JP2008107014A - Cooling device, and cooling method of chamber space for device test - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所望の低温設定温度に冷却あるいはその設定温度を維持するために被冷却空間を冷却させる冷却装置及びデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法に関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling a space to be cooled in order to cool to a desired low temperature setting temperature or to maintain the temperature setting and a method for cooling a device test chamber space.
低温環境を必要とする箇所あるいは、断熱層で囲われた空間に冷却媒体を供給して設定された温度まで冷却し、かつ、これを維持させる装置を必要とする場合があり、例えば、モータ、エンジン等の原動機、熱源機器、種々の機械装置に隣接する人の居所空間、コンピュータ、試験装置等の冷却用あるいは冷気供給のための空調機器そのものについて、低温に冷却、維持させる装置が用いられている。特に、半導体デバイス等の特性試験にあっては、ハンドラのデバイステスト用チャンバを恒温槽とし、例えばマイナス60℃あるいはそれ以下の極低温に槽内を冷却、維持させる必要があり、かつ槽内での結露を生じさせることによるデバイスの不良品化での大きな損害を考慮すると、高精度に設定温度の冷気を生成供給する必要がある。従来、ICテストハンドラのチャンバ内の冷却装置として、例えば特許文献1の装置が提案されている。
There may be a need for a device that supplies a cooling medium to a place that requires a low-temperature environment or cools to a set temperature by supplying a cooling medium to a space surrounded by a heat insulating layer, and maintains this, for example, a motor, Engines such as engines, heat source equipment, people's residence space adjacent to various mechanical devices, computers, test equipment, etc. are used to cool and maintain the air conditioning equipment itself for cooling or supplying cold air. Yes. In particular, in the characteristic test of a semiconductor device or the like, it is necessary to cool and maintain the inside of the tank at a cryogenic temperature of minus 60 ° C. or lower, for example, as a device test chamber of the handler. Considering the great damage caused by defective devices due to the occurrence of dew condensation, it is necessary to generate and supply cold air at a set temperature with high accuracy. Conventionally, for example, a device disclosed in
特許文献1のものは、電子部品を上部から昇降自在に把持しながらテスト時にそのデバイスの上面を押圧部材で押圧しテスタ側とのコンタクトを確実に行わせる装置であり、電子部品の上面側に設けた押圧部材の空洞部に、液体窒素を導入させつつ押圧部材に配置させた温度センサでその空洞部の温度を検知し、その温度検出信号により液体窒素を噴射操作させるものである。しかしながら、この特許文献1の装置においては、液体窒素の噴射操作手段は、バルブ50b、流量調整用の絞り弁50d等を介在させた噴射管50cの先端開口を押圧部材の空洞部25aに対向配置させ、液体窒素の流量を調整しながら液体のままで空洞部25a内に噴射させるものであり、このため、例えば液化窒素の沸点(−)196℃程度の超極低温ガスがいきなり押圧部材の空洞部25a内に噴出されることとなり、テスト中のデバイスを急冷させ適正な温度特性試験結果を得にくいばかりでなく、結露や凍結等を生じさせ、押圧部材や昇降アーム、さらには高価なテスター側にも影響を与えて大きな損失を生起させるおそれがあった。また、このような冷却方法では、安定した高精度のチャンバ内の極低温維持は困難であり、実用上の難点があった。さらには、この特許文献1では、液体窒素の流量制御のために瞬間気化手段として、液溜め槽内の液体窒素の噴射管に発信器や電気ヒータ等を介設したものを構成し、これによって、液体の間欠吐出や瞬間気化により窒素ガスを供給するようにしたものを開示しているが、これによっても、結局は(−)190℃前後の超極低温ガスを電子部品の上面側の空洞部に直接に吹出すものであり、上述のように安定した高精度の冷却あるいは温度維持制御が困難であるばかりでなく、デバイステストの不安定、テスタマシンの損傷のおそれとともに、気化手段の装置構成で全体がさらに大型化し、しかも高価となる難点があった。
The thing of
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その1つの目的は、簡単な構造で製作コストを大幅に低減するうえに、所望の低温度の冷気ガスを安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる冷却装置ならびにハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、装置を小型化して保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行える冷却装置ならびにハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. One object of the present invention is to greatly reduce the manufacturing cost with a simple structure and to stably supply a desired low-temperature cold gas. Another object of the present invention is to provide a cooling apparatus capable of cooling a cooled space without being affected by temperature fluctuations on the cooled space side, and a method for cooling a chamber space for device test of a handler. Another object of the present invention is to provide a cooling device that can be reduced in size, stored and transported easily, and that can be easily maintained, and a method for cooling a device test chamber space of a handler.
上記の目的を達成するために、本発明は、低温環境を必要とする被冷却空間を冷却する冷却装置であり、被冷却空間S側に連通するとともに、液体窒素源12と、空気供給源14と、に連通されており、空気供給源14から圧送される空気と、液体窒素源12から圧送される液体窒素LN2と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体GMを生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間Sに供給する閉鎖容器20を含む冷却装置10から構成される。
In order to achieve the above object, the present invention is a cooling device that cools a space to be cooled that requires a low-temperature environment, communicates with the space to be cooled S, and includes a
液体窒素源12からの液体窒素LN2を閉鎖容器20内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段40を設けるとよい。温度調整された低温混合ガスを調製するための混合ガス調製手段としての閉鎖容器を利用して、その中空部への液体窒素の導入時にガス化させるから、装置構成を単一化、単純化でき、しかもガスの混合調整による設定温度ガスの調製を簡易な制御で実現することが可能となる。
It is preferable to provide a vaporization conversion means 40 that forcibly converts liquid nitrogen LN2 from the
その際、気化変換手段40は、液体窒素源12に通じる液体窒素LN2の供給管路15の内径を縮径して下流放出側を閉鎖容器20内に臨ませたオリフィス部42からなるようにするとよい。
At that time, the vaporization conversion means 40 is constituted by an
また、その際、空気供給源14側から供給される空気は、被冷却空間Sにおける設定温度以下の露点温度を有する空気であるようにするとよい。
At that time, the air supplied from the
また、空気供給源14側からの空気は設定による一定流量が閉鎖容器20内に供給されるとともに、液体窒素源12からの液体窒素LN2の閉鎖容器20への噴出流量を可変として所望の低温冷却用気体GMを生成させるようにするとよい。
The air from the
また、被冷却空間S側の低温冷却気体GMの吹出口88近傍に設けられた温度センサ94と、液体窒素源12からの液体窒素LN2の流量を調整する流量調整弁装置26と、温度センサ94からの温度と、被冷却空間Sにおける設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部22と、を備えるとなおよい。
Further, a
また、空気供給源14からの空気の供給圧は、液体窒素源12からの液体窒素LN2の供給圧よりも低く設定されるとよい。
In addition, the supply pressure of air from the
さらに、空気供給源14側から供給される空気は、ドライエアーであるとよい。
Furthermore, the air supplied from the
また、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間Sとし、チャンバ70内に向けて閉鎖容器20に連通する吹出口88が配置された装置構成とすると、ハンドラのデバイステスト用チャンバをテスト対象のデバイス、試験機器等の電子精密機器に好ましくない影響を与えないで、安定した冷却作用を行うことができる。
In addition, if the device test chamber of the handler is the space to be cooled S and the
また、本発明は、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させることを特徴とするハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法から構成される。 In addition, the present invention provides a device test chamber of the handler as a cooled space, communicates with the cooled space side, and prepares a closed container that communicates with the liquid nitrogen source and the air supply source. While supplying a constant flow of air by pressure, the closed container inlet from the liquid nitrogen source is squeezed to supply the vaporized nitrogen gas to the inside to generate a low-temperature mixed gas of air and vaporized nitrogen gas, and supply air A cooling method for the device test chamber space of the handler is characterized in that the low-temperature mixed gas is cooled and fed to the space to be cooled only by the pressure from the source and the liquid nitrogen source.
本発明の冷却装置によれば、低温環境を必要とする被冷却空間を冷却する冷却装置であり、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通されており、空気供給源から圧送される空気と、液体窒素源から圧送される液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間に供給する閉鎖容器を含む構成であるから、簡単な構造で製作コストを大幅に低減するうえに、所望の低温度の冷気ガスを安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる。また、装置を大幅に小型化し、保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行なうことが可能である。 According to the cooling device of the present invention, it is a cooling device that cools a space to be cooled that requires a low-temperature environment, and communicates with the space to be cooled and with a liquid nitrogen source and an air supply source. The low-temperature cooling gas having a desired low temperature is generated while simultaneously receiving the air pumped from the air supply source and the liquid nitrogen pumped from the liquid nitrogen source, and the generated low-temperature cooling gas is supplied to the air supply source and the liquid. Since the structure includes a closed container that supplies the space to be cooled by the pressure from the nitrogen source, the manufacturing cost can be greatly reduced with a simple structure, and a desired low-temperature cold gas can be stably supplied and The space to be cooled can be cooled without being affected by temperature fluctuations on the cooling space side. Further, the apparatus can be greatly reduced in size, stored and transported easily, and maintenance can be easily performed.
また、液体窒素源からの液体窒素を閉鎖容器内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段が設けられることにより、閉鎖容器内への液体窒素の導入時にオリフィス等を組み合わせて閉鎖容器内でガス化することができ、同時に導入される空気との混合と、それによる混合ガスの生成を効率よく、しかも複雑な機構を介することなく行うことが可能である。 In addition, by providing vaporization conversion means that forcibly converts liquid nitrogen from a liquid nitrogen source into a gas when it is introduced into the closed container, the liquid nitrogen is introduced into the closed container and closed with an orifice or the like. The gas can be gasified in the container, and mixing with the air introduced at the same time and generation of the mixed gas thereby can be performed efficiently and without involving a complicated mechanism.
また、気化変換手段は、液体窒素源に通じる液体窒素の供給管路の内径を縮径して下流放出側を閉鎖容器内に臨ませたオリフィス部からなる構成とすることにより、閉鎖容器内への液体窒素の導入時のオリフィス機能による高圧圧縮、低圧開放作用による液体窒素のガス化をコンパクトな閉鎖容器内で具体的に実現させることができる。 In addition, the vaporization conversion means has a configuration in which the inner diameter of the supply line of liquid nitrogen leading to the liquid nitrogen source is reduced and the downstream discharge side faces the closed container, so that the inside of the closed container is formed. The liquid nitrogen gasification by the high pressure compression by the orifice function and the low pressure opening action when introducing the liquid nitrogen can be specifically realized in a compact closed container.
また、空気供給源側から供給される空気は、被冷却空間における設定温度以下の露点温度を有する空気であるから、窒素ガスとの混合調整された低温ガスとして被冷却空間側に吹出した場合に被冷却空間内でそのガスが結露することが防止され、冷却対象に対する結露の要因を除去することができる。 In addition, since the air supplied from the air supply source side is air having a dew point temperature equal to or lower than the set temperature in the cooled space, it is blown out to the cooled space side as a low-temperature gas mixed and adjusted with nitrogen gas. Condensation of the gas in the space to be cooled is prevented, and the cause of condensation on the object to be cooled can be removed.
また、空気供給源側からの空気は設定による一定流量が閉鎖容器内に供給されるとともに、液体窒素源からの液体窒素の閉鎖容器への噴出流量を可変として所望の低温冷却気体を生成させる構成とすることにより、閉鎖容器内での設定される低温(あるいは極低温)の温度のガスを混合生成しやすくでき、制御が簡単でしかも正確な温度のガスを生成することができる。 In addition, the air from the air supply source side is supplied with a constant flow rate according to the setting in the closed vessel, and the jet flow rate of liquid nitrogen from the liquid nitrogen source to the closed vessel is variable to generate a desired low-temperature cooling gas By doing so, it is possible to easily mix and generate a gas having a low temperature (or extremely low temperature) set in the closed container, and it is possible to generate a gas having a simple control and an accurate temperature.
また、被冷却空間側の低温冷却気体の吹出口近傍に設けられた温度センサと、液体窒素源からの液体窒素の流量を調整する流量調整弁装置と、温度センサからの温度と、被冷却空間における設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部と、を備えた構成とすることにより、被冷却対象の空間等を目標低温度まで冷却し、かつその冷却温度を精度良く維持させることが可能である。 Further, a temperature sensor provided in the vicinity of the low-temperature cooling gas outlet on the cooled space side, a flow rate adjusting valve device for adjusting the flow rate of liquid nitrogen from the liquid nitrogen source, the temperature from the temperature sensor, and the cooled space And a control unit that changes the flow rate of the flow rate adjusting valve device according to the result of the comparison, and cools the space to be cooled to the target low temperature, and It is possible to maintain the cooling temperature with high accuracy.
また、空気供給源からの空気の供給圧は、液体窒素源からの液体窒素の供給圧よりも低く設定された構成とすることにより、空気が液体窒素側の供給管に逆流して低温度の温度調整を阻害するがなく、安定して所望の設定される低温混合調整ガスを閉鎖容器内で生成させることが可能である。 Further, the air supply pressure from the air supply source is set to be lower than the liquid nitrogen supply pressure from the liquid nitrogen source, so that the air flows back to the supply pipe on the liquid nitrogen side and has a low temperature. Without disturbing the temperature adjustment, it is possible to stably generate the desired low-temperature mixing adjustment gas in the closed vessel.
また、空気供給源側から供給される空気は、ドライエアーであることにより、被冷却空間側での結露防止に向けた露点温度の空気を容易に生成させ閉鎖容器内に供給することができる。 In addition, since the air supplied from the air supply source side is dry air, air having a dew point temperature for preventing condensation on the cooled space side can be easily generated and supplied into the closed container.
ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、チャンバ内に向けて閉鎖容器に連通する吹出口が配置された構成とすることにより、結露を生じさせずしかも対象空間内での測定電子部品や、測定電子機器に影響をあたえることなく、高精度のデバイステイストを維持、実行することができる。 The handler device test chamber is a space to be cooled, and a blowout opening communicating with the closed container is arranged in the chamber, so that measurement electronic components in the target space without causing condensation, A highly accurate device taste can be maintained and executed without affecting the measurement electronics.
また、本発明のハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法によれば、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させる構成であるから、所望の低温度の冷気ガスを被冷却空間側に安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる。また、装置を大幅に小型化し、保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行なうことが可能である。 Further, according to the method for cooling the device test chamber space of the handler of the present invention, the device test chamber of the handler is a space to be cooled, communicated with the space to be cooled, a liquid nitrogen source, an air supply source, Prepare a closed container that communicates with the air supply source, pressurize and supply a constant flow rate of air from the air supply source side, squeeze the closed container inlet from the liquid nitrogen source, and feed it into the interior as vaporized nitrogen gas to vaporize the air Since the low-temperature mixed gas is generated by nitrogen gas and cooled while pumping the low-temperature mixed gas to the space to be cooled only by the pressure from the air supply source and the liquid nitrogen source, the desired low-temperature cold gas Can be stably supplied to the space to be cooled, and the space to be cooled can be cooled without being affected by temperature fluctuations toward the space to be cooled. Further, the apparatus can be greatly reduced in size, stored and transported easily, and maintenance can be easily performed.
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1ないし図4は、本発明の一実施形態を示しており、図1は、実施形態に係る冷却装置10の全体構成図である。図1において、本発明の冷却装置10は、液体窒素を冷熱源とし、被冷却空間Sに対して低温の冷却用気体を安定的に供給する冷却手段であり、特に、本実施形態においては、被冷却空間Sと、液体窒素源12と、空気供給源14と、に同時に連通する閉鎖容器20を含み、極めて単純で簡単な構成でありながら、低温の冷却用ガスを安定して供給することができる点が特徴の一つである。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 4 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
本実施形態において、冷却装置10は、液体窒素源12と、空気供給源14と、供給管路15,16を介してそれぞれ液体窒素源12と、空気供給源14とに連通接続された閉鎖容器20と、を備えている。閉鎖容器20は、液体窒素源12と空気供給源14から同時に供給されて生成される窒素ガスGMを被冷却空間Sに供給するように連通している。
In the present embodiment, the
本実施形態において、被冷却空間Sは、半導体デバイスの特性試験用のテストハンドラの恒温槽内に形成される空間であり、半導体デバイスの使用時の環境温度により動作性能が大きく変化するので、そのデバイス開発時や出荷前に温度特性試験を行い、その良否判定を行う半導体デバイステスト用のチャンバ内が冷却対象とされている。本実施形態において、恒温槽としてのテストチャンバ70は、周囲を囲まれて内部が閉鎖されており、その底壁72の下面側には支持台74を介して試験装置76が配置されている。テストチャンバ70の底壁72には試験装置76の図示しない接続端子を有するテストソケット78が固定されており、このテストソケット78内に例えばテスト対象のパッケージIC80が位置決めして配置された状態で種々の特性試験が行われる。また、ソケットの上部にパッケージICを把持して昇降自在に移動させる操作装置82が設けられ、ワーク押さえ84を介してソケットへの電子部品の装着時に端子間のコンタクトを確実にさせる。ワーク押さえにはパッケージICを直接的または間接的に冷却する局部冷却用の空間86が形成されており、この空間86に冷却用ガスを吹き込んでその空間を局部的に冷却させることにより、通電により発熱するテスト対象の半導体デバイスを間接あるいは直接に局部冷却する。本実施形態では、このように、チャンバ内のテスト対象の電子部品を局部的に冷却させるように冷却ガスを供給するようにしているが、これに限ることなく、チャンバ空間全体について冷却用ガスを吹き込むようにしたものでも良い。テストチャンバ70内にはチャンバを貫通して固定装置90により冷却用空間86に向けて吹出口88を対向させた状態を保持させた第1の供給管路92が配管されている。第1の供給管路92は、後述する閉鎖容器で生成された冷却用低温ガスを被冷却空間に導入させる手段であり、例えば銅材等の金属製パイプ部材から構成されている。
In the present embodiment, the space to be cooled S is a space formed in a constant temperature bath of a test handler for semiconductor device characteristic test, and its operation performance varies greatly depending on the environmental temperature during use of the semiconductor device. A temperature characteristic test is performed at the time of device development or before shipment, and the inside of a semiconductor device test chamber in which the quality is determined is set as a cooling target. In the present embodiment, the
本実施形態において、第1供給管路92の一部をなすチャンバ内配管92aの先端寄り吹出口近傍には例えば熱電対や測温抵抗体等からなる温度センサ94が設置されている。温度センサ94は、閉鎖容器で生成されて被冷却空間に供給される冷却用低温ガスの出口温度を検出するための低温ガス出口温度検出手段であり、制御装置22側へ測定温度をフィードバックさせて設定温度に対応する液体窒素の流量を制御装置22が制御する。
In the present embodiment, a
液体窒素源12としては、例えば空気を分離して窒素を取り出し、製品液体窒素を出力させる公知の液体窒素製造装置が用いられており、低温ポンプ等により常時、送出圧力が加えられている。液体窒素製造装置は、液体窒素を貯留する液体窒素ボンベを含む。なお、液体窒素製造装置としては、例えば工場内ユーティリティーにより生成される液体窒素を用いても良い。液体窒素源12と閉鎖容器20とは、液体窒素供給系24を介して直接に連通されている。液体窒素供給系24は、液体窒素源(液体窒素製造装置)と、閉鎖容器20とに両端側をそれぞれ接続されて連通する第2供給管路15と、第2供給管路15に介設される流量調整弁装置26と、流量調整弁装置26の上流側の第2供給管路に介設された圧力調整器28と、を含む。圧力調整器28は液体窒素製造装置からの吐出圧を調整する圧力レギュレータであり、これにより液体窒素製造装置からの一次圧力を調節する。
As the
流量調整弁装置26は、制御装置22からの制御信号により被冷却空間を設定された低温値空間とするための冷媒を生成させるための液体窒素の流量を調整する流量調整手段であり、本実施形態では、この流量調整弁装置での圧力は一定に保持した状態で、液体窒素流量を可変として調整設定される。流量調整弁装置26は、制御装置22に電気的に接続されて制御装置からの駆動信号を受けて調整弁の絞り量を調整する電磁弁を含む。
The flow rate adjusting
空気供給源14は、例えば常温空気を閉鎖容器20内に圧送する空気の圧力供給手段であり、本実施形態において、例えば送風ファン等の送風装置が用いられる。空気供給源14と閉鎖容器20とは、空気供給系30を介して直接に連通されている。空気供給系30は、空気供給源14と、閉鎖容器20とに両端側をそれぞれ接続されて連通する第3供給管路16と、第3供給管路16に介設される流量調整弁装置31と、流量調整弁装置31の上流側の第3供給管路に介設された圧力調整器33と、を含む。圧力調整器33で空気供給源14からの風圧を例えば一定圧力に設定し、また、流量調整弁装置32によりその際の空気の流量を一定流量に保持させて、設定による定流量の空気を閉鎖容器20内に供給する。
The
本実施形態において、空気供給源14には図示しない加熱、加温、除湿等による空気の乾燥装置が設置されており、ドライエアーDAを生成して空気供給系30を介して閉鎖容器20内に圧送される。
In the present embodiment, the
空気供給源14から供給される空気は、閉鎖容器20内で例えばマイナス196℃程度の窒素ガスと混合されて被冷却空間Sに供給されるが、その際に被冷却空間Sにおける設定温度の例えば−60℃でも結露を生じない特性を有する空気である必要がある。このために、空気供給源14側から被冷却空間Sにおける設定温度以下の露点温度を有する空気を供給し、これを定圧(正圧)、定流量で閉鎖容器20内に供給する。
The air supplied from the
この際、空気供給源14からの空気の供給圧は、液体窒素源12からの液体窒素の供給圧よりも低く設定されている。液体窒素源12からの液体窒素の供給圧が空気供給源14からの空気の供給圧よりも低い場合には液体窒素供給系24への空気の逆流により閉鎖容器内の生成すべき混合気体のガスの温度を精度良く制御することが困難になるからである。一方、空気供給系の第3供給管路にはチェック弁装置32が介設されており、閉鎖容器側から空気供給系30側へガスが逆流しないようにしている。
At this time, the supply pressure of air from the
閉鎖容器20は、被冷却空間S、液体窒素源12、並びに空気供給源14に連通されて空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を被冷却空間Sに供給する冷却用低温ガス生成容器装置であり、中空容器の内部に液体窒素源からの液体窒素と、空気供給源からの空気と、を同時に導入させるための導入口34、36が閉鎖容器20の中空部20I内に臨ませて設けられている。特に、本実施形態において、この閉鎖容器20は、液体窒素源12からの液体窒素が閉鎖容器内に導入されると瞬時にガス化し、この窒素ガスとドライエアーDAとの混合気体を生成する気化混合手段である。
The
本実施形態において、閉鎖容器は、例えばSUSステンレス材の中空円筒部材からなり、その内部の中空部20Iは、材料の肉厚ぶん小さくした両端壁と胴壁とを有する円柱形の中空となっている。中空部の両端壁はそれぞれ円形の壁面からなり、その一端側を被冷却空間側に連通させると共に他端壁側を液体窒素源12側に連通させ、さらに円筒胴部に空気供給源14側に連通させる接続口がそれぞれ接続金具37,38,39を介して形成されている。接続金具38,39の接続口はそれぞれ液体窒素及びドライエアーの導入口、さらに、接続金具37の接続口は、混合気体の被冷却空間側への送出口とされる。
In the present embodiment, the closed container is made of, for example, a hollow cylindrical member made of SUS stainless steel, and the hollow portion 20I inside thereof is a cylindrical hollow having both end walls and a body wall that are made to be thicker than the material. Yes. Both end walls of the hollow portion are each formed of a circular wall surface, and one end side thereof is communicated with the cooled space side, the other end wall side is communicated with the
閉鎖容器20は、実施形態において、例えば直径4cm程度、長さ18cm程度の円筒形状であり、管厚は、1.5mm程度の極めて小型のサイズで構成されている。しかも、中空の円筒体という極めて簡単な構造である。
In the embodiment, the
図3において、冷却装置10には、液体窒素源からの液体窒素を閉鎖容器内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段40が設けられている。本実施形態において、気化変換手段40は、液体窒素源12に通じる一端側を液体窒素の供給管路15に連通し他端側を閉鎖容器20内に臨ませたオリフィス部42から構成されている。詳細には、図3においてオリフィス部42は、一端側を閉鎖容器の中空部に臨ませた接続金具34に設けてあり、該接続金具34は、他端側となる供給管路15の液体窒素源12側が供給管路15との連結を行う部分で供給管路15と略同じかやや小さな内径大きさ部分D1を有し、一端側となる閉鎖容器20に臨む部分には内径D1から大きく絞って縮径した小通路D2を形成して下流側となる閉鎖容器内に通じるようになっている。これによって、液体窒素供給系24を通ってきた液体窒素LN2は、オリフィス部42で通路断面を小さくして高圧となり、オリフィス部42を脱して閉鎖容器内に導入される際に低圧に開放される際に液体窒素は分散して霧化し、ガス化する。このとき、窒素分子の沸点―195.8℃程度の極低温窒素ガスGN2が閉鎖容器内に放出される。一方で、同時に閉鎖容器内に導入されるドライエアーと極低温窒素ガスが混合し、被冷却空間での設定低温に調整された混合ガスGMが第3供給管路16を介して吹出口88から所望の被冷却空間に向けて供給される。被冷却空間に供給する際に予め液体窒素をガス化し、同時に空気と混合して温度調整をした状態で被冷却空間に供給させるから、例えばー196℃程度の超極低温の窒素ガスが被試験対象のICの外囲器等に接触して結露発生や好ましくない影響を被試験対象に対して与えることがない。
In FIG. 3, the
例えば、被冷却空間をある設定温度(極低温)まで冷却するために供給される混合調整ガスGMは、閉鎖容器内に供給されるドライエアーを設定温度まで冷却するのに必要な熱量Qnと、液体窒素の冷却能力から算出される液体窒素の流量Lnと、で以下の式により求められる。 For example, the mixed adjustment gas GM supplied to cool the space to be cooled to a certain set temperature (very low temperature) includes the amount of heat Qn required to cool the dry air supplied into the closed container to the set temperature, The flow rate Ln of liquid nitrogen calculated from the cooling capacity of liquid nitrogen is obtained by the following equation.
ただし、La(m3/sec):ドライエアー供給量、Ta(℃):供給ドライエアーの温度、T1(℃):吐出させる低温気体の設定温度、C1(kcal/m3・℃) However, La (m 3 / sec): dry air supply amount, Ta (° C.): temperature of supplied dry air, T1 (° C.): set temperature of discharged low temperature gas, C1 (kcal / m 3 · ° C.)
ただし、Ln:液体窒素の流量、A1(m3):第2供給管路断面積、A2(m3):噴射口(導入口)断面積、p1(Pa):液体窒素供給圧力、p2(Pa):液体窒素噴射口圧力(Pa)、Cq:流量係数、ρ(kg/m3):流体の密度 Where Ln: flow rate of liquid nitrogen, A1 (m 3 ): second supply pipe cross-sectional area, A2 (m 3 ): injection port (introduction port) cross-sectional area, p1 (Pa): liquid nitrogen supply pressure, p2 ( Pa): Liquid nitrogen nozzle pressure (Pa), Cq: Flow coefficient, ρ (kg / m 3 ): Fluid density
ただし、Q1:液体窒素の冷却能力、C2(kcal/m3):液体窒素の気化熱 Where Q1: cooling capacity of liquid nitrogen, C2 (kcal / m 3 ): heat of vaporization of liquid nitrogen
本実施形態においては、さらに、第2供給管路での液体窒素の流量を制御する制御装置22が設けられている。制御装置22は、温度センサ94からの温度データと設定温度との偏差から必要な液体窒素の閉鎖容器内への噴出量に見合う流量の液体窒素を閉鎖容器に供給する液体窒素供給量の制御手段であり、本実施形態では、マイクロコンピュータ等からなるコントローラが用いられている。制御装置22は温度センサ94から温度情報に対応する電気信号を受けて被冷却空間Sでの設定温度と比較し、その温度偏差に見合う混合調整低温ガスを生成させるに必要な流量の液体窒素を流すように、流量調整弁装置26を制御駆動させる。
In the present embodiment, a
次に、本実施形態の作用について説明する。例えば被冷却空間Sとしてのテストチャンバ70内で吹出す冷却設定温度を−60℃とすると、被冷却空間に冷媒を吹出す際に、冷却装置10で被冷却空間での冷却設定温度に近い温度に設定調整された冷気ガスGMを被冷却空間に連通する混合調整低温ガス生成装置としての閉鎖容器20内で生成させる。閉鎖容器20内には液体窒素LN2とドライエアーDAが所要の圧力と流量で同時に供給される。その際、圧力は(ドライエアー吐出圧<液体窒素吐出圧)の関係で供給される。さらに空気供給系30を介したドライエアーDAの閉鎖容器内への流量は設定による一定の流量に維持される。これに対し、液体窒素供給系24を介して供給される液体窒素は、閉鎖容器20内に放出される際に低圧開放されてガス化し、窒素ガスとして容器内に充填される。この際、気化熱を周囲から奪ってー196℃程度の超低温ガスとして閉鎖容器内に放出される。したがって、常温のドライエアーとこの気化窒素ガスが混合され、例えばー60℃程度の極低温の混合調整ガスGMを生成して、ドライエアーと液体窒素との吐出圧が接続金具37の送出口からの送出圧となって、テストチャンバ70側の空間へ吹出される。第1供給管路92の吹出口の断面積から割り出した流量の低温調整ガスを所要の時間被冷却空間へ供給し続けることにより、設定冷却温度に被冷却空間を冷却させる。空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を被冷却空間に供給する。その際、空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素とを同時に閉鎖容器内に圧送供給し、それらの圧送圧力のみで他の連通路に連通する被冷却空間を送出先として該他の連通路を介して調整低温ガスを圧送供給する。さらに、温度センサ94により、低温調整ガスの被冷却空間側での出口温度を検出し、制御装置22がこの温度に対応する電気信号を受けて設定冷却温度との偏差ぶんに見合う低温調整ガスを生成させるに必要な流量の液体窒素を流すように、流量調整弁装置26を制御駆動させ、被冷却空間側を設定冷却温度に維持させる。これによって、被冷却空間側を所望の低温(理論的には常温以下の生成可能なすべての低温域を含む)ガスを供給して被冷却空間側の他の機器類に影響を与えることなく、高精度に安定して冷却することができる。特に、上記実施形態のように、−60℃〜−100℃あるいはそれ以下程度の極低温状態を形成し、それを安定して維持する必要があるICハンドラデバイステスト用チャンバや、その他の精密機械、電子部品製造、医薬品製造その他の装置に有効に適用できる。
Next, the operation of this embodiment will be described. For example, if the cooling set temperature blown out in the
また、本発明のハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法の構成としては、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させる工程から構成され、前記実施形態の装置と同様に、空気と液体窒素と被冷却空間に連通する閉鎖容器という簡単な装置構成を基礎に圧力と流量を制御して低温ガスを安定的かつ高精度に被冷却空間に供給し、被冷却空間側が急激な温度の変動による結露、駆動部分の凍結、動作不具合を生じないようにし、さらにテスト環境の適性を保持することができる。 The handler device test chamber space cooling method of the present invention is configured such that the handler device test chamber is a space to be cooled, communicated with the space to be cooled, a liquid nitrogen source, an air supply source, A closed container communicating with the air supply source is supplied, and a constant flow rate of air is set by pressure from the air supply source side, while the closed container inlet from the liquid nitrogen source is squeezed to supply the vaporized nitrogen gas to the inside. The method includes the step of generating a low-temperature mixed gas by vaporized nitrogen gas and cooling the low-temperature mixed gas while pumping the low-temperature mixed gas to the space to be cooled only by the pressure from the air supply source and the liquid nitrogen source. Similarly, the low temperature gas is stably and accurately controlled by controlling the pressure and flow rate based on a simple device configuration of a closed vessel communicating with air, liquid nitrogen, and the space to be cooled. Supplied, condensation due to the cooling space side variation of rapid temperature, freezing of the drive portion, so as not to cause a malfunction, it is possible to further retain the suitability of the test environment.
被冷却空間の設定温度を−60℃とし、その際の閉鎖容器内への供給ドライエアー及び液体窒素を下記のように設定して90分間運転し、結果を得た。被冷却空間の冷却前の温度が26℃で、設定温度までのたち下げ時間は20分間であった。 The set temperature of the space to be cooled was set to −60 ° C., the dry air and liquid nitrogen supplied into the closed container at that time were set as follows, and the operation was performed for 90 minutes. The temperature before cooling of the space to be cooled was 26 ° C., and the time to decrease to the set temperature was 20 minutes.
なお、上記した実施形態の冷却装置では、閉鎖容器は円筒形状としているが、外形及びその内部中空形状は、これに限らない。また、上記実施形態では、実装組立て後の切断したチップについての特性試験の場合の例を示しているが、本発明の冷却装置は、ウエーハの切断分離前のプローブカードについての試験についても必要に応じて同様に適用しうる。また、ICハンドラの恒温槽に限らず、その他のあらゆる極低温雰囲気を必要とする空間の冷却に有効に用いることができる。 In addition, in the cooling device of the above-described embodiment, the closed container has a cylindrical shape, but the outer shape and the inner hollow shape are not limited thereto. In the above embodiment, an example of the characteristic test for the cut chip after mounting assembly is shown. However, the cooling device of the present invention is also necessary for the test on the probe card before the wafer is cut and separated. The same applies depending on the case. Further, the present invention is not limited to the constant temperature bath of the IC handler, and can be effectively used for cooling a space that requires any other cryogenic atmosphere.
10 冷却装置
12 液体窒素源
14 空気供給源
15 第2供給管路
16 第3供給管路
20 閉鎖容器
22 制御装置
26 流量調整弁装置
28 圧力調整器
40 気化変換手段
42 オリフィス部
80 パッケージIC
88 吹出口
92 第1供給管路
94 温度センサ
DA ドライエアー
S 被冷却空間
LN2 液体窒素
GN2 窒素ガス
DESCRIPTION OF
88
Claims (10)
被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通されており、空気供給源から圧送される空気と、液体窒素源から圧送される液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間に供給する閉鎖容器を含む冷却装置。 It is a cooling device that cools the space to be cooled that requires a low temperature environment.
While communicating with the space to be cooled, it communicates with a liquid nitrogen source and an air supply source, and simultaneously accepts air pumped from the air supply source and liquid nitrogen pumped from the liquid nitrogen source. A cooling device including a closed vessel that generates a low-temperature cooling gas having a desired low temperature and supplies the generated low-temperature cooling gas to a space to be cooled by pressure from an air supply source and a liquid nitrogen source.
液体窒素源からの液体窒素の流量を調整する流量調整弁装置と、
温度センサからの温度と、被冷却空間における設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部と、を備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の冷却装置。 A temperature sensor provided near the outlet of the low-temperature cooling gas on the cooled space side;
A flow control valve device for adjusting the flow rate of liquid nitrogen from the liquid nitrogen source;
6. A control unit that compares the temperature from the temperature sensor with the set temperature in the space to be cooled and changes the flow rate by the flow rate regulating valve device according to the comparison result. A cooling device according to claim 1.
被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、
空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、
空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させることを特徴とするハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法。
The handler device test chamber is the space to be cooled,
Prepare a closed container that communicates with the space to be cooled and communicates with the liquid nitrogen source and the air supply source.
While supplying a constant flow rate of air from the air supply source side by pressure, the closed container inlet from the liquid nitrogen source is squeezed and supplied as vaporized nitrogen gas to generate a low-temperature mixed gas of air and vaporized nitrogen gas. And
A method for cooling a chamber space for device testing of a handler, characterized in that cooling is performed while pumping a low-temperature mixed gas to a space to be cooled only by pressure from an air supply source and a liquid nitrogen source.
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