JP2012220404A - 電子装置の動作試験装置、動作試験方法、及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷却装置を用いずに電子装置等の被測定物を冷却しつつ電気的特性を測定可能な動作試験装置を提供する。
【解決手段】冷却液３を貯留させる容器１０と、この容器１０内の冷却液３を容器１０外に流出させるとともに流出した冷却液３を容器１０内に再流入させる冷却液排出管４、ポンプ３０、熱交換管５、熱交換機２０のラジエータ２２、及び冷却液供給管６により構成される循環閉路管とを有する動作試験装置１である。容器１０には、稼働時に発熱する電子装置２を、貯留させた冷却液３に浸漬させた状態で稼働させ、これにより稼働中の電子装置２の電気的特性の測定を可能にする収容領域が形成されている。循環閉路管の近傍には、当該循環閉路管を流れる不活性液体を冷却させる熱交換機２０が介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ（Large Scale Integration）、あるいは、マザーボードのような半導体装置が搭載された電子装置において、電磁界分布等の電気的特性を測定するための動作試験装置、動作試験方法、および、このような電子装置の製造方法に関する。

近年、電子装置に内蔵される半導体装置の高集積化、高速化が顕著である。半導体装置が高集積化すると、稼働時に流れる電流が増大し、それにより発生する電磁波の影響が無視できないレベルとなる。そのために、電子装置、特に個々の半導体装置及びこれらを搭載する基板における電磁界の発生状況を正しく把握し、半導体装置や部品の配置を最適化して、周囲部品への電磁波の影響を極力抑制する必要がある。

しかしながら、動作時の電流の増大により半導体装置の消費電力も大きくなり、それによる発熱量が増大する。発熱量の増大は、半導体装置の正常な動作にも影響を及ぼす。そのため、通常の動作時には、熱対策として、空冷式や水冷式等の冷却装置を半導体装置に取り付けて、熱の影響を緩和しているのが一般的である。

冷却装置は、発熱量が増大するにつれて大きいものが必要になる。また、金属を含んで構成されることもある。そのため、正確な電磁気の発生状況を把握する上で、冷却装置の存在が支障をきたす場合がある。しかし、冷却装置を取り除いて電磁気の発生状況を測定しようとすると、半導体装置の動作状態を正しく反映することができなくなる。
他方、電磁気の発生状況の他にも、例えば半導体装置内の電流や電圧を直接測定可能であれば、半導体装置内の実際の動作時の電気的状態を知ることができるために、製品開発において非常に有用である。
このようなことから、発熱の影響を緩和した状態で半導体装置の動作時の電気的特性を測定することについての要求が高まっている。

このような要求に対応して、特許文献１には、液体窒素や液化炭酸ガスを半導体装置に吹きかけることにより、冷却する技術が開示されている。また、特許文献２には、半導体装置を収容する試料ステージ自体を液体窒素で冷却して、該半導体装置の電気的特性を計測する技術が開示されている。

特開平６−２７７３６２号公報 特開平７−２９９４７号公報

特許文献１のように液体窒素や液化炭酸ガスを直接吹きかける技術では、電気的特性の測定中ずっと吹きかけ続ける必要があり、コスト面の問題で長時間の測定には向かない。また、半導体装置にプローブを近づけると、吹き付けられるガスにプローブが影響されて正確な測定が困難となる。
特許文献２のように試料ステージを液体窒素で冷却する場合にも、やはり測定が長時間になると大量の液体窒素が必要になり、コスト面で問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑み、稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置を、従来の冷却装置を用いずに冷却しつつ電気的特性の測定を容易にする動作試験装置を提供することを主たる課題とする。

以上の課題を解決する本発明の電子装置の製造方法は、稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置の製造方法であって、前記電子装置を、所定の容器内で流動する不活性液体に浸漬させた状態で稼働させ、稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を行う段階と、前記電気的特性の測定結果が所定条件を満たすときに、前記電子装置を前記不活性液体から取り出して、当該電子装置の所定部位にヒートシンクまたは電磁シールド部材を取り付ける段階と、を含む。
なお、前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設けて、前記不活性液体が流動する際に発生する静電気を前記接地電極を通じて容器外に放散させるようにしてもよい。
このような本発明では、電子装置を不活性液体に浸漬させた状態で稼働させるために、稼働時の発熱が電子装置の電気的特性の測定の阻害要因となることはない。

本発明の電子装置の動作試験装置は、不活性液体を貯留させる容器と、この容器内の不活性液体を容器外に流出させるとともに流出した不活性液体を前記容器内に再流入させる循環閉路管とを有している。前記容器には、稼働時に発熱する電子装置を、貯留させた不活性液体に浸漬させた状態で稼働させ、これにより稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を可能にする収容領域が形成されており、前記循環閉路管の近傍には、当該循環閉路管を流れる不活性液体を冷却させる冷却手段が介在する。

電子装置を容器内の不活性液体に浸漬させた状態で稼働させるために、従来のような冷却装置を用いずに電子装置の実稼働状態の電気的特性を測定することができる。不活性液体は、循環閉路管を介して冷却手段により冷却されるために、電子装置が異常に稼働する程度に加熱されることはない。

また、前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設けることで、不活性液体の循環による静電気の発生を抑止することができる。前記不活性液体は、例えば誘電率が２［Ｆ／ｍ］以下のものを用いることで、電子装置の正常な高速動作への影響を防止できる。

本発明の電子装置の動作試験方法は、稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置の動作試験方法であって、前記電子装置を稼働可能に配線するとともに所定の容器内に収容する段階と、前記容器内に、収容した前記電子装置が浸漬するように不活性液体を流入させる段階と、前記不活性液体を流動させて前記電子装置を冷却しつつ稼働させ、稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を行う段階と、を含む。このような動作試験方法では、従来の冷却装置を用いず、電子装置を不活性液体で冷却しながら、稼働中の電気的特性が測定できる。
なお、前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設けて、前記不活性液体が流動する際に発生する静電気を前記接地電極を通じて容器外に放散させるようにしてもよい。
また、前記不活性液体を前記容器外に流出させるとともに流出した不活性液体を所定の冷却手段で冷却して前記容器内に再流入させることで、不活性液体を常に一定の温度にして、効率よく電子装置を冷却することができる。

本発明の動作試験装置では、電子装置を不活性液体に浸漬させた状態で該電子装置の電気的特性を測定するために、従来の冷却装置を用いずに、電子装置本体の電気的特性を正確に測定することが容易になる。

本実施形態の電子装置の動作試験装置の概観図である。 容器の詳細な構成を説明するためのＡ−Ａ断面図である。 熱交換機の構成を説明するための図である。 電磁界分布の測定結果の例示図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の動作試験装置の概観図である。
動作試験装置１は、稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置２が収容される容器１０、容器１０内に入れられた冷却液３を冷やすための熱交換機２０、容器１０と熱交換機２０との間で冷却液３を循環させるためのポンプ３０、及び電子装置２の動作試験を行うための試験機４０を備えている。
容器１０とポンプ３０との間には冷却液排出管４が配管され、ポンプ３０と熱交換機５との間には熱交換管５が配管され、熱交換機２０と容器１０との間には冷却液注入管６が配管される。
電子装置２は、単体の半導体装置、あるいは、１以上の半導体装置を搭載した基板である。冷却液３は、非導電性のものであり、好ましくは誘電率が２［Ｆ／ｍ］以下の不活性液体である。誘電率が高くなると、電子装置２内を伝送される高速信号の波形が鈍り、正常な高速動作に支障をきたすためである。冷却液３には、例えばフッ素系不活性液体、フロリナート、純水、ベンゼン、シリコンオイル、ミネラルオイル等を用いることができる。

図２は、容器１０の詳細な構成を説明するためのＡ−Ａ断面図である。
容器１０には、動作試験時に電子装置２が浸漬される量だけ冷却液３が貯留される。容器１０内には、電子装置２を収容するための収容台１１が、収容面が容器１０の底面１２から所定の高さになるように設けられる。容器１０内の冷却液３に触れる部位に接地電極１３が設けられる。図２の例では、接地電極１３が収容台１１下の容器１０の底面１２に設けられる。接地電極１３には容器１０外部に延びる導線１４が接続されており、この導線１４を介して容器１０の外部で接地される。

収容台１１を設けて動作試験時にこの上に電子装置２を収容することで、電子装置２は、すべての方向から冷却液３により冷却される。収容台１１が無い場合には、電子装置２が底面１２に直に置かれることになるが、これでは電子装置２の底側からの冷却が十分に行えず、収容台１１に収容する場合よりも冷却効率が悪い。収容台１１上の電子装置２の近傍に、温度センサ１５が設けられる。温度センサ１５により、電子装置２近傍の温度を測定することができる。

なお、収容台１１に電子装置２の各入力端子に対応して電極を設けて、収容台１１上の所定の位置に電子装置２を収容することで、電子装置２の稼働に必要な電源、信号の印加を可能にしてもよい。収容台１１に設けられる電極は、容器１０外部に用意される電源装置、信号発生装置等の電子装置の稼働に必要な各種装置に接続される。このような構成では、収容台１１の所定の位置に搭載するだけで電子装置２が稼働できるために、動作試験を効率よく行えるようになる。複数の異なる電子装置に対して動作試験を行う場合には、それぞれの電子装置２に対応した収容台１１を用意する必要がある。

容器１０には、熱交換機２０から冷却液３が注入される注入口１６と、ポンプ３０により冷却液３が排出される排出口１７とが設けられている。注入口１６には冷却液注入管６が接続される。排出口１７には冷却液排出管４が接続される。

図３は、熱交換機２０の構成を説明するための図である。
熱交換機２０には、液槽２１内にラジエータ２２を有している。液槽２１には、ラジエータ２２が浸漬される量だけ２次冷却液２３が貯留される。ラジエータ２２には、熱交換管５が接続される注入口２４と、冷却液注入管６が接続される排出口２５とが設けられる。
ラジエータ２２には、ポンプ３０により注入口２４から冷却液３が注入される。また、冷却液３が排出口２５から容器１０に排出される。

熱交換機２０では、ポンプ３０から注入される冷却液３が、ラジエータ２２において２次冷却液２３と熱交換することで冷却される。そのために、２次冷却液２３は、冷却液３よりも常に温度を低く設定してある。

＜運用形態＞
動作試験の開始時には、容器１０の収容台１１に収容された電子装置２に動作試験に必要な配線を行い、冷却液３を電子装置２が浸漬される量だけ溜める。冷却液３は、容器１０の上部から直接供給されてもよいが、例えば冷却液注入管６を冷却液３の供給装置（図示しない）に接続し、この供給装置から注入口１６を介して供給されてもよい。

動作試験が開始されると、冷却液３は、ポンプ３０により容器１０の排出口１７から排出されて、熱交換機２０に送られる。熱交換機２０で冷却された冷却液３は、熱交換機２０から容器１０の注入口１６を介して容器１０に注入される。
このように、冷却液３は、冷却液排出管４、ポンプ３０、熱交換管５、熱交換機２０のラジエータ２２、及び冷却液供給管６により構成される循環閉路管を循環することで、冷却されて容器１０に戻される。
電子装置２は、従来の冷却装置を用いずに、容器１０内で冷却液３により冷却されつつ稼働中の電気的特性が測定される。

なお、電子装置２により加熱された冷却液３と２次冷却液２３との温度差が大きい場合には、ポンプ３０を用いなくとも、冷却液３が対流して循環閉路管内を循環することが考えられるが、冷却効率を考慮すると、ポンプ３０で強制的に循環させる方が電子装置２の冷却に、より効果がある。

冷却液３は、循環閉路管を循環する以外にも、容器１０内で対流する。非導電性である冷却液３には、循環及び対流により静電気が発生することがある。発生した静電気は、電子装置２を破壊する可能性がある。接地電極１３は、このような静電気を排除することで、静電気による電子装置２への影響を低減する。

＜具体例＞
試験機４０が電子装置２の表面の電磁界分布を測定する装置である場合、上記の動作試験装置１により、発熱量が大きい電子装置２であっても、冷却液３で冷却しながら、通常稼働時の電磁界分布が測定される。電磁界分布が測定されると、電子装置２の他の電子機器に影響を与える恐れがある部分に対策を施すことができる。

図４は、電子装置として複数の半導体装置が搭載されたプリント基板５０を用いた場合の電磁界分布の測定結果の例示図である。このプリント基板５０には、半導体装置としてＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）５２、２個のＲＡＭ（Random Access Memory）５３、５４、及びＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）５５が搭載される。各半導体装置は、配線ｌ１〜ｌ４により接続されている。また、プリント基板５０には、半導体装置の他に、ノイズ対策等のためにコンデンサ等の部品ｐ１〜ｐ３が直接配置されている。

このようなプリント基板５０を容器１０の収容台１１に収容し、冷却液３に浸漬させる。この状態で各半導体装置に電源電圧を印加し、入力信号を実動作時と同様に入力することでプリント基板５０を稼働させる。稼働状態で、試験機４０により電磁界分布の測定を行う。このとき、電磁界が最も強く発生するような入力信号のパタンを与えて、電磁界分布の変化を観測することも有用である。

近年の半導体装置では、設計時から電磁界分布をある程度考慮しており、またパッケージ技術が向上しているために、それ自体により発生する電磁界は、プリント基板５０上に直接配置される部品ｐ１〜ｐ３や配線ｌ１〜ｌ４のそれに比べて弱い。そのために、図４に示すように、部品ｐ１〜ｐ３や配線ｌ１〜ｌ４により発生する電磁界が強く検出される。

動作試験を終えると、プリント基板５０は、容器１０から取り出される。測定結果が所定の条件を満たす場合に電子装置２は、乾燥されて所定部位にヒートシンクが取り付けられ、測定した電磁界分布に応じて電磁シールド部材等が取り付けらる。このような動作試験後の電子装置２は、製品として出荷可能なものとなる。

また、本実施形態の動作試験装置１では、電子装置２上にヒートシンク等を設けないために、稼働中の電子装置２の各部の動作を測定できる。例えば、電子装置２が複数の半導体装置を接続して構成される場合には、各半導体装置の入出力信号を容易にモニタできる。図４に示すプリント基板５０では、配線ｌ１〜ｌ４により伝送される信号を容易にモニタできる。
電子装置２が半導体装置である場合には、半導体装置内に形成された配線により伝送される信号をモニタできる。このようにして動作試験を行い、試験結果を電子装置２の製造にフィードバックしてもよい。

１…動作試験装置、２…電子装置、３…冷却液、４…冷却液排出管、５…熱交換管、６…冷却液注入管、１０…容器、１１…収容台、１２…底面、１３…接地電極、１４…導線、１５…温度センサ、１６…注入口、１７…排出口、２０…熱交換機、１２…液槽、２２…ラジエータ、２３…２次冷却液、２４…注入口、２５…排出口、３０…ポンプ、４０…試験機、５０…プリント基板、５１…ＣＰＵ、５２…ＧＰＵ、５３，５４…ＲＡＭ、５５…ＶＲＡＭ、ｌ１〜ｌ４…配線、ｐ１〜ｐ３…部品

Claims (8)

1. 稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置の製造方法であって、
   前記電子装置を、所定の容器内で流動する不活性液体に浸漬させた状態で稼働させ、稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を行う段階と、
   前記電気的特性の測定結果が所定条件を満たすときに、前記電子装置を前記不活性液体から取り出して、当該電子装置の所定部位にヒートシンクまたは電磁シールド部材を取り付ける段階と、を含む、
   電子装置の製造方法。
2. 前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設け、前記不活性液体が流動する際に発生する静電気を前記接地電極を通じて容器外に放散させる、
   請求項１記載の製造方法。
3. 不活性液体を貯留させる容器と、この容器内の不活性液体を容器外に流出させるとともに流出した不活性液体を前記容器内に再流入させる循環閉路管とを有し、
   前記容器には、稼働時に発熱する電子装置を、貯留させた不活性液体に浸漬させた状態で稼働させ、これにより稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を可能にする収容領域が形成されており、
   前記循環閉路管の近傍には、当該循環閉路管を流れる不活性液体を冷却させる冷却手段が介在する、
   電子装置の動作試験装置。
4. 前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設けてなる、
   請求項３記載の動作試験装置。
5. 前記不活性液体は、誘電率が２［Ｆ／ｍ］以下である、
   請求項３または４記載の動作試験装置。
6. 稼働時の発熱が電気的特性の測定の阻害要因となる電子装置の動作試験方法であって、
   前記電子装置を稼働可能に配線するとともに所定の容器内に収容する段階と、
   前記容器内に、収容した前記電子装置が浸漬するように不活性液体を流入させる段階と、
   前記不活性液体を流動させて前記電子装置を冷却しつつ稼働させ、稼働中の前記電子装置の電気的特性の測定を行う段階と、を含む、
   電子装置の動作試験方法。
7. 前記不活性液体に触れる容器の所定部位に接地電極を設け、前記不活性液体が流動する際に発生する静電気を前記接地電極を通じて容器外に放散させる、
   請求項６記載の動作試験方法。
8. 前記不活性液体を前記容器外に流出させるとともに流出した不活性液体を所定の冷却手段で冷却して前記容器内に再流入させる段階をさらに含む、
   請求項６または７記載の動作試験方法。

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