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【発明の名称】 ＩＣデバイスの検査装置
【発明者】 【氏名】高田 保之

【氏名】吉田 敬介

【氏名】辻野 和哉

【氏名】黒須 修

【氏名】川口 和博
【要約】 【課題】ＩＣデバイスのパッケージを傷つけたり汚したりせず、またＩＣデバイスに温度センサを組み込まなくともＩＣデバイスの温度変化を正確に測定することができるとともに、ＩＣデバイスの温度を所定の温度に保つことによりＩＣデバイスの性能を正しく評価する。

【解決手段】検査プログラムに従ってＩＣデバイス３に電流が供給されたときに生じるＩＣデバイス３の磁場を磁気センサ２０で検出し、この磁気センサ２０が検出した検出信号をＩＣデバイス３の発熱量を表す情報にＡ／Ｄ変換器で変換し、制御ユニットによってＡ／Ｄ変換器からの発熱量情報に基づいて冷風供給装置の比例制御バルブを制御して、ＩＣデバイス３の温度を所定の温度範囲内に維持するようにした。更に、プリント基板４５をチャンバ１の外に配置し、磁気センサ２０をプリント基板４５の導体パターンに近接配置したので、磁気センサ２０はチャンバ１内に生じる磁気ノイズ（主にモータ）の影響を受けにくくなるとともに、高温テスト時、磁気センサ２０のセンシング特性が熱によって大きく変化しない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 検査すべきＩＣデバイスを収容するチャンバと、前記ＩＣデバイスの性能を判別するＩＣテスタと、前記チャンバの外に配置され、前記ＩＣテスタと前記ＩＣデバイスとを電気的に接続するための電気的中継手段と、前記ＩＣテスタから前記ＩＣデバイスに電流が供給されたときに生じる前記ＩＣデバイスの磁場を検出する磁気検出手段と、この磁気検出手段の出力信号を前記ＩＣデバイスの発熱量を表す情報に変換する変換手段と、前記ＩＣデバイスを冷却する冷却手段と、前記変換手段からの発熱量情報に基づいて前記冷却手段を制御して、前記ＩＣデバイスの温度を所定の温度範囲内に維持する制御手段とを備え、前記電気的中継手段に前記ＩＣデバイスがＩＣソケットを介して実装され、前記磁気検出手段が前記電気的中継手段の導通路に近接配置されていることを特徴とするＩＣデバイスの検査装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＩＣデバイスの性能をより一層正しく評価することができるＩＣデバイスの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣデバイスの温度特性検査は、所定の温度に設定された環境（恒温槽：チャンバ）で行われる。
【０００３】このチャンバ内の温度は、検査のプログラムに応じて、例えば−５０℃から＋１５０℃に設定される。
【０００４】また、検査中のＩＣデバイスには、検査プログラムの多岐にわたる検査項目に応じて電流が幾通りものパターンで供給される。その結果、ＩＣデバイスはジュール熱によって発熱し、その発熱の様態は検査項目に応じて一様ではない。この発熱はコンピュータのマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のような集積密度の高いＩＣデバイスほど著しい。
【０００５】近年、マイクロプロセッサの処理能力スピードは高速化され、集積密度も高くなったため、検査中のワット密度（Ｗ／ｃｍ２）が増加し、これに伴ってＩＣデバイスの発熱量は一段と大きくなる傾向にある。
【０００６】例えば、検査中に３０Ｗ程度発熱するマイクロプロセッサの場合、その温度はチャンバ内の温度よりも４０℃程度高くなる。
【０００７】また、ＩＣデバイスの発熱量は与えられる電気信号の周波数が上昇する程大きくなる。
【０００８】更に、マイクロプロセッサの最高動作周波数はトランジスタのスイッチング周波数の低下によって、温度が上昇するほど低下し、温度が１０℃上昇すると２％減少するという報告がある。
【０００９】例えば、最高動作周波数５００ＭＨｚのマイクロプロセッサの温度がチャンバ内の温度よりも４０℃高くなると、最高動作周波数が４０ＭＨｚも低下するから、本来５００ＭＨｚの動作が保証されるクラスにランク付けされる筈のマイクロプロセッサが１ランク下の４００ＭＨｚ台のマイクロプロセッサのクラスにランク付けされることになる。
【００１０】その結果、高い動作周波数のマイクロプロセッサの歩留りが不当に低下して、大きな損失を被ることになる。
【００１１】また、発熱が大きくなると、ＩＣデバイスが自己破壊を起こすおそれもあった。
【００１２】従来、検査精度（歩留り）を向上させ、自己破壊を防止するために、ＩＣデバイスの温度をモニタして、ＩＣデバイスをチャンバ内の温度にまで冷却することが行われている。
【００１３】ＩＣデバイスの温度を測定する方法としては、熱電対のような接触型の温度センサや赤外線センサのような非接触型の温度センサなどを用いる方法が考えられる。
【００１４】また、特開平６−１８８２９５号公報に記載された発明のように、検査対象のＩＣデバイスに温度センサを組み込み、その温度を測定する方法もある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、接触型の温度センサには、ＩＣデバイスのパッケージの表面が傷ついたり汚れたりするおそれがあり、製品の価値が低下するという問題がある。
【００１６】また、赤外線センサのような非接触型の温度センサには、ＩＣデバイスの表面が金属であると正確な温度測定ができないという問題がある。
【００１７】一方、ＩＣデバイスに温度センサを組み込む方法には、ＩＣデバイスのサイズと重量とを増大させるとともに、製品原価が大幅に上昇するという問題がある。
【００１８】この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、ＩＣデバイスのパッケージを傷つけたり汚したりせずにＩＣデバイスの温度変化を正確に測定することができるとともに、ＩＣデバイスに温度センサを組み込まなくともＩＣデバイスの性能を正しく評価することができるＩＣデバイスの検査装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため請求項１記載のＩＣデバイスの検査装置は、検査すべきＩＣデバイスを収容するチャンバと、前記ＩＣデバイスの性能を判別するＩＣテスタと、前記チャンバの外に配置され、前記ＩＣテスタと前記ＩＣデバイスとを電気的に接続するための電気的中継手段と、前記ＩＣテスタから前記ＩＣデバイスに電流が供給されたときに生じる前記ＩＣデバイスの磁場を検出する磁気検出手段と、この磁気検出手段の出力信号を前記ＩＣデバイスの発熱量を表す情報に変換する変換手段と、前記ＩＣデバイスを冷却する冷却手段と、前記変換手段からの発熱量情報に基づいて前記冷却手段を制御して、前記ＩＣデバイスの温度を所定の温度範囲内に維持する制御手段とを備え、前記電気的中継手段に前記ＩＣデバイスがＩＣソケットを介して実装され、前記磁気検出手段が前記電気的中継手段の導通路に近接配置されていることを特徴とする。
【００２０】ＩＣテスタから電気的中継手段を介してＩＣデバイスに電流が供給されたとき、磁場が発生する。この磁場は電流の変化に応じて時々刻々変化する。このときの磁場を磁気検出手段が検出する。変換手段は、磁気検出手段が検出した検出信号をＩＣデバイスの発熱量を表す情報に変換する。制御手段はこの発熱量情報に基づいてその発熱量の変化に応じた指令を冷却手段に送出し、冷却手段はその指令に従ってＩＣデバイスを冷却する。
【００２１】また、上述のように電気的中継手段をチャンバの外に配置し、磁気検出手段を電気的中継手段の導通路に近接配置したので、磁気検出手段がチャンバ内に生じる磁気ノイズ（主にモータ）の影響を受けにくい。更に、高温テスト時、磁気検出手段のセンシング特性が熱によって大きく変化しない。
【００２２】また、磁気検出手段は、赤外線センサと異なり、ＩＣデバイスの表面が金属であっても、正確な温度測定が可能である。熱電対のような温度センサと異なり、磁気検出手段をＩＣデバイスに接触させる必要がないので、ＩＣデバイスを傷つけたり汚したりすることもない。更に、ＩＣデバイスに温度センサを組み込む従来例と異なり、ＩＣデバイスのサイズや重量は大きくならない。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】図１はこの発明の一実施形態に係るＩＣデバイスの検査装置の一部を示す縦断面図、図２は温度制御装置のブロック図、図３は磁気センサの出力とＩＣデバイスの温度変化との関係を示すグラフ、図４は冷風噴射のタイミングとＩＣデバイスの温度変化との関係を示すグラフである。
【００２５】このＩＣデバイスの検査装置は、ＩＣテスタ４４と、プリント基板（電気的中継手段）４５と、チャンバ１と、ＩＣデバイス搬送ヘッド７と、温度制御装置２（図２）とを備えている。
【００２６】ＩＣテスタ４４はＩＣデバイス３の性能を判別する。ＩＣテスタ４４はチャンバ１の底板１ａにプリント基板４５を介して接続される。
【００２７】チャンバ１の底板１ａの中央部には開口４６が設けられ、開口４６の周囲に環状のマウントプレート４７が固定されている。チャンバ１の底板１ａには後述する磁気センサ（磁気検出手段）２０が保持用ブラケット５０を介して保持されている。
【００２８】プリント基板４５はＩＣテスタ４４とＩＣデバイス３とを電気的に接続するものである。プリント基板４５はＩＣテスタ４４の上部に固定され、チャンバ１の外に位置する（図１参照）。プリント基板４５の中央部には絶縁材料で形成されたソケットガイドプレート４８が固定され、ソケットガイドプレート４８の中心穴４８ａにはＩＣソケット４が保持されている。ＩＣデバイス３はＩＣソケット４を介してプリント基板４５にセットされる。
【００２９】ＩＣテスタ４４をチャンバ１の底板１ａに接続するには、ＩＣソケット４をマウントプレート４７の中心穴４７ａに挿入し、マウントプレート４７とプリント基板４５とをソケットガイドプレート４８を介して固定ねじ４９で固定する。ＩＣソケット４及びＩＣデバイス３はチャンバ１の底板１ａの開口４６を通じてチャンバ１の内部空間に臨む。
【００３０】ＩＣデバイス搬送ヘッド７は、吸着用配管１７と、その下端に設けられた吸着部１８と、デバイス押さえ１１と、図示しない吸着部昇降手段とで構成されている。ＩＣデバイス搬送ヘッド７の上部にはＩＣデバイス搬送ヘッド７を上下方向に駆動するモータ（図示せず）が配置されている。ＩＣデバイス搬送ヘッド７はチャンバ１に収容されており、このチャンバ１内は所定の温度に設定される。
【００３１】ＩＣデバイス搬送ヘッド７は、検査前、図示しない待機トレーからＩＣデバイス３を吸着してＩＣソケット４にセットし、検査後、ＩＣソケット４内のＩＣデバイス３を吸着して、図示しない製品トレーに収める。
【００３２】ＩＣデバイス搬送ヘッド７が図１の２点鎖線で示す位置まで下降し、ＩＣデバイス３をＩＣソケット４にセットし終わると、ＩＣデバイス３の吸着が停止されるが、デバイス押さえ１１がＩＣデバイス３の上面をＩＣソケット４に押圧しているので、ＩＣデバイス３とＩＣテスタ４４との電気的接続状態は確保される。
【００３３】ＩＣデバイス３がＩＣソケット４にセットされた後、検査プログラムに従ってＩＣデバイス３にＩＣテスタ４４から所定の電流が供給され、種々の検査が実行される。
【００３４】検査が終了すると、ＩＣデバイス搬送ヘッド７が再びＩＣデバイス３を吸着し、図１の２点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで上昇し、製品トレーへ搬送する。
【００３５】温度制御装置２は、図２に示すように、例えば磁気抵抗素子のような磁気センサ２０、Ａ／Ｄ変換器（変換手段）２１、温度センサ２２（接触式の温度測定素子）、Ａ／Ｄ変換器２３、制御ユニット（制御手段）２４、Ｄ／Ａ変換器４０、コントロールユニット４１及び冷却手段としての冷風供給装置（冷風供給手段）２５などで構成されている。
【００３６】図１に示すように磁気センサ２０はプリント基板４５の導体パターン（導通路）に近接配置される。磁気センサ２０はばね等の付勢手段５１によってプリント基板４５側へ付勢されている。磁気センサ２０の位置（図１に示す検出位置と付勢手段５１の付勢力に抗してプリント基板４５側へ後退する退避位置）を図示しない切換機構によって切り換えることができる。この切換機構によって、ＩＣテスタ４４をチャンバ１の底板１ａに接続する前では磁気センサ２０を退避位置に、ＩＣテスタ４４をチャンバ１の底板１ａに接続した後では磁気センサ２０を検出位置に、それぞれ切り換える。
【００３７】この冷風供給装置２５は、冷媒導入口２６、冷却器２７、比例制御バルブ２８、冷却ノズル２９、冷却ジャケット３０、冷風の分岐流路３１、及び冷媒排出口３２などから構成される。
【００３８】冷媒導入口２６には圧縮された乾燥空気が導入され、この圧縮空気は高速で冷却器２７内に円周方向に送り込まれる。
【００３９】冷却器２７はボルテックス理論を用いて空気を冷却するものであり、送り込まれた圧縮空気によって冷却器２７の内部に超高速の渦流が形成される。この超高速の渦流によって渦の内側と外側との間に圧力差が生じ、高圧側から低圧側へ空気が移動し、断熱膨張によって温度が下がる。
【００４０】冷却器２７の中心部に生じた冷風は比例制御バルブ２８を介して冷却ノズル２９に送られる。
【００４１】比例制御バルブ２８は冷風の噴射量を調節するバルブである。後述のように制御ユニット２４によって比例制御バルブ２８の操作量（開度調整量）がＩＣデバイス３の発熱量に応じた予め定められた値に調節される。すなわち、制御ユニット２４はＡ／Ｄ変換器２１の出力から発熱量を判断し、その発熱量に合ったブローパターンで冷風を噴射する。
【００４２】冷却ノズル２９から噴射された冷風は、デバイス押さえ１１の間を通じて、ＩＣソケット４上のＩＣデバイス３に噴射される。上記ブローパターンに従って冷風が噴射される結果、ＩＣデバイス３の温度はチャンバ１の設定温度から大きく逸脱しない。
【００４３】冷却ジャケット３０は冷却ノズル２９の周囲に配置され、２重管構造が形成される。冷却器２７の冷風の一部は分岐流路３１を介して外側の冷却ジャケット３０に供給され、冷媒排出口３２から外部に排出される。このとき、内側の冷却ノズル２９内の冷風は冷却ジャケット３０内の冷風によって冷却され、所定の温度に保持される。冷媒排出口３２から外部に排出される。
【００４４】待機中に冷却ノズル２９がチャンバ１の雰囲気温度によって温められると、冷風の温度が上昇して冷却効率が低下することがあるが、冷却ジャケット３０の冷却効果によって冷却効率の低下が防止される。
【００４５】ＩＣテスタ４４からプリント基板４５及びＩＣソケット４を介してＩＣデバイス３に電流が供給されると、ＩＣデバイス３の近傍及びプリント基板４５の導体パターンの近傍に磁場が形成される。
【００４６】磁気センサ２０はプリント基板４５の導体パターンに近接、すなわち非接触状態で磁場を検出し、磁場の強さに応じて変化する電気信号を出力する。電気信号はＡ／Ｄ変換器２３でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ等で構成される制御ユニット２４に送られる。
【００４７】制御ユニット２４は、複数のブローパターン（冷風の噴射時間、噴射間隔及び噴射量など）が予め用意され、検査中のＩＣデバイス３の発熱量に応じて選択されたブローパターンで冷風を噴射する。
【００４８】制御ユニット２４はフィードフォワード制御によって比例制御バルブ２８の開度調整を行う。
【００４９】制御ユニット２４の出力信号はＤ／Ａ変換器４０でアナログ信号に変換され、この信号はバルブコントローラ４１に送られ、バルブコントローラ４１から流量を制御するための信号が冷風供給装置２５の比例制御バルブ２８に出力される。このようにして比例制御バルブ２８の開度は調整され、冷却ノズル２９から噴射された冷風によってＩＣデバイス３が冷却される。
【００５０】検査中のＩＣデバイス３は電流値の変化に応じて温度が急激に変化するが、フィードフォワード制御は制御対象の変化に対するレスポンスが極めて良いので、複雑なパターンで電流値が大きく変化する検査プログラムの場合でも、その急激な温度変化に応じてＩＣデバイス３の温度をほぼ一定に維持できる。ちなみに、フィードバック制御では、制御結果と目標値との偏差に基いて制御するため、制御結果を待つ分レスポンスが悪く、ＩＣデバイス３の急激な温度変化に対応することは難しい。
【００５１】また、温度センサ２２はＩＣデバイス３の表面温度を検出する。検出信号はＡ／Ｄ変換器２３でデジタル信号に変換され、制御ユニット２４に送られる。制御ユニット２４はＩＣデバイス３の表面温度を図示しないディスプレイ上に表示する。この温度表示は検査装置１のオペレータのモニタ用として利用されるとともに、温度制御装置２の作動状態を監視するために利用される。
【００５２】次に、図３と図４に基いて温度制御装置２によるＩＣデバイス３の冷却効果などを説明する。
【００５３】図３はＩＣデバイス３のブローパターンを設定する段階で収集した諸データを示す。グラフ３３はＩＣデバイス３の発熱量（Ｗ）を示し、グラフ３４，３５はそれぞれＩＣデバイス３の周囲に生じた磁場を検知する磁気センサ２０の出力とＩＣデバイス３の温度とを示す。磁気センサ２０の出力（磁場の強さ）と発熱量（Ｗ）とは対応関係にある。
【００５４】各グラフが示すように、ＩＣデバイス３に通電すると、その通電パターンに応じて磁場の強さとＩＣデバイス３の温度とが変動する。ＩＣデバイス３の温度は時間の経過に従って上昇する。
【００５５】図４は温度制御装置２による冷風のブローパターンとＩＣデバイス３の温度変化とを示す。グラフ３６は磁気センサ２０の出力を示し、グラフ３７は冷風の噴射と噴射停止の各状態を示し、グラフ３８はこの冷風によって冷却されたＩＣデバイス３の温度変化を示す。
【００５６】冷風のブローパターンはＩＣデバイス３の発熱量変化に対応するように設定され、グラフ３６，３７が示す冷風の噴射時間、噴射間隔及び噴射量は、グラフ３８が示すＩＣデバイス３の温度変化に応じて微妙に調整されている。
【００５７】その結果、グラフ３８が示すように、ＩＣデバイス３の温度変化は時間の経過に伴って±２℃以内の範囲に収束することが分かる。
【００５８】この実施形態によれば、ＩＣデバイス３のパッケージを傷つけたり汚したりせずに、ＩＣデバイス３の温度変化を正確に測定することができ、しかもＩＣデバイス３に温度センサを組み込まなくともＩＣデバイス３の性能を正しく評価することができ、コストの低減を図ることができる。
【００５９】また、検査中のＩＣデバイス３の温度は電流値の変化に応じて急激に変化するが、制御ユニット２４がＡ／Ｄ変換器２１からの発熱量情報に基づいてＩＣデバイス３の温度変化を推測し、その変化に対応する予め決められた値に冷風供給装置２５の比例制御バルブ２８に加える操作量を調整する制御信号を出してＩＣデバイス３を冷却するので、ＩＣデバイス３の温度変化に対するレスポンスは良く、ＩＣデバイス３の温度を所定の狭い温度範囲（チャンバ１の設定温度の±２℃）に維持し、精度の高い検査を行なうことができる。
【００６０】更に、磁場検出に当たり磁気センサ２０をＩＣデバイス３に接触させる必要がないので、ＩＣデバイス３を傷つけたり汚したりすることがない。
【００６１】また、待機中に冷却ノズル２５がチャンバ１の雰囲気温度によって温められ、冷風の温度が上昇するのを抑制することができるので、冷風供給装置２５の冷却効率を向上させることができる。
【００６２】更に、プリント基板４５をチャンバ１の外に配置し、磁気センサ２０をプリント基板４５の導体パターンに近接配置したので、磁気センサ２０はチャンバ１内に生じる磁気ノイズ（主にモータ）の影響を受けにくいとともに、高温テスト時、磁気センサ２０のセンシング特性が熱によって大きく変化しない。その結果、ＩＣデバイス３の性能をより一層正しく評価することができる。
【００６３】また、検査すべきＩＣデバイス３のサイズが変わる場合、磁気センサ２０の位置を変えなければならないが、磁気センサ２０をＩＣデバイス３に近接配置するときと較べ、磁気センサ２０の位置決めが容易である。
【００６４】更に、検査中の磁気センサ２０は付勢手段５１によってプリント基板４５側へ付勢されているので、磁気センサ２０とプリント基板４５の導体パターンとの距離が一定に保たれるので、安定した検出が可能になる。
【００６５】なお、ＩＣデバイス３を冷却する冷風としては、ボルテックス理論を用いた装置の冷風に限らず、例えば、コンプレッサで圧縮した気体を断熱膨張させて作った冷風や、液体窒素の蒸発潜熱を利用した窒素ガスなどでもよい。
【００６６】また、磁気センサとしては、前述の磁気抵抗素子の他に、ホール素子や電磁誘導コイルなど、磁場を検出することができるものであればよい。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載のＩＣデバイスの検査装置によれば、ＩＣデバイスのパッケージを傷つけたり汚したりせずに、ＩＣデバイスの温度変化を正確に測定することができ、しかもＩＣデバイスに温度センサを組み込まなくともＩＣデバイスの性能を正しく評価することができ、コストの低減を図ることができる。
【００６８】また、電気的中継手段をチャンバの外に配置し、磁気検出手段を電気的中継手段の導通路に近接配置したので、磁気検出手段がチャンバ内に生じる磁気ノイズの影響を受けにくいとともに、高温テスト時、磁気検出手段のセンシング特性が熱によって大きく変化しない。その結果、ＩＣデバイスの性能をより一層正しく評価することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
【識別番号】３９１００９９７０
【氏名又は名称】エム・シー・エレクトロニクス株式会社
【出願日】 平成１１年７月２日（１９９９．７．２）
【代理人】 【識別番号】１０００９１５５７
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 修
【公開番号】 特開２００１−１３２０２（Ｐ２００１−１３２０２Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８８３８２