CN1965611A - 加热器功率控制电路及使用该控制电路的老化装置 - Google Patents

Abstract

一种加热器功率控制电路，通过对由直流电源提供的电压信号实施开关处理，对施加至加热器的电压实施控制以实施加热器功率控制，其中在对由前述直流电源提供的电压实施开关处理的开关电路和前述加热器之间，设置有对前述电压实施开关处理后的电压信号实施平滑处理，将其变换为模拟信号的电压平滑电路。

Description

加热器功率控制电路及使用该控制电路的老化装置

技术领域

本发明涉及能够抑制由加热器产生的噪声出现，进而还能够省电的加热器功率控制电路，以及使用了这种控制电路的老化装置。

背景技术

近年来，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1：特开2000-206176号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，使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，所以存在难以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，但由于此温度调整会随着温度变化，所以有必要使用功率FET进行开关控制，由于这种开关控制所产生的噪声会传递至DUT，所以存在不能精度良好地进行老化试验的问题。

本发明就是解决上述技术问题用的发明，本发明的目的就是提供一种对于使用加热器进行温度调整以进行老化试验的场合，能够减少由加热器传递出的噪声的加热器功率控制电路，以及使用了这种控制电路的老化装置。

解决问题用的技术解决方案

为了能够解决上述问题、实现本发明的目的，关于本发明的加热器功率控制电路的特征在于，在对由直流电源提供的电压信号实施开关处理，对施加至加热器的电压实施控制，控制加热器功率的加热器功率控制电路中，在对由前述直流电源提供的电压实施开关处理的开关电路和前述加热器之间，设置对前述电压实施开关处理后的电压信号实施平滑处理，将其变换为模拟电压信号的电压平滑电路。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述的发明中，其特征在于，包括：依据预定电压指示信号，控制前述开关电路的开关的加热器控制电路，和对前述电压指示信号的值与前述模拟电压信号的值进行比较用的电压比较电路。前述加热器控制电路能够依据前述电压比较电路的比较结果，控制前述开关电路的开关，以对前述加热器功率实施控制。

而且，关于本发明提供的加热器功率控制电路在上述的发明中，其特征在于，前述加热器控制电路能够将前述电压指示信号变换为在每预定时间里该电压指示信号的增减值抑制在预定值范围内、离散的离散电压指示信号，并施加至前述开关电路。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述发明中，其特征在于，前述加热器控制电路具有保存着与前述电压指示信号值的变化量相对应的一系列前述离散电压指示信号的关系的表；前述加热器控制电路能够参考前述表生成前述离散电压指示信号。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述发明中，其特征在于，前述加热器控制电路能够依据表示与前述电压指示信号值的变化量相对应的一系列前述离散电压指示信号的关系的关系式，生成前述离散电压指示信号。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述发明中，其特征在于，前述加热器控制电路生成的是具有相同脉冲宽度且脉冲之间的时间间隔不同的离散电压指示信号。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述发明中，其特征在于，前述加热器控制电路采用PWM信号作为前述离散电压指示信号。

而且，关于本发明的加热器功率控制电路在上述发明中，其特征在于，前述开关电路具有电流限制电路。

而且，关于本发明的一种老化装置，其特征在于，包括上述发明的加热器功率控制电路中的任何一种，以进行被检测设备的老化试验。

发明的技术效果

在采用了本发明提供的加热器功率控制电路，以及使用了这种控制电路的老化装置中，在对由直流电源提供的电压信号实施开关处理，对施加至加热器的电压实施控制以控制加热器功率时，由于在对由前述直流电源提供的电压信号实施开关处理的开关电路和前述加热器之间，设置了对前述电压信号实施平滑处理，将其变换为模拟信号的电压平滑电路，所以可以阻断由开关电路侧产生的噪声传递至加热器侧，从而具有能够抑制噪声向与加热器连接或者位于加热器附近处的配置部件传递的效果。

而且，在采用了本发明提供的加热器功率控制电路，以及使用了这种控制电路的老化装置中，由于可以将前述电压指示信号作为使该电压指示信号的值的增减限制在规定值范围内，离散的离散电压指示信号，施加至开关电路，所以具有能够降低在电压平滑电路处发生了急剧的电流增大的场合下所产生的开关电路的电流限制功能形成的不完全开关处理所导致的功率损耗的效果。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施形式的老化装置的整体综合构成的方框图。

图2是表示如图1所示的加热器电路的详细构成的电路图。

图3是说明加热器控制电路中离散电压指示信号的生成和依据该离散电压指示信号进行加热器控制的时间图。

图4是表示由于DUT功率消耗的大小所产生的DUT温度上升特性的图。

图5是对于通过加热器功率限制部进行了加热器功率限制控制的场合，与以往的进行了加热器功率控制的场合的总功率进行比较的图。

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：过电流/过电压检测值设定部        30：测量部

31：测量板                           32：DUT

33：连接部                           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：温度控制模块

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

下面对作为实施本发明的最佳形式的加热器功率控制电路和使用了这种控制电路的老化装置进行说明。但是，本发明并不仅限于这种实施方式。

(实施方式)

图1是表示关于本发明实施方式的老化装置的整体综合构成的方框图。是表示DA转换器的构成的方框图。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，与设备电源组件20相连接、配置DUT32的测量部30，与温度调整单元40相连接的电源50，以及以温度调整单元40的控制为基础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上的布线和连接部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，在试验控制部10的控制下，开/关控制部22可以将电源电压Vdd、Vss由设备电源21施加至DUT32处。设备电源单元20还进一步具有电流测量部23、电压设定部24、电压测量部25和过电流/过电压检测值设定部26。依据电流测量部23和电压测量部25给出的测量值，试验控制部10可以获知进行加速试验时的DUT32的状态。电源电压Vdd、Vss等值可以通过试验控制部10实施变更设定，而且该值可以保存在电压设定部24。过电流/过电压检测值设定部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，并可以降低或阻断由设备电源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在其温度控制模块61处，设置有加热器62、PT(铂金电阻)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，由温度调整单元40在温度上升时对加热器62通电实施控制。对DUT32的周围实施冷却用的冷却液由冷却部62处通过。对DUT32实施温度调整的场合，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，是仅仅与温度控制模块61接触的状态。由此，PT传感器63能够对加热器62或冷却液的温度实施检测。

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，将电力由电源50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。

这种老化装置1可以依据试验控制部10实施的整体控制，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发热的电力，使加热器62和DUT32接触，进行DUT32老化试验时的温度调整。这时试验控制部10通过设备电源单元21获得老化试验结果的同时，通过温度调整单元40进行温度调节。

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DV48伏(V)的电源50相连接，通过该FET72的开关，可以将DV48伏(V)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，进而使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的漏级直接相连。当晶体管71截止时，电源50的DV48伏(V)电压被施加在栅极处，使FET72处于截止状态，当晶体管导通时，齐纳二极管D1下降的电压值，施加至栅极的电压减小，使FET72处于导通状态。

在包含有上述的FET72的开关电路与加热器62之间，还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DV48伏(V)的脉冲电压，电压平滑电路73可以将该脉冲电压变换为平滑的模拟电压。加热器62可以获得与该模拟电压的振幅值相对应的功率。

比较器74用于将施加在加热器62上的模拟电压的值，与由加热器控制电路43给出的电压指示信号的值进行比较，并且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可以依据该比较结果，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，且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，并通过比较器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，作为电压信号生成，然而如果采用本实施方式，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，加热器要与DUT32接触，当噪声在传递至DUT32处形成为电压时，会难以对DUT32进行精度比较高的试验，然而如果采用本实施方式，因为几乎不会从加热器62产生噪声，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，所以能够抑制急剧电压变化产生的过电流，从而能够降低在通过齐纳二极管D1进行电流限制时，由于FET72处于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给出的温度值，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可以依据该电压指示值，生成如图3(b)所示的离散电压指示值，并且可以生成与该电压指示值相对应的、如图3(c)所示的离散电压信号，施加至晶体管71处，进而使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电压增减值为5V以内的离散电压指示值，进而可以依据该值生成作为脉冲信号的离散指示信号。对于这种场合，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储存在表43a中，取出与电压指示值相对应的离散电压指示值，并生成出离散电压指示信号。离散电压指示信号可以为在每预定时间内的电压增减值在预定值之内的信号，然而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缓缓增大电压值。换句话说就是，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。

在另一方面，比较器74对模拟电压信号的值与电压指示值进行比较，并且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，输出使该电压值照原样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里脉冲宽度增减一定的脉冲数量的信号，然而并不仅限于此，还可以采用在每预定时间里改变脉冲宽度的PWM信号。为了不使电压值急剧上升，采用每预定时间里脉冲宽度增减一定的脉冲数量，但优选离散的。

在本实施方式中，由于是将如上所述的离散电压指示信号施加至FET72处的，所以不会出现电压值的急剧增大，从而不会在电容器C处形成急剧的电流蓄积，所以对于FET72的电流限制功能发挥作用，FET72不会处于不完全开关状态，所以可以消除不完全开关状态时的功率损耗。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DUT32的温度进行控制，施加在DUT32自身上的电源电压，决定着其是功率消耗比较大的设备还是功率消耗比较小的设备。与其相对应的结果如图4所示，如果在试验开始时，按照使加热器62的电力为与DUT32的功率消耗无关的方式实施100％的电力供给，这时将受到作为DUT32的设备的功率消耗的大小所左右，使得DUT32的温度随时间的变化曲线不同，对于设备功率消耗比较大的场合，可以快速地达到目标温度，对于设备功率消耗比较小的场合，将缓慢地达到目标温度。

然而，对于需要同时对各种各样的DUT32实施试验的场合，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，在本实施方式中，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对于作为具有最小功率消耗的设备的DUT，按照加热器62具有最大功率消耗的方式实施控制，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需要预先求解出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，进而由加热器功率限制部44依据该功率测量结果，来确定与各个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的功率消耗构成的总功率，即总功率P2为一定，使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容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，然而如果采用本实施方式，只要具有老化装置1的总功率P2的功率容量即可，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，比如说还可以采用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的方式进行功率限制。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，并且可以节省电力。

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，温度控制部60中的加热器62和PT传感器63在进行老化试验时，是与DUT32相接触的，在不进行老化试验时，加热器62和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，该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定，依据该温度差，能够对诸如加热器62是否出现断路和加热器电路42是否出现故障等等实施检测。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场合，可以获知没有与电源50断开，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。

在另一方面，当加热器62和PT传感器63与DUT32处于接触状态时，对于加热器62存在有一定的电力供给，可以通过PT传感器63对每单位时间里的温度变化实施测量，由此能够求解出温度控制模块61侧与DUT32之间的热接触电阻。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里的温度变化比较小。

进一步，在本实施方式中，能够检测出设备电源21与DUT32之间的连接部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-和各个传感器电压S+、S-间的电压差，以及由电流测定部23测量出的电流值进行测量，当满足下述关系式：

(加载电压-传感器电压)/电流值＞预定的电阻值时，可以检测出连接部33出现有接触不良问题。对于有电流流经但加载电压和传感器电压间没有电压差的场合，可以检测出DUT32和设备电源21间的传感器线处于未连接状态。对于检测出存在这些异常的场合，可以由试验控制部10进行设备电源21的断开控制。由此，可以防止由于大电流流经DUT，在进行老化试验时由于连接部等的接触不良而产生的发热和烧损问题出现。

如上所述，本发明提供的加热器功率控制电路和使用这种加热器功率控制电路的老化装置，可以用于对诸如半导体设备等等进行的老化试验，特别是对于采用加热器进行温度调节以实施老化试验的场合，还可以降低由加热器传递出的噪声，所以具有良好的实用性能。

Claims (9)

1.一种加热器功率控制电路，其特征在于，

在对由直流电源提供的电压信号实施开关处理，对施加至加热器的电压实施控制以控制加热器功率的加热器功率控制电路中，

在对由前述直流电源提供的电压实施开关处理的开关电路和前述加热器之间，设置有对前述电压实施开关处理后的电压信号实施平滑处理，将其变换为模拟信号的电压平滑电路。

2.根据权利要求1所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

包括：依据预定电压指示信号，对前述开关电路的开关处理实施控制的加热器控制电路；

对前述电压指示信号的值与前述模拟电压信号的值进行比较用的电压比较电路。

前述加热器控制电路依据前述电压比较电路的比较结果，对前述开关电路的开关处理实施控制以对前述加热器功率实施控制。

3.根据权利要求2所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述加热器控制电路将前述电压指示信号，变换为按照将该电压指示信号在每预定时间里的增减值抑制在预定值范围内的离散的离散电压指示信号，并施加至前述开关电路。

4.根据权利要求3所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述加热器控制电路具有保存着与前述电压指示信号值的变化量相对应的一系列前述离散电压指示信号的关系的表；

前述加热器控制电路参考前述表生成前述离散电压指示信号。

5.根据权利要求3所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述加热器控制电路依据表示与前述电压指示信号值的变化量相对应的一系列前述离散电压指示信号的关系的关系式，生成前述离散电压指示信号。

6.根据权利要求3-5任一项所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述加热器控制电路生成具有相同脉冲宽度的脉冲之间的时间间隔不同的离散电压指示信号。

7.根据权利要求3-5任一项所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述加热器控制电路采用PWM信号作为前述离散电压指示信号。

8.根据权利要求1-5任一项所述的加热器功率控制电路，其特征在于，

前述开关电路具有电流限制电路。

9.一种老化装置，其特征在于，

具有权利要求1至8中任一项所述的加热器功率控制电路，以进行被测定设备的老化试验。

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