KR20000043020A - Plate shaped heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가공용 반도체 웨이퍼에 열원이 고르게 전달될 수 있도록 하는 판형 히터파이프에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼와 히터판 사이에 냉매를 주입시켜 반도체 웨이퍼의 전체 면적에 걸쳐 균일한 열분포를 이룰 수 있도록 하기 위한 판형 히트파이프에 관한 것이다.The present invention relates to a plate-shaped heater pipe that allows the heat source to be evenly transferred to the semiconductor wafer for processing. In particular, a refrigerant is injected between the semiconductor wafer and the heater plate to achieve a uniform heat distribution over the entire area of the semiconductor wafer. It relates to a plate heat pipe.
일반적으로, 가공용 반도체 웨이퍼에 가해지는 응력을 제거하기 위하여 소정의 열원을 상기 가공용 웨이퍼에 제공하는 장치에 있어서, 종래에는 도5에 도시된 바와 같이 가공용 반도체 웨이퍼의 하부에 히터판이 구비되어 직접 열을 전달하는 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 히터판에는 동심원으로 입,출구 파이프가 내장되어 상기 열원이 동심원으로 흐르면서 반도체 웨이퍼를 일정온도로 가열하는 것이다. 상기와 같은 반도체 웨이퍼에 부착된 히터구조는 반도체 웨이퍼에 직접 열을 전달하는 구조로 되어 있기 때문에 상기 반도체 웨이퍼에 온도분포가 불균일하게 이루어지고 있다. 즉, 열에 민감한 반응을 일으키는 가공용 웨이퍼가 목표로 하는 온도에 다다를 때까지, 가열시작점에서 최종종료점까지의 온도차가 심하게 일어나고 있어 상기 가공용 웨이퍼의 성능에 악영향을 미치는 문제점이 있다.In general, in the apparatus for providing a predetermined heat source to the processing wafer in order to remove the stress applied to the processing semiconductor wafer, conventionally, as shown in FIG. It is structure to convey. Here, the heater plate has a concentric circular inlet and outlet pipes to heat the semiconductor wafer to a constant temperature while the heat source flows concentrically. Since the heater structure attached to the semiconductor wafer as described above has a structure in which heat is directly transferred to the semiconductor wafer, the temperature distribution is unevenly formed on the semiconductor wafer. That is, the temperature difference from the heating start point to the final end point occurs severely until the processing wafer causing the heat-sensitive reaction reaches the target temperature, which adversely affects the performance of the processing wafer.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가공용 웨이퍼와 히터판 사이에 냉각모듈을 장착하여 상기 히터판에서 제공되는 열원을 전면에 걸쳐 균일하게 분포시켜 소자에 전달할 수 있도록 한 판형 히트파이프를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, by mounting a cooling module between the processing wafer and the heater plate to uniformly distribute the heat source provided from the heater plate across the entire surface to be delivered to the device The purpose is to provide a plate heat pipe.
도1a 내지 도1c는 본 발명에 의한 판형 히트파이프의 일실시예 구성을 나타낸 평면도, 우측단면도 및 좌측면도.1A to 1C are a plan view, a right sectional view, and a left sectional view showing one embodiment of a plate heat pipe according to the present invention.
도2a 및 도2b는 본 발명의 요부인 본체판의 구성을 나타낸 평면도 및 측면도.2A and 2B are a plan view and a side view showing the structure of a main body plate which is the main part of the present invention;
도3는 도2b의 A-A'단면도.3 is a cross-sectional view along the line AA ′ of FIG. 2B;
도4는 본 발명의 요부인 메쉬판의 구성도.Figure 4 is a block diagram of a mesh plate which is the main part of the present invention.
도5는 본 발명의 요부인 히터판의 구성도.5 is a configuration diagram of a heater plate which is a main part of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 본체판 1a : 냉매수용홈1: Main body plate 1a: Refrigerant accommodating groove
2 : 돌기 3 : 히팅라인2: protrusion 3: heating line
4 : 히터판 5 : 가공용 웨이퍼4: heater plate 5: wafer for processing
6 : 메쉬판 7 : 체결부재6 mesh plate 7 fastening member
7a : 암나사홈 8 : 브레이징 필러7a: female thread groove 8: brazing filler
9 : 필튜브9: fill tube
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그 일면에 소정 깊이로 함몰된 냉매수용홈이 형성되고, 측면에 냉매주입구가 형성된 본체판; 상기 본체판의 냉매수용홈의 바닥면에서 소정 높이로 직립되게 설치되어 냉매유로를 형성하는 다수의 돌기; 상기 본체판의 일면 외주면에 장착되며, 그 내부에 히팅라인이 설치된 히팅수단; 및 상기 본체판과 히팅수단을 결합하는 수단을 포함하는 판형 히트파이프를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the refrigerant receiving groove is formed in one surface of a predetermined depth, the main body plate formed with a refrigerant inlet on the side; A plurality of protrusions installed upright at a predetermined height on a bottom surface of the refrigerant accommodating groove of the body plate to form a refrigerant passage; Heating means mounted on an outer circumferential surface of the main body plate and having a heating line installed therein; And it provides a plate-shaped heat pipe comprising a means for coupling the body plate and the heating means.
이하, 첨부된 도1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIG. 1.
본 발명에 의한 판형 히트파이프는 히터에서 인가되는 열을 가공용 웨이퍼에 균일하게 전달할 수 있도록 구현한 것이다. 즉, 일반적인 히트파이프 어셈블리는 각종 트랜지스터나 인쇄회로기판과 같은 소형전자부품의 전기적인 기능에 의해 발생되는 열을 냉각하는 히트싱크나, 철도차량용 인버터나, 브레이크 시스템과 같은 대용량의 발열소자에 주로 채용되어 상기 소자에서 발생된 열을 냉각시켜줌으로써 전자부품의 효율향상 및 열에 의한 기능저하를 방지하는 주된 기능을 가지고 있지만, 본 발명은 소정 온도의 열을 제공하여 응력을 제거하기 위한 가공용 반도체 웨이퍼 전면에 걸쳐 히터에서 제공되는 열을 균일하게 분포되도록 구현한 것이다.The plate heat pipe according to the present invention is implemented to uniformly transfer the heat applied from the heater to the processing wafer. That is, a general heat pipe assembly is mainly used for heat sinks for cooling heat generated by electric functions of small electronic components such as various transistors and printed circuit boards, large-capacity heating elements such as inverters for railway vehicles, and brake systems. Although the main function of cooling the heat generated in the device to improve the efficiency of the electronic components and prevent the functional degradation due to heat, the present invention provides a predetermined temperature heat to the front surface of the semiconductor wafer for processing to remove the stress The heat provided from the heater is uniformly distributed.
본 발명은 일반적으로 작동유체의 비등 또는 증발과 압축이 연속적으로 발생하여 열을 수송하는 상변화 열전달장치인 히트파이프를 이용한 것이다. 이러한 히트파이프의 구조는 비등 또는 증발이 일어나는 증발부와, 이송된 증기가 응축하며 잠열을 방출하는 응축부로 구성되며, 이때 작동유체의 순환이 증기압과 중력 또는 액체의 체적력에 의하기 때문에 액체의 순환에 따른 펌핑력을 필요로 하지 않는다. 그리고, 잠열에 의하여 열전달을 이루기 때문에 대량의 열을 작은 온도차에도 전달할 수 있다.The present invention generally utilizes a heat pipe, which is a phase change heat transfer device that transports heat by continuously boiling or evaporating and compressing a working fluid. The structure of the heat pipe is composed of an evaporation unit in which boiling or evaporation occurs, and a condensation unit in which conveyed steam condenses and releases latent heat. It does not require pumping force. In addition, since heat is transferred by latent heat, a large amount of heat can be transferred to a small temperature difference.
한편, 히트파이프의 구조는 밀폐용기와 작동유체로 구성되며, 적용분야에 따라 용기의 구조 및 작동유체는 매우 다양하다. 또한 작동유체가 응축부에서 증발부로 귀환하는 메카니즘에 따라 대기의 압력을 이용한 열사이펀(thermosyphon)방식이나, 펌프에 의한 순환(rotating) 방식등으로 구분되기도 한다.On the other hand, the structure of the heat pipe is composed of a sealed container and a working fluid, the structure and working fluid of the container is very diverse depending on the application field. In addition, depending on the mechanism of returning the working fluid from the condenser to the evaporator, it may be classified into a thermosyphon method using atmospheric pressure or a rotating method by a pump.
상기와 같은 개념과 방식을 통하여 구현되는 본 발명은 도1 내지 도3에 도시한 바와 같이, 그 일면에 소정 깊이로 함몰된 냉매수용홈(1a)이 형성되고, 측면에 냉매주입구가 형성된 본체판(1)과, 상기 본체판(1)의 냉매수용홈(1a)의 바닥면에서 소정 높이로 직립되게 설치되어 냉매유로를 형성하는 다수의 돌기(2)가 구비된다.As shown in FIGS. 1 to 3, the present invention implemented through the above-described concept and method is provided with a refrigerant accommodating groove 1a recessed in a predetermined depth on one surface thereof, and a main body plate on which a refrigerant inlet is formed. (1) and a plurality of projections (2) which are installed upright at a predetermined height on the bottom surface of the refrigerant receiving groove (1a) of the body plate (1) to form a refrigerant passage.
또한, 상기 냉매수용홈(1a)에 대향하는 위치의 본체판(1) 일면에는 도5에 도시한 바와 같이 소정 온도의 열원을 제공하도록 그 내부에 히팅라인(3)이 구비된 히터판(4)이 설치되며, 상기 본체판(1)의 타면에는 가공용 웨이퍼(5)가 소정간격을 두고 놓이게 된다.In addition, a heater plate 4 having a heating line 3 therein is provided on one surface of the main body plate 1 at a position opposite to the refrigerant receiving groove 1a to provide a heat source having a predetermined temperature as shown in FIG. ) Is installed, and the processing wafer 5 is placed at a predetermined interval on the other surface of the body plate 1.
여기서, 상기 돌기(2)는 본체판(1)의 중심에서 방사방향으로 소정 간격을 두고 다수가 설치되며, 또한 도3에 도시한 바와 같이 상기 본체판(1)의 측면높이가 돌기(2)의 높이보다 소정 간격(t)만큼 높게 형성되어 상기 히터판(4)과 후술할 메쉬판의 직접적인 접촉을 방지할 수 있도록 한다.Here, a plurality of the projections 2 are provided at a predetermined interval in the radial direction from the center of the main body plate 1, and as shown in Figure 3 the height of the side surface of the main body plate 1 projections (2) It is formed to be higher than the height of the predetermined interval (t) to prevent direct contact between the heater plate 4 and the mesh plate to be described later.
상기 돌기(2)의 상면에는 냉매를 고르게 분산시켜 히터판(4)에서 발생되는 열원이 냉매수용홈(1a)의 냉매 전체에 결쳐 균일하게 접촉하여 비등될 수 있도록 하는 메쉬판(6)이 놓여져 결합된다.On the upper surface of the projection 2 is placed a mesh plate 6 so that the heat source generated in the heater plate 4 is uniformly dispersed in contact with the entire refrigerant in the refrigerant receiving groove (1a) so that the refrigerant can be uniformly boiled. Combined.
상기 본체판(1)의 중앙부 및 방사상 돌기(2) 사이의 소정위치에는 도2a에 도시한 바와 같이 내부에 암나사홈(7a)이 형성된 체결부재(7)가 구비되며, 상기 체결부재(7)에 대응하는 메쉬판(6)에는 상기 체결부재(7)가 간섭을 받지않도록 관통홀(6a)이 형성되어 상기 볼트를 매개로 본체판(1)과 메쉬판(6)이 결합된다. 이때, 상기 본체판(1)의 중앙부에 설치된 체결부재(7)와 주변의 체결부재(7)는 메쉬판(6)의 처짐을 방지할 수 있도록 지지기능을 겸비한다.At a predetermined position between the central portion of the main body plate 1 and the radial projection 2, a fastening member 7 having a female thread groove 7a formed therein is provided as shown in FIG. 2A, and the fastening member 7 In the mesh plate 6 corresponding to the through hole 6a is formed so that the fastening member 7 is not interfered with, the body plate 1 and the mesh plate 6 are coupled to each other via the bolt. At this time, the fastening member 7 and the peripheral fastening member 7 installed in the central portion of the main body plate 1 has a supporting function to prevent sagging of the mesh plate 6.
본 실시예에서의 메쉬판(6)은 #200의 입도를 가지는 스테인레스 재질로 이루어진다. 또한 도4에 도시한 바와 같이 상기 메쉬판(6)은 본체판(1)의 냉매수용홈(1a)에 내재된 냉매가 히터판과의 접촉면에서 항상 젖어있는 상태를 유지시켜 주며, 상기 간격(t)에 의해 히터판(4)과 비접촉된 상태로 되어 있다.The mesh plate 6 in this embodiment is made of stainless material having a particle size of # 200. In addition, as shown in FIG. 4, the mesh plate 6 maintains the refrigerant in the refrigerant receiving groove 1a of the main body plate 1 always wetted at the contact surface with the heater plate. By t), it is in the non-contact state with the heater board 4.
따라서, 상기 히터판(4)에서 제공되는 열원이 냉매와 메쉬판(6)을 통하여 증발되고, 또 상기 냉매수용홈(1a)에 내재된 냉매를 통하여 미세한 온도로 응축하면서 가공용 웨이퍼(5) 전면에 걸쳐 일시에 열원을 제공하는 것이다.Therefore, the heat source provided from the heater plate 4 is evaporated through the refrigerant and the mesh plate 6, and condensed at a minute temperature through the refrigerant contained in the refrigerant accommodating groove 1a to the front surface of the processing wafer 5. To provide a heat source at a time throughout.
상기 체결부재(7)의 상면에는 브레이징 필러(brazing filler)(8)가 설치되는데, 상기 브레이징 필러(8)는 상기 히터판(4)을 통하여 제공되는 열원에 의해 용융되어 본체판(1)과 히터판(4)을 접착하게 되므로써 상기 본체판(1)의 냉각수용홈(1a)은 밀폐된다.A brazing filler 8 is installed on an upper surface of the fastening member 7, and the brazing filler 8 is melted by a heat source provided through the heater plate 4, and thus the body plate 1 and the main plate 1. By adhering the heater plate 4, the cooling water groove 1a of the main body plate 1 is sealed.
또한, 상기 본체판(1)의 냉매주입구에는 필 튜브(fill tube)(9)가 설치되어 냉매의 주입경로를 제공한다. 이에따라 외부의 냉매공급장치로부터 필 튜브(9)를 통하여 냉매를 주입하고, 상기 냉매주입이 완료되면, 냉매수용홈(1a)을 진공시킬 수 있도록 한다.In addition, a fill tube 9 is installed at the coolant inlet of the body plate 1 to provide an injection path of the coolant. Accordingly, the refrigerant is injected from the external refrigerant supply device through the fill tube 9, and when the refrigerant injection is completed, the refrigerant accommodating groove 1a can be vacuumed.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operating state of the present invention configured as described above are as follows.
상기 필튜브(9)를 통하여 냉매를 냉매수용홈(1a)에 주입한 다음, 상기 냉매수용홈(1a)에 냉매가 만충되면, 외부의 진공장치를 통하여 냉매수용홈(1a)을 진공상태로 하고 난 후 필 튜브(9)를 밀봉시킨다.After the coolant is injected into the coolant accommodating groove 1a through the fill tube 9, when the coolant is filled in the coolant accommodating groove 1a, the coolant accommodating groove 1a is vacuumed through an external vacuum device. After that, the fill tube 9 is sealed.
다음에, 상기 히터판(4)의 히팅라인(3)을 통하여 열원을 제공하면, 상기 열원은 본체판(1)의 냉매수용홈(1a)에 내재된 냉매와 상기 냉매가 넘칠듯이 젖어있는 메쉬판(6)에 전달되어 열교환을 하게 된다.Next, when a heat source is provided through the heating line 3 of the heater plate 4, the heat source is a mesh in which the refrigerant contained in the refrigerant accommodating groove 1a of the main body plate 1 and the refrigerant are overflowed. The plate 6 is transferred to the heat exchange.
여기서, 그 표면에 냉매가 넘치듯이 돌기(2)상에 위치하는 상기 메쉬판(6)이 증발부가 되어 상기 열원을 냉매수용홈(1a)으로 전달하게 된다. 상기 증발부를 통하여 증발된 냉매는 본체판(1)의 냉매수용홈(1a)에 설치된 돌기(2) 사이의 유로를 통하여 본체판(1)의 타면, 즉 냉매수용홈(1a)의 바닥면으로 확산된다. 여기서, 상기 냉매수용홈(1a)은 증발부를 통하여 냉각된 냉매의 응축부가 되며, 상기 응축부에는 열원이 고르게 분포된 상태로 되어 있다. 상기와 같이 응축부에 도입된 열원은 가공용 웨이퍼(5) 전면에 걸쳐 전달되는 것이며, 이에따라 상기 가공용 웨이퍼(5)의 끝단에서 끝단까지의 거리편차 또는 가공용 웨이퍼(5)의 끝단에서 중심부까지 거리편차에 상관없이 열원의 균일한 분포로 상기 가공용 웨이퍼(5)에 잔재하고 있던 응력이 일시에 제거되므로써 웨이퍼 전체기능이 원할해지도록 하는 것이다.Here, the mesh plate 6 located on the projection 2 becomes an evaporation part so that the coolant overflows to the surface, and the heat source is transferred to the coolant accommodating groove 1a. The refrigerant evaporated through the evaporation part passes through the flow path between the protrusions 2 installed in the refrigerant receiving groove 1a of the main body plate 1 to the other surface of the main body plate 1, that is, to the bottom surface of the refrigerant receiving groove 1a. Spreads. Here, the refrigerant receiving groove (1a) is a condensation portion of the refrigerant cooled through the evaporation portion, the heat source is evenly distributed in the condensation portion. The heat source introduced into the condensation unit as described above is transferred over the entire surface of the processing wafer 5, and thus the distance deviation from the end to the end of the processing wafer 5 or the distance from the end to the center of the processing wafer 5. Irrespective of the uniformity of the heat source, the stress remaining on the processing wafer 5 is temporarily removed, thereby making the entire wafer function smooth.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 히터판을 통하여 제공된 열원이 작동유체인 냉매를 통하여 외부로 발산되어 냉각기능을 하는 것이 아니라, 응축부롤 통하여 전달되는 열원이 바로 가공용 웨이퍼 전면에 고르게 분포되도록 전달하므로써 가공용 웨이퍼에 잔재하고 있던 응력을 효과적으로 제거할 수 있게 되며, 이에따라 상기 가공용 웨이퍼의 전체기능이 원활해질 수 있게 되는 효과를 가진다.As described above, according to the present invention, the heat source provided through the heater plate is not discharged to the outside through the refrigerant, which is a working fluid, to cool, and the heat source transferred through the condensation part roll is distributed evenly on the entire surface of the wafer for processing. The stress remaining on the wafer can be effectively removed, and accordingly, the overall function of the processing wafer can be smoothed.
또한, 기존의 구조에서 생길 수 있는 히터의 기능저하 또는 이상 발생시 전체제품을 교체해야 하는 문제점을 개선하므로서 히트파이프의 기능이 원활할 경우문제가 생긴 히터만을 교체함으로써 경비절감을 꾀할 수 있다. 그리고, 판히터를 어느 한 부분에 부분적으로 적용해도 기능은 동일하며, 온도전달방법도 수직이동뿐만 아니라, 수평이동형태를 취할 수 있는 효과를 가진다.In addition, it is possible to reduce the cost by replacing only the heater having a problem when the function of the heat pipe is smooth, by improving the problem of replacing the entire product in case of a malfunction or abnormality of the heater that can occur in the existing structure. In addition, even if the plate heater is partially applied to any part, the function is the same, and the temperature transfer method has the effect of taking not only vertical movement but also horizontal movement.
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