CN1965241B - 老化装置的状态诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种老化装置的状态诊断方法，在该方法中，在老化试验时，使加热器以及温度传感器分别和进行该老化试验的各种被检测设备接触，控制该加热器的功率消耗，进行被检测设备的温度调整，从而进行所述老化试验。当所述被检测设备和加热器以及温度传感器处于非接触状态时，配置该加热器以及温度传感器的同时，由此温度传感器检测冷却液接触的温度控制模块的温度，依据此检测结果，诊断温度传感器是否正常。

Description

老化装置的状态诊断方法 

技术领域

此发明涉及在进行老化试验时，使加热器以及温度传感器分别和进行该老化试验的各种被检测设备接触，控制该加热器的功率消耗，进行所述被检测设备的温度调整，从而进行所述老化试验的老化装置的状态诊断方法。 

背景技术

近年，伴随着半导体设备的高速化、大容量化、多位化的进程，半导体设备进一步呈现出多种多样的构成形式。对于这些半导体设备，进行了与温度相关的加速试验的老化(burn-in)试验。老化试验的特征是，对半导体设备等的被检测设备(DUT：device under test)通电，使其达到高温，对例如LSI芯片内的不完全金属结合部中的高电阻所产生的局部发热实施检测，判断DUT的可靠性等。 

专利文献：特开2000-206176号公报。 

发明内容

但是，采用了加热器的以往的老化装置由于需要使用加热器对DUT周边的环境温度实施调整，所以存在不能对功率消耗存在较大差异的多个DUT同时实施这种试验的问题。 

因此，考虑采用使加热器与各个DUT接触，对各个DUT进行温度调整的方式，但此种情况下，存在在加热器中流动大电流，老化试验时，如果存在连接器等的接触不良，此部分会存在发热、烧毁这样的问题。 

此发明是鉴于上述问题而进行的发明，目的在于提供为了对采用了加热器的老化装置进行保护，能够简单地对老化装置进行状态诊断的老化装置状态诊断方法。 

为了解决上述问题、并达到目的，关于本发明的老化装置的状态诊断方法的特征在于，在此老化装置的状态诊断方法中，在老化试验时，使加热器以及温度传感器分别和进行该老化试验的各种被检测设备接触，控制该加热器的功率消耗以调整所述被检测设备的温度并且进行所述老化试验，使这种老化装置的状态诊断在该老化装置的工作状态中进行，在此方法中，利用温度控制模块与所述被检测设备的接触状态或非接触状态，依据所述温度传感器的检测结果和所述加热器的功率消耗以及施加到所述各种被检测设备的施加电压，进行该老化装置的状态诊断，所述温度控制模块具有与所述各种被检测设备的接触的各加热器及温度传感器。 

另外，关于本发明的老化装置的状态诊断方法在上述发明中，其特征在于，所述温度控制模块根据不与所述各种被检测设备接触状态下的所述温度传感器的检测结果，诊断所述温度传感器的精度。 

另外，关于本发明的老化装置的状态诊断方法在上述发明中，其特征在于，所述温度控制模块在不与所述各种被检测设备接触的状态时，依据对所述加热器断电时的温度和对所述加热器赋予预定功率时的温度的温度差，诊断从所述加热器的电源开始至所述加热器为止的布线或者电路有无故障。 

另外，关于本发明的老化装置的状态诊断方法在上述发明中，其特征在于，所述温度控制模块在与所述各种被检测设备接触的状态时，检测施加到所述被检测设备的加载电压和读出电压的电压差的同时，检测施加了电压的被检测设备的电流值，判断所述电压差除以所述电流值的值是否超过预定电阻值，在超过了预定电阻值的情况下，诊断出在所述电源和所述被检测设备之间的布线或者电路发生故障。 

另外，关于本发明的老化装置的状态诊断方法在上述发明中，其特征在于，所述温度控制模块在与所述各种被检测设备接触的状态时，检测施加到所述被检测设备的加载电压和读出电压的电压差的同时，检测施加了电压的被检测设备的电流值，参考所述电流值，在电流流经所述设备部分的情况下，当不存在所述加载电压和所述读出电压的电压差时，诊断出设置于所述电源和所述被检测设备间、施加了读出电压的读出线处于未连接状态。 

在关于此发明的老化装置的状态诊断方法中，以在老化试验时，使加热器以及温度传感器分别和进行该老化试验的各种被检测设备接触，控制该加热器的功率消耗以调节所述被检测设备的温度并且进行所述老化试验的老化装置为前提，所述各种被检测设备和各个加热器以及温度传感器处于非接触状态时，配置该加热器以及温度传感器的同时，由所述温度传感器检测一定温度的液体通过的温度控制模块的温度，以此检测结果为依据，实施诊断所述温度传感器是否正常等的状态诊断，利用被检测设备与加热器以及温度传感器的接触状态或者非接触状态，可以很容易地进行老化装置的状态诊断，具有防止老化装置的故障于未然的效果。 

图1是表示关于此发明的实施方式的老化装置的整体综合构成的方框图。 

图2是表示图1所示的加热器电路的详细构成的电路图。 

图3是说明基于加热器控制电路的离散电压指示信号的生成和基于此离散电压指示信号的加热器控制的时间图。 

图4是表示基于DUT功率消耗大小的DUT温度上升特性的图。 

图5是基于加热器功率限制部进行了加热器功率限制控制的情况和以往的进行了加热器功率控制的情况的总功率比较的图。 

1：老化装置                   10：试验控制部 

20：设备电源单元              21：设备电源 

22：开/关控制部               23：电流测量部 

24：电压设定部                25：电压测量部 

26：过电压/过电流检测值设定部 30：测量部 

31：测量板                    32：DUT 

33：连接器                    40：温度调整单元 

41：温度测量部                42：加热器电路 

43：加热器控制电路            43a：表 

44：加热器功率限制部          50：电源 

60：温度控制部                61：温度控制单元 

62：加热器                    63：PT传感器 

64：冷却部                    71：晶体管 

72：FET                       73：电压平滑电路 

74：比较器                    75：DA转换器 

D1：齐纳二极管                D2：二极管 

R1，R2：电阻                  L：电感器 

C：电容器 

具体实施方式

对于作为实施本发明的最好实施方式的老化装置进行说明。另外，此发明并非限定于此实施方式。 

图1是表示关于本发明的实施方式的老化装置的整体综合构成的方框图。在图1中，这种老化装置1，大体上说，包括：控制老化试验整体的试验控制部10，与该试验控制部10相连接、对于DUT32实施电源电压的输出和测量等的设备电源单元20，与试验控制部10相连接、进行老化试验时的温度调整的温度调整单元40，与设备电源单元20相连接、配置了DUT32的测量部30，与温度调整单元40相连接的电源50，以及根据温度调整单元40的控制进行温度控制的温度控制部60。 

测量部30包括测量板31和DUT32，DUT32被配置在测量板31上。DUT32 通过测量板31上的布线和连接器33与设备电源单元20相连接。设备电源单元20具有设备电源21和开/关控制部22，通过试验控制部10的控制，开/关控制部22可以将电源电压Vdd、Vss由设备电源21施加至DUT 32处。设备电源单元20还进一步包括电流测量部23、电压设定部24、电压测量部25和过电压/过电流检测值设定部26。依据电流测量部23和电压测量部25测量的值，试验控制部10可以获知进行加速试验时的DUT 32的状态。电源电压Vdd、Vss等值可以由试验控制部10实施变更设定，该值可以保存在电压设定部24。过电压/过电流检测值设定部26保存有能够依据电流测量部23和电压测量部25的测量结果，判断是否处于过电压状态或者过电流状态用的阈值。开/关控制部22对于超过该阈值的场合，认定其处于过电压状态或过电流状态，降低或者阻断由设备电源21的电源电压的输出。该阈值可以通过试验控制部10实施变更设定。 

温度控制部60在温度控制模块61处，设置有加热器62、PT(铂电阻)传感器63和冷却部64。PT传感器63的输出值输出至温度调整单元40侧，加热器62由温度调整单元40在温度上升时进行通电控制。对DUT32的周围实施冷却用的冷却液由冷却部64通过。对DUT32进行温度调整的场合，加热器62和PT传感器63与DUT32相接触，对DUT32实施直接的温度调整。对于不需要对DUT32实施温度调整的场合，使加热器62和PT传感器63与DUT32物理隔离开，变为仅与温度控制模块61接触的状态。由此，PT传感器63能够检测加热器62或冷却液的温度。 

温度调整单元40包括：依据PT传感器63的输出值，测量PT传感器63周围的温度的温度测量部41，将来自电源50的功率输出至加热器62处的加热器电路42，以及分别控制对应于DUT32的功率消耗的加热器功率的加热器功率限制部44。 

在这种老化装置1中，通过试验控制部10的整体控制，将电源电压由设备电源单元20施加至DUT32的同时，通过温度调整单元40提供使加热器62发热的功率，使加热器62和DUT32接触，进行DUT 32老化试验时的温度调整。此时试验控制部10通过设备电源单元20获得老化试验结果的同时，通过温度调整单元40进行温度调整。 

此处对加热器电路42进行详细说明。图2是表示附加有电源50和加热器62的加热器电路的详细构成的电路图。在图2中，作为p沟道功率FET的FET72与DC48V的电源50相连接，通过该FET72的开关，可以将DC48V的脉冲电压施加在加热器62侧。在FET72的栅极与经过了电阻R2的地之间，连接着晶体管71，该晶体管71根据由加热器控制电路43输出的PWM信号等的离散电压指示信号进行开关动作，其结果是使FET72进行开关动作。还可以进一步包括保持恒压用的齐纳二极管D1，该齐纳二极管D1的阳 极连接在晶体管71的集电极和电阻R2之间，阴极通过电阻R1连接在晶体管71的发射极和FET72的栅极之间，同时与FET72的漏极直接相连。当晶体管71截止时，电源50的DC48V电压被施加在栅极处，FET72变为截止状态，当晶体管71导通时，齐纳二极管D1的电压下降的值、施加至栅极的电压减小，FET72变为导通状态。 

在包含有上述的FET72的开关电路与加热器62之间，设置有电压平滑电路73。电压平滑电路73包括有彼此串联连接着的电容器C和电感器L，以及与它们并联连接着的二极管D2。由开关电路侧施加DV48V的脉冲电压，由电压平滑电路73将脉冲电压变换为平滑的模拟电压。加热器62可以发出与此模拟电压的振幅值相对应的功率。 

比较器74对施加在加热器62上的模拟电压的值，与由加热器控制电路43指示的电压指示信号的值进行比较，将该比较结果输出至加热器控制电路43。由于电压指示信号是一种数字数据，所以在由DA转换器75变换为模拟信号后，再输入至比较器74。加热器控制电路43依据此比较结果，按照使比较值为零的方式实施控制。此处，电压指示信号是表示目标电压值的信号，离散电压指示信号是能够将达到目标电压值为止的变化量抑制在预定电压值范围之内的离散的电压指示信号，直接施加在开关电路处。通过DA转换器75将电压指示信号变换为模拟信号，然而并不仅限于此，也可以不采用DA转换器75，而是设置能够将模拟电压信号变换为数字数据的AD转换器，通过比较器74进行数字化处理，进行比较。 

此处，上述的加热器电路42会将由开关电路生成的脉冲电压带来的噪声，生成为电压信号，但是在此本实施方式中，由于在开关电路与加热器62之间设置有电压平滑电路73，能够将脉冲电压变换为平滑的模拟电压，所以可以抑制向加热器62侧的噪声传递。特别是在进行老化试验时，加热器与DUT32接触，如果噪声传递至DUT32，就不能对DUT 32进行精度比较高的试验，但是在此实施方式中，因为几乎不会有来自加热器62的噪声产生，所以能够进行精度比较高的老化试验。 

进一步，加热器控制电路43如图3所示，生成离散电压指示信号，进行FET72的开关动作，能够抑制急剧电压变化产生的过电流，能够降低在通过齐纳二极管D1进行电流限制时，由于FET72的不完全开关状态所导致的FET72的功率损失。 

正如图3所示，首先试验控制部10可以在试验开始时或在试验进行过程中，依据由温度测定部41给出的温度，将作为如图3(a)所示的目标电压值的电压指示值输出至加热器控制电路43处。加热器控制电路43依据此电压指示值，生成如图3(b)所示的离散电压指示值，生成与该电压指示值相对应的、如图3(c)所示的离散电压指示信号，施加至晶体管71，其 结果是使FET72进行开关动作。 

此处，对于电压指示值为如图3(a)所示的“0V→24V”的场合，生成在每预定时间里的电压增减值为5V以内的离散电压指示值，据此生成作为脉冲信号的离散电压指示信号。此种情况下，还可以将与电压指示值相对应的离散电压指示值一并预先存储在表43a中，取出与电压指示值相对应的离散电压指示值，生成离散电压指示信号。还有，离散电压指示信号只要在每预定时间内的电压增减值在预定值之内即可，例如也可以将离散电压指示信号的开始部分设定为比较低的电压值，然后在预定值的范围内使电压值缓缓增大。也就是，只要由当前电压值到目标电压值之间的电压增减值在预定值之内，那么在其过程中的电压增减值可以是任意的，可以使其依照函数关系变化，也可以依据程序变化。 

如果该离散电压指示信号被施加至FET72，通过电压平滑电路73变换成如图3(d)所示的平滑了的模拟电压信号，由加热器62产生与该模拟电压信号相对应的功率。 

另一方面，比较器74对模拟电压信号的值与电压指示值进行比较，将比较结果输出至加热器控制电路43。加热器控制电路43如图3(e)所示，按照当比较器的输出为高电位时，输出使电压值增大的离散电压指示信号，当为低电位时，保持当前电压值的方式进行控制。 

而且，上述的离散电压指示信号是每预定时间内脉冲宽度增减一定的脉冲数的信号，然而并不仅限于此，还可以采用使每预定时间内的脉冲宽度变化的PWM信号。为了避免电压值的急剧上升，采用了每预定时间内的脉冲宽度增减一定的脉冲数这样的方式，但优选是离散的。 

在此实施方式中，由于是将如上所述的离散电压指示信号施加至FET72处的，所以电压值不会急剧增大，其结果是，由于不会在电容器C处形成急剧的电流蓄积，所以可以起到对FET72的电流限制功能，FET72不会处于不完全开关状态，所以能够消除不完全开关时的功率损耗。其结果是，能够消除对加热器62的功率消耗之外的不必要的功率消耗，从而可以获得一种省电型的老化装置。 

然而，使用老化装置1进行的加速试验，是对加至DUT32的温度进行控制的，根据施加在DUT32自身的电源电压，分为功率消耗比较大的设备和功率消耗比较小的设备。其结果如图4所示，如果在试验开始时，按照使加热器62的功率为与DUT32的功率消耗无关的方式提供100％的功率，这时将受到作为DUT32的设备的功率消耗的大小所左右，DUT32的温度随时间的变化不同，在设备功率消耗比较大的情况下，可以快速地达到目标温度，在设备功率消耗比较小的情况下，缓慢地达到目标温度。 

但是，对于需要同时对各种各样的DUT32进行试验的场合，需要以比较缓慢达到目标温度的部分为基准结束试验，同时还有必要考虑作为老化装置1整体的功率消耗。 

因此，在此实施方式中，可以按照使DUT32的功率消耗与加热器62的功率消耗的总功率为一定这样的方式，对加热器62的功率消耗实施控制。这种功率消耗的控制可以由加热器电力限制部44实施。 

图5为对采用本实施方式的加热器功率控制，与以往的加热器功率控制进行了比较的图。在图5中，加热器功率限制部44对于例如作为具有最小功率消耗的设备的DUT，按照使加热器62具有最大功率消耗这样实施控制，对于超过具有最小功率消耗的DUT的功率消耗的DUT的加热器62的功率消耗，使其为不超过具有最小功率消耗的DUT所消耗的功率和加热器62具有的最大功率消耗的总功率P2的最大功率消耗这样实施控制。 

因此，加热器电力限制部44预先求出DUT32的功率消耗和此时加热器62的最大功率消耗之间的关系，并按照对与各个DUT相对应的加热器62的最大功率消耗实施限制的方式进行控制。对于DUT32的功率消耗属于未知的场合，可以通过设备电源单元20进行功率测量，依据此功率测量结果，加热器功率限制部44决定与各个DUT的功率消耗相对应的加热器62的功率消耗的限制。 

其结果是，可以与DUT的功率消耗大小无关，使DUT32的功率消耗和加热器62的功率消耗的总功率，即总功率P2为一定，DUT的温度上升与具有最小功率消耗的DUT大体相同。 

此处，以往的老化装置的加热器功率消耗量必须包括具有最大功率消耗的DUT的功率消耗和加热器的最大功率消耗的总功率P1，但在此实施方式中，只要具有老化装置1的总功率P2的功率量即可，这样能够促进设备的小型化、轻型化的同时可以节省电力。 

而且在上述的实施方式中，可以与各个DUT的功率消耗的大小无关，按照使总功率为总功率P2这样实施控制，然而并不仅限于此，例如还可以使具有中等功率消耗的DUT的功率消耗和加热器62的100％功率消耗的总功率为P3这样进行功率限制。即使对于这种场合，和以往的老化装置相比，仍然可以实现设备的小型化、轻型化，以及节省电力。 

但是，上述的老化装置是对于各个DUT分别设置加热器并直接进行温度调节的装置，温度控制部60的加热器62和PT传感器63在进行老化试验时，是与DUT32相接触的，但在不进行老化试验时，加热器62以及PT传感器63是不与DUT32相接触的。 

即，当加热器62和PT传感器63与DUT32处于非接触状态时，可以进行如下所述的检查。首先可以在这种状态下，使温度控制模块61、加热器 62、PT传感器63和冷却液接触，通过由PT传感器63对冷却液的温度进行测量，能够对PT传感器63的故障和精度实施验证。这是因为冷却液的温度保持一定，其温度与温度控制模块61的温度相同的缘故。 

而且，可以由PT传感器63，对加热器62断电时和提供了一定的功率消耗时的温度差实施测量，依据此温度差，能够检测加热器62的断线和加热器电路42的故障等。例如，当对加热器62断电时，PT传感器63检测到比冷却液温度更高温度的情况下，可以检测出没有实施对电源50的断开控制，对于这种场合，可以通过加热器电路42切断由电源50提供的电力供给。 

另一方面，当加热器62以及PT传感器63与DUT32处于接触状态时，对于加热器62提供一定的功率，由PT传感器63测量此时的每单位时间的温度变化，由此能够求出温度控制模块61侧与DUT32之间的热接触电阻。而且，对于热接触电阻比较大的场合，由PT传感器63检测出的每单位时间的温度变化变小。 

进一步，在此实施方式中，能够检测出设备电源21与DUT32之间的连接器33和连接线等等是否存在接触不良等。例如，可以对设备电源21侧的各个加载电压F+、F-和各个读出电压S+、S-间的电压差、还有电流测量部23测量出的电流值进行测量，当满足下述关系式： 

(加载电压-读出电压)/电流值＞预定的电阻值时，可以检测出连接器3 3出现接触不良。对于有电流流经但加载电压和读出电压间没有电压差的情况，可以检测出DUT32和设备电源21间的读出线处于未连接状态。在检测出这些异常的情况下，试验控制部10进行设备电源21的断开控制。由此，可以防止在大电流流经DUT的老化试验时，由于连接器等的接触不良而产生的发热和烧损问题。 

在工业上应用的可能性 

如上所述，关于本发明老化装置的状态诊断方法在对各种被检测设备进行老化试验的老化装置中是有用的，特别是作为为了对采用加热器进行被检测设备的温度调整的老化装置进行保护，简单地进行老化装置的状态诊断的方法是非常适用的。 

Claims (6)

1.一种老化装置的状态诊断方法，在该老化装置的状态诊断方法中，在老化试验时，使加热器和温度传感器分别与进行该老化试验的各种被检测设备接触，控制该加热器的功率消耗以调整所述被检测设备的温度并且进行所述老化试验，这种老化装置的状态诊断在该老化装置工作状态中进行，其特征在于：

利用温度控制模块与所述被检测设备的接触状态或非接触状态，依据所述温度传感器的检测结果和所述加热器的功率消耗以及施加于所述各种被检测设备的施加电压，进行该老化装置的状态诊断，所述温度控制模块具有与所述各种被检测设备的接触的各加热器及温度传感器。

2.根据权利要求1所述的老化装置的状态诊断方法，其特征在于：

所述温度控制模块依据在不与所述各种被检测设备接触的状态下的所述温度传感器的检测结果，诊断所述温度传感器的精度。

3.根据权利要求1所述的老化装置的状态诊断方法，其特征在于：

所述温度控制模块在不与所述各种被检测设备接触状态时，依据对所述加热器断电时的温度和对所述加热器赋予预定功率时的温度的温度差，诊断从所述加热器的电源开始至所述加热器为止的布线或者电路有无故障。

4.根据权利要求1所述的老化装置的状态诊断方法，其特征在于：

所述温度控制模块在与所述各种被检测设备接触的状态时，检测施加于所述被检测设备的加载电压和读出电压的电压差的同时，检测施加了电压的被检测设备的电流值，判断所述电压差除以所述电流值的值是否超过预定的电阻值，当超过该电阻值的情况下，诊断在所述电源和所述被检测设备间的布线或者电路发生了故障。

5.根据权利要求1所述的老化装置的状态诊断方法，其特征在于：

所述温度控制模块在与所述各种被检测设备接触的状态时，检测施加于所述被检测设备的加载电压和读出电压的电压差的同时，检测施加了电压的被检测设备的电流值，参考所述电流值，在电流流经所述设备部分的情况下，当所述加载电压和所述读出电压没有电压差时，诊断出在所述电源和所述被检测设备之间设置的、施加了读出电压的读出线处于未连接状态。

6.一种老化装置的状态诊断方法，其特征在于：

对被检测设备施加电压；

通过和所述被检测设备接触的温度传感器检测该被检测设备的温度；

通过控制与所述被检测设备接触的加热器的加热器的功率消耗来调节所述被检测设备的温度；

依据施加在所述被检测设备上的所述电压、由所述温度传感器检测出的所述温度以及所述加热器的功率消耗，判断所述老化装置的状态；

所述温度传感器和所述加热器以及冷却装置被设置于一个模块内，在所述温度传感器和所述加热器不与所述被检测设备接触的状态下，基于由所述温度传感器检测出的所述温度，判断所述温度传感器故障的有无或者所述温度传感器的精度。 

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