DE112007003648T5 - Verbesserte Grenzfläche zur Temperaturkontrolle - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements, umfassend:
einen Körper (500) umfassend eine Mehrzahl von Kammern (630), die im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse des Körpers (500) angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern (630) eine obere Membran (635) und eine untere Membran (640) aufweist; und
ein Wärmeübertragungselement (515), das über die Mehrzahl von Kammern (630) derart an dem Körper (500) befestigt ist, dass die Mehrzahl von Kammern (630) in einer flüssigkeitsführenden Verbindung mit dem Wärmeübertragungselement (515) steht.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Temperaturkontrolle und insbesondere das Bereitstellen einer Grenzfläche zum Aufrechterhalten einer Solltemperatur durch Heizen und/oder Kühlen eines elektronischen Bauteils oder einer Komponente, typischerweise während das elektronische Bauteil oder die Komponente getestet wird.
  • 2. Hintergrundinformation
  • Elektronische Festkörper-Bauteile oder Komponenten, z. B. Halbleiter, haben abhängig von der Temperatur unterschiedliche Leistungscharakteristik. Beispielsweise entwickeln solche elektronischen Bauteile typischerweise Wärme (d. h. Eigenwärme) während ihres Betriebes, wobei mit steigender innerer Temperatur sich die Leistungseigenschaften ändert. Darüber hinaus können elektronische Festkörper-Bauelemente in verschiedenen Umgebungen benutzt werden, wodurch sie unter Umständen einem breiten Temperaturbereich ausgesetzt sind.
  • Um konstante Leistungseigenschaften zu garantieren, ist es wünschenswert, eine relativ konstante Temperatur des elektronischen Bauelements beizubehalten. Dieses ist insbesondere für Funktionstests der elektronischen Bauelemente wichtig, um einen ordnungsgemäßen Betrieb und die Übereinstimmung mit den Entwurfsvorgaben zu sichern. Zum Beispiel kann ein elektronisches Bauelement, auch bezeichnet als Bauelement im Test (DUT – Device Under Test) Haltbarkeitstest, wie z. B. Kurzschlusstests und Einbrenntests, unterworfen sein, um verschiedene Bauelementeigenschaften zu beobachten. Während solcher Tests muss die Temperatur des DUT relativ konstant bei einer vorgegebenen Testtemperatur oder Solltemperatur gehalten werden, damit die Ergebnisse aussagekräftig sind. Mit anderen Worten, der Tester muss in der Lage sein nachzuweisen, dass bestimmte beobachtete elektrische Eigenschaften anderen Faktoren zuzuschreiben sind, als einer Temperaturänderung.
  • Um eine konstante Temperatur beizubehalten sind bekannte Temperatur Steuer- oder Regeleinrichtungen ebenso in der Lage Wärme abzuführen, z. B. durch eine Kühlkörper (Wärmesenke), als auch Wärme hinzuzufügen, z. B. durch einen elektrischen Heizer. Ein Kühlkörper beinhaltet dabei eine Flüssigkeit mit einer Temperatur, die deutlich niedriger ist als die Testtemperatur des DUT. Ein Heizer ist zwischen dem DUT und dem Kühlkörper platziert und dem Heizer wird Leistung zugeführt um die Temperatur seiner Oberfläche zu steigern, z. B. auf die Testtemperatur die für den Test des DUT benötigt wird. Der Kühlkörper gleicht jegliche Überschusswärme aus und entfernt zudem die Wärme, die von dem DUT im Testprozess erzeugt wird in dem Ausmaß, in dem die Eigenerwärmung die Bauteiltemperatur über die Testtemperatur anhebt. Leistungsfluktuationen können signifikante und relativ spontane Selbstaufheizung hervorrufen, woraus für die Temperatur-Regeleinrichtung die Notwendigkeit resultiert, schnell und akkurat zu reagieren, um den unerwünschten Anstieg der Temperatur auszugleichen.
  • Die Grenzfläche, an der der Kühlkörper (oder, falls benutzt, der Heizer) das DUT kontaktiert, ist von besonderer Bedeutung um das DUT auf einer konstanten Temperatur zu halten. Wenn beispielsweise die Oberfläche des Kühlkörpers (oder Heizers) nicht im Wesentlichen koplanar mit der Oberfläche des DUT ist, kann ein nicht gleichmäßiger Wärmeübertrag auf die Fläche des DUTs auftreten, der in unerwünschten thermischen Gradienten am DUT resultieren kann. Einige konventionelle Systeme stellen aus diesem Grund ein Wärmeübergangsmaterial zwischen den Oberflächen des Kühlkörpers (oder Heizers) und des DUTs bereit. Zum Beispiel kann eine Flüssigkeit (z. B. eine Mischung aus Wasser und Alkohol) zwischen den Kühlkörper (oder Heizer) und das DUT gebracht werden. Die Flüssigkeit füllt Luftspalte zwischen dem Kühlkörper (oder Heizer) und dem DUT, wodurch ein gleichmäßigerer Wärmekontakt zum Kühlkörper (oder Heizer) bereitgestellt wird.
  • Allerdings bedingt der Einsatz von Flüssigkeiten als thermisches Übergangsmaterial andere Nachteile. Bauelementtests werden beispielsweise oft über einen breiten Bereich von Temperaturen und Drücken durchgeführt, teilweise unterhalb der Gefriertemperatur von konventionellen thermischen Übergangsflüssigkeiten. Wenn eine Flüssigkeit zwischen dem Kühlkörper (oder Heizer) und dem DUT gefriert, wird dadurch die thermische Gleichmäßigkeit der Grenzfläche häufig beeinträchtigt, was zu unerwünschten thermischen Gradienten am DUT führt. Darüber hinaus bedingt der Einsatz von Flüssigkeiten als Wärmeübergangsmaterial auch Nachteile bei höheren Testtemperaturen. Zum Beispiel kann ein flüssiges Wärmeübergangsmaterial unter bestimmten Testbedingungen Bereiche der Oberfläche eines keramischen Kühlkörpers (oder Heizers) in einen mikroskopischen Schlamm verwandeln, der dann unerwünschten Abrieb am DUT hervorrufen kann.
  • Auch wenn Flüssigkeit nützlich zum Ausfüllen von Luftspalten zwischen dem Kühlkörper (oder dem Heizer) und dem DUT ist, kann Flüssigkeit zudem die thermischen Gradienten nicht vollständig beseitigen. Der Grund ist, dass unterschiedliche Dicke der Flüssigkeit zwischen dem Kühlkörper (oder Heizer) und dem DUT, die auf mikroskopischen Größenordnungen auftreten kann, wenn die Oberflächen der Grenzfläche nicht vollkommen koplanar zueinander sind, einen unterschiedlichen Wärmewiderstand darstellen. Zum Beispiel können, wie in 1a dargestellt, ein DUT 10 und/oder ein Kühlkörper (oder Heizer) 15 nicht-planare Oberflächen 17, 18 haben, die zu unterschiedlichen Dicken der Flüssigkeit 19 an der Grenzfläche führen. Die Dicke der Flüssigkeit 19 kann z. B. 0 μm an einer ersten Stelle 20 und z. B. 50 μm an einer zweiten Stelle 25 betragen. Da sich der Wärmewiderstand der Flüssigkeit mit der Dicke der Flüssigkeit ändert, treten thermische Gradienten auf wenn dem DUT Leistung zugeführt wird, wie in 1b gezeigt.
  • Neben dem Material zwischen dem Kühlkörper (oder Heizer) und dem DUT beeinflussen auch die Strukturen, an die der Kühlkörper (oder Heizer) 15 und/oder das DUT 10 befestigt sind, die Grenzfläche zwischen dem Kühlkörper (oder Heizer) 15 und dem DUT 10. Beispielsweise wird der Kühlkörper (oder Heizer) 15 üblicherweise von einer Temperatur-Regeleinrichtung 30 getragen, wie in 2 gezeigt. Die Temperatur-Regeleinrichtung 30 kann z. B. Rohre aufweisen, die Flüssigkeiten verschiedener Temperatur (z. B. Heiz- und Kühlwasser) zu dem Kühlkörper 15 führen, um das DUT 10 auf der gewünschten Temperatur zu halten. Die Temperatur-Regeleinrichtung 30, ist einschließlich des Kühlkörpers (oder Heizers) 15 und der Rohre grundsätzlich in axialer Richtung senkrecht zum DUT 10 beweglich (in Richtung des Pfeils ”A”). Auf diese Weise können eine Vielzahl von DUTs an der Temperatur-Re geleinrichtung 30 vorbei geführt werden (in der Richtung des Pfeiles ”B”) und der die Temperatur-Regeleinrichtung 30 kann zu Testzwecken in Kontakt mit jedem nachfolgenden DUT 10 gebracht werden.
  • Allerdings führt die Steifheit der Struktur, die den Kühlkörper (oder Heizer) 15 trägt, häufig dazu, dass die Oberflächen vom Kühlkörper (oder Heizer) 15 und dem DUT 10 zueinander nicht ausgerichtet sind. Dieses bedeutet, dass die Steifheit der Temperatur-Regeleinrichtung 30 es erschwert, die Oberflächen 17, 18 an der Grenzfläche im Wesentlichen koplanar auszurichten. Solch eine Situation ist in 3 dargestellt, aus der ersichtlich ist, dass die Oberfläche 18 des Kühlkörpers (oder Heizers) 15 einen Winkel zur Oberfläche 17 des DUT 10 aufweist, so dass die Oberflächen 17, 18 nicht im Wesentlichen koplanar an ihrer Grenzfläche sind. In solchen Situationen ist es nicht nur wahrscheinlich, dass ein thermischer Gradient an der Grenzfläche auftritt, sondern auch, dass eine ungleichmäßige Kraft (z. B. Drehmoment, Moment usw.) auf das DUT 10 wirkt. Insbesondere wenn der Test des DUT 10 die Anwendung einer axialen Kraft (z. B. bis zu 100 Pfund, entsprechend etwa 445 Newton) auf das DUT 10 erfordert, kann das ungleichmäßige Aufbringen von Kraft aufgrund der nicht koplanaren Oberflächen in einer Zerstörung (z. B. einem Zerbrechen) des Kühlkörpers (oder Heizers) und/oder DUTs führen.
  • Es besteht daher ein Bedarf, die oben beschriebenen Nachteile und Beschränkungen zu überwinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements. Die Vorrichtung beinhaltet einen Körper, der eine Mehrzahl von Kammern umfasst, die im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse des Körpers angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern eine obere Membran und eine untere Membran aufweist. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin ein Wärmeübertragungselement befestigt an dem Körper über die Mehrzahl von Kammern, derart, dass die Mehrzahl von Kammern über Flüssigkeiten mit dem Wärmeübertragungselement in Verbindung steht.
  • In Ausgestaltungen gleicht eine Temperatur des Wärmeübertragungselements Temperaturänderungen des Bauelements aus und behält im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements bei. Das Bauelement enthält ein Halbleiterelement. Darüber hinaus kann das Wärmeübertragungselement relativ zum Bauelement beweglich sein. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement mit sechs Freiheitsgraden relativ zum Bauelement beweglich sein. Zusätzlich kann das Wärmeübertragungselement relativ zum Körper axial beweglich sein. Darüber hinaus kann das Wärmeübertragungselements eine Kraft auf das Bauelement ausüben, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Grenzfläche des Bauelements ist.
  • In einer Ausgestaltung weist der Körper einen Druckluftverteiler auf, der mit dem oberen Bereich einer jeden der Mehrzahl von Kammern verbunden ist. Der Druckluftverteiler kann in Verbindung mit einer externen Druck- oder Vakuumquelle stehen. Auf diese Weise wird das Wärmeübertragungselement axial vom Körper weg bewegt wenn ein positiver Druck auf den oberen Bereich einer jeden der Vielzahl von Kammern ausgeübt wird. Umgekehrt wird das Wärmeübertragungselement axial auf den Körper zu bewegt, wenn ein Vakuum an den oberen Bereich einer jeden der Mehrzahl von Kammern angelegt wird. Darüber hinaus übt das Wärmeübertragungselement eine Kraft auf das Bauelement aus wenn ein positiver Druck auf den oberen Teil einer jeden der Vielzahl von Kammern ausgeübt wird.
  • In einer anderen Ausgestaltung sind alle der oberen Membranen grundsätzlich koplanar zueinander ausgerichtet, alle der unteren Membranen grundsätzlich koplanar zueinander ausgerichtet und alle der oberen Membranen und unteren Membranen können sich in einer Richtung grundsätzlich senkrecht zur Längsachse des Körpers erstrecken. Ebenfalls können sich die oberen Membranen grundsätzlich koplanar zueinander und entlang einer oberen Membran-Ebene erstrecken, die unteren Membranen können sich grundsätzlich koplanar zueinander und entlang einer unteren Membran-Ebene erstrecken, wobei die obere Membran-Ebene und die untere Membran-Ebene grundsätzlich parallel zueinander sein können. Darüber hinaus kann die obere Membran und die untere Membran einer bestimmten der Mehrzahl von Kammern eine gemeinsame zentrale Achse aufweisen.
  • In einer noch weiteren Ausgestaltung kann besagte obere Membran und besagte untere Membran eine Wellenmembran aufweisen, derart, dass die Wellenmembran z. B. im Wesentlichen frei von statischer Reibung ist. Weiterhin kann ein gemeinsamer oberer Membranträger die jeweiligen oberen Membranen integriert aufweisen. Der gemeinsame obere Membranträger kann zwischen dem Druckluftverteiler und einem Flüssigkeitsverteiler des Körpers eingefasst angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst jede der Mehrzahl an Kammern einen oberen Kammerabschnitt, der über der oberen Membran angeordnet ist; einen mittleren Kammerabschnitt, der zwischen der oberen Membran und der unteren Membran angeordnet ist und einen unteren Kammerabschnitt, der unterhalb der unteren Membran angeordnet ist. Der obere Kammerabschnitt ist im Betrieb mit einer Druckluftquelle verbunden. Der mittlere Kammerabschnitt definiert einen Flüssigkeitsweg zwischen einem Flüssigkeitsverteiler des Körpers und dem Wärmeübertragungselement. Ein Ventil kann in dem Flüssigkeitsweg zwischen dem mittleren Kammerabschnitt und dem Wärmeübertragungselement angeordnet sein.
  • Weiterhin kann das Wärmeübertragungselement selektiv von der Basis entfernbar sein. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselementselektiv durch eine der folgenden Möglichkeiten entfernbar sein: Passung, Schnappverbindung und Schnellverschluss. Darüber hinaus kann bei der Vorrichtung ein Wärmeübergangsmaterial zwischen dem Wärmeübergangselement und dem Bauelement vorgesehen sein, das diese kontaktiert. Das Wärmeübergangsmaterial kann dabei z. B. Kohlenstoffnanoröhrchen enthalten.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements. Die Vorrichtung beinhaltet ein Substrat und Nanoröhrchen, wobei die Nanoröhrchen so gestaltet und angeordnet sind, dass sie eine Wärmeübergangsschicht zwischen dem Substrat und dem Bauelement bilden. Das Bauelement kann ein Halbleiterbauelement umfassen. Die Nanoröhrchen umfassen weiterhin Kohlenstoffnanoröhrchen mit einer Höhe im Bereich von 25 μm und 150 μm und weisen zwischen 15 psi und 75 psi einem im Wesentlichen gleichmäßigen Wärmewiderstand auf.
  • Darüber hinaus kann das Substrat ein Wärmeübergangselement einer Temperatur-Regeleinrichtung aufweisen, das so gestaltet und angeordnet ist, dass Änderungen in der Temperatur des Bauelements ausgeglichen werden und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beibehalten wird.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist das Substrat über wieder lösbares Wärmelot oder Wärmeleitpaste mit dem Wärmeübertragungselement verbunden und das Wärmeübertragungselement ist in einem Wärmecontroller enthalten der so gestaltet und angeordnet ist, dass Änderungen einer Temperatur des Bauelements ausgeglichen werden und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beibehalten wird.
  • In noch einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung zusätzlich zumindest ein Anschlagselement auf, der mit dem Substrat verbunden ist. Das zumindest eine Anschlagselement ist gestaltet und angeordnet, um eine axiale Kraft auf das Bauelement zu übertragen. Zusätzlich ist die Länge des zumindest eines Anschlagselements kleiner als die Länge der Nanoröhren. Zusätzlich kann die Vorrichtung zumindest einen Vakuumkanal aufweisen, der durch das Substrat verläuft, derart, dass das zumindest eine Anschlagselement, der zumindest eine Vakuumkanal und das Substrat eine Vakuum-Saugnapf am Bauelement bilden. In einer weiteren Ausgestaltung sind die Nanoröhren direkt auf einem Substrat aufgewachsen, wobei das Substrat eine Kupferoberfläche eines Kühlkörpers umfassen kann. In noch einer weiteren Ausgestaltung kann das Substrat eine erste Seite und eine zweite Seite umfassen. Eine erste Vielzahl von Nanoröhren sind mit der ersten Seite verbunden und eine zweite Vielzahl von Nanoröhren ist mit der zweiten Seite verbunden. Darüber hinaus kann das Substrat Folie umfassen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements. Die Vorrichtung beinhaltet einen Körper, aufweisend eine Mehrzahl an Kammern, die im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse des Körpers angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern eine obere Membran und eine untere Membran aufweist. Die Vorrichtung beinhaltet zudem ein Wärmeübertragungselement, das mit dem Körper über die Mehrzahl der Kammern derart verbunden ist, dass die Mehrzahl der Kammern sich in einem Flüssigkeitsaustausch mit dem Wärmeübertragungselement befindet, ein Substrat, verbunden mit dem Wärmeübertragungselement, und Nanoröhren, verbunden mit dem Substrat. Die Nanoröhren sind gestaltet und angeordnet, um eine Wärmeübergangsschicht zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Bauelement zu bilden, wobei eine Temperatur des Wärmeübertragungselementes die Temperatur des Bauelements ausgleicht und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beibehält.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung gibt eine detaillierte Beschreibung anhand von nicht einschränkenden Beispielen mit Bezug auf die angegebenen Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente in allen Ansichten der Zeichnungen darstellen und in denen:
  • 1A eine beispielhafte Übergangsgrenzfläche nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 1B einen beispielhaften Wärmewiderstand an der Grenzfläche gemäß 1A zeigt;
  • 2 eine beispielhafte Temperatur-Regeleinrichtung und ein Bauelement unter Testbedingungen nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 3 beispielhaft eine weitere Grenzfläche gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 4 ein beispielhaftes System gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 5 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Wärmekörpers gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 6 eine beispielhafte schematische Ansicht eines Ventils einer Temperatur-Regeleinrichtung gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 7 eine Abbildung des Mischens von kalter-, Solltemperatur- und warmer Flüssigkeit gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 8 eine Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Systems aus 4 zeigt;
  • 9 eine weitere Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Systems gemäß 4 zeigt;
  • 10 eine weitere Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Systems gemäß 4 zeigt;
  • 11 eine weitere Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Sys tems gemäß 4 zeigt;
  • 12 eine Teilansicht von einem alternativen System gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 13 eine andere Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Systems gemäß 12 zeigt;
  • 14 eine andere Teilansicht von Bereichen des beispielhaften Systems gemäß 12 zeigt;
  • 15A eine beispielhafte Implementierung von Wärmeübergangsmaterial gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 15B ein Diagramm des Wärmewiderstands des Wärmeübergangsmaterials gemäß 14A zeigt;
  • 16 eine beispielhafte Implementierung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 17 eine andere beispielhafte Implementierung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 18 eine andere beispielhafte Implementierung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung zeigt;
  • 19 eine andere beispielhafte Implementierung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung zeigt; und
  • 20 eine andere beispielhafte Implementierung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und Methode zum Bereitstellen einer verbesserten Übergangsfläche zwischen einer Temperatur-Regeleinrichtung und einem elektronischen Bauteil, wie z. B. einem elektronischen Festkörperbauteil, das in einer kontrollierten Umgebung getestet wird, auch bezeichnet als Bauteil im Test (DUT – Device Under Test). In einer Ausgestaltung ist der Kühlkörper im Betrieb über eine nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung über einen freischwingenden Trägerrahmen an einen Wärmekörper gekoppelt. Die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung bietet die Möglichkeit, den Kühlkörper auszufahren und einzuziehen und in Kontakt mit dem DUT zu bringen, bzw. den Kontakt zu trennen, ohne dass eine ungleichmäßige Kraft (z. B. Drehmoment, Moment, usw.) auf das DUT ausgeübt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest der Kühlkörper lösbar mit dem Wärmekörper verbunden. In noch einer weiteren Aus gestaltung ist ein Wärmeübergangsmaterial vorhanden, das Nanoröhrchen aufweist. Durch die Verwendung von Nanoröhrchen wird ein im Wesentlichen gleichförmiger Wärmewiderstand der Grenzfläche bereitgestellt, selbst wenn die Grenzfläche nicht koplanare Oberflächen umfasst. Wie hiermit definiert, bedeutet ”Kühlkörper” jedes Wärmeübertragungselement oder Einrichtung (z. B. Stromdurchflussheizer, Heizer, Wärmeleitrohr, Kreuzflusswärmetauscher, usw.) geformt und angeordnet um Wärme zu und/oder von einem Objekt zu transferieren, mit dem es in thermischem Kontakt ist.
  • Nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung
  • 4 zeigt eine Temperatur-Regeleinrichtung und eine zugehörige nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung, umfassend einen freischwingenden Trägerrahmen für einen Kühlkörper gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung kann mit jeder geeigneten Temperatur-Regeleinrichtung benutzt werden, die ausgestaltet und angeordnet ist, um einen Kühlkörper in Kontakt mit einem DUT zu bringen. In einer beispielhaften Ausgestaltung wird die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung mit einem Wärmekörper, wie er in der ebenfalls anhängigen Anmeldung PCT/US07/74727 des Anmelders beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich über den Verweis in seiner Gesamtheit übernommen wird.
  • Insbesondere zeigt die beispielhafte Ausgestaltung in 4 eine nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502, die im Betrieb mit einem Wärmekörper 500 und einem Kühlkörper 515 verbunden ist. Die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 erlaubt es, den Kühlkörper 515 in Kontakt mit einem DUT (nicht gezeigt) zu bringen, das sich in einer Testposition auf dem Substrat 508 befindet. Eine Mischkammer 517 ist zum Flüssigkeitsaustausch mit verschiedenen Flüssigkeitsöffnungen 505a, 505b, 505s, 505aR, 505bR, 505sR ausgestaltet und angeordnet, um den Kühlkörper 515, und somit das DUT, auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Ein Ventil 524 steuert den Flüssigkeitsstrom zwischen dem Kühlkörper 515 und den Flüssigkeitsöffnungen 505a, 505b, 505s, 505aR, 505bR, 505sR, wie weiter unten detailliert beschrieben ist. Wie im Rahmen der Beschreibung und der Ansprüche durchgängig benutzt, kann eine ”Flüssigkeit” jedes nicht feste Material dar stellen, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf, einer Flüssigkeit, einem Gas, Partikel, Granulate und jegliche Kombinationen davon.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Wärmekörpers 500 gemäß einer nicht einschränkenden Ausgestaltung der Erfindung, die drei Flüssigkeitsquellen (auch bezeichnet als Reservoire) benutzt, nämlich eine Quelle für kalte Flüssigkeit 510, eine Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeits 513 und eine Quelle für heiße Flüssigkeit 520. Die Flüssigkeit in der Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513 weist eine höhere Temperatur auf als die Flüssigkeit in der Quelle für kalte Flüssigkeit 510. Insbesondere ist die Flüssigkeit in der Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513 auf eine Temperatur gesetzt, die grundsätzlich dieselbe ist wie die Solltemperatur eines DUT (unter Berücksichtigung von thermischen Verlusten, die möglicherweise innerhalb des Wärmekörpers 500 auftreten können). Falls die Solltemperatur des DUT z. B. 80°C ist, kann die Temperatur der Flüssigkeit in der Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513 auf z. B. 85°C gesetzt sein.
  • Weiterhin ist die Temperatur der Flüssigkeit in der Quelle für heißen Flüssigkeit auf eine höhere Temperatur gesetzt, als die Flüssigkeit in der Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513. Zur Erhöhung der Energieeffizienz kann die Flüssigkeitssolltemperatur näher an der Temperatur der kalten Flüssigkeit liegen als an der Temperatur der heißen Flüssigkeit. Während 5 drei Flüssigkeitsquellen mit drei verschiedenen Temperaturen 510, 513, 520 zeigt, erkennt der Fachmann, dass mehr als drei Flüssigkeitsquellen mit mehr als drei verschiedenen Temperaturen oder dass eine oder mehrere Flüssigkeiten mit einer bestimmten Temperatur in alternativen Ausgestaltungen eingesetzt werden können. Falls das System z. B. zum Testen von drei DUTs bei verschiedenen Solltemperaturen konfiguriert sein soll, kann das System eine Quelle für kalte Flüssigkeit, eine Quelle für Flüssigkeit einer ersten Solltemperatur, eine Quelle für Flüssigkeit einer zweiten Solltemperatur, eine Quelle für Flüssigkeit einer dritten Solltemperatur und eine Quelle für heiße Flüssigkeit beinhalten, insgesamt also fünf verschieden Flüssigkeitsquellen, die entsprechende Flüssigkeiten auf fünf verschiedenen Temperaturen beinhalten.
  • Wie in 5 gezeigt, verbindet eine Leitvorrichtung 505 die drei Flüssigkeitsquellen 510, 513, 520 mit dem Kühlkörper 515. Insbesondere strömt kalte Flüssigkeit durch die Leitung für kalte Flüssigkeit 505a und wird durch den Wärmekörper 500 über einen Verteiler 580 geleitet, indem die kalte Flüssigkeit an einem Ventil 524 (einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein Scheibenventil) ansteht. Weiterhin verlässt Solltemperatur-Flüssigkeit die Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513, um über eine Leitung 505b in die Quelle für heiße Flüssigkeit 520 einzutreten. Wenn die Solltemperatur-Flüssigkeit in der Quelle für heiße Flüssigkeit 520 eine vorgegebene hohe Temperatur erreicht hat, tritt die heiße Flüssigkeit durch die Leitung 505b und wird über den Verteiler 580 durch den Wärmekörper 500 geleitet, wo die heiße Flüssigkeit an dem Ventil 524 ansteht. Solltemperatur-Flüssigkeit, die nicht in die Quelle für heiße Flüssigkeit 520 eingeleitet wird, durchströmt die Leitung 505s und wird über den Verteiler 580 durch den Wärmekörper 500 geleitet, wo die Solltemperatur-Flüssigkeit am Ventil 524 ansteht. Zur Erhöhung der Energieeffizienz kann während des Testens des DUTs die Solltemperatur-Flüssigkeit ausschließlich mit kalter Flüssigkeit gemischt werden. Mit anderen Worten resultiert das Verhindern eines direkten Mischens von kalter und heißer Flüssigkeit in einer Erhöhung der Energieeffizienz, da eine direkte Mischung von kalter und heißer Flüssigkeit sowohl in einem signifikanten Energieverbrauch, als auch in der erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass sich Temperaturgradienten über den Kühlkörper 515 ausbilden, resultiert.
  • 6 zeigt schematisch ein Scheibenventil 524, das mit der Kaltflüssigkeitsleitung 505a, der Solltemperatur-Flüssigkeitsleitung 505s und der Heißlüssigkeitsleitung 505b in Verbindung steht. Das Ventil 524 ist bevorzugt unmittelbar über dem Kühlkörper angeordnet und rotiert entweder um 180° oder um 300° um eine gewünschte Mischung von kalter Flüssigkeit, Solltemperatur-Flüssigkeit und heißer Flüssigkeit freizugeben, so dass Mischflüssigkeit einer vorgegebenen Temperatur zum Kühlkörper 515 (gezeigt in 5) fließt. Insbesondere wird in einer nicht einschränkenden Ausgestaltung kalte Flüssigkeit abgegeben, wenn das Ventil 524 sich bei einer Rotation von 0° befindet, Solltemperatur-Flüssigkeit abgegeben, wenn sich das Ventil bei einer Drehstellung von 90° befindet, heiße Flüssigkeit abgegeben, wenn sich das Ventil bei einer Drehstellung von 180° befindet und wenn das Ventil bei einer Drehstellung von 270° ist, wird Flüssigkeit, die bereits in den Kühlkörper 515 geflossen ist, über die Rückführleitung 505R (gezeigt in 5) zurückgeführt, wobei Flüssigkeit mit einer grundsätzlich konstanten Rate ausfließen kann. Hierbei ist das Ventil 524 bevorzugt an der Kreuzung der Flüssigkeitszufuhrleitung 505a, 505s und 505b positioniert. Für eine optimal schnelle Tempera turänderung findet die Vermischung der Flüssigkeiten bevorzugt am Eingang des Kühlkörpers statt, um die Flüssigkeitsdurchlaufzeiten zu minimieren. Auch benötigen in der oben beschriebenen Konfiguration der Kühlkörper 515 und die Mischkammer 517 (gezeigt in 4) nur einen einzelnen Einlass und einen einzelnen Auslass. Zudem sind Probleme mit der Nichtkomprimierbarkeit von Flüssigkeiten durch die Nähe der Vermischung an dem Kühlkörper 515 reduziert. Zusätzlich verringert die oben beschriebene Konfiguration Probleme bei der Wiederholbarkeit und Hysterese. Dennoch ist die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Scheibenventil beschränkt. Andere geeignete Ventile und/oder Einsteller können zusammen mit der Erfindung benutzt werden.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die das Mischen von kalter, Solltemperatur- und heißer Flüssigkeit in Abhängigkeit der Betätigung des Ventils 524 zeigt. Insbesondere zeigt 7, dass der Gesamtabfluss bei einer konstanten Rate von etwa 2 Litern pro Minute liegt; wobei jedoch der Fachmann erkennt, dass diese Rate größer oder kleiner als 2 Liter pro Minute sein kann und variabel anstatt konstant. Während 4 bis 7 im Zusammenhang mit einem Dreiflüssigkeitssystem beschrieben sind, versteht es sich weiterhin, dass die Erfindung nicht auf den Einsatz eines Dreiflüssigkeitssystems beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine einzelne Flüssigkeit benutzt werden, wobei Teile der Flüssigkeit mit verschiedenen entsprechenden Temperaturen in unterschiedlichen Mengen innerhalb eines Kühlkörpers gemischt werden, um die Temperatur des DUT zu regeln und beizubehalten. Alternativ können mindestens zwei verschiedene Flüssigkeiten, die verschiedene entsprechende Temperaturen haben, in unterschiedlichen Mengen in dem Kühlkörper gemischt werden, um die Temperatur des DUTs zu kontrollieren und beizubehalten. Zusätzlich können zwei oder mehr verschiedene Flüssigkeiten in verschiedenen Aggregatszuständen in der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Zum Beispiel kann ein gasförmiges Fluid mit einem flüssigen Fluid gemischt werden, in Übereinstimmung mit einem nicht einschränkenden Merkmal der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus kann die Erfindung mit mehr als drei Flüssigkeiten benutzt werden.
  • 5 zeigt, dass Flüssigkeit aus der Rückführleitung 505R über die Solltemperatur-Flüssigkeitsrückführleitung 505sR zur Quelle für Solltemperatur-Flüssigkeit 513 zurückgeführt wird und ebenso über die Kaltflüssig keitsrückführleitung 505aR zu der Quelle für kalte Flüssigkeit 510. Mit anderen Worten, während drei Flüssigkeitszufuhrleitungen 505a, 505s, 505b in dem Wärmekörper vorgesehen sind, sind nur zwei Flüssigkeitsrückführleitungen 505aR, 505sR (oder 505aR, 505bR; oder 505sR, 505bR) vom Wärmekörper aus vorgesehen. 4 zeigt jedoch eine schematische, perspektivische Ansicht des Wärmekörpers 500 mit drei Flüssigkeitszufuhrleitungen 505a, 505s, 505b, die zu dem Wärmekörper verlaufen, und drei Flüssigkeitsrückführleitungen 505aR, 505sR, 505bR, die von dem Wärmekörper abgehen. Der Fachmann erkennt, dass in alternativen Ausgestaltungen nur eine von dem Wärmekörper abgehende Flüssigkeitsrückführleitung vorgesehen sein kann. Zudem besteht, nachdem die vereinigte Flüssigkeit zu dem Kühlkörper 515 fließt, nur eine geringe Temperaturdifferenz zwischen der Solltemperatur und der heißen Flüssigkeit, so dass die Solltemperatur-Rückführleitung 505sR im oberen Bereich des Wärmekörpers 500 nahe der Heißflüssigkeitsrückführleitung 505bR angeordnet ist, was in geringen Wärmeverlusten resultiert. Zusätzlich kann die zuvor genannte kombinierte Flüssigkeitrückführung entweder intern oder extern des Wärmekörpers 500 durchgeführt werden.
  • Es versteht sich natürlich, dass jede andere Methode, um thermische Energie von einer Flüssigkeit zu übertragen (d. h. um ein kaltes delta T und ein heißes delta T aufrechtzuerhalten), um die Temperatur des DUTs beizubehalten, hier übernommen werden kann, ohne dass der Umfang und die Idee der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt wird. Es versteht sich weiter, dass die Flüssigkeiten jede Anzahl an verschiedenen Temperaturen aufweisen können, oder alternativ, die Flüssigkeit bei einer einzigen Temperatur sein kann. Zum Beispiel kann in einer Ausgestaltung der Erfindung die durch den Verteiler 305 fließende Flüssigkeit in drei oder mehr Teile aufgeteilt werden, von denen jede ein anderes Delta T hat, die in verschiedenen Mengen vermischt werden, um eine gewünschte Temperatur der gemischten Flüssigkeiten zu erlangen.
  • 8 zeigt eine Teilansicht eines Systems gemäß Aspekten der Erfindung. Das System umfasst, unter anderem, einen Wärmekörper 500, eine Kaltflüssigkeitsrückführleitung 505aR, eine Solltemperatur-Flüssigkeitszufuhr 505s, eine Heißflüssigkeitszufuhr 505b, ein Ventil 524, einen Kühlkörper 515, eine Mischkammer 517 und ein Substrat 508 (die ähnlich zu den oben im Zusammenhang mit den 4 bis 7 beschriebenen Elementen sein können. Der Wärmekörper 500 beinhaltet eine obere Platte 605, einen Druckluftverteiler 610, einen Flüssigkeitsverteiler 615 und eine untere Platte 620, wobei jede/jedes von diesen aus einem geeigneten Material bestehen kann, wie z. B. Metall, Plastik, Verbundmaterial usw.. Die obere Platte 605 stellt Anschlussmöglichkeiten (z. B. Gewindeanschlüsse) für die Flüssigkeitszuleitungen 505a, 505s, 505b, die Flüssigkeitsrückführleitungen 505aR, 505sR, 505bR und einen Druckanschluss 505 bereit (weiter unten detaillierter beschrieben). Der Druckluftverteiler 610, der Flüssigkeitsverteiler 615 und die untere Platte 620 umfassen in axialer Richtung ausgerichtete Vertiefungen, die zusammen genommen sechs entsprechende Kammern 630 formen, die ausgebildet und angeordnet sind, um den Wärmekörper 500 mit der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 zu verbinden. In der im Zusammenhang mit den 8 bis 11 beschriebenen beispielhaften Ausgestaltung sind sechs Kammern 630 gezeigt, die im Wesentlichen symmetrisch um zusammentreffende zentrale Achsen des Wärmekörpers 500 und der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 angeordnet sind; wobei jedoch jede geeignete Zahl von Kammern 630 (z. B. größer oder kleiner als die gezeigten sechs) mit der Erfindung benutzt werden kann.
  • In jeder Kammer 630 ist zwischen dem Druckluftverteiler 610 und dem Flüsigkeitsverteiler 650 eine obere Membran 635 angeordnet. Weiter ist eine untere Membran 640 innerhalb jeder Kammer 630 zwischen dem Flüssigkeitsverteiler 610 und der unteren Platte 620 angeordnet. Die obere Membran 635 und die untere Membran 640 teilen jede Kammer 630 in einen oberen Kammerabschnitt 630a, einen mittleren Kammerabschnitt 630b und einen unteren Kammerabschnitt 630c. Die obere Membran 635 stellt eine grundsätzlich luftdichte Dichtung zwischen dem oberen Kammerabschnitt 630a und dem mittleren Kammerabschnitt 630b dar, wohingegen die untere Membran 640 eine Öffnung aufweist, die den Durchfluss von Flüssigkeit zwischen der dem mittleren Kammerabschnitt 630b und dem unteren Kammerabschnitt 630c ermöglicht.
  • In Weiterbildung umfasst die obere Membran 635 und die untere Membran 640 jeweils entsprechende gesellte Membranen, wie die von Bellofram Corp., aus Newell, WV hergestellten, wobei der Fachmann erkennt, dass jede geeignete gewellte Membran im Rahmen der Erfindung benutzt wer den kann. In einer bevorzugten Implementierung kann ein gemeinsamer oberer Membranträger 636, der jede der entsprechenden oberen Membranen 635 zusammenfassend beinhaltet, zwischen dem Druckluftverteiler 610 und dem Flüssigkeitsverteiler 615 eingefasst sein, wie in den 8 und 11 gezeigt. Auf ähnliche Weise kann ein gemeinsamer unterer Membranträger 641, der die jeweiligen unteren Membranen 640 zusammenfassend beinhaltet, zwischen dem Flüssigkeitsverteiler 615 und der unteren Platte 620 eingefasst sein.
  • Noch mit Verweis auf 8: ein oberes Kammerelement 650a ist in jedem oberen Kammerabschnitt 630a vorgesehen, ein mittleres Kammerelement 650b ist in jedem mittleren Kammerabschnitt 630b vorgesehen und ein unteres Kammerelement 650c ist in jedem unteren Kammerabschnitt 650c vorgesehen. Die entsprechenden unteren Kammerelemente 650c sind mit dem Körper 655 der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung verbunden. Die obere Membran 635 und die untere Membran 640 sind mit entgegengesetzter Ausrichtungen angeordnet, was einen axialen Versatz der des oberen Kammerelements 650a, des mittleren Kammerelements 650b und des unteren Kammerelements 650c übereinstimmend entlang einer zentralen Achse der Kammer 630 ermöglicht. Auf diese Weise bilden die Membran 635, 640 und die Kammerelemente 650a, 650b, 650c in jeder entsprechenden Kammer 630 zusammen eine schwimmende Aufhängung der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 an dem Wärmekörper 500.
  • In Ausgestaltung fällt eine zentrale Achse der nichtbeeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 im Wesentlichen mit einer zentralen Achse des Wärmekörpers 500 zusammen und die entsprechenden gleitenden Aufhängungen sind im Wesentlichen symmetrisch um diese Achsen angeordnet. Somit bilden die schwimmenden Aufhängungen zusammen einen freischwingenden Tragerahmen als Verbindung zwischen dem Wärmekörper 500 und der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502. Diese freischwingende Trägerverbindung stattet die nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 gegenüber dem Wärmekörper 500 mit sechs Freiheitsgraden der Bewegung aus, wie weiter unten detaillierter beschrieben ist.
  • 9 zeigt das System von 8 mit durchsichtiger oberer Platte 605, so dass der Druckluftverteiler 610 sichtbar ist. Wie in 9 gezeigt, steht jeder obere Kammerabschnitt 630a in Verbindung mit dem Druckanschluss 550 über die Druckluftanschlüsse 645, die in dem Druckluftverteiler 610 gebildet sind. Auf diese Weise kann die axiale Position der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 durch Einstellen des Luftdruckes in dem oberen Kammerabschnitt 630a kontrolliert werden. In Ausgestaltungen haben die schwebenden Aufhängungen eine Grundausrichtung in Richtung einer Grundposition entlang der z-Achse aufgrund der entgegengesetzten Ausrichtung der oberen Membran 635 und der unteren Membran 640. Durch das Anwenden eines positiven Luftdrucks auf den entsprechenden oberen Kammerabschnitt 630a kann die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 in axialer Richtung nach unten (d. h. aus dem Wärmekörper 500 entlang der z-Achse heraus) bewegt werden. Umgekehrt kann durch Anwenden eines negativen Drucks (z. B. eines Vakuums) in den oberen Kammerbereichen 630a die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 in axialer Richtung aufwärts (d. h. in den Wärmekörper 500 entlang der z-Achse hinein) bewegt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 um 1 Millimeter in jede Richtung aus der neutralen Position heraus bewegt werden, was einen Gesamtbewegungsweg von 2 Millimeter in der Richtung der z-Achse bedeutet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bewegungsweg beschränkt und die entsprechenden Komponenten können so entworfen werden (z. B. bezüglich ihrer Größe), dass jeder geeignete Bewegungsweg in Richtung der z-Achse bereitgestellt wird.
  • Die Bewegung der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 in Richtung der z-Achse erlaubt es, den Kühlkörper 505 kontrolliert axial zu bewegen, bis er in Kontakt mit dem Substrat 508, das das DUT trägt, kommt. ”Axial” bezieht sich hierbei auf eine Richtung die grundsätzlich parallel zu der übereinstimmenden Achse der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 und dem Wärmekörper 500. Aufgrund der durch die Membrane 635, 640 hervorgerufenen freischwebenden Verbindung zwischen dem Wärmekörper 500 und der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 wird ein Kontaktpunkt zwischen dem Kühlkörper und dem DUT ein Rotationsmittelpunkt für die Trägerverbindung zwischen dem Wärmekörper 500 und der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502. Auf diese Weise kann die Grenzfläche des Kühlkörpers 515 gekippt oder gedreht werden, um, falls notwendig, eine bezüglich der Oberfläche des DUTs im Wesentlichen koplanaren Stellung einzunehmen. Weiterhin ist, da der Bewegungsmittelpunkt der freischwebenden Trägerverbindung (und daher des Kühlkörpers 515) ein Kon taktpunkt zwischen dem Kühlkörper 515 und dem DUT darstellt, jegliche Rotation des Kühlkörpers 515 möglich, ohne eine begleitende Translationsbewegung des Kühlkörpers 515 relativ zum DUT (z. B. falls sich der Kühlkörper bewegt und das DUT ortsfest ist). Somit werden der Kühlkörper 515 und das DUT mit im Wesentlichen koplanaren Grenzflächen zueinander ausgerichtet, ohne dass ein unerwünschtes Verkratzen (z. B. Abtragen) der Oberfläche des DUTs durch den Kühlkörper 515 auftritt.
  • Da die entsprechenden Kammern 630 im Wesentlichen symmetrisch um die zentrale Achse des Wärmekörpers 500 und der nichtbeeinträchtigenden Andrückvorrichtung 502 angeordnet sind und da jeder obere Kammerabschnitt 630 dem gleichen Luftdruck (positiv oder negativ) ausgesetzt ist, verläuft jedwede Kraft, die von dem Kühlkörper 515 auf das DUT ausgeübt wird, im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des DUTs. So gesehen verhindern Implementierungen der Erfindung, dass ein unerwünschtes Drehmoment auf das DUT ausgeübt wird. Weiterhin wird, da die obere Membran 635 und die untere Membran 640 beide gewellte Membranen aufweisen, die im Wesentlichen frei von statischer Reibung sind, axiale Kraft gleichmäßig auf die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 und somit auf das DUT übertragen. Auf diese Weise wird eine ruckartige Erschütterung (d. h. ein plötzlicher Wechsel in der Beschleunigung beim Überwinden der Haftreibung) im Wesentlichen ausgeschaltet und die Möglichkeit einer durch ruckartige Erschütterung hervorgerufenen Beschädigung des Kühlkörpers 515 und/oder des DUTs wird minimiert.
  • 10 zeigt das beispielhafte System aus 8, wobei die obere Platte 605, der Druckluftverteiler 610 und der gemeinsame obere Membranträger 636 entfernt sind. Wie in 10 gezeigt, ist jeder der mittleren Kammerabschnitte 630b über in dem Flüssigkeitsverteiler 615 ausgeformte Kreuzanschlüssen 670 mit einer entsprechenden Flüssigkeitsleitung (z. B. 505a, 505s, 505b, 505aR, 505sR, 505bR) verbunden. Weiterhin sind in 10 das obere Kammerelement 650a und das mittlere Kammerelement 650b nicht gezeigt, so dass die unteren Membranen 640 in den Kammern 630 sichtbar sind.
  • Mit Verweis zurück auf 8 enthält jedes mittlere Kammerelement 650 eine Querbohrung 675, die sich mit einer axialen Bohrung 680 überschneidet. Die Querbohrung 675 öffnet sich in den mittleren Kammerabschnitt 630 und die axiale Bohrung 680 steht in Verbindung mit einem Durchbruch 685 des unteren Kammerabschnitts 650c über ein Loch in der unteren Membran 640. Weiterhin steht jeder Durchbruch 685 in Verbindung mit einem entsprechenden Flüssigkeitskanal 690 des Körpers 655 der nichtbeeinträchtigenden Andrückvorrichtung, wodurch jeder Flüssigkeitskanal 690 zum Ventil 524 führt. Auf diese Weise stellt eine kontrollierte Betätigung des Ventils 524 selektiv eine Verbindung zwischen den Flüssigkeitszuführleitungen 505a, 505s, 505b und einem Einlasskanal 693 der Mischkammer 517 her und zwischen einem Auslasskanal 695 der Mischkammer 517 und den Flüssigkeitsrückführleitungen 505aR, 505sR, 505bR. Dadurch kann der Kühlkörper 515 und somit das DUT auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden (wie oben im Zusammenhang mit den 4 bis 7 beschrieben). Das beschriebene System kann z. B. für Solltemperaturen (z. B. DUT Testtemperaturen) aus einem Bereich von ungefähr –80°C bis ungefähr 200°C benutzt werden. Es wird jedoch angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diesen Temperaturbereich beschränkt ist und dass das System für die Benutzung jeder geeigneten Temperatur entworfen sein kann.
  • In Implementierungen können Druckfluktuationen in den entsprechenden Flüssigkeitsleitungen (z. B. 505a, 505s, 505b, 505aR, 505sR, 505bR) beim Betrieb des Systems auftreten. Zum Beispiel kann eine Zufuhrleitung zeitweise einen höheren Flüssigkeitsdruck aufweisen als eine Rückführleitung, und umgekehrt. Da jedoch alle Flüssigkeiten (Zufuhr wie Rückführung) zwischen den unteren und den oberen Membranen 635, 640) in die entsprechenden Kammern 630 eintreten, erfährt jede Membran 635, 640 einer Kammer 630 denselben (d. h. ausgleichenden) Druck, so dass keine Axialkraft auf die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 502 durch die Flüssigkeitszuführung ausgeübt wird, was das Minimieren unerwünschter ungleicher Kräfte (z. B. Drehmomente) auf den Kühlkörper und/oder das DUT unterstützt.
  • 11 zeigt das beispielhafte System der 8 mit entfernter oberer Platte 605, so dass der gemeinsamere obere Membranträger 636 sichtbar ist. Obwohl die Erfindung in Bezug auf einen gemeinsameren oberen Membranträger 636 beschrieben wurde, der die Vielzahl der Membranen 635 vereint, wird angemerkt, dass die Erfindung nicht beschränkt auf diese beispiel hafte Ausgestaltung ist. Zum Beispiel können separate Membranen 635, die untereinander nicht über einen gemeinsameren oberen Membranträger 636 verbunden sind, in jeder der entsprechenden Kammern 630 vorgesehen sein.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Mischkammer 517 (einschl. des Einlasskanals 693 und des Auslasskanals 695) und der Kühlkörper 515 selektiv als eine Einheit von dem Körper 655 der nichtbeeinträchtigenden Andrückvorrichtung entfernbar sein. Zum Beispiel kann die Mischkammer 517 über eine selektiv lösbare Verbindung am Körper 655 der nichtbeeinträchtigenden Andrückvorrichtung befestigt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einer Passung, einer Schnappverbindung, eines Schnellverschlusses oder einer anderen geeigneten Verbindung. Auf diese Weise können verschiedene Kühlkörper 515 (aufweisend z. B. verschiedene Wärmeübergangsflächen und/oder verschiedene Wärmeübergangsmaterialien) schnell und einfach zum Gebrauch beim Testen verschiedener Typen von DUTs an das System angepasst werden.
  • Die 12 bis 14 zeigen Teilansichten von alternativen Systemen gemäß weiteren Aspekten der Erfindung. Der Wärmekörper 710 gezeigt in 12 beinhaltet vier Flüssigkeitsleitungen 715 anstelle der sechs in 8 gezeigten. Die vier Flüssigkeitsleitungen 715 können z. B. eine heiße Zufuhrleitung, eine heiße Rückführleitung, eine kalte Zufuhrleitung und eine kalte Rückführleitung umfassen. Alternativ können die vier Flüssigkeitsleitungen z. B. eine heiße Zufuhrleitung, eine Solltemperatur-Zufuhrleitung, eine kalte Zufuhrleitung und eine einzelne Rückführleitung aufweisen. Der Wärmekörper 710 umfasst weiter einen Druckluftvertieler 720, einen Flüssigkeitsverteiler 725 und eine untere Platte 730. Mit der unteren Platte 730 ist eine weitere Ausgestaltung einer nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 785 verbunden, die zumindest eine Mischkammer 735 und einen Kühlkörper 750 aufweist.
  • Ähnlich zu dem in 8 gezeigten System weisen der Druckluftverteiler 720, der Flüssigkeitsverteiler 725 und die untere Platte 730 axial ausgerichtete Bohrungen auf, die zusammen vier entsprechende Kammern 745 bilden, die symmetrisch um die gemeinsamen zentralen Achsen des Wärmekörpers 710 und der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 785 angeordnet sind. In jeder Kammer 745 ist eine obere gewellte Membran 750 und eine untere gewellte Membran 755 vorgesehen, die die Kammer 745 in einen oberen Kammerabschnitt 745a, einen mittleren Kammerabschnitt 745b und einen unteren Kammerabschnitt 745c aufteilen. Ein oberes Kammerelement 760a ist in dem oberen Kammerabschnitt 745a angeordnet. Weiter ist ein mittleres Kammerelement 760b in dem mittleren Kammerabschnitt 745b angeordnet. Zusätzlich ist ein unteres Kammerelement 760c in dem unteren Kammerabschnitt 745c angeordnet.
  • Wie in 13 gezeigt, enthält der Flüssigkeitsverteiler 725 entsprechende Anschlüsse 765, die die entsprechenden Flüssigkeitsleitungen 715 mit den entsprechenden mittleren Kammerabschnitten 745b verbinden. Jedes mittlere Kammerelement 760b hat eine Querbohrung 770, die sich mit einer axialen Bohrung 775 überschneidet. Die Querbohrung 770 steht in Verbindung mit dem mittleren Kammerabschnitt 745b. Die axiale Bohrung 775 steht dagegen in Verbindung mit einem Durchbruch 780 des unteren Kammerelements 760c. Weiterhin steht, wie in 12 zu sehen, der Durchbruch 780 jedes unteren Kammerelements 760c in Verbindung mit der Mischkammer 735. Auf diese Weise wird ein Flüssigkeitskanal zwischen jeder Flüssigkeitsleitung 715 und dem Kühlkörper 740 bereitgestellt.
  • Weiterhin stellen die Membran 750, 755 eine schwebende Verbindung zwischen der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung 785 und dem Wärmekörper 710 dar. Somit behält die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 785 sechs Freiheitsgrade der Bewegung relativ zum Wärmekörper 710 bei. Wie weiter in 14 zu sehen ist, weist der Druckluftverteiler 720 Druckluftanschlüsse 790 auf, die eine Verbindung zwischen der Druckluftleitung 795 und den oberen Kammerabschnitten 745a herstellen. Ähnlich zu dem oben in Zusammenhang mit 8 beschriebenen System kann somit die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung 785 durch geeignete Anwendung von Druck (oder Vakuum) auf die Druckluftleitung 795 axial (d. h., in Richtung der z-Achse) bewegt werden.
  • Ähnlich zu dem oben im Zusammenhang mit 8 beschriebenen System sind die Mischkammer 785 und der Kühlkörper 740 zudem selektiv als eine Einheit von dem Wärmekörper 710 entfernbar. Die Mischkammer 735 kann z. B. über selektiv lösbare Verbindungen 797 an den vier entsprechenden unteren Kammerelementen 760c befestigt sein, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf, einer Passung, einer Schnappverbindung, eines Schnellverschlusses oder jegliche andere geeignete Verbindung. Auf diese Weise können verschiedene Kühlkörper (z. B. mit unterschiedlichen Wärmeübergangsflächen und/oder unterschiedlichen Wärmeübergangsmaterialien) schnell und einfach zur Benutzung bei einem Test verschiedener Typen von DUTs an das System angepaßt werden.
  • Wie anhand der obigen Beschreibung ersichtlich, ist die nichtbeeinträchtigende Andrückvorrichtung somit nicht darauf beschränkt, mit einem bestimmten Wärmekörper benutzt zu werden. Stattdessen können Implementierungen der Erfindung mit jedem gewünschten Temperaturkontrollsystem benutzt werden, indem es wünschenswert ist, die Grenzfläche zwischen Kühlkörper und DUT von externen Kräften, die durch sonstige Teile des Systems erzeugt werden, zu schützen. Auf diese Weise minimiert die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung wesentlich den unerwünschten Einfluss der Temperatur-Regeleinrichtung auf die Grenzfläche zwischen dem Kühlkörper und dem DUT. Auch stellt die nicht-beeinträchtigende Andrückvorrichtung eine Aufhängung mit sechs Freiheitsgraden des Kühkörpers zum DUT an der Grenzfläche dar, wodurch nicht ausgeglichene Kräfte (z. B. Drehmomente) an der Grenzfläche ebenso verhindert werden, wie ein Schleifen (z. B. Abreiben) des Kühlkörpers gegenüber dem DUT. Weiterhin erlaubt die pneumatisch kontrollierte axiale Bewegung der nicht-beeinträchtigenden Andrückvorrichtung eine Bewegung des Kühlkörpers, die im Wesentlichen frei von ruckartigen Erschütterungen ist, und die Anwendung einer gleichmäßigen Kraft auf das DUT.
  • Wärmeübergangsmaterial
  • 15A zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Wärmeübergangsmaterials umfassend eine Vielzahl von Nanoröhrchen 805 gemäß Aspekten der Erfindung. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Nanoröhrchen 805 Kohlenstoff-Nanoröhrchen, gewachsen auf einem Substrat 810, wobei die Erfindung nicht auf diesen Typ von Nanoröhrchen beschränkt ist. Da die Nanoröhrchen 805 flexibel sind und dennoch ihre thermische Länge beim Biegen beibehalten, sind die Nanoröhrchen 805 in der Lage, sich an Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des DUT 815 (wie gezeigt in 15A) anzupassen und dabei einen im Wesentlichen gleichförmigen Wärmewiderstand über die Oberfläche des DUT 815 bereitzustellen (wie gezeigt in 15B). Entsprechend minimieren die Nanoröhrchen 805 ungewünschte thermische Gradienten entlang des DUT 815.
  • In Ausgestaltungen umfassen die Nanoröhrchen 805 Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die bis zu einer Höhe von ungefähr 150 μm auf einem Substrat 810 gewachsen sind. Das Substrat 810 kann z. B eine Oberfläche eines Kühlkörpers (z. B. des Kühlkörpers 515 wie oben beschrieben) umfassen, beispielsweise eine Kupferoberfläche. Das Aufwachsen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen direkt auf einer Oberfläche eines Kühlkörpers bietet einen vorteilhaft niedrigen Wärmewiderstand. Alternativ kann das Substrat 810, auf das die Nanoröhrchen 805 aufgewachsen sind, mittels eines lösbaren Wärmelots oder mittels einer Wärmeleitpaste an einen Kühlkörper angebracht werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Nanoröhrchen 805 einen Wärmewiderstand von weniger als oder gleich ungefähr 0,07 C/(W/cm2) (wobei C Grad Celsius, W Watt und cm Zentimeter angeben) bei Betriebsdrücken im Bereich von 15 psi bis zu 75 psi (pounds per square inch), was etwa 1,04 bar bis 5,2 bar entspricht, haben im Wesentlichen keine Wärmekapazität und können eine Ebenheit von besser als 50 μm bieten. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Nanoröhrchen, die diese spezifischen Eigenschaften haben. Andere Typen von Nanoröhrchen können im Rahmen der Erfindung benutzt werden. Zum Beispiel sind Nanoröhrchen mit einer Höhe im Bereich von 25 bis über 50 μm zur Benutzung mit der Erfindung denkbar. Darüber hinaus können in Ausgestaltungen der Erfindung Nanoröhrchen benutzt werden, die entweder umhüllt sind oder nicht umhüllt sind.
  • Die 16 und 17 zeigen weitere Aspekte, wie Nanoröhrchen 805 als flexibles Wärmeübergangsmaterial zwischen dem Substrat 810 und dem DUT 815 wirken können. Wie in 16 gezeigt, beschädigt beispielsweise ein Partikel 820 (z. B. Splitter), der in seiner Größe kleiner ist als die Länge der Nanoröhrchen 805, das Substrat 810 und/oder das DUT 815 nicht. Der Grund ist, dass die Nanoröhrchen 805, die wie auseinandergezogene thermische Federn wirken, sich um den Partikel 820 biegen. Wie in 17 gezeigt, überragt ein Wärmeübergangsmaterial, das aus einer Vielzahl von Nanoröhrchen 805 besteht, weiterhin ein demgegenüber kleineres DUT 815, ohne dass Verspannungen an dem Ende des DUT 15 hervorgerufen werden. Dieses mini miert eine mögliche Beschädigung des DUT 815, während gleichzeitig thermische Gradienten, hervorgerufen durch Verspannungen, verhindert werden.
  • 18 zeigt eine Ausgestaltung, in der Anschlagselemente 840 auf dem Substrat 810 zwischen den Nanoröhrchen 805 bereitgestellt sind. Solche Anschlagselemente 815 werden z. B. eingesetzt, wenn es gewünscht ist, eine Kraft von dem Substrat 810 auf das DUT 815 zu übertragen, was unter manchen Testbedingungen erforderlich ist. Die Anschlagselemente 840 sind aus jedwedem geeignetem Material hergestellt und können in jeder geeigneten Größe oder Abmessungen (z. B. Länge, Breite und Höhe) entworfen sein, abhängig von der geplanten Verwendung des Systems. Jedoch sind in einer bevorzugten Ausgestaltung die Anschlagselemente 840 kürzer als die Länge der nicht gestauchten Nanoröhrchen 805, so dass die Nanoröhrchen 805 bis zu einem gewissen Grad gestaucht werden müssen, bevor die Anschlagselemente 840 auf die Oberfläche des DUT 815 einwirken. Eine solche Anordnung sichert eine gleichförmige thermische Grenzfläche zwischen dem Substrat 810 und dem DUT 815, während eine Kraft (z. B. ungefähr 100 Pfund, entsprechend 445 N) auf das DUT 815 aufgebracht werden kann.
  • 19 zeigt eine Ausgestaltung in der Anschlagselemente 840 und Vakuumkanäle 845 am Substrat 810 bereitgestellt sind. Die Anschlagselemente 840 wirken wie oben mit Verweis auf 18 diskutiert. Die Vakuumkanäle 845 erlauben, dass ein negativer Druck auf das von dem Substrat 810, dem DUT 850 und den Anschlagselementen 840 eingeschlossene Volumen ausgeübt wird. Dadurch wird ein Vakuum-Saugnapf gebildet, der ermöglicht, das DUT 815 zu transportieren (z. B. Bewegen), während die gewünschten thermischen Eigenschaften und/oder die übertragenen Kräfte auf die Grenzfläche zwischen dem Substrat 810 und dem DUT 815 beibehalten werden.
  • 20 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Wärmeübergangsmaterials gemäß Aspekten der Erfindung. In dieser Ausgestaltung sind die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 805a, 805b an einer oberen Seite 850a und einer unteren Seite 850b an einem Substrat 850 befestigt. Das Substrat 850 und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 805 können einfach zwischen einem DUT 815 und einem Kühlkörper 855 angeordnet werden, ohne dass Wärmeleitpaste oder ein anderes Wärmeübergangsmaterial eingesetzt wird. Das Substrat kann Folie, wie z. B. Kupferfolie umfassen, auf die die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 805a, 805b aufgewachsen sind. Darüber hinaus kann das Substrat 850 eine Dicke haben, die es dem Substrat 850 erlaubt, flexibel zu sein. Eine solche Flexibilität des Substrats 850 hilft, die Anpassung der ebenfalls flexiblen Kohlenstoff-Nanoröhrchen 805a, 805b an die Oberflächen des DUT 815 und des Kühlkörpers 855 anzupassen.
  • Wie hierin beschrieben, bilden Implementierungen der Erfindung, die ein Wärmeübergangsmaterial aus Nanoröhrchen umfassen, eine im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeübergangsschicht, die die Oberfläche des DUT nicht zerstört und über die Ecken des DUT hinausragen kann, ohne Verspannungen hervorzurufen. Das Wärmeübergangsmaterial, umfassend Nanoröhrchen gemäß Aspekten der Erfindung, verbrennt darüber hinaus weder, noch gefriert es wie eine Wärmeübergangsflüssigkeit und kann Splitter ohne Beschädigung des DUT ausgleichen.
  • Falls nicht anders angegeben, sind alle Zahlen die numerische Werte von Eigenschaften (Temperatur, Länge, Wärmewiderstand usw.) ausdrücken und in Beschreibung und Ansprüchen benutzt werden, in allen Fällen als mit dem Ausdruck ”ungefähr” zu verstehen. Entsprechend sind, außer das Gegenteil ist angegeben, die in der Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen angegebenenen numerischen Parameter Näherungen, die abhängig von den gewünschten Eigenschaften, die durch die vorliegende Erfindung erreicht werden sollen, variieren können. Zumindest sollte jeder numerische Parameter hinsichtlich der Zahl der signifikanten Stellen und üblicher Rundungsregeln ausgelegt werden, was nicht als ein Versuch anzusehen ist, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Schutzumfang der Ansprüche zu beschränken.
  • Zusätzlich ist die Angabe von Zahlenbereichen in dieser Beschreibung als eine Offenbarung aller Zahlenwerte und Bereiche innerhalb dieses Bereiches anzusehen. Wenn ein Bereich z. B. von etwa 1 bis etwa 50 geht, wird erachtet, dass er z. B. 1, 7, 34, 46, 1, 23, 7 oder jeglichen anderen Wert oder Bereich innerhalb dieses Bereiches beinhaltet.
  • Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen beschrieben wurde, die in jeglicher geeigneter Art kombiniert werden können, ist davon auszugehen, dass die Wörter, die benutzt wurden, beschreibende und illustrierende Wörter sind, nicht einschränkende Wörter. Änderungen können im Bereich der angehängten Ansprüche, wie vorhanden und wie angepasst, gemacht werden, ohne vom Umfang und der Grundidee der Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Mittel, Materialien und Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die offenbarten Einzelheiten zu beschränken. Im Gegenteil erstreckt sich die Erfindung auf alle funktionell gleichwertigen Strukturen, Methoden und Verwendungen, sowie solche, die im Umfang der anhängigen Ansprüche liegen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Verbesserte Grenzfläche zur Temperaturkontrolle
  • Eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements. Die Vorrichtung beinhaltet einen Körper (500) der eine Mehrzahl von Kammern (630) aufweist, die im Wesentlichen symmetrisch um eine Achse des Körpers (500) angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern (630) eine obere Membran (635) und eine untere Membran (640) aufweist. Die Vorrichtung beinhaltet weiter ein Wärmeübertragungselement (515), das über die Mehrzahl an Kammern (630) derart an dem Körper (500) befestigt ist, dass die Mehrzahl von Kammern (630) sich in flüssigkeitsführender Verbindung mit dem Wärmeübertragungselement (515) befindet.

Claims (44)

  1. Eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements, umfassend: einen Körper (500) umfassend eine Mehrzahl von Kammern (630), die im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse des Körpers (500) angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern (630) eine obere Membran (635) und eine untere Membran (640) aufweist; und ein Wärmeübertragungselement (515), das über die Mehrzahl von Kammern (630) derart an dem Körper (500) befestigt ist, dass die Mehrzahl von Kammern (630) in einer flüssigkeitsführenden Verbindung mit dem Wärmeübertragungselement (515) steht.
  2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Temperatur des Wärmeübertragungselements (515) Änderungen in der Temperatur des Bauelements ausgleicht und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beibehält.
  3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Bauelement ein Halbleiterbauelement umfasst.
  4. Die Vorrichtung von Anspruch 1, bei der das Wärmeübertragungselement (515) relativ zum Bauelement beweglich ist,
  5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Wärmeübertragungselement (515) in sechs Bewegungsfreiheitsgraden relativ zum Bauelement bewegbar ist.
  6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Wärmeübertragungselement (515) eine Kraft auf das Bauelement aufbringt.
  7. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Kraft im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Bauelements ist.
  8. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Wärmeübertragungselement (515) in einer Richtung entlang der Längsachse relativ zum Körper (500) bewegbar ist.
  9. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Körper (500) einen Druckluftverteiler (720) aufweist, der mit einem oberen Abschnitt einer jeden der Mehrzahl von Kammern (630) verbunden ist.
  10. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der der Luftverteiler (720) mit einer externen Druckluft oder Vakuumquelle verbunden ist.
  11. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der das Wärmeübertragungselement (515) in eine Richtung der Längsachse weg vom Körper (500) bewegt wird, wenn die oberen Abschnitte einer jeden der Mehrzahl von Kammern (630) mit einem positiven Druck beaufschlagt werden.
  12. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der das Wärmeübertragungselement (515) entlang der Richtung der Längsachse auf den Körper (500) zu bewegt wird, wenn die oberen Abschnitte einer jeden der Mehrzahl von Kammern (630) mit einem Vakuum beaufschlagt werden.
  13. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Wärmeübertragungselement (515) eine Kraft auf das Bauelement aufbringt, wenn die oberen Abschnitte einer jeden der Mehrzahl von Kammern (630) mit einem positiven Druck beaufschlagt werden.
  14. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der besagte obere Membran (635) und besagte untere Membran (640) eine gewellte Membran aufweisen.
  15. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede der besagten oberen Membranen (635) und jede der besagten unteren Membranen (640) eine gewellte Membran aufweisen, die im Wesentlichen frei von statischer Reibung ist.
  16. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: besagte obere Membranen (635) sich grundsätzlich koplanar zueinander und entlang einer oberen Membranebene erstrecken, besagte untere Membranen (640) sich grundsätzlich koplanar zueinander und entlang einer unteren Membranebene erstrecken, und besagte obere Membranebene und besagte untere Membranebene grundsätzlich parallel zueinander sind.
  17. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die untere Membran (635) und die obere Membran (640) einer entsprechenden der Mehrzahl von Kammern (630) eine gemeinsame zentrale Achse haben.
  18. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend einen gemeinsamen oberen Membranträger (636), der jede der entsprechenden oberen Membranen (635) integral umfasst.
  19. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 18, bei der der gemeinsame obere Membranenträger (636) zwischen einem Luftverteiler (610) und einem Flüssigkeitsverteiler (615) des Körpers (500) eingeschlossen ist.
  20. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der jede der Mehrzahl von Kammern (630) ferner aufweist: einen oberen Kammerabschnitt (630a), angeordnet über der oberen Membran (635); einen mittleren Kammerabschnitt (630b), angeordnet zwischen der oberen Membran (635) und der unteren Membran (640); und einen unteren Kammerabschnitt (630c), angeordnet unterhalb der unteren Membran (640).
  21. Die Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der der obere Kammerabschnitt (630a) in Betrieb mit einer Druckluftquelle verbunden ist.
  22. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 20, bei der der mittlere Kammerabschnitt (630b) einen Flüssigkeitsweg zwischen einem Flüssigkeitsverteiler (650) des Körpers (500) und dem Wärmeübertragungselement (515) definiert.
  23. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 22, weiter aufweisend ein Ventil (524), angeordnet in dem Flüssigkeitsweg zwischen dem mittleren Kammerabschnitt (630b) und dem Wärmeübertragungselement (515).
  24. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Kühlkörper einzeln von der Basis entfernbar ist.
  25. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der der Kühlkörper einzeln entfernbar ist durch eines der folgenden Mittel: Passung, Schnappverbindung und Schnellverschluß.
  26. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend ein Wärmeübergangsmaterial angeordnet zwischen und kontaktierend das Wärmeübertragungselement (515) und das Bauelement.
  27. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 26, bei der das Wärmeübergangsmaterial Kohlenstoffnanoröhrchen aufweist.
  28. Eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements, umfassend: ein Substrat (810, 850); und Nanoröhrchen (815), verbunden mit dem Substrat (810, 850), wobei die Nanoröhrchen (805) ausgestaltet und angeordnet sind, um eine thermische Grenzfläche zwischen dem Substrat (810, 850) und dem Bauelement herzustellen.
  29. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, bei der das Bauelement ein Halbleiterbauelement aufweist.
  30. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, bei der die Nanoröhrchen (805) Kolenstoffnanoröhrchen umfassen.
  31. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 30, bei der die Kohlenstoffnanoröhrchen eine Höhe in einem Bereich von etwa 25 μm bis etwa 150 μm haben.
  32. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, bei der das Substrat (810) ein Wärmeübertragungselement (515) einer Temperatur-Regeleinrichtung umfasst, die ausgestaltet und angeordnet ist, um Änderungen in der Temperatur des Bauelements auszugleichen und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beizubehalten.
  33. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei: das Substrat (810) über wieder lösbares Wärmelot oder über Wärmeleitpaste an einem Wärmeübertragungselement (515) angebracht ist, und das Wärmeübertragungselement (515) in einer Temperatur-Regeleinrichtung umfasst ist, die ausgestaltet und angeordnet ist, um Änderungen in einer Temperatur des Bauelements auszugleichen und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beizubehalten.
  34. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, weiter aufweisend zumindest ein Anschlagselement (840), verbunden mit dem Substrat (810).
  35. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 34, bei der das wenigstens eine Anschlagselement (840) ausgestaltet und angeordnet ist, um eine Kraft auf das Bauelement zu übertragen.
  36. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 34, bei der eine Länge des zumindest einen Anschlagelements (840) kleiner ist als eine Länge der Nanoröhrchen (805).
  37. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 34, weiter aufweisend zumindest einen Vakuumkanal (845), verlaufend durch das Substrat (810).
  38. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 37, bei der der wenigstens eine Anschlag (840), der wenigstens eine Vakuumkanal (845) und das Substrat (810) einen Vakuum-Saugnapf am Bauelement bilden.
  39. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, bei der die Nanoröhrchen (805) zwischen etwa 15 psi (etwa 1,04 bar) und etwa 75 psi (etwa 5,2 bar) einen im wesentlich gleichen Wärmewiderstand haben.
  40. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, bei der die Nanoröhrchen (805) direkt auf dem Substrat (810) aufgewachsen sind.
  41. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 40, bei der das Substrat (810) eine Kupferoberfläche eines Kühlkörpers aufweist.
  42. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei das Substrat (850) eine erste Seite (850a) und eine zweite Seite (850b) aufweist, eine erste Vielzahl der Nanoröhrchen (805a) mit der ersten Seite (850a) verbunden sind, und eine zweite Vielzahl der Nanoröhrchen (805b) mit der zweiten Seite (850b) verbunden sind.
  43. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 42, bei der das Substrat Folie umfasst.
  44. Eine Vorrichtung zum Kontrollieren einer Temperatur eines Bauelements, aufweisend: einen Körper (500), umfassend eine Mehrzahl von Kammern (630), die im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse des Körpers (500) angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Kammern (630) eine obere Membran (635) und eine untere Membran (640) aufweist; ein Wärmeübertragungselement (515), das über die Mehrzahl von Kammern (630) derart an dem Körper (500) befestigt ist, dass die Mehrzahl der Kammern (630) sich in flüssigkeitsführender Verbindung mit dem Wärmeübertragungselement (515) befindet; ein Substrat (810) mit dem Wärmeübertragungselement (515) verbunden ist; und Nanoröhrchen (805), die mit dem Substrat (810) verbunden sind, wobei die Nanoröhrchen (805) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie eine Wärmeübergangsschicht zwischen dem Wärmeübertragungselement (515) und dem Bauelement bilden, wobei eine Temperatur des Wärmeübertragungselements (515) Änderungen in der Temperatur des Bauelements ausgleicht und im Wesentlichen eine Solltemperatur des Bauelements beibehält.
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