JP4007973B2 - バーンインボードユニットおよびバーンイン方法 - Google Patents

Description

本発明はバーンインボードユニットおよびバーンイン方法に関し、特にバーンインテスト時における電子デバイスの温度条件の均一化に適用して有効な技術に関するものである。

半導体デバイス（電子デバイス）が完成するまでの製造プロセスは非常に複雑でデリケートであり、ありとあらゆるところに故障が発生する要因が存在している。設計上の問題、検査上の問題、ユーザにわたってからの環境や回路構成を含む使用上の問題などがそれである。また、製造上ではシリコン基板、拡散パッシベーション、配線電極、フレーム、パッケージ、ダイボンディング、ワイヤボンディング、封止などそれぞれ故障を発生する要因を有している。

そして、主な故障モードは、表面欠陥（イオン汚染など）、酸化膜欠陥（ピンホール）、金属配線欠陥、入出力回路欠陥などである。

これら固有欠陥や製造上のバラツキに起因して時間とストレスに依存する故障を引き起こす半導体デバイスを取り除くための検査装置として、バーンイン装置がある。

このバーンイン装置では、初期故障を取り除く目的で、半導体デバイスをたとえば１２５℃程度の加熱下において定格または定格よりも１〜２割高い電圧を印加しながら一定時間動作させてスクリーニングを行う。

このようなバーンイン装置に半導体デバイスをセットするには、バーンインボードユニットが用いられている。当該ユニットを構成するバーンインボードは配線層が形成されたガラスエポキシ樹脂の積層基板からなり、半導体デバイスはソケットを介してバーンインボードの所定位置に複数個搭載される。バーンインボードの一方端には、バーンイン装置側のエッジコネクタとバーンインボードユニットとを電気的に接続するためのエッジ端子が設けられており、半導体デバイスの搭載されたバーンインボードユニットをバーンイン装置に装着してエッジ端子とエッジコネクタとを嵌合させることにより、バーンイン装置から半導体デバイスに対して所定レベルの電圧が印加される。

ここで、近年では、半導体デバイスは高集積化の一途を辿り、大量の信号を扱うようになっているので、消費電力が大きく、それに伴ってデバイスからの発熱量が大きくなっている。そして、デバイスの消費電力、つまり発熱量には個体差が大きい。また、バーンインでは多数の半導体デバイスを同時にテストするが、送風時における乱流のために加熱条件が不均一になる。

そのため、多数の半導体デバイスをソケットに差し込んでバーンインテストを行うと、発熱温度が区々となって一つのボードにおけるデバイスの温度の高低差が大きく、バーンインの条件である所定温度の範囲内に温度差が収束しないことがでてくる。

このような問題を解消するため、例えば特開平５−３６７９３号公報には、それぞれの半導体デバイスに対応して温度センサおよびヒータを設け、温度センサの測定結果に基づいてデバイスの温度が略同一になるように各ヒータの発熱量を個別制御することにより温度条件のばらつきを解消する技術が開示されている。
特開平５−３６７９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、半導体デバイスに対応して温度センサおよびヒータを設けてヒータを個別制御していることから、構造が複雑になるとともにボードのコストもアップしてしまう。

そこで、本発明は、バーンインテスト時における電子デバイスの温度条件の均一化を簡単な構造で、且つコストアップすることなく達成できるバーンインボードユニットおよびバーンイン方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るバーンインボードユニットは、ボード本体と、ボード本体に複数搭載され、テスト対象となる電子デバイスが給電可能に装着され得るソケットと、ソケット上の電子デバイスと接触配置可能に設けられ、基部および当該基部に立設された放熱部を備えた放熱手段と、放熱手段に対応した開口部が形成されるとともにボード本体におけるソケットの搭載面と所定の間隔をあけて設けられ、放熱部の少なくとも一部を開口部から突出した状態にする整流板とを有することを特徴とする。

本発明の好ましい形態において、整流板上には、複数のソケットを列毎に仕切る区画壁が、バーンインテストの際における風の流動方向に沿って配置可能に設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、区画壁は相互に平行に配置されていることを特徴とする。

本発明のさらに好ましい形態において、放熱部は、ピン形状、またはバーンインテストの際における風の流動方向に沿って延びるフィン形状であることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るバーンイン方法は、前述したバーンインボードユニットを用いたものであって、テスト対象である複数の電子デバイスの消費電力を測定し、消費電力に基づいて電子デバイスを複数のグループに分類し、分類されたグループの電子デバイス毎にバーンインテストを実行することを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を奏することができる。

すなわち、本発明によれば、整流板を設けて放熱手段の放熱部を突出させているので、バーンインテストにおいて、乱流の要素であるソケットを流れる風と、乱流が発生しない放熱部を流れる風とが整流板により分流される。これにより、電子デバイスの温度調節に影響を与える放熱部では風がスムーズに流れるので、簡単で且つ大幅なコストアップを伴うことなく、複数の電子デバイス温度条件を相互にほぼ均一化することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、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の符号を付しており、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最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施の形態であるバーンインボードユニットを示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は図１のバーンインボードユニットによるバーンインテストを示す概念図、図４は図１のバーンインボードユニットのバーンインテストにおける風の流れを示す説明図、図５は比較例であるバーンインボードユニットのバーンインテストにおける風の流れを示す説明図、図６は本発明の他の実施の形態であるバーンインボードユニットを示す平面図、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

本実施の形態のバーンインボードユニット１０はバーンインテストに用いられるものであり、図１に示すように、ボード本体１１に複数のソケット１２が整列して搭載されている。

ボード本体１１は、たとえば銅の配線層が形成されたガラスエポキシ樹脂の積層基板で構成されており、その一方端には、バーンイン装置側のエッジコネクタ（図示せず）とバーンインボードユニット１０とを電気的に接続するためのエッジ端子１３が設けられている。また、ソケット１２にはエッジ端子１３と導通した複数のピン（図示せず）が設けられている。ソケット１２は、テスト対象となる半導体デバイス（電子デバイス）１４が装着されるもので、半導体デバイス１４のリードがソケット１２のピンと接触して装着される。エッジ端子１３の反対側端部に位置して取っ手１６が設けられており、良好な取り扱い性が得られるような便宜が図られている。

なお、ボード本体１１はガラスエポキシ樹脂以外の素材で構成することもでき、配線層も銅以外の素材で構成することができる。

図２に詳しく示すように、ソケット１２に装着された半導体デバイス１４上には、ヒートシンク（放熱手段）１５が配置されている。このヒートシンク１５は例えばアルミニウムや銅で構成されており、ソケット１２外周のガイドリブ１２ａに保持された状態で半導体デバイス１４に接触している。図示する場合、ヒートシンク１５は、板状の基部１５ａと、この基部１５ａに立設されたフィン形状の放熱部１５ｂとを備えている。そして、放熱部１５ｂは、バーンインテストの際における風の流動方向に沿って延びて配置され、流動損失が抑制されている。

なお、放熱部の形状はフィンに限定されるものではなく、例えばピン形状など、様々な形状を採用することができる。また、ピン形状とした場合には、フィン形状とは異なり、バーンインテスト時の風の流動方向に対する位置関係は考慮されない。

ボード本体１１には、ソケット１５の搭載面と所定の間隔をあけて整流板１７が例えばねじ１８により取り付けられている。整流板１７には、前述したヒートシンク１５に対応した開口部１７ａが形成されており、放熱部１５ｂはこの開口部１７ａから突出した状態になっている。

なお、図示する場合には、放熱部１５ｂの基部１５ａ側は開口部１７ａからは突出しておらず、整流板よりも下になっている。このように、開口部１７ａからは放熱部１５ｂの一部だけが突出した状態になっていてもよく、放熱部１５ｂの全部、あるいは放熱部１５ｂと基部１５ａとを含んだヒートシンク１５の全体が突出した状態になっていてもよい。また、放熱部１５ｂの少なくとも一部が開口部１７ａから突出した状態になっている限り、ソケット１２の一部も突出していてもよい。但し、後述するように、整流板１７はバーンインテストの際においてソケット１２による風の乱流を防止するものであるから、開口部１７ａからはソケット１２が全く突出していないのが望ましく、突出していても、その突出寸法はできるだけ短い方がよい。

なお、整流板１７は樹脂や金属などで構成することができ、特に材料が限定されるものではない。

ここで、本実施の形態において、放熱部１５ｂの隙間Ｓは１．５ｍｍ、放熱部１５ｂ全体の幅Ｗ１は４０ｍｍ、ソケット１２のガイドリブ１２ａ間の幅Ｗ２は７２ｍｍ、ボード本体１１の厚さＴ１は１２．８ｍｍ、整流板１７の厚さＴ２は０．８ｍｍ、ボード本体１１と整流板１７との間隔Ｈ１は２２．５ｍｍ、放熱部１５ｂの整流板１７からの突出高さＨ２は１０．２ｍｍとなっている。但し、本発明はこれらの数値に限定されるものではなく、自由に設定することができる。

図３に示すように、バーンインテストでは、半導体デバイス１４が搭載されたバーンインボードユニット１０をバーンイン装置１９に装着してエッジ端子１３とエッジコネクタとを嵌合させることにより、バーンイン装置１９から半導体デバイス１４に対して所定レベルの電圧が給電される。また、これと同時に、ヒータ（図示せず）により所定温度（例えば１２５℃程度）に加熱された空気がファン２０により導入される。そして、半導体デバイス１４に対して所定時間にわたって加熱下で電気的ストレスを印加しつつ動作させることにより、初期故障を引き起こすおそれのある製品が除去される。

さて、以上に説明したバーンインボードユニット１０によるバーンインテストでの空気の流れを図４に、また比較例であるバーンインボードユニット１０のバーンインテストにおける風の流れを図５に、それぞれ示す。なお、比較例としてのバーンインボードユニット１０は、整流板１７が設けられていないものである。

図４に示すように、整流板１５が設けられた本実施の形態のバーンインボードユニット１０では、ボードに導入された風は整流板１７により上下に分流される。そして、整流板１７の下を流れる風、すなわち放熱部１５ｂに当たることがないために半導体デバイス１４の温度調節には影響を与えない風は、ソケット１２に方向を乱されながら流れていく。一方、整流板１７の上を流れる風は、ソケット１２という乱流を発生させる障害物がないことから、半導体デバイス１４の温度調節に影響を与える放熱部１５ｂの間を淀みなくスムーズに流れていく。したがって、バーンインボードユニット１０における何れの箇所の半導体デバイス１４の温度条件は相互にほぼ均一化される。

これに対して、図５に示す比較例のバーンインボードユニット１０では、ボードに導入された風はソケット１２に方向を妨げられて乱流となり、このような乱流が放熱部１５ｂに当たりながら下流へと流れていく。そのため、各放熱部１５ｂにおける冷却条件が異なり、結果としてバーンインボードユニット１０における複数の半導体デバイス１４の温度条件が全体として不均一になる。

このように、本実施の形態のバーンインボードユニット１０によれば、整流板１７を設けてヒートシンク１５の放熱部１５ｂを突出させているので、バーンインテストにおいて、乱流の要素であるソケット１２を流れる風と、乱流が発生しない放熱部１５ｂを流れる風とに分流される。これにより、半導体デバイス１４の温度調節に影響を与える放熱部１５ｂでは風がスムーズに流れるので、既存のバーンインボードユニット１０に整流板１７を設けるという簡単で且つ大幅なコストアップを伴うことなく、複数の半導体デバイス１４の温度条件を相互にほぼ均一化することが可能になり、デバイス温度のばらつきを目的の範囲内に収束させることができる。

なお、図６および図７に示すように、バーンインボードユニット１０の整流板１７には、複数のソケット１２を列毎に仕切る区画壁２１を設けてもよい。この区画壁２１は、バーンインテストの際における風の流動方向に沿って配置される。そして、区画壁２１は、風の流動損失を抑制するために、相互に平行に配置されているのがよい。なお、本実施の形態において、区画壁２１の幅Ｗ３は１００ｍｍ、区画壁２１の厚みは１５ｍｍとなっている。但し、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。

このような区画壁２１を設ければ、隣接するソケット列間における風の横方向への自由な流れが規制されるので、各放熱部１５ｂを流れる風の条件が一層均一化され、複数の半導体デバイス１４の温度条件をより均一化することができる。なお、区画壁２１の幅Ｗ３を狭くした方が風速がアップして後述する熱抵抗値が低下するので、区画壁２１の厚みを厚くしたり区画壁２１を二重にすることにより幅Ｗをできるだけ狭くするのが望ましい。

ここで、前述のように、半導体デバイスの消費電力、つまり発熱量には個体差が大きいことから、以上に説明したバーンインボードユニット１０を用いてもなお、デバイス温度のばらつきを所期の範囲内に収束させることができない場合がある。

そこで、このような場合には、バーンインテストに先立って、テスト対象である複数の半導体デバイス１４に所定電圧を印加し、そのときに流れる電流から各デバイスの消費電力を測定する。そして、例えば５〜１０Ｗ、１０〜１５Ｗ、１５〜２０Ｗ・・というように、消費電力に基づいて半導体デバイス１４を複数のグループに分類する。但し、分類は５Ｗ単位ではなくてもよい。そして、分類した各グループの半導体デバイス毎にバーンインテストを行う。

ここで、５Ｗ、１０Ｗ、１５Ｗ、２０Ｗの各消費電力について４個の半導体デバイスをそれぞれ用意し、これら４個の半導体デバイスを風の流動方向に沿って並べられたソケットに装着して風を流したときの熱抵抗値（Ｔｊ、単位は℃／Ｗ）を表１に示す。なお、表１において、ソケット番号ＳＣ−１，ＳＣ−２，ＳＣ−３，ＳＣ−４は順に風上から風下に位置するソケットを指す。使用したバーンインボートユニットは、整流板および区画壁のない比較例に示すもの（図５参照）、整流板を設けたもの（図１、図２参照）、整流板および区画壁を設けたもの（図６、図７参照）の３種類であり、風速は２．０（ｍ／ｓ）、４．０（ｍ／ｓ）、６．０（ｍ／ｓ）、８．０（ｍ／ｓ）とした。

表中、Ｍａｘ．およびＭｉｎ．は５Ｗと１０Ｗの半導体デバイスにおける最大値と最小値、Ａｖｅ．はこれらの平均値、ΔＴｊは最大値と最小値との差、つまりばらつきである。

表１に示すように、整流板がある方がない場合よりも温度のばらつきが小さくなっており、整流板と区画壁とがある方がさらに温度のばらつきが小さくなっている。また、低風速の方が整流板や区画壁の有無の効果が顕著であることが分かる。

これにより、半導体デバイス１４の消費電力が厳密に等しくなくても、つまり消費電力が所定の範囲内であれば、一括してバーンインテストを行うことが可能になる。

ここで、ヒートシンクの整流板からの突出量が大きければ大きいほど風に当たる面積が増えて冷却効率が向上し、区画壁の間隔がヒートシンクの間隔に近づけば近づくほどヒートシンクのフィンを通り抜ける風の量が多くなって冷却効率が向上することから、ヒートシンクの突出量と区画壁の間隔という２条件の設定の仕方によっては、得られるデータは整流板のない場合に近づいたり、逆により良好な数値が得られることになる。

なお、本実施の形態では、バーンインテストの対象として半導体デバイス１４が挙げられているが、本発明は半導体を用いない他の種々の電子デバイスのバーンインに適用することができる。

本発明の一実施の形態であるバーンインボードユニットを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のバーンインボードユニットによるバーンインテストを示す概念図である。 図１のバーンインボードユニットのバーンインテストにおける風の流れを示す説明図である。 比較例であるバーンインボードユニットのバーンインテストにおける風の流れを示す説明図である。 本発明の他の実施の形態であるバーンインボードユニットを示す平面図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０ バーンインボードユニット
１１ ボード本体
１２ ソケット
１３ エッジ端子
１４ 半導体デバイス（電子デバイス）
１５ ヒートシンク（放熱手段）
１５ａ 基部
１５ｂ 放熱部
１６ 取っ手
１７ 整流板
１７ａ 開口部
１８ ねじ
１９ バーンイン装置
２０ ファン
２１ 区画壁

Claims (5)

1. ボード本体と、
   前記ボード本体に複数搭載され、テスト対象となる電子デバイスが給電可能に装着され得るソケットと、
   前記ソケット上の前記電子デバイスと接触配置可能に設けられ、基部および当該基部に立設された放熱部を備えた放熱手段と、
   前記放熱手段に対応した開口部が形成されるとともに前記ボード本体における前記ソケットの搭載面と所定の間隔をあけて設けられ、前記放熱部の少なくとも一部を前記開口部から突出した状態にする整流板と、
   を有することを特徴とするバーンインボードユニット。
2. 前記整流板上には、複数の前記ソケットを列毎に仕切る区画壁が、バーンインテストの際における風の流動方向に沿って配置可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載のバーンインボードユニット。
3. 前記区画壁は相互に平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載のバーンインボードユニット。
4. 前記放熱部は、ピン形状、またはバーンインテストの際における風の流動方向に沿って延びるフィン形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のバーンインボードユニット。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載のバーンインボードユニットを用いたバーンイン方法であって、
   テスト対象である複数の電子デバイスの消費電力を測定し、
   消費電力に基づいて前記電子デバイスを複数のグループに分類し、
   分類されたグループの前記電子デバイス毎にバーンインテストを実行することを特徴とするバーンイン方法。
   

Images