JP3442818B2 - 電子部品の環境試験装置 - Google Patents

電子部品の環境試験装置

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JP3442818B2 JP15339593A JP15339593A JP3442818B2 JP 3442818 B2 JP3442818 B2 JP 3442818B2 JP 15339593 A JP15339593 A JP 15339593A JP 15339593 A JP15339593 A JP 15339593A JP 3442818 B2 JP3442818 B2 JP 3442818B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、電子部品の電子部品
の環境試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置等の精密電子部品は、温度保
証をするため、所定の温度環境下で所望の特性を発揮す
るかどうかの環境試験を経た上で出荷される。かかる環
境試験は、通常、たとえば、90℃の高温、25℃の室
温、−5℃の低温において、電子部品がそれぞれ所定の
特性を示すかどうかを試験するものである。
【0003】従来、上記のような環境試験は、図3に示
すように、恒温槽a内に電子部品Dを搬入して行われて
おり、この恒温槽内で低温雰囲気を作るには、液体窒素
を気化させて得られる低温窒素ガスを導入する。また、
高温雰囲気を作るには、加熱空気等の高温ガスを恒温槽
内に導入する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に恒温槽内で温度環境を作り出して電子部品の試験を行
う場合、次のような種々の問題があった。
【0005】第一に、低温雰囲気を作るための低温窒素
ガスが必要であり、不経済であるとともに、温度制御が
困難であるという問題があった。第二に、窒素ガスを気
密状に循環させる回路が必要であるとともに、恒温槽そ
のものにある程度の容積が必要であり、そのために、恒
温槽が大型化し、かつ高価とならざるをえないという問
題があった。第三に、恒温槽に一定の容積が必要であ
り、その内部のガスを交換することによって、温度変更
をしていたため、温度変更に時間がかかるという問題も
あった。第四に、多数の電子部品をトレイ等に載せてこ
れを恒温槽に搬入してこれら多数の電子部品の環境試験
を一括して行う場合、トレイ等が環境温度となるまでに
さらに時間がかかり、試験の効率が著しく悪くなるとい
う問題もあった。
【0006】本願発明は、上記のような事情のもとで考
え出されたものであって、従来の問題を一挙に解消し、
簡便、安価、かつ迅速に電子部品の環境試験のための設
定温度を作り出すことができ、そうすることによって、
より簡便、迅速、かつ正確な電子部品の環境試験を行う
ことができるようにすることをその課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0008】すなわち、本願の請求項1に記載した電子
部品の環境試験装置は、上位に位置する第一の熱良導性
ブロックと、下位に位置する第二の熱良導性ブロック
と、これら第一および第二の熱良導性ブロック間に介装
された電子冷却装置とを備え、上記第一の熱良導性ブロ
ックには、電子部品に対する接触面が突出状に設けられ
ている電子部品の環境試験装置であって、上記接触面を
臨ませるための孔が設けられ、かつ上記第一の熱良導性
ブロックに接触することのないパレットをさらに備え、
このパレット上に載置された電子部品の下面を上記孔を
介して上記接触面に接触させつつ、この電子部品の特性
試験を行うように構成したことを特徴とする。
【0009】本願の請求項2に記載した電子部品の環境
試験装置は、上位に位置する第一の熱良導性ブロック
と、下位に位置する第二の熱良導性ブロックと、これら
第一および第二の熱良導性ブロック間に介装された電子
冷却装置と、この電子冷却装置を制御する制御装置と、
上記第一の熱良導性ブロックの温度を検出する温度セン
サと、を備え、上記第一の熱良導性ブロックには電子部
品に対する接触面が突出状に形成されている電子部品の
環境試験装置であって、 上記接触面を臨ませる孔が設け
られ、かつ上記第一の熱良導性ブロックに接触すること
のないパレットをさらに備え、 上記制御装置は、上記温
度センサからの検出温度が所定となるように上記電子冷
却装置を制御するようになっており、上記パレット上に
載置された電子部品の下面を上記孔を介して上記接触面
に接触させつつ、この電子部品の特性試験を行うように
構成したことを特徴とする。
【0010】
【発明の作用および効果】本願発明は、従来のように恒
温槽内で所定の温度環境を作り出して電子部品の環境試
験を行うという方法とは全く異なる。すなわち、本願発
明の環境試験装置は、第一の熱良導性ブロックに設けた
接触面に試験を行うべき電子部品を直接接触させ、上記
接触面の温度を制御することにより、電子部品の、具体
的には、内部素子の温度を所望のように設定する。樹脂
パッケージ型の電子部品にあっては、樹脂パッケージ表
面に対して上記第一ブロックの接触面から与えられる熱
エネルギと、内部チップの温度との間に、一定の相関が
存在する。この相関は、たとえば、電子部品の内部に熱
電対を挿入し、この熱電対によって検出される内部チッ
プの温度が所望の温度となるためには、上記第一の熱良
導性ブロックの接触面がどの程度の温度になっていれば
よいかをサンプリングすることによって知ることができ
る。
【0011】そして、電子部品の所望のチップ温度を得
るために必要な第一の熱良導性ブロック上接触面の温度
が決まると、この温度が達成されるように、電子冷却装
置を制御するのである。
【0012】この電子冷却装置とは、いわゆる、ペルチ
ェ効果によって固体ヒートポンプ機能を営む半導体装置
であって、これに流す電流の大きさにより、第一の熱良
導性ブロックと第二の熱良導性ブロック間の熱移動の大
きさを簡単に制御することができるとともに、直流電流
の方向を転換することにより、上記各ブロック間の熱移
動の方向を逆転させることも簡単にできる。そして、通
電から所望の温度を得るための時間が、比較的短時間で
あり、したがって、温度変更をするにあたっても、迅速
にこれを達成することができる。
【0013】上記電子冷却装置は、第一の熱良導性ブロ
ックから第二の熱良導性ブロックへの熱移動を行うこと
により、第一の熱良導性ブロックに設けられた接触面温
度を、−5℃等の低温にすることができる一方、これと
は逆に、通電極性の転換により、第二の熱良導性ブロッ
クから第一の熱良導性ブロックへの熱移動を行い、この
第一の熱良導性ブロックに設けられた接触面の温度を、
たとえば90℃等の高温にすることもできる。もちろ
ん、電流の大きさおよび方向を所定に設定することによ
り、第一の熱良導性ブロックの接触面の温度を、たとえ
ば25℃の室温に設定・保持することも容易である。
【0014】上記の説明から明らかなように、本願発明
では、第一の熱良導性ブロックに設けた接触面に、試験
を行うべき電子部品を直接接触させることにより、これ
を所望の温度に温度設定し、そうして実質的な環境試験
を行うようにしている。しかも、低温、室温、高温間へ
の温度変更は、きわめて簡便かつ迅速に行える。また、
設定された温度が安定的に保持される。さらに、多数の
電子部品を一括して環境試験に供する場合においても、
これら電子部品に直接接触する接触面を介して電子部品
の温度設定を行うことができるので、雰囲気温度を設定
する従来の高温槽を用いた環境試験方法に比較して、ト
レイ等の不要な部材までをも加熱または冷却する必要は
なく、これにより温度変更の迅速性が、著しく高まる。
【0015】以上の結果、本願発明によれば、電子部品
の環境試験を、簡便、迅速、かつ正確に行うことがで
き、全体として、電子部品の環境試験の効率が従来に比
較して格段に高まる。
【0016】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0017】図1は、本願発明の電子部品の環境試験装
置2の一例の構成を模式的に示している。符号3は、ス
テンレスあるいはアルミニウム等の熱良導性金属で作製
された第一の熱良導性ブロックを示しており、その上部
には、樹脂パッケージ型の電子部品Dのパッケージ部の
下面に接触する接触面4が突出形成されている。この第
一の熱良導性ブロック3の内部にはまた、シーズヒータ
5等の電気的加熱手段が組み込まれている。さらに、こ
の第一の熱良導性ブロック3の温度、ひいては、上記接
触面4の表面温度を検出するための、熱電対等の温度セ
ンサ6が取付けられている。
【0018】図1において符号7は、上記第一の熱良導
性ブロック3と同様、ステンレスあるいはアルミニウム
等の熱良導性金属によって作製された第二の熱良導性ブ
ロックを示している。
【0019】そして、上記第一の熱良導性ブロック3の
下面と、上記第二の熱良導性ブロック7の上面との間に
は、電子冷却装置8が介装されている。この電子冷却装
置8は、図1によく表れているように、P型熱半導体素
子9とN型熱半導体素子10とを、金属電極11,12
によって交互にπ型に直列接合した構成をもっている。
むろん、この電子冷却装置8の上面をなす各金属電極1
1と上記第一の熱良導性ブロック3の下面との間、およ
び、電子冷却装置8の下面をなす各金属電極12と上記
第二の熱良導性ブロック7の上面との間には、薄状のア
ルミナセラミック板等の絶縁体13が介装される。
【0020】上記電子冷却装置8の両端部間は、電流の
大きさおよび方向を変更できる直流電源装置14に接続
されている。
【0021】上記電子冷却装置8は、次に説明するよう
なペルチェ効果によりその上面と下面間の熱移動を行
う。N型素子からP型素子に電流が流れるπ型接続部で
は、電子はエネルギレベルの低い状態から高い状態へと
移行するので、周りの結晶格子の振動エネルギを吸収
し、この結果温度が低下する。逆に、P型素子からN型
素子に電流が流れるπ型接続部では、電子はエネルギレ
ベルの高い状態から低い状態へと移行するので、余った
エネルギを周りの結晶格子に与えて、格子の振動エネル
ギが増加し、この結果温度が上昇する。これを図1の構
成に当てはめると、直流電流が矢印A方向に流れている
とき、電子冷却装置8の上面に温度低下が起こり、下面
に温度上昇が起こる。すなわち、第一の熱良導性ブロッ
ク3の熱を吸収し、第二の熱良導性ブロック7に熱を放
出する。換言すると、第一の熱良導性ブロック3から第
二の熱良導性ブロック7への熱移動が起こるのであり、
その結果、第一の熱良導性ブロック3の温度が低下し、
第二の熱良導性ブロック7の温度が上昇する。
【0022】逆に、直流電流の方向を転換して、図1の
矢印B方向に電流を流すと、第二の熱良導性ブロック7
から第一の熱良導性ブロック3への熱移動が生じる結
果、第二の熱良導性ブロック7の温度が低下するととも
に、第一の熱良導性ブロック3の温度が上昇する。
【0023】そして、上記のような熱移動の程度は、電
子冷却装置8に流すべき電流の大きさを変更することに
より、簡単に変えることができる。
【0024】以上のことから、第一の熱良導性ブロック
3に設けた接触面4の温度を、低温から高温まで、自由
に変更し、かつその変更後の温度を保持することができ
る。本実施例においては、第一の熱良導性ブロック3内
にヒータ5が組み込まれており、上記電子冷却装置8の
作用による第一の熱良導性ブロック3の加熱をこのヒー
タ5によって助勢することができるようにしてあり、上
記接触面4の高温設定をより迅速に行えるようになって
いる。
【0025】上記電子冷却装置8に対する電流制御およ
び、ヒータ5に対する電流制御は、マイクロコンピュー
タ等で構成される制御装置15によって行うことができ
る。上記電子冷却装置8の電源装置14は、上記制御装
置15によって制御される。また、上記ヒータ5のため
の電源装置16も、上記制御装置15によって制御され
る。制御入力信号として、この制御装置15には、上記
熱電対等の温度センサ6からの温度情報が入力される。
【0026】図1に表れているように、本願発明の環境
試験装置2においては、さらに、電子部品Dを載置する
ためのトレイあるいはパレット17が上記第一の熱良導
性ブロック3の上方に配置される。このパレット17に
は、上記第一の熱良導性ブロック3に突出状に設けられ
た接触面4を臨ませるための孔18が設けられており、
パレット17上に載置された電子部品Dの下面のみが、
上記接触面4に接触させられるようになっている。パレ
ット17上に載置された電子部品Dから延びる外部リー
ドLは、測定端子を兼ねた押圧部材19によってパレッ
ト上に押しつけられ、この状態において、電子部品Dが
所定の温度に達した時点で、特性試験が行われる。な
お、上記パレット17の構成は、試験をするべき電子部
品Dの形態に応じて、種々変更可能であることはいうま
でもない。また、外部リードを下向きに折り曲げるリー
ドフォーミングが済んでいる電子部品についてかかる環
境試験を行う場合には、上記パレット17に替え、外部
リードを挿入しうる測定ソケット(図示略)を使用する
ことも可能である。
【0027】以上の構成において、試験をするべき電子
部品Dの温度設定は、たとえば次のようにして行われ
る。前述したように、環境試験は、通常、たとえば−5
℃の低温、25℃の室温、および90℃の高温におい
て、所定の特性を示すかどうかが試験される。むろんこ
の温度は、樹脂パッケージ型電子部品にあっては、内部
チップがかかる温度になっているべきであり、そのため
には、次のような温度管理手法が採用される。
【0028】その第一は、試験に先立ち、この試験をす
るべき電子部品と同型の電子部品に内部チップに到達す
るようにして熱電対を挿入し、かかる熱電対からの検出
温度が所定となるように、上記電子冷熱装置8および/
またはヒータ5を駆動する。これにより、電子部品Dの
チップ温度が所定となるためには、第一の熱良導性ブロ
ックに挿入された温度センサ6がいかなる温度を示すべ
きかが判明する。したがって、以後の試験においては、
上記温度センサ6によって検出される第一の熱良導性ブ
ロック3の温度が上記のようにして予備的な温度サンプ
リングによって判明した温度となるように、上記電子冷
却装置8および/またはヒータ5を制御すればよいこと
になる。
【0029】また、半導体装置の多くは、定電流を流し
たとき、温度によって電圧が変化することを示す、順方
向電圧値(いわゆるVF値)を計測可能となっている。
この順方向電圧値は、チップ温度と1:1対応している
ため、この順方向電圧値を測定することによって、内部
チップ温度を知ることができる。したがって、環境試験
に先立って、同型の電子部品につき、順方向電圧値が所
定の温度を表すには、第一の熱良導性ブロック3がどの
温度を示すべきか、換言すると、上記温度センサ6から
の出力がどの温度を示すべきかを測定しておき、以後の
試験においては、上記のようにして判明した温度を上記
センサ6からの信号が示すように、上記電子冷却装置8
および/またはヒータ5を制御すればよいことになる。
【0030】以上説明してきたように、本願発明の電子
部品の環境試験装置によれば、簡便かつコンパクトな構
成により、電子部品の環境試験を行うことができる。
【0031】図2は、多数個の電子部品Dを一括して環
境試験に供する場合のパレット17の構成例を示してい
る。この場合、図1に示したのと同様、パレット17に
は、載置された電子部品Dの下面を下方に露出させるた
めの孔18が形成されており、これら孔18に対応する
ようにして、第一の熱良導性ブロック3の上面に、複数
の接触面4が突出状に形成される。この図からわかるよ
うに、多数個の電子部品Dを測定するべくパレット17
が用いられているとはいえ、電子部品Dに熱あるいは冷
熱を与えるべき第一の熱良導性ブロック3に設けられた
接触面4は、パレット17に接触することなく、各電子
部品Dの下面にのみ接触するようにしている。したがっ
て、パレット17までもが加熱あるいは冷却されるのを
待つ必要なく、電子部品Dのみを迅速に所定温度に設定
し、試験を行うことができるのであり、温度変更がきわ
めて迅速に行える。このことによっても、恒温槽を用い
て行われていた従来に比較して、環境試験の効率が著し
く改善されるのである。また、パレット17全体が高温
加熱および冷却されることがないので、このパレット1
7の寿命も延長される。
【0032】もちろん、本願発明の範囲は上述した実施
例に限定されるものではない。実施例では、第一の熱良
導性ブロック内にヒータを組み込んでいるが、かかるヒ
ータを組み込むかどうかは、選択的な事項である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施例の概略構成の説明図であ
る。
【図2】本願発明の他の実施例を示す要部断面図であ
る。
【図3】従来の説明図である。
【符号の説明】
1 環境試験用温度設定装置 2 環境試験装置 3 第一の熱良導性ブロック 4 接触面 5 ヒータ 6 温度センサ 7 第二の熱良導性ブロック 8 電子冷却装置 15 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/66 G01R 31/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上位に位置する第一の熱良導性ブロック
    と、下位に位置する第二の熱良導性ブロックと、これら
    第一および第二の熱良導性ブロック間に介装された電子
    冷却装置とを備え、上記第一の熱良導性ブロックには、
    電子部品に対する接触面が突出状に設けられている電子
    部品の環境試験装置であって、 上記接触面を臨ませるための孔が設けられ、かつ上記第
    一の熱良導性ブロックに接触することのないパレットを
    さらに備え、このパレット上に載置された電子部品の下
    面を上記孔を介して上記接触面に接触させつつ、この電
    子部品の特性試験を行うように構成したことを特徴とす
    る、電子部品の環境試験装置。
  2. 【請求項2】 上位に位置する第一の熱良導性ブロック
    と、下位に位置する第二の熱良導性ブロックと、これら
    第一および第二の熱良導性ブロック間に介装された電子
    冷却装置と、この電子冷却装置を制御する制御装置と、
    上記第一の熱良導性ブロックの温度を検出する温度セン
    サと、を備え、上記第一の熱良導性ブロックには電子部
    品に対する接触面が突出状に形成されている電子部品の
    環境試験装置であって、 上記接触面を臨ませる孔が設けられ、かつ上記第一の熱
    良導性ブロックに接触することのないパレットをさらに
    備え、 上記制御装置は、上記温度センサからの検出温度が所定
    となるように上記電子冷却装置を制御するようになって
    おり、 上記パレット上に載置された電子部品の下面を上
    記孔を介して上記接触面に接触させつつ、この電子部品
    の特性試験を行うように構成したことを特徴とする、電
    子部品の環境試験装置。
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