JP4150260B2 - 半導体デバイステストシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積回路チップテストシステムに関するものであり、より詳しくはテスト回路ボードに霜発生を防止することができる集積回路チップテストシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）製品が集積化される程テスト役割が重要になっており、特に製品の適用範囲が多様になることにより極限の環境で製品動作に関する品質保証が要求されているのが実情である。製品の特性を保証するための方法には高温テスト、低温テスト、ＨＶＳ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔｒｅｓｓ）テスト等多様な方法がある。温度テストは製品の活用分野により非常に重要な部分で、温度検討中で製品選別時最も難しい部分は−４５℃乃至−９０℃条件で実施する極低温テストである。高温テストでは漏洩電流不良（ｌｅａｋａｇｅ ｆａｉｌ）問題が殆ど発生しないが、極低温パッケージテストではボード（テスト回路ボード、配線ボード又はパフォーマンスボードという）下面に過冷却された大気が固相に凝縮されながら発生する霜により漏洩電流不良が発生する。大部分の半導体パッケージを検査する検査装備ではテストヘッドを空冷式に冷却するためテストヘッド内部へ（ボードの下側）外部空気が持続的に流入される構造になっている。こうした環境で、半導体パッケージと連結されるソケットの端子は金属であり、熱伝達がボードより早いのでボードの下面中でもソケットハンダ付け部分で優先的に霜が生ずる。そして、テストヘッド内部へ流入される外部空気はボードの下面と持続的に接触されながら霜の発生量も大きくなり、結局ショート現象及び漏洩電流不良が発生する。
【０００３】
こうした漏洩電流不良は製品特性テストに必要な充分なテスト時間を得ることができないだけではなく、テスト自体が成されることができない原因になる。特に、−９０℃条件では漏洩電流不良がテスト始めと同時に発生して現在まではその温度で製品特性検討が成された前例がない状態である。
【０００４】
漏洩電流不良現象が発生する理由は次の通りである。飽和水蒸気圧（ｅｓ）と温度（Ｔ）との関係を示すＣｌａｕｓｉｕｓ−Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程式によると、圧力一定かつ湿度一定の大気温度を、低温装備によって露点以下に下げると、大気中の水蒸気は過飽和状態になる。この際低温のテストボード底面に霜や水滴が発生し、これは製品検討時漏洩電流不良の直接的な原因になる。半導体製品検討時漏洩電流不良が発生すると製品機能テスト、アナログテスト等全項目測定値に深刻な誤謬が発生する。このように、完壁な極低温検討をするためにはこうした漏洩電流発生原因を除去しなければならない。
【０００５】
特許文献１には、低温での結露や着霜を防止するため、湿度がある大気を代替するための物質、即ち加熱された乾燥ガスを使用する旨の内容が記載されている。また、特許文献２には、絶縁液体や絶縁固体を結露が予想されるボードに塗布する方式を使用する旨の内容が記載されている。
【０００６】
だが、特許文献１に記載されているように、加熱された乾燥ガスを用いた場合、相異なる構造の半導体検査装備毎に密閉空間、乾燥ガス、乾燥用通路、加熱ボード、ソケットガイド等が各々必要なので、追加的な費用が各々の装備モデル別に所要になる。又多くの空間を占めるため多量の装備に各々設けることには多くの費用と空間が必要である。だけではなく、乾燥ガスの環排気装置も考慮しなければならないため実際の適用には多くの制約条件がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載されているように、絶縁液体や絶縁固体を用いる場合、ボードとの密着が非常に重要である。絶縁液体の場合は極低温（−９０℃）で固体への像変化による絶縁体の嵩変化が起こり、絶縁固体の場合、極低温ではボードと絶縁体間密着部分の熱膨張度が相異なって離隔された透き間に結露が発生する可能性があり、ボード及びボード底面に装着された電子部品が破損するおそれがある。さらに、こうした方法はボード毎に各々付着しなければならない不便なことがあり、絶縁体（絶縁液体又は絶縁固体）の再使用が不可能になり、持続的な経費所要が予想され、特に絶縁体をボード底面に付着した後には除去するのが難しくなって電子部品交換及び検討が容易ではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１２−３５４５９号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平６−１１８１３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ボードの底面に霜が形成されることを防止するためのテストボードを備えた集積回路チップテストシステムを提供することである。
【００１１】
また、本発明の目的は、どんな半導体検査装備にも流動的に適用可能であり、脱着が容易であって即刻的な製品変化にも対応することができる新しい形態の集積回路チップテストシステムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の特徴によると、集積回路チップテストシステムは、第１表面上に少なくとも一つの集積回路チップが装着されて第２表面上に集積回路チップのテストに必要な電気的回路部品が装着されたテスト回路ボードと、第１表面上の少なくとも一つの集積回路チップを覆って内部に空気を供給することにより少なくとも一つの集積回路チップが所定の温度条件に置かれるようにする温度調節手段と、テスト回路ボードの第２表面上に着脱可能であり、第２表面の全体又は一部を大気から遮断するように第２表面全体又は一部を密封して電気的回路部品が装着された領域を大気から遮断するとともに電気的回路部品を覆うことができる不透過性のカバーを含む密封手段と、テスト回路ボードと電気的に連結されて少なくとも一つの集積回路チップの特性をテストするテスタとを含み、テスト回路ボードの第２表面とカバーとの空間に温度調節手段からの空気を供給する空気供給手段と、この空間に供給された空気を排出するための手段とを付加的に含み、この空気供給手段は、第１表面上の少なくとも一つの集積回路チップに供給された空気が、第２表面とカバーとの間の空間に提供されるようにテスト回路ボードに形成される少なくとも一つの貫通孔を備える。
【００１４】
本発明の望ましい実施形態で、密封手段は、テスト回路ボードの第２表面とカバーとの間を密封接着する接着テープを含む。
【００１５】
本発明の望ましい実施形態で、カバーは合成樹脂、ゴム、金属、セラミックのうちのいずれか一つであることができ、カバーは透明窓、吸湿剤を有することができる。
【００１７】
本発明の望ましい実施形態で、カバーはテスト回路ボードの第２表面にねじにより密封接着される。
【００２０】
例えば、本発明の実施形態は色々形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施形態により限定されることに解析されなくては行けない。本実施形態は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されることである。従って、図面での要素の形状等はより明確な説明を強調するために誇張されたことである。
【００２１】
本発明による集積回路チップテストシステムは密封手段がテスト回路ボードの下面に装着される。この密封手段によりテスト回路ボードの下面での大気流れが遮断される。大気流れが遮断された密封手段の内部空間には絶対水蒸気量が有限であるため漏洩電流不良を発生させる程の霜が発生しない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面図１乃至図９に基づいて詳細に説明する。また、図面で同一な機能を遂行する構成要素に対しては同一な参照番号を用いる。
【００２３】
図１には、本発明の望ましい実施形態である半導体デバイステストシステムを示した。図示したように、本システムはテスト回路ボード１３０、温度調節装置１２０、テスタ１１０、そして密封手段１４０を有する。
【００２４】
温度調節装置１２０は半導体集積回路チップ１０（以下、‘半導体デバイス’という）が所定の温度条件（−９０℃乃至１２５℃）に置かれるように極低温又は極高温のエアを半導体デバイスに提供する。図５に示されたように、温度調節装置１２０はエア噴射ノズル１２２とこのエア噴射ノズル１２２を囲む透明な円筒１２４を有する。温度調節装置はＩＮＴＥＳＴ社のＴｅｍｐｔｒｏｎｉｃ製品を使用することができる。
【００２５】
テスタ１１０は、テスト回路ボード１３０と電気的に連結されて半導体デバイス１０の特性をテストする装備を有し、このテスタ１１０はテスト回路ボード１３０が電気的に連結されてテストが進行される測定部であるテストヘッド１１２を有する。テストヘッド１１２は上面にテスト回路ボード１３０が装着される装着部１１４を有し、この装着部１１４には、テスト回路ボード１３０と電気的に連結されるチャンネルピン１１７（布告ピンともいう）が設置される。チャンネルピン１１７はチャンネルカード１１６に備えられており、このチャンネルカード１１６はテストヘッド１１２の内部に装着される。図示していないが、テスタ１１０は、演算部とテスト制御のためのコンピュータ等の通常的な装置とを備えることは勿論である。
【００２６】
図２乃至図４には本発明で最も特徴的な構成要素であるテスト回路ボードと密封手段とを示している。
【００２７】
図２乃至図４を参照すると、テスト回路ボード１３０（ＤＵＴボード（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｂｏａｒｄ）という）は、半導体デバイス１０が装着されるソケット１３２と、半導体デバイス１０のテストに必要な電気的回路部品１３４と、テストヘッド１１２の装着部１１４に位置したチャンネルピン１１７と電気的に連結されるコンタクトパッド１３６を有する。ソケット１３２はテスト回路ボード１３０にハンダ付けして連結される。電気的回路部品１３４は、半導体デバイス１０のテスト時発生するノイズによる特性低下を除去するために能動素子（抵抗、コンデンサ、インダクタ）及びスイッチング素子（リレー）を含むことができる。これらはソケット１３２が、ハンダ付けされた部分に最も近接して設けることが望ましい。
【００２８】
テスト回路ボード１３０は、温度調節装置１２０からの低温低湿のエアを、テスト回路ボード１３０の下面１３０ｂと密封手段１４０との間の空間ａ（以下、‘内部空間’という）に誘導するための手段を有する。このエア誘導手段は、ソケット１３２と隣接した所に形成された第１の貫通孔（１３９ａ）と第２の貫通孔（１３９ｂ）とにより成る。図５に示されたように、温度調節装置１２０から提供される空気（低温低湿の空気）は、第１の貫通孔（１３９ａ）を通じて内部空間ａへ流入され、第２の貫通孔（１３９ｂ）を通じて流出される。ここで、第２の貫通孔はテスト回路ボード１３０ではないカバー１４０上に形成することもできる。第１の貫通孔と第２の貫通孔とに関しては、より詳細に後述する。
【００２９】
密封手段１４０は、テスト回路ボード１３０の下面１３０ｂに着脱可能に装着され、テスト回路ボード１３０の下面１３０ｂの一部を密封する。この密封手段１４０は、テスト回路ボード１３０の下面１３０ｂに装着されることにより、電気的回路部品１３４が装着され、ソケット１３２がハンダ付けされた領域（図３の点線部分）ｗを大気から遮断する。
【００３０】
密封手段１４０は、電気的回路部品１３４を覆うことができる不透過性のカバー１４２、及びテスト回路ボード１３０の下面１３０ｂとカバー１４２との間を密封接着する接着部材１４４を有する。接着部材には接着テープ、両面接着テープ、接着剤等の適当な部材を使用することができる。例えば、カバー１４２は、テスト回路ボード１３０の下面１３０ｂの全体を密封することができる大きさに製作されることが望ましい。
【００３１】
カバー１４２は、テスト回路ボード１３０との密着性を高めることができる弾性力を有する合成樹脂より成る。また、カバー１４２は中央に電気的回路部品１３４が位置する。そして、大気と遮断された内部空間ａと、この内部空間ａを外部から覗くことができる確認窓１４２ａとを有する。使用者は確認窓１４２ａを通じて内部空間ａでの霜発生有無を観察することができる。例えば、カバー１４２は合成樹脂以外にゴム、金属、セラミック等の材質の中いずれか一つより成ることができる。一方、内部空間ａの湿気除去のため、カバー１４２には吸湿剤（図示せず）を備えることができる。
【００３２】
ここで、本発明の構造的な特徴は、テスト回路ボードの下面に流入する大気を遮断するための密封手段を有しており、この密封手段はテスト回路ボードの下面に着脱可能であることにある。また、密封手段は多様なテスト回路ボードに適用可能であり、製品変換にも対応することができる単純な構造を有することにある。こうした構造的な特徴によると、電気的回路部品とソケットとのハンダ付け領域を大気と接した状態で、湿気を有した大気の流れから遮断することができる。そして、これにより、漏洩電流発生原因を除去することができる。さらに、密封手段はどんな形態の半導体デバイステストシステムにも流動的に適用することができ、少数の密封手段で全装備に適用可能であるため、極低温テストのための追加的な装置や装備のための空間及び費用が不要となる。
【００３３】
例えば、半導体デバイス１０はウェーハ状態のチップ又はパッケージ状態のデバイスであり得る。
【００３４】
図１及び図５を参照しながら、本発明の実施形態による半導体デバイステストシステムでの極低温特性テスト過程を説明する。
【００３５】
先ず、密封手段１４０のカバー１４２はテスト回路ボード１３０の下面１３０ｂに両面接着テープにより付着固定される。カバー１４２がテスト回路ボードの下面１３０ｂに装着されることにより電気的回路部品１３４が装着され、ソケット１３２がハンダ付けされた領域ｗ（図３の点線部）は大気から遮断される。これにより、電気的回路部品１３４とソケットのハンダ付け領域ｗに接する空気は、内部空間ａに存在する空気のみに限定される。テスト回路ボード１３０は、半導体デバイス１０が装着されたソケット１３２が上を向くように、テスタ１１０のテストヘッド１１２の装着部１１４に装着される。ソケット１３２はソケット蓋１３２ａで覆われ、テスト回路ボード１３０の上面１３０ａには、温度調節装置１２０の透明な円筒１２４が載せられる。エア噴射ノズル１２２はソケット蓋１３２ａに連結される。温度調節装置１２０からの低温低湿のエアはエア噴射ノズル１２２を通じてソケット蓋１３２ａの内部に位置した半導体デバイス１０に供給される。半導体デバイス１０が冷却されることと共に、ソケット１３２のソルーダリングされた部分とその周辺の電気的回路部品１３４が徐々に冷却される。だが、内部空間ａ内の水蒸気量は非常に少なく、限定されている。従って、その水蒸気全てが霜になっても従来極低温テスト過程で発生する霜に較べて非常に少ない量となる。従って、本発明によると、絶対水蒸気量を減少させることにより、漏洩電流不良の原因となる霜の結晶成長を防止することができる。
【００３６】
一方、半導体デバイス１０に噴射されたエアは、ソケット蓋１３２ａの側面に形成されたホール１３２ｂを通じて、透明な円筒１２４とソケット蓋１３２ａとの円筒空間１２４ａに一部が抜けられ、残り一部は第１の貫通孔（１３９ａ）を通じて内部空間ａに流入される。そして内部空間ａに流入されたエアは第２の貫通孔（１３９ｂ）を通じてソケット蓋１３２ａと透明な円筒１２４との円筒空間１２４ａに流出される。円筒空間１２４ａのエアは、透明な円筒１２４の上端部にある排気具１２５を通じて大気中に排気される。このように、低温低湿のエアが内部空間ａに供給されることにより、内部空間ａで発生し得る最小限の霜も発生しなくなる。図５では前述したエアの流れが矢印で表示されている。
【００３７】
図６及び図７では従来装置と本発明での極低温特性検討結果を示すグラフである。
【００３８】
先ず、図６は密封手段なしで温度別良品持続時間と半導体デバイス冷却に必要な時間である最小冷却時間とを各々測定した後、平均を算出した結果を示すグラフである。ここで、漏洩電流による不良がない状態を良品Ｂｉｎ１と定義する。図６で温度を調べると、−４５℃で漏洩電流不良がない良品持続時間は７分であることに反し、最小冷却時間は１２分である。これは、半導体デバイス内部が−４５℃で冷却される時間（１２分）以前である７分に、既に漏洩電流による不良が発生することを意味する。このように、既存装置で低温特性検討すると、−４０℃では最小冷却時間以後から７分程度良品持続時間を有し、−４５℃以下の温度では検討が不可能であるということが分かる。
【００３９】
図７には、本発明の実施形態によるテストシステムを用いて、前と同一の方法により５回測定した後、平均を算出した結果である。図７のように、本発明によると、従来より良品持続時間が大きく増加したことが分かる。−７０℃以上は漏洩電流不良現象を全く発見することができず、また−９０℃で最小冷却時間を除外した実際の極低温特性が検討可能な時間は２８分である。こうした時間は、製品種類や測定項目別に検討時間が異なるが、平均検討時間を２０分にすると、大部分の製品で充分な極低温検討が可能であるということが分かる。
【００４０】
このように、本発明では既存装置で不可能であると知されていた−９０℃極低温での製品特性の検討が可能である。この温度は、産業用製品以外に軍事用製品と人工衛星用製品も特性検討が可能なことを意味する。
【００４１】
図８及び図９には密封手段の他の実施例が示されている。
【００４２】
図８及び図９に示された密封手段１６０とテスト回路ボード１５０とは、図２に示された密封手段１４０及びテスト回路ボード１３０と同一な機能を有し、本実施例による密封手段１６０は、硬質のカバー１６２とシール部材１６４とを有し、テスト回路ボード１５０はソケット１５２、電気的回路部品１５４、コンタクトパッド１５６を有する。カバー１６２はプラスティックの硬質部材に１面がオープンされたボックスタイプより成り、内部を観察するための確認窓１６２ａを有する。カバー１６２はテスト回路ボード１５０の下面に多数のねじ１９０で結合され、シール部材１６４はテスト回路ボード１５０の下面１５０ｂとカバー１６２の接触面１６３との間をシーリングする。
【００４３】
図９は、図８に示した密封手段でのエア誘導手段を示したものであり、図９に示されたエア誘導手段は温度調節装置１２０から内部空間ａに低温低湿のエアを直ちに提供するための供給チューブ１６７、供給チューブ１６７が連結される流入口１６８ａ、そして内部空間ａに供給されたエアを排出するための流出口１６８ｂを有する。図示していないが、供給チューブ１６７は温度調節装置１２０からエアを供給されることができるように連結されることは明らかである。
【００４４】
前述した多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定することより、望ましい実施形態の例示として解析されなければならない。例えば、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者なら、ガスケットの形状は装着される場所に合うように変形し、本発明を実施することができることは明白である。したがって、本発明の範囲は説明された実施形態により決められることではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決めなければならない。
【００４５】
以上、本発明による集積回路チップテストシステムの構成及び作用を前述した説明及び図面により示したが、これはほんの一例を説明したに過ぎず、本発明の技術的思想を外さない範囲内で多様な変化及び変更が可能なことは明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、第一に、複雑で費用も高い既存技術に比べ、大気の流れを遮断する単純な方法により漏洩電流発生の原因である霜発生を防止することができる。
第ニに、本発明による集積回路チップテストシステムは、極低温特性検査のための追加的なハードウェアや装置変更が不要なため、既存のテストシステムに費用や空間を殆ど追加しなくとも適用可能である。
第三に、本発明による集積回路チップテストシステムは、様々なテストシステムに流動的に適用可能であり、脱着が容易であって即刻的な製品変化にも早く対応することができるため、製品開発時間を短縮することができる。
第四に、本発明による集積回路チップテストシステムは、様々な形態のテストシステムに流動的に適用することができるため、少数の密封手段を全装備に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施形態である半導体デバイステストシステムを示した図。
【図２】図１に示されたテスト回路ボードと密封手段との斜視図。
【図３】図２で密封手段が装着されたテスト回路ボードの底面図。
【図４】図３に表示された線に沿って切取った要部断面図。
【図５】本発明の実施形態による極低温特性テスト過程を説明する図。
【図６】従来装置と本発明での極低温特性検討結果を各々示すグラフ。
【図７】従来装置と本発明での極低温特性検討結果を各々示すグラフ。
【図８】密封手段の他の実施例を示す図面。
【図９】密封手段の他の実施例を示す図面。
【符号の説明】
１１０ テスタ
１２０ 温度調節装置
１３０ テスト回路ボード
１３２ ソケット
１３４ 電気的回路部品
１３６ コンタクトパッド
１４０ 密封手段
１４２ カバー
１４２ａ 確認窓
１４４ 接着部材

Claims (10)

1. 集積回路チップテストシステムにおいて、
   第１表面上に少なくとも一つの集積回路チップが装着され、第２表面上に前記集積回路チップのテストに必要な電気的回路部品が装着されたテスト回路ボードと、
   前記第１表面上の前記少なくとも一つの集積回路チップを覆って内部に空気を供給することにより、前記少なくとも一つの集積回路チップが所定の温度条件に置かれるようにする温度調節手段と、
   前記テスト回路ボードの第２表面上に着脱可能であり、前記第２表面の全体又は一部を大気から遮断するように前記第２表面の全体又は一部を密封して前記電気的回路部品が装着された領域を大気から遮断するとともに前記電気的回路部品を覆うことができる不透過性のカバーを含む密封手段と、
   前記テスト回路ボードと電気的に連結されて前記少なくとも一つの集積回路チップの特性をテストするテスタとを含み、
   前記テスト回路ボードの前記第２表面と前記カバーとの空間に前記温度調節手段からの空気を供給する空気供給手段と、前記空間に供給された空気を排出するための手段とを付加的に含み、前記空気供給手段は、前記第１表面上の少なくとも一つの集積回路チップに供給された前記空気が、前記第２表面と前記カバーとの間の前記空間に提供されるように前記テスト回路ボードに形成される少なくとも一つの貫通孔を備えることを特徴とする集積回路チップテストシステム。
2. 前記密封手段は、前記テスト回路ボードの前記第２表面と前記カバーとの間を密封接着する接着部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路チップテストシステム。
3. 前記カバーは、合成樹脂、ゴム、金属、セラミックのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の集積回路チップテストシステム。
4. 前記カバーは、透明窓を有することを特徴とする請求項２に記載の集積回路チップテストシステム。
5. 前記カバーは、前記第２表面と前記カバーとの空間に位置する吸湿剤を付加的に備えることを特徴とする請求項２に記載の集積回路チップテストシステム。
6. 前記接着部材は、接着テープであることを特徴とする請求項２に記載の集積回路チップテストシステム。
7. 前記接着部材は、両面接着テープであることを特徴とする請求項２に記載の集積回路チップテストシステム。
8. 前記少なくとも一つの集積回路チップが装着された領域は、前記電気的回路部品が装着された前記領域内に位置することを特徴とする請求項１に記載の集積回路チップテストシステム。
9. 前記所定の温度条件は、−９０℃乃至１２５℃であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路チップテストシステム。
10. 前記密封手段は、前記カバーが前記テスト回路ボードの前記第２表面に、ねじにより密封接着されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路チップテストシステム。

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