JP5105445B2

JP5105445B2 - 放熱器の使用方法

Info

Publication number: JP5105445B2
Application number: JP2009152046A
Authority: JP
Inventors: 建一大井; 修小幡; 正嘉片岡
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2009236922A

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。

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。

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）
２ＢＩＢ（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

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。