JP2010091443A - 温度測定用半導体装置、半導体装置の温度測定システムおよび半導体装置の温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板の配線の発熱に基づく半導体装置の温度を確実に測定可能な装置及び方法を提供する。
【解決手段】半導体装置とともに半導体パッケージを構成するプリント基板３４に電気的に接続されて搭載可能であり、プリント基板３４の発熱に基づく半導体装置内の温度上昇を測定するための温度測定用半導体装置３６であって、マトリックス状に配置された複数の温度センサ６０と、温度センサ６０によって検出された温度データを通信する通信手段６５とが作りこまれて形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント基板の配線に供給される電流に基づく半導体装置内の温度上昇を測定するための温度測定用半導体装置、半導体装置の温度測定システムおよび半導体装置の温度測定方法に関する。

近年の半導体パッケージ基板（本明細書中では単にプリント基板と称する場合もある）においては、配線の微細化が進んでいる。このため、微細化した配線の抵抗値が大きくなってきており、配線に流れる電流に基づく発熱も増大している。

半導体パッケージ基板上には、半導体装置が搭載されるが、半導体パッケージ基板が発熱すると半導体装置のバンプ等を介して半導体装置に熱伝導する。半導体装置への熱伝導が大きくなると、半導体装置の誤動作や劣化を引き起こすおそれもあり、あまり好ましい状態とは言えない。特に、近年は半導体装置の拡散層と半導体パッケージ基板の表面とが近接するフリップチップ接続が主流であるため、半導体装置への熱伝導の懸念が大きい。

一方、近年では、半導体装置の高性能化を図る目的で、コア電圧が低下しているが、半導体装置の消費電力は増加している。このため、半導体パッケージに供給される電流量は今後も増加するものと考えられる。
このような状況のため、半導体パッケージ基板に電流が流れたときの発熱の様子を知りたいという要望が出ている。

なお、プリント基板の配線に電流を流したときの発熱を測定する方法（カレントキャリングキャパシティー測定）として、ＩＰＣ−６５０−２．５．４に記載されている方法が既に規格化されている。
ＩＰＣ−６５０−２．５．４では、まず予め決められた複数の太さの配線が形成されている試験用プリント基板を作成する。この試験用プリント基板の各配線に、発熱が問題とならない程度の電流を流し、各配線の抵抗値を測定する。そして、各配線に流す電流量を増やしながら各配線の抵抗値を測定し、抵抗値の増分を求めて各配線に用いられている材料の抵抗値の温度係数を用いて温度変化に変換している。

上述したような規格における測定方法では、配線の幅は同一にしていても配線の長さや引き回しが異なれば発生した熱の逃げ方が異なるため、実際のプリント基板とは温度上昇が異なる場合もある。また、この方法ではプリント基板上の配線における発熱量を測定するだけであり、実際に搭載された半導体装置内にどの程度熱伝導させるかは全く測定できない。

なお、半導体装置の温度を測定する装置として、特許文献１および特許文献２に記載されているような装置が開示されている。
例えば、特許文献１には、複数のＩＣに電流を供給し、ＩＣからの応答信号に基づいてＩＣの温度を測定する半導体装置の温度測定システムが開示されている。
また、特許文献２には、半導体装置内に形成されたダイオードの電流−電圧特性から半導体装置内の温度を測定する内容が開示されている。

特開２００２−７１７４５号公報 特開２００３−５７２９３号公報

上述した従来の技術であるＩＰＣ−６５０−２．５．４では、単にプリント基板上の配線の発熱量を測定することはできても、プリント基板に搭載された半導体装置におけるプリント基板の配線の発熱の影響による温度上昇を測定することはできなかった。
また、特許文献１では、半導体装置内部における温度を測定しているが、半導体装置内部に電流を供給したときの半導体装置内部の発熱温度を測定しているだけであり、プリント基板からの熱伝導に基づく温度変化については何ら測定することができなかった。
特許文献２も、半導体装置内部における温度を測定しているが、プリント基板からの熱伝導ではなく、試験装置内の雰囲気温度を変化させた場合の半導体装置内部の温度を測定しているだけである。

このように、従来の技術では、プリント基板の配線に電流を流したときに生じる発熱がどの程度半導体装置に影響を与えるかを測定することができないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、プリント基板の配線の発熱に基づく半導体装置の温度を確実に測定可能な装置及び方法を提供することにある。

すなわち、本発明にかかる温度測定用半導体装置によれば、半導体装置とともに半導体パッケージを構成するプリント基板に電気的に接続されて搭載可能であり、プリント基板の発熱に基づく半導体装置内の温度上昇を測定するための温度測定用半導体装置であって、マトリックス状に配置された複数の温度センサと、温度センサによって検出された温度データを通信する通信手段とが作りこまれて形成されていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、実際に半導体装置が実装される状態と同じ状態で、温度測定用半導体装置をプリント基板に実装して温度を測定することができる。また、マトリックス状に温度センサが設けられるので、半導体装置における温度分布を明らかにすることができる。

また、前記通信手段から通信される温度データは、前記プリント基板を介して外部へ出力されることを特徴としてもよい。
この構成によれば、プリント基板へ搭載したままの状態でプリント基板を介して温度データを出力できるので、温度測定用半導体装置へデータを収集する機器の配線等をプリント基板と接続している部位以外に接続する必要がなく、測定時の手間を大幅に省くことができる。

さらに、前記温度センサおよび前記通信手段を駆動させるための電源は、前記プリント基板を介して入力されることを特徴としてもよい。
この構成によっても、プリント基板の所定の配線に電源を接続しておけば、プリント基板へ搭載するだけで温度測定用半導体装置が駆動できるので、温度測定用半導体装置へ電源装置を直接接続しなくてもよく、測定時の手間を大幅に省くことができる。

また、前記プリント基板に対向するバンプ形成面側に形成される複数の配線のうち、前記温度データの出力用の配線および前記電源の入力用の配線以外の配線については短絡するように接続されていることを特徴としてもよい。

さらに、前記バンプ形成面から、各前記温度センサが設けられている部位に向けて延出する、温度測定用ビアが形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、温度測定用半導体装置の温度分布を正確に測定できる。

なお、前記温度測定用ビアは、前記温度データの出力用の配線および前記電源の入力用の配線以外の配線について短絡するように接続された部位とは電気的に遮断して形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、熱が半導体装置の底面全体に均等にならないようにし、温度分布をさらに正確に測定できる。

本発明にかかる半導体装置の温度測定システムによれば、プリント基板に搭載された半導体装置における、プリント基板の発熱に基づく半導体装置における温度上昇を測定する半導体装置の温度測定システムであって、マトリックス状に配置された複数の温度センサと、温度センサによって検出された温度データを通信する通信手段とが、半導体装置内に作りこまれて形成されている温度測定用半導体装置と、該温度測定用半導体装置のバンプ形成面に電気的に接続されたプリント基板と、前記プリント基板の各配線に電気的に接続されたソケットと、該ソケットに電気的に接続された測定用ベース基板と、前記プリント基板に形成されている複数の配線のうちのいずれかを電源用配線として、該電源用配線を介して前記温度測定用半導体装置へ駆動電源を供給すべく、前記測定用ベース基板に接続された駆動用電源と、前記プリント基板に形成されている複数の配線のうちのいずれかを通信用配線として、前記温度測定用半導体装置内の通信手段からの温度データを、該通信用配線を介して受信すべく前記測定用ベース基板に接続されて温度データを受信する温度データ受信装置と、前記測定用ベース基板に接続され、前記プリント基板に形成されている複数の配線のうち、前記電源用配線および前記通信用配線以外の試験用配線に所定の電流を供給する試験用電源とを備えることを特徴としている。
この構成を採用することによって、実際に半導体装置が実装される状態と同じ状態で、温度測定用半導体装置をプリント基板に実装して温度を測定することができる。また、マトリックス状に温度センサが設けられるので、半導体装置における温度分布を明らかにすることができる。

また、前記プリント基板または前記温度測定用半導体装置においては、前記試験用電源から供給される電流が短絡されるように各配線が形成されていることを特徴としてもよい。

前記温度測定用半導体装置は、前記プリント基板と対向するバンプ形成面から、各前記温度センサが設けられている部位に向けて延出する、温度測定用ビアが形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、温度測定用半導体装置の温度分布を正確に測定できる。

前記温度測定用ビアは、前記試験用電源から供給される電流が短絡されるように形成されている部位とは電気的に遮断して形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、熱が半導体装置の底面全体に均等にならないようにして、温度分布をさらに正確に測定できる。

本発明に係る半導体装置の温度測定方法によれば、プリント基板に搭載された半導体装置における、プリント基板の発熱に基づく半導体装置における温度上昇を測定する半導体装置の温度測定方法であって、請求項７〜請求項１０のうちのいずれか1項記載の半導体装置の温度測定システムを用い、前記試験用電源によって、前記プリント基板の試験用配線に所定の電流を供給させ、該電流が前記試験用配線を流れることに基づく温度を前記温度測定用半導体装置の各温度センサが検出し、検出された各温度センサにおける温度データを前記通信手段が前記通信用配線を介して前記温度データ受信装置へ出力することを特徴としている。

本発明にかかる温度測定用半導体装置、半導体装置の温度測定システムおよび半導体装置の温度測定方法によれば、実際に半導体装置が実装される状態と同じ状態で、温度測定用半導体装置をプリント基板に実装して温度を測定することができる。また、マトリックス状に温度センサが設けられるので、温度分布を明らかにすることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の半導体装置の温度測定システムの全体の構成を示す。
半導体装置の温度測定システム３０は、半導体装置を搭載する半導体パッケージ基板としてのプリント基板３４の配線に電流を流した場合に、この配線の熱がどの程度半導体装置に熱伝導するかを測定するものである。これによって、プリント基板３４の配線に基づく半導体装置への熱の影響が測定できる。

半導体装置の温度測定システム３０では試験用に製造された測定用ベース基板３１の上にソケット３２が測定用ベース基板３１に形成された配線と電気的に接続されて配置されている。測定用ベース基板３１は、ソケット３２を介してプリント基板３４と電気的に接続可能となるように温度測定の試験用に作成されるものであり、後述するような電源装置２４、コンピュータ２６および定電流電源２２等の各機器を接続する接続端子や、電気信号等を伝達させるための配線等が形成されている。

また、ソケット３２上には、ソケット３２に形成された電極と電気的に接続されたプリント基板３４が、ソケット３２と電気的に接続されて配置される。
プリント基板３４には、温度測定用に作り込まれた温度測定用半導体装置３６がバンプ５４によってフリップチップ接続される。なお、プリント基板３４と温度測定用半導体装置３６との間でバンプ５４の周囲には、図示しないアンダーフィル材が充填されている。

これら、測定用ベース基板３１、ソケット３２、プリント基板３４および温度測定用半導体装置３６は、所定の温度に加温できるようなオーブン２０内に支持部２１を介して配置される。

測定用ベース基板３１には、プリント基板３４の配線に試験用の電流を供給するための定電流電源２２が接続されている。定電流電源２２がプリント基板３４の配線に所定の電流を供給することで配線を発熱させ、この発熱の影響を温度測定用半導体装置３６が測定する。定電流電源２２はオーブン２０の外に配置されている。

また、測定用ベース基板３１には、温度測定用半導体装置３６内の後述する温度センサや通信手段等に駆動用電力を供給するための電源装置２４が接続されている。電源装置２４はオーブン２０の外に配置されている。

さらに、測定用ベース基板３１には、温度測定用半導体装置３６から出力された温度データを受信し、データ解析を実行するコンピュータ２６（温度データ受信装置）が接続されている。コンピュータ２６は、オーブン２０の外に配置されている。

ここで、測定用ベース基板３１、ソケット３２、プリント基板３４及び温度測定用半導体装置３６の接続構造について図２に基づいて説明する。
まず、温度測定用半導体装置３６にフリップチップ接続されるプリント基板３４について説明する。プリント基板３４には半導体パッケージ基板としての機能を有する複数の配線が存在しているが、温度測定を実行する際には、プリント基板３４の配線本来の機能とは無関係に、これら複数の配線を温度測定時の機能に基づき三種に分類する。

三種のうち１つが、温度測定用半導体装置３６へ駆動用電力を供給するための電源用配線４６である。そして、三種のうち２つめが、温度測定用半導体装置３６から出力される温度データを通信するための通信用配線４８である。三種のうち3つめが、試験用電流を流して発熱させるための試験用配線５０である。

プリント基板３４内の電源用配線４６は＋電源用と−電源用の２本が用いられており、これら各電源用配線４６の一端は、ソケット３２内の電源用電極４５に接続される。ソケット３２の電源用電極４５は、測定用ベース基板３１の電源用ライン４０に接続される。そして、この測定用ベース基板３１の電源用ライン４０には、上述したような駆動用電力を供給するための電源装置２４が接続される。
また、プリント基板３４内の各電源用配線４６の他端は、温度測定用半導体装置３６に形成された電源用パターン５５に接続されるバンプ５４に接続される。

通信用配線４８の一端は、ソケット３２内の通信用電極４７に接続される。ソケット３２の通信用電極４７は、測定用ベース基板３１の通信用ライン４２に接続される。そして、この測定用ベース基板３１の通信用ライン４２には、上述したようなコンピュータ２６が接続される。測定用ベース基板３１通信ライン４２を介して通信手段が出力する温度データをコンピュータ２６へ送信させる。
また、プリント基板３４内の通信用配線４８の他端は、温度測定用半導体装置３６に形成された通信用パターン５６に接続されるバンプ５４に接続される。

プリント基板３４内の複数本の試験用配線５０が、実際に試験的に発熱させる配線であり、それぞれの一端がソケット３２内の試験用電極４９に接続されている。ソケット３２の試験用電極４９のそれぞれは測定用ベース基板３１の試験用ライン４４に接続される。そして、この測定用ベース基板３１の試験用ライン４４には、上述したような定電流電源２２が接続されている。なお、定電流電源２２からの電流を供給する側を＋側、定電流電源２２へ電流を返す側を−側とすると、測定用ベース基板３１の試験用ライン４４、ソケット３２内の試験用電極４９およびプリント基板３４内の試験用配線５０は＋側と−側の２本１組で用いられる。

また、複数の試験用配線５０に対して試験電流を流すようにしているため、各試験用配線５０の他端側は全て電気的に接続するとよい。図２に示す場合では、温度測定用半導体装置３６内に、試験用配線接続パターン５２が形成され、このパターン５２に各試験用配線５０の他端側が全て接続されるように設けられている。
また、この試験用配線５０は、温度測定用半導体装置３６内の温度センサや通信手段等には接続されないように設けられる。

温度測定用半導体装置３６は、下面に複数形成されたバンプ５４によってプリント基板３４の各配線に接続される。複数のバンプ５４のうち、プリント基板３４の電源用配線４６に接続されるバンプ５４は、温度測定用半導体装置３６の電源用パターン５５に接続されている。電源用パターン５５は、試験用配線接続パターン５２とは電気的に切り離されて形成されている。

また、複数のバンプ５４のうち、プリント基板３４の通信用配線４８に接続されるバンプ５４は、温度測定用半導体装置３６の通信用パターン５６に接続されている。通信用パターン５６は、試験用配線接続パターン５２とは電気的に切り離されて形成されている。

続いて、図３、図４に基づいて温度測定用半導体装置の構造について説明する。なお、図３では、温度測定用半導体装置３６のバンプ形成面に形成されたバンプ５４は省略して図示している。
温度測定用半導体装置３６は、バンプ形成面（下面）に露出するように、金属等の導体によって、電源用パターン５５、通信用パターン５６および試験用配線接続パターン５２が形成される。
なお、試験用配線接続パターン５２には、試験用の電流が流れるため、発熱の懸念がある。このため、発熱を抑えるように導体厚をできるだけ厚くし、なおかつパターン幅をなるべく広くとるようにすると良い。

また、温度測定用半導体装置３６内部には、複数の温度センサユニット（特許請求の範囲でいう温度センサ）６０と、Ａ／Ｄコンバータ回路６２、マルチプレクサ回路６４、およびシリアルインターフェイス回路（特許請求の範囲でいう通信手段）６５が半導体装置の製造手法によって作り込まれている。
また、温度センサユニット６０は、温度測定用ダイオード６６、電流源６７およびオペアンプ６８を備えている。

温度センサユニット６０は、温度測定用半導体装置３６内においてマトリックス状に配置され、Ａ／Ｄコンバータ回路６２、マルチプレクサ回路６４およびシリアルインターフェイス回路６５は、マトリックス状に配置された温度センサユニット６０の空きスペースに形成される。

温度センサユニット６０では、温度測定用ダイオード６６のアノード側に電流源６７が接続されており、温度測定用ダイオード６６には常時所定の電流が流れる。温度測定用ダイオード６６の端子間電圧は、オペアンプ６８を経てマルチプレクサ回路６４に出力される。なお、ここでいう端子間電圧が、特許請求の範囲でいう温度データに該当する。後述するようにダイオードは、流れる電流が一定であれば端子間電圧と接合部の温度が一義的に対応するためである。

なお、電流源６７は、半導体技術により温度測定用半導体装置３６内に作り込まれた定電流電源回路である。
この定電流電源回路は、電源用ライン４０、ソケット３２の電源用電極４５およびプリント基板３４の電源用配線４６に接続されるバンプ５４を経て電源装置２４から供給される駆動用電源により、温度測定に必要な一定電流を作り出している。

温度センサユニット６０等が半導体製造技術により作り込まれている回路層５７と、バンプ形成面との間は、温度センサユニット６０等へ電力を供給したり、あるいは取得したデータを通信するための配線層５８が形成されている。配線層５８には、複数の階層にわたって導電性配線部５９が形成されており、この導電性配線部５９によって電源用パターン５５や通信用パターン５６を、温度センサユニット６０等が半導体製造技術により作り込まれている回路層５７へ電気的に接続する。また、導電性配線部５９は、回路層５７に作り込まれた個々の回路要素を相互に接続して、目的とする温度センサユニット６０、Ａ／Ｄコンバータ回路６２、マルチプレクサ回路６４、シリアルインターフェイス回路６５等を構成する。

マルチプレクサ回路６４は、複数の温度センサユニット６０から入力される温度測定用ダイオード６６の端子間電圧を１本のラインで出力できるように出力制御する。制御された端子間電圧は、Ａ／Ｄコンバータ回路６２に出力されてＡ／Ｄコンバータ回路６２でデジタルデータに変換され、シリアルインターフェイス回路６５に出力される。シリアルインターフェイスの規格としては、Ｉ２Ｃや、ＳＩＰ等を採用することができる。

また、マルチプレクサ回路６４、Ａ／Ｄコンバータ回路６２およびシリアルインターフェイス回路６５の動作を制御するためのコントローラ７０も温度測定用半導体装置３６内に作りこまれている。コントローラ７０は、マルチプレクサ回路６４、Ａ／Ｄコンバータ回路６２およびシリアルインターフェイス回路６５のデータの出力タイミングを制御している。

以下、上述してきた構成を有する半導体装置の温度測定システムを用いた半導体装置の温度測定方法について図５〜図７に基づいて説明する。
まず、作業者は、定電流電源２２から試験用の電流を流さないようにして、オーブン２０の温度を複数段階の所定温度に設定し、測定用ベース基板３１、ソケット３２、プリント基板３４および温度測定用半導体装置３６を複数段階に加熱する（ステップＳ１００）。ここで、所定温度とは、室温から一般的な半導体装置の最大使用温度である１２５℃の間で予め設定した温度であるとする。たとえば、５０℃、７５℃、１００℃というように３段階に加熱することができる。

作業者は、コンピュータ２６を操作して、オーブン２０内が設定された温度になった都度、それぞれ（例として５０℃、７５℃、１００℃）の温度における、温度測定用半導体装置３６の複数の温度センサユニット６０からの端子間電圧をデータとして収集する（ステップＳ１０２）。
また、収集した端子間電圧データは、コンピュータ２６内のハードディスク等の記憶装置７２内に記憶される。

次に、作業者は、コンピュータ２６に、各温度センサユニット６０における端子間電圧と、そのときのオーブン２０内の温度との関係式を算出させる（ステップＳ１０４）。一般的に、ダイオードの温度―端子間電圧は、ダイオードに流れる電流が一定であれば温度上昇に伴ないほぼ直線的に電圧が減少する傾向にある。具体的には、関係式は図６に示すように係数がマイナスの一次関数となる。
コンピュータ２６内では、複数箇所の温度と端子間電圧の値に基づき、上述の関係式を算出する。関係式は、各温度センサユニット６０毎に算出され、算出した各関係式はハードディスク等の記憶装置７２内に記憶される。

次に、作業者は、オーブン２０の温度を試験温度に設定し（ステップＳ１０６）、定電流電源２２からプリント基板３４の試験用配線５０へ所定の電流を供給し、プリント基板３４の試験用配線５０を発熱させる（ステップＳ１０８）。なお、このときのオーブン２０の試験温度とは、試験対象となっているプリント基板を含む半導体パッケージを使用する者における使用雰囲気温度である。通常は、室温から室温よりも若干高めの温度（３０℃〜８０℃程度）に設定される。

そして、作業者は、コンピュータ２６に、各温度センサユニット６０の温度測定用ダイオード６６の端子間電圧データを収集させる（ステップＳ１１０）。コンピュータ２６は、収集した端子間電圧を、先に算出しておいた対応する温度測定用ダイオードの関係式に代入し、各温度センサユニット６０における温度を算出する（ステップＳ１１２）。

なお、本実施形態における半導体装置の温度測定方法では、コンピュータ２６の制御により、自動的に各温度センサユニットの温度の算出が行える。
すなわち、図７に示すように、コンピュータ２６は、ハードディスク等の記憶装置７２、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む制御部７４、温度測定用半導体装置３６からのデータを受信するインターフェイス回路７５、インターフェイス回路７５から受信した端子間電圧データを温度センサユニット６０ごとに複数の出力となるように制御するデマルチプレクサ回路７６、モニタ等の出力手段７７、およびキーボードやマウス等の入力手段７８を備えている。

予めハードディスク等の記憶装置７２内には、温度測定プログラムＰが記憶されており、温度測定プログラムＰは記憶装置７２から読み出されて制御部７４によって実行される。
温度測定プログラムＰは、図５におけるステップＳ１０２において、オーブン２０内の温度が予め設定された温度になったことを検出した場合、インターフェイス回路７５から入力されてきている端子間電圧データを、各温度センサユニット６０ごとに記憶装置７２に記憶させるように機能する。このとき、温度測定プログラムＰは、端子間電圧データを、そのときの温度と関連づけして記憶させるように機能する。
端子間電圧データと温度とを関連付けしての記憶は、複数の温度においてそれぞれ実行される。

そして、温度測定プログラムＰは、複数の温度において、端子間電圧データと温度とを関連付けして記憶させたのち、これらのデータに基づいて各温度センサユニット６０における温度―端子間電圧の関係式を算出させ、記憶装置７２に記憶させる。

次に、プリント基板３４の試験用配線５０へ所定の電流が供給された後、温度測定プログラムＰは、インターフェイス回路７５から入力されてきている端子間電圧データを、各温度センサユニット６０ごとに記憶装置７２に記憶させるように機能する。

そして、温度測定プログラムＰは、記憶装置７２に記憶されている各温度センサユニット６０に対応する関係式を読み出し、対応する各温度センサユニット６０ごとの端子間電圧データを読み出して関係式に代入させるように機能する。これにより、各温度センサユニット６０ごとの温度が算出される。

温度測定プログラムＰは、算出された温度データを記憶装置７２に記憶させると共に、作業者の指示に基づいてモニタ等の出力手段７７に表示させるように機能することもできる。

なお、上述してきた実施形態では、温度―端子間電圧の関係式の算出や関係式への代入などの計算はコンピュータ内で行わせるような形態を説明したが、関係式の算出や、関係式への代入などは人手によっても行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、温度測定用半導体装置の他の構成について、図８〜図９に基づいて説明する。
図８は、温度測定用半導体装置の断面図、図９は、温度測定用半導体装置のバンプ形成面側から見た平面図である。なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
この実施形態では、温度センサユニット６０がバンプ形成面からの熱を確実に検出するために、バンプ形成面側から温度センサユニット６０の直下へ延出される温度測定用ビア８０を有している。

また、温度測定用半導体装置３６のバンプ形成面側は、プリント基板３４の試験用配線５０の他端側が全て短絡されるようなベタパターン８２に形成されている。このベタパターン８２は、プリント基板３４内の試験用配線５０（図２参照）が全て電気的に接続されるように形成されており、発熱を抑えるために最大限面積が広く取られている。さらに、発熱を抑えるように導体厚もできるだけ厚くしている。なお、図９の符号８３はバンプ接続パッドである。

ベタパターン８２よびバンプ接続パッド８３に電気的に接続しないように、温度測定用ビア８０が形成されている。温度測定用ビア８０は、温度センサユニット６０とバンプ形成面側との間を熱伝導性の高い部材（金属製のビア）で熱的に接続させる目的で設けられている。ただし、温度センサユニット６０と温度測定用ビア８０との間は絶縁層を介しており、電気的には接続されていない。
温度測定用ビア８０は、図８ではバンプ形成面側（下面）から温度センサユニット６０の直下にまっすぐ延出されているところのみ図示されているが、配線層５８の関係で屈曲して形成されていても、温度測定用ビア８０のバンプ形成面側の端部とこの位置の直上に形成された温度センサユニット６０とが熱的に接続されているようであればよい。なお、図８では、図３で示したような導電性配線部５９は省略して図示している。

このように、温度測定用ビア８０を設けたことにより、バンプ形成面側の熱は温度センサユニット６０へ確実に温度測定用ビア８０を通して伝達され、ベタパターン８２によって均熱となってしまうことなく、正確な温度分布を測定することができる。

（他の実施形態）
上述してきた各実施形態では、プリント基板３４の各試験用配線５０の他端側を全て電気的に接続させるために、温度測定用半導体装置３６のバンプ形成側に各試験用ラインと接続されるバンプ５４に接続される部位を試験用ライン接続パターン５２またはベタパターン８２として、広いパターンを作り込むようにしていた。
しかし、このように各試験用配線５０の他端側を全て電気的に接続されるための構成としては、プリント基板３４内に、各試験用配線５０の他端側を全て電気的に接続させるための金属製パターンを形成してもよい。

また、温度センサユニット６０として作り込まれる温度測定用ダイオード６６の代わりに、薄膜抵抗体を作り込んでもよい。かかる場合にも温度測定用ダイオード６６と同様に、薄膜抵抗体の端子間電圧がデータとして出力され、温度と端子間電圧との関係式に基づいて、実際の温度が算出される。

なお、温度測定用半導体装置３６内に作り込まれるインターフェイス回路としては、ＵＳＢやＲＳ−２３２Ｃなどを採用することもできるし、さらにパラレルインターフェイス回路を採用することもできる。

以上本発明につき好適な実施の形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明に係る半導体装置の温度測定システムの全体構成を示す説明図である。 測定用ベース基板と、ソケットと、プリント基板と、温度測定用半導体装置との接続状態を示す説明図である。 温度測定用半導体装置の断面図である。 温度測定用半導体装置に作りこまれている各回路の構成を示す回路図である。 半導体装置の温度測定方法を説明するフローチャートである。 ダイオードの温度とアノードカソード間の端子間電圧との関係を示すグラフである。 コンピュータの内部構成を示すブロック図である。 温度測定用半導体装置の第２の実施形態を示す断面図である。 温度測定用半導体装置の第２の実施形態のバンプ形成面側の平面図である。

符号の説明

２０ オーブン
２１ 支持部
２２ 定電流電源
２４ 電源装置
２６ コンピュータ
３０ 半導体装置の温度測定システム
３１ 測定用ベース基板
３２ ソケット
３４ プリント基板
３６ 温度測定用半導体装置
４０ 電源用ライン
４２ 通信用ライン
４４ 試験用ライン
４５ 電源用電極
４６ 電源用配線
４７ 通信用電極
４８ 通信用配線
４９ 試験用電極
５０ 試験用配線
５２ 試験用配線接続パターン
５４ バンプ
５５ 電源用パターン
５６ 通信用パターン
５７ 回路層
５８ 配線層
５９ 導電性配線部
６０ 温度センサユニット
６２ Ａ／Ｄコンバータ回路
６４ マルチプレクサ回路
６５ シリアルインターフェイス回路
６６ 温度測定用ダイオード
６７ 電流源
６８ オペアンプ
７０ コントローラ
７２ 記憶装置
７４ 制御部
７５ インターフェイス回路
７６ デマルチプレクサ回路
７７ 出力手段
７８ 入力手段
８０ 温度測定用ビア
８２ ベタパターン
８３ バンプ接続パッド

Claims (11)

1. 半導体装置とともに半導体パッケージを構成するプリント基板に電気的に接続されて搭載可能であり、プリント基板の発熱に基づく半導体装置内の温度上昇を測定するための温度測定用半導体装置であって、
   マトリックス状に配置された複数の温度センサと、
   温度センサによって検出された温度データを通信する通信手段とが作りこまれて形成されていることを特徴とする温度測定用半導体装置。
2. 前記通信手段から通信される温度データは、前記プリント基板を介して外部へ出力されることを特徴とする請求項１記載の温度測定用半導体装置。
3. 前記温度センサおよび前記通信手段を駆動させるための電源は、前記プリント基板を介して入力されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の温度測定用半導体装置。
4. 前記プリント基板に対向するバンプ形成面側に形成される複数の配線のうち、前記温度データの出力用の配線および前記電源の入力用の配線以外の配線については短絡するように接続されていることを特徴とする請求項３記載の温度測定用半導体装置。
5. 前記バンプ形成面から、各前記温度センサが設けられている部位に向けて延出する、温度測定用ビアが形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の温度測定用半導体装置。
6. 前記温度測定用ビアは、前記温度データの出力用の配線および前記電源の入力用の配線以外の配線について短絡するように接続された部位とは電気的に遮断して形成されていることを特徴とする請求項５記載の温度測定用半導体装置。
7. プリント基板に搭載された半導体装置における、プリント基板の発熱に基づく半導体装置における温度上昇を測定する半導体装置の温度測定システムであって、
   マトリックス状に配置された複数の温度センサと、温度センサによって検出された温度データを通信する通信手段とが、半導体装置内に作りこまれて形成されている温度測定用半導体装置と、
   該温度測定用半導体装置のバンプ形成面に電気的に接続されたプリント基板と、
   前記プリント基板の各配線に電気的に接続されたソケットと、
   該ソケットに電気的に接続された測定用ベース基板と、
   前記プリント基板に形成されている複数の配線のうちのいずれかを電源用配線として、該電源用配線を介して前記温度測定用半導体装置へ駆動電源を供給すべく、前記測定用ベース基板に接続された駆動用電源と、
   前記プリント基板に形成されている複数の配線のうちのいずれかを通信用配線として、前記温度測定用半導体装置内の通信手段からの温度データを、該通信用配線を介して受信すべく前記測定用ベース基板に接続されて温度データを受信する温度データ受信装置と、
   前記測定用ベース基板に接続され、前記プリント基板に形成されている複数の配線のうち、前記電源用配線および前記通信用配線以外の試験用配線に所定の電流を供給する試験用電源とを備えることを特徴とする半導体装置の温度測定システム。
8. 前記プリント基板または前記温度測定用半導体装置においては、前記試験用電源から供給される電流が短絡されるように各配線が形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の温度測定システム。
9. 前記温度測定用半導体装置は、
   前記プリント基板と対向するバンプ形成面から、各前記温度センサが設けられている部位に向けて延出する、温度測定用ビアが形成されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載の半導体装置の温度測定システム。
10. 前記温度測定用ビアは、前記試験用電源から供給される電流が短絡されるように形成されている部位とは電気的に遮断して形成されていることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の温度測定システム。
11. プリント基板に搭載された半導体装置における、プリント基板の発熱に基づく半導体装置における温度上昇を測定する半導体装置の温度測定方法であって、
    請求項７〜請求項１０のうちのいずれか1項記載の半導体装置の温度測定システムを用い、
    前記試験用電源によって、前記プリント基板の試験用配線に所定の電流を供給させ、
    該電流が前記試験用配線を流れることに基づく温度を前記温度測定用半導体装置の各温度センサが検出し、
    検出された各温度センサにおける温度データを前記通信手段が前記通信用配線を介して前記温度データ受信装置へ出力することを特徴とする半導体装置の温度測定方法。