KR20070114310A - Ｉｃ 소켓의 온도 감지 및 예측 - Google Patents

Abstract

집적 회로의 온도를 보다 정확히 조절하기 위해 온도 감지와 예측을 결합한 장치 및 방법이 제공된다. IC 온도 감지 및 예측 장치(20)는 IC(24)를 흐르는 전류를 측정하는 전류 감지 장치(26) 및 상기 IC(24)의 표면 온도를 측정하는 온도 조절 장치(28)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 상기 예측된 전류에 따라 상기 IC(24)가 소비한 전력을 산출하고 상기 측정된 표면 온도 및 소비 전력에 응답하여 히터 또는 냉각기(28)의 온도를 조절하는 전자 제어기(30)를 포함한다.

Description

ＩＣ 소켓의 온도 감지 및 예측{TEMPERATURE SENSING AND PREDICTION IN IC SOCKETS}

본 발명은 집적 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로의 보다 정확한 온도 조절을 위한 온도의 감지 및 예측에 관한 것이다.

집적 회로(IC) 패키지는 일반적으로 제조 후 높은 온도에서 검사를 받는데, 이 검사는 통상 번인(burn-in) 공정이라 불린다. 이러한 공정에서는 종종 IC, 센서, 및 다른 소자의 온도를 조절할 필요가 있다. 이를 위한 기술은 수년간 널리 실용화되어 왔다. 이와 같은 시스템은 통상 히터(또는 냉각기), 온도 센서, 및 기준 전압에 대한 온도 센서 상에서 측정된 전압의 차이에 비례하여 히터에 에너지를 가하는 비교기를 포함한다. 전압차를 감소시키기 위하여 에너지는 적절한 방향으로 가해진다. 다양한 종류의 온도 조절 모듈 및 온도 센서가 이와 같은 용도로 널리 판매되고 있다. 통상적으로, 이들은 IC의 온도 감도 때문에 번인 공정에서 IC의 온도를 조절하는데 응용되고 있다.

보다 정확한 검사 결과를 얻기 위해, 검사될 IC의 온도를 개별적으로 조절하는 것이 바람직하다. 개별적으로 온도를 조절하지 않는 검사용 오븐 내부에서는, 각각의 IC의 실제 온도가 오븐 내부의 서로 다른 비율의 대류, 열방산, 또는 열복 사로 인해 달라질 수 있다. 각각의 IC의 온도를 감지하고, 개별적인 히터를 사용하여 각각의 IC에 대한 열을 변화시킴으로써, 개별적으로 온도 조절을 할 수 있다.

이와 같이 IC를 개별적으로 감지하여 가열하는 예로서, 2가지 경우가 Jones의 미국 특허 제5,164,661호 및 Hamilton의 미국 특허 제5,911,897호에 각각 기재되어 있다. Jones 및 Hamilton 특허는 모두 IC와 직접 접촉하여 IC의 케이스 온도를 감지하는 센서를 구비한 검사용 소켓을 개시하고 있다.

Hamilton 특허에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 온도 센서(110)가 절연 센서 하우징(112) 내에 하우징(112)으로부터 돌출하여 검사될 집적 회로의 외부 케이스와 접촉하도록 위치한다. Hamilton 특허는 검사중인 IC의 표면 온도 (케이스 온도)를 측정하는 것을 개시하고 있지만, IC 중심부의 온도 (접합 온도)를 결정하는 장치나 방법을 개시하지는 않고 있다.

Jones 특허는 감지된 케이스 온도와 IC의 소정의 온도 프로파일로부터 접합 온도를 산출하여 검사중인 IC의 접합 온도를 결정하는 방법을 개시하고 있다. IC의 접합 온도의 결정은 IC의 케이스 표면의 온도 센서와 IC의 접합점 사이의 물질의 열시정수(thermal time constant)에 의해 야기된 시간 지연을 겪는다.

따라서, 검사중인 IC의 접합 온도를 더욱 빠르게 측정하는 시스템 및 방법을 갖는 것이 유리하다.

본 발명의 일 실시예는 집적 회로(IC)의 온도를 조절하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 IC의 표면 온도를 감지하는 단계, 접합 온도를 예측하는 단계, 및 상기 예측된 접합 온도에 기초하여 상기 표면 온도를 조정하는 단계를 포함한다. 상기 접합 온도를 예측하는 단계는 상기 IC의 소비 전력을 측정하는 단계 및 상기 소비 전력 및 상기 IC의 온도 프로파일에 따라 상기 측정된 표면 온도에 대한 온도 조정 값을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예는 IC 온도 감지 및 예측 장치를 제공한다. 상기 장치는 IC에 흐르는 전류를 측정하는 감지 장치 및 상기 IC의 표면 온도를 변화시키는 온도 조절 장치를 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 감지 장치로부터 상기 IC에 흐르는 상기 측정된 전류를 나타내는 제 1 신호 및 상기 온도 조절 장치로부터 상기 IC의 표면 온도를 나타내는 제 2 신호를 수신하는 전자 제어기를 포함한다. 상기 온도 조절 장치는 상기 IC와 열접촉하여 상기 표면 온도를 측정하는 온도 센서 및 상기 IC에 직접 접촉하는 히터 또는 냉각기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예의 특징 및 이점, 그리고 이를 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 아래 상세한 설명을 참조함으로써 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 원리에 따른 IC 온도 감지 및 예측 장치의 실시예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 IC 온도 감지 및 예측 장치(20)의 일 실시예를 간략하게 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검사용 또는 번인 챔버 내의 검사용 보드 시스템을 간략하게 나타내는 평면도이다.

이하의 개시로부터 명확해지는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 단지 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 원리를 완전하게 알려주기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 IC의 정확한 온도 조절을 제공하는 집적 회로(IC) 온도 감지 및 예측 장치(20)를 간략하게 나타낸 블록도이다. 집적 회로는 각각의 다이와 IC 패키지를 포함한다. 본 명세서에 기재된 집적 회로(IC)는 모든 형태의 집적 회로를 포괄한다. IC 온도 감지 및 예측 장치(20)는 IC의 번인, 검사 및 프로그래밍을 포함하는 검사나 IC의 정확한 온도 조절이 요구되는 응용 분야에서 사용될 수 있다.

온도 조절 장치(28)는 검사중인 장치(device under test (DUT); 24) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 온도 조절기는 DUT(24)의 표면 (또는 케이스) 온도를 감지하는 센서 및 DUT(24)에 열을 전달하거나 빼앗기 위한 히터 또는 냉각기를 포함한다. 온도 조절 장치(28)는 공동 출원한 미국 특허 출원 제10/920,531호 "집적 회로 온도 감지 장치 및 방법"(공개 번호 2005/0189957 A1)에 기술된 것과 유사할 수 있고, 그 내용은 참고상 본 명세서에 포함되어 있다.

DUT(24)의 온도를 보다 정확히 조절하기 위해, 접합(또는 다이) 온도는 표면 온도와 함께 측정되는 것이 바람직하다. 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, 접합 온도는 IC 작동과 장기간의 신뢰성에 있어 핵심적 특징이다. 그러나, 접합 온도는 밀봉용 케이스 물질(즉, IC 패키지)과 같은 DUT(24)의 개재 물질 때문에 직접 측정할 수 없다. 개재 물질은 DUT(24)의 접합 온도와 표면 온도 간의 열적 시간 지연을 야기한다.

DUT(24)의 접합 온도를 결정하는 한 방법은 옴의 법칙(V = IR, V는 전압, I는 전류, R은 저항)과 유사한 단순 열적 모델(T = Pθ, T는 온도, P는 전력 손실, θ는 열저항)에 기초한다. 열적 모델은 온도와 전압, 및 전력과 전류를 동등하다고 간주한다. 패키지 열저항은 다이의 활성면(접합점)으로부터 특정 기준점(케이스, 보드, 주변 등)으로의 패키지의 열방산 능력의 척도이다. 예를 들어, 접합점과 케이스 간 열저항(θjc)은 다이의 표면으로부터 패키지의 상면 또는 하면으로 열을 방산하는 장치의 능력을 평가하는 기준이다. 일반적으로 IC 제조업자는 각 부품의 열저항에 대한 정보를 제공한다. 또한, 장치의 열적 성능을 예측하기 위해 FLOTHERM®과 같은 상업용 열분석 소프트웨어 패키지를 이용할 수 있다.

전원 공급 장치(22)는 DUT(24)에 전원을 공급한다. 전류 감지 장치(26)는 전원 공급 장치(22)와 DUT(24) 사이에 결합되는 것이 바람직하며, DUT(24)에 흐르는 전류를 측정한다. 일 실시예에서, DUT(24)에 흐르는 전류는 전원 공급 장치(22)와 직렬로 배치된 저임피던스 전류 감지 저항기(26)(예를 들어, 0.015 ohm 저항기)를 이용하여 측정할 수 있다.

시스템 제어기(30)는 온도 조절 장치(28) 및 전류 감지 장치(26)에 연결되는 것이 바람직하다. 시스템 제어기(30)는 온도 조절 장치로부터 DUT(24)의 감지된 케이스 온도를 나타내는 신호를 수신한다. 또한, 시스템 제어기(30)는 전류 감지 장치(26)로부터 신호를 수신한다. DUT(24)의 소비 전류는 전류 감지 저항기(26)에서의 전압 강하를 측정하여 결정된다. 그러면, 시스템 제어기는 DUT(24)가 소비한 전력량을 산출할 수 있다. DUT(24)의 전력 손실은 식 P = IV에 의해 구해진다. 여기서, P는 전력 손실이며, I는 소비 전류이며, V는 전압이다.

DUT(24)가 소비한 전력량이 산출되면, 접합 온도를 예측하여 조절할 수 있다. 케이스 온도는 온도 조절 장치(28)에 의해 측정되기 때문에, 시스템 제어기(30)는 다음 식에 따라 접합 온도를 산출할 수 있다.

Tj = Tc + Pθjc,

여기서 Tj는 접합 또는 다이 온도이며,

Tc는 케이스 또는 패키지 온도이며,

P는 장치에 의해 손실된 전력(와트)이다.

따라서, 바람직한 검사 온도를 얻기 위해 DUT(24)를 가열할지 냉각시킬지를 결정하기 위해, 시스템 제어기(30)는 온도 조절 장치(28)에서 감지된 케이스 온도와 함께 DUT(24)의 접합 온도를 조절하기 위해 산출된 전력 손실을 사용하여 DUT(24)의 온도를 보다 정확히 조절할 수 있다. 또한, 전류 감지 저항기(26)에서의 전압 강하의 측정은 케이스 온도 측정과 관련된 시간 지연을 겪지 않기 때문에, 온도 감지 및 예측 장치(20)는 시스템 제어기(30)에 신속한 온도 피드백 루프를 제공한다.

또한, 일정한 전력이 소비되는 동안 감지된 케이스 온도가 예상 접합 온도와 크게 다를 경우, 지정된 DUT(24)의 문제는 쉽게 확인될 수가 있다. 예를 들어, 지정된 장치 종류에 대한 온도 프로파일이 예측 가능하다. 장치가 잘못 제작되어 실제 온도 프로파일이 예상 온도 프로파일과 다를 때 (예를 들어, 잘못된 패키징으로 인해 접합점과 케이스 사이에 보다 큰 열저항이 발생할 때), 측정된 케이스 온도는 일정한 전력이 소비되는 동안 예상보다 낮을 수 있다. 따라서, 케이스 온도를 측정하고 DUT(24)의 소비 전력을 산출함으로써, 결함 있는 IC를 확인할 수 있는 정보가 추가적으로 제공된다.

도 2는 도 1에 도시된 IC 온도 감지 및 예측 장치(20)의 일례를 간략하게 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 예에서, DUT(24)는 검사용 보드(42) 상의 IC 검사용 소켓(23)에 위치한다. 검사용 소켓(23)은 DUT(24)의 번인, 검사 및 프로그래밍을 포함하는 검사를 위해 IC를 수용하도록 설계된 소켓일 수 있다. 검사용 소켓을 사용하는 IC 검사는 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 하나의 예에 불과하다. 본 발명은 또한 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 실장되는 장치에도 적용될 수 있다.

일반적으로 IC 검사용 소켓(23)은 검사용 보드(42)에 연결된 베이스(40) 및 소켓 덮개(44)를 포함한다. IC 검사용 소켓(23)은 검사 동안 IC의 온도를 직접 조절하기 위한 온도 조절 장치(28)를 포함한다. 온도 조절 장치(28)의 온도 센서(48)는 DUT(24)의 상면의 온도를 측정한다.

온도 조절 장치(28)는 소켓 덮개(44)에 위치한다. 따라서, IC 검사용 소켓(23)이 폐쇄위치에 있을 때, 온도 조절 장치(28)는 DUT(24)와 열적으로 접촉한다. 다음, 온도 조절 장치(28)는 DUT(24)에 열을 전달하거나 빼앗아 DUT(24)의 온 도를 변화시킨다. 따라서, 온도 조절 장치(28)는 히터 또는 냉각기를 포함한다.

또한, 도 2는 온도 센서(48) 및 온도 조절 장치(28)와 연통하는 시스템 제어기(30)를 간략하게 나타내는 회로도를 포함한다. 시스템 제어기(30)는 보드(42) 상에 위치할 수 있는 전류 감지 장치(26)와도 연결된다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(30)는 소켓 덮개(44)에 내장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검사용 또는 번인 챔버(68) 내의 검사용 보드(42) 시스템을 간략하게 나타내는 평면도이다. 매트릭스 형태의 DUT(24)와 IC 온도 감지 및 예측 장치(20)는 각각의 검사용 보드(42) 상에 위치한다. 검사용 보드(42)는 외부 전원 및 드라이버 전자 장치(70)와 연통한다. 전원 및 드라이버(70)는 데이터/전원 버스(71)에 의해 검사용 보드(42)와 연통한다. 전원 및 드라이버(70)는 사용자가 각각의 DUT(24)의 바람직한 검사용 온도를 설정할 수 있는 시스템 제어기로서 작용한다.

일반적인 검사용 챔버(68)는 팬 또는 다른 장치로부터의 기류(67)가 검사용 보드(42)에 걸쳐서 유지되고 있는 번인 챔버이다. 기류(67)는 히터(28)로부터 열이 가해지기 전에 IC 패키지를 선택된 온도 이하로 유지시킬 수 있을 정도로 충분히 높은 속도를 유지하는 것이 바람직하다. 그러면 히터(28)는 각각의 IC 패키지(24)의 독립적으로 선택된 온도를 보다 쉽게 유지할 수 있다. 본 발명이 포함될 수 있는 IC 검사 시스템은 본 출원인이 공동 출원한 미국 특허 출원 제11/069,589호, "번-인 테스트 장치 및 방법" (공개 번호 US2005/0206368 A1)에 보다 자세히 기술되어 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 상기 기재로부터 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 특허청구범위의 범위와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 실시예들은 다양하게 변경될 수 있다고 해석되어야 한다.

Claims (20)

1. 집적 회로(IC)(24)의 온도 조절 방법으로,

   상기 IC(24)의 표면 온도를 감지하는 단계;

   상기 IC(24)의 접합 온도를 예측하는 단계; 및

   상기 IC(24)의 예측된 접합 온도에 따라 상기 IC(24)의 표면 온도를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 IC(24)의 표면 온도를 감지하는 단계는 온도 센서(48)를 상기 IC(24)에 열적으로 연결하는 단계를 포함하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 온도 센서는 IC 소켓 덮개에 위치하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 접합 온도를 예측하는 단계는:

   상기 IC가 소비한 전력량을 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 소비 전력과 상기 IC의 온도 프로파일에 따라 상기 측정된 표면 온도에 대한 온도 조정 값을 산출하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 온도 프로파일은 상기 IC의 열저항 값을 포함하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 측정된 표면 온도와 측정된 소비전력을 비교하는 단계; 및

   상기 측정된 표면 온도가 상기 IC의 온도 프로파일에 따라 측정된 소비 전력과 일치하지 않을 경우 상기 IC는 결함이 있다고 판단하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 IC의 표면 온도를 조정하는 단계는 히터 또는 냉각기를 상기 IC에 열접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 히터 또는 냉각기는 상기 IC 소켓 덮개에 위치하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   온도 센서는 절연 물질이 상기 온도 센서를 상기 히터 또는 냉각기로부터 열적으로 분리하도록 상기 히터 또는 냉각기 내에 위치하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 IC를 검사용 소켓에 놓는 단계;

    온도를 측정하기 위해 상기 IC를 열적으로 연결하는 단계;

    상기 IC의 전류를 측정하는 단계; 및

    상기 측정된 전류에 기초하여 측정된 IC 온도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
11. 집적 회로(IC)(24)의 접합 온도를 예측하는 방법으로,

    상기 IC(24)가 소비한 전력량을 측정하는 단계;

    상기 IC(24)의 표면 온도를 감지하는 단계; 및

    측정된 소비 전력 및 상기 IC(24)의 온도 프로파일에 따라 상기 감지된 표면 온도에 대한 온도 조정 값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 IC가 소비한 전력량을 산출하는 단계는:

    전류 감지 장치를 상기 IC에 결합하는 단계; 및

    상기 전류 감지 장치에서의 전압 강하의 양을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 온도 프로파일은 상기 IC의 열저항 값을 포함하는 방법.
14. IC 패키지(24)를 흐르는 전류의 양을 측정하도록 배치된 전류 감지 장치(26);

    상기 전류 감지 장치(26)로부터 상기 IC 패키지(24)를 흐르는 전류의 양을 나타내는 제 1 신호를 수신하는 전자 제어기(30); 및

    상기 IC 패키지(24)의 표면 온도를 변화시키는 온도 조절 장치(28)를 포함하며,

    상기 전자 제어기(30)는 상기 온도 조절 장치(28)로부터 상기 IC 패키지(24)의 표면 온도를 나타내는 제 2 신호를 추가로 수신하는 집적 회로(IC) 온도 감지 및 예측 장치(20).
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 온도 조절 장치는:

    상기 IC 패키지와 열적으로 접촉하도록 배치되어 상기 IC 패키지의 표면 온도를 측정하는 온도 센서; 및

    상기 IC 패키지와 직접 접촉하도록 배치되어 히터 또는 냉각기를 포함하는 장치.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 전자 제어기는 상기 전류 감지 장치에서의 전압 강하의 양에 따라 상기 IC 패키지가 소비한 전력량을 산출하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 제어기는 상기 측정된 표면 온도 및 상기 IC 패키지의 산출된 소비 전력에 응답하여 히터 또는 냉각기의 온도를 변화시키도록 프로그램되어 있는 장치.
18. 검사용 챔버(68);

    상기 검사용 챔버(48) 내부에 배치된 검사용 보드(42);

    상기 검사용 보드(42) 상에 배치된 IC 패키지(24);

    상기 IC 패키지(24)와 열적으로 접촉하도록 배치된 온도 센서(48);

    상기 IC 패키지(24)와 직접 접촉하도록 배치된 히터 또는 냉각기(28);

    상기 IC 패키지(24)를 흐르는 전류의 양을 감지하도록 배치된 전류 감지 장치(26); 및

    상기 온도 센서(48) 및 상기 전류 감지 장치(26)로부터 신호를 수신하도록 배치된 전자 제어기(30)를 구비하며,

    상기 전자 제어기(30)는 상기 IC 패키지(24)가 소비한 전력량 및 상기 IC 패키지(24)의 측정된 표면 온도에 응답하여 상기 히터 또는 냉각기(28)의 온도를 변화시키도록 프로그램되어 있는 IC 패키지 검사 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자 제어기는 상기 전류 감지 장치에서의 전압 강하의 양을 측정하여 상기 IC 패키지가 소비한 전력량을 산출하는 시스템.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 전자 제어기는 상기 IC 패키지가 소비하는 전력량과 상기 IC 패키지의 측정된 표면 온도의 비교를 통해 상기 IC 패키지의 결함 유무를 판단하도록 더 프로그램되어 있는 시스템.

Images