KR102397648B1

KR102397648B1 - 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치

Info

Publication number: KR102397648B1
Application number: KR1020200086644A
Authority: KR
Inventors: 신종경; 박지만; 방두환
Original assignee: 주식회사 엑시콘
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-05-16
Also published as: KR20220008955A

Abstract

반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치는, 제1 PCB 기판에 실장된 반도체로부터 발생될 열을 외부로 방출시키기 위해 상기 반도체를 감싸도록 마련된 방열판; 상기 방열판 내부에 인입되어 냉매를 유동시키는 냉매배관; 및 상기 제1 PCB 기판과 서로 마주보는 제2 PCB 기판의 양단에 대향되도록 마련되어, 일방향으로 냉기를 유동시키는 한 쌍의 냉각팬을 포함할 수 있다.

Description

반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치{HYBRID HEAT RADIATOR FOR TEST SYSTEM OF SEMICONDUCTOR}

본 발명은 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고발열 시스템 반도체의 열을 효과적으로 방출 가능한 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치에 관한 것이다.

반도체는 전기적 신뢰성을 확보하기 위해 반도체가 사용되는 환경조건에서 반도체 실장 테스트를 받게 된다. 반도체를 테스트 신호 발생 회로에 연결하여 반도체 디바이스에 대한 전기적 특성 검사, 기능 검사(function test), 신뢰성 평가 등 다양한 성능 테스트를 거치게 된다.

출하 전 반도체를 테스트하고 결함이 발견된 반도체를 검출, 제거함으로써 제품의 신뢰성을 보장하게 된다. 이러한 반도체 테스트는 반도체 제조에 있어 필수공정에 해당한다.

반도체가 실장된 전자 장치의 다기능화, 고출력화 및 고속화 추세에 맞춰 반도체가 집적화되고 성능이 가속화됨에 따라 기존 반도체 대비 고발열 소자 개발이 증가되고 있다. 이에 따라 반도체의 열발생 증가로 반도체 테스트 시스템 내 온도 제어가 문제된다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 방열 효율을 상승시켜 고발열 반도체 디바이스의 열을 효과적으로 방출 가능한 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치는, 제1 PCB 기판에 실장된 반도체로부터 발생될 열을 외부로 방출시키기 위해 상기 반도체를 감싸도록 마련된 방열판; 상기 방열판 내부에 인입되어 냉매를 유동시키는 냉매배관; 및 상기 제1 PCB기판과 서로 마주보는 제2 PCB 기판의 양단에 대향되도록 마련되어, 일방향으로 냉기를 유동시키는 한 쌍의 냉각팬을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 냉매배관은 상기 제1 PCB기판의 어느 폭 방향과 나란한 방향으로 상기 냉매의 유동 경로를 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 PCB 기판의 양면에 실장된 한 쌍의 방열판 중 어느 하나는 상기 제1 PCB 기판과 마주보는 제2 PCB 기판에 의해 지지되며, 상기 제1 PCB 기판과 상기 제2 PCB 기판 사이에 개재되어, 상기 제1 PCB 기판과 상기 제2 PCB 기판 사이의 간극을 조절하며, 열 흐름을 유도하는 방열 스페이서를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 방열판은 상기 제2 PCB 기판에 관통 형성된 지지홈에 돌출되도록 지지 가능할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 반도체의 온도를 계측하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서에서 계측된 온도에 따라 냉매배관 개폐 또는 냉각팬 작동을 선택적으로 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 온도 센서는, 상기 냉매배관의 유동 경로 중 냉매 유입관과 냉매 유출관을 기준으로 대각 방향의 영역 및 상기 냉각팬의 냉기 유출로에 인접 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수냉 방열 방식의 냉매배관과 공랭 방열 방식의 냉각팬을 하나의 방열 장치로 구현함으로써, 방열 장치의 방열 성능을 향상시킨 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방열판이 지지홈에 지지된 채로 냉기 유동경로상 노출됨으로써, 전도와 대류에 의해 열방출 효율을 상승시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉매배관과 냉각팬을 병행, 혼용 사용하고 컨트롤러에 의한 냉매배관과 냉각팬 제어가 가능함으로써, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 간단하면서도 효율적으로 정상 동작 온도범위로 구현 가능한 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치 내에서 가장 온도가 집중되는 영역에 온도 센서를 배치함으로써, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 정상 동작 온도범위로 구동 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치 동작시 내부 온도를 개략적으로 보여주는 정면도이다.
도 4(a)와 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치 여러 개가 연결된 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서 어느 한 실시예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)를 개략적으로 보여주는 정면도이고,도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)를 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10) 동작시 내부 온도를 개략적으로 보여주는 정면도이며, 도 4(a)와 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10) 여러 개가 연결된 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)를 구성하는 각 구성요소에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)는, 반도체 테스트 시스템의 방열 성능을 향상시키기 위해 공랭 방식과 수냉 방식의 방열구조를 복합적으로 접목해 하나의 방열 장치 내에서 구현한 방열 장치이다.

반도체 테스트 시스템은, 외부 전원을 공급받아 반도체(S, semiconductor)에 필요한 전원전압을 인가하여 반도체(S)와 신호를 주고 받으며 오픈/쇼트(open/short) 테스트, 커패시터 용량 테스트 등의 다양한 검사를 수행할 수 있다. 반도체 테스트 시스템은, 제1 PCB 기판(P1)과 제2 PCB 기판(P2)을 포함할 수 있다.

제1 PCB 기판(P1)은, 제2 PCB 기판(P2)과 일정 간격 이격된 채로 마련될 수 있다. 제1 PCB 기판(P1)은, 검사 대상인 반도체(S)를 지지 고정한 채 반도체(S)와 전기적 신호를 주고받을 수 있다.

반도체(S)는, 반도체 테스트 시스템에 의해 검사가 수행되는 피검사대상일 수 있다. 반도체(S)는, 시스템 반도체일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 PCB 기판(P2)에는, 높이 방향으로 지지홈(P21)이 관통 형성될 수 있다. 제2 PCB 기판( P2)은, 지지홈(P21)에 의해 후술할 방열판(100b)을 고정 지지할 수 있다. 방열판(100b)의 일 단부가 지지홈(P21)에 인입된 채로 지지 고정될 수 있다. 제2 PCB 기판(P2)은, 제1 PCB 기판(P1)을 비롯한 각기 다른 구성을 지지할 수 있다.

도 1 내지 도 4(b)를 참조하면 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)는, 방열판(100a, 100b)과 냉매배관(200), 냉각팬(300)을 포함하고, 나아가 방열 스페이서(400)와 온도 센서(500), 컨트롤러(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 4(a)와 도 4(b)를 참조하면 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10)는, 복수개가 직렬 또는 병렬로 여러 개 연결되는 구조로 배치될 수 있다. 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치(10) 복수개가 연속적으로 마련됨으로써, 공간 효율은 물론 방열 성능이 향상될 수 있다.

방열판(100a, 100b)은, 제1PCB 기판(P1)에 실장된 반도체(S)로부터 발생된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 제1PCB 기판(P1)에 실장된 반도체(S)에 대면하도록 고정 설치될 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 반도체(S)와 대면한 채로 반도체(S)로부터 발생된 열을 전도성 높은 방열판(100a, 100b)을 거쳐 외부로 방출시킬 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 제1 PCB 기판(P1)을 중심으로 상호 대향되도록 제1 PCB 기판(P1)의 각 면에 각각 안착 마련될 수 있다. 반도체(S)는, 제1 PCB 기판(P1) 양면에 각각 실장될 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 반도체(S)를 감싸도록 마련될 수 있다.

제1 PCB 기판(P1) 양면에 구비된 방열판(100a, 100b)은, 각기 다른 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 따른 방열판(100b)은 제2 PCB 기판(P2)에 형성된 지지 홈(P21)에 인입되도록 단차 구조를 가질 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 각각의 반도체(S)에 대응되도록 마련될 수 있다. 방열판(100a, 100b)은, 전도성 높은 금속 재질로 이루어질 수 있고, SUS일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

방열판(100b)은, 제2 PCB 기판(P2)에 의해 지지될 수 있다. 방열판(100b)은, 제2 PCB 기판(P2)에 형성된 지지홈(P21)에 지지된 채로 제2 PCB 기판(P2)의 일면 기준 일정 높이 돌출 형성될 수 있다. 방열판(100b)은, 일정 높이 돌출 형성된 채로 냉각팬(300)의 냉기 유동경로 상 노출될 수 있다. 지지홈(P21)에 지지된 채로 냉기 유동경로상 노출된 방열판(100b)은, 전도와 대류에 의해 열방출 효율을 상승시킬 수 있다.

방열판(100b)은, 고정핀(110)에 의해 방열판(100a)과 지지 고정될 수 있다. 고정핀(110)은, 복수개가 이격되어 방열판(100a)과 제1 PCB 기판(P1), 방열판(100b) 순으로 지지 고정하여 결합력을 높일 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면 냉매배관(200)은, 방열판(100a) 내부에 인입되도록 마련될 수 있다. 냉매배관(200)은, 내부에 저온의 냉매를 유동시킬 수 있다. 냉매배관(200)에서 냉매 유입관과 냉매 유출관은, 서로 나란하게 마련될 수 있다. 냉매배관(200)은, 제1 PCB 기판(P1)의 일 면을 따라 나란하게 형성될 수 있다. 즉, 냉매배관(200)은, 제1 PCB 기판(P1)의 어느 폭 방향과 나란한 방향으로 냉매의 유동 경로(210)를 형성할 수 있다.

다시 도 1과 도 3을 참고하면 냉매의 유동 경로(210)는, 제2 PCB 기판(P2)의 일면 전체에 대응되도록 경로를 형성할 수 있고, 냉매의 유동 경로(210)는, 서로 다른 반도체(S)의 배치 구조에 따라 변경될 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면 냉각팬(300)은, 제2 PCB 기판(P2)의 양단에 대향되도록 적어도 한 쌍이 구비될 수 있다. 제2 PCB 기판(P2)의 양단부에 마련된 냉각팬(300)은, 어느 일 방향으로 냉기 유출로(310)를 형성할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면 방열 스페이서(400)는, 제1 PCB 기판(P1)과 제2 PCB 기판(P2) 사이에 개재될 수 있다. 방열 스페이서(400)는, 제1 PCB 기판(P1)과 제2 PCB 기판(P2) 사이의 간극을 조절 할 수 있는 스페이서의 일종일 수 있다. 방열 스페이서(400)는, 제1 PCB 기판(P1)에서 제2 PCB 기판(P2)으로 열의 흐름을 유도할 수 있다. 제1 PCB 기판(P1)에는 고발열성 반도체(S)가 실장됨으로써, 제2 PCB 기판(P2)에 비해 제1 PCB 기판(P1)에 열이 집중될 수 있다. 이때 상대적으로 고온의 제1 PCB 기판(P1)으로부터 방열 스페이서(400)를 거쳐 전도에 의해 제2 PCB 기판(P2)으로 열 흐름이 유도될 수 있다.

다시 도 1과 도 3을 참조하면 온도 센서(500)는, 반도체(S)의 온도를 계측할 수 있다. 온도 센서(500)는, 복수개의 반도체(S) 중에서 방열 성능이 낮은 반도체(S)에 인접되도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로 온도 센서(500)는, 냉매배관(200)의 유동 경로 중 냉매 유입관과 냉매 유출관을 기준으로 대각 방향의 영역 및 냉각팬(300)의 냉기 유출로(310)에 마련될 수 있다. 즉 냉매 유출입로에서 가장 먼 안쪽 영역이 냉매 유동 경로(210) 상 가장 높은 온도를 형성할 것이고, 냉기 또한 냉기 유입로와 냉기 유동 경로, 냉기 유출로 중에서도 냉기 유출로 부근에서 배기 직전 냉기가 가장 높은 온도를 형성할 것이기 때문이다. 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치 내에서 가장 열이 집중되는 위치에 온도 센서(500)를 위치시킴으로써, 반도체(S)를 비롯한 소자들의 정상 동작을 위한 동작 온도를 손쉽게 확인할 수 있다.

컨트롤러(미도시)는, 온도 센서(500)로부터 수신한 온도값에 따라 냉매배관 개폐조절 또는 냉각팬 작동여부를 선택적으로 제어할 수 있다. 컨트롤러(미도시)는, 온도 센서(500)와 연결되어 온도값을 수신할 수 있다. 이때 측정온도 수신횟수나 수신빈도 또한 자동 또는 수동으로 조절될 수 있다. 컨트롤러(미도시)는, 냉매배관(200)에 유입되는 냉매 유량을 조절할 수 있다. 컨트롤러(미도시)는, 냉각팬(300)의 스위치 온/오프, 냉각팬(300)의 회전 구동력을 제공하는 구동 모터(미도시)의 동작속도를 제어할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치
100a, 100b : 방열판
200 : 냉매배관 210 : 냉매의 유동 경로
220 : 냉매 유출입 영역
300 : 냉각팬 310 : 냉기 유출로
400 : 방열 스페이서
500 : 온도 센서
P1 : 제1 PCB 기판 P2 : 제2 PCB 기판
P21 : 지지 홈
S : 반도체

Claims

전도성 높은 소재로 이루어지고, 제1 PCB 기판에 실장된 반도체로부터 발생될 열을 외부로 방출시키기 위해 제1 PCB 기판 안착면을 제외하고 상기 반도체의 전면을 감싸도록 마련된 방열판;
냉매 유입관과 냉매 유출관이 일 측에 나란하게 마련되고, 상기 냉매 유입관과 상기 냉매 유출관을 따라 상기 방열판 내부에 인입되어 냉매를 유동시키는 냉매배관; 및
상기 제1 PCB 기판과 서로 마주보는 제2 PCB 기판의 양단에 대향되도록 마련되어, 일방향으로 냉기를 유동시키는 한 쌍의 냉각팬을 포함하는, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉매배관은 상기 제1 PCB 기판의 어느 폭 방향과 나란한 방향으로 상기 냉매의 유동 경로를 형성하는, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 PCB 기판의 양면에 실장된 한 쌍의 방열판 중 어느 하나는 상기 제1 PCB 기판과 마주보는 상기 제2 PCB 기판에 의해 지지되며,
상기 제1 PCB 기판과 상기 제2 PCB 기판 사이에 개재되어, 상기 제1 PCB 기판과 상기 제2 PCB 기판 사이의 간극을 조절하며, 열 흐름을 유도하는 방열 스페이서를 더 포함하는, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 방열판은 상기 제2 PCB 기판에 관통 형성된 지지홈에 돌출되도록 지지 가능한, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체의 온도를 계측하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서에서 계측된 온도에 따라 냉매배관 개폐 또는 냉각팬 작동을 선택적으로 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 센서는,
상기 냉매배관의 유동 경로 중 냉매 유입관과 냉매 유출관을 기준으로 대각 방향의 영역 및 상기 냉각팬의 냉기 유출로에 인접 마련된, 반도체 테스트 시스템용 하이브리드 방열 장치.