ES2274225T3 - Procedimiento y dispositivo para acondicionar laminas semiconductoras y/o hibridas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el acondicionamiento de láminas y/o híbridos semiconductores, que comprende las etapas de: preparar un espacio (1) que está por lo menos parcialmente encerrado y tiene un dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10) que está situado en su interior y tiene el propósito de soportar una lámina y/o híbrido semiconductor; y conducir un fluido seco a través del dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10) para tratar con calor el dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10); en el que por lo menos una porción del fluido que abandona el dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10) se usa para acondicionar la atmósfera en el interior del espacio (1).
Description
Procedimiento y dispositivo para acondicionador
láminas semiconductoras y/o híbridas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo para el acondicionamiento de
láminas semiconductoras y/o híbridos.
El conocido realizar mediciones de prueba en
láminas semiconductoras típicamente en un rango de temperaturas
entre -200ºC y +400ºC. Para el tratamiento se aplica una lámina
semiconductora a una tabla de muestra que se enfría y/o se calienta
según la temperatura deseada. En el proceso es necesario asegurar
que la temperatura de la lámina semiconductora no cae por debajo del
punto de condensación del medio gaseoso circundante, ya que en caso
contrario la humedad se condensa sobre la superficie de la lámina o
se hiela, lo que impide o evita las mediciones de prueba.
La figura 5 muestra una vista esquemática en
sección transversal de un dispositivo de acondicionamiento para el
propósito de explicar los problemas en los que se basa la presente
invención.
En la figura 4, la referencia numérica 1 designa
un espacio en un contenedor 5 en el que se prevé una tabla de
muestra 10 que puede estar a una temperatura controlada y sobre la
que se puede colocar una lámina semiconductora (no representada)
por propósitos de prueba. El volumen del contenedor 5 está
comprendido usualmente entre 400 y 800 litros.
El espacio 1 está encerrado esencialmente por
las paredes del contenedor 5 que tiene manguitos para líneas
eléctricas y líneas de suministro de medios, así como, si es
apropiado, manguitos para sondas que se fijan externamente y con
las cuales se realizan las mediciones de prueba de la lámina
semiconductora mostrada. Sin embargo, este espacio 1 no ha de estar
herméticamente sellado por el contenedor 5 dependiendo de la
aplicación, pero por lo menos ha de estar encerrado en una extensión
tal que se pueda evitar la penetración no deseada de aire ambiental
húmedo creando una presión interna en exceso.
La tabla de muestra 10 (también llamada mandril)
tiene un aislamiento térmico 15 a través del cual está conectada a
una base 20 usualmente desplazable. Un mecanismo de movimiento
correspondiente (no representado) es generalmente ajustable en las
direcciones X, Y y Z. Si el mecanismo de movimiento no está situado
en el contenedor, se ha de prever un sello entre la base y el
contenedor.
Además, un dispositivo de calentamiento 90, que
puede alimentarse desde el exterior con corriente eléctrica para
propósitos de calentamiento y que tiene una sonda de temperatura (no
representada), está integrado en la tabla de muestra 10.
La referencia numérica 100 designa un sensor del
punto de condensación mediante el cual se puede determinar el punto
de condensación en el interior del contenedor 5 y que puede
suministrar una señal correspondiente a un monitor 101 fuera del
contenedor 5. El sensor del punto de condensación 100 se usa en
particular para propósitos de fiabilidad cuando se abre el
dispositivo, de manera que, por ejemplo, se puede realizar un
calentamiento compensatorio para evitar la condensación de agua.
Además, elementos de flujo externo 30 (oBdA,
solamente se muestran dos) a través de los cuales aire seco desde
el exterior, o un fluido similar tal como, por ejemplo, nitrógeno,
se puede introducir a través de una línea r1 al interior del
contenedor para sacar el aire ambiental húmedo del contenedor 5.
Este aire se alimenta en primer lugar de manera externa a un secador
de aire 3 a través de una línea r00 y a continuación se suministra
a la línea r1.
Una unidad separada, que está conectada al
contenedor 5 a través de una línea eléctrica 11 correspondiente y
una línea de suministro de medios r2, es la pista de control de
temperatura 2 que tiene los siguientes dispositivos.
La referencia numérica 80 designa un controlador
de temperatura que puede regular la temperatura de la tabla de
muestra 10 calentándola mediante el dispositivo de calentamiento 90,
aclarándose la tabla de muestra 10 simultáneamente o
alternativamente con aire para propósitos de enfriamiento, tal como
se explica en mayor detalle a continuación.
La referencia numérica 70 designa un dispositivo
de regulación de la temperatura al cual se suministra aire seco a
través de las líneas r0, i1 desde, por ejemplo, una botella de gas o
desde un secador de aire, y que tiene un intercambiador térmico 95
que está conectado a conjuntos de enfriamiento 71, 72 mediante el
cual se puede enfriar a una temperatura predeterminada.
El aire seco que se suministra a través de las
líneas r0, i1 se conduce a través del intercambiador térmico 95 y a
continuación se suministra a través de la línea de suministro r2 al
interior del contenedor 5 a la tabla de muestra 10, a través de la
cual atraviesa en correspondientes bobinas de enfriamiento o
conductos de enfriamiento (no representados). El aire seco que ha
enfriado la tabla de muestra 10 la abandona a través de la línea r3
y es conducido fuera del contenedor 5 a la atmósfera.
Usualmente, ver por ejemplo el documento US 5
885 353, el aire seco, que se conduce al interior del contenedor 5
a través de los elementos de flujo al exterior 30 para acondicionar
la atmósfera del contenedor 5 se mantiene usualmente a temperatura
ambiente, de manera que solamente la superficie de la tabla de
muestra 10 se mantiene a la temperatura de medición deseada, por
ejemplo -20ºC, pero los otros elementos en el contenedor 5 están
aproximadamente a temperatura ambiente. Este aire seco que se
suministra a través de los elementos de flujo al exterior 30 fluye
fuera del contenedor 5 a través de ranuras o huecos, no
representados, o una línea de salida separada.
El hecho de que se produce un consumo de aire
seco relativamente alto porque dicho aire, por un lado para
acondicionar la atmósfera y por el otro lado para enfriar la tabla
de muestra 10, se sopla a través del contenedor 5 y a la atmósfera,
se ha comprobado desventajoso en este dispositivo conocido para el
acondicionamiento de láminas semiconductoras. Como resultado, el
consumo de aire seco se relativamente alto. Un fallo del secador de
aire 3 también provoca que se hiele inmediatamente la lámina de
prueba a temperaturas correspondientes.
Por esta razón, el objetivo de la presente
invención es especificar un procedimiento y un dispositivo para el
acondicionamiento de láminas semiconductoras y/o híbridos, que
permitan un acondicionamiento más eficiente.
El procedimiento según la invención que tiene
las características de la reivindicación 1 y el dispositivo
correspondiente según la reivindicación 9 tienen, en comparación con
la aproximación de la solución conocida, la ventaja de que el gas
seco, por ejemplo el aire seco, se puede usar de una manera
eficiente. Otras ventajas son el alto nivel de fiabilidad operativa
y el hecho de que se asegura que está libre de hielo y condensación
porque el aire seco que abandona el dispositivo de soporte de
láminas/híbridos está siempre por debajo del punto de condensación
de la temperatura en el dispositivo de soporte de
láminas/híbridos.
La idea sobre la que se basa la presente
invención es que por lo menos una porción del gas que abandona el
dispositivo de láminas/híbridos se usa para el acondicionamiento de
la atmósfera en el interior del espacio. En la presente invención,
el aire de refrigeración se usa así de manera simultánea al menos
parcialmente como aire de secado. Es ventajoso si la porción de gas
primero se trata térmicamente calentándolo y a continuación se deja
que fluya al interior del espacio.
Por ejemplo, la porción se trata térmicamente
fuera de un contenedor y a continuación se suministra de vuelta al
contenedor. Una ventaja particular de este ejemplo es que se hace
posible un nivel más alto de eficiencia de refrigeración
suministrando de vuelta el aire desde la tabla de muestra al
exterior del contenedor. En otras palabras, el aire enfriado
suministrado de vuelta se puede usar además para enfriar
previamente al aire seco suministrado o para enfriar conjuntos
específicos y no solamente para enfriar el dispositivo de soporte
de láminas/híbridos.
Sin embargo, es alternativamente o
adicionalmente posible que una porción del gas se deje fluir al
interior del contenedor directamente después de que abandona la
tabla de muestra. Como no es conveniente permitir que fluya
directamente a todas las temperaturas, se prevé una válvula de
regulación correspondiente para esta porción de gas.
Desarrollos y mejoras ventajosas del respectivo
objeto de la presente invención se dan en las reivindicaciones
dependientes.
Según un desarrollo preferido, el dispositivo de
línea tiene una primera línea a través de la cual el fluido se
puede conducir desde el exterior del espacio al interior del
dispositivo de soporte de láminas/híbridos, una segunda línea a
través de la cual el fluido puede conducirse desde el dispositivo
de soporte de láminas/híbridos al exterior del espacio, y una
tercera línea a través de la cual el fluido puede retroalimentarse
desde el exterior del espacio al espacio. Está previsto un
dispositivo de regulación de la temperatura entre la segunda y la
tercera líneas.
Según otro desarrollo preferido, están previstos
elementos de flujo al exterior al final de la tercera línea.
Según otro desarrollo preferido, el dispositivo
de línea tiene una primera línea a través de la cual el fluido
puede conducirse desde el exterior del espacio al dispositivo de
soporte de láminas/híbridos, y una cuarta línea a través de la cual
el fluido puede conducirse desde el dispositivo de soporte de
láminas/híbridos al interior del espacio.
Según otro desarrollo preferido, el dispositivo
de línea tiene una segunda línea a través de la cual el fluido
puede conducirse desde el dispositivo de soporte de láminas/híbridos
al exterior del espacio, y una tercera línea a través de la cual el
fluido puede retroalimentarse al espacio desde fuera del espacio.
Está previsto un dispositivo de regulación de la temperatura entre
la segunda y la tercera líneas.
Según otro desarrollo preferido, está prevista
una válvula para regular el índice de flujo de la cuarta línea.
Según otro desarrollo preferido, el dispositivo
de regulación de la temperatura tiene un dispositivo de
calentamiento.
Según otro desarrollo preferido, el dispositivo
de regulación de la temperatura tiene un intercambiador de calor al
cual se puede conducir por lo menos una porción del fluido que
abandona el espacio.
Según otro desarrollo preferido, el
intercambiador de calor se usa para enfriar previamente el fluido
suministrado.
Según otro desarrollo preferido, el dispositivo
de línea está diseñado de tal manera que la porción que abandona el
intercambiador de calor se puede retroalimentar al menos
parcialmente al espacio para acondicionar la atmósfera.
Según otro desarrollo preferido, está prevista
otra línea, a través de la cual también se puede conducir aire de
secado directamente al interior del espacio desde el exterior del
espacio.
Según otro desarrollo preferido, el espacio está
esencialmente encerrado mediante un contenedor.
En los dibujos se muestran realizaciones de
ejemplo de la invención y se explicarán en mayor detalle en la
siguiente descripción.
En dichos dibujos:
La figura 1 es una representación esquemática de
una primera realización del dispositivo de acondicionamiento según
la invención;
La figura 2 es una representación esquemática de
una segunda realización del dispositivo de acondicionamiento según
la invención;
La figura 3 es una vista esquemática en sección
transversal de una tercera realización del dispositivo de
acondicionamiento según la invención;
La figura 4 es una vista esquemática en sección
transversal de una cuarta realización del dispositivo de
acondicionamiento según la invención;
La figura 5 es una vista esquemática en sección
transversal de un dispositivo de acondicionamiento para el
propósito de explicar los problemas en los que se basa la presente
invención.
En las figuras, idénticas referencias numéricas
designan componentes idénticos o funcionalmente idénticos.
La figura 1 es una ilustración esquemática de
una primera realización del dispositivo de acondicionamiento según
la invención.
A continuación, los componentes que ya se han
descrito anteriormente en relación con la figura 5 no se
describirán otra vez para evitar repeticiones.
La referencia numérica 80' designa un
controlador de temperatura modificado que no solamente puede
regular la temperatura de la tabla de muestra 10 mediante el
dispositivo de calentamiento 90, sino que también está acoplado al
sensor del punto de condensación 100 a través de una línea 12 y
puede iniciar así un calentamiento de compensación automático
cuando existe un riesgo de condensación de agua o de helada.
En la primera realización según la figura 1,
además está integrado un dispositivo de calentamiento 105 en el
dispositivo de regulación de la temperatura 70 y no está en contacto
directo con el intercambiador de calor 95. En lugar de acabar en la
atmósfera ambiente, la línea r3 se conduce al dispositivo de
calentamiento 105, de manera que el aire seco que ha abandonado la
tabla de muestra 10 es retroalimentado, tal como lo era, a la pista
de control de temperatura 2, y después de que haya pasado a través
del dispositivo de calentamiento 105 se conduce de vuelta a través
de la línea r4 al contenedor 5 en el que fluye al exterior al
espacio 1 a través de elementos de flujo al exterior 40 para el
acondicionamiento de la atmósfera.
La referencia numérica 4 designa un sensor de
temperatura para detectar la temperatura en el espacio 1, cuyo
sensor suministra una señal de temperatura correspondiente TS al
dispositivo de regulación de la temperatura 70, que se usa para
regular la temperatura mediante el dispositivo de calentamiento
105.
Gracias a esta disposición, el aire seco puede
satisfacer una doble función, específicamente en primer lugar
enfría la tabla de muestra 10 y a continuación acondiciona la
atmósfera del espacio 1 antes de que se retroalimente a la
atmósfera ambiente a través de las aberturas en el contenedor 5, y
se usa así de una manera más efectiva.
La figura 2 es una representación esquemática de
una segunda realización del dispositivo de acondicionamiento según
la invención.
En la segunda realización según la figura 2, una
línea r5 se ramifica desde la línea r2 directamente antes de la
tabla de muestra 10 y también se conduce a través de la tabla de
muestra 10 en forma de una bobina de refrigeración o un conducto de
refrigeración, pero a continuación abandona la tabla de muestra 10
en un punto diferente del punto de la línea r3 y desde ahí a través
de una válvula de salida controlable 45 que conduce el aire seco
correspondiente directamente al contenedor 5 después de que abandone
la tabla de muestra 10.
Como esto provocaría problemas a temperaturas
muy bajas en ciertas aplicaciones, esta opción de conducir gas seco
a través de la línea r5 al contenedor 1 se puede regular mediante la
válvula de salida 45. La regulación se puede realizar de una manera
personalizada, por ejemplo mediante un control remoto o en una
forma controlada por cable.
De otra manera, la segunda realización es de un
diseño idéntico a la primera realización descrita
anteriormente.
La figura 3 muestra una vista esquemática en
sección transversal de una tercera realización del dispositivo de
acondicionamiento según la invención.
La referencia numérica 80' designa otro
controlador de temperatura modificado que también controla el
dispositivo de regulación de la temperatura 70 a través de la línea
de control ST y así juega el papel de un sistema de control de la
temperatura central.
En la tercera realización según la figura 3, una
porción del aire seco que se alimenta de retorno a través de la
línea r3 se ramifica antes del dispositivo de calentamiento 105 a
través de la línea i3 y se conduce a través del intercambiador de
calor 95, donde contribuye a la refrigeración de la misma manera
que el aire seco que se alimenta nuevo a través de las líneas r0,
i1. El aire seco abandona el intercambiador de calor 95 a través de
la línea i4, y directamente después de que el dispositivo de
calentamiento 105 se combine con el aire que ha fluido a través del
dispositivo de calentamiento 105. Desde el correspondiente punto de
unión, este aire seco se conduce, precisamente de la misma manera
que en la primera realización, a través de la línea r4 y los
elementos de flujo al exterior 40 al interior del contenedor 5 para
acondicionar su atmósfera.
Además, esta realización proporciona una válvula
de mezclado controlable 46 y una línea de derivación r10 mediante
la cual se puede derivar el intercambiador de calor 95.
La ventaja particular de esta realización es que
un "frío residual" del aire seco que fluye de retorno desde la
tabla de muestra 10 se puede usar para enfriar el intercambiador de
calor, y al mismo tiempo se puede alimentar de retorno al
contenedor 5 después del calentamiento.
De otra manera, la segunda realización está
construida de la misma manera que la primera realización descrita
anteriormente.
La figura 4 s una vista esquemática en sección
transversal de una cuarta realización del dispositivo de
acondicionamiento según la invención.
La referencia numérica 85 en la figura 4 designa
un controlador de gas-temperatura adicional al cual
gas seco, por ejemplo aire seco, se suministra a través de las
líneas r0, i2 desde la misma fuente de gas que la del
intercambiador de calor 95, colocándose dicho aire a una temperatura
predefinida mediante dicho controlador y cuando se conduce al
interior del contenedor 5 a través de la línea r1 y a través del
elemento de flujo al exterior 30.
La alimentación directa del aire seco a través
del elemento de flujo 30 en el contenedor 5 se prevé así
adicionalmente en esta realización, pero también se puede configurar
de tal manera que se puede desactivar si el índice de flujo a
través de la tabla de muestra 10 es completamente suficiente para el
acondicionamiento de la atmósfera en el contenedor 5.
Claims (20)
1. Procedimiento para el acondicionamiento de
láminas y/o híbridos semiconductores, que comprende las etapas
de:
preparar un espacio (1) que está por lo menos
parcialmente encerrado y tiene un dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) que está situado en su interior y tiene el
propósito de soportar una lámina y/o híbrido semiconductor; y
conducir un fluido seco a través del dispositivo
de soporte de lámina/híbrido (10) para tratar con calor el
dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10);
en el que por lo menos una porción del fluido
que abandona el dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10) se
usa para acondicionar la atmósfera en el interior del espacio
(1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el espacio (1) está esencialmente encerrado por un contenedor
(5).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la porción del fluido que abandona el dispositivo de
soporte de lámina/híbrido (10) primero se trata con calor y a
continuación se deja fluir al espacio (1).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó
3, en el que la porción del fluido que abandona el dispositivo de
soporte de lámina/híbrido (10) se trata con calor fuera del espacio
(1) y a continuación se alimenta de retorno al espacio (1).
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el fluido que abandona el dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) se deja fluir al espacio (1) directamente
después de que abandona el dispositivo de soporte de lámina/híbrido
(10).
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que una primera porción de la tabla de muestra (10) primero se
trata con calor y a continuación se deja fluir en el espacio (1), y
una segunda porción se deja fluir a espacio (1) directamente
después de que abandona el dispositivo de soporte de
lámina/híbrido
(10).
(10).
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que por lo menos una de la primera y segunda porciones se puede
regular en función del índice de flujo.
8. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la porción del fluido que abandona el dispositivo de soporte
de lámina/híbrido (10) se trata con calor porque se usar para
enfriar previamente, en particular para enfriar previamente el
fluido, fuera del espacio (1) antes de que dicha porción se deje
fluir al interior del espacio (1).
9. Dispositivo para el acondicionamiento de
láminas y/o híbridos semiconductores, que comprende:
un espacio (1) por lo menos parcialmente
encerrado que comprende un dispositivo de soporte de lámina/híbrido
(10) que está situado en su interior y tiene el propósito de
soportar una lámina y/o híbrido semiconductor; y
un dispositivo de línea (r2, r3, r4, r5, i3, i4)
para conducir un fluido frío a través del dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) para tratar con calor el dispositivo de soporte
de lámina/híbrido (10) y para conducir por lo menos una porción del
fluido que abandona el dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10)
al espacio (1) para el acondicionamiento de la atmósfera en el
espacio (1).
10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el
que el dispositivo de línea (r2, r3, r4, r5, i3, i4) comprende:
una primera línea (r2) a través de la cual el
fluido se puede conducir al dispositivo de soporte de lámina/híbrido
(10) desde el exterior del espacio (1);
una segunda línea (r3) a través de la cual el
fluido puede conducirse desde el dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) al exterior del espacio (1); y
una tercera línea (r4) a través de la cual el
fluido se puede suministrar de retorno desde el exterior del
espacio (1) al espacio (1);
en el que un dispositivo de regulación de la
temperatura (70; 70, 80'') está previsto entre la segunda y la
tercera líneas (r3, r4).
11. Dispositivo según la reivindicación 10, en
el que están previstos elementos de flujo al exterior (40) al final
de la tercera línea (r4).
12. Dispositivo según la reivindicación 9, en el
que el dispositivo de línea (r2, r3, r4, r5, i3, i4) tiene:
una primera línea (r2) a través de la cual el
fluido se puede conducir desde el exterior del espacio (1) al
dispositivo de soporte de lámina/híbrido (10); y
una cuarta línea (r5) a través de la cual el
fluido se puede conducir desde el dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) al interior del espacio (1).
13. Dispositivo según la reivindicación 9, en el
que el dispositivo de línea (r2, r3, r4, r5, i3, i4) tiene:
una segunda línea (r3) a través de la cual el
fluido puede conducirse fuera del dispositivo de soporte de
lámina/híbrido (10) al exterior del espacio (1); y
una tercera línea (r4) a través de la cual el
fluido se puede alimentar de retorno al espacio (1) desde el
exterior del espacio (1);
en el que está previsto un dispositivo de
regulación de la temperatura (70; 70, 80'') entre la segunda y la
tercera líneas (r3, r4).
14. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 12 ó 13, en el que está prevista una válvula (45)
para regular el índice de flujo de la cuarta línea (r5).
15. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 10 a 14, en el que el dispositivo de regulación de
la temperatura (70; 70, 80'') tiene un dispositivo de calentamiento
(105).
16. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 10 a 15, en el que el dispositivo de regulación de
la temperatura (70; 70, 80'') tiene un intercambiador de calor (95)
al cual se puede conducir por lo menos una porción del fluido que
abandona el espacio (1).
17. Dispositivo según la reivindicación 16, en
el que el intercambiador de calor (95) se usa para enfriar
previamente el fluido alimentado.
18. Dispositivo según la reivindicación 6, en el
que el dispositivo de línea (r2, r3, r4, r5, i3, i4) está diseñado
de tal manera que la porción que abandona el intercambiador de calor
(95) se puede retroalimentar por lo menos parcialmente al espacio
para acondicionar la atmósfera.
19. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 a 18, en el que está prevista otra línea (r1) a
través de la cual el fluido seco se puede conducir además
directamente al espacio (1) desde el exterior del espacio (1).
20. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 a 19, en el que el espacio (1) está esencialmente
encerrado por un contenedor (5).
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