(57)【要約】  温度検知と温度予測とを組み合わせることで、集積回路のより正確な温度制御が可能な装置および方法を提供する。集積回路（ＩＣ）温度検知予測装置２０は、ＩＣ２４を流れる電流を検出する電流検出装置２６と、集積回路２４の表面温度を測定する温度制御装置２８とを備えている。この装置は、さらに、測定された電流に基づいてＩＣ２４によって消費された電力を算出するとともに、測定された表面温度と消費電力に応じてヒータまたはクーラの温度を調節する電子制御装置（システムコントローラ）３０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（ＩＣ）（２４）の温度を制御する温度制御方法であって、
前記ＩＣ（２４）の表面温度を検知し、
前記ＩＣ（２４）のジャンクション温度を予測し、
前記ＩＣ（２４）の前記予測された前記ジャンクション温度に基づいて前記ＩＣ（２４）の前記表面温度を調節することを特徴とする前記温度制御方法。
【請求項２】
前記ＩＣ（２４）の前記表面温度の検知は、前記ＩＣ（２４）に温度センサ（４８）を熱的に接触させることにより行われる請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項３】
前記温度センサ（４８）は、ＩＣソケット蓋に設けられている請求項２に記載の温度制御方法。
【請求項４】
前記ジャンクションの温度予測は、前記ＩＣによって消費された電力量を測定し、この測定された消費電力量と前記ＩＣの熱プロファイルとに基づいて、前記表面温度の温度調節値を算出する請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項５】
前記熱プロファイルには、前記ＩＣの熱抵抗値が含まれている請求項４に記載の温度制御方法。
【請求項６】
さらに、前記測定された表面温度と前記消費電力量とを比較し、前記測定された表面温度が前記ＩＣの前記熱プロファイルに基づいて求められた前記消費電力量と一致しない場合には、前記ＩＣが不具合を有していると判断する請求項４に記載の温度制御方法。
【請求項７】
前記ＩＣの表面温度の調節は、前記ＩＣにヒータまたはクーラを熱的に接触させることにより行われる請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項８】
前記ヒータまたはクーラは、前記ＩＣソケット蓋に設けられている請求項７に記載の温度制御方法。
【請求項９】
前記ヒータまたはクーラ内には温度センサが設けられており、該温度センサは絶縁素材によって前記ヒータまたはクーラから熱的に隔絶されている請求項７に記載の温度制御方法。
【請求項１０】
前記ＩＣをテストソケットに配置し、前記ＩＣの表面温度を測定するために前記ＩＣを熱的に接触させ、前記ＩＣの電流を測定し、この測定された電流に基づいて、測定された前記ＩＣの前記表面温度を調節する請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項１１】
集積回路（ＩＣ）（２４）のジャンクション温度を予測する温度予測方法であって、
前記ＩＣ（２４）によって消費された電力量を測定し、
前記ＩＣ（２４）の表面温度を検知し、
前記測定された消費電力量と前記ＩＣ（２４）の熱プロファイルとに基づいて、前記ＩＣ（２４）の表面温度の温度調節値を決めることを特徴とする温度予測方法。
【請求項１２】
前記ＩＣ（２４）によって消費された電力の測定は、電流検出装置を前記ＩＣ（２４）に接続し、前記電流検出装置における電圧降下の量を測定することにより行われる請求項１１に記載の温度予測方法。
【請求項１３】
前記熱プロファイルは、前記ＩＣの熱抵抗値を含んでいる請求項１１に記載の温度予測方法。
【請求項１４】
集積回路（ＩＣ）（２４）の温度を検知および予測する集積回路温度検知予測装置（２０）であって、
ＩＣパッケージ（２４）を流れる電流量を測定するように設けられた電流検出装置（２６）と、
前記電流検出装置（２６）から、前記ＩＣパッケージ（２４）を流れる電流量を示す第１の信号を受信する電子制御装置（３０）と、
前記ＩＣパッケージ（２４）の表面温度を変える温度制御装置（２８）と、を備え、
前記電子制御装置（３０）は、さらに、前記温度制御装置（２８）から前記ＩＣパッケージ（２４）の表面温度を示す信号である第２の信号を受信するように構成されていることを特徴とする前記集積回路温度検知予測装置。
【請求項１５】
前記温度制御装置は、前記ＩＣパッケージに熱的に接触し、前記ＩＣパッケージの表面温度を測定するように設けられた温度センサと、前記ＩＣパッケージに直接接触するように設けられたヒータまたはクーラとを有している請求項１４に記載の集積回路温度検知予測装置。
【請求項１６】
前記電子制御装置は、前記電流検出装置における電圧降下の値に基づいて、前記ＩＣパッケージによって消費された電力量を算出する請求項１４に記載の集積回路温度検知予測装置。
【請求項１７】
前記電子制御装置は、前記測定された表面温度と前記ＩＣパッケージによって消費された算出された電力量に応じて、前記ヒータまたはクーラの温度を変更するようにプログラムされている請求項１６に記載の集積回路温度検知予測装置。
【請求項１８】
ＩＣパッケージを試験するＩＣパッケージ試験システムであって、
試験チャンバ（６８）と、
試験チャンバ（６８）内に配置されたテストボード（４２）と、
テストボード（４２）上に配置されたＩＣパッケージ（２４）と、
前記ＩＣパッケージ（２４）と熱的に接触するように設けられた温度センサ（４８）と、
前記ＩＣパッケージ（２４）に直接接触するように設けられたヒータはたはクーラ（２８）と、
前記ＩＣパッケージ（２４）を流れる電流量を検出する電流検出装置（２６）と、
前記温度センサ（４８）および前記電流検出装置（２６）からの信号を受信する電子制御装置（３０）と、を備え、
前記電子制御装置（３０）は、前記ＩＣパッケージによって消費された電力量と前記測定されたＩＣパッケージ（２４）の表面温度に応じて、前記ヒータまたはクーラの温度を調節するようプログラムされていることを特徴とするＩＣパッケージ試験システム。
【請求項１９】
前記電子制御装置は、前記電流検出装置における電圧降下量を測定することによって、前記ＩＣパッケージによって消費された電力量を算出する請求項１８に記載のＩＣパッケージ試験システム。
【請求項２０】
前記電子制御装置は、前記ＩＣパッケージによって消費された電力量を前記測定されたＩＣパッケージの表面温度と比較することにより、前記ＩＣパッケージが不具合を有しているか否かを判断するようにプログラムされている請求項１８に記載のＩＣパッケージ試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、集積回路に関し、より詳しくは、集積回路のより正確な温度制御のための温度検知および予測に関する。
【従来技術】
【０００２】
通常、集積回路（ＩＣ）パッケージを製造した後には、このＩＣパッケージの品質を保証するために、昇温状態での動作が正常であるか否かの試験が行われる（この試験を「バーンインプロセス（“burn-in process”）」と言う）。この試験中は、試験の正確性を担保するため、ＩＣ、センサ、およびその他の部品の温度を調節することがしばし必要となる。そのような温度調節を行うための技術は長年にわたって広く実用化されている。
【０００３】
この温度調節システムは、通常、ヒータ（またはクーラ）と、温度センサと、ヒータに電力を供給するコンパレータとを備えている。コンパレータは、基準電圧と温度センサで測定された電圧との電位差に比例したエネルギ（電力）をヒータに供給するものである。このエネルギは、前記電位差を減少させるような向きに供給される。
【０００４】
以上のような目的のために、多くの種類の温度制御モジュールおよび温度センサが広く販売されている。温度制御モジュールや温度センサは、温度変化の影響を受けやすいＩＣの性質に鑑み、バーンインプロセス時のＩＣの温度を調節するために用いられることを主用途とするものである
バーンインプロセスにおいて、より正確な試験結果を得るためには、試験下のすべてのＩＣの温度を個別に調節することが望ましい。各ＩＣの温度を個別に調節することのできない試験用オーブンにおいては、オーブン中の対流、放熱または放出の条件を適宜変更することにより、各ＩＣの温度を個別に調節することができる。すべてのＩＣの温度を個別に調節することは、各ＩＣの温度をそれぞれ検知し、その検知結果に基づいて、複数のヒータをそれぞれ個々に作動させ、各ヒータから発生する熱を調節することにより行うことができる。
【０００５】
このように各ＩＣの温度を検知し、その検知結果に基づいて、各ＩＣの温度を個別に調節する技術を開示する文献として、特許文献１（ジョーンズ）や、特許文献２（ハミルトン）が挙げられる。特許文献１および特許文献２は、互いに、ＩＣと直接的に接触し、そのＩＣのケースの温度（すなわち、ＩＣの表面温度）を検知するセンサを備えたテスト用ソケットを開示している。
【０００６】
特許文献２の図１０には、絶縁されたハウジング１１２に設けられ、試験中のＩＣのケーシングに接触するよう突出する温度センサ１１０が示されている。このように、特許文献２には、試験下のＩＣの表面温度（すなわち、ケーシングの温度）を測定することについては開示されているが、ＩＣの中央部の温度（すなわちジャンクション温度）を測定（判定）する方法または装置については、何ら開示されていない。
【０００７】
一方、特許文献１には、ＩＣのケーシングの温度と、予め分析されたＩＣの熱プロファイルとに基づいて、ＩＣのジャンクション温度を測定（判定）することが開示されている。しかしながら、この方法では、ＩＣジャンクションの温度の測定（判定）が、ＩＣのケーシング表面に位置する温度センサとＩＣのジャンクションの材料間の熱時定数の違いによって引き起こされる時間遅延の影響を受けるという問題がある。
【０００８】
したがって、試験下にあるＩＣのジャンクション温度をより迅速に測定（判定）するシステムまたは方法を持つことは、有益であると思われる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５１６４６６１号
【特許文献２】米国特許第５９１１８９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明の一つの特徴は、集積回路（ＩＣ）の温度を制御（調節）する方法である。この方法は、ＩＣの表面温度を検知し、ＩＣのジャンクション温度を予測し、この予測されたジャンクション温度に基づいてＩＣの表面温度を制御するものである。ここで、ジャンクション温度の予測は、ＩＣの消費電力（電力消費量）を測定し、この測定された消費電力とＩＣの熱プロファイルとに基づいて、ＩＣの表面温度の温度調節値を算出することが好ましい。
【００１１】
また、本願発明の他の特徴は、ＩＣの温度を検知および予測する装置である。この装置は、ＩＣを流れる電流（電流値）を測定する電流検出装置と、ＩＣの表面温度を変化させる温度制御装置とを有している。また、この装置は、前記測定されたＩＣを流れる電流を示す第１の信号と、前記ＩＣの表面温度を示す第２の信号とを受信する電子制御装置（システムコントローラ）を有している。好ましくは、温度制御装置は、ＩＣと熱的に接触し、ＩＣの表面温度を測定する温度センサと、直接ＩＣに接触してＩＣを冷却するクーラまたは加熱するヒータとを有している。
【００１２】
上述したまたはそれ以外の本願発明の実施形態の特徴および利点は、添付図面と関連させつつ以下の詳細な説明を参照することにより、容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下の開示内容から当業者には明らかであろうが、以下に記載されたように本願発明は多くの異なる形態で具体化できるので、以下に記載された特別な実施形態に限定して解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示内容が当業者に本願発明の原理を十分に伝えるようにするために記載されたものである。
【００１４】
図１には、本願発明の原理にしたがったＩＣの正確な温度制御を行うことのできるＩＣ温度検知予測装置２０（以下、単に「温度検知予測装置２０」とも言う）が示されている。複数の集積回路は、それぞれ、個別のダイとＩCパッケージとを有している。また、本願明細書中に記載の「集積回路（ＩＣ）」には、すべての形態の集積回路が含まれている。温度検知予測装置２０は、例えばＩＣのバーンインプロセスや試験やプログラミングなどの試験において、あるいはＩＣの正確な温度制御が要求されるアプリケーション（当該ＩＣが使用されている装置）において用いることができる。
【００１５】
温度制御装置２８は、被試験体であるＩＣまたはＩＣパッケージ（以下、ＤＵＴ(“device under test”)とする）２４上に配置されていることが好ましい。この温度制御装置２８は、ＤＵＴ２４の表面温度（またはケースの温度）を検知する温度センサと、ＤＵＴ２４を加熱するヒータまたは冷却するクーラとを有している。この温度制御装置２８は、米国２００５／０１８９９５７Ａ１号公報として公開されている本件出願人による米国特許出願１０／９２０５３１「集積回路の温度検知装置および温度検知方法」中に記載されたものに類似しているかもしれない。当該公報の番号を引用することにより、その内容が本件出願に組み込まれたものとされる。
【００１６】
より正確にＤＵＴ２４の温度を制御するために、ジャンクション温度（接合部温度／ダイ温度）がＤＵＴ２４の表面温度とともに測定される。なお、ジャンクション温度がＩＣの操作性および長期の信頼性の面で重要な点となることは、本発明の技術分野において広く知られている。しかしながら、例えば封入ケース部材（ＩＣパッケージ）などのようなＤＵＴ２４における介在部材（材料）によって、ジャンクション温度を直接測定することができない。また、このような介在部材によって、ジャンクション温度とＤＵＴ２４の表面温度との間で熱的な時間遅延(thermal time delay)が起きてしまう。これにより、ＤＵＴ２４のジャンクションと表面とで温度が異なってしまい、ＤＵＴ２４の表面温度に基づいて、ジャンクション温度を正確に測定することができない。
【００１７】
ＤＵＴ２４のジャンクション温度を測定（判定）する１つの方法としては、オームの法則（Ｖ＝ＩＲで表され、Ｖは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗である）と類似する簡単な熱モデルに基づいたものが挙げられる。この熱モデルは、Ｔ＝Pθで表され、Tは温度、Pは電力損失（“power dissipation”）、θは熱抵抗である。この熱モデルでは、温度Ｔは電圧Ｖと、電力損失Ｐは電流Ｉと同じと考えることができる。パッケージの熱抵抗θは、ダイの能動面（すなわちジャンクション）から所定の基準位置（例えばケース、板、雰囲気など）までのパッケージの熱消失能力（“package's heat dissipation capability”）の目安（指標）となる値である。例えば、ジャンクション−ケース間の熱抵抗（この熱抵抗を「θｊｃ」とする。）によれば、当該装置におけるダイ表面からパッケージ上面または下面までの間の熱消失特性を測定できる。一般に、各ＩＣ製造メーカは、このような熱消失特性を判断するために当該メーカの製品の熱抵抗についての情報を提供している。「ＦＬＯＴＨＥＲＭ」（登録商標）などの市販の熱分析ソフトウェアパッケージも前述したような装置の熱特性を予測するのに用いることができる。
【００１８】
電力供給装置（電源）２２は、ＤＵＴ２４に電力を供給する。また、電流検出装置２６は、電力供給装置２２とＤＵＴ２４との間に設けられていることが好ましい。この電流検出装置２６は、ＤＵＴ２４を通過する電流を検出する。1つの実施例において、電流検出装置２６は、低インピーダンスの電流検出抵抗２６（例えば０、０１５Ωの抵抗）であり、この電流検出抵抗２６を電力供給装置２２と直列に接続して用いることで、ＤＵＴ２４を流れる電流を検出することができる。なお、以下では、「電流検出装置２６」を「電流検出抵抗２６」とも言う。
【００１９】
システムコントローラ３０は、温度制御装置２８と電流検出装置２６とに電気的に接続されているのが好ましい。このシステムコントローラ３０は、温度制御装置２８から送信されるＤＵＴ２４のケース温度を示す信号を受信する。また、システムコントローラ３０は、電流検知装置２６から（アナログ回路を介して）送信される信号も受信する。ＤＵＴ２４で消費された消費電流は、電流検出抵抗２６における電圧降下（電流検出抵抗２６の両端に電位差が生ずる現象）を測定することによって求めることができる。これにより、システムコントローラ３０は、ＤＵＴ２４で消費された電力の量を算出することができる。なお、ＤＵＴ２４における電力消失は、方程式Ｐ＝ＩＶによって求めることができる。ただし、Ｐは電力消失(“power dissipation”)、Ｉは消費電流、Ｖは電圧である。
【００２０】
このようにしてＤＵＴ２４によって消費された電力の量が分れば、ジャンクション温度を予測することができ、したがって、その温度（ジャンクション温度）を制御することができる。ＤＵＴ２４のケース温度は、温度制御装置２８によって測定することができるので、システムコントローラ３０は、次に、以下に記載の数式（１）を用いて、ジャンクション温度を算出することができる。
【００２１】
Ｔｊ＝Ｔｃ＋Ｐθｊｃ          （１）
ただし、Ｔｊはジャンクションまたはダイの温度であり、Ｔｃはケースまたはパッケージの温度であり、Ｐはこの装置によって消失した電力（ワット換算）である。
【００２２】
したがって、所望の試験温度を達成するためにＤＵＴ２４を加熱すべきか冷却すべきかを決定するために、システムコントローラ３０は、温度制御装置２８から送られてきた測定されたケース温度（Ｔｃ）とともに、算出された消費電力とに基づいて、より正確にＤＵＴ２４の温度を制御することができ、ＤＵＴ２４のジャンクション温度を制御する。これにより、システムコントローラ３０は、より正確にＤＵＴ２４の温度を制御することができる。また、温度検知予測装置２０は、電流検出抵抗２６における電圧降下の測定がケーシングの温度の測定に関連する時間遅延の影響を受けないことから、システムコントローラ３０に迅速な温度フィードバックループを提供する。
【００２３】
さらに、実際に測定されたケース温度が、所定レベルにおけるＤＵＴ２４の消費電力に基づいて予測されたジャンクション温度と大きく異なっている場合には、当該ＤＵＴ２４に作動上の問題があることをすぐに認識することができる。例えば、所定の装置の種類に対する熱プロファイルは予測できるので、当該装置がその実際の熱プロファイルが予想される熱プロファイルと異なるように誤って製造された場合には（例えば、ミスパッケージによって、ジャンクションとケースとの間に大きな熱抵抗ができた場合など）、測定されたケース温度が予想された所定のあるレベルの消費電力に基づいて予測された温度よりも低くなる可能性がある。このように、ケース温度の測定およびＤＵＴ２４の消費電力の算出は、不完全な（すなわち、本来の性能を発揮することができない）ＩＣを識別することのできる追加情報を提供する。
【００２４】
図２は、図１に示す温度検知予測装置２０の１つの実施例を示す略図である。この図示された実施例においては、ＤＵＴ２４は、テストボード４２の上側に位置するＩＣテストソケット２３に置かれている。このＩＣテストソケット２３は、試験用ＩＣを受け入れるように設計されたソケットにすることができる。この試験は、ＤＵＴ２４のバーンインプロセスや試験やプログラミングを含む。このようなＩＣのテストに用いられるＩＣテストソケット２３は、本願発明の発明性のある原理が適用できる単なる一例であることを理解すべきである。本願発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に直接的に配置された装置にも適用することができる。
【００２５】
ＩＣテストソケット２３は、一般に、テストボード４２と連結されたベース４０と、ソケット蓋４４とで構成されている。このＩＣテストソケット２３は、試験中にＩＣの温度を直接的に制御する温度制御装置２８を含んでいる。温度制御装置２８内には、温度センサ４８が設けられていて、この温度センサ４８によってＤＵＴ２４の上面における表面温度が測定される。
【００２６】
温度制御装置２８は、ＩＣテストソケット２３が閉状態のときに、温度制御装置２８がＤＵＴ２４と熱的に接触するように、ソケット蓋４４に設けられている。この状態にて、温度制御装置２８は、ＤＵＴ２４へ熱を伝達したり、ＤＵＴ２４から熱を奪ったりしてＤＵＴ２４の温度を変化させる。つまり、温度制御装置２８は、ＤＵＴ２４を加熱するヒータまたは冷却するクーラを備えている。
【００２７】
図２に示すように、システムコントローラ３０は、温度センサ４８と温度制御装置２８とに電気的に接続している。また、システムコントローラ３０は、例えばボード４０に設けられた電流検出装置２６にも接続している。なお、システムコントローラ３０は、例えばソケット蓋４４に埋め込まれていてもよい。
【００２８】
図３は、本願発明の他の実施形態に基づくもので、試験またはバーンインプロセスを行うチャンバ６８内にテストボード４２が配置されたシステムを示す簡略化された平面図である。チャンバ６８内には、複数（図３においては２つ）のテストボード４２が配置されていて、各テストボード４２には、マトリクス状に配置された複数のＤＵＴ２４および対応する複数の温度検知予測装置２０が設けられている。このような各テストボード４２は、情報／電源伝達部７１を介して、チャンバ６８の外側にある電源ドライバ電子機器７０に電気的に接続されている（通信可能な状態となっている）。電源ドライバ電子機器７０は、システムコントローラとして機能し、ユーザーにテストボード４２上に設けられた各ＤＵＴ２４をそれぞれ所望の試験温度に設定することを可能とする。
【００２９】
典型的な試験チャンバ６８は、ファンまたは他の方法によって発生した気流６７がテストボード４２を横切って流れるバーンインチャンバである。気流６７は、個々のヒータ２８からの熱が与えられる前に、各ＩＣパッケージの温度を選択された温度よりも低い温度に保つのに十分高い流量で維持されることが好ましい。これにより、各ヒータ２８は、各ＩＣパッケージ２４に対して個々に選択された温度をより容易に維持することができる。本願発明を組み込むことができるＩＣの試験のためのシステムのより詳細な説明は、本件出願人の米国２００５／０２０６３６８Ａ１号公報として公開された米国特許出願１１／０６９５８９「バーンインテスト装置および方法」に記載されている。
【００３０】
以上、本願発明の実施例について説明したが、以上の開示内容に基づいて当業者が改良および改変が可能であることは明らかである。したがって、ここに開示された実施例に対し、請求項の範囲および趣意に依然として含まれる限り、種々の変更ができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本願発明の原理に基づいたＩＣ温度検知予測装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＩＣ温度検知予測装置の一形態を示す簡略図である。
【図３】テストまたはバーンインチャンバ中でボードをテストするシステムの簡略化した平面図である。
【図１】
2008537637.tif 000003
【図２】
2008537637.tif 000004
【図３】
2008537637.tif 000005