(57)【要約】【課題】温度試験において、必要な常温から高温領域の温度を制御性および操作性がよく、小型で安価な温度試験用半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１に発熱回路２２を設け、温度検知回路８の出力電圧と外部より与えられる温度設定電圧の差を、発熱回路２２のＯＮ状態の時間とＯＦＦ状態の時間の比率に変換して制御する。そして半導体装置１は、上面および側面がモールド樹脂で封止され、下面に熱伝導率のよい金属導体が接着されていて、半導体装置１より発生した熱は、金属導体が密着された被測定デバイスに効率よく伝導される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱手段と、
この発熱手段における発熱温度を設定するための温度設定信号入力手段と、
前記発熱手段における発熱温度を検知するための温度検知手段と、
この温度検知手段の出力信号と前記温度設定入力手段の入力信号との差を比較し、その差に応じた制御信号を出力する温度差検出手段と、
この制御信号に基づいて前記発熱手段の発熱を制御し、
前記温度設定信号入力手段により入力された設定温度となるように発熱手段の発熱温度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする温度試験用半導体装置。
【請求項２】
前記制御手段は、発熱手段の活性状態の時間の比率で制御することを特徴とする請求項１記載の温度試験用半導体装置。
【請求項３】
前記発熱手段は、電源間に抵抗とＭＯＳトランジスタとが直列接続され、ゲートに前記制御手段の制御信号が入力される構成を有するることを特徴とする請求項１記載の温度試験用半導体装置。
【請求項４】
前記温度検知手段は、電源間に抵抗とＭＯＳトランジスタとが直列接続され、直列接続部を出力とし、且つゲートがその直列接続部に接続された構成を有することを特徴とする請求項１記載の温度試験用半導体装置。
【請求項５】
前記発熱手段が複数個アレイ状に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度試験用半導体装置。
【請求項６】
前記温度検知手段と前記発熱手段と前記発熱制御手段とを複数組有し、且つ複数組みが分散配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度試験用半導体装置。
【請求項７】
前記温度設定信号が電圧で与えられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度試験用半導体装置。
【請求項８】
前記温度検知手段、前記比較手段、前記発熱手段及び前記制御手段の全てが、一個の半導体基板に集積されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の温度試験用半導体装置。
【請求項９】
前記発熱手段に良熱伝導性金属導体が接着されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の温度試験用半導体装置。
【請求項１０】
発熱回路と、
前記発熱回路の発熱温度を設定するための温度設定信号入力端子と、
前記発熱回路の温度を検知するための温度検知回路と、
クロック信号発生回路と、
前記クロック信号発生回路からのクロック信号を計数するカウンター回路と、
前記温度検知回路の出力信号と前記温度設定入力の入力信号との差を数値化する数値化回路と、
前記数値化回路で数値化された数値と前記カウンター回路の計数した数値とを比較し一致するかを判定する比較回路と、
前記カウンター回路のキャリー信号により前記発熱回路の発熱を開始し、前記比較回路の一致信号により発熱を停止するようにして、前記温度設定信号入力端子により入力された設定温度となるように前記発熱回路の発熱温度を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする温度試験用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部入力信号に指示される温度の発熱を行う発熱手段を備えた温度試験用半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は、電子機器などの製品に部品として組み込まれることから、半導体装置の信頼性評価が十分に行われる必要があり、開発段階、製造段階などで各種信頼性試験が実施されている。信頼性試験は、本来製品が置かれる環境で実施するのが望ましいが、多くの時間がかかるため、通常の環境より厳しい条件下で行うことで故障や動作不良を起こしやすくして、試験に必要な時間を短縮させている。
【０００３】
従来の半導体装置の温度試験としては、圧縮空気を加熱または冷却して試験対象の半導体装置（以下、これを被試験半導体装置という）に吹き付けて、厳しい条件下の温度環境を作り出していた。
【０００４】
特に、民生用電子機器に用いられる半導体装置では、使用環境から、４０℃、５０℃、７０℃、８５℃などの高温側での試験が重要であり、その環境下での温度試験が主体となっている。このため、温度環境を作り出す温度試験装置には、圧縮空気を発生させるための圧縮空気発生装置や圧縮空気を加熱するための加熱装置を組み込んだ装置が必要となっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
更に、温度試験においては、被試験半導体装置のパッケージ形状が異なることや、空気ノズルの位置合わせが困難で空気吹き付けに偏りが生じ易いこと、温度センサが被試験半導体装置から離れていて測定温度に誤差が生じることなどから、一定の経験と操作技術が必要となる問題があった。
【０００６】
【非特許文献１】
ｉｎＴＥＳＴ  Ｃｏｒｐ．“Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｉｒｓｔｒｅａｍ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｍｏｄｅｌ  ＴＰ４１Ａ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２００３年１月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ  ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｍｐｔｒｏｎｉｃ．ｃｏｍ／ｔｈｅｒｍｏｓｔｒｅａｍ．ｈｔｍ＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の温度試験装置は、高価であるだけでなく、精度よく温度を制御することが難しい問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、常温から高温領域において制御性および操作性がよく、安価で小型な温度試験用半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の温度試験用半導体装置は、発熱手段と、この発熱手段における発熱温度を設定するための温度設定信号入力手段と、前記発熱手段における発熱温度を検知するための温度検知手段と、この温度検知手段の出力信号と前記温度設定入力手段の入力信号との差を比較し、その差に応じた制御信号を出力する比較手段と、この制御信号に基づいて前記発熱手段の発熱を制御し、前記温度設定信号入力手段により入力された設定温度となるように発熱手段の発熱温度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、常温から高温領域において制御性および操作性がよく、安価で小型な温度試験用半導体装置を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置を図１乃至図６を参照して説明する。図１は、温度試験用半導体装置の回路構成を示すブロック図であって、図２および図３は、発振回路及び温度検知回路の具体的な回路図であり、図４は、閾値電圧の温度特性を示すグラフであり、図５は、温度試験用半導体装置の主要な信号のタイミングチャートであり、図６は、テスタに装着された被試験半導体装置と温度試験用半導体装置の概略断面図である。
【００１２】
本実施の形態の温度試験用半導体装置１は、図１に示すように、設定温度と周囲環境温度の差を検知する温度差検出部２と、検知された温度差に一定範囲で比例して後述の発熱部の発熱量を制御する制御部３と、この制御部によって発熱量が制御される発熱部４と、パルス発生回路５から構成される。
【００１３】
温度差検出部２は、必要とする温度に対応する温度設定電圧Ｖｓ７を入力する温度設定入力端子６と、周囲温度に反比例した電圧を出力する温度検知回路８と、温度設定電圧Ｖｓ７と温度検知回路８の出力電圧９をそれぞれ入力とする差動増幅回路１０と、差動増幅回路１０の出力電圧１１をアナログ信号として入力し、パルス発生回路５のクロック信号１２を用いてアナログデジタル変換を行うＡＤ変換回路１３とから構成される。
【００１４】
発熱部４の制御部３は、パルス発生回路５のクロック信号１２をクロック信号入力とするＮビットのカウンター回路１４と、カウンター回路１４から出力されるＮビット幅のデジタル信号１５を一方の入力とし、ＡＤ変換回路１３から出力されるＮビット幅のデジタル信号１６を他方の入力とし、且つこの２つのＮビット入力データが一致した時に一致信号１９を出力する比較回路１７と、カウンター回路１４のキャリー信号１８をセット信号として入力し、比較回路１７の一致信号１９をリセット信号として入力し、且つイネーブル信号２１を出力するＲＳタイプのフリップフロップ（以下ＲＳ−Ｆ／Ｆと記す）回路２０とから構成される。
【００１５】
更に、発熱部４は、ＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０のイネーブル信号２１を入力とし、イネーブル信号２１がハイレベル“１”の期間、発熱するように制御される発熱回路２２を有する。
【００１６】
なお、パルス発生回路５は、電源が投入されると定められた周波数で自己発振を行い、クロック信号を発生する回路である。
【００１７】
発熱回路２２は、図２に示すように、電源ＶＤＤと接地間に直列接続された一つのポリシリコン抵抗３１とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３２とからなり、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３２のゲート端子３３に与えられるＲＳ−Ｆ／Ｆ回路のイネーブル信号２１がハイレベル“１”の場合、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３２がＯＮ状態となることで、抵抗３１に電流が流れて発熱し、ゲート端子３３の入力信号Ｖ１がローレベル“０”の場合、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ３２がＯＦＦ状態となることで、抵抗３１に流れる電流が遮断されて、発熱が停止する。
【００１８】
また、温度検知回路８は、図３に示すように、電源ＶＤＤと接地間に直列接続された一つのポリシリコン抵抗４１とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４２とからなり、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４２のゲート端子４３とドレイン端子４４とが接続されてなり、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４２のドレイン端子４４から、常にこのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４２の閾値電圧（Ｖｔｈ）が出力電圧９として出力される。
【００１９】
ＭＯＳトランジスタ４２の閾値電圧（Ｖｔｈ）は、図４に示すように、周囲温度に対して反比例の特性を示すことが、例えば、文献Ｗ．  Ｎ．  Ｃａｒｒ  ａｎｄ  Ｊ．  Ｐ．  Ｍｉｚｅ：  ＭＯＳ／ＬＳＩ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，  ｐ８５−８６，１９７２，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌにおいて知られている。ここでは、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧と周囲温度との関係が式とグラフで示されている。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧も、上記文献に記載されているのと同様に導かれ、閾値電圧の温度特性は、温度に対して反比例する。
【００２０】
このように温度検出回路８は、上記ＭＯＳトランジスタ４２の閾値電圧の温度特性を利用して、周囲温度を出力信号９として出力する。
【００２１】
この閾値電圧は、ＭＯＳトランジスタ４２の物理的パラメータで定まり、ＭＯＳトランジスタ４２の物理的パラメータを計測または製造時に制御することで予め知ることができる。このように温度検知回路８の出力信号９の電圧値と周囲温度との関係が既知のため、温度設定入力端子６を介して入力する温度設定電圧Ｖｓ７は、所望の周囲温度によって決定できる。
【００２２】
また、差動増幅回路１０は、温度設定電圧Ｖｓ７の電圧値が、温度検知回路８の出力信号９の電圧値と等しいか大きい時には、出力電圧１１を０ボルトとし、温度設定電圧Ｖｓ７の電圧値が、温度検知回路８の出力信号９の電圧値より小さい時は、その電圧差を増幅して出力電圧１１とするように回路構成される。差動増幅回路１０の増幅率は、温度制御の精度と追随速度に影響するため、温度制御の操作性や温度制御対象デバイスから適宜決定される。
【００２３】
また、ＡＤ変換回路１３は、入力電圧が最大値を超えてオーバーフロー状態になった時、オーバーフロービットを出力するのではなく、ＡＤ変換回路１３のＮビットの出力がすべてハイレベル“１”となるように回路が構成されている。
【００２４】
また、このＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０は、セット信号とリセット信号が同時に入力された時は、出力信号はローレベル“０”となるように回路が構成されている。
【００２５】
次に、発熱部４の動作を、図５のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２６】
クロック信号１２はパルス発生回路５の出力であり、ＡＤ変換回路１３とカウンター回路１４に入力されている。カウンター回路１４は、Ｎビットのバイナリーカウンターであり、例えばＮ＝４の場合（以下Ｎ＝４として説明する）は、１６クロック毎にハイレベル“１”のキャリー信号１８が出力される。このキャリー信号１８のハイレベル“１”によりＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０がセットされ、ＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０の出力のイネーブル信号２１はハイレベル“１”となり、発熱回路２２を活性状態とする。
【００２７】
その後、クロック信号１２がカウンター回路１４に入力されてカウントアップされてキャリー信号１８はローレベル“０”になる。
【００２８】
一方、外部より加えられた温度設定電圧Ｖｓ７と、温度検知回路８の出力電圧９との電圧差は、差動増幅回路１０で増幅され、ＡＤ変換回路１３でアナログデジタル変換されて４ビットの出力１６となる。４ビットの出力１６の値が例えば０１１０Ｂ（Ｂ：２進表示）の場合、比較回路１７は、カウンター回路１４の４ビットの出力１５が０１１０Ｂとなって、ＡＤ変換回路１３の４ビットの出力１６と一致した時に一致信号１９を出力する。
【００２９】
カウンター回路１４の出力１５は、ハイレベル“１”のキャリー信号１８を出力した時点では、００００Ｂであり、クロック信号１２パルスが入力される毎に、出力１５は、順次、０００１Ｂ、００１０Ｂ、・・・とカウントアップされて行くため、一致信号１９は、クロック信号パルスが６個入力された時に、カウンター回路１４の出力１５が０１１０Ｂとなって両方の入力が一致して、図５に示すタイミングでハイレベル“１”のパルス状の信号を出力する。
【００３０】
一致信号１９がハイレベル“１”となり、ＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０はリセットされて、ＲＳ−Ｆ／Ｆ回路２０の出力であるイネーブル信号２１は、ローレベル“０”となり、発熱回路２２を不活性状態とする。
【００３１】
この結果、イネーブル信号２１は、ハイレベル“１”のキャリー信号１８で、出力がハイレベル“１”となり、その後６クロック分の区間ａは、ハイレベル“１”に維持されるため発熱回路２２が活性状態となり、その後、イネーブル信号２１は、ハイレベル“１”の一致信号１９で、出力がローレベル“０”になり、その後１０クロック分の区間ｂは、ローレベル“０”に維持されるため発熱回路２２が不活性状態となる。この活性化状態と不活性化状態の区間の時間比率で発熱回路２２の発生熱量を制御できることになる。
【００３２】
ここで、温度試験用半導体装置１の構造の概略を図６を用いて説明する。
【００３３】
図６に示すように、温度試験用半導体装置１のチップ下面はハンダ５１によって、例えば銅やアルミニュームなどの良熱伝導性金属からなる金属導体５２に固着されており、チップ上面および側面は、例えばモールド樹脂パッケージ５３で気密封止されている。また、パッケージ５３には、電源端子（図示略）および温度設定電圧Ｖｓ７を供給するための温度設定端子６が設けられている。
【００３４】
このように構成された温度試験用半導体装置１の金属導体５２を、表面が被試験半導体５４と電気的に絶縁されている被試験半導体５４に密着させることで、温度試験用半導体装置１より発生した熱が被試験半導体５４に効率よく伝導させることができる。
【００３５】
このような本実施の形態に係る温度試験用半導体装置１によれば、テスター５５上に装着された被試験半導体装置５４上に、温度試験用半導体装置１を密着させるように配置し、温度設定電圧Ｖｓ７をテスター５５で発生させて温度設定端子６経由で温度試験用半導体装置１に入力すれば、温度試験用半導体装置１を発熱させて所望の温度に被試験半導体装置５４を加熱することができる。そのため、常温から高温領域において、温度を精度よく制御でき、しかも、安価で小型の温度試験用半導体装置を提供できる。
【００３６】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し、実施できることはもちろんである。
【００３７】
例えば、温度試験用半導体装置１におけるＭＯＳトランジスタは、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタに限定されることなく、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタでもよく、更に、全てのＭＯＳトランジスタを同一タイプにすれば、温度試験用半導体装置の製造工程が簡単になり、安価に製造できる。
【００３８】
また、発熱回路２２の抵抗３１および温度検知回路８の抵抗４１は、ポリシリコンではなく、拡散層によって構成してもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態においては、上辺に１個の発熱回路を配置しているが、図７に示すように、例えば、複数個の発熱回路２２ａ乃至２２ｄをアレイ状に配置すれば、熱源が増加して一様な温度分布となるため、設定温度への追随性がよくなり、温度試験用半導体装置における温度の面内均一性が向上できる。
【００４０】
また、図８に示すように、例えば、１つの半導体基板上に複数組の温度差検出部２ａ乃至２ｄ、制御部３ａ乃至３ｄ、及び発熱部４ａ乃至４ｄを、分散配置すれば、大きなチップサイズの被試験半導体装置を加熱する時の温度制御性が向上できる。
【００４１】
また、温度試験用半導体装置１が設定温度に達した時に、パルス発生回路５の発振周波数を低下するように制御すれば、温度試験用半導体装置の消費電力を低減させることができる。
【００４２】
また、温度試験用半導体装置１を覆うような放熱フィン構造や、金属導体５２を空気の流通を良くする放熱フィン構造とし冷却空気などの気体を周囲に流すことで、低温での温度試験用半導体装置として適用可能とすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で、常温から高温領域において、温度を精度よく制御でき、しかも安価で小型の温度試験用半導体装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置のブロック図。
【図２】本発明の発熱回路の回路図。
【図３】本発明の温度検知回路の回路図。
【図４】ＭＯＳトランジスタの閾値電圧の温度特性を示す概略グラフ。
【図５】本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置における主要な信号のタイミングチャート。
【図６】本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置を被試験用半導体装置に装着した状態を示す状態図。
【図７】本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置の第１の変形例のブロック図。
【図８】本発明の実施の形態に係る温度試験用半導体装置の第２の変形例のブロック図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ  半導体装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  温度差検出部
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  制御部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  発熱部
５  パルス発生回路
６  端子
７  温度設定電圧Ｖｓ
８  温度検知回路
９  温度検知回路の出力電圧
１０  差動増幅回路
１１  差動増幅回路の出力電圧
１２  クロック信号
１３  ＡＤ変換回路
１４  カウンター回路
１５  カウンター回路のＮビット幅の出力信号
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ  ＡＤ変換回路のＮビット幅の出力信号
１７  比較回路
１８  カウンター回路のキャリー信号
１９  比較回路の一致信号
２０  ＲＳ−Ｆ／Ｆ回路
２１、２１ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  イネーブル信号
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  発熱回路
３１、４１  抵抗
３２、４２  ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ
３３、４３  ゲート端子
４４  ドレイン端子
５１  ハンダ
５２  金属導体
５３  モールド樹脂
５４  被測定デバイス
５５  テスター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004286691.tif 000009
【図８】
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