DE102018100509A1 - Freikolben-Stirling-Kühler-Temperatursteuersystem für eine Halbleitertest - Google Patents

Freikolben-Stirling-Kühler-Temperatursteuersystem für eine Halbleitertest Download PDF

Info

Publication number
DE102018100509A1
DE102018100509A1 DE102018100509.1A DE102018100509A DE102018100509A1 DE 102018100509 A1 DE102018100509 A1 DE 102018100509A1 DE 102018100509 A DE102018100509 A DE 102018100509A DE 102018100509 A1 DE102018100509 A1 DE 102018100509A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fpsc
semiconductor device
under test
device under
system controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018100509.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas F. Lemczyk
David L. Weston
Christopher A. Lopez
Richard A. Davis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lti Holdings Inc NDGesDStaates Delaware Us
Original Assignee
Sensata Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sensata Technologies Inc filed Critical Sensata Technologies Inc
Publication of DE102018100509A1 publication Critical patent/DE102018100509A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248Temperature monitoring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2891Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks related to sensing or controlling of force, position, temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006Thermal coupling structure or interface
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2872Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
    • G01R31/2874Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature
    • G01R31/2877Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature related to cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1428Control of a Stirling refrigeration machine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

Ein tragbares Kühlsystem und eine Einrichtung zum Testen einer Halbleitervorrichtung umfasst einen Freikolben-Stirling-Kühler. Dies beseitigt den Bedarf für umständliche, entfernt lokalisierte Geräte, wie beispielsweise Kältemaschinen, Kompressoren, Kühlmittellagerausrüstungen, Schläuche und Schlauchverbindungen. Eine elektrische Leistungsleitung und eine Luftzufuhrleitung werden von einer Kopfsteuereinheit zu einer tragbaren Systemsteuereinheit weitergeleitet. Die Kopfsteuereinheit wird durch eine verstellbare Rahmenstruktur positioniert, um den Stirling-Kühler vertikal direkt über einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung zu lokalisieren. Die Kopfsteuereinheit umfasst ein Thermaladaptersystem, das zwischen dem Freikolben-Stirling-Kühler und der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist.

Description

  • GEBIET DER TECHNOLOGIE
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet von Kälte- und Kühlsystemen und insbesondere Systeme zum Steuern der Temperatur von Halbleitervorrichtungen während eines automatisierten Testens.
  • HINTERGRUND
  • Bisher vorhandene Temperatursteuersysteme, die in der Halbleitertestindustrie verwendet werden, um die Temperatur einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung zu steuern, umfassen direkte Phasenwechselkühlsysteme, die Kühlmittel wie beispielsweise Luft, Wasser, Ethylen/Glykol-Gemische und andere besondere Wärmeübertragungsfluide verwenden. In diesen Systemen wird im Allgemeinen eine Kältemaschinen-Kältemitteleinheit verwendet, um die Temperatur eines Hauptkühlmittelfluids zweitrangig zu steuern. Einige der bisher vorhandenen Temperatursteuersysteme umfassen direkte Kältemittelkühlsysteme, die das primäre Kältemittel direkt als das Hauptkühlmittelfluid verwenden.
  • Die direkten Phasenwechselkältesysteme und sogar die direkten Kältemittelkühlsysteme, die in existierenden Temperatursteuersystemen zum Halbleitertesten verwendet werden, beinhalten die Verwendung von umständlichen und komplexen Komponenten, wie beispielsweise entfernten Kompressoren, Verdampfern, Kühlplattenkomponenten und Chassis-Hardware. Außerdem sind bisher vorhandene Kühlsysteme für einen Halbleitertest im Allgemeinen konfiguriert, um entfernt von einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung lokalisiert zu sein. Diese Systeme lokalisieren im Allgemeinen Mengenkühlmittel-Controllerhardware entfernt von der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung und beinhalten ein Weiterleiten einer Nabelleitung, die eine Strömung von Kühlmitteln, Luft und elektrischer Leistung an eine Kopfsteuereinheit (HCU = head control unit) bereitstellt. Dies beinhaltet die Verwendung von zahlreichen Schläuchen und Schlauchverbindungen zum Transportieren von Kältemitteln und zu einem erhöhten Risiko von Kältemittelleckage.
  • ABRISS
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung umfassen ein tragbares Kühlsystem und eine Einrichtung zum Testen einer Halbleitervorrichtung. Das offenbarte tragbare Kühlsystem basiert auf einem Freikolben-Stirling-Kühler und nicht auf einem herkömmlichen Kühlmittel-basierten Kühlsystem.
  • Die Verwendung eines Freikolben-Stirling-Kühlers in dem offenbarten tragbaren Kühlsystem und der Einrichtung beseitigt den Bedarf für umständliche, entfernt gelegene Geräte, wie beispielsweise Kältemaschinen, Kompressoren, Kühlmittellagerausrüstungen, Schläuche und Schlauchverbindungen, die in herkömmlichen Halbleiterkühlsystemen verwendet werden. Das offenbarte System beinhaltet keine Geräte, die typischerweise verwendet werden, um die Temperatur für ein primäres Kühlmittel in einem typischen existierenden Halbleiterkühlsystem zu steuern, und erfordert keine thermoelektrische Kühlervorrichtung, die typischerweise in bisher vorhandenen Standardkältemittelsystemen verwendet wird, um Temperaturen bei der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung unter typische Kältemitteltemperaturen zu verringern, um beispielsweise Temperaturen unter -40°C zu erreichen. In dem offenbarten tragbaren Kühl system und der Einrichtung werden nur eine elektrische Leistungsleitung und eine Luftzufuhrleitung von der HCU zu einer tragbaren Systemsteuereinheit (SCU = system control unit) weitergeleitet.
  • Durch Beseitigen eines Großteils der in herkömmlichen Halbleiterkühlsystemen verwendeten umständlichen Hardware können das offenbarte tragbare Kühlsystem und die Einrichtung konfiguriert werden, um in enger oder direkter Nähe zu einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung lokalisiert zu sein. Das offenbarte System und die Einrichtung stellen ohne Weiteres extrem niedrige Kontakttemperaturen bis zu weniger als - 100°C bei der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung bereit. Dies spricht Industrieziele zum Testen von Halbleitervorrichtungen bei Temperaturen unter -70°C an.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung umfassen ebenfalls ein FSPC-Thermaladaptersytem, das Schlüsselmerkmale speziell für Halbleitertestanwendungen beinhaltet. Beispielsweise umfassen Ausführungsformen des offenbarten Thermaladaptersystems eine adaptive thermische Kupplungsdruckeinrichtung, um gesteuertes Erhitzen sowie auch gesteuertes Kühlen einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung zu ermöglichen. Ausführungsformen des offenbarten Thermaladaptersystems ermöglichen ebenfalls eine automatische Druckbetätigung mit der SDUT.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen, die aufgenommen sind und einen Teil dieser Patentschrift bilden, veranschaulichen eine oder mehrere hier beschriebene Ausführungsformen und erläutern zusammen mit der Beschreibung diese Ausführungsformen. In den Zeichnungen:
    • 1 ist eine Veranschaulichung einer tragbaren Halbleiterkühleinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist eine Veranschaulichung einer Kopfsteuereinheit in einer tragbaren Halbleiterkühleinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Thermaladaptersystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein Prozessablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Kühlen einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung umfassen ein tragbaren Freikolben-Stirling-Kühler(FPSC = portable free piston Stirling cooler)-System zum Halbleitervorrichtungstesten. Freikolben-Stirling-Kühler und ihr inhärenter prinzipieller Betrieb sind auf den Gebieten der Kryotechnik und Thermodynamik gut bekannt. Der Freikolben-Stirling-Kühler ist ein geschlossenes System, das ein nicht phasenänderndes, umweltfreundliches Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder Helium, verwendet. Dies beseitigt die Verwendung von spezialisierten Wärmeübertragungsfluids und zugeordneten besonderen Kältemaschinen/Kompressoren und Komponenten.
  • Das offenbarte tragbare FPSC-System ist konfiguriert, um vollständig nahe einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung lokalisiert zu sein. In einer veranschaulichenden Ausführungsform ist ein Freikolben-Stirling-Kühler in einer Kopfsteuereinheit (HCU) umfasst, die direkt über der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung aufgehängt ist. Eine tragbare Systemsteuereinheit ist zweckmäßigerweise an einer Anbringungsstruktur nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung und der HCU lokalisiert. Eine elektrische Leistungsleitung und eine Luftzufuhrleitung ist zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und der HCU gekoppelt.
  • Das offenbarte FPSC-System kann ein Kühlen einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung auf wesentlich niedrigere Temperaturen als bisher vorhandene Systeme zum Kühlen von im Test befindlicher Halbleitervorrichtungen erreichen. Ausführungsformen des offenbarten Systems stellen beispielsweise ein Kühlen von Halbleitervorrichtungen auf Temperaturen unter -100°C zum Testen bereit.
  • Eine veranschaulichende Ausführungsform einer tragbaren Halbleiterkühleinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Die tragbare Halbleiterkühleinrichtung 100 umfasst einen Freikolben-Stirling-Kühler (FPSC) 102 und ein Trageelement 104, das zum Lokalisieren des FPSC direkt über einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung in einer vertikalen Orientierung konfiguriert ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Thermaladapter 106 mit dem FPSC 102 gekoppelt und zum Koppeln mit der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert.
  • In der veranschaulichenden Ausführungsform ist eine tragbaren Systemsteuereinheit 108 mit dem Freikolben-Stirling-Kühler 102 gekoppelt. Eine elektrische Leistungsleitung 110 erstreckt sich zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und dem FPSC. Eine Luftzufuhrleitung 112 erstreckt sich ebenfalls zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit 108 und dem FPSC 102. Die elektrische Leistungsleitung 110 und die Luftzufuhrleitung 112 werden von dem Trageelement 104 getragen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die offenbarte tragbare Halbleiterkühleinrichtung 100 einen verstellbaren Tragerahmen 114, der das Trageelement 104 umfasst. Der verstellbare Tragerahmen 114 ist zum Lokalisieren und Orientieren des FPSC 102 in einem festen Ort nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert. Der verstellbare Tragerahmen 114 kann einen oder mehrere Gelenkarme, wie beispielsweise das Trageelement 104, umfassen, die schwenkbar aneinander befestigt und konfiguriert sind, um in einer gewünschten Orientierung zum Lokalisieren des FPSC 102 verrastet, verriegelt oder eingespannt zu sein. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist der FPSC 102 vertikal über dem im Test befindlichen Halbleiter aufgehängt.
  • Eine Tragerahmenbasis 116 ist mit dem Tragerahmen 114 verstellbar gekoppelt. Die Tragerahmenbasis 116 umfasst eine Systemsteuereinheit-Tragestruktur 118. Eine Systemsteuereinheit 108 wird supported von der Systemsteuereinheit-Tragestruktur 118 getragen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform erstrecken sich die elektrische Leistungsleitung 110 und die Luftzufuhrleitung 112 von dem FPSC 102 zu der Systemsteuereinheit 108 über einen Kabelweg innerhalb des verstellbaren Tragerahmens 114.
  • In Bezug auf 2 ist der FPSC 102 in einer Kopfsteuereinheit 202 zusammen mit dem Thermaladaptersystem 106 integriert. Der FPSC erzeugt eine Niedertemperaturgrenzfläche 204 an welcher der Thermaladapter 106 befestigt ist, um sich mit der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung 208 zu paaren. Die im Test befindliche Halbleitervorrichtung 208 kann beispielsweise in einer Aufnahme (socket) 210 angebracht sein, die an einer gedruckten Leiterplatte (PCB = printed circuit board) 212 befestigt ist. Der FPSC 102 empfängt eine thermische Last von der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung 208 und entfernt dann die thermische Last über ein Wärmeabweisungssystem, das intern zu dem FPSC 102 ist.
  • Betriebstemperaturen und die elektrische Leistung des FPSC 102 werden von der Systemsteuereinheit 108 direkt überwacht und gesteuert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der FPSC zum Erhöhen der Temperatur der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung 208 verwendet werden. Während die Temperatur der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung 208 erhöht wird, kann der Adapterpaarungszustand minimiert werden, um dadurch eine unnötige Wärmelast an dem FPSC 102 zu verringern.
  • Die Minimierung der Paarungsbedingung steht in direktem Zusammenhang mit der wirksamen physischen Kontaktfläche zwischen dem FPSC und dem unteren Thermaladapter. Durch Erreichen einer teilweisen Trennung an dieser Grenzfläche, d.h. über eine kupplungsartige Ineingriffnahme, kann die Nettowärmeübertragung zu dem FPSC verringert und/oder gesteuert werden.
  • 3 veranschaulicht Druckbetätigungen in einem Thermaladaptersystem 300 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das Thermaladaptersystem 300 umfasst einen oberen Thermaladapter 304, der mit einer FPSC-Kältespitze 302 gekoppelt ist, einen unteren Thermaladapter 306 und eine Aufnahme 308. Die Aufnahme 308 kommt mit der gedruckten Leiterplatte 212 in Kontakt und umgibt zumindest teilweise die im Test befindliche Vorrichtung (DUT = device under test) 208. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Thermaladaptersystem 300 konfiguriert, um eine Kupplungsbetätigung 310 zwischen dem oberen Thermaladapter 304 und dem unteren Thermaladapter 306 bereitzustellen und eine Aufnahmebetätigung 312 zwischen dem unteren Thermaladapter 306 und der Aufnahme 308 bereitzustellen.
  • Zum Erhitzen der im Test befindliche Vorrichtung, also zum Zuführen zusätzlicher Wärme von Heizelementen, die im Thermaladapter selbst lokalisiert sind (um Vorrichtungstemperaturen typischerweise im Bereich 125 bis 150°C zu erreichen), kann die Kupplungswirkung die thermischen Verluste an dem FPSC minimieren (der typischerweise kalt ist und somit einen thermischen Kurzschluss für den Erhitzungsaufwand darstellt). Die Kupplung arbeitet ebenfalls in gleicher Weise, wenn ein Kühlen der im Test befindlichen Vorrichtung gesteuert wird. Ein FPSC ist Sicherheits-bewertet pro Wärmekapazität für die Auslegung der Wärmeabführung und dies muss zur sicheren Steuerung aufrechterhalten werden.
  • Ein Verfahren zum Kühlen einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezugnahme auf 4 beschrieben. Das Verfahren 400 umfasst ein Lokalisieren eines Freikolben-Stirling-Kühlers (FPSC) nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung bei Block 402. Bei Block 404 umfasst das Verfahren ein Lokalisieren eines Thermaladapters zwischen dem FPSC und der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung, so dass der Thermaladapter direkt gegen die im Test befindlichen Halbleitervorrichtung ist. Bei Block 406 umfasst das Verfahren ein Lokalisieren einer tragbaren Systemsteuereinheit nahe dem FPSC. Bei Block 408 umfasst das Verfahren ein Koppeln des FPSC mit der tragbaren Systemsteuereinheit über eine Leistungszufuhrleitung und über eine Luftzufuhrleitung. Bei Block 410 umfasst das Verfahren ein Konfigurieren der tragbaren Systemsteuereinheit, um dem FPSC Leistung und Luft über die Leistungszufuhrleitung und Luftzufuhrleitung bereitzustellen, um den FPSC zu betreiben.
  • In einer veranschaulichenden Ausführungsform stellt der Betrieb des FPSC ein Kühlen der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung bereit. In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann das Kühlen durchgeführt werden, um eine Temperatur der Halbleitervorrichtung unter -100°C zu verringern. In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ein Erhitzen der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung durch den Betrieb des FPSC umfassen.
  • Das Verfahren kann ebenfalls ein Konfigurieren der tragbaren Systemsteuereinheit umfassen, um einen Betriebszustand des FPSC zu überwachen. Das Überwachen des Betriebszustands kann beispielsweise ein Überwachen einer Temperatur des FPSC nahe dem Thermaladapter und ein Überwachen von Spannungen auf der elektrischen Leistungsleitung umfassen.
  • Das offenbarte tragbare Kühlsystem ist kompakter als herkömmliche Halbleiterkühlsysteme und kann vollständig nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung lokalisiert sein. Die offenbarte tragbare Temperatursteuereinrichtung ist weniger umständlich, ermöglicht ein schnelleres System und Anlaufen als herkömmliche Halbleiterkühlsysteme und kann kryogene Temperaturen in nur zwei bis drei Minuten erreichen. Eine kompakte Integration der Kühlsystemhardware nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung beseitigt übermäßig lange Schlauchverbindungen zu entfernten Komponenten und einem Controllerchassis. Dies kann das Risiko von Kühlmittelleckage verringern oder beseitigen, das Standardtestaufbauten zugeordnet ist, die Fluidsystemanschlüsse beinhalten.
  • Die vorhergehende Beschreibung von Ausführungsformen ist dazu bestimmt, eine Veranschaulichung und eine Beschreibung bereitzustellen, wobei sie jedoch nicht dazu bestimmt ist, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu beschränken. Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erlangt werden.
  • Kein Element, keine Handlung oder keine Anweisung, die hier verwendet wird, soll als wesentlich oder essenziell für die Erfindung betrachtet werden, sofern dies nicht explizit als solches beschrieben ist. Ebenso ist, wie hier verwendet, der Artikel „ein“ dazu bestimmt, ein oder mehrere Elemente zu umfassen. Wo lediglich ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein einzelnes“ oder eine ähnliche Sprachformulierung verwendet. Ferner ist die Formulierung „basierend auf” dazu vorgesehen, „basierend wenigstens teilweise auf” zu meinen, sofern nicht anders explizit angemerkt.

Claims (16)

  1. Tragbare Halbleiterkühleinrichtung, umfassend: einen Freikolben-Stirling-Kühler (FPSC); ein Trageelement, das zum Lokalisieren des FPSC direkt über einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung in einer vertikalen Orientierung konfiguriert ist; und einen Thermaladapter, der mit dem FPSC gekoppelt und zum Koppeln mit der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist.
  2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend eine tragbare Systemsteuereinheit, die mit dem Freikolben-Stirling-Kühler gekoppelt ist.
  3. Einrichtung gemäß Anspruch 2, umfassend eine elektrische Leistungsleitung, die sich zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und dem FPSC erstreckt.
  4. Einrichtung gemäß Anspruch 3, umfassend eine Luftzufuhrleitung, die sich zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und dem FPSC erstreckt.
  5. Einrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die elektrische Leistungsleitung und die Luftzufuhrleitung von dem Trageelement getragen werden.
  6. Einrichtung gemäß Anspruch 1, umfassend einen verstellbaren Tragerahmen, der das Trageelement umfasst, wobei der verstellbare Tragerahmen zum Lokalisieren und Orientieren des FPSC in einem festen Ort nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist.
  7. Einrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der FPSC vertikal über der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung aufgehängt ist.
  8. Einrichtung gemäß Anspruch 7, umfassend: eine Tragerahmenbasis, die mit dem verstellbaren Tragerahmen gekoppelt ist, wobei die Tragerahmenbasis eine Systemsteuereinheit-Tragestruktur umfasst; und eine Systemsteuereinheit, die von der Systemsteuereinheit-Tragestruktur getragen wird.
  9. Einrichtung gemäß Anspruch 8, umfassend eine elektrische Leistungsleitung und eine Luftzufuhrleitung, die sich von dem FPSC zu der Systemsteuereinheit über einen Kabelweg innerhalb des verstellbaren Tragerahmens erstrecken.
  10. Tragbare Halbleiterkühleinrichtung, umfassend: einen Freikolben-Stirling-Kühler (FPSC); ein Trageelement, das zum Lokalisieren des FPSC direkt über einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist; einen Thermaladapter, der mit dem FPSC gekoppelt und zum Koppeln mit der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist; eine tragbare Systemsteuereinheit, die mit dem Freikolben-Stirling-Kühler über eine elektrische Leistungsleitung, die sich zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und dem FPSC erstreckt, und über eine Luftzufuhrleitung, die sich zwischen der tragbaren Systemsteuereinheit und dem FPSC erstreckt, gekoppelt ist, wobei die elektrische Leistungsleitung und die Luftzufuhrleitung von dem Trageelement getragen werden; einen verstellbaren Tragerahmen, der das Trageelement umfasst, wobei der verstellbare Tragerahmen zum Lokalisieren und Orientieren des FPSC in einem festen Ort nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung konfiguriert ist; eine Tragerahmenbasis, die mit dem verstellbaren Tragerahmen gekoppelt ist, wobei die Tragerahmenbasis eine Systemsteuereinheit-Tragestruktur umfasst; und eine Systemsteuereinheit-Tragestruktur, die von der Systemsteuereinheit-Tragestruktur getragen wird.
  11. Verfahren zum Kühlen einer im Test befindlichen Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Lokalisieren eines Freikolben-Stirling-Kühlers (FPSC) nahe der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung; Lokalisieren eines Thermaladapters zwischen dem FPSC und der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung, so dass der Thermaladapter direkt gegen die im Test befindlichen Halbleitervorrichtung ist; Lokalisieren einer tragbaren Systemsteuereinheit nahe dem FPSC; Koppeln des FPSC mit der tragbaren Systemsteuereinheit über eine Leistungszufuhrleitung und über eine Luftzufuhrleitung; und Konfigurieren der tragbaren Systemsteuereinheit, um dem FPSC Leistung und Luft über die Leistungszufuhrleitung und die Luftzufuhrleitung bereitzustellen, um den FPSC zu betreiben.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, ferner umfassend ein Konfigurieren der tragbaren Systemsteuereinheit, um einen Betriebszustand des FPSC zu überwachen.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Überwachen des Betriebszustands ein Überwachen einer Temperatur des FPSC nahe dem Thermaladapter umfasst.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 11, umfassend ein Kühlen der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung durch den Betrieb des FPSC.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Kühlen durchgeführt wird, um eine Temperatur der Halbleitervorrichtung unter -100°C zu verringern.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 11, umfassend ein Erhitzen der im Test befindlichen Halbleitervorrichtung durch den Betrieb des FPSC.
DE102018100509.1A 2017-01-12 2018-01-11 Freikolben-Stirling-Kühler-Temperatursteuersystem für eine Halbleitertest Pending DE102018100509A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/404,650 2017-01-12
US15/404,650 US10126359B2 (en) 2017-01-12 2017-01-12 Free piston stirling cooler temperature control system for semiconductor test

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018100509A1 true DE102018100509A1 (de) 2018-07-12

Family

ID=61008710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018100509.1A Pending DE102018100509A1 (de) 2017-01-12 2018-01-11 Freikolben-Stirling-Kühler-Temperatursteuersystem für eine Halbleitertest

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10126359B2 (de)
JP (1) JP7360237B2 (de)
KR (1) KR20180083266A (de)
CN (1) CN108302836B (de)
DE (1) DE102018100509A1 (de)
GB (1) GB2560068B (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106103959B (zh) * 2014-02-21 2019-12-13 Ks科尔本施密特有限公司 带敞开的具有利于流动的油引导面的冷却腔的活塞以及用于冷却所述活塞的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5749226A (en) * 1993-02-12 1998-05-12 Ohio University Microminiature stirling cycle cryocoolers and engines
JP2739920B2 (ja) 1993-09-09 1998-04-15 日本原子力研究所 電気冷却式半導体放射線検出器
JP2809985B2 (ja) 1994-03-09 1998-10-15 日本原子力研究所 放射線検出装置
AU4991899A (en) * 1998-07-14 2000-02-07 Schlumberger Technologies, Inc. Apparatus, method and system of liquid-based, wide range, fast response temperature cycling control of electronic devices
US6888343B1 (en) * 1999-01-13 2005-05-03 Intest Ip Corporation Test head manipulator
US6668570B2 (en) * 2001-05-31 2003-12-30 Kryotech, Inc. Apparatus and method for controlling the temperature of an electronic device under test
US20050097911A1 (en) * 2003-11-06 2005-05-12 Schlumberger Technology Corporation [downhole tools with a stirling cooler system]
US20060139046A1 (en) * 2004-04-13 2006-06-29 Reliability Inc. Apparatus for reducing deflection of a mobile member in a chamber
JP4805874B2 (ja) * 2007-05-28 2011-11-02 エスペック株式会社 試験装置
DE102007055712A1 (de) * 2007-12-05 2009-06-18 Bruker Biospin Ag Messmodul zur schnellen Messung von elektrischen, elektronischen und mechanischen Bauteilen bei kryogenen Temperaturen sowie Messeinrichtung mit einem solchen Messmodul
KR100801677B1 (ko) 2008-01-08 2008-02-11 주식회사 프리웍스 통신 중계기의 냉각 장치
JP2012255734A (ja) * 2011-06-10 2012-12-27 Shimadzu Corp スターリング冷凍機冷却式検出器
CN105723496B (zh) * 2013-11-18 2019-01-11 佳能安内华股份有限公司 基板处理装置和基板处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10126359B2 (en) 2018-11-13
GB2560068B (en) 2019-05-22
JP7360237B2 (ja) 2023-10-12
GB201721282D0 (en) 2018-01-31
JP2018112548A (ja) 2018-07-19
GB2560068A (en) 2018-08-29
CN108302836A (zh) 2018-07-20
CN108302836B (zh) 2020-12-01
US20180196102A1 (en) 2018-07-12
KR20180083266A (ko) 2018-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015215919B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Vorkühlung eines Kryostaten
DE112014000403B4 (de) MRI-Herunterkühlvorrichtung
DE102004053972B3 (de) NMR-Spektrometer mit gemeinsamen Refrigerator zum Kühlen von NMR-Probenkopf und Kryostat
DE112011100875T5 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Temperatur in einem auf tiefe Temperaturen gekühlten Kyrostaten unter Verwendung von stehendem und sich bewegendem Gas
DE102004060832B3 (de) NMR-Spektrometer mit gemeinsamen Refrigerator zum Kühlen von NMR-Probenkopf und Kryostat
EP3282269B1 (de) Nmr-apparatur mit durch eine vakuumschleuse in den kryostaten einer supraleitenden magnetanordnung einführbaren gekühlten probenkopfkomponenten sowie verfahren zu deren ein- und ausbau
DE10297837B4 (de) Verfahren zum Befestigen einer Kühlmaschine und Befestigungsvorrichtung dafür
JP2014521920A (ja) 極低温冷却装置及び方法
EP2066991A1 (de) Kälteanlage mit einem warmen und einem kalten verbindungselement und einem mit den verbindungselementen verbundenen wärmerohr
DE102019003398A1 (de) Kryogene kühlvorrichtung
US10030919B2 (en) Cooling apparatus for superconductor
DE102018100509A1 (de) Freikolben-Stirling-Kühler-Temperatursteuersystem für eine Halbleitertest
DE69211237T2 (de) Vakuumbehälter mit einem gekühlten Element
KR101558839B1 (ko) 초전도 한류기 복원 시스템 및 방법
CN114279167B (zh) 超流氦系统的预冷装置
DE102010028950B4 (de) Vorrichtung zum Kühlen und Rechner-Racks
JPWO2017126058A1 (ja) 冷凍サイクル装置
EP1026461B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Stromzuführung
US7073340B2 (en) Cryogenic compressor enclosure device and method
DE10018169C2 (de) Vorrichtung zur Kühlung mindestens eines elektrischen Betriebselements in mindestens einem Kryostaten
KR101691989B1 (ko) 초전도 한류기 복귀 시스템
CN106618574A (zh) 冷却系统及磁共振设备
EP3182036B1 (de) Verfahren zur beschleunigten abkühlung
KR20130035482A (ko) 초전도 기기 냉각장치
Carcagno et al. A cryogenic test stand for LHC quadrupole magnets

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: RWZH RECHTSANWAELTE WACHINGER ZOEBISCH PARTNER, DE

Representative=s name: BUCHER, RALF, DIPL.-ING. (UNIV.), DE

Representative=s name: VENNER SHIPLEY LLP, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: RWZH RECHTSANWAELTE WACHINGER ZOEBISCH PARTNER, DE

Representative=s name: VENNER SHIPLEY LLP, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: LTI HOLDINGS, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELAWARE, US

Free format text: FORMER OWNER: SENSATA TECHNOLOGIES, INC., ATTLEBORO, MASS., US

R082 Change of representative

Representative=s name: RWZH RECHTSANWAELTE WACHINGER ZOEBISCH PARTNER, DE