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【発明の名称】 高周波半導体素子のテスト用ソケット
【発明者】 【氏名】李 相 敦

【氏名】全 ▲吉▼ 奎

【氏名】金 永 宰

【氏名】李 海 英
【要約】 【課題】低周波用汎用ソケットを低コストで容易に改善することによって高周波半導体素子のテストが可能になる高周波半導体素子のテスト用ソケットを提供する。

【解決手段】複数個のソケットピン１０１〜１１６を設け、半導体素子の接地ピンに接続するための少なくとも一つ以上の接地連結手段１１７〜１２３を有する接地平面１００を備える。また、ソケットピン１０１〜１１６の中で少なくとも一つは接地平面１００に接続し、ソケットピンの寄生成分による伝送損失を低減して高周波帯域での信号伝送効果を向上するために信号線に用いられるソケットピンの各両側に接地ピンを配置する。またソケットは、低コストで設けられるように低周波用汎用ソケットに接地平面１００を具備することで形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数個のソケットピンと、半導体素子の接地ピンに接続するための少なくとも一つ以上の接地連結手段を有した接地平面とを備え、前記ソケットピンの中で少なくとも一つ以上が前記接地平面に接続されることを特徴とする高周波半導体素子のテスト用ソケット。
【請求項２】 前記半導体素子を前記ソケットに挿入する時、前記半導体素子の入出力ピンは、前記複数個のソケットピンの中で前記接地平面に接続していないソケットピンに接続していることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体素子のテスト用ソケット。
【請求項３】 前記半導体素子を前記ソケットに挿入する時、前記半導体素子の接地ピンは、前記接地平面の前記接地連結手段に接続していることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体素子のテスト用ソケット。
【請求項４】 半導体素子をテストボードに接続してテストするのに用いられる半導体素子のテスト用ソケットにおいて、接地平面と、前記接地平面に接続する少なくとも一つ以上設けた複数個のソケットピンとを備え、前記半導体素子のテスト時に前記半導体素子の接地ピンは前記接地平面に接続された前記ソケットピンを介して前記テストボードに接続され、前記半導体素子の入出力ピンは前記接地平面に接続されていない前記ソケットピンを介して前記テストボードに接続されることを特徴とする高周波半導体素子のテスト用ソケット。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はソケットに係り、特に高周波半導体素子をテストするために用いられるソケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、無線通信技術の急激な発展に従って個人携帯通信とＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ）の爆発的な市場需要が発生しており、これにより個人端末器に必須的に用いられ超高周波ＲＦＩＣ（ＲＦ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）部品の需要も大きく増加している。ところが、このＲＦＩＣは、大量生産よりは多品種少量生産を特徴とする製品であるため、それにより全体生産コストの中でテスト費用の比重が高い製品になってしまう。例えば、プラスチックパッケージのＧａＡｓ ＲＦＩＣの場合、テスト費用が素子の全体生産費用中５０％以上を占めるほど高くなる。従って、ＲＦＩＣの生産コストを低減するためにはテスト費用を最小化することが必要とされる。
【０００３】一方、半導体素子の高速自動化テストでは、ハンドラーと共にソケットが必須的に使われている。このハンドラーは、テストボードに装着されたソケットにパッケージされた半導体素子を高速に正確に接続する役割をする。また、ソケットは、半導体素子のリード、即ち、ピンとテストボードのパターンとを電気的に接続する役割をし、反復的なテストに適合するように優れた機械的特性と材料的特性とを基にして製作されている。ところが、数十ＭＨｚ以下で動作する半導体素子をテストする時はソケットの電気的な寄生特性がテストに大きい影響を及ぼすことはないが、例えば、数百ＭＨｚ乃至数ＧＨｚで動作する高周波半導体素子をテストする時にはソケットの電気的な寄生特性がテストに大きい影響を及ぼしてしまう。即ち、高周波半導体素子のテスト時には、テストボードと半導体素子のリードとの間に電気的接続線を用いたソケットピンの寄生特性が高周波半導体素子の動作を低下させ、また隣接したソケットピン間の混信にも影響を与えて正確なテスト結果が得られなくなる。
【０００４】従って、既存の低周波用汎用ソケットは、電気的な寄生特性が考慮されずに設計されているため、超高周波ＲＦＩＣのテストに適していない。通常、超高周波ＲＦＩＣのテスト時には、高周波半導体素子のテストに好適な設計を施した高周波用ソケットが使用されている。このように従来のソケットは、超高周波ＲＦＩＣのテスト時に高周波半導体素子のテストに好適な設計を施した特別の高周波用ソケットを使用することで正確なテスト結果を得ていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の高周波用ソケットは、使用コストが高価であり、これにより高周波半導体素子をテストする際に高周波用ソケットを使用すると、テスト費用が高くなるとともに、全体の生産コストに対してテスト費用の占める比重が高くなってしまうという不具合があった。本発明はこのような課題を解決し、低周波用汎用ソケットを低コストで容易に改善することによって、高周波半導体素子のテストが可能になる高周波半導体素子のテスト用ソケットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決するための本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、複数個のソケットピンと、半導体素子の接地ピンに接続するための少なくとも一つ以上の接地連結手段を有した接地平面とを備え、ソケットピンの中で少なくとも一つ以上が接地平面に接続する。ここで、半導体素子をソケットに挿入する時に半導体素子の入出力ピンは複数個のソケットピンの中で接地平面に接続していないソケットピンに接続し、半導体素子の接地ピンは接地平面の接地連結手段に接続することが好ましい。また、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの他の実施の形態として、半導体素子をテストボードに接続してテストするのに用いられる半導体素子のテスト用ソケットにおいて、接地平面と、この接地平面に接続する少なくとも一つ以上設けた複数個のソケットピンとを備え、半導体素子のテスト時に半導体素子の接地ピンは接地平面に接続されたソケットピンを介してテストボードに接続されて半導体素子の入出力ピンは接地平面に接続されていないソケットピンを介してテストボードに接続する。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの実施の形態、および本実施の形態と汎用ソケットとの電気的特性の分析を詳細に説明する。図１は、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの実施の形態を示す図である。ここで、図１には、１６ＳＯＰ ＤＵＴ（ＤｅｖｉｃｅＵｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ）に用いられる本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットが示されている。ここでは、図面を簡単にするためにソケットの本体は図示していない。
【０００８】図１に示すように、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、ソケットの外側を形成する本体（図示せず）と、複数個のソケットピン１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６と、少なくとも一つ以上の接地連結手段１１７、１１８、１１９、１２０、１２１、１２３とを設けた接地平面１００を備えている。特に、ソケットピン１０１〜１１６は、この複数のピンの中から少なくとも一つ以上のピンを接地平面１００に接続している。即ち、図１に示した本実施の形態では、ソケットピン１０２、１０４、１０６、１０７、１１０、１１３、１１５を接地平面１００の接地連結手段１１７〜１２３に接続している。ここで、接地平面１００の接地連結手段の個数と、接地平面１００に接続されるソケットピンの個数とはＤＵＴ、即ち、テストしようとする高周波半導体素子のピンの数によって決定される。
【０００９】さらに詳しく説明すると、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、低周波用汎用ソケットに接地平面１００を具備し、テスト時ＤＵＴの接地ピンが接地平面１００を経由してソケットピンを介すことでテストボード２００に接続され、ＤＵＴの入出力ピンは接地平面１００を経由しないで直接ソケットピンを介してテストボード２００に接続されている。即ち、ソケットがテストボード２００に挿入される時、ソケットピン１０１〜１１６の一端は全てテストボード２００に接続される。また、ＤＵＴがソケットに挿入される時、ＤＵＴの接地ピンが接地平面１００の接地連結手段１１７〜１２３に接続され、ＤＵＴの入出力ピンはソケットピンの中で接地平面１００に接続されないソケットピン１０１、１０３、１０５、１０８、１０９、１１１、１１２、１１４、１１６に接続される。
【００１０】このように接地平面１００にＤＵＴの接地ピンが接続されることで、例えば信号ピンのソケットピン１０５の両側に位置したソケットピン１０４とソケットピン１０６とが接地効果を有するが、これはＤＵＴの入出力ピン、即ち信号ピンの間の混信を減少させる役割をし、またソケットピン１０５に印加される信号の電流リターンパスとして動作する。従って、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、信号線に用いられるソケットピンの両側に接地平面により接地部と接続されるソケットピンを配置してＣＰＷ（Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）モードの伝送を具現することによって、ソケットピンの寄生成分による伝送損失を大きく減らすように形成されている。従って、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、低周波用汎用ソケットに接地平面を具備させることによって、高周波半導体素子をテストすることが可能になり、また低コストで製作可能である。
【００１１】以下、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットと汎用ソケットとの電気的特性を分析して、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの周波数特性が汎用ソケットに比べてどの程度拡張されるかを調べる。図２は、図１に示した本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの電気的特性分析方法を説明するためのフローチャートである。
【００１２】図２を参照すると、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの電気的特性分析方法は、ソケットピンの構造モデリング段階２０１と、ソケットピンの寄生成分を抽出する段階２０２と、ソケットピンの等価回路をモデリングする段階２０３と、等価回路に対する信号伝送特性を求める段階２０４とを備えている。ここでは１６ＳＯＰ ＤＵＴのテストに用いられる汎用ソケットと、この汎用ソケットに接地平面が備わった図１に示した本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットの場合に対して各々説明する。汎用ソケットのソケットピンは、２種類の形態を備えており、各々のソケットピンの長さは２１．５ｍｍ及び１９．８ｍｍであり、平均的な断面積は０．６×０．４ｍｍ2 であり、ソケットピンの間隔は１６ＳＯＰ半導体素子のリード間の間隔と同じ１２．７ｍｍである。
【００１３】まず、代表的な数値解析プログラムのＲａｐｈａｌによりソケットピンを解析するためにソケットピンの構造をモデリングするモデリング段階２０１を実行する。図３は、数値解析のために接続した図２に示した３つのソケットピン３０１、３０２、３０３に対する３次元構造を示す図である。図３に示すように、Ｒａｐｈａｌを利用してモデリングを実行した際に接続した３つのソケットピン３０１、３０２、３０３に各々対応する３次元構造が図示されている。ここでソケットピン３０１は、図１に示した信号ピンのソケットピン１０５に当たり、ソケットピン３０２、３０３は各々ソケットピン１０５の両側に位置した接地ピン、即ち、ソケットピン１０４及びソケットピン１０６に該当する。
【００１４】モデリング段階２０１後に、モデリングしたソケットピンの構造によりＲａｐｈａｌを使用して、ソケットピンの寄生成分、即ちソケットピンの寄生キャパシタンス及びインダクタンスを抽出する。またＲａｐｈａｌから提供される解析方法ＲＣ２、ＲＣ３、及びＲＩ３の中から３次元構造に対するキャパシタンス解析方法のＲＣ３を利用してソケットピンの寄生キャパシタンスを抽出するとともに、３次元構造に対するインダクタンス解析方法のＲＩ３を利用してソケットピンの寄生インダクタンスを求める。特に、この時、直線的に単純化した３次元構造にモデリングしてソケットピンの寄生インダクタンスを計算し、また直線的に単純化した同じ構造でテストボードの接地平面を基準としてソケットピンの寄生キャパシタンスを計算する。図４は、図３に示したソケットピンの構造でＸＹ平面に接地平面があると仮定した側面を示す側面図である。
【００１５】図４に示すように、ソケットピンの３次元構造でＸＹ平面（Ｚ＝０）に３０ｍｍ×３０ｍｍの接地平面４０１があると仮定し、この場合、接地平面４０１はテストボードの接地平面である。ソケットピンの寄生成分を抽出する段階２０２が終了した後、抽出された寄生キャパシタンス及び寄生インダクタンスを使用して信号ピンの単一ソケットピン３０１の等価回路と、図１に示した本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットと同じように両側に接地ピン３０２、３０３を備えた場合のソケットピン３０１の等価回路とのモデリングを実行する。
【００１６】図５は、単一ソケットピンに対する分布素子等価回路モデルの回路図である。また、図６は、接地ピンを備えたソケットピンに対する分布素子等価回路モデルの回路図である。図５は２種類の形態によるソケットピンの中で長さが２１．５ｍｍの単一ソケットピンに対する分布素子等価回路モデルを示しており、図６には両側に接地ピンを備えた場合のソケットピンに対する分布素子等価回路モデルを示している。図６に示したように、接地ピンの回路モデル６０２、６０３は、単一ソケットピンの回路モデル６０１と同じ方法で構成し、接地ピンが信号ピンの両側に位置するように回路を構成している。ソケットピンの等価回路をモデリングする段階２０３が完了した後、図５に示した単一ソケットピンの等価回路に対する信号伝送特性と、図６に示した両側に接地ピンを備えた場合のソケットピンの等価回路に対する信号伝送特性とを求める段階２０４を実行する。図７は、図５に示した単一ソケットピンの等価回路に対する信号伝送特性を示すグラフである。また、図８は、図６に示した両側に接地ピンを備えたソケットピンの等価回路に対する信号伝送特性を示すグラフである。
【００１７】ここで、図７にヒューレットパッカード（社）のＭＤＳ（ＭｉｃｒｏｗａｖｅＤｅｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて単一ソケットピンの等価回路に対して求めた信号伝送特性を示し、図８にはＭＤＳを利用して両側に接地ピンを備えた場合のソケットピンの等価回路に対して求めた信号伝送特性を示している。また、図７及び図８において、Ｓ１１は反射損失を示し、Ｓ２１は挿入損失を示している。
【００１８】図７及び図８に示すように、２ＧＨｚの条件で単一ソケットピンの挿入損失Ｓ２１は−２．５８８４Ｅ＋００ｄＢであり、反射損失Ｓ１１は−３．４４０９Ｅ＋００ｄＢである。また、両側に接地ピンを備えたソケットピンの挿入損失Ｓ２１は−１．４７６０Ｅ＋００ｄＢであり、反射損失Ｓ１１は−５．４４８５Ｅ＋００ｄＢである。
【００１９】従って、両側に接地ピンを備えたソケットピンは、単一ソケットピンに比べて２ＧＨｚの条件で、挿入損失Ｓ２１の場合１．１１ｄＢ、反射損失Ｓ１１の場合−２．０１ｄＢの特性改善があることが確認できる。また、挿入損失Ｓ２１と反射損失Ｓ１１とは、各々−１．３ｄＢ及び−６ｄＢの条件での周波数が、両側に接地ピンを備えたソケットピンと単一ソケットピンとの場合に各々１．７８ＧＨｚ及び１．２５ＧＨｚになる。従って、両側に接地ピンを備えたソケットピンは、単一ソケットピンに比べて約５００ＭＨｚ程度の周波数を拡張して使用することができる。
【００２０】以上、本発明によってなされた高周波半導体素子のテスト用ソケットの実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、代表的な数値解析プログラムとしてＲａｐｈａｌを使用してソケットピンの構造をモデリングするモデリング段階２０１を実行したが、このＲａｐｈａｌに限定されてるものではない。
【００２１】
【発明の効果】このように本発明の高周波半導体素子のテスト用ソケットによれば、信号線に用いられるソケットピンの両側に接地ピンを配置することによって、ソケットピンの寄生成分による伝送損失を大きく低減することができ、これにより高周波帯域での信号伝送効果が改善されるという効果がある。従って、本発明による高周波半導体素子のテスト用ソケットは、低周波用汎用ソケットを改善して低コストで製作可能であり、高周波半導体素子をテストする際に問題なく使用できるという長所がある。
【出願人】 【識別番号】３９００１９８３９
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）８月３１日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 誠
【公開番号】 特開平１１−１８３５６６
【公開日】 平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】 特願平１０−２４５０７０