JPS59500036A - 集積回路チツプ用保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、集積回路チップを取外し自在に取付けるソケット手段を含む種類の 集積回路チップ用保持装置に関する。

背景技術 集積回路チップの製造の際に、故障分析及び温度特性表示という２つの動作につ いて屡々義務を負わされる。故障の原因を確認するための故障したＩＣチップの 事後に行う（Ｐｏｓｔ−ｍｏｒｔｅｍ　）検査である故障分析は半導体製造の重 要な一手順である。その故障分析を行うことによって、製造過程、装置の設計、 テスト又は故障原因の除去又は故障の再発防止の適用等の各過程において適切な 修正動作を行うことができる。故障分析は、典型的には、多脚ＩＣチップをテス ト・ソケットに挿入し、チップに極端な温度（約−６０℃乃至＋１５０℃の範囲 の〕を与え、次に述べることを決定するための電気的テストを実行する各工程か ら成る。

その電気的テストは（１）対のピンの間、ピンとダイ或は基板との間、又はピン と装置ノ９ッケーノとの間にオープン、ショート、又は異常な特性のようなもの が存在するかどうか、（２）トランジスタ及びクロック信号等のしきい値電圧、 （３）一般的なＩＣチップの動作特性環等である。テストは、典型的には、高い 倍率（２０００Ｘまでの）によるチップの個々の回路の可視検査を可能にし、タ ングステン・グローブ・チップによる回路の探査を可能にするようなマイクログ ロ−レークの如き回路内探査装置の助けをかりて適切に動作する分析玲査テスト ・ステーションによってその目的を達成することができる。

故障分析に関係が深いのはＩＣチ、ｆの温度特性表示である。それは、新しく設 計したチップに製造直後、極端な温度を与えて、該チップが要求した電気的パラ メータにすべて合致するということを保証するための電気的確認（Ｖｅｒｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ　）手段である。

Ｄ、　Ａ、　ＺｅｓｋｉｎｄがＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　、　（１９８０年７月 ３１日号１０４〜１１３頁）に記載した”　Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｈ ｅａｔ　Ｐｕｍｐｓ　Ｃｏｏｌ　ＰａｃｋａｇｅｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌ ｙ”という記事に、半導体テスト用の熱冷ウェハ保持チャ、りに関する熱電気モ ジュールを利用した概念が述べられている。上記の熱電気モノニールは被ルチェ 効果を利用するものであり、ｐドーグド及びｎドーグド半導体素子を接合するこ とによって形成され、銅接続帯を用いて熱的に並列に電気的に直列に接続された 多数の被ルチェ対から成るものである。

啄ルチェ対は接続帯を外部表面から電気的に絶縁するためにセラミ、り表面板の 間に埋込まれる。モノニールに電流を流す七、一方の表面板に取付けられたすべ ての波ルチェ対接合又はジャンクションは加熱され、他方の表面板に取付けられ たすべてのノヤンク／ヨンは冷却されるということにより一方の表面板から他方 の表面板に熱がチップされることになる。

集積回路チップの故障分析及び温度特性表示動作等において、該チップ０が低温 度に冷やされたときに、チップの水蒸気が凝縮されるような場合があり、該チッ プの微小回路に対するマイクログローブ又は微小探査を害するようになるという ことかわかった。

発明の開示 この発明の目的は、簡単、安価で信頼性が有り、ポータプル且つ温度特性表示及 び故障分析中に、集積回路チ、ブの温度を急速に加熱し、冷却し、設定すること ができるようにして、冷却中の水蒸気の凝縮による問題を除去するようにした種 類の集積回路チップ用保持装置を提供する。

故に、この発明によると、それは取付けられたチップと熱伝達するに適合した熱 伝導部材と、前記熱伝導部材との間で熱伝達し前記熱伝導部材を選択的に加熱又 は冷却するよう適合された熱電気手段と、前記取付けられたチップの附近に力ス の流れを向けるように適合したガス流手段とを含む種類の集積回路チップ用保持 装置を提供する。

この発明の尿持装置に対するガス流手段の設置はドライ・ガスを流して集積回路 チップに対する水蒸気の凝縮を防止することができるものであるということがわ かるであろう。

この装置は熱伝導材料から作られた本体部を含むのが好ましく、ガス流手段は本 体内に設けられたガス・チャン・ぐを含みｉ入口手段はガス・チャンバに対して ガスを供給するように適合され、方向制御手段はチャンバからチップの方へガス を導くように適合される。

図面の簡単な説明 次に、下記添付図面を参照してその例によりこの発明の一実施例を説明する。

第１図は、集積回路チップ保持装置の分解斜視図である。

第２図は、第１図の集積回路チップ保持装置の組立て後の一部切欠側面図である 。

発明を実施するための最良の形態 次に、第１図及び第２図に目を移すと、集積回路チ、ｆ保持装置は機械工作可能 、安価且つ耐久性のあるアルミニー−ムのような高い熱伝導材料で形成された熱 本体又はブロック１０を含む。ここに表わす実施例の熱ブロック１０の外形寸法 は約１５×１３×９ｃｒｎである。熱プロ、りｌＯは冷却動作中はヒート・／ン クとして働き、■Ｃチッソ０６０の加熱動作中は熱源として働く。加熱動作中、 プロ、り１０（寸大気乃・ら熱を奪い、チップ０にそれを伝達する。冷却動作中 、熱ブロック１０はチップから熱を吸収する。周囲から又は周囲に対する熱伝導 を最大にづるために、熱ブロック１０は第１図に表わすようにブロック１０の壁 にひれを持った構造を形成するよう多数の垂直フランツ１１が設けられる。フラ ンツ１１はプロ、り１０の表面領域を増して、冷却動作中の周囲環境への熱の対 流及び放出を強化し、チップの加熱動作中の大気ふらの熱の吸収を強化する。

熱ブロック１０は例示的に６×９ｃｒｎの寸法であり、且つ平坦床１３を有する 方形空洞を持つ。床１３の中央にはプロ、り１０の温度を測定する熱電対ＴＣ１ が埋込１れる。空洞床１３に対する平面には市場で購入可能な一対の熱電気モノ ニール１４．１５が配置される。熱電気モジュール１４．１５各々は高い電気絶 縁且つ熱伝導を有する金属化セラミック材料から作られた夫々一対の上及び下セ ラミック表面板１４Ａ、１４Ｂ及び１５　、Ａ　、　１５　Ｂを持つ。熱電気モ ノー−ル１４の表面板１４Ａ、１４Ｂの間及び熱電気モジュール１５の表面板１ ５Ａ、１５Ｂの間には、夫々電気的に直列に及び熱的に並列に接続された多数の イルチェ対１４Ｃ及び１５Ｃが埋込まれる。モノニール１４のワイヤ１４Ｄ、１ ４Ｅ及びモノー−ル１５のワイヤ１５Ｄ及び１５Ｅを適当な電源に接続して熱電 気モジュール１４又け１５に対して約８ｖまでの低い電圧を供給し、そこにｌＡ 乃至１５Ａの電流を流したときに、これらモノニールはイルチェ効果のため、該 モジュールの一端（ト、ｆ又は底）乃）ら熱を吸収し、他端において熱を放出す るように動作することによってヒート・Ｉンプのように行動する。モノニール１ ４と１５の電流を逆にすると、熱流の方向が逆になる。第１図及び第２図に表わ す実施例においては、モノニール１４．１５は約３　Ｘ　３　Ｘ　Ｏ，４ｃｙｎ の寸法を持ち、Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ　。

ＴｒｅｎｔｏｎのＭａｔｅｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから部品番号ＣＰ１．４−７ｌ−０６Ｌとして売られ ている。モノー−ル１４　、１５　＋−１：直列又は並列に共に接続されて単一 の電源で動作させることができる。

モノニール］　４．　、１５の上には、銅のような熱伝導性の高い材料で作られ た・やラド１６が置かれ、・Ｑ７ド全体の上に平均に熱を分配するようにしてい る。そこで、・ぐッ１゛１６からの熱（ｄ冷却動作中では下方に、チップの加熱 動作中では上方にモノー−ル１４，１５によって均一に伝達することかできる。

この実施例による・ゼット］６の寸法は約４．５　Ｘ　８　Ｘ　Ｏ，５ｃｍであ る。熱電対ＴＣ２は第１図に見られるように、ドリル穴を通して・ぐラド１６に 挿入され、パッドを通る熱流を監視する。・Ｑ７ド１６はねじ１７Ａ、１７Ｂ（ 第２図）によって熱ブ０／り１０に固く固定され、モノニール１４．１５が振動 しないようにそれをプロ、り１０に固着保持する。

熱電気モノー−ル１４，１５とパッド１６との結合は２段のヒート・ポンプ機構 （以下この名称を用いる〕の第１段を構成する。

熱電気モノー−ル１４，１５とブロック１０との間の良い熱接触を保証するため に、シリコン・グリースの醸化亜鉛結晶のような熱伝導性コン・ぐランドの薄い 被膜が夫々モノー−ル１４．］５の下表面板１４Ｂ。

１５Ｂに与えられる。同様にして、モノニール１４゜１５と・ぐット１６との間 の良い熱接触を保証するために、夫々モノニール１４．１５の」−表面１４Ａ、 １５Ａが上記の熱伝導性コン・Ｑランドで被覆される。

・ξラド１６の上の中央部分には、別の熱電気モノニール１８が配置される。こ の典型的な実施例におけるモノニール１８はモノニール１４　、１．５と同じ形 及び寸法のものであり、その間に多数の被ルチェ対１８Ｃが埋込まれている上表 面板１．８　Ａと下表面板１８Ｂとを有する。モノー−ル１８は電源（図示して いない〕に接続されてヒート・ポンプ０吉してすることができるようにする。モ ノ、−ル１８の夫々上表面板及び下表面板（１３Ａ＆ぴ１８Ｂ）はモジュール］ 　４　、１．５について上記した熱伝導コン・ξランドの薄い層で被覆されて、 下表面板１８Ｂと・ぐ、ド１６及び上表面板１．８Ａとプロ、り２０との間の熱 接触を強化する。

プロ、り２０は熱電気モノニール１８の上に置力１れ、ねじ１９Ａ、１９Ｂ（第 ２図）を用いて・ヤノド１６に取付けられ、それによってモジュール１８をパッ ド１６に固定する。プロ、り２０は銅のような高熱伝導材料で作られ、第１図に 見られるような構造に形成されて、方形空洞を持つＩＣｆ、プ・ソケット２２を そこに受けとめ、ｒｃ、チップと均一に接触するような平坦接触領域２１を有す る。熱電対ＴＣ３はプロ、り２０にあけられた穴に取付けられ、ソケット２２内 の接触領域２１に安置されているＩＣチチッの温度を正確に測定するようにして いる。ブロック２０の構造はソケット２２が挿入力なしに受入れられ、装置が組 立てられたときに振動しないということを保証するよう設計される。その他のブ ロック２０の設計の特徴は、接触領域２１がテストされるべき特定のＩＣチップ に合う必要性からできるだけ太きいものが選ばれるということである。又、ブロ ック２０は固く取付けられて、探査動作中、グローブ・チップによってソケット に力が加えられ、該ソケットを動かしてしまうような可能性がないようにする。

熱電気モジュール１８とブロック２０との組合せは２段から成るヒート・ポンプ 機構（以下そのような名称で呼ぶ〕の第２段を構成する。

ソケット２２は普通に購入しうる寸法及び構造を持つ絶縁ソケットであり、挿入 力なしに２４　、２８　、４．０又は６４ピン・チアゾロ０を受入れるためのピ ン穴２２Ａを持つ。ソケット２２はそれをプロ、り２０に固く取付けるための機 械的う、チ（図示していない）を設けることができる。その代りに、ねじ２３Ａ 、２３Ｂ（第２図）を用いて、ソケット２２をブロック２０に固定するようにな すこともできる。ソケット２２にはソケット・ピンの各々に接続しているワイヤ から成るケーブル４０が取付けられる。

底カバー板２４はルキンがラスのような熱絶縁材料で作られ、ねじ２５Ａ、２５ Ｂによって熱ブロック１０に取付けられ（第２図）て熱的に空洞１２を密封し、 ヒート・ポンプ処理に有害に影響する外からのガスの対流を最少にする。それに 加えて、空洞１２の空の部分はヒート・ポンプ処理を更に効率よくするためにス チロホーム（ｓｔｙｒｏｆｏａｍ　）のような熱絶縁材料で満たすことができる 。カバー板２４には方形溝２６（第１図）が設けられ、第２図のように、そこを 通してブロック２０の上部が通過できるようにする。

板２４と同様な熱絶縁材料で作られたトノゾ・カバー板２７は、板２４と２７と の間が約１／２インチ（約１、３　ｃｍ　）あくように、ねじ２８Ａ　、２８Ｂ によって、熱ブロック１０に固定される。カバー板２７は・第２図に表わすよう にＩＣｆ、ＩＣ０を挿入し、又は取出すための溝が設けられる。この溝の端２９ はブロック１０のガス入口３０を通して導入されたドライ窒素ガ′スの流れをＩ Ｃチップ領域の上の方に向けるように、内側に向けて（中に広がるように）傾斜 （下から上に向けた傾斜）される。底力・ぐ−板２４とトップ・カバー板２７と の間のチャンバ５０にドライ窒素ガスを強制挿入することによって、Ｉ　Ｃｆ　 ｙゾロ０が挿入されている領域は、冷却動作中、チップの水蒸気の有害な凝縮を 避けるようになすことができる。

第１図に表わすように、熱ブロック１０はケーブル４０を受入れる穴３１と、直 列／並列に接続された熱電気モジュール１４．１５から適当な対のワイヤ１４Ｄ 。

１４　Ｅ　、　１．５　Ｄ又は１５Ｆを受入れるための穴３２゜３３と、熱電気 モノー−ル１８からのワイヤ１８Ｄ。

１８ｇを受入れるための穴３４．３５と、熱電対Ｔｃ、。

ＩＣ２、ＩＣ３を受入れるための穴３６〜３８とが夫夫設けられる。ケーブル４ ０ｒ／″ｉ適当な外部の電気的ＩＣｆ、ｆ・テスト装置（図示していない）に電 気的に接続される。熱電対ＴＣ＋　ｔ　ＩＣ２＋　ＩＣ３は適当な温度記録器に 接続される。穴３２〜３５から出たワイヤは熱電気モジュール１４．　、１５　 、１８を作動させるために適当なりＣ電源に接続される。

次に、この装置の動作を２つの部分（１）冷却動作と、（２）加熱動作とによっ て説明する。

冷却動作 次に、第２図の組立てられた装置を参照して冷却動作を説明する。冷却されるべ きＩＣチッｆ６０は該チップの金属パーがプロ、り２０の接触領域２１に対して 同一平面となるようにソケット２２に挿入される。

次に、ドライ窒素ガスが入口３０を通して導入され、チャンバ５０の内部が正の ガス圧を維持しつるようにする。モノー−ル１８，１４．１５を作動する電源が ターン・オノされて、モノニールすべての電流をＩＣｆ、ゾロ０から熱ブロック １０に熱がポンプ０されるだろう（この特定の動作では、ブロック１０はヒート ・７ンクとして作用する）ような方向に流すようにする。

第１段及び第２段熱電気モノニールの実行性能特性は作動電流、モノニールのベ ース温度、遂行係数などのようなモノニール・・ぐラメータの関数である。例え ば、ＭｅｌｃｏｒＣＰｌ、４−７１−０６モノユールに対し、室温に於て各モノ ーールに電流２．５Ａが流れるように６Ｖの電圧を加える古、モノニールによっ て伝達される熱伝導率は族１７ワ、トであり、各モノニールの上表面板と下表面 板との間の温度差動は約２０℃である。

第２段の熱電気モジュール１８は該モノニールの上端においてプロ、り２０を介 してＩＣチチッ’６０から熱を奪い、モノー−ルの下端においてパッド１６へ熱 を放出する。・′Ｐ７Ｐ４Ｏ１０い熱伝導性を有するため、この放出された熱は 容易均一にパッド１６を通して分散されてパッドの温度を上げる。それに続き、 第１段の熱電気モジュール１４．１５はパッド１６から熱を奪い、プロ、りｌＯ にそれを伝達する。熱ブロック１０、・ぐラド１６及びブロック２０の各温度は 熱電対ＴＣＩ　＋　Ｔｅ３　＋　Ｔｅ３によって監視される。それら監視温度を 使用して、熱電気モノニール１４，１５゜１８の動作電流は適当な電流レギーレ ータ（図示していない）により最良値に調節されて、それら２段のヒート・ポン プ機構の効率を最大にする。

一般にＩＣチ、ｆ６０は小さな熱慣性を持ち、ブロック１０は大きな熱吸収容量 を持つので、この熱伝達機構を用いた結果、チップは典型的には１分力１又は２ 分で大気温度以下に十分急速に冷される。もし、ｒｃチ、ゾロ０の熱負荷が高い 場合、すなわち、チップに負荷の熱慣性による力があれば、勿論チッｆを冷やす のにもっと長い時間がかかる。

又、チップの熱負荷が高い場合、ブロック１０から熱を発散させるための冷却を 更に加えた方が有益である。これはプロ、り１０の周囲の空気を循環させるか、 又はプロ、り１０を冷却液路に浸すことによって達成される。その代り、プロ、 り１０は冷却チャンネルを形成して、これらチャンネルを冷媒を通すことによっ て冷やすこともできる。２段のヒート・ポンプ動作を用いることによって、ＩＣ チッｆは約−５５℃の温度まで冷やすことができる。

加熱動作 この動作モードにおいては、熱ブロック１０はＩＣチ、プロ０へ伝達される熱の 貯蔵所／熱源として作用し、チップを急速に加熱する。ノケ、ト２２に取付けら れたＩ　Ｃｆ　、プロ０を加熱するために、各種熱電気モノニールの電流は例え ば極性を反転することによって逆にされる。第１段及び第２段の熱電気モノニー ルの動作電流は最良の熱伝導を得るために調節される。

プロ、り１０からの熱は・ぐラド１０に対して第１段熱電気モノニール１４．１ ５によって上方にピングされ、そこで急速且つ均一に分散される。それに続き、 第２段熱電気モノニール１８Ｉ″ｉパツド１６からプロ、り２０に対して熱を伝 達する。ブロック２０は接触領域２１に接触しているＩＣチップ６０に対して急 速に熱を導入して該チップを加熱する。この動作モードでは、非常に短時間で１ ００℃以上の温度を達成することができる。

以上説明した動作モードを使用すると、チ、７″の湿気の凝縮又は霜やチップの 振動等の問題をおこさずに、±１℃の確度をもって、約−５５℃乃至１０５℃の 広い温度範囲間でテスト・ノケノトのＩＣチノノを急激に加熱又は冷却すること ができる。約１０５℃以上の温度を得るためには、上記の実施例は例えば第１段 のパッド１６の中に抵抗ヒータ素子を入れるように変更することができる。この 方法で加熱パッド１６を用いることにより、・ξラド１６からの熱はヒート・ポ ンプの第２段から急速にＩＣチ、ゾロ０に伝達さ−れて希望する温度にチ、ｆの 温度を上げることができる。又、この発明のヒー）−，１５７グ機構の段数を増 加することによって、例えば熱電気モノニールをカスケード方式で４段使用する ことによって、チップは約−７５℃の温度まで冷やされ、約１２０℃以上の温度 まで加熱することができる。

又、変更実施例では、ブロック２ｏと直接接触する（すなわち、・ぐラド１６及 びモノニール１８の必要なく〕熱電気モノー−ル１４，１５の一方又は両方から 成る一段ヒート・ポンプ装置のみを使用することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　集積回路チノｆ（６０）を取外し自在に取付けるノケノト手段（２２）を含 む集積回路チップ（６０）用保持装置であって、取付けられたチップ（６０）と の間で熱を伝達するように適合された熱伝導部材（２０）と、前記熱伝導部材（ ２０）との間で熱伝達し前記熱伝導部材（２０）を選択的に加熱又は冷却するよ うに適合された熱電気手段（１４，１５，１８）と、前記取付けられたチップ（ ６０〕の附近にガスの流れを向けるように適合されたがス流手段（２７，２９， ３０）とを含む集積回路チップ用保持装置。 ２　前記熱電気手段は第１及び第２熱電気段（１４゜１５．１８）を含み、前記 第２熱電気段（１８）は前記熱伝導部材（２０）と熱伝達し熱伝導・ぐ、ド（１ ６）と熱伝達し、前記第１熱電気段（１４，１５）は前記熱伝導パッド（１６） と熱伝達するように構成した請求の範囲１項記載の保持装置。 ３　前記第１熱電気段は一対の熱電気モノニール（１４，１５）を含む請求の範 囲２項記載の保持装置。 ４　前記保持装置は更に熱伝導材料の本体部材（１０）を含み、前記本体部材（ １０）は前記熱電気手段（１４，１５，１８）が設けられる空洞（Ｊ２、特許請 求の範囲３項記載の保持装置。 ５　前記ガス流手段は前記本体部材（１０）内に設けられたガス・チャンバ（５ ０）と、前記ガス・チャン（３０）と、前記チャンバ（５０）から前記チップ（ ６０）の方へガスを導くように適合された方向制御手段（２９）とを含む請求の 範囲４項記載の保持装置。 ６　前記ノケ、　ｌ一手段（２２）に対して前記チップ（６０）を取付けるため の接近手段を提供する溝を有する溝保有部材（２７）を含み、前記方向制御手段 は前記溝の傾斜した端（２９）によって形成された請求の範囲５項記載の保持装 置。 ７　前記ガ ス・チャンバ（５０〕は溝保有部材（２７）と前記熱伝導部材（２０）の一部が 通過することができる溝（２６）を有する熱絶縁部材（２４）との間に設けられ 、前記空洞（１２）は前記熱伝導部材（２４）の下に配置された請求の範囲６項 記載の保持装置。 ８　前記熱伝導パッド（１６）ｔまねしく１７Ａ、１７Ｂ）によって前記空洞（ １２〕の下表面に固く添付され、前記熱伝導部材（２０〕はねしく　１９　Ａ　 、　１．９　Ｂ　）によって前記熱伝導ｉ′！？、ド（１６〕に固く添付され、 前記ノケ、ト手段（２２）はねじ（２３Ａ、２３Ｂ）によって前記熱絶縁部材（ ２４）に固く添付され、前記熱保有部材（２７〕及び前記熱絶縁部材（２４〕は ねしく２８Ａ、２８Ｂ；２５Ａ、２５Ｂ）によって前記本体部材（１０）に固く 添付されるようになした請求の範囲７項記載の保持装置。 ９　前記空洞（１２）の下表面に隣接する前記本体部材（１０〕に、前記熱伝導 ・ぐラド（１６〕に、前記熱伝導部材（２０）に温度監視装置を夫々設けるよう になした請求の範囲８項記載の保持装置。 １０　前記ガスはドライ窒素ガスである請求の範囲１項。 ２項、３項、４項、５項、６項、７項、８項又は９項記載の保持装置。