JP5151170B2

JP5151170B2 - 温度試験装置およびその温度調整方法

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Publication number: JP5151170B2
Application number: JP2007023319A
Authority: JP
Inventors: 義博前崎; 寛勅使河原; 幸彦小平; 尚枝関口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008190907A

Description

本発明は、例えばバーンイン試験に用いられる温度試験装置に関する。

半導体デバイスの製品出荷に先立ってバーンイン試験が実施される。実施にあたって試験対象の半導体デバイスはヒーターで熱せられる。半導体デバイスは例えば摂氏１００度といった高温に維持される。半導体デバイスは駆動される。半導体デバイスには通常よりも高い値の電圧が印加される。このとき、半導体デバイスの動作がチェックされる。
特開平５−３６７９３号公報特開２００５−１５６１７２号公報特開２００５−２５２２２５号公報

バーンイン試験は同一種の複数の半導体デバイスに一斉に実施される。すべての半導体デバイスは均一な温度に維持されなければならない。温度制御にあたって個々の半導体デバイスには温度センサが取り付けられる。温度センサには個別に温度測定ユニットが接続される。温度測定ユニットは温度センサの測定温度を特定する。特定された温度に基づき制御回路はヒーターの温度を制御する。こういった温度試験装置では温度センサと同数の温度測定ユニットが必要とされる。温度試験装置の製造コストは嵩んでしまう。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、低コストで効率的に温度試験を実施することができる温度試験装置およびその温度調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、複数行複数列に配列される試験対象の素子に個別に接触するヒーターと、素子に個別に接触する温度センサと、各行ごとに行全体の温度センサから選択される第１群の温度センサに個別に接続されて、素子の温度を個別に検出する第１温度測定ユニットと、各列ごとに第１群以外の第２群の温度センサに個別に接続されて、素子の温度を個別に検出する第２温度測定ユニットと、第１温度測定ユニットおよび第２温度測定ユニットで所定の範囲から逸脱する温度が検出されると、その温度を示す素子に接触するヒーターの温度を調整する制御回路とを備えることを特徴とする温度試験装置が提供される。

こうした温度試験装置では、第１温度測定ユニットは、各行ごとに行全体の温度センサから選択される第１群の温度センサに個別に接続される。第２温度測定ユニットは、各列ごとに列全体の温度センサから選択される第２群の温度センサに個別に接続される。したがって、第１温度測定ユニットが行の数だけ配置され、第２温度測定ユニットが列の数だけ配置されれば、すべての素子の温度が検出されることができる。すべての温度センサに個別に温度測定ユニットが接続される場合に比べて温度測定ユニットの数は大幅に減少する。温度試験装置の製造コストは著しく抑制される。

こうした温度試験装置では、第１群の温度センサの個数は各行に共通に設定される。このとき、第１群の温度センサの個数は各列に共通に設定されればよい。その一方で、各行には第１群の温度センサと第２群の温度センサとが同数で配置されればよい。このとき、各列には第１群の温度センサと第２群の温度センサとが同数で配置されればよい。

以上のような温度試験装置は、温度センサ並びに第１および第２温度測定ユニットを支持する基板と、基板に形成されて、第１温度測定ユニットに並列に第１群の温度センサを接続する第１配線パターンと、基板に形成されて、第２温度測定ユニットに並列に第２群の温度センサを接続する第２配線パターンとを備えればよい。

第２発明によれば、複数行複数列に配列される試験対象の素子に個別に接触するヒーターの温度を調整して素子を所定の温度に加熱する工程と、素子に個別に接触する温度センサのうち、各行ごとに行全体の温度センサから選択される第１群の温度センサに個別に接続される第１温度測定ユニットで素子の温度を個別に検出する工程と、各列ごとに列全体の温度センサから選択される第１群以外の第２群の温度センサに個別に接続される第２温度測定ユニットで素子の温度を個別に検出する工程と、第１温度測定ユニットおよび第２温度測定ユニットで所定の範囲から逸脱する温度が検出されると、その温度を示す素子に接触するヒーターの温度を調整する工程とを備えることを特徴とする温度試験装置の温度調整方法が提供される。

こうした温度調整方法では、第１温度測定ユニットは、各行ごとに行全体の温度センサから選択される第１群の温度センサに個別に接続される。第２温度測定ユニットは、各列ごとに列全体の温度センサから選択される第２群の温度センサに個別に接続される。したがって、第１温度測定ユニットが行の数だけ配置され、第２温度測定ユニットが列の数だけ配置されれば、すべての素子の温度が検出されることができる。すべての温度センサに個別に温度測定ユニットが接続される場合に比べて温度測定ユニットの数は大幅に減少する。温度試験装置の製造コストは著しく抑制される。

以上のように本発明によれば、低コストで効率的に温度試験を実施することができる温度試験装置およびその温度調整方法が提供される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明に係る温度試験装置１１の構造を概略的に示す。この温度試験装置１１は例えば樹脂製の基板１２を備える。基板１２の裏面には４本の支持脚１３が固定される。支持脚１３は基板１２の四隅に配置される。支持脚１３は例えばねじで基板１２に固定される。基板１２は支持脚１３で所定の高さに維持される。

基板１２は１６個のヒーター１４ａ〜１４ｐを支持する。ヒーター１４ａ〜１４ｐは４行４列に配列される。ヒーター１４ａ〜１４ｐの詳細は後述される。ヒーター１４ａ〜１４ｐは１列ごとに固定プレート１５に支持される。固定プレート１５は例えばねじで基板１２に固定される。ヒーター１４ａ〜１４ｐは基板１２の表面および裏面で基板１２から突き出る。

各ヒーター１４ａ〜１４ｐは、基板１２の表面に直交する垂直方向に上下動自在に固定プレート１５に支持される。基板１２の表面側で各ヒーター１４ａ〜１４ｐの上端および固定プレート１５は例えばコイルばね（図示されず）で連結される。その結果、各ヒーター１４ａ〜１４ｐが基板１２に対して上方に移動すると、コイルばねには弾性復元力が蓄積される。

各ヒーター１４ａ〜１４ｐには電源用配線１６およびグラウンド用配線１７が接続される。配線１６、１７は基板１２上の導電パッド１８に個別に接続される。基板１２上にはコネクタ２１が配置される。コネクタ２１には電源ケーブル２２のコネクタ２３が接続される。電源ケーブル２２は電源に接続される。コネクタ２１および導電パッド１８は導電パターン（図示されず）で接続される。

図２に示されるように、各ヒーター１４ａ〜１４ｐは円筒状の筐体２５を備える。筐体２５は例えばアルミニウムといった金属材料から形成されればよい。筐体２５内には発熱体２６が収容される。発熱体２６は例えば電熱線から形成されればよい。発熱体２６には前述の配線１６、１７が接続される。配線１６、１７に基づき発熱体２６に電力が供給されると、発熱体２６は発熱する。発熱体２６の温度は、発熱体２６に供給される電力量に応じて設定される。

各ヒーター１４ａ〜１４ｐの筐体２５内には対応する温度センサ２７ａ〜２７ｐが組み込まれる。温度センサ２７ａ〜２７ｐは筐体２５の下端面に沿って配置される。温度センサ２７ａ〜２７ｐには配線２８が接続される。配線２８は基板１２に向かって延びる。後述されるように、ヒーター１４ａ〜１４ｐの筐体２５の下端はバーンイン試験の試験対象の素子すなわち半導体デバイスに接触する。温度センサ２７ａ〜２７ｐは半導体デバイスの温度を検出する。

図３に示されるように、温度センサ２７ａ〜２７ｐは、第１群の温度センサ２７ｂ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｇ、２７ｊ、２７ｌ、２７ｍ、２７ｏと、第１群以外の第２群の温度センサ２７ａ、２７ｃ、２７ｆ、２７ｈ、２７ｉ、２７ｋ、２７ｎ、２７ｐとにグループ分けされる。第１群の温度センサ２７は各行ごとに行全体の温度センサ２７から選択される。同様に、第２群の温度センサ２７は各列ごとに列全体の温度センサ２７から選択される。第１群の温度センサ２７の個数は各行および各列に共通に設定される。各行には第１群の温度センサ２７と第２群の温度センサ２７とが同数で配置される。各列には第１群の温度センサ２７と第２群の温度センサ２７とが同数で配置される。

各行には第１行から順番に第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄが配置される。第１行に配置される第１温度測定ユニット３１ａには配線パターン３２に基づき第１群の温度センサ２７ｂ、２７ｄが並列に接続される。配線パターン３２は基板１２に形成される。配線パターン３２にはスイッチ３３が温度センサ２７ｂ、２７ｄごとに挿入される。スイッチ３３の切り替えに基づき第１温度測定ユニット３１ａには温度センサ２７ｂ、２７ｄのいずれか一方が個別に接続される。接続された温度センサ２７に基づき第１温度測定ユニット３１ａは半導体デバイスの温度を検出する。

同様に、第２行に配置される第１温度測定ユニット３１ｂには第１群の温度センサ２７ｅ、２７ｇが並列に接続される。第３行に配置される第１温度測定ユニット３１ｃには第１群の温度センサ２７ｊ、２７ｌが並列に接続される。第４行に配置される第１温度測定ユニット３１ｄには第１群の温度センサ２７ｍ、２７ｏが並列に接続される。前述の第１温度測定ユニット３１ａと同様に、配線パターン３２には各温度センサ２７ごとにスイッチ３３が挿入される。スイッチ３３に基づき温度センサ２７が切り替えられる。

その一方で、各列には第１列から順番に第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄが配置される。第１列に配置される第２温度測定ユニット３４ａには配線パターン３５に基づき第１群以外の第２群の温度センサ２７ａ、２７ｉが並列に接続される。配線パターン３５にはスイッチ３６が温度センサ２７ａ、２７ｉごとに挿入される。スイッチ３６の切り替えに基づき第２温度測定ユニット３４ａには温度センサ２７ａ、２７ｉのいずれか一方が個別に接続される。接続された温度センサ２７に基づき第２温度測定ユニット３４ａは半導体デバイスの温度を特定する。

同様に、第２列に配置される第２温度測定ユニット３４ｂには第２群の温度センサ２７ｆ、２７ｎが並列に接続される。第３列に配置される第２温度測定ユニット３４ｃには第２群の温度センサ２７ｃ、２７ｋが並列に接続される。第４列に配置される第２温度測定ユニット３４ｄには第２群の温度センサ２７ｈ、２７ｐが並列に接続される。前述の第２温度測定ユニット３４ａと同様に、配線パターン３５には各温度センサ２７ごとにスイッチ３６が挿入される。スイッチ３６に基づき温度センサ２７が切り替えられる。

第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄおよび第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄは制御回路すなわちコントローラ３７に接続される。このコントローラ３７は所定のソフトウェアプログラムに従って第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄ、第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄ、ヒーター１４ａ〜１４ｐの動作を制御する。ソフトウェアプログラムは例えばメモリ３８に格納されればよい。こういったソフトウェアプログラムに基づき後述の温度試験は実施される。実施にあたって必要なデータは同様にメモリ３８に格納されればよい。

コントローラ３７は、第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄに接続を確立すべきスイッチ３３を指示する。同様に、コントローラ３７は、第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄに接続を確立すべきスイッチ３６を指示する。第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄおよび第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄは、接続された温度センサ２７の温度を検出する。検出された温度に基づきコントローラ３７はヒーター１４ａ〜１４ｐごとに電力量を特定する。特定にあたって、メモリ３８に格納される電力量および温度の関係を参照すればよい。

次に温度試験装置１１の動作を簡単に説明する。バーンイン試験の実施に先立って、図４に示されるように、例えば樹脂製のバーンインボード４１が用意される。バーンインボード４１の表面には同一種の複数の半導体デバイス４２が実装される。バーンインボード４１内には導電層やグラウンド層が形成される。バーンインボード４１には電源（図示されず）が接続される。電源から半導体デバイス４２に電力が供給される。こうして半導体デバイス４２は駆動される。

図５に示されるように、温度試験装置１１は支持脚１３でバーンインボード４１上に配置される。ヒーター１４ａ〜１４ｐの下端は半導体デバイス４２上に個別に受け止められる。ヒーター１４ａ〜１４ｐは、基板１２に直交する垂直方向に持ち上げられる。コイルばねには弾性復元力が生成される。弾性復元力の働きでヒーター１４ａ〜１４ｐは半導体デバイス４２に向かって押し付けられる。ヒーター１４ａ〜１４ｐは半導体デバイス４２に確実に接触する。

コントローラ３７は所定のソフトウェアプログラムを実行する。コントローラ３７の指示に基づき各ヒーター１４ａ〜１４ｐには所定の電力量の電力が供給される。ヒーター１４ａ〜１４ｐは発熱する。半導体デバイス４２の温度は上昇する。加えて、コントローラ３７は、第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄおよび第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄに接続すべきスイッチ３３を指示する。各行で２つのスイッチ３３のうちいずれか一方のスイッチ３３が接続される。各列で２つのスイッチ３６のうちいずれか一方のスイッチ３６が接続される。第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄおよび第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄには一方の温度センサ２７が接続される。

ヒーター１４ａ〜１４ｐの発熱に基づき半導体デバイス４２の温度は所定の範囲内の温度に設定される。範囲は例えば摂氏９８度より大きく摂氏１０２度より小さく設定される。このとき、接続を確立する温度センサ２７は半導体デバイス４２の温度を検出する。１回目の測定処理が実施される。検出された温度はコントローラ３７に出力される。コントローラ３７は、検出された温度が所定の範囲から逸脱していないかを判断する。温度が例えば摂氏１０２度以上の場合、その温度を示すヒーター１４の電力量を抑制する。温度が例えば摂氏９８度以下の場合、その温度を示すヒーター１４の電力量を増大させる。

続いて、各行および各列でスイッチ３３、３６が切り替えられる。他方のスイッチ３３、３６が接続される。第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄや第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄには他方の温度センサ２７が接続される。前述と同様に、接続を確立する温度センサ２７は半導体デバイス４２の温度を検出する。２回目の測定処理が実施される。検出された温度はコントローラ３７に出力される。コントローラ３７は、検出された温度が所定の範囲から逸脱していないかを判断する。温度に応じて該当するヒーター１４の電力量は調整される。こうしてすべての半導体デバイス４２の温度は所定の範囲内で均一な温度に維持される。

このとき、バーンインボード４１に基づき電源から半導体デバイス４２に電力が供給される。半導体デバイス４２には通常よりも高い値の電圧が印加される。半導体デバイス４２は駆動される。このとき、半導体デバイス４２の動作がチェックされる。こうして不良品の有無が検査される。バーンインボード４１から温度試験装置１１は取り外される。バーンイン試験は終了する。

以上のような温度試験装置１１によれば、第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄは各行ごとに温度センサ２７に個別に接続される。同様に、第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄは各列ごとに温度センサ２７に個別に接続される。したがって、第１温度測定ユニット３１ａ〜３１ｄが行の数だけ配置され、第２温度測定ユニット３４ａ〜３４ｄが列の数だけ配置されれば、すべての半導体デバイス４２の温度が検出されることができる。すべての温度センサ２７に個別に温度測定ユニットが接続される場合に比べて温度測定ユニットの数は大幅に減少する。温度試験装置１１の製造コストは著しく抑制される。

その他、図６に示されるように、温度センサ２７は例えば１０行５列に配列されてもよい。このとき、バーンインボード４１上には同様に半導体デバイス４２が１０行５列に配列される。行の増加分の第１温度測定ユニット３１ｅ〜３１ｊが各行に配置されればよい。列の増加分の第２測定ユニット３４ｅが第５列に配置されればよい。配線パターン３２、３５には前述と同様に温度センサ２７ごとにスイッチ３３、３６が挿入されればよい。こうしてスイッチ３３、３６の切り替えに基づき４回の測定処理ですべての半導体デバイス４２の温度が検出されることができる。前述と同様に、温度測定ユニットの数は減少する。温度試験装置１１の製造コストは抑制される。

本発明に係る温度試験装置の構造を概略的に示す斜視図である。ヒーターの構造を概略的に示す拡大断面図である。本発明に係る温度試験装置の制御系の構成を示すブロック図である。バーンインボードの構造を概略的に示す斜視図である。バーンインボード上に温度試験装置を配置した様子を概略的に示す斜視図である。他の具体例に係る温度試験装置の構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１１温度試験装置、１２基板、１４ａ〜１４ｐヒーター、２７ａ〜２７ｐ温度センサ、３１ａ〜３１ｊ第１温度測定ユニット、３２第１配線パターン、３４ａ〜３４ｅ第２温度測定ユニット、３５第２配線パターン、３７制御回路（コントローラ）、４２素子（半導体デバイス）。

Claims

複数行複数列に配列される試験対象の素子に個別に接触するヒーターと、前記素子に個別に接触する複数の温度センサと、前記温度センサごとに設けられた複数のスイッチと、同一行に設けられた第１群の複数の前記温度センサおよび前記スイッチが接続される第１温度測定ユニットと、同一列に設けられた前記第１群以外の第２群の複数の前記温度センサおよびスイッチが接続される第２温度測定ユニットと、前記スイッチを制御し、前記第１群のうち１つの前記温度センサを前記第１温度測定ユニットに接続し、前記第２群のうちの１つの前記温度センサを前記第２温度測定ユニットに接続し、前記第１温度測定ユニットおよび前記第２温度測定ユニットで所定の範囲から逸脱する温度が検出されると、その温度を示す前記素子に接触する前記ヒーターの温度を調整する制御回路とを備えることを特徴とする温度試験装置。
請求項１に記載の温度試験装置において、前記第１群の前記温度センサの個数は各行に共通に設定されることを特徴とする温度試験装置。
請求項２に記載の温度試験装置において、前記第１群の前記温度センサの個数は各列に共通に設定されることを特徴とする温度試験装置。
請求項１に記載の温度試験装置において、各行には前記第１群の前記温度センサと前記第２群の前記温度センサとが同数で配置されることを特徴とする温度試験装置。
請求項４に記載の温度試験装置において、各列には前記第１群の前記温度センサと前記第２群の前記温度センサとが同数で配置されることを特徴とする温度試験装置。
請求項１に記載の温度試験装置において、前記温度センサ並びに前記第１および第２温度測定ユニットを支持する基板と、前記基板に形成されて、前記第１温度測定ユニットに並列に前記第１群の前記温度センサを接続する第１配線パターンと、前記基板に形成されて、前記第２温度測定ユニットに並列に前記第２群の前記温度センサを接続する第２配線パターンとを備えることを特徴とする温度試験装置。
複数行複数列に配列される試験対象の素子に個別に接触するヒーターの温度を調整して前記素子を所定の温度に加熱する工程と、前記素子に個別に接触する複数の温度センサのうち、前記温度センサごとに設けられた複数のスイッチを制御して同一行の複数の前記温度センサの１つを第１温度測定ユニットに接続する工程と、前記温度センサごとに設けられた複数の前記スイッチを制御して同一列の複数の前記温度センサの１つを第２温度測定ユニットに接続する工程と、前記第１温度測定ユニットおよび前記第２温度測定ユニットに接続された前記温度センサに接触する前記素子の温度を測定し、前記第１温度測定ユニットおよび前記第２温度測定ユニットで所定の範囲から逸脱する温度が検出されると、その温度を示す素子に接触するヒーターの温度を調整する工程とを備えることを特徴とする温度試験装置の温度調整方法。