JPH11248788A - 半導体デバイスのテストハンドラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイスの特性測定時の確実な温度制
御によって、より正確な特性測定を実現するテストハン
ドラを提供することを目的とする。 【解決手段】 容器に封入された半導体デバイスを保持
するテストソケット４１と、この容器の表面温度を検出
する温度センサ１７と、この温度センサが検出した容器
温度を所定温度とすべく半導体デバイスの温度制御を行
う温度制御部２３と、この半導体デバイスに所定電位を
印可して電気的特性を測定する電気特性測定器４７とを
もつ半導体デバイスのテストハンドラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
電気特性を測定するハンドラに関するもので、特に半導
体チップの発熱が多い半導体デバイスの外囲器温度の制
御とテスト環境の制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体技術において、多量の半導
体デバイスの特性を連続して測定するテストハンドラが
用いられている。図１は、本発明に係る半導体デバイス
の外観を示す概観図、図２は、従来のテストハンドラの
構成を示す構成図、図３は、従来技術の温度特性を示す
半導体デバイスの外囲器の温度を示すグラフ、図４は、
従来技術のテストハンドラで通電による昇温が大きな半
導体デバイスの電気特性の測定を行った場合の半導体デ
バイスの外囲器温度を表したものである。

【０００３】図１における半導体デバイスＤは、チップ
と外囲器３とをもっており、図２に示すようなテストハ
ンドラ１１にて特性測定が行われる。テストハンドラ１
１は、温度槽１３とこの温度槽１３の温度を測定する雰
囲気温度センサ１５とをもつ。更に、このこの温度セン
サからの信号を受ける温度検出器２１とこれから温度信
号を受けて温度槽１３の温度を制御する温度制御器２３
とを有する。更に、温度制御器は接続されるヒータ２５
に接続され温度槽１３の温度を制御する。

【０００４】複数の半導体デバイスＤは、図に示すよう
に連続して温度槽１３の中を搬送され、テストヘッド４
３に接続されるテストソケット４１を更に有する。

【０００５】このソケット４１からケーブル４５を介し
て電気特性測定器４７へ、測定のための信号がやり取り
される。

【０００６】又、図２の構成のテストハンドラ１１によ
る半導体デバイスの電気的特性測定のフローチャートを
図１０に示す。

【０００７】このような構成のテストハンドラ１１にお
いて、半導体デバイスの外囲器温度は電気特性の測定手
順に従って図４に示す如く以下のように推移する。

【０００８】第１に、テスト１の「通電電流の多少」
「印加電圧の高低」「印加時間の長短」の条件により時
間の経過と伴に外囲気温度が上昇する。

【０００９】第２に、テスト２の条件により時間の経過
と伴にさらに上昇する。

【００１０】第３に、テスト３の条件により時間の経過
と伴に下降する。

【００１１】第４に、通電を終了すると温度槽の設定温
度まで下降する。

【００１２】第５に、温度槽から外に取り出すことによ
り室温まで下降する。

【００１３】このグラフでは、テスト１、２、３の条件
による外囲器温度の上昇要因の大きさをテスト３＜テス
ト１＜テスト２と仮定して説明したものである。

【００１４】例えば８５度Ｃ±３度Ｃの条件で温度槽内
の雰囲気温度を制御している従来技術において、図４に
示した温度変動（温度差ΔＴＣ１）が発生するのは、外
囲器温度の変動が即時に温度槽内の雰囲気温度の変動と
ならずに温度槽の雰囲気温度を検知している温度制御系
の機能が即時に応答しないためであると考えられる。

【００１５】又更に図３は、従来技術のテストハンドラ
で電気特性の測定を行った場合の半導体デバイスの外囲
器温度を表したものである。

【００１６】半導体デバイスの外囲器温度は電気特性の
測定手順に従って以下のように推移する。

【００１７】第１に、温度槽内で加熱された設定温度ま
で上昇した後、電気特性の測定を開始する。

【００１８】第２に、テスト１、テスト２、テスト３と
条件を変えて電気特性の測定を行う。

【００１９】第３に、通電による自己発熱量が微少であ
るため外囲器温度の変化はほとんど発生しない。

【００２０】第４に、通電を終了し温度槽から外に搬出
されて室温まで下降する。

【００２１】又更に、図９は半導体デバイスの代表的な
特性例を表わしたものである。一般に、半導体デバイス
は外囲器温度の変化（Ｔ１からＴ２）に追従して特性Ｘ
が二次曲線Ａの様に変化（Ｘ１からＸ２）する事が知ら
れている。

【００２２】上記のように従来技術のハンドラでは、半
導体デバイスの外囲器温度が大きく変化するため以下の
ような問題点がある。

【００２３】第１に、通電する事による昇温により半導
体デバイスの電気的特性値が温度に追従して変動する。

【００２４】第２に、通電した電流の多少や印加した電
圧の高低により昇温の程度が異なり半導体デバイスの電
気的特性値が変動する。

【００２５】第３に、通電した時間の長短により昇温の
程度が異なり半導体デバイスの電気的特性値が変動す
る。

【００２６】第４に、プログラムに従って複数の電気特
性を直列に測定する場合では、通電電流の多少と通電時
間の長短（例えば図４のテスト１、テスト２、テスト
３）の組み合わせにより昇温の程度（例えば図４のΔＴ
Ｃ１）が異なり半導体デバイスの電気的特性値が変動す
る。

【００２７】第５に、上記のような特性値の変動要因か
ら半導体デバイスの温度が継続して変化している状態に
おいて図９の特性Ｘに示すように電気的特性値の特定が
困難となる。

【００２８】以上のような問題が発生するため、自己発
熱の大きい半導体デバイス用のテストハンドラにおいて
は、「温度槽内の雰囲気温度を検知し温度槽内の温度を
制御する」従来技術では半導体デバイスの温度変動によ
る電気特性の変動により電気的特性値の特定が困難とな
る。このため従来技術のテストハンドラは使用できなく
なるという問題がある。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来は温度槽
内の雰囲気温度だけで半導体デバイスの電気的特性を測
定しているため、半導体デバイス自体の温度変化に俊敏
に応じることができないため、現在温度に応じた正確な
電気的特性値の特定が困難になるという問題がある。

【００３０】この発明は、上記問題を解決するものであ
り、半導体デバイスの表面温度そのものを測定し、これ
に応じて正確な電気的特性の測定を実現することを目的
とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】つまり、本発明は、容器
に封入された半導体デバイスを格納する温度槽と、前記
温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記容器の表
面温度を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した
前記容器の温度を所定温度とすべく前記温度槽の温度制
御を行う温度制御手段と、前記半導体デバイスに所定電
位を印可して電気的特性を測定する測定手段と、を具備
することを特徴とする半導体デバイスのテストハンドラ
である。

【００３２】このように、半導体デバイスの容器の表面
温度を測定することで、より迅速な温度槽の温度制御を
実現し、これにより、正確な電気特性の検出が可能とな
る。

【００３３】又更に本発明は、容器に封入された半導体
デバイスを格納する温度槽と、前記温度槽内に設けられ
前記半導体デバイスを保持する保持手段と、バネを用い
て温度センサを前記保持手段が保持する前記温度槽の前
記容器の表面に圧接させる圧接手段と、前記圧接された
前記温度センサにより前記半導体デバイスの前記容器の
表面温度を検出する検出手段と、前記検出手段が検出し
た前記容器温度を所定温度とすべく前記温度槽の温度制
御を行う温度制御手段と、前記半導体デバイスに所定電
位を印可して電気的特性を測定する測定手段と、を具備
することを特徴とする半導体デバイスのテストハンドラ
である。

【００３４】本発明は、半導体デバイスに温度センサを
バネ等で密着させることにより、より確実な温度制御を
実現することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００３６】初めに、第１実施形態について説明する。

【００３７】図５は第１実施形態のハンドラの構成の説
明図である。図５においては、半導体デバイスＤの表面
の温度を検知するための温度センサ１７と温度を制御す
るためのクーラ３５が更に設けられている。又更に図１
６は、第１実施形態及び第２実施形態の第１及び第２温
度槽に係る温度制御ブロックであり、プレヒート槽であ
る第１温度槽の温度制御ブロックは、温度測定器５４
が、温度計５５，温度センサ５３，温度制御部５６に図
示されるように接続される。又、測温槽である第２温度
槽の温度制御ブロックは、温度測定器１５４が、温度計
１５５，温度センサ１５３，温度制御部１５６に図示さ
れるように接続される。更に電気ヒータ１５２とクーラ
２０２が温度制御部により制御される。

【００３８】このような構造において、図２の従来技術
の構成との相違を以下に説明する。

【００３９】第１に、温度検出器が温度槽の雰囲気温度
を検知している従来技術に対して図５の構成では温度槽
内の半導体デバイスの外囲器温度を検知している。

【００４０】第２に、半導体デバイスが温度槽内で加熱
され設定温度まで上昇する為の待ち行列を構成している
従来技術に対して図５の構成では前記の待ち行列をなく
している。

【００４１】このような特徴により第１実施形態によれ
ば、半導体デバイスＤの表面の温度を的確に検知しこの
温度に応じて温度制御を行うことで、従来のような温度
槽の温度検出では得られなかった正確な温度制御を実現
し、これに基づき正確な電気特性を行うことができる。

【００４２】図７は、第１実施形態における半導体デバ
イスの外囲器温度と温度制御の説明図である。

【００４３】この実施例のおける半導体デバイスの電気
特性の測定は図１１のフローチャートに示すように以下
のシーケンスで行われる。

【００４４】半導体デバイスを温度槽内に搬入する（Ｓ
２１）。次に、半導体デバイスをテスタと接続する（Ｓ
２３）。次に、温度槽内に搬入された半導体デバイスの
外囲器温度が狙いの温度に到達するまで加熱する（Ｓ２
５）。待ち時間（ｔｗ）の後、狙いの温度に到達したこ
とを確認する（Ｓ２７）。

【００４５】確認されたら、テスト１の条件で半導体デ
バイスに通電を行う（Ｓ２９）。

【００４６】通電による外囲器温度の変化を検出し、半
導体デバイスの加熱パワーを制御（低減）する（Ｓ３
１）。テスト２の条件で半導体デバイスに通電を行う。
次に、温度の変化を検出して半導体デバイスの加熱パワ
ーを制御（低減）する。

【００４７】テスト３の条件で半導体デバイスに通電を
行う。温度の変化を検出して加熱パワーを制御（上昇）
する。

【００４８】これで通電を終了し、加熱パワーをＯＦＦ
する（Ｓ３３）。

【００４９】最後に、半導体デバイスを温度槽から搬出
する（Ｓ３５）。

【００５０】本実施例は以上のような加熱制御法を用い
ることにより、制御されたパワーは図７に示す太線の二
次曲線のように推移することにより、外囲器温度を従来
技術より低減された温度差（ΔＴＣ２）にすることがで
きる。

【００５１】これにより半導体デバイスの電気特性を外
囲器温度がΔＴＣ２の温度差の範囲内における特性とし
て特定（定義）することができる。

【００５２】更に、以下に第２実施形態について図面を
用いて説明する。

【００５３】図６は第２実施形態のハンドラの構成図で
ある。図６において、図２の構成に更に加え、第２の温
度槽４０が設けられこの中で半導体デバイスＤの表面温
度が検出される温度センサ１７が設けられる。更にこの
第２温度槽４０の温度制御を行うべく、第２温度検出器
２７，これに接続される第２温度制御部２９、これにそ
れぞれ接続されるヒータ３１、クーラ３３が更に設けら
れる。

【００５４】又更に図１６は、第２実施形態に係る温度
制御ブロックであり、温度測定器５４は、温度計５５，
温度センサ５３，温度制御部５６に図示されるように接
続される。更に電気ヒータ５２とクーラ２０２が温度制
御部により制御される。

【００５５】次に、この第２実施形態と図５の第１実施
形態の構成との相違を以下に説明する。

【００５６】第１に、温度槽が１台である第１実施形態
に対して第２実施形態は２台の温度槽１３，４０が設け
られている。

【００５７】第２に、第１温度槽１３が従来技術の温度
槽の雰囲気温度を検出し温度制御する技法である。図１
５は、従来実施形態及び第２実施形態の第１温度槽に係
る温度制御ブロックである。

【００５８】第３に、第２温度槽４０が第１実施形態と
同じ外囲器温度を検出し温度制御する技法である。

【００５９】このような特徴により第２実施形態は、第
１温度槽で半導体デバイスＤの温度を目標温度にかなり
近付けてから、更に第２温度槽の接する温度センサによ
りより確実な温度制御を伴う特性検出が可能となる。

【００６０】次に第２実施形態の測定手順を以下に詳細
に説明する。図８は、第２実施形態における半導体デバ
イスの外囲器温度と温度制御の説明図である。この実施
例における半導体デバイスの電気特性の測定は、図１２
に示されるように、以下のシーケンスで行われる。

【００６１】半導体デバイスが、第１温度槽に搬入され
る（Ｓ４１）。

【００６２】第１温度槽内に搬入された半導体デバイス
の外囲器温度が狙いの温度よりわずかに低い温度に到達
するまで予め加熱する。つまり、半導体デバイスを温度
槽の温度設定に到達する見込みの時間だけ、第１温度槽
内に放置し（Ｓ４２）、温度槽内に半導体デバイスの待
ち行列を形成する（Ｓ４３）。更に、半導体デバイスの
放置時間を確認する（Ｓ４４）。

【００６３】更に第２温度槽に、半導体デバイスを搬入
し狙いの温度に到達するまで加熱する。つまり、半導体
デバイスを第２温度槽内に搬入し、半導体デバイスをテ
スタに接続して、半導体デバイスの温度を管理しながら
加熱を開始する（Ｓ４７）。

【００６４】そして、半導体デバイスが管理基準に到達
したことを確認したら（Ｓ４８）、第１実施形態の上記
説明と同様なシーケンスで電気特性の測定を行う（Ｓ４
９、Ｓ５０）。

【００６５】そして、半導体デバイスのテストが終了し
たら、最後に、半導体デバイスを温度槽から搬出する
（Ｓ５２）。

【００６６】又更に、第２実施形態と第１実施形態の機
能の相違を図７及び図８のグラフを用いて以下に説明す
る。

【００６７】つまり、第２実施形態は第１温度槽のプリ
ヒート機能と半導体デバイスの待ち行列を用意した事か
ら、待ち時間（ｔｗ）を低減して第１実施形態と比較し
てスループットを向上する事ができる特徴を持たせたも
のである。

【００６８】更に、第２実施形態は第１温度槽のプリヒ
ート機能により第２温度槽の加熱制御パワーを太い二次
曲線で示したように低減する事ができる特徴を持たせた
ものである。

【００６９】更に以下に第３実施形態について説明す
る。図１３，図１４は、それぞれ第３実施形態の半導体
デバイスの温度検出例を示す温度検出装置を示す図であ
る。これらの図において、リード線１０５をもつ半導体
デバイスＤは、保持具１０６に保持されている。更に、
温度センサ１２３は、バネ１２１を介して支柱１２５に
接続されている。又、温度センサ１２３は、信号引き出
し線１２７が接続されている。このような構成により、
保持具１０６は上下Ａに動くことで、図１４に示される
ように、温度センサ１２３が半導体デバイスＤと密着さ
れることで、より正確な半導体デバイスＤの表面温度を
検出することができる。これにより、第３実施形態によ
って、確実な温度制御に基づく正確な電気特性の測定を
実現することができる。

【００７０】また、この第３の実施形態の特徴は、上記
した第１・第２実施形態とも結びつくものであり、同時
に実施することで、より確実な電気特性の測定を実現す
ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上本発明によれば、テストハンドラに
おける半導体デバイスの電気特性を測定する温度環境の
制御を、温度槽の雰囲気温度の制御法から半導体デバイ
スの外囲器温度の制御法に変更することにより以下の効
果を得ることができる。

【００７２】第１に、半導体デバイスの外囲器温度を設
定した範囲内に制御することによりこの外囲器温度を基
準として半導体デバイスの電気特性を特定（定義）する
事ができる。第２に、前記の電気特性の定義により半導
体デバイスの品質基準を定める事ができる。第３に、前
記の半導体デバイスの品質基準に基づく品質保証ができ
る。第４に、ユーザに対して半導体デバイスの使用条件
（放熱設計、筐体設計、その他）を推奨できる。第５
に、半導体デバイスの外囲器温度を検知することにより
電気特性の測定中に発生する半導体デバイスの熱暴走に
よる事故に対する対応が早期に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体デバイスの外観を示す概観
図。

【図２】従来のテストハンドラの構成を示す構成図。

【図３】従来技術の温度特性を示す半導体デバイスの外
囲器の温度を示すグラフ。

【図４】従来技術の問題を説明するための半導体デバイ
スの外囲器温度を示すグラフ。

【図５】第１実施形態のテストハンドラの構成を示す
図。

【図６】第２実施形態のテストハンドラの構成を示す
図。

【図７】第１実施形態の外囲器温度と温度制御を示すグ
ラフ。

【図８】第２実施形態の外囲器温度と温度制御を示すグ
ラフ。

【図９】半導体デバイスの特性例を示すグラフ。

【図１０】従来のデバイスユニットテストのフローチャ
ートを示す図。

【図１１】第１実施形態のデバイスユニットテストのフ
ローチャートを示す図。

【図１２】第２実施形態のデバイスユニットテストのフ
ローチャートを示す図。

【図１３】第３実施形態の半導体デバイスの温度検出例
を示す温度検出装置。

【図１４】第３実施形態の半導体デバイスの温度検出例
を示す温度検出装置。

【図１５】従来実施形態及び第２実施形態の第１温度槽
に係る温度制御ブロック。

【図１６】第１実施形態及び第２実施形態の第１及び第
２温度槽に係る温度制御ブロック。

【符号の説明】

Ｄ … 半導体デバイス １ … 半導体チップ ３ … 外囲器 １１ … テストハンドラ １３ … 温度槽 １５ … 雰囲気温度センサ １７ … デバイス温度センサ ２１ … 温度検出器 ２３ … 温度制御器 ２５ … ヒータ ２７ … 第２温度検出器 ２９ … 第２温度制御器 ３１ … 第２ヒータ ３３ … クーラ ３５ … クーラ ４０ … 第２温度槽 ４１ … テストソケット ４３ … テストヘッド ４５ … ケーブル ４７ … 電気特性測定器 １２１ … ばね １２３ … 温度センサ １２５ … 支持体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器に封入された半導体デバイスを格納
   する温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記容器
   の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器の温度を所定温度とす
   べく前記温度槽の温度制御を行う温度制御手段と、 前記半導体デバイスに所定電位を印可して電気的特性を
   測定する測定手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。
2. 【請求項２】 前記温度制御手段は、前記容器温度を上
   昇させる手段と下降させる手段とを具備することを特徴
   とする請求項１記載の半導体デバイスのテストハンド
   ラ。
3. 【請求項３】 容器に封入された半導体デバイスを格納
   する温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記容器
   の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器温度を所定温度とすべ
   く前記温度槽の温度制御を行う温度制御手段と、 前記半導体デバイスが前記所定温度に到達したことを検
   出する到達検出手段と、 前記到達検出手段が前記所定温度への到達を検出したと
   き、前記半導体デバイスに所定電位を印可して電気的特
   性を測定する測定手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。
4. 【請求項４】 容器に封入された半導体デバイスを格納
   する温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記容器
   の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器温度を所定温度とすべ
   く前記温度槽の温度制御を行う温度制御手段と、 前記半導体デバイスが前記所定温度に到達したことを検
   出する到達検出手段と、 前記到達検出手段が前記所定温度への到達を検出したと
   き、前記半導体デバイスに所定電位を印可して電気的特
   性を測定する測定手段と、 前記半導体デバイスの前記容器温度が第２所定温度を越
   えたことを検出したとき前記所定電位の印可を中止し電
   気的特性の測定を中止する中止手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。
5. 【請求項５】 容器に封入された半導体デバイスが通過
   する第１温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記第１温度槽の中の温度を測
   定する第１温度センサと、 前記第１温度センサが測定した温度に応じて前記第１温
   度槽の温度を制御する第１温度制御手段と、 前記第１温度槽から前記半導体デバイスが搬送され格納
   する第２温度槽と、 前記第２温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記
   容器の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器温度を所定温度とすべ
   く前記第２温度槽の温度制御を行う第２温度制御手段
   と、 前記半導体デバイスに所定電位を印可し電気的特性を測
   定する測定手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。
6. 【請求項６】 容器に封入された半導体デバイスを格納
   する温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記半導体デバイスの前記容器
   の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器の温度を所定温度とす
   べく温度制御器を用いて前記温度槽の温度を上昇させる
   ヒータと、 前記検出手段が検出した前記容器の温度を所定温度とす
   べく温度制御器を用いて前記温度槽の温度を下降させる
   クーラと、 前記容器の温度が所定温度となったとき、前記半導体デ
   バイスに所定電位を印可して電気的特性を測定する測定
   手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。
7. 【請求項７】 容器に封入された半導体デバイスを格納
   する温度槽と、 前記温度槽内に設けられ前記半導体デバイスを保持する
   保持手段と、 バネを用いて温度センサを前記保持手段が保持する前記
   温度槽の前記容器の表面に圧接させる圧接手段と、 前記圧接された前記温度センサにより前記半導体デバイ
   スの前記容器の表面温度を検出する検出手段と、 前記検出手段が検出した前記容器温度を所定温度とすべ
   く前記温度槽の温度制御を行う温度制御手段と、 前記半導体デバイスに所定電位を印可して電気的特性を
   測定する測定手段と、 を具備することを特徴とする半導体デバイスのテストハ
   ンドラ。