KR20010024445A - 높은 열 방출 능력을 갖는 번인 보드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칩을 수납하고 지지할 수 있는 소켓(10), 칩의 해당 단자에 연결하기 위한 소켓의 전기 단자(14), 및 냉각 매체와 열 접촉을 갖는 방열판으로 구성되는 집적회로 칩(40) 번인용 시스템 및 방법에 관한 것이다. 방열판(30)은 소켓에서 집적회로의 열 접촉을 해제할 수 있는 열 인터페이스(22)를 포함한다. 방열판은 집적회로의 온도를 모니터링하고 필요한 열을 만들어 공급하거나 번인 공정 중에 발생되는 열보다 더 많은 열을 집적회로에서 제거하므로 집적회로는 소정의 원하는 온도 범위 내로 유지된다. 다중 소켓은 함께 그룹으로 묶여 여러 냉각 시스템으로 냉각되고, 각 직접회로의 온도는 개별적으로 모니터되고 제어된다.

Description

높은 열 방출 능력을 갖는 번인 보드 {BURN-IN BOARD CAPABLE OF HIGH POWER DISSIPATION}

더 큰 기기로 조립하기 전에 여러가지 전자 콤포넌트 들을 테스트 및/또는 "번인"하는 것은 전자 소자 제조에 통상의 지식으로 알려져있다. 예를 들면 컴퓨터 칩은 자주 개별적으로 번인 시스템에 연결되어 각 칩에 있는 필요한 전자회로들이 동작하는지 확증한다. 번인 공정은 칩의 에이징(aging)을 가속화하여 제조 공정에서 결함칩이 초기에 발견되어 버릴 수 있도록 해준다. 이것은 그렇지 않았으면 결함칩을 내장한 더크고, 더 비싼장치를 버렸을 비용을 방지하도록 해준다. 번인에 더하여 컴퓨터 칩 및 다른 집적회로들은 여러가지 다른 테스트 동작의 영향을 받을 수 있다. 본문에서 사용되는 "테스팅"이라는 용어는 번인 동작을 포함하도록 의도되었다.

번인 동작에서 이하에서 "테스트 하의 디바이스" 또는 "DUT"로 불리는 각 칩, 집적회로(IC), 또는 다른 전자 콤포넌트가 여러 전자 단자에 연결된다. 이들 단자들은 일반적으로 DUT의 밑면에 있는 전자 단자에 상응하는 위치에 있는 작은 솔더 버튼(solder button)의 배열 형태를 갖는다. 상기 DUT는 상기 단자 배열 상에 놓이므로 각각의 원하는 위치에서 전기적 연결이 만들어진다.

번인 또는 테스트 동작 중에 DUT 상의 여러 회로를 통하는 단자를 통하여 흐르는 전류에 의해 열이 발생한다. 지금까지는 IC가 파워가 약하므로 컴퓨터 칩의 번인 중에 소모되는 파워의 양은 상대적으로 적었다. 이러한 이유에서 대부분의 번인 소자에서 발생하는 열의 총량은 공기로 냉각할 수 있었다. 새로운 더 강력한 파워를 가진 칩의 등장으로 번인 중에 발생하는 열량은 약 3-30 와트에서 30-100와트 이상으로 10배가량 커졌다.

덧붙여 칩패키징 비용의 상승은 제조자들로 번인 단계를 앞당겨 최종 패키징 후가 아니라 전에 수행한다. 이것은 제조자가 결함 칩의 패키징 비용을 절약하게 해주지만, 동시에 실리콘 다이가 일부 노출된 부분적으로 패키징된 IC에 대해서 번인 동작이 수행됨을 의미한다. 부분적으로 패키징된 IC는 완전히 패키징된 칩에 배해 덜 강하고, 더 쉽게 손상을 입을 수 있다. 그러므로 DUT에 과하거나 균일하지 않은 힘을 가하는 번인 동작을 할수없다.

번인은 온도가 제어되는 곳에서 실시되고 또한 칩은 극한적인 온도에 노출될 수 없으므로 번인 중에 발생된 강한 열의 제거가 필수적이다. 공냉식은 매우 큰 방열판(heat sink)을 필요로한다. 전기적으로 절연된 흐름을 사용하는 수냉식이 사용되어 왔지만, 매우 높은 파워를 소모하는 DUT용으로는 사용이 불가능함이 증명되어왔다. 동시에 부분적으로 패키징된 칩의 번인과 테스트는 완전히 패키징된 칩의 번인과 테스트에 더하여 새로운 고려할점이 있다. 예를 들면 부분적으로 패키징된 칩은 일반적으로 원하는 속도로 잉여 열(dump heat)에 쉽게 적응시킬 수 없다.

고전력 트랜지스터는 번인 동작 중에 발생하는 열에 필적하는 열량을 발생시키는것으로 알려져있다. 그러나 트랜지스터들 및 종래의 트랜지스터 패키지의 구성때문에 트랜지스터 번인 장치용으로 설계된 냉각 시스템이 IC 디바이스를 냉각시키는데 쉽게 적용될수 없다. 추가로 트랜지스터는 일반적으로 내구성있는 금속 또는 플라스틱 패키지로 덮여있으므로 번인 칩의 내용물에 대해 발생하는 취급 주의 사항은 트랜지스터 번인 장치에 영향을 미치지 않는다. 추가로 테스트를 필요로하는 고전력 트랜지스터의 체적에 비교해서 테스트되어야하는 IC의 체적은 아주 많이 더크므로, 그것은 칩 테스트의 내용에 주요부분이 아닌 코스트가 칩 테스팅의 내용을 고려할 때 상당히 주요한 부분이 된다.

추가로 주어진 번인 장치에 충분한 냉각 용량을 제공하고 상기 용량을 제한하지 않는 열 전달 표면을 제공하는 것에 관한 문제에 더하여, DUT에서 DUT까지 크게 변하는 번인 또는 테스트 중에 발생하는 열량이 문제가된다. 몇가지 예에서 발생된 열량은 크기가 2차수 이상됨이 밝혀졌다. 이러한 차이는 동시에 여러 디바이스를 번인하는 것을 어렵게하여, 더 많은 열량을 발생시키는 DUT를 적절히 냉각시키는 냉각 시스템이 더 적은 열을 발생하는 DUT를 냉각하여 온도가 원하는 번인 온도 범위 아래로 떨어뜨린다. 반대로 더 적은 열량을 발생시키는 DUT를 적절히 냉각하는 냉각 시스템은 더 많은 열을 발생시키는 DUT를 불충분하게 냉각하여 그것들의 온도가 원하는 번인 온도 범위 이상으로 상승한다.

그러므로 각 DUT를 원하는 좁은 범위의 온도로 유지하면서 여러 칩들 각각에서 적어도 30-300 와트의 열을 동시에 제거할 수 있는 DUT 번인 장치를 제공하는것이 바라는 것이다. 그에 더하여 바람직한 장치는 DUT가 심지어 온도가 한 차수 이상 변하든지 또는 3 와트 정도로 적게 변하더라도 소정의 온도 내에서 DUT를 유지할 수 있어야한다. 바람직한 장치는 또한 다중 DUT를 동시에 처리하는 능력을 가진 시스템 내에 쉽게 결합될 수 있어야한다. 이러한 목적은 장치가 동시에 번인되는 DUT 사이의 열 발생 차이를 보상하는 능력이 있는 장치를 필요로한다. 바람직한 장치는 번인 공정 전, 도중 또는 후에도 손상없이 패키지되지 않은 칩을 다룰 수 있어야 한다. 추가로 비용, 작업 및 신뢰성 면에서 상업적으로 가능한 장치를 제공해야만한다.

본 발명은 일반적으로 집적 회로 칩(IC)을 번인(burn-in)하고 테스트하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 새로 제조된 칩이 사용에 적합한가를 확증하기 위해 사용되는 번인 보드 상의 IC 칩을 냉각시키기 위한 기술에 관한 것이다. 더욱 더 구체적으로 본 발명은 냉각 능력을 개선하도록 제공되는 소켓(socket) 및 IC와 소켓을 효율적으로 냉각하기 위한 시스템을 포함한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구조의 번인 또는 테스트 소켓을 관통하는 단면도.

도 2는 본 발명의 열 인터페이스의 대안적인 실시예의 확대도.

도 3a는 도 1의 소켓의 열제거 부분의 투시 분해조립도.

도 3b는 도 1의 소켓의 열제거 부분의 대안적인 실시예의 투시 분해조립도.

도 4는 내부 콤포넌트를 가상으로 도시하는, 도 3의 4-4선에 따라 취한 측면도.

도 5a 내지 도 5b는 각각 해당 방열판에 닿거나 떨어진 번인 보드의 평면도.

도 6은 다중 소켓 그룹 및 다중 방열판을 도시하는 전체 테스트 시스템의 투시 전면도.

본 발명은 3와트 이상의 열을 발생시키는 DUT를 포함하고, DUT들 사이의 열 발생 차이를 보상하고, 각 칩의 온도를 원하는 좁은 범위 내로 유지하면서 각 DUT에서 적어도 30-300 와트의 열을 동시에 제거할 수 있는 번인 장치를 포함한다. 본 발명은 동시에 다중 DUT를 번인할 수 있는 시스템 내에 쉽게 결합될 수 있다. 본 장치는 DUT에 최소한의 손상을 입히며, 비용, 작업 및 신뢰성 면에서 상업성이 있다. 본 발명은 번인 중에 개별 칩을 수납하고 보관할 수 있는 새로운 소켓과 상기 소켓 여러개를 지지하고 냉각하기 위한 시스템을 포함한다. 상기 소켓은 전술한 시스템과 같이 칩에서 적어도 3 내지 10배의 열을 제거할 수 있는 냉각 시스템을 포함한다. 상기 냉각 시스템은 칩 또는 테스트 하의 소자(DUT)에 좋은 열적 접촉을 갖는 높은 열전도성의 방열 부재를 적어도 하나 포함한다.

본 발명은 방열 부재 및 DUT 사이의 양호한 열접촉을 달성하기 위한 장치 및 기술을 포함한다. 바람직한 장치는 DUT의 임의의 고르지 않은 상부 표면을 따르는 적응성이 있는 인터페이스를 제공한다. 제1 실시예에 있어서 열 접촉은 엘라스토머 열 패드(elastomeric heat pad) 와 소켓 단자에서 열을 함께 모으는 히트 스프레더(heat spreader)를 통하여 달성된다. 엘라스토머 열 패드는 바람직하게 얇은 금속막으로 덮인다. 다른 실시예에서 적응성이 있는 인터페이스는 보다 고온의 녹는점을 갖는 금속으로 형성되는 표면 내에 낮은 녹는점을 갖는 금속을 포함한다. 보다 덜 바람직한 실시예에 있어서 인터페이스는 극도로 매끄럽고, 높은 광택이 있는 금속 표면을 포함한다.

본 발명에 따르면 분리된 번인 소켓은 각 DUT를 수납한다. 각 소켓은 바람직하게 구성되어 방열판과 DUT 사이의 양호한 열 접촉을 허용하도록 가해지는 힘이 조절되고 DUT에 걸쳐 분산되어 DUT에 기계적인 손상이 없게한다. 바람직한 소켓은 또한 DUT의 손상을 방지하도록 압축력의 사용을 제한하는 동시에, DUT에 소켓 베이스와 DUT 사이에 양호한 전기적 접촉을 갖도록 충분한 접촉력을 가하는 도구가 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 추가로 DUT 근처에 있는 냉각 시스템의 온도 데이터를 모니터링하여 제공하기 위한 온도 센서 및 온도 센서의 출력에 응답하여 DUT에 제어된 열량을 공급하기 위한 열원(heat source)을 포함한다. 상기 온도 센서는 DUT와 함께 히트 스프레더에 내장되는 것이 바람직하다. 상기 열원은 바람직하게 히트 스프레더에 내장된다. 상기 열원은 온도 센서에 의해 생성되는 신호에 응답하여 제어기에 의해 제어된다.

본 냉각 시스템의 바람직한 실시예는 또한 방열판 및 소켓과 열접촉을 갖는 액체 기화(liquid-vapor) 냉각 시스템을 포함한다. 상기 액체 기화 냉각 시스템은 바람직하게 종래기술에 비해 코스트와 동작을 상당히 절감하는 단일 제어기에 의해 제어되는 다중 액체 기화 덕트를 포함한다. 다른 실시예에 있어서 액체 기화 냉각 시스템은 액체 냉각 유니트(LCU)로 알려져있는 순환하는 액체 시스템에 의해 대체된다. 상기 LCU는 60℃ 이하의 번인 온도를 허용한다.

본 발명의 다른 목적과 장점들은 첨부한 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽음에 따라 명백해질 것이다.

이하에 상세하게 설명되는 장치는 어떠한 방향에서도 동작할 수 있음은 물론이다. 따라서 "상부," "하부," "위," "아래,"와 같은 상대적인 용어들은 본 발명의 여러 콤포넌트를 가리키며 단지 예시하고 논의하기 위한 목적으로만 사용된다. 그와 같은 용어는 본 발명의 어떠한 실시예에서도 이러한 관계가 요구되도록 의도되지 않았다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 특징은 전술한 목적을 달하는 번인 또는 테스트 소켓(10)을 포함한다. 특히 본 번인 시스템은 소켓 베이스(12), 소켓 뚜껑(20)과 함께 사용되는 압축 정지(16), 열 패드(22), 압력 플레이트(24), 스프링(26) 및 히트 스프레드(30)를 포함하는 소켓(10)으로 구성된다. 도 1에 있어서 DUT(40)가 소켓(10)에 수납된 모양으로 도시된다. 만일 소켓과 뚜껑이 다른 방법으로 DUT에 충분한 압력을 공급하는 구조라면 몇몇 실시예에 있어서 압력 플레이트(24) 및 스프링(26)은 생략될 수 있다.

소켓

소켓 베이스(12)는 바람직하게 잘알려져 있는 적합한 절연 물질을 사용하여 구성되고 내부에 복수의 전기적 도전 단자(14)를 매설한다. 각 단자(14)는 바람직하게 전기적 접촉(15)을 끝마치는데, 각 단자는 소켓 베이스(12)의 상부 표면(13) 상에 솔더 범프(solder bump)와 같은 표면 특징을 구성할 수 있다. 단자(14)는 DUT(40)의 하부 표면과 맞물려 들어갈 수도 있고 나올 수도 있다.

소켓 베이스(12)의 상부 표면(13)이 소켓 베이스(12) 상위 위치로 DUT를 인도하는 역할을하는 빗금친 립(lip; 17)을 포함하는 것이 필수적이지는 않지만 바람직하다. 립(17)은 DUT의 풋프린트(footprint)에 상응하는 영역을 정의하는 것이 바람직하다. 상기 영역은 일반적으로 DUT의 열전달 영역보다 약간 큰 영역을 갖는다. 예를 들면 립(17)에 의해 경계가 정해지는 영역의 각 면은 DUT의 한 면의 길이보다 0.005 내지 0.010 인치 더 길 수 있다. 압축 정지(16)는 바람직하게 단단하고 압축되지 않는 물질로 구성되며, 소켓 베이스(12)의 주변 부분을 정의한다. 대안적인 실시예에서 압축 정지(16)는 베이스(12)와 같이 같은 것으로 전체를 형성한다. 베이스(12)와 정지(16)는 함께 두 부분으로된 뚜껑덮는 소켓(10)을 한 부분으로 만든다.

소켓(10)의 다른 부분은 소켓 뚜껑(20), 히트 스프레더(30), 열 패드(22), 스프링(26) 및 압력 플레이트(24)에 의해 형성된다. 상기 콤포넌트들은 서로 연결되어 움직이고, 소켓과 DUT를 결합시키거나 분리 시킨다. 소켓 뚜껑(20)은 바람직하게 고온 플라스틱이나 다른 유사한 물질로 만들어진다. 소켓 뚜껑(20)은 압축 정지(16)에 영향을 미치도록 적응되고 그 목적을 위하여 하부 표면(27)을 포함한다. 히트 스프레더(30)는 접촉 표면(33)을 갖는 중앙부(32)를 가지며, 상기 히트 스프레더(30)에는 열 패드(22)가 첨부되어 높은 열전달 인터페이스를 갖는다. 히트 스프레더(30)는 추가로 압축 정지(16) 상에 지탱되는 플랜지(36)를 포함한다.

덧붙여 히트 스프레더(30)는 적어도 두 개의 하부로 연잗되는 스프링(26)을 지지하는 가운데 어깨(34)를 포함한다. 바람직한 일 실시예에 따르면 8개의 스프링(26)이 중앙부(32)의 두 면을 따라서 어깨(34)에 부착된다. 압력 플레이트(24)와 같은 적어도 하나의 압력 분배 소자가 각 스프링(26)의 반대 단부에 부착된다. 압력 플레이트(24)는 도시된 것처럼 상호 분리될 수 있거나 또는 원하는 임의의 구성을 갖는 단일 부속(도시되지 않음)으로 형성될 수 있다. 스프링(26) 및 압력 플레이트(24)를 포함하는 시스템은 DUT에 압축력을 공급하기위한 목적으로 제공되어 DUT상의 전기적 접촉과 소켓 내의 단자(14) 사이의 양호한 전기적 접촉이 확실히 유지되게한다. 위에 묘사된 스프링 및 플레이트 이외의 여러가지 기계적인 시스템이 압축력을 DUT에 공급하는데 사용될 수 있다. 이들 대안적인 시스템의 일부가 본 발명에 인용되어 본 발명의 일부를 이루며 본 발명과 동시에 출원되고 공동으로 소유된 "적응가능한 방열 소자를 구비하는 번인 보드" 제하의 출원 번호 제_________호에 묘사되어 있다.

히트 스프레더(30)는 바람직하게 임의의 적합하게 단단하고, 높은 열전달을 갖는 물질로 구성된다. 한가지 바람직한 물질은 구리이고, 더 바람직하게는 다른 금속을 갖는 구리로써 니켈과 같은것이 있다. 스프링(26)은 바람직하게 종래의 작은 코일 스프링이지만 적합한 압축 수단은 어느것이나 될 수 있다. 압력 플레이트(24)는 매우 매끄러운 표면을 제공할 수 있는 단단한 물질이면 어느것이나 될 수 있고, 바람직하게는 연마된 스텐레스강이 좋다. 히트 스프레더(30)의 표면(33) 적어도 8 마이크로 인치로 연마되는 것이 바람직하다.

열 인터페이스

본 발명에 따라서 DUT(40) 및 히트 스프레더(30) 사이의 인터페이스는 DUT에서 히트 스프레더(40)로 최대의 열전달이 제공되도록 설계된다. 최대 열전달을 달성하기 위해서 상기 인터페이스는 울퉁불퉁한 DUT의 상부 표면에도 적응해야만 한다. 전체적으로 열 인터페이스는 적합하고, 열 전도성있고, 내구성이 있으며, 재사용가능해야만 한다. 덧붙여 작업, 재료비 및 제조복잡도 같은 요소도 반드시 고려되어야 한다. 이하에 설명되는 시스템은 단지 예시를 위한 것이고 상기 목적을 달성하기위한 여러 시스템의 완전한 것은 아니다.

바람직한 제1 실시예에 따라 열 패드(22)가 히트 스프레더(30)의 중앙부(32)의 하부 표면에 부착된다. 열 패드(22)는 바람직하게 높은 열전도율을 갖는 물질로 구성된다. 더 구체적으로 적어도 0.2 BTU/ft, 더 바람직하게는 적어도 0.5 BTU/ft의 열전도도를 가지는 물질로 열 패드(22)가 형성된다. DUT의 상부 표면이 고르지 못하기 때문에, 열 패드(22) 또한 어느정도 비스듬하고 탄력이 있는 것이 바람직하다. 물질의 바람직한 카테고리는 열적 전도성이 있는 폴리머 중합물(polymeric composite)로 묘사될 수 있다. 그러한 기준을 만족시키는 바람직한 물질 하나는 MN, 미에나폴리스의 Bargquist 사에 의해 제공되는 상품명 SIL-PAD 2000으로 팔리는 실리콘 엘라스토머로 채운 질화 보론이다. SIL-PAD 2000은 바람직하게 약 1000분의 4 내지 20 인치 사이의 두께를 가지고, 더바람직 하게는 약 5/10³두께를 갖는 종이의 형태로 사용된다. 다른 바람직한 물질은 오하이오주 44109, 클리블랜드 웨스트 25번가 3256에 있는 Thermagon 사에서 상품명 T-Flex 200으로 팔리는 실리콘 엘라스토머로 채워진 알루미나이다. 유연한 열 패드(22)는 종이 형태로 제공되는 것이 바람직하며, 상기 열 패드(22)의 바람직한 두께는 약 4 내지 5 밀(mil)이다.

DUT의 상부 표면에 접촉하는 표면이 DUT 상에 찌꺼기를 남겨놓지 않는 것이 바람직하기 때문에, 열 패드(22)를 형성하는 유연한 도체위로 박막 코팅(23; 도 3a)을 제공하는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 실시예는 2 밀 두께의 구리 박막을 50 μ의 금층으로 전기도금하는 것이다. 여전히 다른 바람직한 실시예는 1밀 두께의 니켈 박막을 사용하고, 금으로 전기도금하는 것이다. 다른 덜 바람직한 박막이 백금, 그리 플레이트 및 팔라듐 및 놋쇠로 도금된 구리 플레이트를 포함한다.

열 인터페이스 용의 바람직한 제2 실시예는 도 2에 예시된 것처럼 시스템의 동작 온도에서 녹는 낮은 녹는점을 갖는 금속에 의해 형성되는 적절한 쿠션을 포함한다. 도시된 것처럼 열 인터페이스는 금속 박막 외피(37)에 내포되는 녹는점이 낮은 금속의 몸체(35)로 구성된다. 외피(37)는 바람직하게 1밀 니켈 박막으로 구성된다. 원하면 외피 금속은 금도금한 구리와 같은 다른 금속으로 구성될 수 있고, 또는 플래티넘, 금 또는 팔라듐 도금으로 구성될 수도 있다. DUT의 표면을 오염시키거나 찌꺼기를 남기지 않는 금속으로 박막을 도금하는것이 바람직하다. 금속 외피는 리테이너(retainer; 39)에 의해 히트 스프레더(30)의 접촉 표면(33)에 봉함되거나 솔더 구슬(도시되지 않음)로 봉함되고 고정되는 것이 바람직하다. 외피(37)와 리테이너(39)는 함께 LMPM이 녹았을때 그것을 수용한다. 도 3b에 도시된 대안적인 실시예에서, LMPM(35)은 외피(37) 및 외피(37)와 히트 스프레더(30) 사이에 고정되는 가스켓(38)에 의해 수용된다. 가스켓(48)은 인터페이스의 동작 온도에서 밀봉을 유지할 수 잇는 적합한 어느 가스켓 물질로든지 만들 수 있다. 각각의 경우에 있어서 적어도 하나의 확장 포트(30a)는 LMPM(35)의 열팽창을 허용하기 위해 히트 스프레더(30)를 통하여 포함된다. 원하면 포트(30a)는 도시된 것처럼 마개(30b)로 막을 수 있다.

외피(37)와 리테이너(39), 또는 외피(37), 가스켓(38) 및 리테이너(39)가 함께 녹은 상태의 LMPM을 수용한다. 상기 저융점 금속(LMPM)으로 종래기술에 알려져 있는 적합한 어느 LMPM도 가능하다. LMPM들은 때때로 이융합금으로 불린다. 상기 금속들은 납, 주석, 카드뮴, 갈륨, 및/또는 인듐과 함께 비스무스 합금을 포함한다. LMPM은 상기 요소들의 비율을 변화시킴으로 원하는 온도 범위 내에서 녹는점을 갖도록 설계될 수 있다. 본 발명에 따르면, 히트 스프레더(30)와 함께 열 인터페이스를 형성하는 LMPM은 29℃ 내지 65℃ 사이에서 녹는다.

LMPM을 수용하는 솔더 구슬(39)의 녹는점이 LMPM의 녹는점보다 높아야하기 때문에, 솔더 어프로치가 사용되면 LMPM이 삽입되기 전에 외피(37)가 구슬(39)에 부착되는 것이 바람직하다. 일단 외피(37)의 주위가 접촉 면(33)에 완전히 봉함되면, 원하는 체적의 LMPM은 용융되어 외피 아래로 부어지거나 삽입된다. 이것은 도 2의 (41)에 가상으로 도시된 것처럼 방열판을 통한 접근 경로를 통하여 달성되는 것이 바람직하다. 원하는 체적의 LMPM이 외피(37) 뒤에 놓여진 다음, 접근 경로는 동작온도에서 봉합을 유지할수 있는 납땜과 같은 임의의 적합한 물질로 봉함되는 것이 바람직하다. 본 실시예는 DUT에서 발산하는 우수한 열전도도를 제공하는데, LMPM은 일반적으로 적오도 100BTU/ft의 열 전도도를 가지며 때때로 적어도 200BTU/ft의 열 전도도를 갖는다.

여전히 열 인터페이스의 다른 실시예가 인터페이스에서 유사한 부재의 사용없이 구성될 수 있다. 본 실시예(도시되지 않음)에서 히트 스프레더(30)의 하부 표면은 바람직하게 전술한 금속 박막으로 직접 덮는 것이 바람직하다. 본 실시예는 방열 물질, 박막 및 DUT에서 충분한 열이 전달되는 것을 확신하기 위해 유사한 부재의 제거에 의해 가능하게 만들어지는 상대적으로 양호한 열 전달의 사소한 유사성에 의존한다.

열보상 시스템

본 번인 시스템은 여러 용량을 갖는 DUT의 번인에 적응된다. 동일 규격을 갖는 DUT 내에서 조차도 실제 동작 특성의 범위는 대립될 것이다. 동시에 DUT의 열 공차(thermal tolerance)는 상대적으로 적고, 번인은 좁은 온도 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들면 칩 제조자는 번인 또는 테스트가 60℃ 내지 125℃의 온도 범위에서 진행되도록 규정될 수 있다. 냉각 시스템이 각 소켓용 냉각력 한 세트를 제공하는 한, 개별 DUT 가운데 불균일한 가열은 DUT 사이의 불균일한 온도를 가져온다. 주어진 DUT 세트의 동작온도의 범위는 규정된 번인 온도 범위를 초과하므로, 한 세트의 DUT를 가로질러 온도를 균등하게 하는 시스템을 포함하는 것이 필요하다.

본 시스템에 있어서 초과 냉각 능력을 제공하고, 동시에 개별 DUT에 열을 공급하므로 상기 조건이 달성된다. 더 구체적으로 이하에 설명되는 냉각 시스템은 가장 뜨거운 DUT에 의해 발생하는 각 소켓의 열량보다 약 10%이상 더 제거할수 있도록 설계되고 동작된다. 이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 각 히트 스프레더(30)는 바람직하게 열전쌍(42) 또는 방열판의 몸체에 매설되고 접촉 표면(33)에 근접한 다른 적합한 온도 센서를 포함한다. 열전쌍(42)은 바람직하게 제거되고 대체될 수 있고, 열전쌍 단자(43)에 의해 적합한 신호처리기구(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 열전쌍(42)으로 종래기술에 알려져 있는 임의의 적합한 열전쌍도 사용될 수 있다. 열전쌍(42)은 한 세트의 나사못(42a)에 의해 제 위치에 고정되는 것이 바람직하다.

덧붙여 작은 저항 가열기 또는 다른 형태의 가열기(44)가 또한 히트 스프레더(30)에 포함된다. 가열기(44)는 적당히 빠른 응답 시간을 가지면 어떠한 것이든 적합한 가열기가 될 수 있다. 가열기(44)는 접촉 표면(33)과 관련하여 열전쌍(42) 뒤에 위치하는 것이 바람직하며, 그래서 열전쌍(42)이 DUT의 표면에 매우 가까운 위치에서 온도를 감지한다. 가열기(44)는 또한 가열기 단자(45)에 의해 전원에 연결되고, 제거되거나 대체될 수 있는 것이 바람직하다. 가열기(44)에 공급되는 전원은 열전쌍(42)의 출력에 응답하여 신호처리장치에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 각 가열기(44)는 적어도 30와트 더 바람직하게는 적어도 50와트, 가장 바람직하게는 적어도 55와트의 열을 발생시킬 수 있는것이 바람직하다. 가열기(44)는 바람직하게 한 세트의 나사못(44a)에 의해 제 위치에 고정된다.

액체-기화 냉각 시스템

도 5a 내지 도 5b를 참조하면, DUT의 열은 히트 스프레더(30)로 전달되어 빠져나가고, 다시 방열판(50)에 의해 냉각된다. 각 방열판(50)은 복수의 소켓을 냉각시킨다. 바람직한 실시예에 있어서, 방열판(50)은 그 내부에 액체-기화(LV) 덕트를 포함한다. LV 덕트는 냉각 매체의 도관 역할을 하며, 냉각 매체는 물(액체 및 증기)과 같은 것이지만 물로 제한되지는 않는다. 물은 폐회로(도시되지 않음)를 순환하며, 폐회로는 덕트(52), 저수조, 가열기, 제어기 및 전기적 커넥터(53, 54) 사이의 전기적 접촉과 기계적 열적 접촉을 동시에 만드는 기계 장치를 포함한다.

지금까지 액체-기화 냉각 시스템은 고출력 전달자, 정류기로 제어되는 실리콘 및 그와 같은것을 위한 번인 장치를 냉각 시키는데 사용되어왔다. LV 냉각 시스템의 동작에 관련되는 원리가 Jones에게 허여되고 그 전체가 본문에 인용되어 본 발명의 일부를 이루는 미국특허 제3,756,903호에 설명된다. 그러나 위에서 논의한 바와 같이 상기 장치와 관련되는 처리, 비용, 및 다른 고려사항은 전술한 알려진 냉각 LV 시스템을 본 출원에 있는 바와같이 집적회로칩을 냉각시키는데 사용하는 것은 부적합하다.

지금까지 각 덕트(52)마다 분리된 제어기를 제공하는 것이 항상 필요했으므로, 시스템에서 한 그룹의 장치의 냉각이 다른 그룹의 장치의 냉각에 영향을 미치지 않음을 확신할 수 있다. 본 발명에 따르면 적어도 2 및 바람직하게는 4개의 그룹이 함께 복사되어 덕트(52)를 제공함으로 비용과 공간이 상당히 절약되고, 그로 인해 전체 시스템은 72 소켓까지 단일 저수조, 가열기 및 제어기로 동작된다.

이제 도 6에 참조된 것처럼, 단일 번인 시스템(100) 내에 소켓과 방열판의 조합이 여러번 반복될 수 있음은 물론이다. 바람직한 실시예에 따르면 LV 덕트(52)들은 그룹으로 묶이고 복사되어 단일 시스템에서 동작하고 단일 제어기로 제어될 수 있다. LV 덕트(52)는 그룹으로 묶여서 번인 시스템(100)의 모든 덕트가 함께 제어되거나 또는 모든 덕트보다 작은 수를 포함하는 하부그룹으로 묶일 수 있다.

본 시스템이 바람직한 LV 냉각 시스템의 용어로 설명되기는 하지만, 다른 어떤 냉각 시스템도 본 발명의 범위를 벗어나는 일없이 사용될 수 있음은 물론이다. 예를 들면 공기, (LCU 내에서와 같은)냉각수, 또는 다른 냉각액이 히트 스프레더(30)에 직접적으로 또는 간접적으로 열적 접촉을 가지고 위치하며, 그래서 원하는 열량을 제거한다.

동작

번인 동작 수행을 원할 경우, DUT(40)가 립(17)에 의해 경계가 정해지는 영역 내에 있는 소켓 베이스(12)에 놓이고, 그러므로 DUT 상의 전기적 접촉이 소켓 베이스(12) 상의 적합한 접촉(15)에 맞게 정렬된다. 뚜껑에 부착되는 히트 스프레더(30)와 콤포넌트는 뚜껑(20)이 압축 정지(16) 상에 멈출때까지 베이스 상으로 내려온다. 이제 도 1과 도 5a, 도 5b를 참조하면, 방열판(50)은 대향하는 소켓(10)의 하나 이상의 쌍 사이에 놓이고, 대향하는 소켓에 가해지는 힘(F)은 각 소켓 내에 DUT를 포함하는 콤포넌트에 압축력으로 작용한다. 각 번인 동작 후에, 대향하는 소켓들은 방열판(50)과의 접촉에서 해제되어 각 소켓이 열리고 DUT가 제거된다.

히트 스프레더(30)는 방열판(50)에 의해 힘(F)이 히트 스프레더(30)에 가해지도록 크기와 모양이 정해지고, 열 패드(22)는 DUT의 상부 표면에 양호한 열 접촉을 갖도록 눌러지고, 스프링(26)이 가볍게 압축된다. 열 패드(22)는 DUT와 히트 스프레더(30) 사이에 압축되지만 압축한계까지 압축되지는 않는다. 마찬가지로 스프링(26)도 자신의 압축한계까지 압축되지않고, 압력 플레이트(24)를 통하여 히트 스프레더(30)에서 DUT로 제한된 압축력을 전달하는데 사용된다. 따라서 DUT에 가하는 힘은 원하는 범위 내에서 제어되고, 과잉 힘은 압축 정지(16)를 통하여 소켓 베이스에 직접 전달된다. 동시에 압축된 열 패드(22)는 DUT와 히트 스프레더(30) 사이의 양호한 열접촉을 형성하고, 히트 스프레더(30)와 방열판(50)이 번인 중에 DUT에서 발생하는 모든 열(30와트 이상)을 효율적으로 제거하도록 해준다.

공급되는 힘과 같이 각 DUT의 온도는 번인 중에 소정의 정해진 범위 내에서 정밀하게 제어된다. 전술한 것처럼, 이것은 개별 DUT에 필요한 것으로 형성되는 열을 초과하는 냉각 능력을 제공함으로 달성된다. LV 시스템은 각 소켓에서 임의의 한 DUT가 생성하는 최대 열량보다 열을 더 많이 제거하도록 설정된다. 각 DUT가 냉각 되는 것처럼 열전쌍(42)은 각각의 온도를 감지한다. 주어진 DUT의 온도가 정해진 번인 온도 범위 아래로 떨어지면 신호 처리기는 가열기(44)가 열량을 보상하여 원하는 범위내로 DUT의 온도가 유지되도록 만든다. 이 제어 루프는 마이크로 프로세서를 포함하여 종래 기술에 알려진 임의의 적합한 제어 알고리즘을 포함하는 적합한 제어기로 달성될 수 있다.

예1

열 규격

본 발명에 따른 번인 시스템(60)의 일 실시예에서 열 규격과 동작 세부 규정은 다음과 같다.

파워: 각 LVU는 2500와트를 소모할 수 있다. 8개의 LVU를 가진 표준 테스트 시스템은 20,000와트를 소모할 수 있다. 각 LCU는 5,000와트를 소모할 수 있다. 8개의 LCU를 가진 표준 LCU 테스트 시스템은 40,000와트를 소모할 수 있다.

퍼포먼스 보드(performance board)당 4개의 DUT를 갖는 구성에서 처리하는 최대 파워에 있어서, 각 DUT는 평균 100와트의 파워를 소모할 수 있다. 테스트 시스템 당 최대 디바이스 밀도는 576 디바이스(퍼포먼스 보드 당 12 디바이스, LVU 당 6 퍼포먼스 보드, 및 테스트 시스템 당 8 LVU가 있으므로 테스트 시스템 당 총 48 보드에 576 DUT를 수용함)이다. 상기 시스템은 높은 파워 소모를 갖는 디바이스의 테스트를 허용하기 위해 디바이스 밀도가 감소된다. 전원은 각 디바이스 당 최대 75와트의 파워를 공급할 수 있고, LVU는 하나 당 75 와트를 소모하는 디바이스 30개를 처리할 수 있다. 디바이스 당 파워가 75 와트일 때 바람직한 시스템 밀도는 LVU 당 240 디바이스이다. 디바이스 당 파워가 75 와트일 때 바람직한 시스템 밀도는 LCU 당 480 디바이스이다. LVU에서 평균 DUT 파워가 27와트 이하이면 디바이스 밀도는 각 퍼포먼스 보드 당 15개 DUT로 증가한다. 이러한 부하에서, 보드 당 15 디바이스는 동일한 보드 배치에서 테스트 시스템 당 720DUT를 갖는다. 본 시스템 DUT 전원은 고파워 모드에서 또는 저파워 모드에서 각 디바이스 쌍에 각 DUT에 75 와트의 DC 파워를 공급하는 능력이 있다.

보드 밀도: 전술한 것처럼 퍼포먼스 보드 밀도는 기대되는 평균 디바이스 파워에 따라 변한다. 평균 34와트까지의 디바이스 소모를 위해서 퍼포먼스 보드 당 12 파트가 허락된다. 35와트 내지 52와트 사이를 소모하는 디바이스를 위해서 퍼포먼스 보드 당8 파트가 허용된다.

본 발명을 사용함으로써 번인 중에 심지어 온도가 한 차수 이상 변하든지 또는 3 와트 정도로 적게 변하더라도 소정의 온도 내에서 DUT를 유지할 수 있게해주여 부분적으로 패키징된 칩이 손상의 위험없이 테스트될 수 있다.

Claims (26)

1. a) 집적회로를 옮기는 DUT를 수납하고 지지할 수 있는 소켓―여기서 소켓은 DUT의 단자에 상응하여 연결하는 전기적 단자를 포함함―;

   b) 냉각 매체에 열적으로 접촉하는 방열판; 및

   c) 상기 방열판 및 DUT와 열적으로 접촉하는 히트 스프레더―여기서 히트 스프레더는 소켓에 있는 DUT와 기계적 열적 접촉을 해제할 수 있는 열 인터페이스를 포함함―

   를 포함하는 집적회로 테스트 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열 인터페이스가 적어도 0.2BTU/ft의 열 전도도를 갖는 물질로 구성되는 테스트 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열 인터페이스가 적어도 100BTU/ft의 열 전도도를 갖는 물질로 구성되는 테스트 시스템.
4. 제2항에 있어서,

   상기 물질이 열적 전도성이 있는 폴리메릭 중합체(polymeric composite material)인 테스트 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열 인터페이스가 금속 박막으로 구성되는 외부 층을 포함하는 테스트 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 열 인터페이스가 박막 외피에 포함되는 일정량의 저융점 금속으로 구성되는 테스트 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 박막 외피가 상기 방열판을 밀봉하는 주변부를 갖는 테스트 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   가열기 및 상기 열 인터페이스에 인접한 열전쌍을 추가로 포함하고, 상기 가열기는 상기 열전쌍의 출력에 응답하여 제어되는 테스트 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 열 인터페이스에 인접하는 가열기를 추가로 포함하는 테스트 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 방열판과 열접촉을 갖는 액체-기화 냉각 시스템을 추가로 포함하는 테스트 시스템.
11. a) 각 소켓이 집적회로를 옮기는 DUT를 수납하고 지지하는데 맞춰진 복수의 소켓;

    b) 각 히트 스프레더가 가열기를 포함하는 복수의 히트 스프레더;

    c) 각 DUT에서 히트 스프레더로 열이 전도되도록 위치하는 열 인터페이스; 및

    d) 상기 히트 스프레더들과 열 접촉하는 냉각 시스템

    을 포함하는 다중 집적회로 테스트 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    각 DUT의 온도를 감지하기위해 위치하는 열전쌍을 추가로 포함하는 다중 집적회로 테스트 시스템.
13. 제11항에 있어서,

    상기 열 인터페이스가 적응성이 있는 다중 집적회로 테스트 시스템.
14. 제11항에 있어서,

    상기 열 인터페이스가 열적 전도성이 있는 폴리메릭 중합체(polymeric composite material)인 다중 집적회로 테스트 시스템.
15. 제14항에 있어서,

    상기 물질이 금속 박막으로 구성되는 외부 층을 포함하는 다중 집적회로 테스트 시스템.
16. 제11항에 있어서,

    상기 열 인터페이스가 박막 외피에 포함되는 일정량의 저융점 금속으로 구성되는 다중 집적회로 테스트 시스템.
17. a) 집적회로를 운반하는 DUT를 수납하고 지지하기 위한 소켓을 제공하는 단계;

    b) DUT 상의 해당 단자에 전기적 접촉을 위해서 소켓에 전기적 접촉을 제공하는 단계;

    c) DUT 와 적응성이 있는 열 인터페이스를 갖는 방열판 사이에 열 접촉을 이루는 단계; 및

    d) 열 인터페이스를 통하여 방열판으로 열을 제거함으로써 소정의 온도 범위 내에 집적회로를 유지하는 동안 집적회로에 소정의 전기적 신호를 제공하는 단계

    를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
18. 제17항에 있어서,

    단계 d)가 전기적 신호의 결과로 발생된 여분의 열을 DUT에서 제거하는 단계를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
19. 제18항에 있어서,

    단계 d)가 열 인터페이스를 가열시키는 방법으로 DUT에 만든 열을 가하는 단계를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
20. 제18항에 있어서,

    단계 d)가 온도 센서의 신호에 응답하여 DUT에 만든 열을 가하는 단계를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
21. 제17항에 있어서,

    단계 d)가 방열판을 통과하여 냉각 매체가 흐르도록 하는 단계를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
22. 제17항에 있어서,

    복수의 소켓에서 열을 동시에 제거하는 복제된 여러 개의 냉각 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 집적회로 테스트 방법.
23. 제17항에 있어서,

    DUT에 압축력을 공급하는 단계를 추가로 포함하는 집적회로 테스트 방법.
24. 제1 열전도성 물질; 및

    상기 열전도성 물질에 부착되어 열전달 표면에 접촉되도록 위치되는 금속 외피

    로 구성되어 열전달 표면과 접촉하도록 위치되는 열 전달 인터페이스.
25. 제24항에 있어서,

    상기 제1 열전도성 물질이 폴리메릭 물질로 구성되는 열전달 인터페이스.
26. 제24항에 있어서,

    상기 제1 열전도성 물질이 저융점 금속으로 구성되는 열전달 인터페이스.