JP6758201B2

JP6758201B2 - 検査治具および半導体装置の検査方法

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Publication number: JP6758201B2
Application number: JP2017000352A
Authority: JP
Inventors: 直樹宮崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: JP2018109565A

Description

本発明は、半導体装置の過熱保護機能の検査に用いられる検査治具とその検査治具を用いた半導体装置の検査方法に関する。

半導体装置が有する過熱保護機能の検査は、以下のように行われる。被検査物の半導体装置が、外部ヒーター等により過熱保護機能の動作開始温度よりも低い所定の温度まで加熱される。半導体装置が所定の温度に達した後、その半導体装置に対し通電制御が行われる。半導体装置が自己発熱することにより、過熱保護機能の動作開始温度に達し、その動作が検査される（例えば特許文献１参照）。

特開平６−１８０３４１号公報

特許文献１に記載された過熱保護機能の検査方法は、過熱保護機能の動作開始温度よりも低い所定の温度に達するまでの予熱時間が必要である。半導体装置に固有の下限規格値である過熱保護温度よりも低い温度から、昇温を開始する必要がある。過熱保護温度に達するまでに時間を要し、検査時間が長くなる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、半導体装置の高温試験の前に行われる予熱工程において、過熱保護機能の検査を行うことが可能な検査冶具の提供を目的とする。

本発明に係る検査治具は、半導体装置の過熱保護機能の検査に用いられる検査治具であって、過熱保護機能を有する半導体装置を保持可能な保持機構と、半導体装置に対する通電に用いる電源と、電源に対し通電の入切を制御する通電制御部と、保持機構に保持される半導体装置の温度を測定する温度測定部と、メモリを含み、温度測定部に接続されるコントローラとを備える。そのコントローラは、保持機構に保持され加熱室に投入された半導体装置から出力される過熱保護機能に関連した動作信号に応答して温度測定部により測定される温度データをメモリに格納する。温度測定部は、保持機構に設けられた半導体装置の温度を測定するセンサー部と、センサー部の出力信号に基づいて温度に対応する温度データを算出する温度計とを含む。

本発明によれば、半導体装置の高温試験の前に行われる予熱工程において、過熱保護機能の検査を行うことが可能な検査冶具の提供が可能となる。

実施の形態１における検査治具の構成を示す図である。前提技術における検査治具の構成を示す図である。前提技術における過熱保護機能の検査の際のタイミングチャートである。実施の形態１における過熱保護機能の検査の際のタイミングチャートである。実施の形態１における過熱保護機能の検査方法を示すフローチャートである。実施の形態２における検査治具の構成を示す図である。

本発明に係る検査治具およびその検査治具を用いた半導体装置の検査方法の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態において、検査治具が保持する半導体装置は、過熱保護機能を備える半導体装置である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における検査治具１００の構成を示す図である。検査治具１００には、半導体装置１を保持する保持機構２が設けられる。半導体装置１は、保持機構２により、搬送中においても外れないように固定される。さらに、検査治具１００には、電源４と通電制御部５とが設けられる。その電源４には、半導体装置１の制御端子１ａと１ｂとが結線される。なお、ここでは、制御端子１ａは、制御電源電圧（ＶＤ）を供給する＋端子であり、制御端子１ｂは制御電源電圧を供給する−端子である。電源４は、通電制御部５に接続される。通電制御部５は電源４から半導体装置１への通電の入切を制御する。

また、検査治具１００には、保持機構２に保持された半導体装置１の温度を測定する温度測定部３が設けられる。本実施の形態１において、温度測定部３は、センサー部３ａと温度計３ｂとに別れている。センサー部３ａは保持機構２に設けられ、半導体装置１の温度を測定し、その温度に基づく出力信号を出力する。温度計３ｂは、センサー部３ａの出力信号に基づいて半導体装置１の温度に対応する温度データを算出する。センサー部３ａは、例えば、熱電対である。

検査治具１００は、メモリ７を含むコントローラ６を備える。温度測定部３はコントローラ６のメモリ７に接続されている。また、半導体装置１の過熱保護機能が動作した際にエラー信号Ｆ_ｏを出力する制御端子１ｃも、コントローラ６のメモリ７に結線されている。なお、上記のエラー信号は、過熱保護機能に関連する動作信号の一例であり、その限りではない。また、ここでは、メモリ７はＯＴメモリである。保持機構２に保持された半導体装置１が加熱され、その過熱保護機能が動作した際に、コントローラ６は、半導体装置１の制御端子１ｃから出力されるエラー信号Ｆ_ｏに応答して温度測定部３で算出された温度データ、つまり本実施の形態１においては温度計３ｂにて算出された温度データをメモリ７に格納する。なお、これらの動作に関して、図示は省略するが、例えば、コントローラ６はメモリ７の前段にエラー信号Ｆ_ｏが入力される判定部と、その判定部が出力する判定結果を処理する信号処理部とを含む。信号処理部はメモリ７の前段において温度計３ｂからの温度データを受信する。例えば、判定部が、エラー信号Ｆ_ｏの出力電圧が、Ｈｉ（５Ｖ）からＬｏｗ（０Ｖ）に変化したことを判定し判定結果を出力する。信号処理部はその判定結果に応答して、温度データをメモリ７に格納する。また、コントローラ６は、通電制御部５に接続しそれを制御する。

検査治具１００には、通信インターフェース部８がさらに設けられている。その通信インターフェース部８は、コントローラ６に接続される。通信インターフェース部８は、外部装置９と通信可能である。コントローラ６は、メモリ７に格納された温度データを、通信インターフェース部８を介して外部装置９に出力する。外部装置９とは、例えば外部検査機である。

検査治具１００が備えるそれら保持機構２と、電源４と、通電制御部５と、温度測定部３と、コントローラ６と、通信インターフェース部８とはユニット化されている。そのユニット化された検査治具１００は、可搬性を有する。検査治具１００は、過熱保護機能の検査において半導体装置１が加熱される温度域において耐熱性を有する。このような構成を備える検査治具１００は、高温雰囲気の中を搬送可能である。また、各部がユニット化され、かつ、耐熱性を有する検査治具１００は、加熱室を別途準備することにより、単独で半導体装置１の過熱保護機能を検査することができる。その加熱室は過熱保護機能の検査専用である必要はなく、他の工程で使用される加熱室を兼用可能である。例えば、半導体装置１が保持された検査治具１００を、他の工程で利用される加熱室、例えば予熱室に投入して加熱するだけで、半導体装置１の過熱保護機能の検査が可能である。詳細な検査方法は、後述する。

本実施の形態１における検査治具１００を用いた半導体装置１の検査方法を説明する前に、本発明の前提技術を説明する。図２は、前提技術にかかる検査装置９００および検査ステージ９２の構成を示す図である。検査装置９００は、半導体装置９１の過熱保護機能を検査する検査機である。半導体装置９１は、検査ステージ９２に設けられた外部ヒーター９０等の熱源を用いて過熱保護温度に達するまで加熱される。半導体装置９１の制御端子９１ａと制御端子９１ｂとは、検査装置９００の電源９４に結線される。半導体装置９１の過熱保護機能が動作した際にエラー信号を出力する制御端子９１ｃは、検査装置９００のコントローラ９６に接続されている。半導体装置９１の温度は、検査ステージ９２に設けられた熱電対等のセンサー部９３ａで測定され、その温度に対応する温度データを温度計９３ｂが算出する。検査装置９００のコントローラ９６は、半導体装置９１の制御端子９１ｃから出力されるエラー信号と、温度計９３ｂにより算出された温度データとに基づいて過熱保護機能の検査を行う。

図３は、検査装置９００と検査ステージ９２とにより半導体装置９１の過熱保護機能の検査を行う際のタイミングチャートである。半導体装置９１の温度Ｔは、予熱時間において、外部ヒーター９０により初期温度Ｔ_０から温度Ｔ_１まで加熱される。半導体装置９１が温度Ｔ_１まで昇温された後、つまり、予熱時間が終了した後、過熱保護機能の検査が開始される。電源９４から制御端子９１ａおよび制御端子９１ｂを介して半導体装置９１に通電される。すなわち電源９４から半導体装置９１に制御電源電圧（ＶＤ＝１５Ｖ）が印加される。半導体装置９１は、自己発熱により、過熱保護温度Ｔ_ｔｒｉｐすなわち過熱保護機能の動作開始温度に達する。半導体装置９１の過熱保護機能が動作することにより、制御端子９１ｃから出力されるエラー信号Ｆ_ｏの電圧が変化する。具体的には、正常時にＨｉ（５Ｖ）であったエラー信号Ｆ_ｏの出力電圧が、過熱保護機能の動作中はＬｏｗ（０Ｖ）に変化する。出力電圧が変化した時の温度計９３ｂの温度がＯＴ値すなわち過熱保護機能の動作開始温度として記録される。その後、半導体装置９１の温度Ｔが、過熱保護解除温度Ｔ_{ｒｅｓｅｔ}に降下する。その温度にて過熱保護機能が解除されることにより、エラー信号Ｆ_ｏが再び０Ｖから５Ｖへ上昇する。以上により、過熱保護機能の検査が完了する。このように、前提技術においては、外部ヒーター９０が設けられた検査ステージ９２と、検査装置９００とが組合わされた構成により、半導体装置９１の過熱保護機能の検査が行われる。

図４は、実施の形態１における検査治具１００を用いて、半導体装置１の過熱保護機能の検査を行う際のタイミングチャートである。図５は、半導体装置１の過熱保護機能の検査方法を示すフローチャートである。図４および図５を用いて、その検査方法を説明する。

まず、被検査物である半導体装置１が保持機構２に保持された検査治具１００を準備する（ステップＳ１）。その検査治具１００は別途準備した加熱室に投入され昇温される（ステップＳ２）。この検査治具１００が昇温される工程が昇温工程である。本実施の形態１において、この昇温工程は、半導体装置１の高温試験の予熱工程にて行われる。なお、高温試験とは、常温よりも高い温度で半導体装置１の特性を評価する試験のことである。また、検査治具１００が投入される加熱室とは、その高温試験の予熱工程において半導体装置１を予熱する予熱オーブンのことである。予熱オーブンの温度は予熱温度Ｔ_２またはそれ以上の温度である。常温の検査治具１００をその予熱オーブンに投入することで、半導体装置１の温度Ｔは、初期温度Ｔ_０から過熱保護機能が動作する過熱保護温度Ｔ_ｔｒｉｐよりも高い予熱温度Ｔ_２へ加熱される。

その昇温工程において、センサー部３ａが測定した半導体装置１の温度上昇を、コントローラ６が検知する。コントローラ６は、通電制御部５を介して電源４を制御し、半導体装置１に通電を開始する（ステップＳ３）。つまり、予熱時間内に、過熱保護機能の検査が開始される。具体的には、電源４から制御端子１ａおよび１ｂを介して半導体装置１に制御電源電圧（ＶＤ＝１５Ｖ）が印加され、自己発熱により、半導体装置１の温度Ｔが上昇する。

半導体装置１の温度Ｔが、過熱保護温度Ｔ_ｔｒｉｐに達すると、半導体装置１の過熱保護機能が動作する。その際、制御端子１ｃから出力されるエラー信号Ｆ_ｏの電圧が変化する。本実施の形態１では、正常時にＨｉ（５Ｖ）であったエラー信号Ｆ_ｏの出力電圧が、過熱保護機能の動作中はＬｏｗ（０Ｖ）に変化する。

コントローラ６は、半導体装置１から出力されるエラー信号Ｆ_ｏに応答する。つまり、コントローラ６は、エラー信号Ｆ_ｏの出力電圧の変化を判定する（ステップＳ４）。その判定は、例えば、前述したコントローラ６の判定部により行う。判定部は、エラー信号Ｆ_ｏの出力電圧が、Ｈｉ（５Ｖ）からＬｏｗ（０Ｖ）に変化したことを判定し判定結果を出力する。つづいて、コントローラ６は、温度測定部３によって測定される温度データをメモリ７に格納する（ステップＳ５）。そのメモリ７への格納工程は、例えば、前述した信号処理部が行う。コントローラ６の信号処理部は、判定部の判定結果に応答して、温度計から入力される温度データをメモリ７に格納する。その格納された温度データに基づく温度が、ＯＴ値すなわち過熱保護機能の動作開始温度である。その後、半導体装置１の温度Ｔが、過熱保護解除温度Ｔ_{ｒｅｓｅｔ}に降下する。その温度にて、エラー信号Ｆ_ｏの出力電圧が再び０Ｖから５Ｖへ上昇し、過熱保護機能の検査が完了する。

半導体装置１が保持された検査治具１００が予熱オーブンから排出される（ステップＳ７）。通信インターフェース部８に外部装置９が接続される。コントローラ６は、メモリ７に格納したＯＴ値を、通信インターフェース部８を介して外部装置９に出力する（ステップＳ６）。

以上をまとめると、本実施の形態１における検査治具１００は、半導体装置１の過熱保護機能の検査に用いられる検査治具であって、過熱保護機能を有する半導体装置１を保持可能な保持機構２と、半導体装置１に対する通電に用いる電源４と、電源４に対し通電の入切を制御する通電制御部５と、保持機構２に保持される半導体装置１の温度を測定する温度測定部３と、メモリ７を含み温度測定部３に接続されるコントローラ６とを備える。そのコントローラ６は、保持機構２に保持され加熱室に投入された半導体装置１から出力される過熱保護機能に関連した動作信号に応答して温度測定部３により測定される温度データをメモリ７に格納する。本実施の形態１においては、動作信号はエラー信号Ｆ_ｏである。

以上のような構成により、検査治具１００は、他の工程で使用される加熱室を別途準備することにより、半導体装置１の過熱保護機能の検査を検査治具１００単独で行うことを可能にする。つまり、過熱保護機能の検査専用の加熱室を準備する必要はなく、他の工程で使用される加熱室を兼用して過熱保護機能の検査が可能である。前提技術に示したような過熱保護機能の検査用の検査ステージ９２が不要で、省スペース化が可能である。また、高温試験の予熱工程において過熱保護機能の検査を完了できる。その結果、タクト時間が短縮される。さらに、加熱室内を通過する搬送ラインに複数の検査治具１００を次々と流動させることで、複数の半導体装置１の過熱保護検査機能の検査を順次行うことができる。

また、検査治具１００が備える温度測定部３は、保持機構２に設けられた半導体装置１の温度を測定するセンサー部３ａと、センサー部３ａの出力信号に基づいて温度に対応する温度データを算出する温度計３ｂとを含む。このような構成により、検査治具は、温度測定対象の半導体装置の近くに熱電対等のセンサー部３ａを設置でき正確な過熱保護検査機能の検査を行うことができる。

また、検査治具１００は、コントローラ６に接続され、かつ、外部装置９と通信可能な通信インターフェース部８をさらに備える。コントローラ６は、メモリ７に格納された温度データを、通信インターフェース部８を介して外部装置９に出力する。このような構成により、検査治具１００は、単独で過熱保護機能の検査を行った後、任意のタイミングでその検査データを外部装置９に転送することができる。

また、実施の形態１における半導体装置の検査方法は、上述した検査治具１００を用いた半導体装置１の検査方法であって、過熱保護機能を有する半導体装置１が保持機構２に保持された検査治具１００を準備する工程と、検査治具１００を加熱室に投入して半導体装置１を加熱する昇温工程とを備える。その昇温工程において、通電制御部５によって半導体装置１に通電する通電工程と、半導体装置１から出力される過熱保護機能に関連した動作信号に応答して、温度測定部３により測定される温度データをメモリ７に格納するデータ格納工程とが行われる。本実施の形態１においては、動作信号はエラー信号Ｆ_ｏである。

以上のような構成により、その半導体装置の検査方法は、他の工程で使用される加熱室を別途準備することにより、半導体装置１の過熱保護機能の検査を検査治具１００単独で行うことを可能にする。つまり、過熱保護機能の検査専用の加熱室を準備する必要はなく、他の工程で使用される加熱室を兼用して過熱保護機能の検査が可能である。前提技術に示したような過熱保護機能の検査用の検査ステージ９２が不要で、省スペース化が可能である。

また、実施の形態１における半導体装置の検査方法における加熱室は、予熱オーブンであり、昇温工程は検査治具１００を常温から半導体装置１の過熱保護機能が動作する過熱保護温度Ｔ_ｔｒｉｐよりも高い予熱温度Ｔ_２まで昇温する。このような構成により、常温よりも高い温度で行われる半導体装置１の高温試験の予熱工程において、過熱保護機能の検査を完了できる。その結果、タクト時間が短縮される。さらに、加熱室内を通過する搬送ラインに複数の検査治具１００を次々と流動させることで、複数の半導体装置１の過熱保護検査機能の検査を順次行うことができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における検査治具を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。図６は、実施の形態２における検査治具１０１の構成を示す図である。検査治具１０１が備える通信インターフェース部８には、無線送信部（図示せず）が設けられ、通信インターフェース部８は、無線送信部から送信される無線信号により外部装置９と通信する。その無線信号は、電磁誘導による無線信号である。コントローラ６は、通信インターフェース部８を介して、メモリ７に格納された温度データを無線信号によって外部装置９に出力する。また、検査治具１０１は、電源４を充電する充電部１０をさらに備える。充電部１０は、電磁誘導によって外部電源である電磁誘導送電機１１と非接触な状態で受電する。電源４は、充電部１０を介して電磁誘導送電機１１から充電される。

このような構成を備える無線方式の検査治具１０１は、外部との電気的接点が不要である。その結果、接触不良が発生せず、接点部分のメンテナンス時間が短縮できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１００検査治具、１０１検査治具、１半導体装置、１ａ制御端子、１ｂ制御端子、１ｃ制御端子、２保持機構、３温度測定部、３ａセンサー部、３ｂ温度計、４電源、５通電制御部、６コントローラ、７メモリ、８通信インターフェース部、９外部装置、１０充電部、１１電磁誘導送電機。

Claims

半導体装置の過熱保護機能の検査に用いられる検査治具であって、
過熱保護機能を有する半導体装置を保持可能な保持機構と、
前記半導体装置に対する通電に用いる電源と、
前記電源に対し前記通電の入切を制御する通電制御部と、
前記保持機構に保持される前記半導体装置の温度を測定する温度測定部と、
メモリを含み、前記温度測定部に接続されるコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記保持機構に保持され加熱室に投入された前記半導体装置から出力される前記過熱保護機能に関連した動作信号に応答して前記温度測定部により測定される温度データを前記メモリに格納し、
前記温度測定部は、前記保持機構に設けられた前記半導体装置の前記温度を測定するセンサー部と、前記センサー部の出力信号に基づいて前記温度に対応する前記温度データを算出する温度計とを含む、検査治具。
前記コントローラに接続され、かつ、外部装置と通信可能な通信インターフェース部をさらに備え、
前記コントローラは、前記メモリに格納された前記温度データを前記通信インターフェース部を介して前記外部装置に出力する請求項１に記載の検査治具。
前記通信インターフェース部は、電磁誘導による無線信号によって前記外部装置と通信する請求項２に記載の検査治具。
前記電源を充電する充電部をさらに備え、
前記電源は、前記充電部を介して電磁誘導によって外部電源と非接触に充電される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の検査治具。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の検査治具を用いた半導体装置の検査方法であって、
前記過熱保護機能を有する前記半導体装置が前記保持機構に保持された前記検査治具を準備する工程と、
前記検査治具を加熱室に投入して前記半導体装置を加熱する昇温工程とを備え、
前記昇温工程において、
前記通電制御部によって前記半導体装置に通電する工程と、
前記半導体装置から出力される前記過熱保護機能に関連した前記動作信号に応答して、前記温度測定部により測定される前記温度データを前記メモリに格納する工程と、
が行われる半導体装置の検査方法。
前記加熱室は、予熱オーブンであり、
前記昇温工程は、前記検査治具を常温から前記半導体装置の前記過熱保護機能が動作する過熱保護温度よりも高い予熱温度まで昇温する請求項５に記載の半導体装置の検査方法。