JP5105445B2 - 放熱器の使用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、放熱器の使用方法に関し、更に詳しくは、被試験物が装着されたバーンインボードを両側に送気ダクトと排気ダクトとが配設された試験室に複数段に装着し、試験室に入れられた被試験物である供試被試験物の熱交換部分に送気ダクトからバーンイン用の気体を供給して排気ダクトから排出し、供試被試験物のバーンインを可能にしたバーンイン装置の前記供試被試験物の熱交換部分などに好適な放熱器の使用方法に関する。
半導体デバイス(以下単に「デバイス」という)の生産工程では、特に初期故障を起こす潜在欠陥を有するデバイスを除去するために、電気的ストレスを印加するバーンイン試験が行われる。このように試験状態にされたデバイス(以下「DUT(Device Under Test)」という)は、試験中に自己発熱するが、従来のものではその発熱量が数十ミリワット乃至数ワット程度で十分小さく、又プリント基板で形成したバーンインボード(以下「BIB」という)上に配設した多数のソケットにDUTを装着するため、BIBは小容量の発熱体が一様に分布した面状発熱体とみなすことができた。そのため従来では、BIBを多段、多列状にバーンイン装置内に収容し(例えば特許文献1参照)、風上と風下との風の温度差が例えば125℃±3℃以内に収まるような流量の風をBIBの表面に平行な流れになるように送風してバーンイン試験を実施していた。
しかし、最近ではCPUの高速化、大容量化に伴う動作電流の増加により、これを構成するデバイスの自己発熱量が数ワット乃至数百ワットにもなってきている。このようにDUTの自己発熱が大きくなると、DUT自体の表面からのみでは、その発熱量を十分に放散できず、DUT内の接合部温度(ジャンクション温度)が所定のバーンイン温度を越えてしまうため、DUTソケットに放熱フィンを設けることが多い。その結果、BIBは大容量の発熱体が局所的に分散配置された状態になり、従来のDUTのように面状発熱体とみなせなくなる。
このようなBIBを、BIBと平行な送風を行う従来のバーンイン装置に収容してバーンインを実施すると、DUTの発熱による風温上昇がその下流にあるDUTに著しく温度的影響を与えると共に、風上側の放熱フィンが障害物となって風下の放熱フィンへの風当たりが悪くなって放熱が不十分になるため、風上側DUTと風下側DUTとに大きな温度差が発生する。又、放熱フィンは熱交換面積を大きくするために狭い間隔に多数枚並設されるため、風が通過するべきフィンの隙間部分の通風抵抗が大きく、風は抵抗のないフィンの外部の方へフィンからそれて流れるようになっていた。そのため、放熱フィンの除熱量が少なくなり、DUTに許容される発熱量が十ワット程度までということになっていた。
即ち、従来のバーンイン装置では、送風機を大型化して風量を多くしても、風が冷却されるべき放熱フィンを避けて流れるため、送風機の大型化に見合うだけDUTの許容発熱量を大きくすることができなかった。又、DUTに温度差が生ずる場合には、最も低温で電気的に低ストレス状態のものに合わせてバーンイン時間が決定されるため、上記の如く風上側DUTと風下側DUTとに大きな温度差が生ずると、高温のDUTではバーンイン時間が過大になって浪費されることになり、結局バーンイン試験の能率低下によるDUTの生産性の低下を招いていた。
なお、実装プリント基板に混在させて搭載した低発熱素子と高発熱素子とを冷却する半導体冷却装置として、プリント基板に平行な空気流のみによって素子を冷却する従来の装置を改良し、ファンで平行空気流を供給する共通空気冷却手段と、これに加えて小型高圧ファンで噴出口から高発熱素子に高圧空気を噴出させる集中冷却手段とを設けた装置が知られている(特許文献2参照)。
しかしながら、このような冷却装置では、平行空気流の上流側と下流側とで冷却効果に差が生じて、バーンイン装置では前記の如くDUTのバーンイン時間に差が生じて、試験能率が低下するという問題が解決されない。
特開平8−211122号公報(図3のバーンイン装置の全体配置及び図4のデバイスが装着されるICソケット2の配置等及び明細書の関連説明) 特開平1−28896号公報(図1、2及び明細書の関連説明)
本発明は従来技術における上記問題を解決し、放熱効果を高めた放熱器の使用方法を提供し、更に、それを用いて多数の高発熱デバイスを同程度のバーンイン時間でバーンインして能率良く試験できるようにすることを目的とする。
本発明の放熱器の使用方法は、発熱体に取り付けられて該発熱体の熱を放熱する放熱器の使用方法であって、 前記放熱器は、前記発熱体に圧接される圧接部材と、多列折り曲げ状で頂面が中央部分に切欠き部を備えていて前記頂面の反対側の底面が前記圧接部材に接合された放熱フィンと、を備えており、前記発熱体が、バーンイン装置で試験が行われる被試験物であり、前記バーンイン装置は、前記被試験物が装着されるバーンインボードを両側に送気ダクトと排気ダクトとが配設された試験室に装着し、前記試験室に入れられた前記被試験物に前記送気ダクトからのバーンイン用の気体を送気口から供給して排気口から前記排気ダクトへ排出するものであり、前記バーンインボードには前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向が行方向になるように複数個の前記被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されていて、前記行方向の前記被試験物に対向する前記送気口から前記バーンイン用の気体を供給し、前記行間隔に対向する前記排気口から前記バーンイン用の気体を、前記排気ダクトを介して排出するものであり、前記バーンインボードが前記試験室に装着されたときに、前記被試験物に取り付けられた前記放熱器の前記切欠き部が前記送気口に対向し、前記放熱フィンが前記行方向に前記多列折り曲げ状になるように配置する
本発明によれば、発熱体に圧接部材を介して圧接される放熱フィンは、多列折り曲げ状になっているので、大きな熱交換面積を備えることになり、冷却能力を高めることができる。又、放熱フィンは、頂面がその中央部分に切欠き部を備えているので、この切欠き部を、気体が供給される送気口に対向するように位置させることにより、送気口から供給された気体は、多列折り曲げ状で頂面のない部分では、両方の外側面に接触すると共に、頂面があって閉じた部分では、頂面の中央部分に存在する切欠き部から閉じた部分の中に侵入し、その内側面に接触することになる。
その結果、多列折り曲げ状で面積の大きい内外側面に気体が当たるため、熱交換性能が良い。又、切欠き部から中に入った気体は頂面の方向に放散されないため、内側面と十分接触して熱交換することになり、特に熱交換性能が向上する。
また、放熱フィンの頂面の中央部分の切欠き部が、バーンインボードが試験室に装着されたときに送気口に対向するので、送気口から供給された気体は、多列折り曲げ状で頂面のない部分では、両方の外側面に接触すると共に、頂面があって閉じた部分では、頂面の中央部分に存在する切欠き部から閉じた部分の中に侵入し、その内側面に接触することになる。
その結果、多列折り曲げ状で面積の大きい内外側面に気体が当たるため、熱交換性能が良い。又、切欠き部から中に入った気体は頂面の方向に放散されないため、内側面と十分接触して熱交換することになり、特に熱交換性能が向上する。
また、バーンインボードが試験室に装着されたときに、放熱フィンが行方向に多列折り曲げ状になるので、送気口から供給された気体は、多列折り曲げ状の内外側面に当たって、行間隔の方向に向かうので、気体はその方向に確実に排気として放出され、送気側の気体に混入することなく排気されることになる。そしてこの場合、切欠き部の両側には頂面が存在するので、切欠き部から中に入った気体は頂面の方向に放散されないため、内側面と十分接触して熱交換することになり、特に熱交換性能が向上され、又、気体を一層確実に行間隔部分に放出させることができる。
又、このように供給されて行間隔に移動した気体は、他の供試被試験物に当たることなく、行間隔に対向する排気口だけに直接導入されて排出されることになる。その結果、供試被試験物間で相互干渉することなく独立的に送排気系が形成され、供試被試験物に対する熱交換作用が均一化され、高発熱量の供試被試験物であっても、試験される全ての供試被試験物のバーンイン時間を同程度の時間にして、バーンイン試験の能率を良くすることができる。
上記バーンイン装置は、次のような構成としてもよい。
すなわち、被試験物が装着されたバーンインボードを両側に送気ダクトと排気ダクトとが配設された試験室に複数段に装着し、前記試験室に入れられた前記被試験物である供試被試験物の熱交換部分としての本発明の放熱器に前記送気ダクトからバーンイン用の気体を供給して前記排気ダクトから排出し、前記供試被試験物のバーンインを可能にしたバーンイン装置において、
前記バーンインボードには前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向が行方向になるように複数個の前記供試被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されていて、前記試験室は前記供試被試験物を含む第1空間部と前記供試被試験物に対向するように設けられた仕切部材で仕切られた第2空間部とで形成されていて、前記仕切部材には前記行方向の前記供試被試験物に対向する位置と前記行間隔に対向する位置とにそれぞれ送気口及び排気口が空けられていて、前記第2空間部はそれぞれ前記送気口及び前記排気口を含み前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向に送気側中間ダクト及び排気側中間ダクトを形成するように中間仕切部材で仕切られていて、前記送気ダクトは前記送気側中間ダクトと導通し前記第1空間部と遮断されていて、前記排気ダクトは前記排気側中間ダクトと導通し前記第1空間部と遮断されている。
かかる構成によれば、送気ダクトから排気ダクトの方向が行方向になるように、バーンイン試験される半導体デバイスであるDUT等の複数個の供試被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されているので、バーンイン用の気体である温度調節された循環空気や外気等の気体が供試被試験物の熱交換部分である放熱器に接触し熱交換面積を拡大した放熱フィン等に供給されたときに、供給された後の気体を行間隔部分に移動させることが可能になる。
この試験室は、供試被試験物を含む第1空間部と供試被試験物に対向するように設けられた仕切部材で仕切られた第2空間部とで形成されていて、仕切部材に行方向の供試被試験物に対向する位置と行間隔に対向する位置とにそれぞれ送気口及び排気口が空けられているので、第2空間部から送気口を介して第1空間部の中の対向する位置にある行方向の供試被試験物の熱交換部分である放熱器に気体を供給することが可能になると共に、熱交換部分である放熱器に供給された気体がその部分に当たった後、行方向に並んだ供試被試験物の行と行との間の行間隔部分に移動したときに、この気体を行間隔に対向する位置にある排気口を介して第2空間部から排出することが可能になる。
そしてこのような第2空間部を、それぞれ送気口及び排気口を含み送気ダクトの側から排気ダクトの側に送気側中間ダクト及び排気側中間ダクトを形成するように中間仕切り部材で仕切っていると共に、送気ダクトが送気側中間ダクトと導通し第1空間部と遮断されていて、排気ダクトが排気側中間ダクトと導通し第1空間部と遮断されているように構成するので、行方向から供試被試験物に供給される気体はなく、従って、行方向から供給されて一度供試被試験物の熱交換部分である放熱器に当たった気体が再度他の熱交換部分である放熱器に当たってそれらに熱的影響を与え、供試被試験物ごとに温度差を生じさせるようなことがなく、又、それぞれの送気口に対向して配置された供試被試験物の熱交換部分である放熱器にはそれぞれに対向する送気口の対向する方向のみから他の熱的影響等を受けていない気体が供給されるため、それぞれの熱交換部分である放熱器には、直接且つ独立して均一的に最大量の等温気体が供給されることになる。
又、このように供給されて行間隔に移動した気体は、他の供試被試験物に当たることなく、行間隔に対向する排気口だけに直接導入されて排出されることになる。その結果、供試被試験物間で相互干渉することなく独立的に送排気系が形成され、供試被試験物に対する熱交換作用が均一化され、高発熱量の供試被試験物であっても、試験される全ての供試被試験物のバーンイン時間を同程度の時間にして、バーンイン試験の能率を良くすることができる。
また、バーンイン装置は、上記に加えて、前記送気側中間ダクトは前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向に漸次狭くなり前記排気側中間ダクトは前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向に漸次広くなるように形成してもよい。
かかる構成によれば、送気側中間ダクトを送気ダクトの側から排気ダクトの側に漸次狭くなるように形成するので、送気ダクトの側から供給された気体がその側から順次送気口に導入されることにより、送気口の方向に気体が等流速的に流れるため、流れ抵抗が最小になると共に、乱れの少ない良好な流れ状態が形成される。その結果、反対の排気ダクト側の部分が狭くなっていても、送気ダクト側の部分と同様に同程度の量の必要な気体を送気口に導入することができる。即ち、ダクトを広くできない場合には、同じ広さの狭い長いダクトではその奥の方まで均一的に気体を流すことが難しくなるが、このように手前を広くして奥を狭くすることにより、同じ容積のダクトであっても、行方向に供試被試験物に対向して設けられた送気口の全体に均一的に気体を導入させることができる。
又、同じ仕切部材により、排気側中間ダクトを送気ダクトの側から排気ダクトの側に漸次広くなるように形成しているので、排気口を通過した気体の流量が排気側中間ダクトの中で送気ダクトの方向から排気ダクトの方向に順次増加したときに、気体は、排気側中間ダクトの中で等流速的に流れ、流れ抵抗が最小になると共に、乱れの少ない良好な流れ状態になって排気ダクトに導入される。
その結果、同じ広さの第2空間部を気体流れに最適なように仕切り、良好な流れ状態によって全ての供試被試験物に一層均一的に気体を供給することができる。
更に、バーンイン装置は、次のような構成としてもよい。
すなわち、被試験物が装着されたバーンインボードを両側に送気ダクトと排気ダクトとが配設された試験室に複数段に装着し、前記試験室に入れられた前記被試験物である供試被試験物の熱交換部分としての本発明の放熱器に前記送気ダクトからバーンイン用の気体を供給して前記排気ダクトから排出し、前記供試被試験物のバーンインを可能にしたバーンイン装置において、
前記バーンインボードには前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向が行方向になるように複数個の前記供試被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されていて、前記試験室は前記供試被試験物を含む第1空間部と前記供試被試験物に対向するように設けられた仕切部材で仕切られた第2空間部とで形成されていて、前記仕切部材には前記行方向の前記供試被試験物に対向する位置に送気口が空けられていて、前記送気ダクトは前記第2空間部と導通し前記第1空間部と遮断されていて、前記排気ダクトは前記第1空間部と導通し前記第2空間部と遮断されている。
かかる構成によれば、送気ダクトから排気ダクトの方向が行方向になるように、バーンイン試験される半導体デバイスであるDUT等の複数個の供試被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されているので、バーンイン用の気体である温度調節された循環空気や外気等の気体が供試被試験物の熱交換部分である放熱器に接触し熱交換面積を拡大した放熱フィン等に供給されたときに供給された後の気体を行間隔部分に移動させることが可能になる。
この試験室は、供試被試験物を含む第1空間部と供試被試験物に対向するように設けられた仕切部材で仕切られた第2空間部とで形成されていて、仕切部材に行方向の供試被試験物に対向する位置に送気口が空けられていて、送気ダクトが第2空間部と導通し第1空間部と遮断されているので、気体は、第2空間部から送気口を介して第1空間部の中の対向する位置にある行方向の供試被試験物の熱交換部分である放熱器に供給され、第1空間部において行方向から供給されることはない。
従って、一度供試被試験物の熱交換部分である放熱器に当たった気体が再度他の熱交換部分である放熱器に当たってそれらに熱的影響を与え、供試被試験物ごとに温度差を生じさせるようなことがない。そして、それぞれの送気口に対向して配置された供試被試験物の熱交換部分である放熱器には、それぞれに対向する送気口の対向する方向のみから他の影響を受けることなく気体が供給されるため、それぞれの熱交換部分である放熱器には、直接且つ独立して均一的に最大量の空気が供給されることになる。
この場合、第2空間部の仕切部材には送気口のみを設ければよく、従って送排気を分離するための中間仕切部材が不要になるので、送気流量に対する第2空間部の容積が広くなり、この中での気体の流れ抵抗が少なくなると共に流れ状態が良くなるため、気体が送気口の全体により均一的に導入されることになる。
このように供試被試験物の熱交換部分である放熱器に当たった気体は前記の如く行間隔部分に移動するのに対して、排気ダクトが第1空間部と導通し第2空間部と遮断されているように形成されているので、第1空間部にある行間隔部分に移動した気体は、この部分を流れて排気ダクトに送られる。
この場合、このように流れる気体は送気ダクトから行方向に供給された気体ではなく、行方向に配置された供試被試験物の熱交換部分である放熱器から行間隔方向に移動した気体であり、このような行間隔方向への気体移動が連続しつつ、その集まった気体が行間隔に沿って行方向に流れるので、この気体である排気が再び供試被試験物の熱交換部分である放熱器に接触することはなく、供試被試験物に排気による熱的影響が及ぶことはない。
以上により、供試被試験物間で相互干渉することなく独立的に送排気系が形成され、供試被試験物に対する熱交換作用が均一化され、高発熱量の供試被試験物であっても、試験される全ての供試被試験物のバーンイン時間を同程度の時間にして、バーンイン試験の能率を良くすることができる。
以上の如く本発明によれば、発熱体に圧接部材を介して圧接される放熱フィンは、多列折り曲げ状になっているので、大きな熱交換面積を備えることになり、冷却能力を高めることができる。又、放熱フィンは、頂面がその中央部分に切欠き部を備えているので、この切欠き部を、気体が供給される送気口に対向するように位置させることにより、送気口から供給された気体は、多列折り曲げ状で頂面のない部分では、両方の外側面に接触すると共に、頂面があって閉じた部分では、頂面の中央部分に存在する切欠き部から閉じた部分の中に侵入し、その内側面に接触することになる。その結果、多列折り曲げ状で面積の大きい内外側面に気体が当たるため、熱交換性能が良い。又、切欠き部から中に入った気体は頂面の方向に放散されないため、内側面と十分接触して熱交換することになり、特に熱交換性能が向上する。
本発明の放熱器の使用方法を適用したバーンイン装置の全体構成の一 例の説明図で縦断面状態を示す。 (a)は上記装置の下空間におけるDUTの配置状態の一例の説明図で図 1のA−A線断面状態を示し、(b)はDUT部分の縦断面状態の一例を示す説明 図である。 (a)、(b)は上記装置の上空間の中間ダクト部分の一例の説明図で図 1のB−B線断面状態を示す。 本発明の使用方法に係る放熱器である熱交換体の構造例を示し(a)乃至 (d)はそれぞれ斜視図、放熱フィンの平面展開図、平面図及び一部断面を含む正 面図である。 上下空間部の空気の流れ状態の説明図でY−Z断面状態を示す。 本発明の放熱器の使用方法を適用したバーンイン装置の全体構成の他の例 の説明図で縦断面状態を示す。 上記装置の下空間におけるDUTの配置状態の一例の説明図で図6のA− A線断面状態を示す。 上記装置の上空間の中間ダクト部分の一例の説明図で図6のB−B線断面 状態を示す。 上記装置の上下空間の空気の流れ状態の説明図でY−Z断面状態を示す。
図1乃至図3は本発明に係る放熱器の使用方法を適用したバーンイン装置の全体構成、試験室の下空間部の平面状態とバーンインボード上のデバイス配置、及び上空間部の平面状態の一例を示す。
本例のバーンイン装置は、被試験物としての半導体デバイスであるデバイス1が装着されたバーンインボードであるBIB2を両側に送気ダクト3と排気ダクト4とが配設された試験室5に複数段として図1の装置では上下のZ方向に7段に装着し、試験室5に入れられたデバイス1である供試被試験物DUT1の熱交換部分6に送気ダクト3からバーンイン用の気体としての空気を供給して排気ダクト4から排出し、DUT1のバーンインを可能にした装置である。なお、BIB2は実際には十数段の多段に装着される。又、空気に代えて不活性ガスのような気体が使用されてもよい。
バーンイン装置は通常の構造部分として、本例では装置の天井部に設置されたモータ71で駆動される送風機7、加熱器8、吸排気用のダンパ9、槽内を断熱状態に囲う断熱壁10、断熱された扉11、BIB2の先端の電気接続用のエッジ2aが差し込まれるコネクタ12、図示を省略しているがBIB2をコネクタ12に挿抜するためのBIB挿抜装置、同様に図示しない温度調節装置、等を備えている。BIB2は、DUT1への電源の供給やバーンインのための信号の送受信等を可能にするプリント基板として構成されていて、DUT1との電気的接続のためのソケット21を備えている。
ハイパワーCPU等のデバイス1は例えば40mm×40mmの角形に形成されていて、その上面1aの部分は、熱交換部分6を構成するように銅やアルミニウムのような熱伝導率の大きい金属製にされている。底面1bには、図示を省略しているが、1mm程度の間隔でマトリックス状に配置されたピンや、プリント基板の銅箔を残して取り付けられた直径0.6mm程度のバッドや、0.3mm程度のハンダボールが取り付けられられたパッド等の何れかからなる電極が形成されていて、上面1aを押圧することによってデバイス1とソケット21に設けられた図示しない中間接触子等を介してBIB2とが電気的に接続されるようになっている。
BIB2には、送気ダクト3から排気ダクト4の方向が行方向である横のX方向になるように複数個として図1、2では4個のDUT1が行間隔としてその間隔方向であり列方向である前後のY方向にソケット21の間隔として間隔dを空けて複数行として図2等では5行に装着されている。間隔dは、後述するように気体流れを良くするように定められるが、前記寸法のDUT1では20〜30mm程度にされる。
試験室5は、DUT1を含む第1空間部である下空間51と、DUT1に対向するように設けられた仕切部材である仕切板52で仕切られた第2空間部である上空間53とで形成されていて、仕切板52には、図3では下空間のDUT1の一部分のものをDUT11 〜14 として鎖線で示しているX方向のDUT1に対向する位置及び間隔dに対向する位置としてそれぞれDUT1及び間隔dの真上の位置にそれぞれ送気口54及び排気口55が空けられている。なお、図では送気口54を連続した長いスリット状の開口として示しているが、それぞれのDUT11 〜14 毎に分離されたものにすることも可能である。
送気口54のY方向の幅b1 は、これを通過した空気が対向するDUT1の熱交換部分である上面1aに当たったときに熱交換を良くするようにある程度の速度を持って確実に当たるように狭くされている。そして、送風機7は、空気が狭い幅b1 を高流速で通過可能なような吐出圧力にされる。一方排気口55の幅b2 は、排気側空気の通過抵抗を少なくするためにできるだけ広くされる。
上空間53は、送気口54を含みX方向に送気側中間ダクト56を形成すると共に排気口55を含み同方向に排気側中間ダクト57を形成するように中間仕切り部材である中間仕切板58で仕切られている。送気口54及び排気口55は中間ダクト内でY方向の中心位置に配置されている。このような送気側中間ダクト56及び排気側中間ダクト57は、図3(b)のようにX方向に平行な平行ダクトであってもよいが、特にX方向のDUT1の数が多くなる場合等には、同図(a)のように、送気側中間ダクト56ではX方向に漸次幅が狭くなり、排気側中間ダクト57では漸次幅が広くなるように形成されることが望ましい。
このように形成された上下空間53、51に対応して、送気ダクト3及び排気ダクト4は、それぞれ送気側中間ダクト56及び排気側中間ダクト57と導通し下空間51と遮断されている。送排気ダクトと送排気中間ダクトとの導通部分には、異物の侵入防止や整流のために多孔板や金網のような開口板59が設けられている。
大型のDUT1で電気接続用の多数のピン等を備えているものに対しては、図2(b)に示す如く、ソケット21に回転可能に取り付けられたラッチ22、これに引っかけられる押圧板23、等で構成されDUT1をソケット21の図示しない接触ピン等に押しつけるための圧接機構が設けられる。なお、ラッチ22はX方向の両側に設けられるが、図では仮にY方向の両側に二点鎖線でその概略形状を図示している。押圧板23は、DUT1の外形より少し小さい開口23aとその周囲にあってDUT1の周辺に接触する突起部23bとを備えた枠板状に形成されている。押圧板23も熱交換部分6の一部分を構成する。
開口23aには、図において二点鎖線で示すように、放熱面積を拡大させたヒートシンク23cをDUT1の上面1aに圧接させるように押圧板23に取り付けてもよい。その場合には、押圧板23と共にヒートシンク23cも熱交換部分になる。このとき、DUT1の発熱量が小さい場合には、押圧板23はソケット21と同材料のプラスチック等で製作されてもよい。又、DUT1の発熱量が大きくなると、図4に示すような本発明に係る熱交換体61が設けられる。なお、押圧板23の両側にラッチ22を設ける代わりに、片側を丁番24にしてもよい。
図4は熱交換部分6の好ましい構造例を示す。
本例の熱交換部分6は、本発明の使用方法に係る放熱器である熱交換体61を有する。熱交換体61は、BIB2に装着されたDUT1に圧接される圧接部材であるヒートシンク62、深さの深い多列折り曲げ状で頂面63が中央部分としてY方向の長さの中央の1/3程度の部分に切欠き部64を備えていてBIB2が試験室5に装着されたときに後述する図5に示すように切欠き部64が送気口54に対向しX方向に多列折り曲げ状になるように頂面63の反対側の底面65がヒートシンク62に接合された熱交換部材としての放熱フィン66、等を備えている。
ヒートシンク62は、本例ではアルミニウムや銅のような熱伝導率の大きいソリッドな金属板になっていて、その下端には、DUT1に圧接される圧接面62aを備えた凸部62bが形成されている。なお、ソリッドな金属板に代えて、内部に熱媒体液を封入したヒートパイプにされてもよい。ヒートシンク62は、図2に示す押圧板23と同様に、ラッチ22等からなる圧接機構によってDUT1の上面1aに圧接される。従って、ヒートシンク62は、DUT1とBIB2とのソケット21部分を介する電気的接続と熱伝達との両方の機能を備えた部材になる。
放熱フィン66は、図4(b)に示す如く、0.3mm程度の厚みの薄板材を折り曲げ線Lの位置で折り曲げて形成されたコルゲートフィンである。材質は同様にアルミニウムや銅のような熱伝導率の大きい金属にされる。底面65はヒートシンク62の上面に両者間の熱伝達性を良くするように全面的にロー付けされている。なお頂部63は円弧状等の曲面であってもよい。このようなフィン形状により、頂部63の切欠き部64で形成された開口の内部には、両側の内側面67aの間にトンネル状部分が形成される。
以上のようなバーンイン装置は次のように運転され、その作用効果を発揮する。
DUT1のバーンイン試験をするときには、まず、デバイス1をBIB2のソケット21の凹状に形成された設置部21aに落とし込んで設置し、その上に図2の押圧板23又は図4の熱交換体61のヒートシンク62をそれらの縁部分23b又は凸部62bの圧接面62aがデバイス1の上面1aに接触するように設置し、これらを押し下げて圧接状態にしてラッチ22で固定する。これにより、デバイス1とBIB2との間で確実に電気的接続が図られると共に、押圧板23がヒートシンク23cを有する場合にはデバイス1の上面1aとヒートシンク23cとの間で、又、ヒートシンク62の場合にはこれと上面1aとの間で、熱抵抗の少ない良好な熱通過性が確保される。
次にデバイス1又はこれと共に本発明の放熱器である熱交換体61を搭載したBIB2をそのX方向の両端が試験室5の図示しないガイド溝に嵌まるように装着し、これを前Y1 方向に挿入し、先端のエッジ2aをコネクタ12に差し込む。これにより、デバイス1は、順次、ソケット21の図示しない接触ピン等、BIB2、エッジ2a、コネクタ12、中継ボード100、図示しないドライバー/テストボード及び中継ボードを介してコントロールボードに接続され、DUT1になる。図1等に示すバーンイン装置では、1行4個×5行×7段の合計140個のデバイス1が全てDUT1にされると、バーンイン試験を実施可能な状態になる。
この状態で、送風機7及び加熱器8を運転する。この運転初期には、ダンパ9は図1の実線のように閉鎖状態になっている。又、図示しない試験装置を操作してDUT1に給電し、必要な電気信号を与えてこれを作動状態にする。DUT1が作動状態になると、その種類や大きさ等に対応して自己発熱する。その発熱量は、大型のものでは、100Wを超えて300W程度になるものがある。
この運転状態になると、送風機7で供給する空気は図1の矢印で示すように循環し、加熱器8は、例えば送気ダクト3の空気温度が設定温度Tsになるように制御される。この設定温度Tsは、高発熱型のDUT1に対しては、80℃〜40℃程度の範囲の低い温度でDUT1の発熱量に対応した温度にされる。そしてこの温度Tsの空気が循環されると、DUT1のジャックション温度は、120℃〜150℃程度でそのDUT1に対応したバーンイン温度になる。このときの状態を詳細に説明すると次のとおりである。
バーンイン時の循環空気の温度として、設定温度Tsになるように温度制御される送風機7から吐出され送気ダクト3で125℃になっている空気は、7段になっている試験室5の上空間53に分流されて入り、その中で更に仕切板52で5列に仕切られたそれぞれの送気側中間ダクト56に入り、送気ダクト3の側からX方向に流れつつ送気口54に流入し、試験室5の下空間51に入り、送気口54に対向してX方向にDUT11 から14 まで4個並んでいるそれぞれのDUT1に吹きつけられる。このとき、送気口54は、通常の設計としてダクト56においてY方向の中心位置に設けられるので、ダクト56内の空気は、偏流することなく送気口54から図3では紙面に直角であり図1では真下の方向に吹き出す。そして、送気口54に対向する位置にあるDUT1の熱交換部分6に直接当たることになる。
この場合、一定の大きさの試験室5でできるだけ多くのDUT1を試験できるようにするため、上下の段間隔やDUT1のY方向の間隔dができるだけ小さくされるので、上記送気側中間ダクト56はできるだけ狭くされる。その結果、送気ダクト3から流入した空気がX方向に流れるときに、順次送気口54に入ってその流量は減少するが、その方向にある程度の流れ抵抗が生ずる。この抵抗は、送気口54を通過する空気のX方向の流量分布に影響を与える。
これに対して、図3(a)の形状の傾斜ダクト又はこの傾斜を少し変えたような傾斜ダクトによれば、X方向に流れる空気量が多い所ではダクト幅が大きく、流量が少なくなればダクト幅が漸次狭くなっているので、ダクト内の空気が等流速的に流れるため、流れ抵抗が少なくなると共に、乱れが少なく流れ状態が良くなり、空気はX方向に均一的流量で送気口54を通過し、DUT11 〜14 のそれぞれに対してはほぼ同じ流量の空気が吹き付けられることになる。一方、送気口53を通過する空気が高速流になるように送気口54が十分狭い幅にされるため、送気側中間ダクト56内はある程度高い圧力にされるので、X方向のDUT1の数が比較的少ない場合等で送気側中間ダクト56内のX方向の流れ抵抗や流れ状態が送気口54を通過する空気量にそれ程影響を与えない場合には、図3(b)のような等間隔ダクトを用いてもよい。
図5は、熱交換部分6が本発明の使用方法に係る放熱器としての熱交換体61である場合における送気口54から吹き出した空気の流れ状態を示す。図2(b)では、DUT1の上面1aが直接熱交換部分6になっているときの空気流れの一部分を矢印で示している。
下空間51内でX方向に並んだDUT1に対して、送気ダクト3と下空間51との導通が遮断されていてDUT1に向かうX方向の空気の流れ成分がないため、空気は前記の如くDUT11 〜14 に対して対向する送気口54からの方向である図1、2、4、5等に示すZ1 方向から直接当たることになる。Z1 方向からDUT11 〜14 の熱交換部分に当たった空気は、その方向には下にBIB2があり、X方向の両側には同様にZ1 方向の空気流があるため、必然的に上記図に示すように列方向であるY方向に流れ、図2(a)にも示すY方向の間隔d部分に流出する。このとき、排気ダクト4と間隔d部分を含む下空間51との導通が遮断されていると共に、Y方向にはX方向に並んだ隣の行のDUT1が存在して同様に空気を間隔d部分に流しているので、結局、間隔d部分に出た空気である排気は、仕切板52に送気口54と並設されていて空気の流入し得る状態にある排気口55に流入することになる。
このような空気流れにおいて、図2(b)の実線で示すように空気がDUT1の上面1aに直接当たるときには、空気がこの面を直接加熱又は冷却して必要な熱交換量をDUT1に与えることになる。即ち、DUT1に電源が供給され作動状態にされた試験の初期段階では、DUT1の発熱によるDUT1及びその近傍の部材の蓄熱量が少なく、上面1aはまだ低い温度であるため、前記設定温度Tsの空気が上面1aを加熱することになり、その後DUT1の発熱が継続して上面1aの温度がTsを超えると、今度は循環空気がDUT1を冷却することになる。
そして、加熱又は冷却作用をした後に温度低下又は温度上昇した空気である排気は、加熱器8及び図示しない温度調節装置によって温度調節され、再び設定温度Tsの空気になってDUT1に供給されるように循環する。DUT1の発熱量が大きくなり、加熱器8の出力を0又は最低値にしても空気温度をTsに維持できなくなると、前記温度調節装置によってダンパ9が開かれて、高温の循環空気中に低温の外気が加わり、上記装置によってダンパ開度が調節され、同様にTsに温度調節された空気が供給される。そして、この設定温度Tsの空気が上面1aと熱交換することにより、DUT1では、その内部のジャンクション温度がバーンイン温度に維持され、このような運転状態が数十時間持続されると、バーンイン試験が終了することになる。
DUT1の発熱量等により、上面1aを直接冷却するだけでは熱交換量が不足し、ジャンクション温度を上記温度に維持できないような場合には、図2(b)に二点鎖線で示すヒートシンク23c又は同図及び図4、5に詳細に示す本発明の放熱器である熱交換体61を設け、熱交換面積を大きくして冷却能力を増加させることになる。
熱交換体61によれば、放熱フィンが多列折り曲げ状のコルゲートフィンになっていて、主として内外の側面部67a、67bで形成される熱交換面積が十分大きくなっていると共に、頂部63と切欠き部64で形状された開口とがあるため、コルゲートの両側の内側面67aの間が頂部63で塞がれてトンネル状になり、Z1 方向に吹き付けられた空気のうち切欠き部64から流入した空気は、そのまま反転して流入した方向である図において上方に抜けることなく、内側面67aと頂部63とに接触しつつこれらと確実に熱交換することにより、熱交換性能が極めて良くなっている。これに対して、例えば頂部63がなく内外側面を放熱面にしたような通常の多列放熱板では、上記のトンネル状部分の効果及び頂部による放熱面追加の効果を得ることができない。その結果、本発明を適用した本例の熱交換体61によれば、300W程度の最大級のDUT1であっても、その大きな発熱量を必要なだけ冷却除去し、DUT1を目的とする温度にしてバーンインすることができる。
このような点について更に補足すると、前記の如く送気口の幅b1 を狭くして高速流を得ることにより、放熱フィン66の狭い隙間の奥まで気流を到達させ、その放熱面積を有効に活用できること、高速気流が乱流となって放熱フィン66と衝突するため高い熱伝達率が得られること、これらの効果により、放熱フィン66が高い放熱能力を備えることになるので、放熱フィンを小型化したり、反対にデバイスの許容発熱量を大きくすることができること、放熱フィンの高い冷却効果により、ジャンクション温度と送気温度との差が小さくなり、大きな自己発熱量のデバイスでも小さい温度差でバーンインできること、そしてこのような効果により、100Wを超えて300Wにもなるような高発熱デバイスを前記の如く僅かな温度差で均一的にバーンインできること、等の多大な作用効果を得ることができる。
一方、このように全体的に温度125℃に調節された空気で多数のDUT1を冷却する場合には、それぞれのDUT1に供給される空気量や空気温度が不均一になると、その冷却能力が不均一になり、DUT1間におけるバーンイン温度に差が生じ、バーンインの終了時間をバーンイン温度の低いDUT1に合わせることになるため、全体とてはバーンイン時間が不必要に長くなり、バーンイン試験の能率が低下する。
これに対して本発明の放熱器の使用方法を適用した図1等に示すバーンイン装置では、前記の如く、DUT1に送気口54だけから空気を供給しているので、従来のバーンイン装置のようにX方向にも空気を供給してその上流側で例えば図3に示すDUT11 に当たって温度上昇した空気がDUT12 に当たるようなことがなくなり、それぞれのDUT11 〜14 には送気口54から出た空気だけが直接その空気温度の状態で当たるため、全てのDUT1に対して同じ温度の空気が当たり、温度に関してDUT1間で冷却能力にばらつきが生じない。
この場合、熱交換部分6として図5に示す本発明の放熱器である熱交換体61を設けると、放熱フィン66がX方向の両側にコルゲート状になっていて内外側面67a、67bがY方向に向くため、それらで形成されるトンネル状部分及びその間の部分に入った空気は、X方向には流れず確実にY方向に案内されて間隔d部分に流れて、X方向に並んだDUT1間での空気流れの干渉が確実に防止されるので、全てのDUT1に当たる空気温度の均一性が一層確実に保たれる。
又、それぞれのDUT1に供給される空気量に関しては、図3(a)の傾斜仕切り板式ダクトでは、前記の如くX方向に等流速的に空気が流れて抵抗が少ないと共に流れ状態が良いため、送気口54に流入する空気量のX方向のばらつきを十分少なくして均一流量化することができる。又、同図(b)の平行仕切り板式ダクトでも、X方向に配置するDUT1の数を適当な数にしてX方向の流れ抵抗の影響の出ない範囲にすることにより、送気口54にX方向に均一的に空気を流すことができる。その結果、DUT1間でその熱交換部分に当たる空気量も均一化することができる。
以上から、試験される全てのDUT1を均一的に冷却し、DUT1間のバーンイン温度のばらつきをなくし、同程度の時間で全てのDUT1のバーンインを完了させ、バーンイン試験の能率を良くすることができる。そして、工場等におけるデバイスの生産性を上げられると共に、バーンイン装置の設置台数を減少させ、設備コストの低減と工場内の占有スペースの低減を図ることができる。
なお、同じ型式のデバイスであっても、個々のデバイスで発熱量にばらつきがあるが、そのようなばらつきはデバイスの製造工程中の他の試験等によって予め明らかにされているので、使用するバーンイン装置ごとに又は1台のバーンイン装置を使用するときには1回のバーンイン試験ごとに同程度の発熱量のデバイスを選択して試験することにより、前記のDUT1間の空気温度及び流量の均一化の効果の下に、バーンイン時間をほぼ一定にした極めて能率のよいバーンイン試験をすることができる。
Y方向の両側でX方向に並んだDUT11 〜14 から間隔d部分に出た空気は、前記の如く送気口54と隣接している排気口55を通過して排気側中間ダクト57に流入し、ここを通過して排気ダクト4に入り、加熱器8を通って送風機7に吸引され、再び送気ダクト3に送られ、装置内を循環する。循環空気の温度調節のために前記の如くダンパ9が部分的に又は全開されているときには、図1においてダンパ部分に二点鎖線で示すように流入した外気量に相当する循環空気の一部分が排気となって装置外に排出される。
このような排気流れにおいて、仕切板52で送気側中間ダクト56を図3(a)のように傾斜ダクトにすると、排気側中間ダクト57は中間仕切板58によってX方向にダクト56とは反対の傾斜になり、入口側が狭く出口側が広い形状になる。一方、入口側のDUT11 部分では、これに当たった空気だけがダクト57を通りその空気だけが流れ、順次DUT12 からDUT14 に対応する部分まで排気となる空気量が増加する。従って、送気側と同様に、排気側でも、ダクト57内で排気の流量に対応してダクト幅が大きくなっていて、ダクト内で等流速的流れが形成され、抵抗が減少し流れ状態も良くなる。その結果、送気ダクト3から排気ダクト4までの全体的な空気流れが良好になり、全てのDUT1に対する空気流量の均一化の効果が確保されることになる。
図6乃至図9は本発明の放熱器の使用方法を適用したバーンイン装置の他の例を示す。なお、図9は熱交換部分として本発明の放熱器である熱交換体61を設けたときの図であるが、ダクト構造に関しては、図2(b)に示す熱交換体61を設けていない場合と同じである。
本例のバーンイン装置は、図1の装置に較べて、試験室5部分のダクト構造の一部分が相違している。即ち、仕切板52にX方向のDUT1に対向する位置に送気口54が空けられていて、送気ダクト3は上空間53と導通し下空間51と遮断されているところまでは図1の装置と同じであるが、本例の装置では、排気ダクト4が下空間51と導通し上空間53と遮断されている、従って、排気ダクト4と導通しない上空間53に排気を入れるための排気口を設ける必要がないため、図1の装置で仕切板52に設けられた図3に示す排気口55は設けられず、従って送気と排気とを区分するための中間仕切板58も設けられない。
本例のバーンイン装置によれば、送気側に対しては図1の装置と同様の作用効果が得られる。この場合、上空間53には送気口54だけが設けられ排気口55が設けられないため、上空間53の全てが送気側中間ダクトとして使用されるので、図1の装置のときと同じ送気流量に対してダクトの容積が二倍になる。その結果、ダクト内で空気がX方向に流れるときの抵抗が十分小さくなると共に乱れが少なくなって流れ状態が良くなり、送気口54においてX方向のDUT11 〜14 のそれぞれに対応する位置を通過する空気流量が均一化される。
このようにそれぞれのDUT1の熱交換部分に均一的流量で供給された空気は排気となって同じ下空間51の間隔d部分に移動し、この部分を流れて排気ダクト4に送られる。この場合、このように流れる排気は送気ダクト3からX方向に供給された空気ではなく、上記の如くDUT1の熱交換部分から間隔dのあるY方向に移動した空気であり、このような空気移動が連続しつつ、その集まった空気である排気が間隔dに沿ってX方向に流れるので、排気が再びDUT1の熱交換部分に接触することはなく、従ってDUT1に排気による熱的影響が及ぶことはない。特に図9のように熱交換部分として本発明の放熱器である熱交換体61を設ける場合には、その内外側面67a、67bによって空気がY方向に案内されるので、X方向の排気流との干渉がより確実に防止される。この点については、発明者等の行った実験に明らかにされている。
その結果、本例の装置によっても、DUT1のそれぞれの間で相互干渉することなく独立的に送排気系が形成され、DUT1の放熱効果が均一化され、高発熱型のデバイス1であっても、試験される全てのDUT1のバーンイン時間を同程度の時間にして、バーンイン試験の能率を良くすることができる。
なお、以上のようなバーンイン装置では、送風機7や加熱器8を上部に配置しているので、送風機モータ71や電源設備を装置の天井に配置したり、図示しないBIB2の挿抜機構の駆動部を天井配置にすることができる。その結果、中継ボード100を介して図示しないドライバーボードやその電源部を装置の背面に配置したときに、上記電源設備や駆動部を背面配置にしたときのようにドライバーボード等がそれらを覆うことがなくなるため、その保守点検が容易になる。
本発明は、特に高発熱型の半導体デバイスのバーンインに好都合に利用される。
1 デバイス、DUT(被試験物、供試被試験物)
1a 上面(熱交換部分)
2 BIB(バーンインボード)
3 送気ダクト
4 排気ダクト
5 試験室
6 熱交換部分
23 押圧板(熱交換部分)
23c ヒートシンク(熱交換部分)
51 下空間(第1空間部)
52 仕切板(仕切部材)
53 上空間(第2空間部)
54 送気口
55 排気口
56 送気側中間ダクト
57 排気側中間ダクト
58 中間仕切板(中間仕切部材)
61 熱交換体(放熱器)
62 ヒートシンク(圧接部材)
63 頂面
64 切欠き部
65 底面
66 放熱フィン
d 間隔、ソケット間隔(行間隔)
X 横の方向(送気ダクトから排気ダクトの方向、行方向)

Claims (1)

  1. 発熱体に取り付けられて該発熱体の熱を放熱する放熱器の使用方法であって、
    前記放熱器は、前記発熱体に圧接される圧接部材と、多列折り曲げ状で頂面が中央部分に切欠き部を備えていて前記頂面の反対側の底面が前記圧接部材に接合された放熱フィンと、を備えており、
    前記発熱体が、バーンイン装置で試験が行われる被試験物であり、
    前記バーンイン装置は、前記被試験物が装着されるバーンインボードを両側に送気ダクトと排気ダクトとが配設された試験室に装着し、前記試験室に入れられた前記被試験物に前記送気ダクトからのバーンイン用の気体を送気口から供給して排気口から前記排気ダクトへ排出するものであり、
    前記バーンインボードには前記送気ダクトから前記排気ダクトの方向が行方向になるように複数個の前記被試験物が行間隔を空けて複数行に装着されていて、
    前記行方向の前記被試験物に対向する前記送気口から前記バーンイン用の気体を供給し、前記行間隔に対向する前記排気口から前記バーンイン用の気体を、前記排気ダクトを介して排出するものであり、
    前記バーンインボードが前記試験室に装着されたときに、前記被試験物に取り付けられた前記放熱器の前記切欠き部が前記送気口に対向し、前記放熱フィンが前記行方向に前記多列折り曲げ状になるように配置することを特徴とする放熱器の使用方法。
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