JP2021043182A - バーンイン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】恒温槽を必要とせず、かつ、試料体が急速に自己発熱した際に試料体を冷却して試料体の内部温度の温度制御を行うことができるバーンイン装置を提供する。【解決手段】ソケット２１にヒータ２１ｃを備えると共に、ヒータ２１ｃによって試料体１０を試験温度に加熱し、試料体１０の温度Ｔｔに基づいてヒータ２１ｃの出力を制御する。これにより、ヒートシンクとして機能するソケット２１にてヒータ２１ｃを冷却できるため、試料体１０の自己発熱量よりも冷却能力を高くすることができる。したがって、従来のように、恒温槽を用いなくても、試料体１０の温度制御を行うことができ、試料体１０が急速に自己発熱した際に試料体１０を冷却して試料体１０の内部温度の温度制御を行うことが可能なバーンイン装置にできる。【選択図】図３

Description

本発明は、電圧を試料体に印加させ、高温に晒すことで、初期不良を排除するバーンイン試験において、自己発熱する試料体の温度制御をしながら、スクリーニングを行うバーンイン装置に関するものである。

従来、電子部品の初期不良を排除するためにスクリーニングを目的とした、バーンイン試験が知られている。一般的なバーンイン試験は、試料体に所定の電圧を印加すると共に、試料体を高温の雰囲気に晒すことで、試料体の不具合を顕在化させる試験である。しかし、試料体の中では、パワー半導体など、電圧を印加させることでリーク電流が多く流れるものがあり、このような物でバーンイン試験を行うと、試料体の自己発熱量が大きくなる。そのため、試料体の内部素子温度が自己発熱により上昇し、さらに多くのリーク電流が流れることで、熱暴走が発生し、最終的に素子が破壊される恐れがある。

この特許文献１に開示されているバーンイン装置では、恒温槽内に試料体を配置すると共に試料体毎にヒータを設け、恒温槽内の雰囲気温度を高くしつつ試料体をヒータでも加熱することで、試験温度に近づけ、その発熱を恒温槽内に放出する。そして、その時の試料体の温度に基づいてヒータ温度を制御することで、恒温槽内の雰囲気温度が試験温度となるように制御する。すなわち、試料体の発熱量が多くなって試料体の温度が高くなるとヒータ温度を下げるなどにより、試験温度が一定となるように制御している。なお、試験温度は、試料体の耐久性のスクリーニングを行うときの温度であり、試料体の種類によって決まっている温度である。

特開２０１５−０６４２６３号公報

上記したように、特許文献１に記載のバーンイン装置では、試料体の発熱量に応じた試料体の温度に基づいてヒータ温度を調整することで、恒温槽内の雰囲気温度が試験温度となるように制御している。しかし試料体の中には、バーンイン試験を行っている最中に、内部素子が破壊されてしまうものもある。上記バーンイン装置では、バーンイン試験中に試料体の内部素子が破壊された場合、急速に自己発熱を起こした際、恒温槽内の雰囲気温度を冷却する方法がないため、急激な温度上昇に追従できず、温度制御できないという問題がある。

また、上記バーンイン装置は、試料体の温度制御を行うために、恒温槽を用いる必要があるため、設備コストがかかるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、恒温槽を必要とせず、かつ、試料体が急速に自己発熱した際に試料体を冷却して試料体の内部温度の温度制御を行うことができるバーンイン装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、試料体（１０）を所定温度に加熱しつつ該試料体に電圧を印加してバーンイン試験を行うバーンイン装置であって、試料体が収容されるカセットボックス（２）と、カセットボックス内に送風を行うファン（２３）と、カセットボックス内に収容され、試料体が設置される設置台を構成すると共に、該試料体が設置される一面に該試料体を加熱するヒータ（２１ｃ）およびヒータの熱を試料体に伝えるヒータプレート（２１ｂ）が配置され、かつ、ヒータおよびヒータプレートが配置された一面と反対側の一面に放熱フィン（２１ｄ）が備えられたソケット（２１）と、カセットボックス内に収容され、ソケットが設置されるソケットボード（２２）と、ファンによってカセットボックス内に送風を行いつつ、ヒータによって試料体を加熱し、試料体に備えられた温度センサ（１０ａ）によって試料体の温度（Ｔｔ）を測定すると共に、該試料体の温度に基づいてヒータの出力を制御する制御部（６）と、を有している。

このように、ソケットにヒータを備えると共に、ヒータによって試料体を試験温度に加熱し、試料体の温度に基づいてヒータの出力を制御している。これにより、ヒートシンクとして機能するソケットにてヒータを冷却できるため、試料体の自己発熱量よりも冷却能力を高くすることができる。したがって、従来のように、恒温槽を用いなくても、試料体の温度制御を行うことができ、試料体が急速に自己発熱した際に試料体を冷却して試料体の内部温度の温度制御を行うことが可能なバーンイン装置にできる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかるバーンイン装置の斜視図である。 バーンイン装置に用いられるカセットボックスの斜視透過図である。 ソケットおよび試料体の断面図である。 バーンイン装置の制御ブロックを示した図である。 第２実施形態で説明するソケットおよび試料体の断面図である。 図５に示すソケットおよび試料体の上面図である。 第３実施形態で説明するバーンイン装置に用いられるカセットボックスの斜視透過図である。 第４実施形態で説明するソケットおよび試料体の上面図である。 他の実施形態で説明するカセットボックスの斜視透過図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１〜図３を参照して本実施形態にかかるバーンイン装置の構造について説明すると共に、図４を参照してバーンイン装置の制御構成について説明する。

図１に示すように、バーンイン装置１は、カセットボックス２、枠体部３、電源動力部４および冷却器５などを有した構成とされ、枠体部３に設けられたスロット内にカセットボックス２が複数個収容されることで構成されている。また、図４に示すように、バーンイン装置１には、制御部６が備えられており、制御部６によって電源動力部４による電圧印加の制御を含む各種制御を実行する。

カセットボックス２は、図２に示すように、試料体１０を含むバーンイン試験を行うための各設備が備えられた箱状部材であり、例えば金属によって構成されている。本実施形態の場合、カセットボックス２には、ソケット２１、ソケットボード２２、ファン２３および網部２４が備えられていると共に、図示していないが電源動力部４からの給電用配線が内部に引き出されている。カセットボックス２は、図２の紙面左右方向を長手方向とした長方体形状で構成されている。

ソケット２１は、試料体１０が設置される設置台となるものであり、図３に示すように、上面側に凹部２１ａが形成され、この凹部２１ａ内に試料体１０が収容される。ソケット２１に設置される試料体１０は、初期不良を排除するためのスクリーニングを目的としたバーンイン装置１によるバーンイン試験の検査対象となるものである。バーンイン試験による検査対象となるものであれば試料体１０はどのようなものでも構わないが、例えば半導体パワー素子が内蔵された半導体モールド部品などが試料体１０として挙げられる。試料体１０は、温度センサ１０ａを内蔵した内部素子１０ｂを有しており、試料体１０の内部温度を測定できるようになっている。試料体１０に関して、電圧印加に基づいて内部素子１０ｂの負荷を加えることで内部素子１０ｂの初期不良を顕在化させる検査が行われる。その際に内部素子１０ｂが自己発熱するため、その発熱に伴う温度上昇も温度センサ１０ａで検出できるようになっている。

凹部２１ａ内における底部には、ヒータプレート２１ｂおよびヒータ２１ｃが備えられている。具体的には、凹部２１ａの底部、つまり試料体１０が設置される一面に、ヒータ２１ｃが設置され、その上にヒータプレート２１ｂが設置されている。これにより、ヒータプレート２１ｂを介してヒータ２１ｃによる試料体１０の加熱が行えるようになっている。ヒータ２１ｃは、シリコーンゴムなどで覆われて構成され、抵抗加熱によって試料体１０を加熱する。また、ソケット２１のうちの凹部２１ａと反対側の一面には放熱フィン２１ｄが備えられており、後述するようにファン２３から供給される冷媒となる空気との熱交換により、ソケット２１の冷却が行えるようになっている。ソケット２１の材質については任意であるが、冷却効率を考慮してアルミニウムなどの金属材料で構成されていると好ましい。

ヒータプレート２１ｂは、試料体１０が収容される凹部２１ａの形状に合わせた形状とされ、例えば四角形板状とされている。ヒータプレート２１ｂには、温度センサ２１ｂａが備えられており、温度センサ２１ｂａにてヒータプレート２１ｂの温度が測定できるようになっている。なお、図示しないが、ソケット２１にはヒータ２１ｃへの給電を行うためのコネクタなどが備えられており、電源動力部４からヒータ２１ｃへの給電用配線がヒータ２１ｃに接続可能な構成とされている。

ソケットボード２２は、ソケット２１を設置する板状部材であり、例えば樹脂によって構成されていてカセットボックス２の底面２ａに設置される。ソケット２１は、このソケットボード２２に立てられて配置される。なお、図示していないが、ソケットボード２２は単なる平板状とされていても良いが、ソケット２１と対応する凹凸が形成された構造とされていても良い。ソケットボード２２を凹凸が形成された構造とすれば、ソケット２１の位置合せを容易に行える。

ファン２３は、カセットボックス２内に送風を行うためのもので、カセットボックス２の長手方向の両側に位置する壁面のうちの一方の壁面に配置されている。本実施形態の場合、長方形状とされた一方の壁面の長辺に沿ってファン２３が複数個並べられ、カセットボックス２内においてファン２３が備えられた壁面から反対の壁面に向かって風が直線的に流動させられるようにしてある。

網部２４は、カセットボックス２の長手方向の両側に位置する壁面のうちの他方の壁面に形成されている。本実施形態の場合、長方形状とされた他方の壁面の形状に合せて長方形状に網部２４が形成されている。そして、ファン２３から流動してきた風がソケット２１を通過して網部２４から排出されるようになっている。

枠体部３は、各カセットボックス２を収容するための枠を構成するものである。枠体部３には、カセットボックス２の形状と対応するスロットが形成され、スロット内にカセットボックス２が嵌め込まれるようになっている。

電源動力部４は、試料体１０への電圧印加やヒータ２１ｃへの電圧印加を行う電源としての役割を果たす。図示していないが、上記したように、電源動力部４には各カセットボックス２に配置された試料体１０やヒータ２１ｃおよび後述する冷却器５への給電を行うための給電用配線が備えられている。

冷却器５は、ラジエータなどで構成され、ファン２３からカセットボックス２内に供給する風を冷却風とする際に使用され、電源動力部４からの給電によって作動させられる。

制御部６は、電源動力部４を制御することで、試料体１０に対して例えば半導体パワー素子に負荷を加えるための電圧印加や温度センサ１０ａによる温度測定のための通電を行う。同様に、制御部６は、電源動力部４を制御することで、ヒータ２１ｃへの電圧印加や温度センサ２１ｂａによる温度測定のための通電を行う。また、制御部６は、ファン２３への通電を行うことでカセットボックス２への送風を制御したり、冷却器５への通電の出力に基づいてファン２３からの送風を常温風と冷却風とに切り替える制御を行ったりしている。

次に、上記のように構成されたバーンイン装置１における試料体１０のバーンイン試験の方法について説明する。

まず、ソケット２１の凹部２１ａ内に試料体１０を収容し、ソケット２１と共に試料体１０をソケットボード２２に設置する。そして、ヒータ２１ｃや試料体１０それぞれに給電用配線を接続し、ソケットボード２２および試料体１０を収容したソケット２１をカセットボックス２内の所定位置に配置する。

続いて、制御部６にてファン２３を駆動し、常温風を常時送風した状態とする。そして、制御部６にて電源動力部４を制御し、試料体１０に対して電圧印加を行うことで試料体１０の内部素子１０ｂに負荷を加えると共に、温度センサ１０ａへの通電を行って試料体１０の温度を測定する。同様に、制御部６にて電源動力部４を制御し、ヒータ２１ｃに対して電圧印加を行うことでヒータ加熱を行うと共に、温度センサ２１ｂａへの通電を行ってヒータプレート２１ｂの温度を測定する。そして試料体１０の温度Ｔｔが試料体１０の種類によって決まっている試験温度となるようにヒータ２１ｃの出力を制御する。

このとき、試料体１０の温度Ｔｔを試験温度に基づいて設定される所定の温度閾値（以下、第１閾値という）と比較しており、温度Ｔｔが第１閾値を超えていれば、試料体１０が異常発熱していると判定している。これにより、試料体１０の温度Ｔｔの異常発熱を検出でき、それに伴ってヒータ２１ｃをオフして加熱を停止できるため、ヒータ２１ｃの上部の温度を低下させられ、試料体１０の温度を低下させることができる。

このとき、カセットボックス２内にはファン２３の駆動に基づいて少なくとも常温風が送風されていることから、内部素子１０ｂが破壊される前に急速に自己発熱した試料体１０を冷却することができる。特に、ヒータ２１ｃをソケット２１に配置しており、放熱フィン２１ｄが備えられたソケット２１がヒートシンクとして機能することで、よりヒータ２１ｃの温度Ｔｈの低下を早めることが可能となる。

さらに、冷却器５を備えているため、冷却器５を駆動してファン２３から冷却風を送風できるようにすれば、よりソケット２１を冷却でき、ヒータ２１ｃの温度Ｔｈの低下をさらに早めることが可能となる。

また、試料体１０の温度Ｔｔが試験温度よりも低下した場合には、ヒータ２１ｃをオンして再びヒータ２１ｃの温度Ｔｈを上昇させ、試料体１０を加熱すれば、試料体１０の温度を再び試験温度に上昇させることができる。

なお、制御部６は、ヒータ２１ｃの温度Ｔｈを測定しており、ヒータ２１ｃの温度Ｔｈが試験温度以上となる温度閾値（以下、第２閾値という）より高くなるような場合には、自動的にヒータ２１ｃを停止するようにしている。第２閾値は例えば第１閾値よりも低い温度に設定されており、試料体１０の温度Ｔｔが第１閾値よりも低いにもかかわらずヒータ２１ｃが高温化しているのは、何らかの故障が発生している場合等と考えられる。このため、このような場合には試料体１０の温度Ｔｔが第１閾値を超えていなくてもヒータ２１ｃを停止してバーンイン装置１を故障から保護するようにしている。

以上説明したように、ソケット２１にヒータ２１ｃを備えると共に、ヒータ２１ｃによって試料体１０を試験温度に加熱し、試料体１０の温度Ｔｔに基づいてヒータ２１ｃの出力を制御している。これにより、ヒートシンクとして機能するソケット２１にてヒータ２１ｃを冷却できるため、試料体１０の自己発熱量よりも冷却能力を高くすることができる。したがって、従来のように、恒温槽を用いなくても、試料体１０の温度制御を行うことができ、試料体１０が急速に自己発熱した際に試料体１０を冷却して試料体１０の内部温度の温度制御を行うことが可能なバーンイン装置１にできる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してソケット２１の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５および図６に示すように、本実施形態のバーンイン装置１では、ソケット２１に押圧部に相当する爪部２１ｅを備えている。図６に示すように、ソケット２１の上面形状が四角形状とされているが、その四隅と対応する位置にそれぞれ爪部２１ｅが備えられている。

より詳しくは、ソケット２１の凹部２１ａは段付き形状とされ、段付き部の内側の収容部２１ａａと、その外側の外縁部２１ａｂとによって構成されている。収容部２１ａａは、試料体１０が嵌め込まれるところであり、その外側の外縁部２１ａｂに爪部２１ｅが配置されている。爪部２１ｅは、図示しないバネによる弾性力によって起立状態と倒伏状態とに回転して切り替えられるようになっており、起立状態のときには外縁部２１ａｂ内に収まり、倒伏状態のときには外縁部２１ａｂから収容部２１ａａ側に張り出す。

このため、試料体１０を収容部２１ａａ内に配置する前の状態においては、爪部２１ｅを起立状態として試料体１０を収容部１０ａａ内に配置し、その後、爪部２１ｅを倒伏状態として試料体１０をヒータプレート２１ｂおよびヒータ２１ｃ側に押しつける。

このように、ソケット２１に押圧部として機能する爪部２１ｅを備え、収容部２１ａａに配置された試料体１０を爪部２１ｅでヒータプレート２１ｂおよびヒータ２１ｃ側に押しつけることが可能となる。これにより、より試料体１０とヒータプレート２１ｂおよびヒータ２１ｃとの密着性を高められ、ヒータプレート２１ｂと試料体１０との当接面での熱抵抗を減らすことができ、試料体１０の昇温、降温の時間をより短縮化することが可能となる。よって、試料体１０の内部素子１０ｂの温度制御をより精度良く行うことが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対して１つのカセットボックス２に対して検査できる試料体１０の数を増やしたものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態では、１つのカセットボックス２に対して複数のソケット２１が配置されている。そして、ソケット２１のそれぞれに試料体１０を配置して、複数の試料体１０に対して同時にバーンイン試験を行うことが可能となっている。具体的には、ソケットボード２２の上に、ファン２３からの送風の方向に対して垂直な方向に５つずつ２列にわたってソケット２１を並べて配置している。同じ列に配置された各ソケット２１は等間隔に配置されている。

なお、図示していないが、本実施形態の場合にも、ソケットボード２２は単なる平板状とされていても良いが、ソケット２１と対応する凹凸が形成された構造とされていても良い。すなわち、上記配置となるように、ソケットボード２２と対応する凹凸も、５つずつ２列にわたって形成された構造とすれば、ソケット２１の位置合せを容易に行える。

このように、１つのカセットボックス２に対して複数のソケット２１を配置できるようにすれば、複数の試料体１０に対して同時にバーンイン試験を実施することが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第３実施形態に対してソケット２１やヒータプレート２１ｂの構成を変更したものであり、その他については第１〜第３実施形態と同様であるため、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態のように爪部２１ｅを備えたソケット２１を例に挙げるが、爪部２１ｅを備えていない構成とされていても良いし、第３実施形態のように複数のソケット２１を備える構成としても良い。

図８に示すように、本実施形態では、複数個のソケット２１に共通のヒータプレート２１ｂとしている。ここでは、１つのヒータプレート２１ｂを２つのソケット２１で共有できるようにしている。

具体的には、本実施形態のヒータプレート２１ｂは、上方から見て、上面形状が帯状、ここでは長方形状とされており、その長手方向の両側に１つずつソケット２１が配置されている。例えば、ソケット２１は、ヒータプレート２１ｂよりも下方の位置と、それよりも上方の位置とで分割できる構造とされ、ヒータプレート２１ｂと対応する側面にスリットが形成されることで、ヒータプレート２１ｂが２つのソケット２１に嵌め込めるようになっている。また、ヒータプレート２１ｂの中央位置、つまり２つの凹部２１ａの間の位置に温度センサ２１ｂａが配置され、２つのソケット２１に共通の温度センサ２１ｂａとされている。

このような構成により、ヒータプレート２１ｂを共有しつつ、複数のソケット２１に配置される試料体１０を個別に設置されたヒータ２１ｃを用いて加熱することが可能となる。また、共通の温度センサ２１ｂａにできるため、温度センサ２１ｂａの数を減らすことが可能となり、装置コストを低減することも可能となる。

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、上記第１〜第３実施形態では、ソケット２１を一体構造としたものを例に挙げているが、第４実施形態で説明したように複数部品に分割された構造であっても良い。

また、上記各実施形態では、ファン２３からの送風がソケット２１の放熱フィン２１ｄ側に当たるようにしたが、例えば図９に示すように、ファン２３を大型化してソケット２１の上面に配置される試料体１０にも当たるようにすることもできる。このようにすれば、より効率的に試料体１０の自己発熱を放熱させることが可能となる。また、冷却器５を駆動してファン２３から冷却風を送風できるようにした場合には、試料体１０の上面も冷却対象となり、より早急に試料体１０を冷却することが可能となる。

さらに、上記各実施形態において、ファン２３の送風量を可変させるようにしても良い。例えば、試料体１０の温度が高くなるほど、ファン２３の回転数を高くして送風量が大きくなるようにしても良い。

さらに、上記実施形態において、電圧を印加させるタイミングを試料体１０が試験温度に到達してから電圧を印加させるのではなく、例えば、昇温時に電圧を印加させてもよい。その場合、試料体１０を通電させた際に発生した自己発熱を試料体の加熱に回すことができるため、昇温時間を短縮させることが可能になる。すなわち、試料体１０を所定温度に加熱しつつ試料体１０に電圧を印加することは、所定温度に達してから試料体１０に電圧を印加することだけでなく、所定温度に加熱している最中に試料体１０に電圧を印加する場合も含まれる。

１ バーンイン装置
２ カセットボックス
６ 制御部
１０ 試料体
１０ａ 温度センサ
２１ ソケット
２１ｂ ヒータプレート
２１ｃ ヒータ
２１ｄ 放熱フィン
２１ｅ 爪部
２２ ソケットボード
２３ ファン

Claims (8)

1. 試料体（１０）を所定温度に加熱しつつ該試料体に電圧を印加してバーンイン試験を行うバーンイン装置であって、
   前記試料体が収容されるカセットボックス（２）と、
   前記カセットボックス内に送風を行うファン（２３）と、
   前記カセットボックス内に収容され、前記試料体が設置される設置台を構成すると共に、該試料体が設置される一面に該試料体を加熱するヒータ（２１ｃ）および該ヒータの熱を前記試料体に伝えるヒータプレート（２１ｂ）が配置され、かつ、前記ヒータが配置された一面と反対側の一面に放熱フィン（２１ｄ）が備えられたソケット（２１）と、
   前記カセットボックス内に収容され、前記ソケットが設置されるソケットボード（２２）と、
   前記ファンによって前記カセットボックス内に送風を行いつつ、前記ヒータによって前記試料体を加熱し、前記試料体に備えられた温度センサ（１０ａ）によって前記試料体の温度（Ｔｔ）を測定すると共に、該試料体の温度に基づいて前記ヒータの出力を制御する制御部（６）と、を有するバーンイン装置。
2. 前記ソケットには、前記試料体が該ソケットに設置された際に前記試料体を前記ヒータ側に押圧する押圧部（２１ｅ）を有している、請求項１に記載のバーンイン装置。
3. 前記ソケットボードに前記ソケットが複数設置され、前記カセットボックス内に複数の前記ソケットと共に前記ソケットボードが収容され、複数の前記試料体に対して同時にバーンイン試験が行われる、請求項１または２に記載のバーンイン装置。
4. 前記ヒータは、複数の前記ソケットに共通して用いられ、１つの前記ヒータにて複数の前記ソケットに設置される前記試料体を同時に加熱する、請求項３に記載のバーンイン装置。
5. 前記ファンは、前記放熱フィンに加えて、前記試料体にも当たる送風を行う、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のバーンイン装置。
6. 前記ファンの送風を冷却風とする冷却器（５）を備えている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のバーンイン装置。
7. 前記制御部は、前記試料体の温度に応じて、該温度が高いほど前記ファンの風量を多くする、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のバーンイン装置。
8. 前記制御部は、昇温時に試験電圧を印加させる、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のバーンイン装置。

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