを生じる可能性がある方向がＡ３、Ａ４の向きのみの場合は、図１２に示すＩＣソケット１００ｂのように、全てのポゴピン３をポゴピン３ｃ、３ｄのみとしてもよい。

最後に、テストが終了すると、プッシャ９が上方に移動することで、ＩＣソケット１００が開放され、ソケットガイド５からインサータ７が取り出される。

さらに、インサータ７が室温まで戻った後、インサータ７から半導体装置５１が取り出され、半導体装置５１のテストが完了する。

このように、本実施形態によれば、ＩＣソケット１００は上端面４がテーパ形状を有するポゴピン３を有し、ポゴピン３は、テーパの向きが、隣接するポゴピン３同士で異なるものがあるように配置されている。

そのため、半導体装置５１の反りや外部端子の寸法公差による接触不良を防止可能である。

上記した実施形態では、本発明をＢＧＡ構造の半導体装置５１の検査用ソケットに適用した場合について説明したが、本発明は、何等、これに限定されることなく、他の構造の半導体装置の検査用ソケットにも適用することができる。

３ ポゴピン
３ａ ポゴピン
３ｂ ポゴピン
３ｃ ポゴピン
３ｄ ポゴピン
４ 上端面
５ ソケットガイド
６ 中心軸
７ インサータ
８ 法線方向
９ プッシャ
２１ ソケットガイド本体
２３ 凹部
２７ ガイドピン
３１ インサータ本体
３３ 突出部
３５ 開口部
３７ 製品搭載部
３９ ガイドピンホール
４１ 押圧部
４３ フランジ部
４５ プッシャピン
５１ 半導体装置
５３ 配線基板
５５ 固定部材
５７ 半導体チップ
５９ 接続パッド
６１ 電極パッド
６３ ワイヤ
６５ ランド
６７ 半田ボール
６９ 内部配線
７１ 封止樹脂
８１ テストボード
８３ 配線パターン
８９ 位置ズレ
１００ ＩＣソケット
１００ａ ＩＣソケット
１００ｂ ＩＣソケット

Claims (5)

1. 半導体装置の外部端子と接触するコンタクト部材を複数備え、
   複数の前記コンタクト部材は、前記外部端子と接触する部分がテーパ形状を有し、
   前記テーパ形状のテーパの向きが、隣接する前記コンタクト部材同士で異なるものがあることを特徴とするＩＣソケット。
2. 前記テーパ形状のテーパの向きが、隣接する前記コンタクト部材同士で全て異なることを特徴とする請求項１記載のＩＣソケット。
3. 複数の前記コンタクト部材は、テーパ形状が等しくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のＩＣソケット。
4. 前記テーパの向きは、テーパ面が互いに対向するような第１の向きを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩＣソケット。
5. 前記テーパの向きは、前記第１の向きとテーパ面が互いに直交するような第２の向きをさらに有することを特徴とする請求項４に記載のＩＣソケット。

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