JP4886580B2 - バーンイン試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、通電させると自己発熱によって高温になる半導体デバイスをバーンイン試験するためのバーンイン試験装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの高機能・高性能化に伴い、その発熱量は、年々増加傾向にある。一方、半導体デバイスは、製造工程の最終検査でバーンイン試験を行う。バーンイン試験は、通常の使用温度よりも高い温度と通常の使用電圧よりも高い電圧に試験対象物である半導体デバイスをさらすことにより、不良品を見分けるものであり、これによって初期不良や経年劣化の発生を低減することができる。これに関連する技術が特許文献１などに記載されている。
特開２００３−８４０３０号公報

バーンイン試験の温度制御においては、デバイス毎の温度にバラツキが生じないようにしなければならないが、デバイスの発熱量はデバイス毎に異なるので、従来のバーンイン試験装置では、デバイス毎に温度のバラツキが生じていた。
また、従来のバーンイン試験装置は、デバイスの高発熱化を想定して製造されておらず、多数のデバイスを個別に温度制御するのは困難であった。
そのため、デバイスの高発熱化に対応し、デバイス毎の温度制御が可能なバーンイン試験装置の開発が望まれていた。

そこで本発明は、デバイスの高発熱化に対応し、デバイス毎の温度制御が可能なバーンイン試験装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明では、通電されると、自己発熱によって目標とした温度帯を超えて発熱する試料体を目標の温度帯に制御して試験を行うバーンイン試験装置であって、気体を供給可能な気体供給手段と、複数の試料体を実装可能な一又は複数の試験室と、前記気体供給手段により供給される気体を前記試験室に向けて供給可能な送風ダクトと、前記送風ダクトと前記試験室とを分割し、試験室に実装される試料体と対向するように配置される境界板とを備えており、気体供給手段により送風ダクトを介して供給された気体を、試験室に実装された各試料体の発熱状況に応じ、試料体毎に流量調整して吹き付け可能であり、各試料体に対応して前記境界板に設けられ、気体供給手段によって送風ダクトに供給された気体を試験室に対して吹き出し可能な吹出口を備え、前記境界板において吹出口に対して隣接する位置に排気口が設けられており、各吹出口から対応する試料体に向かう気体流路となる、試料体側に向けて突出した案内筒を備えており、前記案内筒は、前記境界板の各吹出口に相当する位置に取り付けられていることを特徴とした。

これにより、バーンイン試験される全ての高発熱の試料体を個別に温度制御することができる。試料体が個別に温度制御されるため、試料体毎の到達温度のばらつきを小さくすることができる。

また、送風ダクトから供給された空気が、案内筒を通って試料体に吹き付けられる。そのため、送風ダクトから試験室に供給される空気は、案内筒によって流れの向きが修正され、確実に試料体に向けて吹き出される。その結果、吹出口から吹き出される空気は確実に試料体を捉えることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記各吹出口に対応して配され、送風ダクトから試験室に吹き出される気体の流量を試料体毎に調整可能な流量調整手段を備えることを特徴とした。

請求項２のバーンイン試験装置では、流量調整手段が各試料体に対応して配されているため、送風ダクトから試験室に吹き出される気体の流量を試料体毎に調整することができる。これにより、発熱量の異なる試料体が単一の試験室内に複数実装される場合であっても、各試料体を別個独立に温度制御させることができる。また、請求項２のバーンイン試験装置は、試料体の温度制御に使われる気体の流路が一系統で済むため、流路の構成が単純であり製作が容易である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記案内筒の内側又は端部に、筒内の流路面積を拡大縮小できる流量調整手段が配されることを特徴とした。

請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記流量調整手段は、一又は複数の第一送気孔を有する第一シャッターと、前記第一送気孔に対応する第二送気孔を有し、前記第一シャッターに対して重ねて配置される第二シャッターと、第一、第二シャッターのいずれか一方又は双方を作動させることが可能な駆動装置とを備え、第一、第二シャッターのいずれか一方又は双方を他方に対して相対移動させることにより、第一送気孔と第二送気孔との重複部分の面積を変化させて、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を調整可能であることを特徴とした。

これにより状況に応じて、第一シャッターの第一送気孔と第二シャッターの第二送気孔との重複部分の面積を変化させて、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を容易に調整することができる。

請求項５の発明は、請求項２又は３の発明において、前記流量調整手段は、回転して姿勢を変えることにより送風ダクトから試験室への気体の流れを妨げることが可能な羽根板と、前記羽根板を回転させることが可能な駆動装置とを備え、前記羽根板を回転させて、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を調整可能であることを特徴とした。

これにより状況に応じて、羽根板を回転させて送風ダクトから試験室に流れる気体の流れを遮ることができ、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を容易に調整することができる。

ここで、本発明に係るバーンイン試験装置における冷却効果は、試料体に吹き付けられる単位時間当たりの気体量、即ち気体の流速に依存する。しかし、一般にダクト内を流れる気体の流速は下流になるほど減速するため、吹出口が送風ダクトの上流から下流に向かうに従って複数配置された場合には、各吹出口から吹き出される気体の流速が不均一になる可能性がある。

かかる知見に基づいて提案される請求項６のバーンイン試験装置は、請求項１〜５のいずれかの発明において、気体供給手段から供給される気体が流れる送風ダクトの流路面積は、下流になるに従い小さくなることを特徴とした。

請求項６の送風ダクトは、下流になるに従い流路断面積が小さくなるように形成されており、送風ダクト内を流れる気体の流速を上流から下流まで略一定にさせることができる。そのため、吹出口が送風ダクトの上流から下流に向かうに従って複数配置された場合であっても、各吹出口から吹き出される気体の流速を略均一にし、同一条件の下で試料体の温度制御を行うことができる。

本発明のバーンイン試験装置では、試験対象となる試料体の高発熱化に対応し、試料体毎に発熱を制御することができ、各試料体の到達温度のばらつきを小さくすることができる。

以下、本発明の第一実施形態であるバーンイン試験装置について図面を参照しながら説明する。図１において、１は本実施形態のバーンイン試験装置である。バーンイン試験装置１は、バーンインボード３に実装された試料体２を、通常の使用温度よりも高い温度と通常の使用電圧よりも高い電圧にさらすバーンイン試験を行うものである。バーンイン試験は、試料体の不良品を見分けるためものであり、これによって初期不良や経年劣化の発生を低減させることができる。

本実施形態のバーンイン試験装置１は、高発熱の半導体デバイスが試料体２として想定されている。具体的には、図２に示すように、試料体２は、断熱せずに無風の状態で通電させると、自己発熱によってバーンイン試験において目標とされる温度帯を超えて発熱するものであり、１デバイス当たりの発熱量が５Ｗ以上の半導体デバイスを主な対象とする。

さらに具体的には、バーンイン試験装置１では、試料体２として、従来公知のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＣ−ＭＯＳ ＦＥＴ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、システムＬＳＩ（System Large Scale Integration）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）に代表されるような通電時の発熱量が極めて大きなものが採用される。本実施形態のバーンイン試験装置１は、試験室２２に配置された試料体２に対して多量の空気を吹き付け、試料体２と空気との間で熱交換を行わせることにより試料体２の温度を制御するものである。

図１に示すように、本実施形態のバーンイン試験装置１は、恒温槽５に、バーンイン試験が行われる試験部１７と、モータ７によって駆動される送風機８と、送風ダクト１０と、排気ダクト１１とを備えている。

図１に示すように、恒温槽５は、外周部分が断熱性の高い断熱壁６によって囲まれた箱体である。試験部１７は、バーンイン試験装置１の主要部をなすものであり、送風ダクト１０と排気ダクト１１とに挟み込まれて配置されている。そして送風ダクト１０の上流側には、送風機８（気体供給手段）が配置されている。また、送風ダクト１０の上流端と排気ダクト１１の下流端とは連通しており、一系統の流路が形成されている。

送風機８は遠心ファンであり、回転数の制御が可能である。また、本実施形態のバーンイン試験装置１では、従来のバーンイン試験装置に用いられる送風機よりも風量が大きいものが用いられている。送風機８の風量としては、例えば６０〜１００ｍ³／ｍｉｎであることが望ましく、例えば１機当たりの最大風量が４０ｍ³／ｍｉｎである送風機を２機配置する等、１機当たりの最大風量が小さいものを複数配することにより同等の風量を確保する構成としてもよい。

送風ダクト１０および排気ダクト１１は、それぞれ試験部１７と隣り合うように配置された空気流路である。送風ダクト１０と排気ダクト１１とは試験部１７を挟むように配置されている。
送風ダクト１０と試験部１７とは送風側仕切壁１２により仕切られ、送風側仕切壁１２には複数の送風分岐口１５が設けられている。送風機８から送風ダクト１０に供給された空気は、送風分岐口１５を通って試験部１７に送り込まれる。
同様に排気ダクト１１と試験部１７とは排気側仕切壁１３により仕切られ、排気側仕切壁１３には複数の排気分岐口１６が設けられている。試験部１７から排出される気体は、排気分岐口１６を通って排気ダクト１１に送り込まれる。

図１に示すように、試験部１７は、仕切壁１２，１３，１４で周囲を囲って形成される。試験部１７内は、複数の水平板２０によって上下方向に複数の領域に区分され、各領域が一つの試験ユニット２１として機能している。本実施形態では、図１に示すように上下５層にわたって試験ユニット２１（以下、上方から順に試験ユニット２１ａ〜２１ｅとも称す）が形成されている。

図３に示すように、試験ユニット２１は、境界板２７によってさらに上下２層に分けられ、下層部分が試験室２２として機能し、上層部分が分岐送風ダクト２５および分岐排気ダクト２６を備えたダクト空間２３として機能する。試験室２２は、試料体２が収容されてバーンイン試験が行われる空間である。分岐送風ダクト２５は、送風ダクト１０から供給された空気を試験室２２に送り込むための空気流路である。分岐排気ダクト２６は、試験室２２から排出される空気を排気ダクト１１に送り込むための空気流路である。

試験ユニット２１の下層部分である試験室２２は、試料体２が実装されるバーンインボード３が収容されてバーンイン試験が行われる空間である。試験室２２は、境界板２７により天面が形成され、水平板２０（試験ユニット２１ｅについては仕切板１４）によって底面が形成された空間であり、側面が送風側仕切壁１２や排気側仕切壁１３等で閉塞されている。試験室２２は、後に詳述するように境界板２７に設けられた吹出口３０や排気口３１を介してダクト空間２３側と連通しているが、これ以外の部分では外部と連通していない。

バーンインボード３は、複数の試料体２を実装することができ、実装された試料体２に対して通電することができるボードである。試験室２２は、バーンインボード３と電気的に接続するための電圧印加ユニット（図示せず）と、試料体２又は試料体２近傍の温度を検出する温度センサ（図示せず）とを有する。

試験ユニット２１ａ〜２１ｅの上層部分をなすダクト空間２３は、水平板２０（試験ユニット２１ａについては仕切壁１４）を天面とし、境界板２７を底面とする空間である。ダクト空間２３の側面は、送風ダクト１０側に設けられた送風分岐口１５、並びに、排気ダクト１１側に設けられた排気分岐口１６において開口しているが、他の部分は閉塞されている。

また、図３に示すように、ダクト空間２３には、分岐送風ダクト２５および分岐排気ダクト２６がそれぞれ複数形成されている。ダクト空間２３に配置された分岐送風ダクト２５および分岐排気ダクト２６は、仕切壁２８によって区分されて、それぞれ交互に隣接して並べられている。分岐送風ダクト２５および分岐排気ダクト２６は、ともに送風ダクト１０側から排気ダクト１１側に向けて伸びる空気流路であり、送風ダクト１０側を上流とし、排気ダクト側１１を下流とする。すなわち、分岐送風ダクト２５は、送風ダクト１０を介して供給され、試験室２２に向けて流れる空気が流れる空気流路であり、分岐排気ダクト２６は、試験室２２から排出された空気を排気ダクト１１に向けて流す空気流路である。

分岐送風ダクト２５は、送風分岐口１５によって上流端（送風ダクト１０側）が送風ダクト１０に連通されており、下流端（排気ダクト１１側）が仕切壁２８によって閉塞され、袋小路となるように形成されている。また分岐送風ダクト２５は、テーパー状であり、下流になるに従い徐々に幅狭になるよう形成されている。そのため、分岐送風ダクト２５の流路断面積は、下流になるに従いに小さくなり、上流になるに従い大きくなる。
また、分岐送風ダクト２５は、バーンインボード３に実装される試料体２の列の直上を通過するようにダクト空間２３に形成されている。

上記した境界板２７のうち、分岐送風ダクト２５の底面をなす部分には、複数の吹出口３０が設けられている。さらに具体的には、各分岐送風ダクト２５には、分岐送風ダクト２５を流れる空気流の流れ方向上流側から下流側に向けて吹出口３０が複数設けられている。各吹出口３０は、試験室２２内に設置されるバーンインボード３に実装される各試料体２の位置にあわせて設けられている。また、各吹出口３０に、後に詳述する流量調整手段３３が設けられており、これにより吹出口３０を通過して試験室２２側に吹き出す空気量を調整することができる。

また、境界板２７の各吹出口３０に相当する位置には、図４に示すように、案内筒３５が取り付けられている。各案内筒３５は、それぞれ試験室２２において吹出口３０に対して下方に位置する試料体２側に向けて突出している。案内筒３５は、境界板２７の吹出口３０からバーンインボード３に実装された試料体２に向かう空気流路となる筒体である。案内筒３５の断面形状は、空気を吹き付けられる試料体２の上面の形状と略同一である。案内筒３５は、上端側が境界板２７の各吹出口３０が設けられた部分に取り付けられており、下端側が試験室２２側に向けて突出している。

これに対し、分岐排気ダクト２６は、上流端（送風ダクト１０側）が仕切壁２８によって閉塞され、袋小路となるように形成されている。分岐排気ダクト２６は、排気分岐口１６によって下流端（排気ダクト１１側）が排気ダクト１１に連通されている。そして分岐排気ダクト２６は、テーパー状であり、下流になるに従い徐々に幅広となるように形成されている。そのため、分岐排気ダクト２６の流路断面積は、上流になるに従い小さくなり、下流になるに従い大きくなる。

上記した境界板２７のうち、分岐排気ダクト２６の底面をなす部分には、複数の排気口３１が設けられている。排気口３１は、各分岐排気ダクト２６に設けられている。さらに具体的には、排気口３１は、分岐排気ダクト２６を流れる空気流の流れ方向上流側から下流側に向けて複数設けられている。すなわち、排気口３１は、境界板２７において、各分岐送風ダクト２５に複数設けられた吹出口３０の列に対して隣接する位置において、吹出口３０と同様に列状に設けられている。

図５（ｂ）に示すように、上記した流量調整手段３３は、固定シャッター３６（第一シャッター）と、可動シャッター３８（第二シャッター）と、駆動装置４５とを有する。固定シャッター３６は上記した案内筒３５の断面形状と略同一の板材であり、案内筒３５の下端側の開口部分全体を塞ぐように取り付けられている。固定シャッター３６には、スリット３７（第一送気孔）が所定の間隔で複数平行に並べて形成されている。

可動シャッター３８は、図５（ｂ）に示すように板状のシャッター部４０と板状の連結部４２とが直交した断面「Ｌ」字状の部材である。シャッター部４０は、前記固定シャッター３６と重ねて配置される部分であり、連結部４２は、駆動装置４５と連結される部分である。

シャッター部４０は、固定シャッター３６と同様に、吹出口３０と略同一形状の板であり、スリット４１（第二送気孔）が所定の間隔で複数平行に並べられている。シャッター部４０は、固定シャッター３６に重ねて配置されており、固定シャッター３６に対して摺動可能とされている。シャッター部４０には、固定シャッター３６のスリット３７と同様に直線的に伸びるスリット４１が設けられている。また、スリット４１は、固定シャッター３６のスリット３７と同じ向きに並んでいる。そのため、流量調整手段３３は、可動シャッター３８をスリット３７，４１に対して略直交する方向にスライドさせることにより、スリット３７，４１を連通させたり、スリット３７の一部又は全部を閉塞したりすることができる。

すなわち、可動シャッター３８は、固定シャッター３６に対して固定されておらず、スリット４１が並ぶ方向に移動可能である。可動シャッター３８を固定シャッター３６に対して相対移動させることにより、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１とが重複する部分の面積を変化させることができる。固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１とが略一致する場合に、スリット３７，４１の重複部分の面積は最大となり、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１とが全く一致しない場合に、スリット３７，４１の重複部分の面積は最小となる。

上記した可動シャッター３８の連結部４２には孔が設けられている。連結部４２の孔は、後述する駆動装置４５の回転軸４７を挿通可能な大きさとされている。連結部４２の孔に相当する位置には、ナット４３が溶接等により取り付けられており、駆動装置４５の回転軸４７を螺合させることができる。

駆動装置４５は、モータ４６を備えている。本実施形態においてモータ４６は、電動モータである。モータ４６の回転軸４７は、ネジ軸となっている。モータ４６は、可動シャッター３８を構成する連結部４２の側方に配置されている。また、モータ４６の回転軸４７は、可動シャッター３８の連結部４２に設けられた孔に挿通され、ナット４３と螺合している。そのため、モータ４６を作動させて回転軸４７回転させると、可動シャッター３８を駆動装置４５の回転軸４７に沿って移動させることができる。その結果、可動シャッター３８を固定シャッター３６に対して側方、すなわち固定シャッター３６および可動シャッター３８に設けられたスリット３７，４１に対して略直交する方向にスライドさせることができる。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の流量調整手段３３において、ナット４３がモータ４６から最も離れた位置にある初期状態では、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１とが略一致しており、両スリットの重複部分の面積が最大となる。そして、図６（ｂ）に示すようにナット４３がモータ４６に近づくにつれて、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１との重複部分の面積は徐々に小さくなる。図６（ｃ）に示すように、ナット４３が最もモータ４６に近づいたとき、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１との重複部分はほとんどなくなり、最小となる。

続いて、上記の構成からなるバーンイン試験装置１の動作について説明する。バーンイン試験装置１によりバーンイン試験を実施する場合は、複数の試料体２がバーンインボード３に実装される。

この際、図５（ｂ）に示すように、バーンインボード３に実装された試料体２の上面には、熱交換器５０が装着される。熱交換器５０は、試料体２の上面と接触する本体部５１と、フィンからなる放熱部５２とで構成される。熱交換器５０は、金属などの熱伝導性に優れる材質により形成される。試料体２で生じた熱は、熱交換器５０の本体部５１を介して放熱部５２に伝達される。そして該熱交換部５０と送風機８から供給される空気との間で熱交換が行われ、試料体２の熱が放熱される。熱交換器５０を用いることにより、熱を放熱させる部分の面積が大きくなるため、効率的に試料体２の温度を制御することができる。

上記したようにして試料体２を実装したバーンインボード３が準備されると、これが恒温槽５内に設けられた試験室２２内にセットされる。その後、恒温槽５の扉（図示せず）が閉じられ、バーンイン試験装置１の電源が入れられる。これにより、バーンインボード３に実装された各試料体２に対する通電が開始され、バーンイン試験が始まる。

ここで、本実施形態のバーンイン試験装置１は、通電させると自己発熱によってバーンイン試験で目標とされる温度帯を超えて発熱する試料体２を試験対象とする。そのため、上記したようにして試料体２に対する通電が開始されると、試料体２は、間もなく図２に示すようにバーンイン試験の目標とする温度帯（以下、試験温度帯とも称す）を超えて発熱することとなる。そこで本実施形態のバーンイン試験装置１では、試料体２あるいはこの近傍に設置されている温度センサ（図示せず）の検知温度が試験温度帯を超えたことを条件として、送風機８によって供給される多量の空気を各試料体２に吹き付けることにより、各試料体２の温度制御を行う。

さらに詳細に説明すると、バーンイン試験装置１は、バーンイン試験が開始されると、送風機８が作動しはじめ、大量の空気が送風ダクト１０に供給される。送風ダクト１０に供給された空気は、送風ダクト１０と試験部１７とを繋ぐ複数の送風分岐口１５を通って各試験ユニット２１に設けられた複数の分岐送風ダクト２５に分かれて供給される。

分岐送風ダクト２５に流入した空気は、仕切壁２８に沿って下流側に向けて流れる。この際、分岐送風ダクト２５を流れる空気の一部は、上流側から下流側に向かう途中に分岐送風ダクト２５の底面をなす境界板２７に複数設けられた各吹出口３０から、境界板２７の下方に形成された試験室２２側に向けて吹き出される。また、分岐送風ダクト２５を流れる空気の残部は、さらに下流側に向けて流れる。

上記したようにして各吹出口３０から試験室２２側に向けて空気が吹き出されると、吹き出された空気は、各吹出口３０に相当する位置に取り付けられている案内筒３５を通って吹出口３０の真下に配置された試料体２に向けて案内された状態で吹き付けられる。

一方、各案内筒３５を介して各試料体２に対して吹き出される空気の流量は、吹出口３０に取り付けられた流量調整手段３３により調整される。具体的には試験室２２内の温度センサ（図示せず）により試料体２又は試料体２近傍の温度が検出され、検出された温度に応じて試料体２に吹き付ける空気の流量が調整される。

さらに具体的には、自己発熱により試料体２の温度が上昇し、バーンイン試験において目標となる温度帯よりも試料体２の温度が高くなった場合には、流量調整手段３３のモータ４６を駆動させて、図６（ａ）に示すように可動シャッター３８に固定されたナット４３がモータ４６から離れた位置になるように移動させる。これにより、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１との重複部分の面積を大きくし、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の量を増加させることができる。

これに対し、試料体２に吹き付ける空気の量が多すぎる場合には、流量調整手段３３のモータ４６を駆動させて、図６（ｂ），（ｃ）に示すように可動シャッター３８に固定されたナット４３がモータ４６に近づくように移動させる。これにより、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１との重複部分の面積を小さくさせ、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の量を減少させることができる。

このようにして流量調整して試料体２側に空気が吹き付けられると、この空気と、試料体２の上面に装着された熱交換器５０の放熱部５２との間で熱交換が行われる。これにより、試料体２の熱が熱交換器５０で放熱され、自己発熱により上昇した試料体２の温度が目標とする温度帯の範囲内となるように調整される。

分岐送風ダクト２５に設けられた各吹出口３０から各試料体２に向けて吹き付けられた空気は、試験室２２内で側方に向けて流れる。その後、この空気は、試験室２２の天面をなす境界板２７に設けられた排気口３１を介してダクト空間２３内に形成された分岐排気ダクト２６に向けて流出する。その後、空気は、分岐排気ダクト２６内を下流側、すなわち排気分岐口１６側に向けて流れた後、排気ダクト１１に流出する。

上記したようにしてバーンイン試験を開始した後、所定時間が経過する等して試験終了のタイミングに到達すると、バーンインボード３に実装された試料体２への通電が終了すると共に、送風機８による送風も完了する。これにより、一連のバーンイン試験が完了する。

上記したように、本実施形態のバーンイン試験装置１は、流量調整手段３３が各試料体２に対応して配されているため、分岐送風ダクト２５から試験室２２に吹き出される気体の流量を試料体２毎に調整することができる。これにより、発熱量の異なる試料体２が単一の試験室２２内に複数実装される場合であっても、各試料体２を別個独立に温度制御させることができ、試料体２毎の到達温度のばらつきを小さくすることができる。

また、本実施形態のバーンイン試験装置１は、試料体２の温度制御に使われる気体の流路が一系統で済むため、流路の構成が単純であり製作が容易である。さらに複数の試験室に対して略同一条件で空気を供給できるため、大量の試料体２を同時に試験することができる。

なお、上記のように、本実施形態のバーンイン試験装置１の試験対象たる試料体２は、例えばＩＧＢＴやＣ−ＭＯＳ ＦＥＴ、システムＬＳＩ、ＤＳＰのようなものであり、自己発熱量が極めて大きい。そのため、本実施形態のバーンイン試験装置１で試験を行う場合は、自己発熱により試料体２および試験室２２内の温度を昇温させることができる。そのため従来のバーンイン試験装置に取り付けられていた加熱器を、本実施形態のバーンイン試験装置１では必ずしも必要としない。従って、本実施形態のバーンイン試験装置１は、従来のバーンイン試験装置と比べて装置を簡素化し製造コストを抑えることができる。

上記したように、本実施形態のバーンイン試験装置１では、分岐送風ダクト２５が、図３に示すように仕切壁２８によって下流になるに従いダクトの流路断面積が小さくなるように形成されている。そのため、バーンイン試験装置１では、分岐送風ダクト２５内を流れる空気の流速が部位によらず略均一であり、流量調整手段３３においてスリット３７，４１の重なりによって形成される隙間（開口）面積に対応した冷却能力を発揮させることができる。

さらに詳細に説明すると、仮に上記した分岐送風ダクト２５の流路断面積が上流側から下流側にかけて略均一であったとした場合は、当該気体の流速は下流になるほど減速する。そのため、分岐送風ダクト２５の流路断面積が上流側と下流側とで同一である場合には、各吹出口３０から吹き出される空気の流速が不均一になる。よって、このような構造である場合は、分岐送風ダクト２５の上流側と下流側とで上記した流量調整手段３３の開度を同程度に調整したとしても、単位時間当たりに試料体２に吹き付けられる空気量が異なることとなり、冷却効率に差異が生じるおそれがある。

しかし、本実施形態で採用されている分岐送風ダクト２５は、下流になるに従い流路断面積が小さくなるように形成されている。そのため、分岐送風ダクト２５内を流れる空気は、さほど減速されずに下流側に到達することができる。従って上流側に位置する吹出口３０から吹き出す空気の流速と下流側の吹出口３０から吹き出す空気の流速とに大差はない。すなわち本実施形態のバーンイン装置１では、吹出口３０から単位時間当たりに吹出可能な空気の流量が吹出口３０の設けられている位置によらず略均一である。

よって、本実施形態のバーンイン試験装置１では、吹出口３０が設けられている位置が分岐送風ダクト２５の上流側、下流側のいずれであろうと、各流量調整手段３３において形成された隙間（開口）面積に対応した流量で空気が試料体２に向けて吹き出されることとなる。従って、本実施形態のバーンイン試験装置１は、各流量調整手段３３の開度を調整するだけで、送風量、すなわち冷却能力を個別に調整することができる。

上記したように、本実施形態のバーンイン試験装置１において、分岐送風ダクト２５における空気の流速は、極めて大きい。そのため、吹出口３０から流出した直後の空気は、分岐送風ダクト２５内における流れ方向に流れる傾向にあったり、吹出口３０から流出する際に、吹出口３０の周部に衝突する等して流れが乱流になる可能性がある。よって、吹出口３０から流出したばかりの空気は、その流れ方向が必ずしも直下に配された試料体２側向かう訳ではなく、場合によっては大部分が試料体２を外れた位置に拡散してしまうおそれもある。

本実施形態のバーンイン試験装置１では、試料体２に対して吹き付ける空気量を調整することにより冷却能力が調整されている。そのため、分岐送風ダクト２５から流出した空気が試料体２を外れた位置に拡散してしまうと、バーンイン試験装置１において必要とされる冷却能力が発揮できないおそれがある。

しかし、本実施形態では、上記したように、吹出口３０に相当する位置に試料体２側に向けて延伸した案内筒３５が設けられており、これを介して吹出口３０から流出した空気が試料体２側に案内される構造となっている。すなわち、分岐送風ダクト２５から試験室２２に供給される空気は、案内筒３５によって流れの向きが修正され、確実に試料体２に向けて吹き出される。その結果、吹出口３０から吹き出される空気は確実に試料体２を捉えることができる。従って、本実施形態のバーンイン試験装置１によれば、試料体２を精度良く冷却することができる。

本実施形態において、可動シャッター３８は、固定シャッター３６に対して平行に相対移動させたが本発明はこのような構成に限定されるわけではない。例えば、重ねて配置された固定シャッター３６および可動シャッター３８において、可動シャッター３８を固定シャッター３６に対して相対的に回転させるような構成であってもよい。これにより、固定シャッター３６のスリット３７と可動シャッター３８のスリット４１との重複部分の面積を変えることができ、試料体２に対して吹き出される気体の流量を調整することができる。

次に、第二実施形態に係るバーンイン試験装置６１ついて説明する。第二実施形態のバーンイン試験装置６１は、第一実施形態の流量調整手段３３に代わって流量調整手段６２が採用されている点で異なるが、他の構成は同一である。そのため、本実施形態では、第一実施形態と同一部分については同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように本実施形態の流量調整手段６２は、駆動装置６６と、制御弁６５とを有しており、前記制御弁６５は、板状の羽根板７０と棒状の軸部材７１とを備えている。本実施形態において制御弁６５は、各案内筒３５内に２つずつ並列に配置されている。

また各制御弁６５には、１台の駆動装置６６が連結されている。本実施形態の駆動装置６６には、電動モータが用いられている。駆動装置６６は、案内筒３５の外側に突出するように取り付けられ、モータの回転軸と制御弁６５の軸部材７１とが一致するように、制御弁６５と連結されている。そのため駆動装置６６を駆動させることにより、制御弁６５の軸部材７１を回転させることができる。

軸部材７１は、所定の長さの棒材である。本実施形態において、軸部材７１は、案内筒３５の延伸方向に対して略垂直に配置され、案内筒３５を貫通する。そして制御弁６５は、軸部材７１を回転軸として回転させることにより羽根板７０を回転させることができる。

羽根板７０は、案内筒３５内に設置された矩形の板である。本実施形態では、２枚の羽根板７０が並べて配置されると、案内筒３５の断面形状と略一致する。すなわち一枚の羽根板７０の形状は、案内筒３５の断面形状の半分に相当する。また羽根板７０には対称軸に沿って軸部材７１が固定されている。そのため駆動装置６５によって軸部材７１が回転されると、案内筒３５内に配置された羽根板７０が回転し、案内筒３５内の流路断面積を変化させることができる。

また本実施形態において、制御弁６５は、案内筒３５内を流れる空気の流れに対して羽根板７０の角度が０〜９０°の範囲内で回転可能に取り付けられている。図８（ａ）に示すように角度が０°の場合、制御弁６５の羽根板７０は、案内筒３５内を流れる空気の流れに沿うことになる。この場合、羽根板７０は、ほとんど空気の流れの妨げとならず、筒内の流路面積が最大となるため、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の流量は最大になる。

そして駆動装置６６によって制御弁６５の羽根板７０を回転させると、図８（ｂ）に示すように、羽根板７０によって案内筒３５内を流れる空気の流れの一部が妨げられる。このため案内筒３５内の流路面積が減少するので、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の流量も減少する。即ち試料体２側に向けて吹き付けられる空気の流量は、羽根板７０を回転させて案内筒３５内の流路面積を変更させることにより、適宜変更させることができる。

本実施形態の流量調整手段６２では、案内筒３５内から試料体２に向けて吹き出される空気は、試料体２の中央部分と周縁部分とに分かれて吹き付けられる。そのため試料体２の発熱分布が特に中央近傍や周縁近傍に集中するような場合には、試料体２の発熱部分に対して集中的に空気を吹き付けることができる。また試料体２の発熱分布が中央や周縁以外の部分に集中する場合であっても、左右の羽根板７０，７０の大きさのバランスや、羽根板７０に対する軸部材７１の固定位置を変えたり、一対の羽根板７０，７０のそれぞれの傾きを個別に変えたりすることにより、試料体２の発熱が大きい部分に対して集中的に空気が吹き付けられるようにすることができる。通常、基盤上に半導体ウェハー等のチップを装着したものを試料体２とする場合には、チップが基盤の中央等に配されることが多い。このような場合は、発熱が当該部位に集中するので、上記構成が効果的である。

図８（ｃ）に示すように、制御弁６５の羽根板７０が案内筒３５内を流れる空気の流れに対して垂直に位置する場合、案内筒３５内の流路面積が最小となるため、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の流量は最小になる。

次に、分岐送風ダクト２５から吹出口３０を通って試験室２２に吹き出される空気の流れについて説明する。本実施形態のバーンイン試験装置６１においても、試料体２に対して吹き付けられる空気の流量は、案内筒３５に取り付けられた流量調整手段６２によって調整される。

自己発熱により試料体２の温度が上昇し、バーンイン試験において目標となる温度帯よりも試料体２の温度が高くなった場合、流量調整手段６２の駆動装置６６が駆動される。そして制御弁６５の羽根板７０の角度が案内筒３５内を流れる空気の流れに対して小さくなるように、制御弁６５を回転させる（図８（ａ））。すなわち制御弁６５の羽根板７０は、案内筒３５内を流れる空気の流れに対して妨げとならない。これにより、案内筒３５内の流路面積が拡大され、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の量を増加させることができる。

また逆に、試料体２に吹き付ける空気の量が多すぎて、試料体２の温度がバーンイン試験において目標となる温度帯よりも低くなった場合にも、流量調整手段６２の駆動装置６６が駆動される。そして制御弁６５の羽根板７０の角度が案内筒３５内を流れる空気の流れに対して大きくなるように、制御弁６５が回転される（図８（ｂ），（ｃ））。これにより、案内筒３５内の流路面積を縮小させ、試料体２側に向けて吹き付けられる空気の量を減少させることができる。その結果、試料体２に装着された熱交換器５０での放熱量も減少させることができる。

このようにして流量調整して試料体２側に空気が吹き付けられると、この空気と、試料体２の上面に装着された熱交換器５０の放熱部５２との間で熱交換が行われる。これにより、試料体２の熱が熱交換器５０で放熱され、自己発熱により上昇した試料体２の温度が目標とする温度帯の範囲内となるように調整される。

上記実施形態において、制御弁６５は、１本の案内筒３５に２つ取り付けられたが、本発明はこれに限定されるものではない。制御弁６５は、１本の案内筒３５につき１つであってもよく、３つ以上複数であってもよい。

また上記実施形態では、制御弁６５が別部材である羽根板７０と軸部材７１とで形成されたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、試料体２に吹き付ける空気量を調整するために羽根板７０を回転させることができればよい。例えば、流路面積を調整する羽根板部と、前記羽根板部の回転軸として機能する軸部とを有する制御弁が一体的に形成される構成であってもよい。

さらに上記実施形態では、軸部材７１は羽根板７０の対称軸に沿って配置されたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば羽根板７０の縁部に軸部材７１が配置される構成であってもよい。

上記実施形態では、空気を試料体２に吹き付けて熱交換させることにより、試料体２の温度が制御されたが、熱交換のために試料体２に吹き付けられる気体は空気に限られるわけではない。例えば、ヘリウム、二酸化炭素、一酸化炭素、又はアルゴン等、空気以外の気体についても使用可能である。

また、上記実施形態のバーンイン試験装置１，６１は、恒温槽内５に冷却器を備える構成とすることもできる。これにより冷却器で冷却された空気を試料体２に吹き付けることができ、試料体２の温度を効率的に制御することができる。

また上記実施形態において、流量調整手段３３，６２の駆動装置４５，６６には電動モータが用いられたが、エアモータを用いることもできる。また、回転式モータの他に、直動式モータを用いてもよい。

また上記実施形態では、バーンイン試験に際して試料体２に熱交換器５０を取り付けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換器５０を取り付けない構成としてもよい。

上記実施形態において、試料体２の温度制御に用いられる空気は、恒温槽５内の空気を循環させる構成であったが、本発明はこのような構成に限定されるわけではない。例えば恒温槽５の断熱壁６にダンパを設けて、バーンイン試験装置１，６１の内部の空気とバーンイン試験装置１，６１の外部の空気とを入れ替えることができる構成としてもよい。

本発明のバーンイン試験装置を概念的に示す断面図である。 従来のバーンイン試験装置および本発明のバーンイン試験装置における試料体の温度制御を比較したグラフである。 試験ユニットを示す一部破断斜視図である。 試験ユニットの一部断面図である。 （ａ）は、第一実施形態に係る流量調整手段の平面図であり、（ｂ）は第一実施形態に係る流量調整手段の断面図である。 第一実施形態に係る流量調整手段によって吹出口の開口面積が変化する様子を示す説明図であり、（ａ）は吹出口の開口面積が最大の場合、（ｂ）は吹出口が半分開放された場合、（ｃ）は吹出口が閉鎖された場合を示す。 （ａ）は、第二実施形態に係る流量調整手段の平面図であり、（ｂ）は第二実施形態に係る流量調整手段の断面図である。 第に実施形態に係る流量調整手段によって吹出口の開口面積が変化する様子を示す説明図であり、（ａ）は吹出口の開口面積が最大の場合、（ｂ）は吹出口が半分開放された場合、（ｃ）は吹出口が閉鎖された場合を示す。

１ バーンイン試験装置
２ 試料体
８ 送風機（気体供給手段）
１０ 送風ダクト
２２ 試験室
２７ 境界板
３０ 吹出口
３３，６２ 流量調整手段
３５ 案内筒
３６ 固定シャッター（第一シャッター）
３７ スリット（第一送気孔）
３８ 可動シャッター（第二シャッター）
４１ スリット（第二送気孔）
４５ 駆動装置
６６ 駆動装置
７０ 羽根板
７１ 軸部材

Claims (6)

1. 通電されると、自己発熱によって目標とした温度帯を超えて発熱する試料体を目標の温度帯に制御して試験を行うバーンイン試験装置であって、
   気体を供給可能な気体供給手段と、
   複数の試料体を実装可能な一又は複数の試験室と、
   前記気体供給手段により供給される気体を前記試験室に向けて供給可能な送風ダクトと、
   前記送風ダクトと前記試験室とを分割し、試験室に実装される試料体と対向するように配置される境界板とを備えており、
   気体供給手段により送風ダクトを介して供給された気体を、試験室に実装された各試料体の発熱状況に応じ、試料体毎に流量調整して吹き付け可能であり、
   各試料体に対応して前記境界板に設けられ、気体供給手段によって送風ダクトに供給された気体を試験室に対して吹き出し可能な吹出口を備え、
   前記境界板において吹出口に対して隣接する位置に排気口が設けられており、
   各吹出口から対応する試料体に向かう気体流路となる、試料体側に向けて突出した案内筒を備えており、
   前記案内筒は、前記境界板の各吹出口に相当する位置に取り付けられていることを特徴とするバーンイン試験装置。
2. 前記各吹出口に対応して配され、送風ダクトから試験室に吹き出される気体の流量を試料体毎に調整可能な流量調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーンイン試験装置。
3. 前記案内筒の内側又は端部に、筒内の流路面積を拡大縮小できる流量調整手段が配されることを特徴とする請求項２に記載のバーンイン試験装置。
4. 前記流量調整手段は、
   一又は複数の第一送気孔を有する第一シャッターと、
   前記第一送気孔に対応する第二送気孔を有し、前記第一シャッターに対して重ねて配置される第二シャッターと、
   第一、第二シャッターのいずれか一方又は双方を作動させることが可能な駆動装置とを備え、
   第一、第二シャッターのいずれか一方又は双方を他方に対して相対移動させることにより、第一送気孔と第二送気孔との重複部分の面積を変化させて、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を調整可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載のバーンイン試験装置。
5. 前記流量調整手段は、
   回転して姿勢を変えることにより送風ダクトから試験室への気体の流れを妨げることが可能な羽根板と、
   前記羽根板を回転させることが可能な駆動装置とを備え、
   前記羽根板を回転させて、試料体毎に吹き付けられる気体の流量を調整可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載のバーンイン試験装置。
6. 気体供給手段から供給される気体が流れる送風ダクトの流路面積は、下流になるに従い小さくなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバーンイン試験装置。

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