JP3901570B2

JP3901570B2 - 電子冷却素子を利用した半導体装置の低温試験装置

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Publication number: JP3901570B2
Application number: JP2002120548A
Authority: JP
Inventors: 滋宮北
Original assignee: スパンションエルエルシー
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003315406A; US6970007B2; US20030197518A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の低温試験装置に関し、特に、霜の発生による測定品質の低下を防止し、恒温糟をなくして装置を小型化し、ターンアラウンドタイムを短くした低温試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩなどの半導体集積回路装置（以下ＩＣと称する。）の出荷試験には、高温試験工程と低温試験工程とがある。一般にＩＣの動作は、高温から低温まで比較的広い温度範囲で保証されている。従って、出荷試験では、例えば９０℃の高温雰囲気中で正常に動作するか否かをチェックする高温試験工程と、例えば−１５℃の低温雰囲気中で正常に動作するか否かをチェックする低温試験工程とが必要になる。通常は、高温雰囲気中で動作不良が発生することが多いが、例えばフラッシュメモリなどでは、低温雰囲気中で電源レベルが低下するとプログラム動作が正常に行われないという不良が発生することがある。従って、そのような不良を取り除くために、低温試験を行う必要がある。
【０００３】
従来の出荷試験ラインでは、高温雰囲気に維持された恒温糟を有する高温試験装置と、低温雰囲気に維持された恒温糟を有する低温試験装置とが設置され、試験用トレイに載せられた複数の被試験ＩＣが各試験装置の恒温糟内に搬入され、内部のソケットに被試験ＩＣを接続して、所定の動作試験が行われている。
【０００４】
高温試験装置は、恒温糟にヒータが設けられ、搬入口から試験用トレイが搬入され、搬出口からトレイが搬出される。同様に、低温試験装置は、恒温糟に液体窒素糟が接続されて、その液体窒素により低温雰囲気が生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の低温試験装置では、液体窒素を使用して恒温糟内を低温雰囲気にする構造であるため、被試験ＩＣの温度制御に時間を要する。更に、恒温糟には、被試験ＩＣをソケットに接続して試験を行う前に被試験ＩＣを予備冷却する構成や、試験後に被試験ＩＣを常温に戻す温度復帰の構成も設ける必要があり、試験装置が大型化するという問題がある。
【０００６】
また、恒温糟内で霜が発生するのを防止するために、恒温糟を低温状態に設定する前や常温状態に復帰した後は、恒温糟内の湿気除去のために恒温糟内のベーク処理が必要になり、これに伴う温度上昇に対応する温度下降の待ち時間が、試験装置の処理能力を低下させている。
【０００７】
更に、恒温糟内をベーク処理したとしても、恒温糟内を低温下して長時間連続して試験を実施していると、恒温糟内の測定用ＩＣソケットの接続端子部分に霜が発生し、それに伴い接続端子間が短絡する。試験工程において、被試験ＩＣと測定用ＩＣソケットとの接続不良をチェックするコンタクト試験や、被試験ＩＣの端子間短絡不良をチェックするリーク試験時に、ソケットの接続端子に付着した霜による短絡で、接続不良にもかかわらず接続が確認されたり、ＩＣの端子間短絡がないのに短絡不良が検出されたりして、試験の品質低下を招いている。
【０００８】
これを防止するためには、定期的に恒温糟の低温状態を解除して内部をベーク処理する必要があり、そのような定期的なベーク処理も試験装置の処理能力を低下させている。
【０００９】
従来、恒温糟を設けない低温試験装置が、特開昭５３−５０９８２号公報に開示されている。この低温試験装置は、ペルチェ素子により生成した低温雰囲気をヒートパイプを介して被試験ＩＣに提供し、ヒートパイプを被試験ＩＣの上面に押しつけて冷却を行う構成を有する。しかし、この方法では、被試験ＩＣがペルチェ素子により間接的に冷却されるだけであり、被試験ＩＣを高精度に且つ短時間で冷却することはできない。更に、ソケットの接続端子への霜の発生を回避することはできない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、霜の発生による測定品質の低下を防止し、恒温糟をなくして装置を小型化し、ターンアラウンドタイムを短くした低温試験装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、半導体装置の試験装置において、載置される被試験半導体装置との接続を行うソケットと、被試験半導体装置を収納し当該被試験半導体装置が載置される位置に一方の面から吸熱し他方の面から放熱する第１の電子冷却素子が設けられた試験用トレイと、被試験半導体装置をソケット上に載置した状態で当該被試験半導体装置の上部にコンタクトする第２の電子冷却素子が設けられたコンタクトブロックとを有する。そして、被試験半導体装置を試験用トレイに収納して第１の電子冷却素子で当該被試験半導体装置の底面側を予備冷却し、試験用トレイをソケットに装着してソケット上に載置された被試験半導体装置の底面側を第１の電子冷却素子で上面側を第２の電子冷却素子でそれぞれ冷却しながら試験を実施し、試験終了後、試験用トレイの第１の電子冷却素子で被試験半導体装置を加熱する。
【００１２】
上記発明の側面によれば、被試験半導体装置を上面側と底面側から電子冷却素子により冷却するようにしたため、恒温糟が不要になり試験装置の小型化が可能になる。しかも低温環境範囲が被試験半導体装置と最小限になり温度制御を高精度に行うことが可能になる。更に、第１の電子冷却素子により被試験半導体装置の底面側とは反対側のソケットを加熱することができ、ソケットの霜の発生を防止することができ、
また、第１及び第２の電子冷却素子により被試験半導体装置の周囲の雰囲気を高温に保って湿気を除去し、霜の発生を抑えることができる。特に、ソケットの接続端子における霜の発生を抑えることにより、試験の品質を向上し、従来の霜対策用のベーク処理を定期的に行う必要がなくなる。また、試験終了後は、試験用トレイの第１の電子冷却素子により被試験半導体装置を加熱することで、温度復帰工程も行うことができ、試験装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００１４】
図１は、本実施の形態における低温試験装置の構成図である。この低温試験装置１００は、テスターユニット６が接続される低温試験領域２２と、被試験ＩＣの予備冷却を行う予備冷却領域２０と、試験終了後に被試験ＩＣの常温への復帰を行う温度復帰領域２４とで構成される。低温試験領域２２には、テスターユニット６が接続され、テスターユニット６には測定用ボード５が設けられ、更にその測定用ボード５に接続される測定用ＩＣソケット４が設けられている。
【００１５】
低温試験装置１００に対して、被試験ＩＣ２を収納した搬送トレイ１０が搬入される。搬送トレイ１０内の被試験ＩＣが、予備冷却領域２０で図示しないローダなどにより試験用トレイ３に移し替えられ、試験用トレイ３に設けられた後述する電子冷却素子により被試験ＩＣ２が予備冷却される。電子冷却素子は、例えばペルチェ素子が利用される。
【００１６】
予備冷却が終了すると、その試験用トレイ３が、低温試験領域２２の測定用ＩＣソケット４まで搬送され、試験用トレイ３に収納された被試験ＩＣ２が測定用ＩＣソケット４に載置される。そして、コンタクトブロック１により被試験ＩＣ２に圧力をかけることで、被試験ＩＣ２の接続端子をソケット４の接続端子に押しつけて接続し、テスターユニット６による低温試験が行われる。この時、コンタクトブロック１の電子冷却素子により被試験ＩＣが上面側からも冷却される。低温温度領域２２には、図示しないドライエアー１２を供給する手段が設けられ、低温試験領域の雰囲気が低い湿度に保たれる。
【００１７】
試験が終了すると、再び試験用トレイ３が搬送され、温度復帰領域２４で試験用トレイ内の電子冷却素子により被試験ＩＣが加熱されて常温まで戻される。電子冷却素子の電流方向を切り換えることで、被試験ＩＣを冷却または加熱することができる。その後、テスト結果に応じて、良品のＩＣは良品出荷トレイ１０Ｂに、不良品のＩＣは不良品トレイ１０Ａにそれぞれ移し替えられる。
【００１８】
以上が、低温試験装置の構成の概略である。この低温試験装置１００には、従来例のような液体窒素を利用した恒温糟が設けられず、試験用トレイ３内のペルチェ素子と、コンタクトブロック１のペルチェ素子とを被試験ＩＣに接触させることで、その被試験ＩＣを冷却する。また、試験用トレイ３に設けたペルチェ素子により、被試験ＩＣの予備冷却と温度復帰を行う。
【００１９】
尚、電子冷却素子であるペルチェ素子は、Ｐ型及びＮ型の半導体を熱的に並列に配置し、電気的に直列に接続して電流を流すようにした構成を有する。電流を流すことにより、ＰからＮに電流が流れる面と、ＮからＰに電流が流れる面とが、それぞれ放熱または吸熱状態になる。従って、電流の方向を切り換えることにより、放熱面と吸熱面とを切り換えることが可能である。
【００２０】
図２は、本実施の形態における試験用トレイの構成図である。図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は斜視図である。試験用トレイ３は、本体３６にＩＣ収納部３８を有する。図２の例では、１つの収納部３８のみが設けられているが、実際の試験用トレイには、複数の収納部が設けられ、複数の被試験ＩＣを収納可能になっている。
【００２１】
ＩＣ収納部３８内には、収納されるＩＣの外部端子を本体３６の底面側に露出させるコンタクト用ホール３２が２列設けられ、そのコンタクト用ホール３２の間に、ペルチェ素子からなる電子冷却素子３４が設けられている。従って、ＩＣ収納部３８内に被試験ＩＣを収納すると、被試験ＩＣの底面部がこの電子冷却素子３４上に載置されることになる。
【００２２】
図３は、試験用トレイに搭載された被試験ＩＣと測定用ＩＣソケット及びコンタクトブロックの関係を示す断面図である。図１で説明したとおり、低温試験領域２２には、テスターユニット６に接続される測定用ボード５と、測定用ＩＣソケット４とが設けられる。測定用ＩＣソケット４の接続端子４１は、それぞれ測定用ボード５の図示しない接続端子に接続されている。
【００２３】
試験用トレイ３の収納部３８内に収納された被試験ＩＣ２は、その底面が試験用トレイ３の電子冷却素子３４上に載置される。そして、被試験ＩＣ２の外部端子１４が、試験用トレイ３のコンタクト用ホール３２を介して、測定用ＩＣソケット４の接続端子４１に接触する。この状態で、アーム３０の先端に装着されている電子冷却素子（ペルチェ素子）からなるコンタクトブロック１が、収納部３８内に挿入し、被試験ＩＣ２の上面及びその外部端子１４を押さえつけて、外部端子１４をソケットの接続端子４１に確実にコンタクトさせる。また、コンタクトブロック１の吸熱作用により、被試験ＩＣ２の上面側を冷却する。
【００２４】
図４は、冷却試験状態での被試験ＩＣと試験用トレイと測定用ＩＣソケットとコンタクトブロックとの関係を示す断面図である。前述のとおり、コンタクトブロック１を被試験ＩＣの上面側から押しつけることで、被試験ＩＣの外部端子１４がソケット４の接続端子４１に確実にコンタクトされ、且つ、被試験ＩＣの底面側が試験用トレイ３の電子冷却素子３４に、上面側がコンタクトブロック１に密着される。
【００２５】
試験用トレイ３の電子冷却素子３４には電流Ｉ１を流して、その上面側を吸熱状態、底面側を放熱状態に制御する。また、コンタクトブロック１の電子冷却素子にも電流Ｉ２を流して、その底面側を吸熱状態、上面側を放熱状態に制御する。これにより、被試験ＩＣは底面と上面とから冷却される。更に、測定用ＩＣソケットの接続端子４１は、電子冷却素子３４の底面側の放熱作用により加熱され、霜の発生が抑制される。更に、コンタクトブロック１の上面側が放熱状態にあるので、周辺の雰囲気も加熱され湿気が除去される。従って、被試験ＩＣ２のみが限定的に冷却され、それ以外の測定用ＩＣソケット４や周辺は加熱される。
【００２６】
図５は、本実施の形態における低温試験装置を利用した低温試験工程を示すフローチャート図である。図１に示されるとおり、複数の被試験ＩＣ２を収納した搬送トレイ１０が低温試験装置１００に搬入され、それらの被試験ＩＣが試験用トレイ３内に収納されて、予備冷却領域２０にスタックされる（Ｓ１０）。そこで、試験用トレイ３の電子冷却素子３４に上面側が吸熱状態になるように電流を流して、被試験ＩＣの予備冷却を行う（Ｓ１２）。
【００２７】
その後、予備冷却をある程度行った試験用トレイ３を低温試験領域２２まで搬送し、測定用ＩＣソケット４上に試験用トレイ３を載置する。そして、図３に示すように、上部からコンタクトブロック１をトレイ３の収納部３８内に挿入して被試験ＩＣの上面とソケットの外部端子１４とを押さえつける（Ｓ１４）。その結果、図４に示すとおり、被試験ＩＣ２の上面側はコンタクトブロック１の電子冷却素子が、底面側は試験用トレイ内の電子冷却素子３４がそれぞれ密に接触し、被試験ＩＣ２の外部端子１４が測定用ＩＣソケット４の接続端子４１に密に接触する。
【００２８】
コンタクトブロック１は電子冷却素子で構成されており、それにコンタクトブロックの底面側が吸熱状態、上面側が放熱状態になるように電流を流して、被試験ＩＣ２の上面側を冷却する（Ｓ１６）。この状態で、被試験ＩＣ２の底面側はトレイ内のペルチェ素子３４により、上面側はコンタクトブロックのペルチェ素子によりそれぞれ冷却される。冷却対象が被試験ＩＣ２のみであり、容量が小さいので、その温度制御を高精度に行うことができる。また、予備冷却しているので、試験温度に冷却するまでの時間を短縮することができる。
【００２９】
この状態でテスターユニット６が動作試験を実施する（Ｓ１８）。動作試験は、例えば、冷却状態で電源電圧を変化させて、正常動作可能な電源マージンをチェックするなどが行われる。これにより、低温状態で発生するエラーを発見することができる。
【００３０】
この状態では、試験用トレイ３のペルチェ素子３４の底面側が放熱状態にあるので、測定用ＩＣソケット４が加熱される。従って、ソケット４の接続端子に霜が発生するのが回避され、霜の発生に伴う端子間短絡で、コンタクト試験やリーク試験の測定品質の低下を防止することができる。また、コンタクトブロック１の上面側が放熱状態にあり、周辺の湿気を減らす効果もある。また、コンタクトブロック１の上部からドライエアー１２を吹き付ける機構を設けることで、湿気対策をより完全にすることができる。
【００３１】
テスターユニットによる動作試験が終了すると、コンタクトブロック１を引き上げて、被試験ＩＣ２への上面からの冷却を終了する（Ｓ２０）。そして、被試験ＩＣ２を収納した試験用トレイ３を測定用ＩＣソケット４から取り除き、温度復帰領域２４まで搬送する（Ｓ２２）。この時、試験用トレイ３のペルチェ素子３４への電流の方向を切り換えて、ペルチェ素子３４の上面側を放熱状態にする。それにより、ペルチェ素子３４上に載置されている被試験ＩＣ２が加熱され、冷却状態から常温状態に復帰する（Ｓ２４）。
【００３２】
常温に復帰したあと、図１に示されるとおり、不良ＩＣを不良品トレイ１０Ａに移し、良品ＩＣを良品出荷トレイ１０Ｂに移し、そのトレイを低温試験装置から搬出する。以上で低温試験工程が終了する。
【００３３】
以上のとおり、上記実施の形態では、被試験ＩＣを低温化するのに電子冷却素子を利用するので、試験装置に恒温糟を必要としない。また、電子冷却素子を試験用トレイ内に配置し、予備冷却時は被試験ＩＣを冷却し、低温試験時は被試験ＩＣを冷却しながら測定用ＩＣソケットの接続端子を加熱して霜の発生を防止し、更に、温度復帰時は電子冷却素子の電流方向を切り換えて、被試験ＩＣを加熱することができる。また、コンタクトブロックも電子冷却素子で構成することで、被試験ＩＣを冷却しながら周囲を加熱することができ、周囲の湿気を減らすことができ、霜の発生を抑えることができる。
【００３４】
上記の実施の形態において、試験用トレイ内の電子冷却素子により十分に冷却することができれば、コンタクトブロック１に電子冷却素子を用いないようにすることも可能である。或いは、予備冷却領域において、試験用トレイ内の電子冷却素子に加えて、被試験ＩＣの上面から冷却する別の電子冷却素子を利用することで、コンタクトブロック１に電子冷却素子を用いなくすることもできる。
【００３５】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【００３６】
（付記１）半導体装置の試験装置において、
載置される被試験半導体装置との接続を行うソケットと、
前記被試験半導体装置を収納し当該被試験半導体装置が載置される位置に一方の面から吸熱し他方の面から放熱する第１の電子冷却素子が設けられた試験用トレイとを有し、
前記被試験半導体装置を前記試験用トレイに収納して前記第１の電子冷却素子で当該被試験半導体装置の底面側を予備冷却し、前記試験用トレイを前記ソケットに装着して当該ソケット上に載置された前記被試験半導体装置の底面側を前記第１の電子冷却素子で冷却しながら試験を実施し、試験終了後、前記試験用トレイの第１の電子冷却素子で前記被試験半導体装置を加熱することを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００３７】
（付記２）付記１において、
更に、前記被試験半導体装置を前記ソケット上に載置した状態で当該被試験半導体装置の上面に第２の電子冷却素子を接触させるコンタクトブロックを有し、
前記試験を実施する時、前記第２の電子冷却素子により前記被試験半導体装置の上面側を冷却することを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００３８】
（付記３）付記１または２において、
前記第１及び、または第２の電子冷却素子は、吸熱面と放熱面とを有し、電流方向を切り換えることにより前記吸熱面と放熱面とを切換可能であることを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００３９】
（付記４）付記１または２において、
前記第１及び、または第２の電子冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００４０】
（付記５）付記３において、
前記試験実施中に、前記第１の電子冷却素子が前記ソケットに対応する面を放熱状態にすることを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００４１】
（付記６）付記１において、
前記試験用トレイは、複数の被試験半導体装置を収納する収納部を有し、当該収納部内であって、前記被試験半導体装置を載置する位置に前記第１の電子冷却素子が設けられていることを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００４２】
（付記７）付記１において、
更に、前記ソケットが接続されるテスターユニットを有することを特徴とする半導体装置の試験装置。
【００４３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、恒温糟を不要として小型化でき、測定用ＩＣソケットに霜が発生するのを抑えることができ、動作試験の品質を上げ、ターンアラウンドタイムを短くした低温試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における低温試験装置の構成図である。
【図２】本実施の形態における試験用トレイの構成図である。
【図３】試験用トレイに搭載された被試験ＩＣと測定用ＩＣソケット及びコンタクトブロックの関係を示す断面図である。
【図４】冷却試験状態での被試験ＩＣと試験用トレイと測定用ＩＣソケットとコンタクトブロックとの関係を示す断面図である。
【図５】本実施の形態における低温試験装置を利用した低温試験工程を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１コンタクトブロック、第２の電子冷却素子
２被試験ＩＣ、被試験半導体装置
３試験用トレイ
４測定用ＩＣソケット
６テスターユニット
１４外部端子
３４第１の電子冷却素子
４１接続端子

Claims

半導体装置の試験装置において、
載置される被試験半導体装置との接続を行うソケットと、
前記被試験半導体装置を収納し当該被試験半導体装置が載置される位置に一方の面から吸熱し他方の面から放熱する第１の電子冷却素子が設けられた試験用トレイとを有し、
前記被試験半導体装置を前記試験用トレイに収納して前記第１の電子冷却素子で当該被試験半導体装置の底面側を予備冷却し、前記試験用トレイを前記ソケットに装着して当該ソケット上に載置された前記被試験半導体装置の底面側を前記第１の電子冷却素子で冷却しながら試験を実施し、試験終了後、前記試験用トレイの第１の電子冷却素子で前記被試験半導体装置を加熱することを特徴とする半導体装置の試験装置。
請求項１において、
更に、前記被試験半導体装置を前記ソケット上に載置した状態で当該被試験半導体装置の上面に第２の電子冷却素子を接触させるコンタクトブロックを有し、前記試験を実施する時、前記第２の電子冷却素子により前記被試験半導体装置の上面側を冷却することを特徴とする半導体装置の試験装置。
請求項１または２において、
前記第１及び、または第２の電子冷却素子は、吸熱面と放熱面とを有し、電流方向を切り換えることにより前記吸熱面と放熱面とを切換可能であることを特徴とする半導体装置の試験装置。
請求項３において、
前記試験実施中に、前記第１の電子冷却素子が前記ソケットに対応する面を放熱状態にすることを特徴とする半導体装置の試験装置。
請求項１において、
前記試験用トレイは、複数の被試験半導体装置を収納する収納部を有し、当該収納部内であって、前記被試験半導体装置を載置する位置に前記第１の電子冷却素子が設けられていることを特徴とする半導体装置の試験装置。