JP2014194415A - 直接噴射相転移温度制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】被測定装置の適切な温度制御を実現する温度制御ユニットを提供する。
【解決手段】被測定装置（ＤＵＴ）の温度を制御するための温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、冷媒入口および冷媒出口を有して構成される、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０に配置された密封の蒸発器室（気化チャンバー）４５と、被測定装置と熱的に結合され、かつ熱を蒸発器室（気化チャンバー）４５に伝導するように構成された少なくとも１つの面を含む。
【選択図】図３

Description

ここで開示される発明は、半導体試験ハードウェアに関し、特に、半導体装置を試験するための冷却システムに関する

関連技術

世界がますます半導体テクノロジーに依存するにつれ、半導体構成部品の故障が大きな懸念である。半導体装置の試験は、ますます重要である。より具体的には、新しい設計が効率良く欠陥を克服できるように、半導体装置の故障モードを学習することが特に望ましい。残念ながら、多くの試験装置は、被測定装置の適切な温度制御を提供せず、それゆえ、現在の試験プロトコルは効果が限られている。

このように、必要とされるのは、半導体装置の試験を向上させるための方法および装置である。

ひとつの実施例では、被測定装置（ＤＵＴ）の温度を制御するための温度制御ユニット（ＴＣＵ）が開示される。装置は、冷媒入口および冷媒出口を有して構成される、ユニット内に配置される封止された蒸発室（気化チャンバー）と、被測定装置の熱係合のためのかつ蒸発室に熱を伝導するために構成される少なくとも１つの表面とを含む。

ひとつの実施例では、蒸発室は冷却板アセンブリの中に配置され、冷却板アセンブリはボディおよびボディに搭載された伝達板を含むことができ、冷却板アセンブリは、ボディと伝達板の間に配置された封止を含むことができ、伝達板は試験装置から冷媒へ熱を伝達するように構成され得る。いくつかの実施例では、ＴＣＵは少なくとも１つの熱電気クーラー（ＴＥＣ）を含む。いくつかの実施例では、ＴＣＵは少なくとも１つの台座搭載板を含み、少なくとも１つの台座搭載板は、センサアセンブリのための搭載（マウント）を含むことができる。いくつかの実施例では、センサアセンブリはさらにデバイスアダプタのための搭載（マウント）を含む。いくつかの実施例では、センサアセンブリはさらにデバイスアダプタのマウントを含み、デバイスアダプタは、被測定装置からの熱伝導のために構成され得る。いくつかの実施例では、ＴＣＵは少なくとも１つのヒーターを含み、少なくとも１つのヒーターは抵抗素子を含むことができる。いくつかの実施例では、ＴＣＵは、Ｒ４０４ａおよびＲ１３４ａの冷媒のうちの少なくとも１つと共に使用するために構成される。いくつかの実施例では、ＴＣＵは、伝達板、熱電気クーラー、台座搭載板およびセンサアセンブリのうちの少なくとも１つの表面上に配置される熱伝達材料を含む。いくつかの実施例では、ＴＣＵは、少なくとも１つの温度センサおよび／または少なくとも１つの湿度センサを含む。

別の実施例では、半導体装置の熱応答を試験するための試験システムが提供される。試験システムは、半導体装置の温度を制御するための温度制御ユニットであって、当該ユニットは、その内部に配置される、冷媒入口および冷媒出口を有して構成される蒸発チャンバーを含み、前記ユニットは、半導体装置の熱係合のための、かつ熱を前記蒸発チャンバーに伝えるよう構成される少なくともひとつの表面を含む、温度制御ユニットと、制御信号を受け取り、当該信号に応じて温度制御ユニット（ＴＣＵ）の動作を制御するためのコントローラとを含む。

試験システムのいくつかの例では、制御信号は、ユーザーインターフェイスおよび温度制御ユニット（ＴＣＵ）のセンサのうちの１つによって提供される。試験システムのいくつかの例では、コントローラは、機械可読媒体に記憶される機械実行可能命令であって、動作を制御するための命令を実行するために構成される。

本発明の特徴および利点は、添付図面と併せて以下の説明から明らかになる。

図１は、小型の装置の熱試験のための温度制御ユニット（ＴＣＵ）を示す概要図である。

図２Ａは、ここではまとめて図２として呼ばれ、図１の温度制御ユニット（ＴＣＵ）の斜視図である。 図２Ｂは、ここではまとめて図２として呼ばれ、図１の温度制御ユニット（ＴＣＵ）の斜視図である。

図３は、図１および図２の温度制御ユニット（ＴＣＵ）の切取斜視図である。

図４は、図１、図２および図３の温度制御ユニット（ＴＣＵ）用の温度制御組み立てユニットの切取斜視図である。 図５は、図１、図２および図３の温度制御ユニット（ＴＣＵ）用の温度制御組み立てユニットの切取斜視図である。

図６は、図４および図５の温度制御組み立てユニットで使用される温度制御頭部の分解立体図である。

図７は、図６の温度制御頭部用のハウジングの分解立体図である。

図８Ａは、ここでは総称して図８として呼ばれ、図６の温度コントロールヘッドの底面斜視図である。 図８Ｂは、ここでは総称して図８として呼ばれ、図６の温度コントロールヘッドの底面斜視図である。

図９は、図１、図２および図３の温度制御ユニット（ＴＣＵ）用のコントローラの例示的な実施例を示す。

図１０は、図１、図２および図３の温度制御ユニット（ＴＣＵ）を使用するためのシステムの構成要素に関するフローチャートである。

図１１は、図１０のシステムの性能を示すグラフである。

発明の詳細な説明

ここで開示されるのは、試験装置の温度を制御するための方法および装置である。特に、ここで開示される方法および装置は、試験中に半導体装置の温度（すなわち、熱的な状態）を制御することに特に有用である。従って、ここで論じられる例示的な実施例は、半導体装置に関して示される。しかしながら、これは、ここでの教示を限定するものと解釈されるべきではない。すなわち、ここで開示される技術は、温度条件の制御が望まれる、あらゆるタイプの小型装置に同じように良く適応され得る。

ここで、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の態様が示される図１を参照されたい。使用中、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、冷却ループ９内の構成要素とのインターフェイスを保持する。冷却ループ９は、凝縮器や圧縮機等の構成要素を含む。冷却ループ９の他の構成要素は、熱制御ユニット（ＴＣＵ）１０の外部または内部に含まれ得る。加えて、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、被測定装置（ＤＵＴ）１２とのインターフェイスを保持する。同様に、被測定装置（ＤＵＴ）１２は、ソケット１４および／またはプリント回路基板（ＰＣＢ）１６に結合され得る。ソケット１４および／またはプリント回路基板（ＰＣＢ）１６は、概して、被測定装置（ＤＵＴ）１２から外部試験装置（図１０に以下で示される）への通信を提供する。例示的な外部試験装置は、オシロスコープ、電源供給、電圧計などの試験装置を含む。

“冷却ループ”という用語は、概ね、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の外側にあり、かつ、気体冷却サイクルを支える構成要素を指すものと認識される。より具体的に言えば、従来の“冷却ループ”の少なくともいくつかの構成要素は、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の内部に配置され得る。従って、冷却ループという用語は、冷却を引き起こす全ての構成要素が温度制御ユニット（ＴＣＵ１０）の外側にあることを必要とすると解釈されるべきではない。

概して、被測定装置（ＤＵＴ）１２は、試験に適したあらゆるタイプの装置を含む。被測定装置（ＤＵＴ）１２の例示的な実施例は、全ての種類の集積回路を含む。概して、被測定装置（ＤＵＴ）１２の試験のための温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の使用は、伝達の態様によってのみ限定される。より具体的には、一例ではあるが、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の使用は、その能力により、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０を被測定装置（ＤＵＴ）１２に熱的にインターフェイスすることに限定され得るのみである。

ここで、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の実施例の斜視図である、図２Ａおよび図２Ｂを参照されたい。この例では、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、概して、縦軸Ａを中心とした長楕円形の装置である。任意に、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、２つの構成要素に分割されるものとして考えられ得る。第１の構成要素は、接続モジュール６として参照される。第２の構成要素は、温度制御モジュール５として参照される。

概して、接続モジュール６は、冷却ライン８（入口ラインおよび出口ライン）を含む。さらに、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、少なくとも１つの空気ライン１１を含むことができる。図３にも示されるように、接続モジュール６は、絶縁材７を含むことができる。絶縁材７は、冷却ライン８を取り囲むように配向され、熱的な性能を維持することができる。接続モジュール６は、電子部品１５を含むことができる。概して、電子部品１５は、温度制御モジュール５と通信する。

概して、温度制御モジュール５は、被測定装置（ＤＵＴ）１２を加熱するための構成要素と、被測定装置（ＤＵＴ）１２を冷却するための構成要素とを含む。温度制御モジュール５はさらに、被測定装置（ＤＵＴ）１２の温度を感知するための感知構成要素を含む。

ここで、温度制御モジュール５の例示的な実施例の断面が示される図４および図５も参照されたい。例示的な実施例の構成要素は、入口４６および出口４７を含む。入口４６は、冷却ループ９から圧縮された冷媒を受け取り、かつ、蒸発室４５（ここでは蒸発器とも呼ばれる）へ冷媒を分配する。入口４６は、冷媒を分配するための少なくとも１つのノズル（図示せず）を含むことができる。

液体および蒸気は、蒸発器室４５から出口４７を介して熱を運び去る。通常、蒸発器室４５は伝達板５６を含む。伝達板５６は、入口４６からの冷媒が大きな表面積上に分配されるような特徴を含み、結果として効率の良い熱交換を生じさせる。例示的な特徴は、複数の上方へ延在するフィンガー（図の通り）、フィン、リッジ、ワイヤ、または他の熱伝導性の構成要素を含む。

また、温度制御モジュール５は、パージ空気入口５１を含むことができる。パージ空気入口５１には、空気ライン１１を介して乾燥した空気の供給が供給され得る。概して、パージガス（例えば、空気、または窒素等）が、凝結を制限するために温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０へ供給され得る。凝結（霜の集合）を防ぐのに使用されるとき、パージガスは、通常、パージガスに晒される最も冷たい表面の露点より低い露点を維持する。いくつかの実施例では、露点は、おおよそ摂氏−４０度から摂氏−５５度より低く維持され、これは、台座末端への冷却板のための動作温度である。

概して、パージガスは、パージガスが自由に流れる方法でこれらの冷たい表面上を通過するように供給される。パージガスへ過度な熱伝達を引き起こさずに最小の圧力降下が生じるように、流れが供給され得る。いくつかの実施例では、パージガスは、閉ループ内を循環される。いくつかの実施例では、パージガスは、より低い位置（例えば、下方のソケットの結合部におけるすき間等）で放出される。概して、パージガスの態様はコントローラ（例えば、図９に示されるコントローラ）によって制御される。

システム設計者は、システム設計の他の態様を検討する場合にパージガスの使用を説明してもよい。例えば、パージガスの熱伝達は、使用される絶縁材７の量の削減を提供することができる。従って、パージガスの使用は、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０のためのより小さな設計に役立つ。

概して、冷却板アセンブリ５５は、実質的に封止された蒸発器室４５の実施例を提供するために必要な、伝達板５６およびその他の構成要素を含むアセンブリである。冷却板アセンブリ５５は、伝達板５６が搭載されるボディ５２を含む。ガスケット、封止リングまたはその他のタイプの封止がボディ５２と伝達板５６との間に配置され、蒸発器室が実質的に密封された状態であることを保証する。

温度制御モジュール５はさらに、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３を含むことができる。ここに示される実施例では、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３は平面的な形態である。この例では、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３は、冷却板アセンブリ５５の伝達板５６と熱的に接触する。同様に、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３は、台座搭載板５７と熱的に接触する。いくつかの実施例では、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３は、温度制御モジュール５に含まれない。その他の実施例では、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３の更なる例は、温度制御モジュール５に含まれる。

ここに示される実施例では、台座搭載板５７は、二重の目的を果たす。つまり、台座搭載板５７は、冷却板５５を取り囲むハウジングに対するベースを提供する。さらに、台座搭載板５７は、少なくとも１つのヒーター４２を含む。少なくとも１つのヒーター４２は、抵抗素子を含むことができる。加熱を提供するためのその他の構成要素が抵抗素子の代わりに含まれ、または提供され得る。いくつかのその他の実施例では、少なくとも１つのヒーター４２は含まれない。いくつかのさらなる実施例では、少なくとも１つのヒーター４２は、台座搭載板５７から分離して組み入れられるか、図示されるものと異なる構成で組み入れられる。

台座搭載板５７は、貫通経路（図示せず）を含むことができる。貫通経路は、センサアセンブリ５９との電気的な接続を提供するために含まれ得る。概して、センサアセンブリ５９は、被測定装置（ＤＵＴ）１２と熱的に接触し、かつ被測定装置（ＤＵＴ）１２の温度を感知するように構成される。感知装置に加えて、センサアセンブリ５９は、被測定装置（ＤＵＴ）１２に効率的な熱伝達を提供する材料から成る構成要素を含むことができる。

ここで説明される通り、“上（above）”または“下（below）”等の配向についての用語は、比較的任意であることが留意されるべきである。概して、ここでの説明は、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の温度制御モジュール５が接続モジュール６の“下”に配向される図１、図２および図３に示される配向に関連する。しかしながら、そのような用語は、単に慣習および説明のために使用される。例えば、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０が、横向きで、反転されて、または適切だと思われるようなその他の配向で動作され得ることが認識されるべきである。

ここで、図６を参照すると、温度制御モジュール５の構成要素がより詳細に示されている。この図では、温度コントロールヘッド６０が分解立体図で示される。概して、温度コントロールヘッド６０は、温度制御を提供する温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の構成要素を含む。より具体的には、温度コントロールヘッド６０は、冷却板アセンブリ５５、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３および台座搭載板５７（台座搭載板５７の中に配置される少なくとも１つのヒーター４２を含む）を含む。さらに温度コントロールヘッド６０は、少なくとも１つのセンサを含むことができる。例えば、温度コントロールヘッド６０は、冷却板サーモスタット６１を含むことができる。

図７を参照すると、これはハウジング７０の分解立体図を描いている。概して、ハウジング７０は、一体型のケースおよびネジアセンブリ７２を含む。ケースおよびネジアセンブリ７２は、ハードストップ７３を含むことができる。一旦、温度コントロールヘッド６０がケースおよびネジアセンブリ７２内で配向されると、調整ハンドル５４が、温度コントロールヘッド６０の周りで下方にネジ回しされ、ケースおよびネジアセンブリ７２へネジ止めされ得る。それゆえ、組み立てられたとき、温度コントロールヘッド６０は、ハウジング７０内で機械的に固定される。調整ハンドル５４は、調整可能なハードストップ７５の付加によって適切な場所にロックされ得る。概して、調整可能なハードストップ７５は、調整ハンドル５４をケースおよびネジアセンブリ７２にロックするための、少なくとも１つのブラケットおよび少なくとも１つのボルトを含み得る。この例では、少なくとも１つのボルトは、調整ハンドル５４の周辺のボルト孔を貫通して、ハードストップ７３の中へ固定される。

図８を参照すると、温度制御モジュール５の底面が示される。図８Ａに見られ得るように、台座搭載板５７は、デバイスアダプタ８１を搭載するための複数の搭載の特徴を含むことができる。概して、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０には、複数のデバイスアダプタ８１が用意され得る。例えば、デバイスアダプタ８１の各１つは、特定の被測定装置（ＤＵＴ）１２との効率的な熱交換のために構成され得る。

概して、各デバイスアダプタ８１（および、温度コントロールヘッド６０の他の構成要素）は、熱容量（温度の動作範囲にわたるもの）、剛性、入手性、耐久性、コスト等に配慮する材料から構成される。いくつかの実施例では、アルミニウムが、温度コントロールヘッド６０およびデバイスアダプタ８１の各々での使用を目的とした適切な材料として選択される。

熱ペーストなどの熱伝達媒体は、適切と思われる所にどこでも配置され得る。熱伝達媒体の他の実施例が使用されても良い。例えば、熱インターフェイス媒体が使用され得る。ある実施例では、熱ペーストは、温度コントロールヘッド６０の中の構成要素の１つ１つの間に配置される。熱ペーストは、デバイスアダプタ８１と台座搭載板５７とセンサアセンブリ５９との間に配置され得る。熱伝達媒体は、性能（熱伝導性）、入手性、適用の容易さ、長寿命、メンテナンスの必要性、ユーザー性能を考慮して、その他の類似基準に従い、選択され得る。

図９を参照すると、コントローラ１００の例示が提供される。この例示的な実施例では、コントローラ１００は、ラックに取り付けられた装置（ラックマウントユニット）として構成され得る。コントローラ１００は、冷却ループ９の残りの構成要素を含むことができる。例えば、コントローラ１００は、複数のファン、コンプレッサ、凝縮装置、および他のそのような構成要素を含むことができる。加えて、コントローラ１００は、適切な電源供給と、センサアセンブリ５９の出力を監視するための監視装置とを含むことができる。それに応じて、コントローラ１００は、少なくとも１つのインターフェイス（図示せず）を含むことができる。少なくとも１つのインターフェイスは、例えば、パーソナルコンピュータ、ネットワーク等とのインターフェイスであり得る。コントローラ１００は、乾燥空気の供給のような他の構成要素との接続を含むことができる。

図１０を参照すると、例示的な試験システム５００を描くフローチャートが提供される。試験システム５００では、コントローラ１００は、ユーザーインターフェイス１０１を介してユーザーによって命令される。それに応じて、コントローラ１００は、冷却ループ９、乾燥空気供給１０５および温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０を制御する。温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、被測定装置（ＤＵＴ）１２と熱的に結合される。加えて、この実施例では、コントローラ１００は、試験装置１０６とインターフェイスされる。試験装置１０６は、試験中に、被測定装置（ＤＵＴ）１２の性能の監視および制御のうちの少なくとも１つのために使用される。つまり、試験装置１０６は、被測定装置（ＤＵＴ）１２の出力信号の監視を提供し、さらに被測定装置（ＤＵＴ）１２への入力信号の制御を提供することができる。

従って、コントローラ１００およびユーザーインターフェイス１０１のうちの少なくとも１つは、被測定装置（ＤＵＴ）１２の試験を実施するための命令を含むことができる。命令は、機械可読媒体に記憶される機械実行可能な命令を含むコンピュータプログラム製品として提供され得る。機械可読媒体は、例えば、ハードドライブ、光学ドライブ等の不揮発性ストレージを含むことができる。命令は、遠隔システム（図示せず）から、コントローラ１００および／またはユーザーインターフェイス１０１のメモリへロードされ得る。慣習上、試験を実施するための命令は、ここでは、“ソフトウェア”として参照され、かつ、必要または適切と思われる更なる命令を含み得る。例えば、ソフトウェアは、ユーザーインターフェイス、出力、伝達および試験を実施することに関連するその他のタスクを提供するための命令を含み得る。

概して、ソフトウェアは、試験され得る装置の構成のための選択された性能パラメータの所望の値を含むテーブルのようなデータテーブルを含むことができる。ソフトウェアは、データロギングの特徴を含むことができる。例えば、ソフトウェアは、複数の温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０、各々のデバイスアダプタ８１等の性能を監視するために構成され得る。

ソフトウェアは、必要に応じてロジックを含むことができる。例えば、ソフトウェアは、装置性能の結果として与えられた試験手順を開始することができる。さらに、ソフトウェアは、予め決められた試験手順に従い、または試験中に収集された性能データの結果を受けて、加熱、冷却、印加電圧等の調整を提供することができる。

図１１は、試験システム５００の例示的な動作領域を示す。提供されたグラフでは、達成可能な目標温度領域が、右の最大冷却限界曲線および左の最大加熱曲線に示される。

温度制御システム（ＴＣＵ）１０と、コントローラ１００と、コントローラ１００に温度制御システム（ＴＣＵ）１０を実行させるための試験システム５００との態様をこのように記載してきたが、さらなる実施例の態様がここで紹介される。

概して、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０、コントローラ１００および試験システム５００に含まれる構成要素の物理的な大きさは、性能だけでなくユーザーのニーズによっても制限される。あらゆる特定の構成要素が前述の記載で述べられた通りに提供される必要はない。例えば、コンプレッサはコントローラ１００に含まれる必要はない。実際は、冷却ループ９の構成要素（つまり、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０に含まれない冷却構成要素）は、完全に、コントローラ１００から分離され得る。

さらに、冷却ループ９は、適切と判断される追加の構成要素を含むことができる。例えば、追加のコンプレッサ、ファン、蒸発器、ホース、バルブ、線乾燥器、フィルタ等が含まれ得る。概して、冷却ループ９は、容易に入手できる冷媒で動作している。例えば、冷却ループ９は、Ｒ４０４ａ、Ｒ１３４ａまたはその他のタイプの冷媒で動作され得る。冷却ループ９の動作は、独立した制御システムまたはコントローラ１００によって監視および制御され得る。

概して、温度制御モジュール５（すなわち、ハウジング７０とその中の温度コントロールヘッド６０）は、容易に、組み立てられまたは分解され得る。簡単な設計および構造は、構造的な分解をせずに、個々の構成要素のメンテナンスを容易にする。

温度制御モジュール５は、適切と判断される追加のセンサおよび制御（図示せず）を含むことができる。例えば、追加の温度センサが、温度制御モジュール５内に含まれ得る。追加の温度センサは、例えば、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０の性能に関する追加の情報を提供することができ、それによって、被測定装置（ＤＵＴ）１２とのインターフェイスでの温度プロファイルの制御を高めることができる。他の例としては、ヒーター４２の抵抗素子の電気的性能が監視され得る。冷媒の流速は、流れ制御バルブ等によって制御され得る。温度制御モジュール５は、少なくとも１つのファン、空気の通気孔等のような追加の構成要素を含むことができる。湿度センサが周囲の湿気を監視するために含まれても良い。

例えば、温度センサおよび湿度センサのようなセンサは、蒸発器へ展開されてもよい。温度センサ（例えば、ＲＴＤ、サーミスタ、熱電対）は、被測定装置（ＤＵＴ）１２の表面温度を測定するために使用され得る。ハウジング７０は、温度センサを含むことができる。予備のヒーターがハウジング７０の中に含まれ得る。追加の熱電気装置または同様の他の（例えば、熱イオン）装置が含まれても良い。

ハウジング７０は、適切な電気部品を含むことができる。例えば、熱電気クーラー（ＴＥＣ）４３および／またはヒーター４２がハウジング７０に搭載されるときにプラグインできるように、ハウジングは、電気的接続を含むことができる。

温度制御ユニット（ＴＣＵ）１０は、高度な性能および制御を提供するよう調整され得る。例えば、被測定装置（ＤＵＴ）１２を冷却する（温度を下げる）ために、熱交換経路が被測定装置（ＤＵＴ）１２から蒸発室４５へ引かれる。同様に、被測定装置（ＤＵＴ）１２を加熱する（温度を上げる）ために、熱交換は、ヒーター４２から被測定装置（ＤＵＴ）１２へ流れなくてはいけない。これらの特定の構成要素の後者の機能性によって位相変化サブシステムは、主にＤＵＴの冷却モードの動作中間に、使用ポイントへの冷えた冷媒供給を提供することのみで入り込むことができる。加熱動作中には、位相変化サブシステムは最小限で動作するように調整されることができる。

従って、ＴＣＵは、ユーザーに装置の熱的な試験をするシステムを提供する。熱的な試験の能力は、被測定装置（ＤＵＴ）１２を、特定の装置のサイズおよび定格にとって望ましい設定目標温度、望ましい温度の傾斜率、望ましい熱流速にさらすことを含む。

本技術は、半導体テストハードウェアのために典型的に実施される冷却システムの複雑さを直接的に簡単にする。従来の冷却システムと比べると、ここで開示される技術は、一次冷却剤のための典型的な冷却、廃熱ならびに温度制御をするであろう二次冷却剤の必要性（すなわち、冷蔵室や冷却装置等）を排除する。これらのシステムは冷たいおよび熱い冷却剤の双方の温度制御を提供できるのに対し、冷媒のみの冷却剤は、冷却のレベルを提供するだけである。

ここでの教示はまた、特殊な熱伝達流体や関連する特定の冷却装置および構成要素の手段を使用せずに、最も標準的な冷却剤を用いて実現され得るよりもはるかに低い冷却剤の温度を提供する。

また、蒸発器での、冷媒と熱的負荷の間で発生する直接的に濡れたインターフェイスは、たいていの流体を用いて実現され得るよりもはるかに高い熱伝達係数を提供する。このため、熱抵抗が著しく減少され、これにより小型化された構成要素（すなわち、フィン付き熱交換表面）の効果的な使用がさらに可能となり、それによって、半導体試験産業に関連するソケットが搭載されたＰＣＢのアプリケーションのための、よりいっそう魅力的なコンパクトな試験手段の形成因子が可能である。

概して、ここで開示される方法および装置は、半導体試験のための直接的な二相の冷却システムを使用し、同様に、非常に低い温温（すなわち、おおよそ摂氏マイナス４０度）の冷却剤を使用する。

システムは小型化を提供し、かつ、非常に小型のコンプレッサおよび蒸発器要素を含む。システムは実質的なコンパクト性を示し、かつ、２−３Ｕの標準のラックケースの形成因子に適合できる。小型の蒸発器の設計は、頭部の外形寸法が６０ｍｍ×６０ｍｍおよび４０ｍｍ×４０ｍｍである、標準的な半導体テストソケットの固定器具に適合された。

システムは、正確な蒸発器‐ＤＵＴインターフェイス温度制御を含み、コンプレッサコントローラおよび冷媒循環が主制御システムに直接的に連結される。さらに、システムは、流体システム組み立てに伴う標準的な試験装置に関連する冷却剤漏れのリスクを取り除く。

システムは、迅速なシステム起動領域が可能である。システムは、外部の冷却ユニットを必要とせずに、自給式の熱システムコントローラも含む。熱制御の方法は、加熱中にヒーターの電力の予め決められたパーセンテージまでＴＥＣの電力を減らして、動作中のＴＥＣの寿命を劇的に改善する。さらに、ＴＥＣ保持方法の機械的な改善が、ＴＥＣの寿命を改善する。

半導体試験産業における最先端の温度制御システムは、空気、水、エチレングリコール混合物、およびその他の特殊な熱伝達流体等の冷却剤システムを利用してきた。これらのシステムのほとんどでは、一次冷却流体の温度を二次的に制御するために、冷却装置ユニットが必要とされる。この二次システムを取り除くこと、および一次冷却剤を主な流体として直接的に使用することによって、システムの複雑さは減少されることができ、冷却性能はより効率的に実現されることができ、費用の節約が得られることができる。特に、使用される冷却剤は、特殊な二次ハードウェア（すなわち、冷却装置）を用いずに、水、エチレングリコール混合物および同様の熱伝達流体を用いて達せられることができるものより、はるかに低い（すなわち、より冷たい）温度を単独で達成することができる。

局所的な温度制御システムを用いる冷媒システムは、蒸発器で結合されたとき、半導体チップ等のデバイスを冷却または加熱するために使用されることができる。標準的な半導体試験状況では、このシステムは、ソケットおよびＰＣＢ環境に直接的に接続される。

冷却システムは、被測定装置（“ＤＵＴ”と呼ばれる）に関連する熱的負荷を受け取る蒸発器へ低温の冷媒を循環させて、小型の空冷式凝縮装置を介してこの負荷を取り除く。

冷却システムは直接的に監視および制御され、かつ、加熱状況（すなわち、ＤＵＴの温度の上昇）のために冷媒循環が減少され得、より容易な高温ランプアップを可能にする。

ここでの教示の態様を提供するために、様々な他の構成要素は含まれることができ、また、求められることができる。例えば、追加素材、素材の組み合わせおよび／または素材の省略は、ここでの教示の範囲内にある別の実施例を提供するために使用され得る。

本発明の要素または本発明の実施例を紹介する際の、冠詞“a、”“an、”および“the”は、ひとつまたは複数の要素があることを意味すると意図される。同様に、形容詞“another”は、要素を紹介するために使用される際には、ひとつまたは複数の要素を意味すると意図される。用語“including”および“having”は包括的であることが意図され、列挙された要素以外の追加要素があり得る。

本発明は例示的な実施例を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、また、同等物が本発明の要素の代わりに用いられ得ることが当業者によって理解されるであろう。加えて、多くの改修が、本発明の不可欠な範囲から逸脱することなく、特定の機器、状況または素材を本発明の教示に適応させるために当業者によって理解されるであろう。それゆえ、本発明は、この発明を実施するために熟考された最良の態様として開示される特定の実施例に限定されるのではなく、本願は添付の特許請求の範囲に属する全ての実施例を含むことが意図される。

Claims (20)

1. 被測定装置（ＤＵＴ）の温度を制御する温度制御ユニット（ＴＣＵ）であって、
   冷媒入口および冷媒出口を有して構成された密封の蒸発室と、
   前記被測定装置と熱的係合のため、かつ前記蒸発室に熱を伝導するように構成された少なくとも１つの面と、を含む温度制御ユニット。
2. 前記蒸発室は、冷却板アセンブリの中に配置される、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
3. 前記冷却板アセンブリは、ボディと、当該ボディに搭載された伝達板とを含む、請求項２に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
4. 前記冷却板アセンブリは、前記ボディと前記伝達板との間に配置されるシールを含む、請求項３に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
5. 前記伝達板は、熱を前記試験装置から冷媒に伝達するように構成される、請求項３に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
6. 前記伝達板は、前記伝達板と冷媒との間に効率的な熱交換を提供するための特徴を含む、請求項５に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
7. 温度制御ユニットはさらに、少なくとも１つの熱電気クーラー（ＴＥＣ）を含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
8. 温度制御ユニットはさらに少なくとも１つの台座搭載板を含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
9. 前記少なくとも１つの台座搭載板はセンサアセンブリのための搭載を含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
10. 前記センサアセンブリは、デバイスアダプタのための搭載をさらに含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
11. 前記デバイスアダプタは、前記被測定装置からの熱伝達のために構成される、請求項１０に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
12. 少なくとも１つのヒーターをさらに含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
13. 前記少なくとも１つのヒーターは、抵抗素子を含む、請求項１２に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
14. 温度制御ユニットは、Ｒ４０４ａおよびＲ１３４ａ冷媒のうちの少なくとも１つと共に使用するために構成される、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
15. 温度制御ユニットはさらに、伝達板、熱電気クーラー、台座搭載板およびセンサアセンブリのうちの少なくとも１つの表面に配置される熱伝達材料を含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
16. 温度制御ユニットはさらに、少なくとも１つの温度センサを含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
17. 温度制御ユニットはさらに、少なくとも１つの湿度センサを含む、請求項１に記載の温度制御ユニット（ＴＣＵ）。
18. 半導体装置の熱応答を試験する試験システムであって、
    半導体の温度を制御する温度制御ユニット（ＴＣＵ）であって、当該ユニットは、配置された密封の気化チャンバーを含み、当該気化チャンバーは、冷媒入口および冷媒出口をもって構成され、前記ユニットは、半導体装置の熱的に係合しかつ前記気化チャンバーに熱を伝導するように構成された少なくとも１つの面を含む、前記温度制御ユニット（ＴＣＵ）と、
    制御信号を受け取り、前記制御信号に従って前記温度制御ユニット（ＴＣＵ）の動作を制御するコントローラと、を含む試験システム。
19. 前記制御信号は、ユーザーインターフェイスおよび温度制御ユニット（ＴＣＵ）のセンサのうちの１つによって提供される、請求項１８に記載の試験システム。
20. 前記コントローラは、機械可読媒体に記憶された機械実行可能な命令を実行するように構成され、前記命令は、前記動作を制御する、請求項１８に記載の試験システム。