KR20100040979A - 기판상의 전자부품을 냉각하기 위한 워터 재킷 - Google Patents

기판상의 전자부품을 냉각하기 위한 워터 재킷 Download PDF

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KR20100040979A
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코에이 니시우라
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가부시키가이샤 아드반테스트
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Abstract

워터 재킷(50)은, MCM(22A)을 수용할 수 있는 동시에, 냉매가 유통 가능한 통로(51)를 구비하고 있고, 통로(51)는, 유로 단면적이 다른 부분보다도 작게 되어 있는 협소부(54)를 MCM(22A)의 상류에 갖고 있다.

Description

워터 재킷{Water Jacket}
본 발명은, 기판에 실장된 전자부품을 냉각하기 위하여, 기판에 장착된 워터 재킷 및 이를 구비한 전자부품 냉각장치 및 전자부품 시험장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로소자 등의 각종 전자부품(이하, 간략히 DUT(Device Under Test)라고 칭한다.)의 제조 공정에서는, 전자부품 시험장치를 이용하여 DUT의 성능이나 기능의 시험이 실시된다. 상기 전자부품 시험장치는, DUT에 시험 신호를 송출하는 동시에 응답 신호를 검사하는 테스터 본체와, 이 테스터 본체에 접속되어 있는 동시에, DUT와 전기적으로 접촉하기 위한 소켓을 갖는 테스트 헤드와, DUT를 테스트 헤드 상에 순차 반송하고 테스트가 종료된 DUT를 테스트 결과에 따라서 분류하는 핸들러를 구비하고 있다. 상기 전자부품 시험장치에 의한 시험은, 핸들러에 의해 DUT에 고온 또는 저온의 열스트레스가 인가된 상태에서 실행된다.
이와 같은 전자부품 시험장치의 테스트 헤드는, DUT와 테스터 본체의 사이의 전기적인 인터페이스로서 사용되는 핀 일렉트로닉스 카드를 다수 구비하고 있다. 각각의 핀 일렉트로닉스 카드는, 시험용의 고주파 회로나 전원 회로 등의 각종 시험용 디바이스가 다수 실장된 기판으로 구성되어 있다.
핀 일렉트로닉스 카드에 실장된 시험용 디바이스 중에는, DUT의 시험시에 자기 발열에 의해 고온으로 되는 것이 있다. 이에 대하여, 자기 발열에 의해 고온으로 되어 있는 시험용 디바이스를 냉매에 직접 침지시켜서 냉각하기 위하여, 핀 일렉트로닉스 카드에 장착하여 시험용 디바이스를 덮는 워터 재킷이 종래로부터 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 및 2 참조).
상기의 워터 재킷에서는, 냉매를 유통시키는 통로의 유로 단면적이 일정하게 되어 있다. 그러므로 워터 재킷에 공급 가능한 냉매의 유량이 일정량으로 제한되어 있는 경우에는, 냉각 효율의 향상에 한계가 있었다.
특허 문헌 1: 특개 평10-51169호 공보
특허 문헌 2: 특개 평10-303586호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있는 워터 재킷 및 이를 구비한 전자부품 냉각장치 및 전자부품 시험장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 기판에 실장된 전자부품을 냉매에 의해 냉각하기 위하여, 상기 기판에 장착되는 워터 재킷으로서, 상기 전자부품을 수용할 수 있는 동시에, 상기 냉매가 유통 가능한 통로를 구비하고 있고, 상기 통로는, 유로 단면적이 다른 부분보다도 작게 되어는 협소부를, 상기 전자부품의 상류에 갖는 워터 재킷이 제공된다(청구항 1 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 협소부는, 상기 전자부품보다도 작은 개구폭을 갖는 것이 바람직하다(청구항 2 참조).
상기 발명에서 특별히 한정되지 않지만, 상기 협소부는, 상기 냉매의 유통 방향을 따라서, 상기 전자부품이 갖는 반도체 칩과 동일 직선상에 설치되어 있는 것이 바람직하다(청구항 3 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 전자부품이 갖는 반도체 칩으로 상기 냉매를 향하게 하는 지향 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다(청구항 4 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 협소부는, 상기 전자부품의 하류에도 설치되어 있는 것이 바람직하다(청구항 5 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 통로는, 복수의 상기 전자부품을 배열한 상태에서 수용할 수 있으며, 복수의 상기 협소부가, 상기 각 전자부품의 상류에 각각 설치되어 있는 것이 바람직하다(청구항 6 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 복수의 협소부는, 상기 전자부품의 발열량에 따라서 상호 다른 개구폭을 갖는 것이 바람직하다(청구항 7 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 복수의 협소부의 개구폭은, 하류를 향함에 따라 작게 되어 있는 것이 바람직하다(청구항 8 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 통로는, 상기 각 전자부품의 사이를 구분하는 격벽을 갖고 있고, 상기 협소부는, 상기 격벽에 설치되어 있는 것이 바람직하다(청구항 9 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 격벽은, 제 1의 격벽과, 상기 제 1의 격벽에 인접하고 있는 제 2 격벽을 포함하고, 상기 제 1의 격벽은, 상기 제 2 격벽으로부터 분기되어 있는 것이 바람직하다(청구항 10 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 통로는, 상기 전자부품이 갖는 제 1 반도체 칩과, 상기 전자부품이 갖는 제 2 반도체 칩의 사이에, 상류로부터 하류를 향하여 유로 단면적을 작게 하는 단차부를 갖는 것이 바람직하다(청구항 11 참조).
상기 발명에서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 통로는, 상기 냉매의 활류를 생성하는 활류 생성 수단을 갖는 것이 바람직하다(청구항 12 참조).
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 기판에 실장된 전자부품을 냉매에 의해 냉각하는 전자부품 냉각장치로서, 상기의 워터 재킷과, 상기 워터 재킷의 상기 통로에 냉매를 공급하는 냉매 공급 수단을 구비한 전자부품 냉각장치가 제공된다(청구항 13 참조).
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 피시험 전자부품의 시험을 실시하는 전자부품 시험장치로서, 상기 피시험 전자부품에 전기적으로 접촉하는 콘택트부와, 시험용 전자부품이 실장되어 있는 동시에, 상기 콘택트부에 전기적으로 접속된 기판과, 상기의 전자부품 냉각장치를 구비하고, 상기 전자부품 냉각장치가 갖는 상기 워터 재킷은, 상기 시험용 전자부품을 냉매에 의해 냉각하기 위하여 상기 기판에 장착되어 있는 전자부품 시험장치가 제공된다(청구항 14 참조).
본 발명에서는, 통로에서 유로 단면적이 다른 부분보다도 작게 되어 있는 협소부를 냉매가 통과함으로써, 냉매의 유속이 빨라지기 때문에, 냉매에 의한 전자부품의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전자부품 시험장치를 도시한 개략 단면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 테스트 헤드의 단면도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전자부품 냉각장치를 도시한 블록도.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 워터 재킷을 도시한 단면도.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도.
도 7은 도 5의 Ⅶ부의 확대도.
도 8은 도 7의 A1-A2선에 따른 통로의 유로 단면적을 나타낸 그래프.
도 9는 도 7의 A1-A2선에 따른 냉매의 유속 분포를 나타낸 그래프.
도 10은 도 7의 B1-B2선에 따른 냉매의 유속 분포를 나타낸 그래프.
도 11은 도 7의 A1-A2선에 따른 단면도.
도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 워터 재킷과, 종래 구조의 워터 재킷의 냉각 성능을 비교한 그래프.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에서의 워터 재킷을 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에서의 워터 재킷을 도시한 확대 단면도.
도 15는 본 발명의 제 4 실시형태에서의 워터 재킷을 도시한 확대 단면도.
도 16은 본 발명의 제 5 실시형태에서의 워터 재킷의 협소부를 도시한 확대 단면도.
도 17은 본 발명의 제 6 실시형태에서의 워터 재킷의 협소부를 도시한 확대 단면도.
도 18a는 냉각 대상인 전자부품의 제 1 변형예를 도시한 평면도.
도 18b는 도 18a의 XⅧB-XⅧB선에 따른 단면도.
도 19a는 냉각 대상인 전자부품의 제 2 변형예를 도시한 평면도.
도 19b는 도 19a의 XIXB-XIXB선에 따른 단면도.
도 20a는 냉각 대상인 전자부품의 제 3 변형예를 도시한 평면도.
도 20b는 도 20a의 XXB-XXB선에 따른 단면도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전자부품 시험장치를 나타낸 개략 단면도, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에서의 테스트 헤드를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에서의 전자부품 냉각장치를 나타낸 블록도, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 워터 재킷을 나타낸 단면도, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도, 도 7은 도 5의 Ⅶ부의 확대도, 도 8은 도 7의 A1-A2선에 따른 통로의 유로 단면적을 나타낸 그래프, 도 9는 도 7의 A1-A2선에 따른 냉매의 유속 분포를 나타낸 그래프, 도 10은 도 7의 B1-B2선에 따른 냉매의 유속 분포를 나타낸 그래프, 도 11은 도 7의 A1-A2선에 따른 단면도, 도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 워터 재킷과 종래 구조의 워터 재킷의 냉각 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명의 제 1 실시형태에서의 전자부품 시험장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 DUT를 설치하기 위한 핸들러(1)와, DUT와 전기적으로 접속되는 테스트 헤드(10)와, 테스트 헤드(10)를 통하여 DUT에 시험 신호를 송출하여, DUT의 테스트를 실행하는 테스터 본체(2)로 구성되어 있다. 상기 전자부품 시험장치는, DUT에 고온 또는 저온의 열 스트레스를 인가한 상태에서, DUT가 적절하게 동작하는지 아닌지를 시험(검사)하고, 해당 시험 결과에 따라서 DUT를 분류하는 장치이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 테스트 헤드(10)의 상부에는, DUT의 테스트의 즈음에, DUT에 전기적으로 접속되는 소켓(11)이 설치되어 있다. 이 소켓(11)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 핸들러(1)에 형성된 개구(1a)를 통하여, 핸들러(1)의 내부를 향하고 있고, 핸들러(1) 내를 반송되어 온 DUT가 이 소켓(11)에 밀착된다. 한편, 핸들러(1)로서는, 히트 플레이트 타입이나 챔버 타입의 것을 사용할 수 있다.
소켓(11)은, DUT의 입출력 단자에 전기적으로 접촉하는 콘택트 핀(미도시)을 다수 갖고 있고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 소켓 보드(12)에 실장되어 있다. 소켓 보드(12)는, 케이블(13)을 통하여 퍼포먼스 보드(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 10개의 소켓(11)이 소켓 보드(12) 상에 2행 5열로 배열되어 있다.
테스트 헤드(10) 내에는, 복수(본 예에서는 10개)의 핀 일렉트로닉스 카드(20)가 수용되어 있고, 퍼포먼스 보드(14)는, 각 핀 일렉트로닉스 카드(20)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 핀(25)을 홀드하고 있는 홀드부(26)가 핀 일렉트로닉스 카드(20)의 상단부에 설치되어 있다. 각 핀(25)이, 퍼포먼스 보드(14)의 하면에 설치된 패드에 접촉함으로써, 퍼포먼스 보드(14)와 핀 일렉트로닉스 카드(20)가 전기적으로 접속되도록 되어 있다. 한편, 본 발명에서는, 퍼포먼스 보드(14)와 핀 일렉트로닉스 카드(20)의 사이의 접속 방식은 상기의 방식에 한정되지 않고, 예를 들어 케이블이나 커넥터 등을 이용한 접속 방식이어도 좋다.
핀 일렉트로닉스 카드(20)의 하단부에는 커넥터(27)가 설치되어 있다. 이 커넥터(27)는, 테스트 헤드(10)의 저부에 위치되어 있는 백 보드(28)에 접속되어 있다. 나아가, 이 백 보드(28)는, 케이블(29)을 통하여 테스터 본체(2)에 접속되어 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 10장의 핀 일렉트로닉스 카드(20)가 직립되어 배열되어 있지만, 특별히 이에 한정되지 않고, 핀 일렉트로닉스 카드의 장수를 임의로 설정할 수 있다. 또한, 핀 일렉트로닉스 카드를 수평 방향을 따라서 설치해도 좋다.
핀 일렉트로닉스 카드(20)는, DUT의 시험에 이용되는 복수의 시험용 디바이스(21)와, 해당 시험용 디바이스(21)가 양면에 실장되어 있는 카드 기판(24)으로 구성되어 있다. 시험용 디바이스(21)의 구체예로서는, 예를 들어 테스트 신호를 취급하기 위하여 LSI 등이 조립된 고주파 회로나, 시험용인 전력을 DUT에 공급하기 위하여 스위칭 레귤레이터 등이 조립된 전원 회로 등을 예시할 수 있다. 또한, 카드 기판(24)의 구체예로서는, 예를 들어 유리 에폭시 수지 등으로 구성되는 프린트 기판이나, 유리 기판, 세라믹 기판 등을 예시할 수 있다. 상기 핀 일렉트로닉스 카드(20)에는, 후술하는 바와 같이, 시험용 디바이스(21)를 냉각하기 위하여 워터 재킷(50)이 양면에 장착되어 있다.
나아가, 본 실시형태에서의 전자부품 시험장치는, 핀 일렉트로닉스 카드(20)에 실장되어 있는 시험용 디바이스(21)를 냉각하기 위한 전자부품 냉각장치(30)를 구비하고 있다. 이 전자부품 냉각장치(30)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각 핀 일렉트로닉스 카드(20)에 각각 장착된 워터 재킷(50)과, 워터 재킷(50)에 냉매를 공급하기 위한 칠러(40)와, 워터 재킷(50)과 칠러(40)의 사이에서 냉매를 순환시키는 배관계(44)~(49)를 구비하고 있다. 칠러(40)는, 냉매를 냉각하는 열교환기(41)와, 냉매를 압송하는 펌프(42)와, 냉매의 압력의 상한을 규제하기 위한 압력 스위치(43)를 가지고 있다. 한편, 시험용 디바이스(21)를 냉각하기 위한 냉매의 구체예로서는, 예를 들어 불소계 불활성 액체(예를 들어 쓰리엠사 제품 플루오리너트(Fluorinert)(등록상표)) 등의 전기 절연성이 뛰어난 액체를 예시할 수 있다.
펌프(42)에 의해 송출된 냉매는, 열교환기(41)에서 냉각된 후, 주관(44)을 통하여 상류측의 분기 유닛(45)에 이르러, 이 분기 유닛(45)에서 각 지관(46)으로 분배되어 각각의 워터 재킷(50)에 공급된다(펌프(42)→열교환기(41)→주관(44)→분기 유닛(45)→각 지관(46)→각 워터 재킷(50)).
한편, 각 워터 재킷(50)의 통로(51) 내를 통과한 냉매는, 각 지관(49)을 통하여, 하류측의 분기 유닛(48)에서 합류하고, 나아가 하류측의 주관(47)을 통하여 칠러(40)의 펌프(42)로 되돌아가도록 되어 있다(각 워터 재킷(50)→각 지관(49)→분기 유닛(48)→주관(47)→펌프(42)).
본 실시형태에서의 워터 재킷(50)은, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 칠러(40)로부터 공급된 냉매가 흐르는 통로(51)를 가지고 있다. 상기 워터 재킷(50)은, 시험용 디바이스(21)가 통로(51) 내에 위치한 상태에서, 카드 기판(24)에 고정 나사 등에 의해 고정되어 있다. 카드 기판(24)과 워터 재킷(50)의 사이에는, Ｏ링 등의 실 부재(57)가 설치되어 있어, 통로(51) 내가 밀폐되어 있다. 상기 워터 재킷(50)의 통로(51) 내에 냉매를 흘려보냄으로써, 시험용 디바이스(21)에 냉매가 직접 접촉하여 시험용 디바이스(21)를 냉각하도록 되어 있다. 한편, 도 5에는, 워터 재킷(50)에서 통로(51)의 최상단밖에 도시되지 않았지만, 실제로는 예를 들어 통로(51)가 워터 재킷의 전면에 지그재그로 형성되어 있다.
통로(51)의 최상단에는 시험용 디바이스(21) 중에서도 특히 자기 발열이 큰 반도체 칩을 갖는 MCM(Multi Chip Module)(22A)이 배치되어 있다. 각각의 MCM(22A)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 세개의 베어칩(222)~(224)과 해당 베어칩(222)~(224)이 실장된 모듈 기판(221)을 가지고 있다. 세개의 베어칩 중에서도, 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)은, 자기 발열이 특히 큰 디바이스이다. 이에 대하여, 제 3 베어칩(224)은 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)과 비교하여 자기 발열이 작은 디바이스이다. 모듈 기판(221)의 구체예로서는, 예를 들어 유리 세라믹 기판 등의 저열팽창 기판을 예시할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 통로(51)의 최상단에는 입구(51a)가 형성되어 있고, 이 입구(51a)에 상류측의 지관(46)이 접속되어 있다. 통로(51)에서 입구(51a)의 하류에는 8개의 MCM(22A)이 일렬로 배열되어 수용되어 있다. 이러한 MCM(22A)의 주변을 통과한 냉매는, 특별히 도시하지 않지만, 통로(51)를 따라서 지그재그로 흐르면서 카드 기판(24) 상의 다른 전자부품을 냉각한 후, 출구(미도시)에 접속된 하류측의 지관(49)에 이르도록 되어 있다.
통로(51)는, 서로 인접하는 MCM(22A)끼리의 사이에 설치된 격벽(52)을 가지고 있다. 인접하는 격벽(52)의 사이에 블록(53)이 획정되어 있고, 각 블록(53)의 안에 MCM(22A)이 하나씩 수용되어 있다.
한편, 도 5 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 블록(53)은 MCM(22A) 이외의 전자부품(23A)를 수용하기 위하여 확대 영역(53a)을 가지고 있지만, 블록(52) 내에 MCM(22A)만을 수용할 경우에는 확대 영역(53a)은 불필요하다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에서의 워터 재킷을 나타낸 단면도이다. 블록(52) 내에 비교적 사이즈가 큰 전자부품(23B)을 수용할 경우에는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 제 1 격벽(52A)에 인접하는 제 2 격벽(52B)으로부터, 해당 제 1 격벽(52B)을 분기시켜도 좋다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 각 격벽(52)에는, 통로(51)에서 다른 부분보다도 유로 단면적이 작게 되어 있는 협소부(54)가 각각 설치되어 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 각각의 협소부(54)의 개구폭(w)은, 냉매의 유통 방향에 대하여 실질적으로 직교하는 방향을 따른 MCM(22A) 전체의 길이(L)보다도 작게 이루어져 있고(w＜L), 본 실시형태에서는 협소부(54)의 개구폭(w)이, 제 1의 베어칩(222)의 도 7 안의 세로 방향의 길이 정도로 되어 있고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 협소부(54)에서 유로 단면적이 좁게 되어 있다. 한편, 본 실시형태에서는 9개의 협소부(541)~(549)를 총칭하여 협소부(54)로 칭하고, 9개의 협소부(541)~(549)의 개구폭(w1)~(w9)을 총칭하여 개구폭(w)이라고 칭한다.
본 실시형태에서는, 유로 단면적이 작게 되어 있는 협소부(54)가 MCM(22A)의 바로 상류에 설치되어 있기 때문에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 협소부(54)를 구비하지 않은 종래 구조(도 9 안에서 파선으로 나타낸다.)와 비교하여, 협소부(54)의 하류에서의 냉매의 유속이 빨라져서, 냉각 효율을 높일 수 있다. 특히, 도 10에 나타낸 바와 같이, 냉매의 관성과 점성의 영향에 의해, 냉매의 유통 방향에서 협소부(54)의 바로 아래에 위치하는 반도체 칩(21),(22)(도 10에서의 위치 B3)에서의 유속이 현저히 빨라진다. 또한, 냉매의 유속이 빨라짐으로써, 중력에 의한 냉매의 유선의 변화를 억제할 수 있다. 나아가, 본 실시형태에서는, 협소부(54)가 MCM(22A)의 하류에도 위치하고 있기 때문에, 냉매의 유선의 발산을 억제할 수 있다. 한편, 도 10에서 실제로는 냉매의 점성에 의해 확대 영역(53a)에는 2차 흐름(소용돌이)이 발생하고, 도 안에서의 파선과 같은 분포를 나타낸다. 또한, 도 8~10에서, 후술하는 단차부(51d)에 의한 영향은 고려하고 있지 않다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는 각 협소부(54)는, 냉매의 유통 방향을 따라서 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)과 동일 직선상에 위치하고 있다. 그러므로 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)으로 냉매를 집중적으로 보낼 수 있어, 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 도 11에 나타낸 바와 같이, 통로(51)에서 제 1의 베어칩(222)과 제 2의 베어칩(223)의 사이의 천정면(51c)에 단차부(51d)가 설치되어 있다. 이 단차부(51d)에 의해 통로(51)의 유로 단면적이 상류측보다도 하류측에서 작게 되어 있어, 제 2의 베어칩(223)의 주변을 흐르는 냉매는, 제 1의 베어칩(222)의 주변을 흐르는 냉매보다도 빠르게 흐르도록 되어 있다. 고발열의 베어칩(222),(223)이 냉매의 유통 방향을 따라서 배열되어 있는 경우, 상류측의 베어칩(222)의 자기 발열에 의해 하류측의 베어칩(223)의 온도가 높아져서, 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)의 사이에서 온도차가 발생된다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 통로(51)의 단차부(51d)에 의해 유로 단면적을 작게 함으로써, 상류측의 베어칩(222)에 의한 온도 상승분을 상쇄하여 온도차를 저감할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시형태에서의 워터 재킷을 나타내는 확대 단면도, 도 16 및 도 17은 본 발명의 제 5 및 제 6 실시형태에서의 워터 재킷의 협소부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 협소부(54)를, 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)과 동일 직선상에 설치하지 않고, 냉매의 흐름이 제 1의 베어칩(222)으로 향하도록, 협소부(54)에 정류판(55)을 설치해도 좋다.
또한 도 15에 나타난 바와 같이, 하나의 MCM(22B)에서 고발열 베어칩(222),(223),(225),(226)이 다수 실장되어 있는 경우에는, 그것에 따라서 격벽(52)에 복수의 협소부(54)를 설치해도 좋다.
나아가, 도 16이나 도 17에 나타낸 바와 같이, 협소부(54)에 판상의 배플(56A)이나 원주상의 배플(56B)을 배치하여, MCM(22A)의 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223) 상에 냉매의 활류를 발생시켜도 좋다.
도 5로 되돌아가서, 본 실시형태에서는, 각각의 격벽(52)에 설치된 협소부(541)~(549)의 개구폭(w1)~(w9)이, 하류를 향함에 따라서 서서히 좁혀진다(w1＞w2＞w3＞w4＞w5＞w7＞w8＞w9). 모든 협소부의 개구폭을 일정하게 하면, 상류측의 MCM의 자기 발열에 의해 하류측의 MCM의 온도가 높아져서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상류측의 MCM과 하류측의 MCM의 사이에서 온도차가 발생한다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 상기의 구성에 의해, 하류로 흐르는 만큼 냉매의 유속을 빠르게 함으로써, 상류측의 MCM(22A)에 의한 온도 상승분을 상쇄하여, 도 12에 나타낸 바와 같이, 각 MCM(22A)의 온도가 실질적으로 동일하게 된다. 한편, 도 5에서 협소부(542)~(548)의 개구폭(w2)~(w8)을 도시하지 않았다. 또한, 도 12에서의 MCM의 수는, 도 5에서의 MCM(22A)의 수와 일치하지 않지만, 도 12는 제 1 실시형태의 변형예이며, 본 발명에서는 통로내에 배치되는 MCM의 수는 임의로 설정할 수 있다.
또한, 종래는 가장 하류측의 MCM의 온도를 기준으로 설계되어 있기 때문에, 상류측에서는 과냉각이 되어, 불필요한한 냉각을 실시했다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 상기와 같이 상류측 및 하류측의 MCM의 온도가 실질적으로 동일하기 때문에, 불필요한 냉각을 저감할 수 있다.
한편, 일례로 배열된 MCM의 사양이 다르고, 베어칩의 발열량이 다를 경우에는, 협소부의 개구폭이 하류를 향함에 따라서 서서히 좁혀지는 것으로 한정하지 않고, MCM이 목표 온도가 되도록 각각의 협소부의 개구폭을 개별적으로 설정할 필요가 있다.
도 18A 및 도 18B는 냉각 대상인 전자부품의 제 1 변형예를 나타내는 평면도 및 단면도, 도 19A 및 도 19B는 냉각 대상인 전자부품의 제 2 변형예를 나타내는 평면도 및 단면도, 도 20A 및 도 20B는 냉각 대상인 전자부품의 제 3 변형예를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
협소부(54)의 하류에 위치하는 디바이스가, 도 18A 및 도 18B에 나타낸 바와 같이, 모듈 기판(61)과, 모듈 기판(61) 상에 실장된 반도체 칩(62)과, 반도체 칩(62) 상에 설치된 금속제의 방열 핀(63)으로 구성된 MCM(60)이어도 좋다. 또한 협소부(54)의 하류측에 위치하는 디바이스가, 도 19A 및 도 19B에 나타낸 바와 같이, 모듈 기판(71), 반도체 칩(72) 및 방열 핀(73)을 수지 패키지(74)로 봉지한 반도체 패키지(70)이어도 좋다. 혹은, 협소부(54)의 하류측에 위치하는 디바이스가, 도 20A 및 도 20B에 나타낸 바와 같이, 반도체 칩(81)을 수지 패키지(82)에 봉지한 반도체 패키지(80)이어도 좋다. 한편, 방열 핀의 설치 위치는 전자부품의 상면 이외의 임의의 위치에 설정할 수 있다.
본 발명에서는, 상기에 예시한 전자부품에 한정하지 않고, 반도체 칩을 모듈화하고 또는 패키징한 모든 전자부품을 포함한다. 한편, 어느 경우에도 반도체 칩을 향하도록 협소부(54)를 워터 재킷(50)에 설치한다. 또한, 전자부품 전체가 발열하는 경우더라도, 협소부(54)에 의해 냉매의 유속을 빠르게 하여 해당 전자부품의 일부를 집중적으로 냉각하여도 좋다.
한편, 이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 기재된 것으로서, 본 발명을 한정하기 위하여 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기의 실시형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지인 것이다.
예를 들어, 협소부(54)의 개구폭을 가변으로 하여, MCM(22A)에서 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)의 정지시에는 개구폭을 넓히고, 제 1 및 제 2의 베어칩(222),(223)의 동작시에는 개구폭을 좁혀서 냉각 효율을 높여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서는 핸들러를 이용한 후공정에서의 전자부품 시험장치에 대하여 설명했지만, 특별히 이에 한정하지 않고, 프로버를 이용한 전공정에서의 전자부품 시험장치에 본 발명을 적용하여도 좋다.
10…테스트 헤드
20…핀 일렉트로닉스 카드
21…시험용 디바이스
22A…MCM
24…카드 기판
30…전자부품 냉각장치
40…칠러
50…워터 재킷
51…통로
51d…단차부
52…격벽
53…블록
54,541~549…협소부
55…정류판
56A,56B…배플
57…실 부재
60…반도체 패키지

Claims (14)

  1. 기판에 실장된 전자부품을 냉매에 의해 냉각하기 위하여, 상기 기판에 장착되는 워터 재킷으로서,
    상기 전자부품을 수용할 수 있는 동시에, 상기 냉매가 유통 가능한 통로를 구비하고 있고,
    상기 통로는, 유로 단면적이 다른 부분보다도 작게 되어 있는 협소부를, 상기 전자부품의 상류에 갖는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 협소부는, 상기 전자부품보다도 작은 개구폭을 갖는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 협소부는, 상기 냉매의 유통 방향을 따라서 상기 전자부품이 갖는 반도체 칩과 동일 직선상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자부품이 갖는 반도체 칩으로 상기 냉매를 향하게 하는 지향 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 협소부는, 상기 전자부품의 하류에도 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로는, 복수의 상기 전자부품을 배열한 상태에서 수용할 수 있으며,
    복수의 상기 협소부가, 상기 각 전자부품의 상류에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 협소부는, 상기 전자부품의 발열량에 따라서 상호 다른 개구폭을 갖는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 협소부의 개구폭은, 하류를 향함에 따라 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  9. 청구항 6 내지 8중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로는, 상기 각 전자부품의 사이를 구분하는 격벽을 갖고 있고,
    상기 협소부는, 상기 격벽에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 격벽은, 제 1 격벽과, 상기 제 1 격벽에 인접하고 있는 제 2 격벽을 포함하고,
    상기 제 1 격벽은, 상기 제 2 격벽으로부터 분기되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  11. 청구항 1 내지 10중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로는, 상기 전자부품이 갖는 제 1 반도체칩과, 상기 전자부품이 갖는 제 2 반도체칩의 사이에, 상류로부터 하류를 향하여 유로 단면적을 작게 하는 단차부를 갖는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  12. 청구항 1 내지 11중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로는, 상기 냉매의 활류를 생성하는 활류 생성 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 워터 재킷.
  13. 기판에 실장된 전자부품을 냉매에 의해 냉각하는 전자부품 냉각장치로서,
    청구항 1 내지 12중 어느 한 항에 기재된 워터 재킷과,
    상기 워터 재킷의 상기 통로에 냉매를 공급하는 냉매 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자부품 냉각장치.
  14. 피시험 전자부품의 시험을 실시하는 전자부품 시험장치로서,
    상기 피시험 전자부품에 전기적으로 접촉하는 콘택트부와,
    시험용 전자부품이 실장되어 있는 동시에, 상기 콘택트부에 전기적으로 접속된 기판과,
    청구항 13에 기재된 전자부품 냉각장치를 구비하고,
    상기 전자부품 냉각장치가 갖는 상기 워터 재킷은, 상기 시험용 전자부품을 냉매에 의해 냉각하기 위하여 상기 기판에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자부품 시험장치.


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