JP2006317403A - バーンイン方法、バーンイン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率およびエネルギ効率の向上が可能なバーンイン方法およびバーンイン装置を提供すること。
【解決手段】バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して設けられ、かつ可撓性のある熱伝導部材で互いに結合された複数の部材を、複数のデバイスに伝熱接触させる工程と、複数の部材を一括的に温度制御する工程とを具備する方法である。また、バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して伝熱接触し得る複数の部材と、複数の部材間を結合する可撓性のある熱伝導部材とを具備する装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、初期故障の半導体デバイスを除去するために行うバーンインの方法および装置に係り、特に、作業効率、エネルギ効率の向上に適するバーンイン方法およびバーンイン装置に関する。

半導体デバイスの評価工程の一つとして、１２５℃程度の温度環境下で半導体デバイスに電圧を印加し初期不良を加速させるバーンイン工程がある。近年のＭＰＵなどではデバイス自身のリーク電流による内部発熱が１００Ｗを超えるものが出現し、かつデバイス間で発熱量に差があるため、複雑な温度制御手法を採らざるを得なくなっている。すなわち、バーンインボード上の複数の大電流デバイスに対応するため、ヒートシンクブロックを用意し、このヒートシンクブロックに冷却用の流路や加熱するためのヒータ、およびデバイスの温度を検知する温度センサを内蔵させる。そして、これを個々のデバイスに対して装着してこれらを一定温度（一般的に１２５℃程度）に保つよう冷却または加熱制御をおこなう方式を採っている。

つまり、個々のデバイスの温度を計測し発熱量の大きいデバイスに対しては冷却を、発熱量の小さいデバイスに対しては加熱を個々のデバイスに対し独立した制御を行っている。これらの場合に以下の問題があった。
１）冷却と加熱能力により、適用できるデバイスの発熱量バラツキ範囲に限界が生じること。つまり事前にデバイスの発熱量を測定してデバイスを区分する必要であった。これによりバーンイン工程として手数が増加する。
２）冷却と加熱それぞれ独立して制御をおこなうためエネルギ効率が悪いこと。つまり高発熱デバイスの熱エネルギを低発熱デバイスに活用できず、それぞれに冷却・過熱エネルギが別々に消費されるため制御のエネルギに無駄が多かった。

なお、バーンイン装置の例として下記特許文献１に開示のものがある。このバーンイン装置では、デバイスを収容するソケットをグループ化して冷却することに言及があるが、個々のデバイスに対して温度制御を行う点で一般的な装置である。
特表２００３−５２３０７１号公報

本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、作業効率およびエネルギ効率の向上が可能なバーンイン方法およびバーンイン装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るバーンイン方法は、バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して設けられ、かつ可撓性のある熱伝導部材で互いに結合された複数の部材を、前記複数のデバイスに伝熱接触させる工程と、前記複数の部材を一括的に温度制御する工程とを具備する。

また、本発明の一態様に係るバーンイン装置は、バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して伝熱接触し得る複数の部材と、前記複数の部材間を結合する可撓性のある熱伝導部材とを具備する。

本発明によれば、作業効率およびエネルギ効率の向上が可能なバーンイン方法およびバーンイン装置を提供することができる。

本発明の一態様に係るバーンイン方法によれば、バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応する複数の部材が、熱伝導部材で互いに結合されている。よって、複数の部材間での熱伝導が確保されてこれらの熱平衡がよりたやすく実現する。ゆえに、複数のデバイス個々に対応して温度制御する必要性が弱まり、一括的な温度制御で足りるようになる。これにより、デバイスの発熱量によるその仕分けがより単純化しバーンイン工程の作業効率が向上する。また、デバイス個々に対応する温度制御の必要性が小さいので、冷却／加熱に必要なエネルギの節約になる。なお、熱伝導部材に可撓性を設けたのは、複数の部材が、バーンインボード上の複数のデバイスの姿勢に倣うように位置可能とするためである。デバイスの姿勢に倣うことで、部材とデバイスとの伝熱接触がより確実になる。

本発明の実施態様として、前記複数の部材が、それぞれ、吸熱または発熱する部位を有する、とすることができる。一括的な温度制御のため、複数の部材にそれぞれ有する吸熱または発熱する部位を利用する態様である。

ここで、前記複数の部材の前記吸熱する部位が、流体の流路であり、該流路が、前記複数の部材のうちの前記複数のデバイスの一部に対応するもので直列に接続され、さらに、該直列に接続された流路が、別の複数のデバイスごとに設けられた直列接続流路と並列に接続されている、とすることができる。すなわち、複数の部材それぞれに流体の流路を並列に設けデバイス個々に厳密に対応する温度制御をする必要がないことの帰結である。

また、実施態様として、前記複数の部材を一括的に温度制御する前記工程が、恒温槽を用いてなされる、としてよい。一括的な温度制御のため恒温槽を利用する態様である。

また、実施態様として、前記熱伝導部材が、前記複数の部材を一括的に温度制御する前記工程における制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する媒質が封止された中空部材を有する、とすることができる。熱伝導部材として、中空構造を有し、その中空内に制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する媒質が封止されていると、その熱伝導性は非常に良好になる。よって、複数の部材間での熱平衡がさらにたやすく実現する。このような熱伝導部材に代えて、例えばグラファイト系の素材を用いることもできる。

また、実施態様として、前記複数の部材が、それぞれ、前記複数の部材を一括的に温度制御する前記工程における制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する媒質が封止された中空部を有する、とすることができる。これは、デバイスに伝熱接触する複数の部材そのものに、熱伝導性を向上するための構成を加えたものである。

また、本発明の一態様に係るバーンイン装置は、バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応する複数の部材が、熱伝導部材で互いに結合された形態で有している。よって、複数の部材間での熱伝導が確保されてこれらの熱平衡がよりたやすく実現する。ゆえに、複数のデバイス個々に対応して温度制御する必要性が弱まり、一括的な温度制御で足りるようになる。これにより、デバイスの発熱量によるその仕分けがより単純化しバーンイン工程の作業効率が向上する。また、デバイス個々に対応する温度制御の必要性が小さいので、冷却／加熱に必要なエネルギの節約になる。なお、熱伝導部材に可撓性を設けたのは、複数の部材が、バーンインボード上の複数のデバイスの姿勢に倣うように位置可能とするためである。デバイスの姿勢に倣うことで、部材とデバイスとの伝熱接触がより確実になる。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。まず、比較例としてのバーンイン方法を図８ないし図１１を参照して説明する。これらの図において対応する部位には同一符号を付してある。図８は、一例としてのバーンインボードの構成を示す上面図である。図８に示すように、バーンインボード１上には、複数のソケット２が例えばグリッド状に設けられ、そのそれぞれには配線パターン（図示せず）により電圧印加に必要な電気的接続が設けられている。ソケット２それぞれにはバーンインの対象であるデバイス３が挿入され得る。

図９は、比較例としてのバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図である。また、図１０は、図９に示した装置の下面図である。バーンイン工程に際しては、バーンインボード１のソケット２に挿入されたデバイス１の上面それぞれに対向して、図示するようなヒートシンクブロック１１が伝熱接触される。ヒートシンクブロック１１は、ヒートシンクボード３１上に設けられた１対のヒートシンクブロック支持板５１により下方を支えられ、また、デバイス３の方向にばね１４により付勢がされている。このような構造のヒートシンクブロック１１をヒートシンクボード３１ごとデバイス３方向に下降させ押しつけることにより、ヒートシンクブロック１１の先端部が、バーンインボード１上のデバイス３の姿勢に倣うようにこれに伝熱接触する。

ヒートシンクブロック１１は例えば銅、ヒートシンクブロック支持板５１は例えば鉄やステンレス、ヒートシンクボード３１は例えばアルミニウムからなっている。

ヒートシンクブロック１１中には、ヒータ１２、温度センサ１３、液体流路１５が設けられている。ヒータ１２は、発熱してデバイス３を加熱するため、液体流路１５はその内部に水などの流体を流すことにより吸熱してデバイス３を放熱するため、温度センサ１３は、デバイス３付近の温度が所定の温度になっているか否かを監視するため、それぞれ設けられる。ヒートシンクブロック１１中の液体流路１５には、これに接続するように給排管１５ａが延設されている（図１０）。

図１１は、図９、図１０に示した装置の全体を概略的に示す下面図である。ヒートシンクボード３１に設けられた各ヒートシンクブロック１１は、その給排管１５ａにそれぞれ独立に入口配管部７１Ａ、出口配管部７２Ａにより弾性配管７３を介して給水、排水がなされる。

この例では、デバイス３の温度をバーンイン温度（一般的には１２５℃）に保つため、デバイス３の最大発熱条件により必要な冷却能力が決定されている。そして、バーンインボード１上の最大発熱のデバイスに基づいて冷却液の温度が設定され、バーンイン温度に満たないデバイスに対してはヒータ１２で加熱される。このような加熱による温度制御は、温度センサ１３（またはデバイス３自身が有するサーマルダイオードなど）を使用して個別に温度検知してなされ、必要に応じてデバイス３に対するヒータ１２加熱と冷却液の流量で個々に制御される。

次に、本発明の実施形態について図１ないし図４を参照して述べる。図１は、本発明の一実施形態に係るバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図である。また図２は、図１に示した装置の下面図である。図１、図２において、すでに登場した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。

この実施形態のヒートシンクユニット１０ａ（１０ｂ、…）は、図示するように、ヒートシンクボード３１Ａに支持ボルト２１で支持され、さらに、ヒートシンクボード３１Ａとヒートシンクブロック１１Ａとに挟まれた位置の支持ボルト２１に設けられたばね２２により、ヒートシンクブロック（ヒートシンク部材）１１Ａが下方に付勢される。このような構造により、デバイスの高さ、傾きなどの姿勢の違いを吸収して、これに対してヒートシンクブロック１１Ａの先端部が伝熱接触できるようになっている。ヒートシンクブロック１１Ａは例えば銅、ヒートシンクボード３１Ａは例えばアルミニウムからなる。

各ヒートシンクユニット１０ａ（１０ｂ、…）の間には、可撓性のある熱伝導部材４１が渡されて４方向に連結されている（図２）。可撓性があるため、ヒートシンクブロック１１Ａの先端部とデバイスとの伝熱接触を阻害することはない。なお、バーンインの対象であるデバイスを設けるバーンインボードは、例えば図８に示したものと同様とすることができる。

図３は、図１中に示したＡ−Ａａ位置のおける矢視方向の断面図である。また、図４は、図３中に示したＢ−Ｂａ位置における矢視方向の断面図である。これらの図においてすでに説明した図に登場した部位と同一のものには同一符号を付してある。

図３、図４に示すように、熱伝導部材４１は例えば銅製の密閉容器（中空部材）４１ａを有し、その内部には少量の液状の作動液（液体の媒質４１ｂ）が真空封入され、かつ内壁に接触して毛細管構造４１ｃを備えている。密閉容器４１ａは、筒形状を扁平につぶした薄型形状を有し、その両端は扁平をさらにつぶした態様で閉じられている（図４）。ヒートシンクユニット１０ａ（１０ｂ、…）間の連結中間の熱伝導部材４１は湾曲部が持たせられており、これにより個々のデバイスの高さ、傾きに応じてヒートシンクブロック１１Ａの姿勢が倣うようなっている。

差動液（媒質４１ｂ）は、バーンインの温度制御において制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する性質がある。したがって、熱伝導部材４１で連結された各ヒートシンクブロック１１Ａ間の熱伝導性が大きく向上し、これらがほぼ熱平衡した状態に比較的たやすく達することになる。すなわち、ヒートシンクブロック１１Ａとデバイスとの接触状態において、もともとはデバイスの発熱量に比例してそれらに温度差が発生するのに対し、この実施形態では、デバイス発熱量の差が吸収されすべてのヒートシンクブロック１１Ａの温度がほぼ均一化した状態になる。

より具体的には、熱伝導部材４１内では、高温部で作動液が蒸発（気化）して低温部にその蒸気が移動し、低温部で蒸気が凝縮（液化）してその凝縮液が毛細管現象で高温部に還流する。このような一連の相変化で温度の高いヒートシンクブロックから、温度の低いヒートシンクブロックへ熱がすばやく移動し温度差をなくすような作用が生じる。

デバイスとヒートシンクブロック１１Ａとが伝熱接触する状態において各ヒートシンクブロック１１Ａの熱平衡がとれれば、最小限の加熱（または冷却）制御が可能になる。その結果として、図１に示すように冷却（吸熱）機能を設けず、ヒートシンクボード３１Ａごと全体を一括して温度制御を行うように、ヒータ１２の発熱を制御するようにできる。さらには、恒温槽を使用して雰囲気温度（Ｔａ）のみで一括して制御するような構成も実現可能である。なお、図１では冷却機能を省いているが、当然ながら、デバイスの発熱量が大きく、雰囲気温度（Ｔａ）を室温以下にする必要がある場合はヒートシンクブロック１１Ａに必要に応じ例えば図９に示したような冷却機能を設けてもよい。

また、熱伝導部材４１は、上記のような構成の熱伝導部材でなくてもよい。例えば、可撓性のあるグラファイト系の素材でもよい。さらに、熱伝導部材４１による連結をヒートシンクブロック１１Ａ間の縦横４方向に行うことに代えて、斜めを含む８方向や周辺を含める連結とすることもできる。連結が多いほど熱移動の効果は増加し好ましい。

次に、本発明の別の実施形態について図５ないし図７を参照して述べる。図５は、本発明の別の実施形態に係るバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図である。また、図６は、図５中に示したＣ−Ｃａ位置における矢視方向の断面図である。図１、図２において、すでに登場した構成要素と同一または同一相当のものには同一符号を付してある。

この実施形態は、上記の実施形態が四方のヒートシンクブロック１１Ａ間を熱伝導部材４１で連結したところ、例えば銅製のヒートシンクブロック１１Ｂ自体の内部に中空（媒質移動中空部１６）を設け、さらにそれらの中空部を互いに媒質流路１６ａ、弾性配管１６ｂで接続するように構成している。媒質流路１６ａ、弾性配管１６ｂはヒートシンクブロック１１Ｂ間の熱伝導部材として機能する。

媒質移動中空部１６は、ヒートシンクブロック１１Ｂの内部に環体状に設けられており、その四方放射状に隣のヒートシンクブロックとの接続用の媒質流路１６ａが突設されている。媒質流路１６ａ突設からの逃げのためヒートシンクブロック支持板５１Ａには貫通孔が設けられる。ヒートシンクブロック支持板５１Ａの機能は、すでに説明した図９におけるヒートシンクブロック支持板５１と同じである。弾性配管１６ｂを用いるのは、ヒートシンクブロック１１Ｂの先端部とデバイス３との伝熱接触の際に、ヒートシンクブロック１１Ｂがデバイスの高さ、傾きに倣って確実な伝熱接触を行うのを阻害しないためである。

媒質移動中空部１６内には、上記実施形態で説明した媒質４１ｂを封入し異なるヒートシンクブロック１１Ｂ間で閉回路を形成する。これにより、作用として、媒質流路１６ａ、弾性配管１６ｂを介したヒートシンクブロック１１Ｂ間の熱の移動がなされる。よって、各ヒートシンクブロック１１Ｂ間の熱伝導性が大きく向上し、これらがほぼ熱平衡した状態に比較的たやすく達することになる。ゆえに、ヒートシンクボード３１Ｂごと全体を一括して温度制御を行うように、ヒータ１２の発熱を制御するか、または液体流路１５による冷却を制御するかという動作が可能になる。さらには、ヒータ１２による発熱、液体流路１５による冷却を用いることなしに、恒温槽を使用して雰囲気温度（Ｔａ）を一括して制御するような構成も実現可能である。

図７は、図５、図６に示した装置の全体を概略的に示す下面図である。図７においてすでに説明した図に登場した部位と同一のものには同一符号を付してある。図示するように、弾性配管１６ｂで互いの四方のヒートシンクブロック１１Ｂが接続され、さらに、その接続は、最外側の中空枠状の部材とも連絡している。このような接続でいずれのヒートシンクブロック１１Ｂも四方への接続が確保され、伝熱上好ましい。

この実施形態の場合、入口配管部７１Ａから出口配管部７２Ａまでの冷却用の弾性配管７３は、各ヒートシンクブロック１１Ｂで独立に設けるには及ばない。例えば、図示するように、一部の（この場合縦に並ぶ３つの）ヒートシンクブロック１１Ｂで直列に弾性配管７３を設け、これを別の複数のヒートシンクブロック１１Ｂにおける直列接続弾性配管と並列に設ける。このような接続が可能なのは、ヒートシンクブロック１１Ｂ間でのほぼ熱平衡の状態が容易に生じ得るので、厳密に個々の冷却を制御する必要性がないからである。すべて一列に直列接続していないのは、冷却能力が上流と下流で異なり過ぎるのを避けるためである。

本発明の各実施形態によれば、複数のデバイス個々に対応して温度制御する必要性が弱まり、一括的な温度制御で足りるようになる。これにより、デバイスの発熱量によるその仕分けがより単純化しバーンイン工程の作業効率が向上する。また、デバイス個々に対応する温度制御の必要性が小さいので、冷却／加熱に必要なエネルギの節約になる。

以上、本発明の実施形態を述べたが、以下のような変形も可能である。例えば、個々のヒートシンクブロック１１Ａ、１１Ｂの先端部に加熱ヒータ１２、温度センサ１３を設けずに、ヒートシンクボード３１Ａ、３１Ｂ全体をエリアで区分し、エリア単位に設けて設置数を減らしてもよい。熱伝導部材により各ヒートシンクブロック１１Ａ、１１Ｂの温度が均一化されるためである。また、温度センサ１３のみ設置数を減らすこともできる。

本発明の一実施形態に係るバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図。 図１に示した装置の下面図。 図１中に示したＡ−Ａａ位置のおける矢視方向の断面図。 図３中に示したＢ−Ｂａ位置における矢視方向の断面図。 本発明の別の実施形態に係るバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図。 図５中に示したＣ−Ｃａ位置における矢視方向の断面図。 図５、図６に示した装置の全体を概略的に示す下面図。 バーンインボードの構成を示す上面図。 比較例としてのバーンイン方法を実行するための装置の要部構造を示す垂直断面図。 図９に示した装置の下面図。 図９、図１０に示した装置の全体を概略的に示す下面図。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ…ヒートシンクユニット、１１Ａ，１１Ｂ…ヒートシンクブロック、１２…ヒータ、１３…温度センサ、１４…ばね、１５…液体流路、１５ａ…給排管、１６…媒質移動中空部、１６ａ…媒質流路、１６ｂ…弾性配管、２１…支持ボルト、２２…ばね、３１Ａ，３１Ｂ…ヒートシンクボード、４１…熱伝導部材、４１ａ…密閉部材、４１ｂ…媒質、４１ｃ…毛細管構造、５１Ａ…ヒートシンクブロック支持板、７１Ａ…入口配管部、７２Ａ…出口配管部、７３…弾性配管。

Claims (5)

1. バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して設けられ、かつ可撓性のある熱伝導部材で互いに結合された複数の部材を、前記複数のデバイスに伝熱接触させる工程と、
   前記複数の部材を一括的に温度制御する工程と
   を具備することを特徴とするバーンイン方法。
2. 前記複数の部材が、それぞれ、吸熱または発熱する部位を有することを特徴とする請求項１記載のバーンイン方法。
3. 前記熱伝導部材が、前記複数の部材を一括的に温度制御する前記工程における制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する媒質が封止された中空部材を有することを特徴とする請求項１記載のバーンイン方法。
4. 前記複数の部材が、それぞれ、前記複数の部材を一括的に温度制御する前記工程における制御温度付近の比較的高温で気化し比較的低温で液化する媒質が封止された中空部を有することを特徴とする請求項１記載のバーンイン方法。
5. バーンインボード上の複数のデバイスそれぞれに対応して伝熱接触し得る複数の部材と、
   前記複数の部材間を結合する可撓性のある熱伝導部材と
   を具備することを特徴とするバーンイン装置。

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