JP2020060400A - トレー交換式バーンイン試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バーンイン試験終了後、バーンインボードの温度変化を抑制し、テストトレーを短時間で交換し、バーンイン試験装置の稼働率を向上する手段を提供する。【解決手段】テストトレー３００を交換可能に搭載したバーンインボード２００と、該バーンインボード２００を搭載するボードラック１１０とを備え、前記ボードラック１１０の前面に恒温槽１０５内の前記バーンインボードの温度変化を抑制する熱移動抑制カバー４００を備え、前記熱移動抑制カバー４００は前記テストトレー３００の前記バーンインボード２００への搭載と取出を行う開口部４１０を備えると共に、前記開開口部４１０は前記テストトレーの搭載及び取出時に開閉可能な塞ぎ板４２０を備え、さらにボードラック単位に搭載・取り出しができる機能を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスのバーンイン試験装置やエージング装置等に使用されるバーンインボードを、前記半導体デバイスを収容するキャリアソケットを搭載するテストトレーと、テストソケットを搭載するバーンインボードとから構成し、前記テストトレーを交換可能に搭載した前記バーンインボードと該バーンインボードを搭載するボードラックを備えたトレー交換式バーンイン試験装置に関する。

半導体デバイスは、高温或いは低温の環境下で、ストレステストや機能テスト等の電気的特性試験が行われている。
これらの試験の際には、テストソケットを基板上に実装したバーンインボードが用いられている。

近年のバーンインボードは、デバイスの狭ピッチ化・薄型化・小パッケージが進展し、バーンインソケットの高価格化及びバーンインボードの高価格化が進んでいる。

半導体を生産する多くの会社は、従来から生産量を上げる手段としてバーンイン装置の稼働率を上げるため、バーンインボードの使用数を装置搭載数の２倍或はそれ以上に増やして対応している。
バーンイン試験終了後は、バーンイン試験装置内の温度を下げてボードを取出し、デバイスを搭載した新たなボードを挿入し、テスト温度に昇温することで、次の試験が開始される。
バーンイン試験装置の稼働率は、前術のバーンインボードの使用数増やすことで、装置の稼働しない時間を少なくすることで対応しているが、バーンイン試験装置は、恒温槽の昇温及び降温時間とボードの交換時間は稼働できないため、稼働率を大きく向上させるには限界に来ている。

ここで、バーンインボードの投資数を削減し稼働率を上げる手段として、交換可能なテストトレーを搭載するバーンインボードの発明が、特許文献１に開示されている。

すなわち、特許文献１には、半導体デバイスを搭載するソケットを搭載したテストトレーを、テストソケットが搭載されるバーンインボードに交換可能に搭載され、前記バーンインボードはボードラックに搭載され、前記ボードラックは、下面が平板化されている押圧板と前記押圧板を上下に駆動するエアーシリンダーで構成されることを特徴とする、トレー交換方式のバーンイン試験ユニットが開示されている。

特許文献１に係る発明は、半導体デバイスのバーンイン試験を行うバーンインボードを、半導体デバイスを収容するソケットを搭載するテストトレーと、コンタクト端子を有するコンタクト基板を搭載するバーンインボードとから構成し、前記テストトレーを交換可能に搭載したバーンインボードであり、試験終了後前記バーンインボードを前記ボードラック内に留め、前記テストトレーを該バーンインボードから取出し、次の試験のデバイスが搭載されたテストトレーと交換するという発明である。
この発明によるバーンインボードの投資数が大幅に削減されるという効果は認められるが、高温雰囲気中のテストトレーを雰囲気温度の変化を最少にして交換する方法、及び短時間にテストトレーを交換する方法等により、試験装置の稼働率をさらに向上させることについては具体的な記述は無く課題が残っている。

本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。

第１に、
テストトレーを交換可能に搭載したバーンインボードユニットと、
該バーンインボードユニットを搭載するボードラックを備えたトレー交換式バーンイン試験装置であり、
前記ボードラックの前面に、前記バーンイン試験装置の槽内を構成する部材と気体が有する熱量が、外部へ移動することを抑制する熱移動抑制カバーを備え、
前記熱移動抑制カバーは、前記バーンイン試験装置からの取り外しが可能な構成をし、前記テストトレーの搭載と取出しができる開口部を備え、
前記開口部は、前記テストトレーの搭載及び取出し時に開閉可能な塞ぎ板を備え、
前記塞ぎ板は、前記開口部の長手方向の内側の上部または下部に回転軸を置き、前記テストトレーの搭載時と取出し時に開閉する機構を備えたことを特徴とする、
トレー交換式バーンイン試験装置。
なお、前記塞ぎ板の開閉は、前記テストトレーの搭載と取出しを行う治具ラックのアームを前後に移動させることで行うことができる。
また、前記塞ぎ板の回転軸を前記開口部の長手方向の外側に設けることもできるが、該塞ぎ板の開閉機構が複雑になる。

第２に、
前記テストトレーは、
前記バーンインボードを構成するトレー搭載ステージに交換可能に搭載され、前記開口部に面する前記テストトレーを構成するトレーフレームに、外部からの力を受け止め、前記テストトレーの取出しを可能にする突き当て面と引掛り部を備えたことを特徴とする、
第１に記載のトレー交換式バーンイン試験装置。
なお、前記トレーフレームが前記テストトレーの取出しを可能にする突き当て面と引掛り部を備えることで、前記治具ラックを構成するアームの動作で前記テストトレーの搭載と取出しを短時間に行うことができる。
さらに、前記バーンインボードへの搭載と取出しは前記治具ラックにより、ボードラック単位に行うことができる。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

第１の発明によれば、前記熱移動抑制カバーを前記ボードラック前面に設けることで、バーンイン試験装置内（以降恒温槽と称する）の前記バーンインボードを含む恒温槽を構成する部材と気体が有する熱量が外部へ移動することを抑制し、前記恒温槽内の温度変化を最少化することができると共に、前記テストトレーの搭載と取出を行う時だけ前記塞ぎ板を開閉させることで、前記恒温槽内の熱量の外部への熱の移動をさらに抑制し、次の試験を開始する時の試験温度への昇温時間を大幅に短縮することができる。

第２の発明によれば、前記テストトレーが治具による搭載と取出しを可能にする突き当て面と引掛り部を備えることにより、短時間で前記テストトレーを交換することができ、さらに、前記治具ラックを利用することで、短時間で前記治具ラック単位の前記テストトレーの搭載と取出しができ、バーンイン試験装置の稼働率をさらに向上することができる。

本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置で、一部熱移動抑制カバー（図２で示すカバーの右半分）を省略した状態を示す斜視図である。 本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置の熱移動抑制カバーを搭載したバーンイン試験装置の斜視図である。 図２で示される熱移動抑制カバーの斜視図である。 図３で示される開口部と開閉可能な塞ぎ板を示す斜視図である。 図４で示される開閉可能な塞ぎ板を示す断面図である。 本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置のバーンインボードとテストトレーと治具ラックを構成するアームを示す斜視図である。 図６で示されるアームが搭載される治具ラックを示す斜視図である。 図７で示されるＡ部の詳細を示す斜視図である。 図７で示されるＢ部の詳細を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は該当形態に限定されるものではない。

図１に示される本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置１００は、半導体デバイスのバーンイン試験を行うバーンインボードを、キャリアソケット３１０（図６）を搭載するテストトレー３００と、テストソケット２４０（図６）を搭載するバーンインボード２００とから構成し、前記テストトレー３００を交換可能に搭載した前記バーンインボード２００と、該バーンインボード２００を搭載するボードラック１１０を備え、前記ボードラック１１０は押圧板１２０と昇降機構１３０を備え、さらに該ボードラック１１０の前面に熱移動抑制カバー４００を備えたトレー交換式バーンイン試験装置１００である。

図は理解を容易にするため、右側の前記ボードラック１１０を前面に引き出して表示し、前記熱移動抑制カバー４００の右側は省略している。

試験終了後、前記バーンインボード２００は前記ボードラック１１０に留まり、前記テストトレー３００を前記バーンインボード２００から取り出すことができる機構（図６参照）になっている。

図２は、本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置１００の前記ボードラック１１０の前面に、前記熱移動抑制カバー４００を設けた構成を示し、前記恒温槽１０５の扉を開いた時に、前記恒温槽１０５内の構成部材と気体が持つ熱量の、外部への熱の移動を小さくするものであり、前記テストトレー３００の搭載と取出しを行う前記開口部４１０を備えている。
なお、前記テストトレー３００を交換する時は、送風機とヒーター（図示は省略）は停止した状態で行う。

図３は、前記熱移動抑制カバー４００を示し、該熱移動抑制カバー４００は、前記テストトレー３００の搭載と取出しを行う前記開口部４１０を備えている。
前記開口部４１０の内側には、開閉可能な前記塞ぎ板４２０が設けられており、熱の外部への放熱量をさらに小さくすることができる。

また、前記熱移動抑制カバー４００は、前記テストトレー３００の搭載と取出しに使用する治具ラック５００（図７）と、前記開口部４１０間の位置合せを行う位置合せ用の孔４３０を複数個備えている。

図４は、図３で示される前記開口部４１０及びその内側に設けられた前記塞ぎ板４２０を示す斜視図である。
該塞ぎ板４２０は、前記開口部４１０の表側に取付けることも可能であるが、開閉を容易にするため裏側に取付けている。

図５は、図４で示される前記開口部４１０の内側に設けられた前記塞ぎ板４２０の左側面を示す断面図である。
前記塞ぎ板４２０は、前記開口部４１０の長手方向上辺の内側に回転軸を置き、前記治具ラック５００を使用して前記テストトレー３００を搭載する時に、該テストトレー３００に押されて開き、前記治具ラック５００のテストトレー搭載・取出を行うアーム５６０（図７〜図９）が、前記熱移動抑制カバー４００から離れる時に閉まる機構を備えている。

なお、詳細は省略するが前記塞ぎ板４２０の回転軸方向の数カ所に、トーションばね４４０（点線で表示）を組み込むことで、該塞ぎ板４２０を閉じた状態で保持することができる。

さらに、前記トーションばね４４０を設けることにより、前記恒温槽１０５内を循環する気体の風圧による前記塞ぎ板４２０の動きを防止することができる。

なお、図示は省略するが前記塞ぎ板４２０の回転軸は、長手方向下辺の内側に設けることも可能である。
この場合、開く角度を９０度として前記テストトレー３００の下面の受けとして使用することができる。閉じる作業は自重と反対方向の力が必要になるため、バネなどを設けることによる閉じる力が必要になる。

図６は、本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置１００に搭載される前記バーンインボード２００と、該バーンインボード２００に搭載される前記テストトレー３００から構成され、前記バーンインボード２００を構成する真空チャンバー枠２２０、裏面カバー付きフレーム２３０、テストソケット２４０、トレー搭載ステージ２５０、トレー位置決めピン２６０、と前記テストトレー３００を構成するキャリアソケット３１０、トレーフレーム３２０、位置決め用の孔３３０、引掛り部３４０及び突き当て面３５０が表示されている。

前記テストトレー３００の搭載は、前記治具ラック５００を構成する前記アーム５６０のヘッド５７０で、前記トレーフレーム３２０の突き当て面３５０を押すことで搭載することができる。

前記テストトレー３００の取出しは、前記ヘッド５７０を、前記テストトレー３００に設けられた前記引掛り部３４０に落し込んだ後、手前へ引き出すことで取出すことができる。

なお、前記トレー搭載ステージ２５０には前記テストトレー３００が搭載されるが、図面上は理解を容易にするために、前記テストトレー３００を該トレー搭載ステージ２５０から浮かした図としている。

該トレー搭載ステージ２５０は、前記テストトレー３００を誘導し、前記位置決めピン２６０と位置合わせできるような構成になっている。
ここで、前記テストトレー３００が前記押圧板１２０で押し下げられる時に、前記バーンインボード２００に設けられた位置決めピン２６０と前記テストトレー３００に設けられた位置きめ用の孔３３０の勘合により、位置決めが行われる。

図７は、前記テストトレー３００をボードラック単位に搭載と取出しを行うことが可能な治具ラック５００の構成を示す斜視図である。
前記治具ラック５００はフレーム５１０、ガイドレール５２０、前記位置決めピン５３０、リフトアップ用ハンドル５４０、トレー搭載・取出部フレーム５５０、前記アーム５６０、前記ヘッド５７０（図６）、前後方向スライドガイド機構５８０及び上下方向スライドガイド機構５９０から構成されている。
該治具ラック５００の動作は、［００３５］以降で説明しているため省略する。

図８は、図７で示される前記治具ラック５００の上部のＡ部の詳細を示している。
図６で示した前記テストトレー３００の搭載と取出しを行う複数の前記アーム５６０が、前記トレー搭載・取出部フレーム５５０に取付けられ、前記アーム５６０は前記テストトレー３００の搭載と取出しを行う前記ヘッド５７０を左右に２個備えている。

図９は、図７で示される前記治具ラック５００の下部のＢ部の詳細を示している。
Ｂ部を構成する前記前後方向スライドガイド機構５８０と前記上下方向スライドガイド機構５９０は上部と同じ構成で、上部と下部の両側に設けられることで、前記トレー搭載・取出部フレーム５５０のスムーズな前後移動と上下移動を可能にしている。
前記リフトアップ用ハンドル５４０は、前記トレー搭載・取出部フレーム５５０の下側に設けられている。

以下、図７から図９を用いて前記治具ラック５００が前記テストトレー３００の搭載と取出しを行う動作を説明する。
前記アーム５６０を前後方向及び上下方向に移動させるために、前記前後方向スライドガイド機構５８０と前記上下方向スライドガイド機構５９０が前記フレーム５１０と前記トレー搭載・取出部フレーム５５０間の上部と下部２ヵ所に設けられている。

前後方向の移動は、前記トレー搭載・取出部フレーム５５０を前後方向に力を加えることで移動させることができる。
上下方向の移動は、簡易カム機構などを利用した前記リフトアップ用ハンドル５４０を、矢印のように操作することで簡単に上下動させることができる。
前記リフトアップ用ハンドル５４０の取付け場所は上部でも良い。

前記テストトレー３００の搭載は、前記トレー搭載・取出部フレーム５５０を前方へ押すことで、前記ヘッド５７０が前記トレーフレーム３２０の突き当て面３５０を押し、前記トレー搭載ステージ２５０の停止位置まで押すことで搭載を行うことができる。

前記テストトレー３００の取出しは、前記アーム５６０を前記トレーフレーム３２０に接触するまで前方に移動させた後、該アーム５６０が前記トレーフレーム３２０を乗り越える高さまで、前記リフトアップ用ハンドル５４０で持ち上げ、更に停止するまで前進させた後、該アーム５６０を下方に下げることで、前記ヘッド５７０が前記トレーフレーム３２０に設けられた前記引掛り部３４０に侵入し、該アーム５６０を手前に引き出すことで取出しを行うことができる。

次に本発明に係るトレー交換式バーンイン試験装置の稼働例について説明する。
図１及び図６に示すように、トレー交換式バーンイン試験装置１００は、ボードラック１１０に搭載されるバーンインボード２００に、テストトレー３００が搭載されている。

ボードラック１１０に取り付けられる押圧板１２０の下面は平板化しているので（図示は省略）、品種に対応したテストトレー３００とバーンインボード２００を準備することで、すべての品種に対応することができる。

半導体デバイスが搭載されたテストトレー３００は、図６に概略を示すように、前記トレー搭載ステージ２５０に、挿入して搭載する。
この時、トレー搭載ステージ２５０の搭載面の高さは、前記真空チャンバー枠２２０の高さより高くなっている。

試験開始時は、図１に示す昇降機構１３０で押圧板１２０を下方へ押下げることで、該押圧板１２０がテストトレー３００と接触し、テストトレー３００が押下げられ、該押圧板が、真空チャンバー枠２２０に接触するまで押し下げられ、押圧板１２０とバーンインボード２００を構成する部材とで減圧用試験空間が構成される。

次に、図示は省略するが減圧用真空ポンプを稼働することで、減圧用試験空間は減圧され、押圧板１２０がテストトレー３００をさらに押し下げ、キャリアソケット３１０に搭載された半導体デバイスの端子とバーンインボード２００に搭載されたテストソケット２４０の端子が接続し、半導体デバイスの試験が行われる。

試験終了時は減圧用真空ポンプを停止し、昇降機構１３０で押圧板１２０を上方へ押し上げる。
この時テストトレー３００は、トレー搭載ステージ２５０と共に試験開始前の位置に復帰し、バーンインボード２００からの取出しが可能になる。

次に、トレー交換式バーンイン試験装置１００の送風と加熱を停止し前面扉を開き、治具ラック５００を熱移動抑制カバー４００に接触させ位置合せを行った後、テストトレー３００の取出しをボードラック１１０単位で行うことができ、短時間で且つ恒温槽１０５内の温度変化を最小限にしてテストトレー３００を取り出すことができる。

治具ラック５００と熱移動抑制カバー４００の位置合せは、治具ラック５００に設けられた位置決めピン５３０と熱抑制カバー４００に設けられた位置合わせ用の孔４３０とが嵌合することにより行われる。

以上のように、テストトレー３００を取り出す時も搭載する時も、治具ラック５００に設けられたトレー搭載・取出部５５０の移動で、塞ぎ板４２０の開閉ができ、開口部４１０からの熱の外部への移動を抑制することができる。

本発明は以上のように構成するので、具体的には、次の課題に対応が可能となる。
近年狭ピッチ化する半導体デバイスのバーンインボードの価格は、従来の数倍或はそれ以上に高価格になってきている。

従来のようにバーンインボードを装置搭載数の２倍準備して生産に対応するのではなく、テストトレー３００を交換することにより、高価なバーンインボードを２倍準備する必要が無くなる。

また、熱移動抑制カバー４００を設けることにより恒温槽１０５からの装置外への放熱量を小さくすることができると共に、次のテスト温度への昇温時間を短縮することができ、バーンイン試験装置の稼働率を大幅に改善することができる。

さらに治具ラック５００の使用により、バーンイン試験装置内のテストトレー３００を短時間で交換することができ、バーンインボード２００を含む恒温槽１０５の温度変化を小さくすることができるため、次の試験温度への昇温も短時間で到達でき、バーンイン試験装置の稼働率をさらに改善することができる。

上記の効果により、今後進展すると考えられる狭ピッチパッケージや小パッケージへの対応ができ、バーンインボードの投資コストを１／２以上に削減できると共に、バーンイン試験装置の稼働率を大幅に向上する効果が期待できる。

１００ トレー交換式バーンイン試験装置
１０５ 恒温槽
１１０ ボードラック
１２０ 押圧板
１３０ 昇降機構
２００ バーンインボード
２２０ 真空チャンバー枠
２３０ 裏面カバー付きフレーム
２４０ テストソケット
２５０ トレー搭載ステージ
２６０ トレー位置決めピン
３００ テストトレー
３１０ キャリアソケット
３２０ トレーフレーム
３３０ 位置決め用の孔
３４０ 引掛り部
３５０ 突き当て面
４００ 熱移動抑制カバー
４１０ 開口部
４２０ 塞ぎ板
４３０ 位置合わせ用の孔
４４０ トーションばね
５００ 治具ラック
５１０ フレーム
５２０ ガイドレール
５３０ 位置決めピン
５４０ リフトアップ用ハンドル
５５０ トレー搭載・取出部フレーム
５６０ アーム
５７０ ヘッド
５８０ 前後方向スライドガイド機構
５９０ 上下方向スライドガイド機構

特許第６１７８９６９号

Claims (2)

1. テストトレーを交換可能に搭載したバーンインボードユニットと該バーンインボードユニットを搭載するボードラックを備えたトレー交換式バーンイン試験装置であり、
   前記ボードラックの前面に、前記バーンイン試験装置の槽内を構成する部材と気体が有する熱量が、外部へ移動することを抑制する熱移動抑制カバーを備え、
   前記熱移動抑制カバーは、前記バーンイン試験装置からの取り外しが可能な構成をし、前記テストトレーの搭載と取出ができる開口部を備え、
   前記開口部は、前記テストトレーの搭載と取出し時に開閉可能な塞ぎ板を備え、
   前記塞ぎ板は、前記開口部の長手方向に回転軸を置き、前記テストトレーの搭載時と取出し時に開閉する機構を備えたことを特徴とする、
   トレー交換式バーンイン試験装置。
2. 前記テストトレーは、
   前記開口部に面する前記テストトレーを構成するトレーフレームに、外部からの力を受け止め、前記テストトレーの取出しを可能にする突き当て面と引掛り部を備えたことを特徴とする、
   請求項１に記載のトレー交換式バーンイン試験装置。