JP2005345437A - バーンイン装置の状態診断方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ヒータを用いたバーンイン装置の保護を行うために簡易にバーンイン装置の状態診断を行うこと。
【解決手段】バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種のDUT32に対してそれぞれヒータ62およびPTセンサ63を接触させ、ヒータ62の消費電力を制御してDUT32の温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、DUT32とヒータ62およびPTセンサ63とが非接触状態のとき、ヒータ62およびPTセンサ63が配置されるとともに冷却液が接触する温度制御ブロック61の温度をPTセンサ63によって検出し、この検出結果をもとにPTセンサ63が正常か否かを診断するようにしている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、 バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法に関するものである。
近年、半導体デバイスは、高速化、大容量化、多ビット化が進んでいるとともに多種多様化が一層進んでいる。この半導体デバイスに対しては、温度による加速試験であるバーンイン(burn-in)試験が行われる。バーンイン試験の特徴は、半導体デバイスなどの被測定デバイス(DUT:device under test)に通電して高温にし、たとえばLSIチップ内の不完全な金属接合部における高抵抗による局所的発熱を検出し、DUTの信頼性などを判定している。
特開2000−206176号公報
しかしながら、ヒータを用いた従来のバーンイン装置は、ヒータを用いてDUT周辺の雰囲気温度を調整していたため、消費電力が大幅に異なる複数のDUTを同時に試験することができないという問題点があった。
そこで、各DUTにヒータを接触させて各DUTの温度調整を行うことが考えられるが、この場合、ヒータには大電流が流れ、バーンイン試験時にコネクタ等の接触不良があると、この部分が発熱し、焼損してしまうという問題点があった。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒータを用いたバーンイン装置の保護を行うために簡易にバーンイン装置の状態診断を行うことができるバーンイン装置の状態診断方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかるバーンイン装置の状態診断方法は、バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが非接触状態のとき、該ヒータおよび温度センサが配置される温度制御ブロックの温度を前記温度センサによって検出し、この検出結果をもとに前記温度センサが正常か否かを診断することを特徴とする。
また、請求項2にかかるバーンイン装置の状態診断方法は、上記の発明において、前記温度センサの検出結果をもとに前記温度センサの精度を診断することを特徴とする。
また、請求項3にかかるバーンイン装置の状態診断方法は、バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが非接触状態のときであって、前記ヒータへの通電オフ時の温度と前記ヒータに所定電力を与えた時の温度との温度差をもとに、前記ヒータの電源から前記ヒータまでの配線あるいは回路の障害の有無を診断することを特徴とする。
また、請求項4にかかるバーンイン装置の状態診断方法は、バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが接触状態のときに、前記被測定デバイスに印加されているフォース電圧とセンス電圧との電圧差を検出するとともに電圧が印加されるデバイス部分の電流値を検出し、前記電圧差を前記電流値で除算した値が所定の抵抗値を超えているか否かを判断し、超えている場合に、前記電圧源と前記被測定デバイスとの間の配線あるいは回路に障害が発生していると診断することを特徴とする。
また、請求項5にかかるバーンイン装置の状態診断方法は、上記の発明において、前記電流値を参照して前記デバイス部分に電流が流れている場合であって、前記フォース電圧と前記センス電圧との電圧差がない場合、前記電圧源と前記被測定デバイスとの間に設けられてセンス電圧を流すセンス線が未接続状態であると診断することを特徴とする。
この発明にかかるバーンイン装置の状態診断方法では、バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置を前提とし、前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが非接触状態のとき、該ヒータおよび温度センサが配置されるとともに一定温度流体が接触する温度制御ブロックの温度を前記温度センサによって検出し、この検出結果をもとに前記温度センサが正常か否かを診断するなどの状態診断を行うようにしており、被測定デバイスとヒータおよび温度センサとの接触状態あるいは非接触状態を利用し、バーンイン装置の状態診断を容易に行うことができ、バーンイン装置の故障を未然に防止することができるという効果を奏する。
以下、この発明を実施するための最良の形態であるバーンイン装置について説明する。
(実施の形態)
図1は、この発明の実施の形態にかかるバーンイン装置の全体概要構成を示すブロック図である。DA変換器の構成を示すブロック図である。図1において、このバーンイン装置1は、大きくは、バーンイン試験の全体を制御する試験制御部10、この試験制御部10に接続されDUT32に対して電源電圧の出力および測定などを行うデバイス電源ユニット20、試験制御部10に接続されバーンイン試験時の温度調整を行う温度調整ユニット40、デバイス電源ユニット20に接続されDUT32が配置される測定部30、温度調整ユニット40に接続される電源50、および温度調整ユニット40の制御のもとに温度制御を行う温度制御部60を有する。
測定部30は、測定ボード31およびDUT32を有し、DUT32は、測定ボード31上に配置される。DUT32は、測定ボード31上の配線およびコネクタ33を介してデバイス電源ユニット20に接続される。デバイス電源ユニット20は、デバイス電源21およびオン/オフ制御部22を有し、試験制御部10の制御のもとに、オン/オフ制御部22が、デバイス電源21からDUT32に対する電源電圧Vdd,Vssの印加を行う。デバイス電源ユニット20は、さらに電流測定部23,電圧設定部24、電圧測定部25、および過電圧/過電流検出値設定部26を有する。電流測定部23および電圧測定部25が測定した値をもとに試験制御部10は、加速試験時のDUT32の状態を知ることができる。電源電圧Vdd,Vssなどの値は、試験制御部10によって可変設定でき、その値は、電圧設定部24に保持される。過電圧/過電流検出値設定部26は、電流測定部23および電圧測定部25の測定結果をもとに過電圧状態あるいは過電流状態であるかを判断する閾値を保持する。オン/オフ制御部22は、この閾値を越えた場合、過電圧状態あるいは過電流状態であるとして、デバイス電源21による電源電圧の出力低下あるいは遮断を行う。この閾値は、試験制御部10によって可変設定される。
温度制御部60は、温度制御ブロック61にヒータ62、PT(白金抵抗)センサ63、および冷却部64が設けられている。PTセンサ63は、その出力値を温度調整ユニット40側に出力し、ヒータ62は、温度調整ユニット40によって温度上昇時に通電される制御がなされる。冷却部62は、DUT32の周囲を冷却する冷却液が通る。DUT32の温度調整を行う場合、ヒータ62とPTセンサ63とは、DUT32に接触し、DUT32は直接、温度調整されることになる。DUT32の温度調整を行わない場合、ヒータ62とPTセンサ63とは、DUT32から物理的に離隔し、温度制御ブロック61のみに接触した状態となる。これによって、PTセンサ63は、ヒータ62あるいは冷却液の温度を検出することができる。
温度調整ユニット40は、PTセンサ63からの出力値をもとにPTセンサ63周囲の温度を測定する温度測定部41、電源50からの電力をヒータ62に出力するヒータ回路42、およびDUT32の消費電力に応じたヒータ電力を個別制御するヒータ電力制限部44を有する。
このバーンイン装置1では、試験制御部10の全体制御のもとに、デバイス電源ユニット20からDUT32に対して電源電圧が印加されるとともに、温度調整ユニット40によってヒータ62を発熱させる電力が供給され、DUT32に対してヒータ62が接触してDUT32のバーンイン試験時の温度調整が行われる。このとき試験制御部10は、デバイス電源ユニット21を介してバーンイン試験結果を取得するとともに、温度調整ユニット40を介した温度調整を行う。
ここで、ヒータ回路42について詳細に説明する。図2は、電源50およびヒータ62を加えたヒータ回路の詳細構成を示す回路図である。図2において、pチャンネルのパワーFETであるFET72は、DC48Vの電源50に接続され、このFET72がスイッチングされることによって、DC48Vのパルス電圧がヒータ62側に印加される。FET72のゲートと、抵抗R2を介したアースとの間に、トランジスタ71が接続され、このトランジスタ71がヒータ制御回路43から出力されるPWM信号などの時間分散電圧指示信号にしたがってスイッチングされ、結果としてFET72がスイッチングされる。定電圧を維持するツェナーダイオードD1を備え、このツェナーダイオードD1のアノード側は、トランジスタ71のコレクタと抵抗R2との間に接続され、カソード側は、抵抗R1を介してトランジスタ71のエミッタとFET72のゲートとの間に接続されるとともに、FET72のドレイン側に直接接続される。トランジスタ71がオフのときは、電源50のDC48Vがゲートに印加され、FET72はオフ状態となり、トランジスタがオンのときは、ツェナーダイオードD1の電圧降下分、ゲートにかかる電圧が減少し、FET72がオン状態となる。
上述したFET72を含むスイッチング回路とヒータ62との間には、電圧平滑回路73が設けられる。電圧平滑回路73は、並列接続されたダイオードD2,コンデンサCと直列接続されたインダクタLとを有する。スイッチング回路側からはDC48Vのパルス電圧が印加されるが、電圧平滑回路73によってパルス電圧が平滑されたアナログ電圧に変換される。ヒータ62は、このアナログ電圧の振幅値にしたがった電力を発することになる。
コンパレータ74は、ヒータ62に加えられるアナログ電圧の値とヒータ制御回路43から指示される電圧指示信号の値とを比較し、この比較結果をヒータ制御回路43に出力する。電圧指示信号は、デジタルデータであるため、DAコンバータ75によってアナログ信号に変換された後、コンパレータ74に入力される。ヒータ制御回路43は、この比較結果をもとに、比較値が零となるように制御する。ここで、電圧指示信号は、目標の電圧値を示す信号であり、時間分散電圧指示信号は、目標の電圧値に到達するまでの変化量を所定電圧値以内に抑えて時間分散した電圧指示信号であり、直接スイッチング回路に与えられる。なお、DAコンバータ75によって電圧指示信号をアナログ信号に変換していたが、これに限らず、DAコンバータ75の代わりにアナログ電圧信号をデジタルデータに変換するADコンバータを設け、コンパレータ74がデジタル処理して比較するようにしてもよい。
ここで、上述したヒータ回路42は、スイッチング回路が生成するパルス電圧によってノイズが電圧信号して生成されるが、この実施の形態では、スイッチング回路とヒータ62との間に電圧平滑回路73を設け、パルス電圧を、平滑されたアナログ電圧に変換しているのでヒータ62側へのノイズ伝達が抑制される。特に、バーンイン試験時には、ヒータとDUT32とが接触し、DUT32にノイズが電圧するとDUT32に対する精度の高い試験を行えなくなるが、この実施の形態では、ヒータ62からのノイズ発生がほとんどないため、精度の高いバーンイン試験を行うことができる。
さらに、ヒータ制御回路43は、図3に示すように、時間分散電圧指示信号を生成してFET72のスイッチングを行い、急激な電圧変化による過電流発生を抑え、ツェナーダイオードD1による電流制限時におけるFET72の不完全スイッチングによるFET72の電力ロスを低減している。
図3に示すように、まず試験制御部10は、試験開始時あるいは試験中に、温度測定部41から通知された温度をもとに図3(a)に示す目標電圧値である電圧指示値をヒータ制御回路43に出力する。ヒータ制御回路43は、この電圧指示値をもとに図3(b)に示す時間分散電圧指示値を生成し、この電圧指示値に対応する図3(c)に示す時間分散電圧信号を生成し、トランジスタ71に印加し、結果としてFET72をスイッチングする。
ここで、電圧指示値が図3(a)に示すように「0V→24V」である場合、所定時間当たりの電圧増減値が5V以内になる時間分散電圧指示値を生成し、これをもとにパルス信号である時間分散指示信号を生成している。このような場合、電圧指示値に対応する時間分散電圧指示値の並びをあらかじめテーブル43aに格納しておき、電圧指示値に対応した時間分散電圧指示値を取り出して時間分散電圧指示信号を生成するようにしてもよい。なお、時間分散電圧指示信号は、所定時間当たりの電圧増減値が所定値以内であればよく、たとえば時間分散電圧指示信号の始めの部分は低い電圧値に設定し、その後徐々に所定値内で電圧値を増大させるようにしてもよい。すなわち現在電圧値から目標電圧値までの電圧増減値は、所定値以内であれば、その途中の電圧増減値は任意であり、関数的に変化させてもよいし、プログラム的に変化させるようにしてもよい。
この時間分散電圧信号がFET72に印加されると、電圧平滑回路73によって図3(d)に示すような平滑されたアナログ電圧信号に変換され、このアナログ電圧信号に対応した電力がヒータ62から生成される。
一方、コンパレータ74は、アナログ電圧信号の値と電圧指示値とを比較し、その結果をヒータ制御回路43に出力する。ヒータ制御回路43は、図3(e)に示すように、コンパレータ出力がハイレベルのときにそのまま電圧値を増大させる時間分散電圧指示信号を出力するようにし、ローレベルになったとき、現電圧値を維持させる制御を行う。
なお、上述した時間分散電圧指示信号は、所定時間毎にパルス幅が一定のパルスの数を増減するものであったが、これに限らず、所定時間毎のパルス幅を変化させるPWM信号であってもよい。なお、電圧値の急上昇をさけるためには、所定時間毎にパルス幅が一定のパルスの数を増減するようにするのが、時間分散上、好ましい。
この実施の形態では、上述した時間分散電圧指示信号がFET72に印加されることによって急激に電圧値が大きくならず、その結果としてコンデンサCに急激な電流が蓄積することがないため、FET72に対する電流制限機能が働いてFET72が不完全スイッチングとならず、不完全スイッチング時の電力ロス発生をなくすことができる。この結果、ヒータ62に対する電力消費以外の不要な電力消費を極力なくすことができ、省電力化されたバーンイン装置を実現できる。
ところで、バーンイン装置1による加速試験は、DUT32にかかる温度を制御するものであり、DUT32自体に印加される電源電圧による消費電力の大きなデバイスと消費電力の小さなデバイスとがある。この結果、図4に示すように、試験開始時に、ヒータ62の電力をDUT32の消費電力とは無関係に100%の電力供給を行うと、DUT32であるデバイスの消費電力の大小に左右されて、DUT32の温度の時間変化が異なり、デバイスの消費電力が大きい場合には、速やかに目標温度に達し、デバイスの消費電力が小さい場合には緩やかに目標温度に達することになる。
しかし、多種多様のDUT32に対する試験を同時に行う場合、緩やかに目標温度に達するものを基準に試験が終了することになるとともに、バーンイン装置1全体としての消費電力を考慮する必要がある。
そこで、この実施の形態では、DUT32の消費電力とヒータ62の消費電力とのトータル電力が一定になるようにヒータ62の消費電力を制御するようにしている。この消費電力の制御は、ヒータ電力制限部44が行う。
図5は、この実施の形態によるヒータ電力制御と従来のヒータ電力制御とを比較した図である。図5において、ヒータ電力制限部44は、たとえば最小の消費電力をもつデバイスであるDUTに対しては、ヒータ62がもつ最大の消費電力となるように制御し、最小の消費電力をもつDUTの消費電力を超えるDUTに対するヒータ62の消費電力は、最小の消費電力をもつDUTの消費電力とヒータ62がもつ最大の消費電力とのトータル電力P2を超えない最大の消費電力となるように制御する。
このため、ヒータ電力制限部44は、DUT32の消費電力とそのときのヒータ62の最大消費電力との関係を予め求めておき、各DUTに対応したヒータ62の最大消費電力を制限する制御を行う。なお、DUT32の消費電力が未知の場合、デバイス電源ユニット20を介して電力測定を行い、この電力測定の結果をもとに、ヒータ電力制限部44が、各DUTの消費電力に対応したヒータ62の消費電力の制限を決定するようにしてもよい。
この結果、DUTの消費電力の大小にかかわらず、DUTの消費電力とヒータ62の消費電力とのトータル電力が、トータル電力P2一定となり、DUTの温度の立ち上がりは、最小の消費電力をもつDUTとほぼ同じになる。
ここで、従来のバーンイン装置のヒータの消費電力容量は、最大の消費電力をもつDUTの消費電力とヒータの最大の消費電力とのトータル電力P1を備えなければならなかったが、この実施の形態では、バーンイン装置1のトータル電力P2の電力容量をもてばよく、小型軽量化を促進することができるとともに、省電力化を図ることができる。
なお、上述した実施の形態では、各DUTの消費電力の大小にかかわらず、トータル電力がトータル電力P2となるように制御していたが、これに限らず、たとえば中間の消費電力をもつDUTの消費電力とヒータ62の100%消費電力とのトータル電力P3となる電力制限を行うようにしてもよい。この場合でも、従来のバーンイン装置に比して小型軽量化と省電力化を図ることができる。
ところで、上述したバーンイン装置は、各DUTに対して個別にヒータを設け、直接温度調節を行うものであるが、温度制御部60のヒータ62およびPTセンサ63は、バーンイン試験時、DUT32に接触しているが、バーンイン試験時でないとき、ヒータ62およびPTセンサ63はDUT32に非接触である。
したがって、ヒータ62およびPTセンサ63とDUTとが非接触状態の時、つぎのような検査を行うことができる。まず、この状態では、温度制御ブロック61とヒータ62とPTセンサ63と冷却液とが接触しており、PTセンサ63によって冷却液の温度を測定することによって、PTセンサ63の故障や精度の検証を行うことができる。これは冷却液の温度が一定であり、その温度が温度制御ブロック61の温度と同じになっているからである。
また、PTセンサ63によって、ヒータ62への通電をオフしたときと、一定の消費電力を供給したときとの温度差を測定し、この温度差をもとに、ヒータ62の断線やヒータ回路42の故障などを検出することができる。たとえば、ヒータ62への通電をオフしているときに、PTセンサ63が冷却液の温度よりも高い温度を測定した場合、電源50に対するオフ制御が行われていないことを検知でき、この場合、ヒータ回路42によって電源50からの電力供給を遮断する対処を行うことができる。
一方、ヒータ62およびPTセンサ63とDUTとが接触状態の時には、ヒータ62に対して一定電力を供給し、このときの単位時間あたりの温度変化をPTセンサ63によって測定し、これによって温度制御ブロック61側とDUT32との間の熱接触抵抗を求めることができる。なお、熱接触抵抗が大きい場合、PTセンサ63が検出する単位時間あたりの温度変化は小さくなる。
さらに、この実施の形態では、デバイス電源21とDUT32との間のコネクタ33や接続線などの不良を検出することができる。たとえば、デバイス電源21側の各フォース電圧F+,F−と各センス電圧S+,S−との間の電圧差、さらには電流測定部23が測定する電流値を測定し、次式、すなわち
(フォース電圧−センス電圧)/電流値>所定の抵抗値
を満足する場合には、コネクタ33が接触不良であると検出する。また、電流が流れているのに、フォース電圧とセンス電圧とに差がない場合には、DUT32とデバイス電源21との間のセンス線が未接続状態であることを検出する。これらの異常を検出した場合、試験制御部10は、デバイス電源21をオフする制御を行う。これによって、DUTに大電流を流すバーンイン試験時にコネクタなどの接触不良による発熱や焼損を防止することができる。
この発明の実施の形態にかかるバーンイン装置の全体概要構成を示すブロックである。 図1に示したヒータ回路の詳細構成を示す回路図である。 ヒータ制御回路による時間分散電圧指示信号の生成とこの時間分散電圧指示信号によるヒータ制御を説明するタイムチャートである。 DUT消費電力の大小によるDUTの温度立ち上がり特性を示す図である。 ヒータ電力制限部によるヒータ電力制限制御を行った場合と従来のヒータ電力制御を行った場合とのトータル電力を比較する図である。
符号の説明
1 バーンイン装置
10 試験制御部
20 デバイス電源ユニット
21 デバイス電源
22 オン/オフ制御部
23 電流測定部
24 電圧設定部
25 電圧測定部
26 過電圧/過電流検出値設定部
30 測定部
31 測定ボード
32 DUT
33 コネクタ
40 温度調整ユニット
41 温度測定部
42 ヒータ回路
43 ヒータ制御回路
43a テーブル
44 ヒータ電力制限部
50 電源
60 温度制御部
61 温度制御ブロック
62 ヒータ
63 PTセンサ
64 冷却部
71 トランジスタ
72 FET
73 電圧平滑回路
74 コンパレータ
75 DAコンバータ
D1 ツェナーダイオード
D2 ダイオード
R1,R2 抵抗
L インダクタ
C コンデンサ

Claims (5)

  1. バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、
    前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが非接触状態のとき、該ヒータおよび温度センサが配置される温度制御ブロックの温度を前記温度センサによって検出し、この検出結果をもとに前記温度センサが正常か否かを診断することを特徴とするバーンイン装置の状態診断方法。
  2. 前記温度センサの検出結果をもとに前記温度センサの精度を診断することを特徴とする請求項1に記載のバーンイン装置の状態診断方法。
  3. バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、
    前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが非接触状態のときであって、前記ヒータへの通電オフ時の温度と前記ヒータに所定電力を与えた時の温度との温度差をもとに、前記ヒータの電源から前記ヒータまでの配線あるいは回路の障害の有無を診断することを特徴とするバーンイン装置の状態診断方法。
  4. バーンイン試験時に、該バーンイン試験を行う各種の被測定デバイスに対してそれぞれヒータおよび温度センサを接触させ、該ヒータの消費電力を制御して前記被測定デバイスの温度調整を行いつつ前記バーンイン試験を行うバーンイン装置の状態診断方法において、
    前記各種の被測定デバイスと各ヒータおよび温度センサとが接触状態のときに、前記被測定デバイスに印加されているフォース電圧とセンス電圧との電圧差を検出するとともに電圧が印加されるデバイス部分の電流値を検出し、前記電圧差を前記電流値で除算した値が所定の抵抗値を超えているか否かを判断し、超えている場合に、前記電圧源と前記被測定デバイスとの間の配線あるいは回路に障害が発生していると診断することを特徴とするバーンイン装置の状態診断方法。
  5. 前記電流値を参照して前記デバイス部分に電流が流れている場合であって、前記フォース電圧と前記センス電圧との電圧差がない場合、前記電圧源と前記被測定デバイスとの間に設けられてセンス電圧を流すセンス線が未接続状態であると診断することを特徴とするバーンイン装置の状態診断方法。
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