JP6410586B2 - 試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、所望の温度に半導体ディバイスを昇温した状態で試験する試験装置に関する。

従来、所望の試験温度に昇温した状態で、半導体ディバイスを試験する試験装置が種々に提案されている（特許文献１、２等）。このような試験装置は、プレートに装着したヒーターにより当該プレートを所望の温度に昇温し、この昇温したプレートを試験対象である半導体ディバイスの表面、裏面等に接触させ、これによりこの半導体ディバイスを所望の温度に昇温する。またこれに代えて半導体ディバイスを恒温槽に投入して昇温する。

しかしながらこれら従来の試験装置は、昇温する部位が比較的大きいことにより、放熱が大きく、これにより昇温する部位の周囲に断熱材を配置して放熱を低減することが必要であり、その結果、構成が大型化、複雑化する問題がある。

またこのような試験では、試験対象である半導体ディバイスの各端子を計測回路に接続することが必要であり、従来の試験装置では、断熱材を設けること等により、この接続に供するケーブルが長くなり、その結果、精度良く半導体ディバイスを計測できない問題もある。

特開２０１２−１８５０１６号公報 特開２０１４−１０５９９６号公報

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比して小型かつ簡易な構成により、所望の温度に昇温した状態で、精度良く半導体ディバイスを計測することができる試験装置を提案しようとするものである。

係る課題を解決するため、請求項１の発明においては、
半導体ディバイスを昇温して前記半導体ディバイスを試験する試験装置において、
前記半導体ディバイスを載置する載置部と、
前記半導体ディバイスの昇温に供する熱源部と、
可動して前記載置部に載置された半導体ディバイスの上端面に接触し、前記半導体ディバイスを昇温する可動部とを備え、
前記熱源部は、
ハロゲンランプを備え、前記ハロゲンランプからの赤外線を前記可動部に放射し、
前記可動部は、
前記載置部に載置された半導体ディバイスの上端面に接触して、前記熱源部からの赤外線により昇温し、熱伝導により前記半導体ディバイスを昇温する熱伝導プレートと、
前記熱源部からの赤外線を反射して前記熱伝導プレートに集光する集光ドームとを備えるようにする。

請求項１の構成によれば、熱伝導プレートの一方の面側から赤外線により熱伝導プレートのみを加熱し、この熱伝導プレートの他方の面を半導体ディバイスに接触させて半導体ディバイスを昇温することができる。これにより昇温に供する構成を小型化することができ、断熱に係る構成を簡略化し、構成を小型化、簡略化することができる。また半導体ディバイスの試験に供する計測回路を半導体ディバイスに近接して配置することができることにより、精度良く半導体ディバイスを計測することができる。

また請求項２の発明においては、請求項１の構成において、
前記熱伝導プレートは、窒化珪素による黒色板材である。

請求項２の構成によれば、効率良く赤外線により昇温し、さらに熱伝導することができる。また絶縁体であることにより、例えば半導体ディバイスの上端面に電極が露出している場合でも、何ら不都合なく試験することができる。

請求項３の発明においては、請求項１又は請求項２の構成において、
前記熱伝導プレートの温度を検出する温度センサと、前記半導体ディバイスの裏面の温度を検出する温度センサとを備える。

請求項３の構成によれば、熱伝導プレートの温度を検出する温度センサによりハロゲンランプを管理することができ、また半導体ディバイスの裏面の温度を検出する温度センサにより半導体ディバイスの昇温を監視することができ、これらにより試験状況を監視して異常等に適切に対応することができる。

本発明によれば、従来に比して小型かつ簡易な構成により、所望の温度に昇温した状態で、精度良く半導体ディバイスを計測することができる試験装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る試験装置を示す図である。 図１の試験装置において、可動部を可動した状態を示す図である。 図１の試験装置の詳細構成を示す断面図である。 図１の試験装置の動作の説明に供するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について詳述する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る試験装置を示す図であり、部分的に断面を取って示す図である。この試験装置１は、試験対象であるパッケージに収納された半導体ディバイスを所望の温度に昇温した状態で、各種の静特性、動特性を計測する試験装置である。

このため試験装置１は、試験対象である半導体ディバイス２をセットする載置部３が設けられ、図示しない搬送機構によりこの載置部３に半導体ディバイス２をセットし、また試験の終了によりこの載置部３にセットした半導体ディバイス２を搬送機構により搬出する。

ここで載置部３は、収縮自在なコイルバネ４により、半導体ディバイス２を載置する載置台５が保持され、載置台５に半導体ディバイス２を載置して半導体ディバイス２をセットした状態で、図１との対比により図２に示すように、上方より半導体ディバイス２を押圧すると（矢印Ａにより示す）、コイルバネ４が収縮して半導体ディバイス２が載置台５と共に沈み込むように保持される。載置部３は、このように半導体ディバイス２が、上方からの押圧により沈み込むと、半導体ディバイス２の各端子とコンタクトピン６とが接触し、各端子とコンタクトピン６とが電気的に接続される。試験装置１では、このコンタクトピン６がそれぞれ計測回路７に接続される。なお大きな端子に係るコンタクトピン６については、半導体ディバイスの上方から押圧を受け止める弾性部材による補助端子８が設けられる。また載置部３は、載置台５の背面側より赤外線温度センサＳ１が埋め込まれており、この赤外線温度センサＳ１により半導体ディバイス２の温度を計測できるように構成される。

載置部３は、載置台５が交換可能に保持され、またコンタクトピン６、補助端子８がコンタクトピン６を保持する板状部材９と一体に交換可能に保持され、これにより試験対象である半導体ディバイス２に応じてこれらを交換して、種々の半導体ディバイス２を試験できるように構成される。

試験装置１は、この載置部３の上方に、可動部１０が設けられる。ここで可動部１０は、可動機構１１により上下方向に可動するように保持され、半導体ディバイス２のパッケージの上端面に当接して半導体ディバイス２を上方から押圧すると共に、半導体ディバイス２を昇温する。また可動部１０は、半導体ディバイス２の各端子をコンタクトピン６に押し付けるためのコンタクト押さえ１２が設けられる。これにより試験装置１では、半導体ディバイス２の載置部３へのセットにより、可動部１０を下方に可動して半導体ディバイス２を上方から押圧し、半導体ディバイス２の各端子を計測回路に接続すると共に、半導体ディバイス２を昇温する。またこのように半導体ディバイス２を昇温して試験が終了すると、可動部１０を上方に可動して半導体ディバイス２の押圧及び昇温を中止し、半導体ディバイス２を搬出できるようにする。

試験装置１は、この可動部１０の上に、半導体ディバイス２の昇温に供する熱源部１５が設けられる。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、部分的に断面を取って可動部１０及び熱源部１５の詳細構成を示す正面図及び側面図である。熱源部１５は、上部にヒートシンク２１が設けられ、さらにこのヒートシンク２１の上に、冷却用のファン２２が設けられ、これらヒートシンク２１及び冷却用のファン２２により熱源部１５の温度上昇が抑制される。

熱源部１５は、ヒートシンク２１の下方に、ハロゲンランプ２３が設けられ、このハロゲンランプ２３からの赤外線により可動部１０を介して半導体ディバイス２を昇温する。ここでこの実施形態において、熱源部１５は、直管式のハロゲンランプ２３が並列に配置され、各ハロゲンランプ２３には、リフレクタ２４が設けられる。ここでリフレクタ２４は、可動部１０側に向けて赤外線を放射する放物面鏡により形成され、この放物面の焦点にハロゲンランプ２３が配置される。これにより熱源部１５は、可動部１０に向けてほぼ平行光線により赤外線を放射するように構成される。また並列にハロゲンランプ２３が配置されていることにより、広い範囲に赤外線を照射できるように構成される。なお図３においては、この赤外線を矢印により示す。このようにほぼ平行光線により赤外線を放射することにより、固定されている熱源部１５に対して可動部１０を可動しても、後述する熱伝導プレート３２に入射する赤外線の分布が変化しないようにし得、これにより試験装置１は、安定に半導体ディバイスを試験できるように構成されている。

熱源部１５は、平面視した場合（上方から見た場合である）の半導体ディバイス２より大きな領域に赤外線を照射可能に、また半導体ディバイス２を意図する温度に昇温可能に、ハロゲンランプ２３の定格、大きさ、並列に配置する数が選定されている。

熱源部１５は、赤外線を照射する側が開口とされたケース２５により、ハロゲンランプ２３及びリフレクタ２４が関連する構成と共に収納されて覆い隠され、これにより赤外線の漏出を防止して熱効率を向上し、赤外線の漏出による予期せぬ部位の温度上昇を防止する。試験装置１は、さらにこのケース２５の上部にヒートシンク２１が設けられる。

可動部１０は、ケース２５を下方から覆い隠すように、集光ドーム３１が設けられ、この集光ドーム３１の下面側、半導体ディバイス２に対向する部位に熱伝導プレート３２が設けられる。ここで熱伝導プレート３２は、熱源部１５からの赤外線により直射されるように配置され、この赤外線により昇温する。また可動部１０の下方への可動により、半導体ディバイスの上端面に接触し、熱伝導により半導体ディバイス２を昇温する。

このため熱伝導プレート３２は、赤外線の照射により効率良く昇温し、効率良く半導体ディバイス２に熱伝導可能な材料であって、かつ絶縁体により構成される。具体的に、熱伝導プレート３２は、黒色のセラミックにより、より具体的には、黒色の窒化珪素による板状の部材により形成される。また熱伝導プレート３２は、半導体ディバイス２の上端面の形状、大きさに対応する形状、大きさにより作製される。これらにより試験装置１は、熱伝導プレート３２からの熱伝導に係る損失を極力低減し、効率良く半導体ディバイス２を昇温できるように構成される。

また熱伝導プレート３２は、絶縁体により構成される。すなわち半導体ディバイス２においては、放熱の為に、パッケージの上側端面に電極が露出しているものもある。このような半導体ディバイス２に対して金属等による導電性の部材による熱伝導プレートを接触させたのでは、半導体ディバイスを損傷したり、半導体ディバイスを正しく試験できなくなる。これによりこの試験装置１では、種々の半導体ディバイスを安全かつ確実に試験できるように構成される。なおこれによりこのような電極が露出していない半導体ディバイスのみを試験するように試験装置１を構成する場合、熱伝導プレート３２は、例えばアルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料を適用することができる。

集光ドーム３１は、熱源部１５からの赤外線を反射して熱伝導プレートに集光する構成であり、この実施形態では、赤外線の漏出を防止し、さらに上下方向に可動可能に、熱源部１５に設けられたケース２５の側面に沿った筒形状により側面が形成される。また集光ドーム３１は、熱源部１５からの赤外線を効率良く反射できるように内側壁面が光沢面により形成され、下側端面の中央に形成された開口部に熱伝導プレート３２を保持して熱源部１５からの赤外線が熱伝導プレート３２の裏面側に直接入射するように構成される。またこの熱伝導プレート３２を囲む部位が、熱伝導プレート３２側に向かって倒れ込む斜面により形成され、これにより熱伝導プレート３２に直接入射しない赤外線を反射して熱伝導プレート３２に入射するように構成される。これにより試験装置１では、熱源部１５からの赤外線により効率良く熱伝導プレート３２を昇温するように構成される。

しかしてこのように熱伝導プレート３２の裏面側からハロゲンランプにより熱伝導プレート３２を昇温し、熱伝導プレート３２の表面側を半導体ディバイス２に接触させて熱伝導により半導体ディバイスを昇温する場合にあっては、単にハロゲンランプを設けた熱源部１５に放熱の構成を設けるだけで、断熱に係る構成を簡略化し、さらには省略することができ、これにより全体構成を簡略化、小型化することができる。

また計測回路７を半導体ディバイス２に近接して配置することもでき、これにより精度良く半導体ディバイスを試験することができる。

また可動部１０は、熱伝導プレート３２に熱電対による温度センサＳ２が設けられ、この温度センサＳ２により熱伝導プレート３２の昇温をコントローラ１６で監視できるように構成される。すなわち熱源であるハロゲンランプは、使用により徐々に特性が劣化して寿命を迎え、この場合、徐々に赤外線を放出する効率が劣化する。そこでこの実施形態では、赤外線の直射により昇温する熱伝導プレート３２の温度の監視により、ハロゲンランプの動作を監視し、ハロゲンランプ交換の目安とすることができる。

これにより試験装置１では、可動部１０のみが可動するようにして、この可動部１０には、温度監視用の温度センサＳ２のみ外部との接続に係るケーブルを備えることになり、多くのケーブルが接続されている熱源部１５、載置部３にあっては、可動しないように保持されることになる。これにより試験装置１では、ケーブルの切断等による装置の不具合を低減することができる。

この実施形態において、試験装置１は、集光ドーム３１、熱伝導プレート３２が交換可能に構成され、これにより半導体ディバイス２に応じてこれらを交換して効率良く半導体ディバイス２を昇温できるように構成される。

試験装置１（図１）において、計測回路７は、半導体ディバイス２の試験に供する各種の回路を備え、コントローラ１６の制御により半導体ディバイス２の各種の特性を計測し、計測結果をコントローラ１６に出力する。

可動機構１１は、可動部１０を上下方向に可動するアクチュエータ等により構成され、コントローラ１６の制御により可動部１０を上下に可動する。駆動回路３４は、コントローラ１６の制御によりハロゲンランプ２３、ファン２２を駆動する。

コントローラ１６は、この試験装置１全体の動作を制御するコンピュータであり、上位のコントローラからの制御により各部の動作を制御する。

図４は、このコントローラ１６の処理手順を示すフローチャートである。コントローラ１６は、半導体ディバイス２が前工程より搬送されて、上位のコントローラから試験の開始が指示されると、ステップＳＰ１からステップＳＰ２に移り、搬送機構の駆動により載置部３の載置台５に半導体ディバイス２を載置し、これにより試験装置１に半導体ディバイス２を搬入する。

続いてコントローラ１６は、ステップＳＰ３において、可動機構１１の制御により可動部１０を下方に可動し、半導体ディバイス２に熱伝導プレート３２を密着させて上方より押圧し、これによりコンタクトピン６を介して半導体ディバイス２の各端子を計測回路７に接続する。また続いて駆動回路３４の動作を制御し、ハロゲンランプ２３を定格の状態で点灯する。なおここで定格は、交流１００Ｖの電源による駆動である。これにより試験装置１では、ハロゲンランプ２３から赤外線を放射し、この赤外線が直接熱伝導プレート３２に入射し、また集光ドーム３１で反射して熱伝導プレート３２に入射し、熱伝導プレート３２を昇温する。またこの熱伝導プレート３２からの熱伝導により熱伝導プレートが接触（密着）してなる半導体ディバイス２を昇温する。

このようにして半導体ディバイス２の昇温を開始して、温度センサＳ１による監視により半導体ディバイス２が所定温度（例えば２５０度である）に上昇すると、コントローラ１６は、ステップＳＰ５において、計測回路７の制御により事前に設定された計測事項を計測して計測結果を取得する。また計測の完了により、ステップＳＰ６において、駆動回路３４の制御により、定格によるハロゲンランプ２３の駆動を停止し、ハロゲンランプ２３から放射する赤外線を低減する。ここでこの実施形態では、ハロゲンランプ２３への印加電圧を交流１００Ｖから交流５０Ｖに低減し、赤外線の放出を低減する。

続いてコントローラ１６は、可動機構１１の制御により可動部１０を上方に可動させて退避させ、続くステップＳＰ８において、搬出機構を駆動して半導体ディバイス２を載置台５から搬出する。

この一連の処理によりコントローラ１６は、１つの半導体ディバイスを試験して搬出し、続くステップＳＰ９において、全ての半導体ディバイスの試験を完了したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ９からステップＳＰ２に戻り、続く半導体ディバイスの試験を開始する。而してこの場合、試験装置１では、駆動電圧を低減してハロゲンランプ２３の駆動を継続していることにより、ハロゲンランプ２３の点灯、消灯の繰り返し回数を低減することができ、これによりハロゲンランプの寿命を延長することができる。

これに対してステップＳＰ９で否定結果が得られると、コントローラ１６は、ステップＳＰ９からステップＳＰ１０に移り、駆動回路３４の制御によりハロゲンランプ２３を消灯した後、ステップＳＰ１１に移ってこの処理手順を終了する。

なおこのような各部の動作の制御に加えて、コントローラ１６は、温度センサＳ１により半導体ディバイス２の温度をモニタしながら、及び又は温度センサＳ２により熱伝導プレートの温度をモニタしながら、駆動回路３４の制御によりハロゲンランプ２３の印加電圧を可変し、これにより半導体ディバイス２の温度を所望の温度に保持する。

なおハロゲンランプ２３の駆動においては、例えば定格の１２０％の印加電圧により駆動を開始した後、定格により駆動することにより、目的とする温度に半導体ディバイスを短時間で昇温して試験のタクトタイムを短縮する場合等、種々の駆動方法を広く適用することができる。

この実施形態によれば、ハロゲンランプにより熱伝導プレートを昇温すると共に、この熱伝導プレートからの熱伝導により半導体ディバイスを昇温することにより、従来に比して小型かつ簡易な構成により、所望の温度に昇温した状態で、精度良く半導体ディバイスを計測することができる。

またこの熱伝導プレートが窒化珪素による黒色板材であることにより、効率良く半導体ディバイスを昇温し、さらに電極の露出した半導体ディバイスであっても安全に計測することができる。

またさらに熱伝導プレートの温度を検出する温度センサＳ２と、半導体ディバイス２の裏面の温度を検出する温度センサＳ１とを備えることにより、半導体ディバイス２の温度を監視ながら試験し、さらにはハロゲンランプを適切に管理することができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。

すなわち上述の実施形態では、可動部を上下に可動させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、可動部を側方に可動させて半導体ディバイスの搬入、搬出を実行してもよい。

また上述の実施形態では、１つの半導体ディバイスの試験の終了によりハロゲンランプの駆動を定格の５０％に低減する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、定格の５０％以外に低減してもよく、ハロゲンランプを定格により駆動し続けるようにしてもよい。

また上述の実施形態では、直管式のハロゲンランプを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電球形状、リング形状等、種々の形状によるハロゲンランプを広く適用することができる。

１ 試験装置
２ 半導体ディバイス
３ 載置部
４ コイルバネ
５ 載置台
６ コンタクトピン
７ 計測回路
８ 補助端子
９ 板状部材
１０ 可動部
１１ 可動機構
１２ コンタクト押さえ
１５ 熱源部
１６ コントローラ
２１ ヒートシンク
２２ ファン
２３ ハロゲンランプ
２４ リフレクタ
２５ ケース
３１ 集光ドーム
３２ 熱伝導プレート
３４ 駆動回路
Ｓ１、Ｓ２ 温度センサ

Claims (3)

1. 半導体ディバイスを昇温して前記半導体ディバイスを試験する試験装置において、
   前記半導体ディバイスを載置する載置部と、
   前記半導体ディバイスの昇温に供する熱源部と、
   可動して前記載置部に載置された半導体ディバイスの上端面に接触し、前記半導体ディバイスを昇温する可動部とを備え、
   前記熱源部は、
   ハロゲンランプを備え、前記ハロゲンランプからの赤外線を前記可動部に放射し、
   前記可動部は、
   前記載置部に載置された半導体ディバイスの上端面に接触して、前記熱源部からの赤外線により昇温し、熱伝導により前記半導体ディバイスを昇温する熱伝導プレートと、
   前記熱源部からの赤外線を反射して前記熱伝導プレートに集光する集光ドームとを備える
   試験装置。
2. 前記熱伝導プレートは、窒化珪素による黒色板材である
   請求項１に記載の試験装置。
3. 前記熱伝導プレートの温度を検出する温度センサと、前記半導体ディバイスの裏面の温度を検出する温度センサとを備える
   請求項１又は請求項２に記載の試験装置。

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