KR20070106143A - 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치에 관한 것으로, 열대류 방식이 아닌 열전도 방식으로 반도체 소자를 소정의 온도 상태로 냉각시킴으로써 신속하게 반도체 소자를 냉각시키고, 성에 발생을 최소화시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 반도체 소자가 장착된 테스트 트레이가 투입되는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되며, 냉매가 유동하는 냉매관을 구비하고, 상기 테스트 트레이와 접촉하여 열전달에 의해 열교환을 수행하도록 된 내부 열교환기와; 상기 챔버의 외부에서 상기 내부 열교환기의 냉매관과 연결되면서 순환유로를 형성하는 냉매관을 구비하며, 외부에서 공급되는 냉각유체와 열교환을 수행하는 외부 열교환기와; 상기 외부 열교환기로부터 내부 열교환기로 냉매를 압송하며 냉매관을 통한 냉매의 순환유동을 일으키는 펌핑유닛을 포함하여 구성된 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치를 제공한다.

핸들러, 챔버, 냉각장치, 액화질소, 질소가스, 열교환기, 냉매

Description

반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치{Cooling apparatus for semiconductor test handler}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램

도 2는 도 1의 냉각장치의 내부 열교환기의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸 평면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 챔버 20 : 내부 열교환기

21 : 냉매관 22 : 열전도 플레이트

30 : 외부챔버 35 : 액화질소분사구

40 : 외부 열교환기 41 : 냉매관

50 : 순환펌프 60 : 재생챔버

61 : 재생열교환기 62 : 송풍기

63 : 질소가스 저장탱크 64 : 제어밸브

70 : 진공유닛 71 : 공기배출관

72 : 압력제어밸브 73 : 진공펌프

본 발명은 반도체 소자를 테스트하는 핸들러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자를 소정의 극저온 상태에서 테스트를 수행할 수 있도록 한 핸들러에 있어서 반도체 소자를 테스트에 요구되는 소정의 온도 상태로 냉각시키는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 생산라인에서 생산 완료된 반도체 소자(Device)들은 출하전에 양품인지 혹은 불량품인지의 여부를 판별하기 위한 테스트를 거치게 된다. 핸들러는 이러한 반도체 소자들을 테스트하는데 이용되는 장비로서, 트레이에 담겨진 반도체 소자를 공정간에 자동으로 이송시키면서 테스트사이트의 테스트소켓에 접속시키고 원하는 테스트를 실시한 후, 테스트 결과에 따라 분류하여 다시 트레이에 언로딩하는 과정을 순차적으로 반복 수행하며 테스트를 실행하도록 된 장비이다.

최근에는 반도체 소자가 이용되는 환경이 다양화됨에 따라 반도체 소자들이 상온에서 뿐만 아니라 고온 또는 저온의 특정 온도 환경에서도 안정적인 제기능을 수행하도록 요구되는 바, 핸들러들은 자체에서 사용자가 원하는 특정 온도 환경을 조성하여 소정의 온도에서 반도체 소자들의 성능을 테스트할 수 있도록 요구받고 있다.

이에 따라 현재에는 핸들러에 복수개의 챔버들을 연접하게 설치하고, 이들 챔버 내부에 히터와 송풍팬 및 액화질소 분사시스템을 설치하여 고온 및 저온의 환경을 조성한 후, 반도체 소자들이 장착된 테스트 트레이들을 각 챔버 간에 연속적 으로 이동시키면서 반도체 소자들을 원하는 온도 상태로 만들어주고, 이 상태 하에서 테스트를 수행할 수 있도록 하고 있다.

그런데, 상기와 같은 온도 테스트가 가능한 종래의 일반적인 핸들러들은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

종래의 핸들러에서는 챔버 내부에 액화질소(LN2)를 분사하여 각 챔버 내부 전체를 -40℃ 이하의 극저온 환경으로 만들어주고, 열대류에 의해 반도체 소자들을 소정의 온도로 냉각시켰다.

이러한 열대류 방식에 의한 냉각 방식은 반도체 소자를 소정의 저온 상태로 만들어주는데 많은 시간을 요구한다.

또한, 챔버 내부 전체를 극저온 상태로 만들어주어야 하므로 챔버 내부에 습기를 포함한 공기가 존재하게 되면, 챔버 내부에 성에가 발생된다. 이에 따라, 챔버 내부에서의 열교환 효율이 현저히 저하된다. 또한, 챔버 내부의 기계장치들의 작동이 제대로 이루어지지 않게 되므로, 주기적으로 핸들러 가동을 멈춘 후 성에를 제거해주는 작업을 수행해야 하고, 이는 생산성 및 작업 효율의 저하를 발생시킨다.

이에 종래에는 액화질소와 함께 건조가스(dry gas)를 공급함으로써 챔버 내부의 습도를 급격히 저하시키는 방식을 이용하였으나, 이러한 건조가스공급장치는 매우 고가일 뿐만 아니라, 습기를 완전히 제거할 수는 없으므로 성에 발생을 원천적으로 방지할 수는 없는 문제가 있다.

그리고, 챔버 내부에는 반도체 소자들이 장착된 테스트 트레이를 한 스텝씩 반송하는 트레이 반송장치가 구성된다. 하지만, 전술한 것처럼 챔버 내부가 극저온 상태이므로, 상기 트레이 반송장치를 구동시키기 위한 구동장치, 예컨대 공압실린더나 모터 등의 구동장치들을 챔버 내부에 설치할 수 없다.

따라서, 상기 구동장치들을 챔버 외부에 설치할 수 밖에 없는데, 이 경우 핸들러의 전체의 크기가 증가되며, 챔버 벽을 통과하여 상기 구동장치들과 트레이 반송장치들을 연결해야 하므로 구조가 복잡해지고 기밀성 유지가 어려운 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열대류 방식이 아닌 열전도 방식으로 반도체 소자를 소정의 온도 상태로 냉각시킴으로써, 신속하게 반도체 소자를 냉각시킬 수 있는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 챔버 내부에서의 성에 발생을 최소화하고, 챔버 내부에 아무런 제약없이 원하는 기계적인 장치들을 구성할 수 있도록 하여 핸들러 전체의 크기를 줄이고 구조를 단순화시킬 수 있는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 소자가 장착된 테스트 트레이가 투입되는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되며, 냉매가 유동하는 냉매관을 구비하고, 상기 테스트 트레이와 접촉하여 열전달에 의해 열교환을 수행하도록 된 내부 열교환기와; 상기 챔버의 외부에서 상기 내부 열교환기의 냉매관과 연결되면서 순환유로를 형성하는 냉매관을 구비하며, 외부에서 공급되는 냉각유체와 열교환을 수행하는 외부 열교환기와; 상기 외부 열교환기로부터 내부 열교환기로 냉매를 압송하며 냉매관을 통한 냉매의 순환유동을 일으키는 펌핑유닛을 포함하여 구성된 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치를 제공한다.

본 발명의 다른 한 형태에 의하면, 반도체 소자가 장착된 테스트 트레이가 투입되는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되며, 냉매가 유동하는 냉매관을 구비하고, 상기 테스트 트레이와 접촉하여 열전달에 의해 열교환을 수행하도록 된 내부 열교환기와; 상기 챔버의 외부에 설치되며, 그 내부에 액화질소(LN2)가 공급되는 외부챔버와; 상기 외부챔버 내에 설치되고, 상기 내부 열교환기의 냉매관과 연결되면서 순환유로를 형성하는 냉매관을 구비하여 상기 외부챔버 내로 공급되는 액화질소와 열교환을 수행하는 외부 열교환기와; 상기 외부 열교환기로부터 내부 열교환기로 냉매를 압송하며 냉매관을 통한 냉매의 순환유동을 일으키는 펌핑유닛과; 상기 외부챔버 내부에서 열교환을 수행하고 기화된 질소가스(N2)가 유동하는 재생열교환기와; 상기 재생열교환기를 유동하는 질소가스를 상온 상태로 승온시키는 승온유닛과; 상기 재생열교환기를 통과한 질소가스를 챔버 내부로 공급하는 질소가스공급유닛을 포함하여 구성된 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치가 제공된다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 냉각유체, 즉 액화질소에 의해 냉각된 냉매가 내부 열교환기로 공급되고, 이 내부 열교환기에서 열전도에 의해 테스트 트레이의 반도체 소자를 냉각시키므로, 챔버 내부를 상온 상태로 유지하면서 반도체 소자의 냉각 속도를 증대시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 것과 같이, 핸들러의 챔버(10)의 내부에 테스트 트레이(T)와 면접촉하며 열교환을 수행하는 내부 열교환기(20)가 설치된다. 상기 내부 열교환기(20)는 열전도성 재질로 된 열전도 플레이트(22)와, 상기 열전도 플레이트(22)에 내설되며 냉매가 유동하는 냉매관(21)을 포함한다. 상기 열전도 플레이트(22)는 열전도성이 우수한 알루미늄과 같은 금속 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 테스트 트레이(T) 역시 내부 열교환기(20)와 열전도에 의한 열교환을 수행하도록 열전도성 재질로 이루어진다.

그리고, 챔버(10)의 외부에 별도의 외부챔버(30)가 설치되고, 이 외부챔버(30)에는 액화질소(LN2)가 공급되는 액화질소분사구(35)가 설치된다.

상기 외부챔버(30) 내부에는 상기 내부 열교환기(20)의 냉매관(21)과 연결되면서 냉매의 순환유로를 형성하는 냉매관(41)을 갖는 외부 열교환기(40)가 설치된다. 상기 외부 열교환기(40)는 외부챔버(30) 내부로 공급되는 액화질소(LN2)와 열교환을 수행하여 내부의 냉매를 냉각시키는 작용을 한다.

상기 내부 열교환기(20)와 외부 열교환기(40)의 냉매관(41)을 유동하는 냉매는 액화질소(LN2)와의 열교환시에도 얼지 않을 정도로 낮은 어는점을 갖는 물질로 이루어진다.

상기 내부 열교환기(20)와 외부 열교환기(40)를 연결하는 유로상에는 외부 열교환기(40)에서 냉각된 냉매를 내부 열교환기(20)로 강제로 펌핑시키며 냉매를 순환시키는 순환펌프(50)가 설치된다.

상기 외부챔버(30)의 일측에는 상기 외부 열교환기(40)와 열교환되어 기화된 질소가스(N2)를 상온 상태로 재생하여 상기 챔버(10) 내부로 공급하는 재생유닛이 구성된다.

이 실시예에서 상기 재생유닛은, 상기 외부챔버(30)의 일측에 설치되는 재생챔버(60)와, 이 재생챔버(60) 내부에 설치되며 상기 외부챔버(30) 내부에서 생성된 질소가스(N2)가 유동하면서 열교환되는 재생열교환기(61)와, 상기 재생열교환기(61)로 외기를 강제 송풍하여 재생열교환기(61) 내부를 유동하는 질소가스(N2)의 온도를 상온 상태로 상승시키는 송풍기(62)와, 상기 재생열교환기(61)를 통과한 질소가스(N2)가 저장되는 질소가스 저장탱크(63) 및, 상기 질소가스 저장탱크(63)로부터 상기 챔버(10)로의 질소가스(N2) 공급을 제어하는 제어밸브(64)를 포함하여 구성된다. 미설명부호 65는 외부챔버(30)로부터 재생열교환기(61)로의 질소가스 유동을 제어하는 제어밸브이다.

한편, 상기 챔버(10)의 일측에는 챔버(10) 내부의 공기를 강제로 외부로 배출시킴으로서 챔버(10) 내부를 진공 상태로 만들어주기 위한 진공유닛(70)이 구성된다. 여기서, 상기 진공유닛(70)은 공기배출관(71)과, 챔버(10) 내부의 압력에 따라 상기 공기배출관(71)의 개폐를 제어하는 압력제어밸브(72)와, 공기배출관(71)을 통해 공기를 강제로 배출시키는 진공펌프(73)로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 냉각장치는 다음과 같이 작동한다.

먼저, 핸들러의 작동이 개시되면, 상기 챔버(10)의 압력제어밸브(72)가 개방됨과 동시에 진공펌프(73)가 동작하여 챔버(10) 내부의 공기가 외부로 배출되고, 챔버(10) 내부는 진공 상태로 된다.

그리고, 액화질소분사구(35)를 통해 외부챔버(30) 내로 액체질소(LN2)가 공급된다. 외부챔버(30) 내부로 공급된 액체질소(LN2)는 외부 열교환기(40)의 냉매관(41) 내부의 냉매와 열교환되어 냉매를 극저온 상태로 냉각시키고, 기화되어 질소가스(N2)로 된다.

이 때, 순환펌프(50)가 작동하여, 상기 외부 열교환기(40)에서 냉각된 냉매가 내부 열교환기(20)로 압송되면서 냉매의 순환 유동이 일어난다. 상기 내부 열교환기(20)에서는 냉매관(21)을 통해 극저온 상태의 냉매가 유동함에 따라 내부 열교환기(20)의 열전도 플레이트(22) 자체가 극저온 상태로 된다.

이 상태에서 챔버(10) 내부로 테스트 트레이(T)가 공급되고, 테스트 트레이(T)는 내부 열교환기(20)의 열전도 플레이트(22) 상에 안착되면서 열전도 플레이트(22)와 면접촉하게 된다.

그리고, 극저온 상태의 열전도 플레이트(22)와 테스트 트레이(T) 간에 열전도가 발생하면서 테스트 트레이(T) 상에 장착된 반도체 소자들이 소정의 온도로 냉각된다.

상기와 같이 냉매의 순환 유동이 일어나는 동안, 상기 제어밸브(65)가 개방되면서 상기 외부챔버(30) 내부에서 기화된 질소가스(N2)가 재생열교환기(61)로 유입된다. 이 때, 상기 외부챔버(30) 내부는 계속되는 액체질소(LN2)의 공급으로 인 하여 압력이 높아지므로 외부챔버(30) 내부의 질소가스(N2)가 재생열교환기(61)로 자연스럽게 유입될 수 있으나, 더욱 원활한 질소가스 유입을 위해 재생열교환기(61)의 입구측에 펌프 등을 추가로 구성하여 외부챔버(30) 내의 질소가스를 강제로 흡입하도록 할 수도 있다.

상기 재생열교환기(61)를 유동하는 질소가스(N2)는 상기 송풍기(62)에 의해 송풍되는 외기와 열교환하면서 상온 상태로 승온된 다음, 질소가스 저장탱크(63)내에 일시 저장된다. 그리고, 상기 제어밸브(64)가 개방되면서 챔버(10) 내부로 질소가스(N2)가 공급된다.

이와 같이, 챔버(N2) 내부가 상온 상태의 질소가스(N2)로 채워지면, 질소가스(N2)에는 습기가 포함되어 있지 않으므로 챔버(10) 내부에서 성에가 발생하는 현상이 없어지게 된다.

그리고, 챔버(10) 내부가 상온 상태를 유지하면서 상기 내부 열교환기(20)를 통해서는 열전도 방식으로 지속적으로 열교환이 이루어져 반도체 소자를 냉각시키게 된다.

상기 재생유닛으로부터 공급되는 질소가스(N2)는 전술한 것처럼 단순히 챔버(10) 내부를 채우도록 공급될 수도 있으나, 챔버(10)에서 테스트 트레이(T)가 출입되는 셔터(shutter)(미도시) 쪽에서 분사되면서 외부 공기의 출입을 방지하는 에어커튼(air curtain)의 기능을 하도록 할 수도 있다.

전술한 실시예에서는 외부 열교환기(40)가 하나의 내부 열교환기(20)와 연결되는 것을 예시하였으나, 챔버(10) 내부에 복수개의 내부 열교환기(20)를 구성하고 이들 각각의 내부 열교환기(20)들과 연결되도록 구성할 수도 있으며, 다른 챔버 내부에 구성된 내부 열교환기들과도 연결되도록 구성할 수도 있을 것이다.

또한, 전술한 실시예에서와 같이 챔버(10) 내부로 기화되고 남은 상온의 질소가스(N2)를 재생하여 공급하는 것이 비용면이나 성에 발생 억제면에서 바람직하나, 이와 다르게 질소가스를 공급하지 않고 별도의 건조가스를 공급하여 챔버 내부의 상온의 건조한 상태로 만들 수도 있을 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 챔버 내부에 극저온의 냉각유체, 예컨대 액화질소를 공급하지 않고, 테스트 트레이와 내부 열교환기 간의 직접적인 열전달 방식에 의해 반도체 소자를 냉각시키게 되므로, 냉각 속도가 빨라지는 이점을 얻을 수 있다.

또한, 챔버 내부가 상온 상태로 유지되면서 테스트 트레이 상의 반도체 소자의 냉각이 이루어지므로, 성에가 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 기계장치들을 챔버 내부에 설치할 수 있게 되므로 핸들러 전체의 크기를 축소할 수 있고, 구조를 단순화시킬 수 있는 이점도 있다.

그리고, 열교환에 사용하고 남은 기화된 질소가스(N2)를 챔버 내부에 공급할 경우, 적은 비용으로 챔버 내부에서의 성에 발생을 더욱 억제할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 반도체 소자가 장착된 테스트 트레이가 투입되는 챔버와;

   상기 챔버 내부에 설치되며, 냉매가 유동하는 냉매관을 구비하고, 상기 테스트 트레이와 접촉하여 열전달에 의해 열교환을 수행하도록 된 내부 열교환기와;

   상기 챔버의 외부에서 상기 내부 열교환기의 냉매관과 연결되면서 순환유로를 형성하는 냉매관을 구비하며, 외부에서 공급되는 냉각유체와 열교환을 수행하는 외부 열교환기와;

   상기 외부 열교환기로부터 내부 열교환기로 냉매를 압송하며 냉매관을 통한 냉매의 순환유동을 일으키는 펌핑유닛을 포함하여 구성된 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외부 열교환기로 공급되는 냉각유체는 액화질소(LN2)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 액화질소가 상기 외부 열교환기에서 열교환되어 기화된 후, 이 기화된 질소가스(N2)를 상온 상태로 재생시켜 챔버 내부로 공급하는 재생유닛을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 재생유닛은,

   상기 외부 열교환기가 밀폐되도록 설치되며, 그 내부 공간에 상기 액화질소(LN2)가 공급되어 액화질소와 외부 열교환기와의 열교환이 이루어지는 외부 챔버와;

   상기 외부챔버로부터 공급되는 기화된 질소가스(N2)가 유동하는 재생열교환기와;

   상기 재생열교환기로부터 상기 챔버로 질소가스(N2)를 공급하는 가스공급유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 가스공급유닛은, 상기 재생열교환기를 통과한 질소가스가 저장되는 질소가스 저장탱크와, 상기 질소가스 저장탱크와 챔버를 연결하는 연결관과, 상기 연결관을 통한 질소가스의 공급을 제어하는 제어밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 재생열교환기 내부를 유동하는 가스를 상온 상태로 승온시키는 승온유닛을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 승온유닛은, 상기 재생열교환기로 상온 상태의 공기를 강제 송풍시켜 외기와 질소가스 간의 열교환을 발생시키는 송풍기로 구성된 것 을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
8. 제 4항에 있어서, 상기 재생열교환기가 내부에 밀폐되게 설치되는 재생챔버를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내부의 공기를 외부로 강제 배출시켜 챔버 내부를 진공 또는 진공에 근접한 상태로 만드는 진공유닛을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 내부 열교환기는, 상기 냉매관이 내설되며 상기 테스트 트레이가 안착되면서 면접촉하는 금속재질의 열전도 플레이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
11. 제 4항에 있어서, 상기 재생유닛에서 공급되는 질소가스(N2)의 일부는 챔버에서 테스트 트레이가 출입하는 셔터 쪽으로 공급되며 에어커튼을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.
12. 반도체 소자가 장착된 테스트 트레이가 투입되는 챔버와;

    상기 챔버 내부에 설치되며, 냉매가 유동하는 냉매관을 구비하고, 상기 테스 트 트레이와 접촉하여 열전달에 의해 열교환을 수행하도록 된 내부 열교환기와;

    상기 챔버의 외부에 설치되며, 그 내부에 액화질소(LN2)가 공급되는 외부챔버와;

    상기 외부챔버 내에 설치되고, 상기 내부 열교환기의 냉매관과 연결되면서 순환유로를 형성하는 냉매관을 구비하여 상기 외부챔버 내로 공급되는 액화질소와 열교환을 수행하는 외부 열교환기와;

    상기 외부 열교환기로부터 내부 열교환기로 냉매를 압송하며 냉매관을 통한 냉매의 순환유동을 일으키는 펌핑유닛과;

    상기 외부챔버 내부에서 열교환을 수행하고 기화된 질소가스(N2)가 유동하는 재생열교환기와;

    상기 재생열교환기를 유동하는 질소가스를 상온 상태로 승온시키는 승온유닛과;

    상기 재생열교환기를 통과한 질소가스를 챔버 내부로 공급하는 질소가스공급유닛을 포함하여 구성된 반도체 소자 테스트 핸들러의 냉각장치.

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