KR20140000873U - 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치 - Google Patents

반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치 Download PDF

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이준석
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Abstract

테스트 핸들러에서 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 열전소자를 이용하여 반도체 소자들의 온도를 조절하는 복수의 온도 조절 유닛들 및 상기 온도 조절 유닛들의 온도를 측정하기 위한 복수의 온도 센서들을 포함하는 온도 조절 모듈과, 상기 온도 조절 유닛들의 동작을 제어하기 위한 복수의 온도 제어 유닛들이 탑재된 메인 보드를 포함하는 온도 제어 모듈을 포함한다. 상기 각각의 온도 제어 유닛은 상기 온도 조절 유닛들의 열전 소자들과 연결되어 상기 열전 소자들에 구동 전압을 인가하는 구동 보드와, 상기 온도 센서들에 의해 측정된 열전소자들의 온도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 보드와, 상기 아날로그 디지털 변환 보드와 연결되어 상기 온도 디지털 신호에 기초하여 상기 구동 보드로 제어 신호를 전송하는 제어 보드를 포함한다.

Description

반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치{Apparatus for controlling temperature of semiconductor devices}
본 고안의 실시예들은 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 소자들을 검사하기 위한 공정에서 상기 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 상기와 같이 형성된 반도체 소자들은 다이싱 공정과 본딩 공정 및 패키징 공정을 통하여 완제품으로 제조될 수 있다.
상기와 같이 제조된 반도체 소자들은 전기적 특성 검사를 통하여 양품 또는 불량품으로 판정될 수 있다. 상기 전기적 특성 검사에는 상기 반도체 소자들을 핸들링하는 테스트 핸들러와 상기 반도체 소자들을 검사하기 위한 테스터가 사용될 수 있다.
상기 전기적 특성 검사의 경우 테스트 트레이에 복수의 반도체 소자들을 수납한 상태에서 상기 테스터와의 전기적인 접속을 통하여 수행될 수 있다. 특히, 상기 테스트 핸들러는 상기 검사 공정을 수행하기 위한 검사 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 검사 챔버 내에는 상기 반도체 소자들과 상기 테스터를 전기적으로 연결하기 위한 테스트 보드와 상기 반도체 소자들이 수납된 테스트 트레이를 상기 테스트 보드에 밀착시키기 위한 가압 장치 및 상기 반도체 소자들의 온도를 조절하기 위한 장치 등이 구비될 수 있다.
상기 반도체 소자들의 온도 조절 장치는 상기 반도체 소자들에 대한 저온 검사 및 고온 검사를 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 테스트 핸들러에서 상기 반도체 소자들의 온도를 조절하기 위한 장치의 일 예는 대한민국 특허 제790988호에 개시되어 있다.
상기 대한민국 특허에 따르면 상기 반도체 소자들의 온도를 조절하기 위하여 열전소자들과 액체 냉매의 순환장치 등이 이용될 수 있다. 구체적으로, 상기 장치는 콘택 드라이브 플레이트에 복수의 열전소자들이 장착되며 상기 콘택 드라이브 플레이트를 통하여 냉매가 순환되는 구조를 가질 수 있다.
그러나, 상기 복수개의 열전소자들이 하나의 콘택 드라이브 플레이트에 장착되는 구조이므로 각각의 열전소자들에 의한 온도 제어가 균일하지 않을 수 있으며, 또한 상기 반도체 소자들의 온도 제어에 소요되는 시간이 증가될 수 있다. 특히, 상기 콘택 드라이브 플레이트의 온도에 기초하여 상기 열전소자들의 동작을 전체적으로 제어하기 때문에 온도 제어 모듈에 손상이 발생될 경우 상기 온도 제어 모듈을 전체적으로 교환하는 등의 문제점이 발생될 수 있다.
추가적으로, 상기 콘택 드라이브 플레이트가 상대적으로 큰 면적을 차지하므로 상기 테스트 보드에 동시에 접속시킬 수 있는 반도체 소자들의 수량을 증가시키는데 어려움이 있다.
본 고안의 실시예들은 반도체 소자들의 검사 공정에서 상기 반도체 소자들의 온도 제어를 효과적으로 수행할 수 있는 온도 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예들에 따르면, 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치는, 열전소자를 이용하여 반도체 소자들의 온도를 조절하는 복수의 온도 조절 유닛들 및 상기 온도 조절 유닛들의 온도를 측정하기 위한 복수의 온도 센서들을 포함하는 온도 조절 모듈과, 상기 온도 조절 유닛들의 동작을 제어하기 위한 복수의 온도 제어 유닛들이 탑재된 메인 보드를 포함하는 온도 제어 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 온도 제어 유닛은, 상기 온도 조절 유닛들의 열전 소자들과 연결되어 상기 열전 소자들에 구동 전압을 인가하는 구동 보드와, 상기 온도 센서들에 의해 측정된 열전소자들의 온도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 보드와, 상기 아날로그 디지털 변환 보드와 연결되어 상기 온도 디지털 신호에 기초하여 상기 구동 보드로 제어 신호를 전송하는 제어 보드를 포함할 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 각각의 온도 조절 유닛은 상기 열전 소자의 제1 측면에 구비되어 방열 및 흡열을 통하여 반도체 소자들의 온도를 조절하기 위한 열전도체 및 상기 열전소자의 제2 측면에 구비되며 열교환을 위한 매체가 순환 가능하도록 상기 매체의 입구 및 출구가 형성된 열교환기를 포함할 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 열교환기 내부에는 상기 매체가 표면을 따라 흐르도록 상기 입구 및 출구 사이에서 연장하는 적어도 하나의 열교환 시트가 구비될 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 열교환기는 상기 열전도체와 동일하거나 작은 면적을 가질 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 열전도체의 일측에는 상기 반도체 소자들과 각각 접촉되는 돌출부들이 구비될 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 온도 센서들은 상기 돌출부들에 각각 대응하도록 상기 열전도체에 연결될 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 온도 조절 유닛들과 연결되며 상기 매체를 균일하게 공급하기 위한 오리피스들을 갖는 매니폴드와, 상기 매체를 저장하기 위한 탱크와, 상기 매니폴드와 상기 탱크 사이에 배치되며 상기 매체를 공급하기 위한 펌프가 더 구비될 수 있다.
본 고안의 실시예들에 따르면, 상기 탱크에는 상기 매체의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부가 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 고안의 실시예들에 따르면, 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치는 온도 조절 모듈과 온도 제어 모듈로 이루어질 수 있다. 특히, 복수의 온도 조절 모듈들과 복수의 온도 제어 모듈들을 이용하여 상기 온도 제어 장치를 구성할 수 있으며, 이 경우 반도체 소자들의 온도 제어에서 부분적인 오류가 발생되는 경우 해당 온도 제어 모듈을 교체하거나 또는 해당 온도 제어 모듈에서 손상된 보드만을 교체함으로써 온도 제어 오류를 간단하게 치유할 수 있다. 결과적으로, 상기 온도 제어 장치의 유지 보수에 소요되는 시간과 비용을 크게 감소시킬 수 있으며, 특히 상기 복수의 온도 조절 모듈들과 복수의 온도 제어 모듈들을 이용하여 온도 제어 장치를 구성함으로써 상기 온도 제어 장치의 확장성을 크게 개선할 수 있다.
또한, 열전소자의 제1 및 제2 측면들 상에 반도체 소자들과 접촉하는 열전도체와 열교환 매체의 순환이 가능한 열교환기를 각각 배치하여 온도 조절 유닛을 구성하고, 상기 열교환기를 상기 열전도체와 동일하거나 작은 면적을 갖도록 구성함으로써, 복수의 온도 조절 유닛들을 병렬로 연결하는 것을 가능하게 할 수 있다. 결과적으로, 상기 온도 조절 유닛들로 이루어지는 온도 조절부의 확장성이 크게 개선될 수 있으며 이에 의해 테스트 핸들러에서 테스트 보드에 동시에 접속되는 반도체 소자들의 수량을 증가시킬 수 있다.
특히, 상기 온도 조절 유닛들이 상기 열교환기들을 각각 구비하고 있으므로 상기 반도체 소자들의 온도 조절에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며 또한 상기 반도체 소자들의 온도가 균일하게 제어될 수 있다. 특히, 각각의 열전도체에는 상기 반도체 소자들이 각각 접촉되는 돌출부들이 구비될 수 있으므로 상기 반도체 소자들의 온도 조절에 소요되는 시간이 더욱 단축될 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 반도체 소자 온도 제어 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 온도 제어 유닛을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 온도 조절 유닛을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 열교환 시트를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 열교환 시트의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 온도 조절 모듈을 통하여 열교환 매체를 순환시키기 위한 매체 순환부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제2 매니폴드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 제1, 제2 및 제3 매니폴드들의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
이하, 본 고안은 본 고안의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 고안은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 고안이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 고안의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 고안의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 고안을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 고안의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 고안의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 고안의 실시예들은 본 고안의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 고안의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 고안의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 반도체 소자 온도 제어 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 온도 제어 유닛을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 반도체 소자 온도 제어 장치(10)는 테스트 핸들러와 같은 검사 설비에서 반도체 소자들(20; 도 3 참조)의 온도를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 상기 반도체 소자들(20)에 대한 저온 검사 또는 고온 검사를 위하여 상기 반도체 소자들(20)의 온도를 균일하고 또한 빠르게 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 온도 제어 장치(10)는 온도 조절 모듈(100)과 온도 제어 모듈(200)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 온도 제어 장치(10)는 반도체 소자들(20)의 온도를 조절하기 위한 복수의 온도 조절 모듈들(100; 도 6 참조)을 포함할 수 있으며, 또한 복수의 온도 제어 모듈들(200)이 상기 온도 조절 모듈들(100)의 동작을 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 온도 조절 모듈들(100)은 열전소자를 이용하여 반도체 소자들(20)의 온도를 조절하는 복수의 온도 조절 유닛들(110)과 상기 온도 조절 유닛들(110)의 온도를 측정하기 위한 복수의 온도 센서들(102)을 각각 포함할 수 있으며, 상기 온도 제어 모듈들(200)은 상기 온도 조절 유닛들(110)의 동작을 제어하기 위한 복수의 온도 제어 유닛들(210)이 탑재된 메인 보드(220)를 각각 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 온도 제어 장치(10)는 8개의 온도 조절 모듈들(100)을 포함할 수 있으며, 각각의 온도 조절 모듈들(100)은 8개의 온도 조절 유닛들(110)을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 온도 조절 유닛들(110)은 2개 또는 4개의 반도체 소자들(20)의 온도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 일 예로서, 상기 온도 제어 장치(10)는 4개의 온도 제어 모듈들(200)을 이용하여 상기 8개의 온도 조절 모듈들(100)의 온도 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 즉 하나의 온도 제어 모듈(200)은 2개의 온도 조절 모듈들(100)을 구성하는 16개의 온도 조절 유닛들(110)의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 구성 요소들의 개수는 일 예로서 설명된 것이며 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로 상기 구성 요소들의 개수에 의해 본 고안의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 각각의 온도 제어 유닛(210)은 상기 온도 조절 유닛들(110)의 열전 소자들(112)과 연결되어 상기 열전 소자들(112)에 구동 전압을 인가하는 구동 보드(212)와, 상기 온도 센서들(102)에 의해 측정된 아날로그 형태의 온도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 보드(214; 이하, AD 변환 보드라 한다)와, 상기 AD 변환 보드(214)와 연결되어 상기 온도 디지털 신호에 기초하여 상기 구동 보드(212)로 제어 신호를 전송하는 제어 보드(216)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 각각의 온도 제어 유닛(210)은 4개의 온도 조절 유닛들(110)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 구동 보드(212)는 4개의 온도 조절 유닛들(110)과 연결되는 4개의 채널을 가질 수 있으며, 상기 열전소자들(112)에 구동 전압을 인가하고 또한 상기 열전소자들(112)의 흡열 및 방열 방향을 제어하기 위하여 전류 방향을 조절할 수 있다.
한편, 상기 온도 센서들(102)로는 열전대(Thermocouple)가 사용될 수 있으며 상기 온도 조절 유닛들(110)에 대응하도록 구비될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 온도 조절 유닛들(110)이 2개 또는 4개의 반도체 소자들(20)의 온도를 조절하도록 구성되는 경우 온도 제어 신뢰도를 향상시키기 위하여 상기 반도체 소자들(20)의 개수에 대응하도록 각각의 온도 조절 유닛들(110)에 2개 또는 4개의 온도 센서들(102)이 장착될 수도 있다.
상기 AD 변환 보드(214)는 상기 온도 센서들(102)과 연결될 수 있으며 상기 온도 센서들(102)로부터 전송되는 아날로그 형태의 온도 신호를 증폭하여 디지털 신호로 변환하며 이를 상기 제어 보드(216)로 전송할 수 있다. 일 예로서, 상기 AD 변환 보드(214)는 상기 온도 센서들(102)과 연결되는 4개의 채널들을 가질 수 있으며, 이와 다르게 8개 또는 16개의 채널들을 가질 수도 있다.
상기 제어 보드(216)는 상기 AD 변환 보드(214)로부터 전송된 디지털 온도 신호에 기초하여 상기 열전소자들(112)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고 이를 상기 구동 보드(212)로 전송할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 온도 제어 모듈(200)은 하나의 메인 보드(220)에 복수의 온도 제어 유닛들(210)이 탑재될 수 있으며, 상기 온도 제어 장치(10)는 복수의 온도 제어 모듈들(200)을 이용하여 상기 복수의 온도 조절 모듈들(100)의 동작을 제어할 수 있다. 결과적으로, 상기 온도 제어 모듈들(200) 중 일부가 손상되는 경우 해당 온도 제어 유닛(210)을 교체하거나 또는 상기 구동 보드들(212)과 AD 변환 보드들(214) 및 제어 보드들(216) 중에서 손상된 보드만을 교체할 수 있으므로, 상기 온도 제어 장치(10)의 유지 보수에 소요되는 시간 및 비용이 크게 감소될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 복수의 온도 조절 모듈들(100)과 복수의 온도 제어 모듈들(200)을 이용하여 상기 온도 제어 장치(10)의 확장성을 크게 개선시킬 수 있으므로, 상기 테스트 핸들러에서 테스트 보드에 동시 접속되는 반도체 소자들(20)의 개수를 매우 용이하게 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 온도 조절 모듈들(100)과 온도 제어 모듈들(200)의 개수를 조절함으로써 상기 테스트 보드에 동시 접속되는 반도체 소자들(20)의 개수를 64개, 128개, 256개, 512개, 1024개 등으로 매우 용이하게 조절할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 온도 조절 유닛을 설명하기 위한 개략적인 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 열교환 시트를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 각각의 온도 조절 유닛(110)은 펠티에 효과에 의한 흡열 및 방열이 가능한 열전 소자(112)를 이용하여 반도체 소자들(20)의 온도를 제어할 수 있다.
상기 온도 조절 유닛(110)은 상기 열전 소자(112)의 제1 측면에 구비되며 상기 열전소자(112)에 의한 방열 및 흡열을 통하여 반도체 소자들(20)의 온도를 조절하기 위한 열전도체(120)와 상기 열전소자(112)의 제1 측면에 대향하는 제2 측면 상에 구비되며 열교환을 위한 매체가 순환 가능하도록 상기 매체의 입구(132)와 출구(134)가 형성된 열교환기(130)를 포함할 수 있다.
상기 열전도체(120)는 상기 반도체 소자들(20)과 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 반도체 소자들(20)의 온도를 조절할 수 있으며, 특히 상기 반도체 소자들(20)의 온도 조절에 소요되는 시간을 단축시키기 위하여 상기 반도체 소자들(20)과 각각 접촉되는 복수개의 돌출부들(122)을 가질 수 있다. 예를 들면, 2개 또는 4개의 돌출부들(122)이 상기 열전도체(120)의 일측에 구비될 수 있다.
한편, 상기 온도 센서들(102)은 상기 온도 조절 유닛들(110)의 열전도체들(120)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 온도 센서들(102)은 상기 열전도체들(120)의 중앙 부위에 연결될 수 있다. 그러나, 상기와 다르게, 하나의 열전도체(120)에는 복수의 온도 센서들(102)이 연결될 수도 있다. 예를 들면, 상기 반도체 소자들(20)에 대한 온도 제어가 더욱 정밀하게 이루어지도록 상기 온도 센서들(102)은 상기 각각의 돌출부들(122)에 대응하도록 상기 열전도체(120)에 연결될 수도 있다. 즉, 상기 온도 센서들(102)은 상기 돌출부들(122)에 각각 인접하도록 상기 열전도체(120)에 연결될 수 있다.
상기 열교환기(130)는 도시된 바와 같이 상기 열전도체(120)와 동일하거나 작은 면적을 갖는 것이 바람직하다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 온도 조절 유닛들(110)을 병렬로 연결하여 상기 온도 조절 모듈들(100)을 용이하게 구성할 수 있도록 하기 위함이다. 이 경우, 상기 온도 조절 유닛들(110)에 구비되는 상기 돌출부들(122) 사이의 간격은 상기 반도체 소자들(20)이 수납되는 테스트 트레이의 소켓 피치와 동일하게 구성될 수 있다.
결과적으로, 상기 온도 조절 모듈들(100)의 확장성이 크게 개선될 수 있으며 이에 따라 상기 테스트 핸들러에서 상기 테스트 보드에 동시 접속시킬 수 있는 반도체 소자들(20)의 수량을, 예를 들면, 상술한 바와 같이 64개, 128개, 256개, 512개 또는 1024개 등으로 크게 증가시키는 것이 가능해질 수 있다. 특히, 상기와 같이 복수개의 온도 조절 유닛들(110)을 병렬로 연결하여 상기 온도 조절 모듈(100)을 구성하는 경우 각각의 온도 조절 유닛(110)이 2개 또는 4개의 반도체 소자들(20)에 대한 온도 조절을 수행할 수 있으며, 또한 각각 열교환기(130)를 구비하고 있으므로 상기 반도체 소자들(20)의 온도 제어에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있고, 또한 상기 반도체 소자들(20)의 온도 제어가 전체적으로 보다 균일하게 수행될 수 있다.
한편, 상기 돌출부들(122)에 접촉된 상기 반도체 소자들(20)의 온도 조절에 소요되는 시간을 단축시키기 위하여 즉 상기 열교환기(130) 내부에서 상기 매체를 통한 열교환 효율을 향상시키기 위하여 상기 열교환기(130) 내부에는 상기 매체가 표면을 따라 흐르도록 상기 입구(132)와 출구(134) 사이에서 연장하는 적어도 하나의 열교환 시트(140)가 구비될 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 열교환기(130) 내부에는 복수의 열교환 시트들(140)이 배치될 수 있으며, 상기 열교환 시트들(140)은 세워진 상태로 상기 입구(132)와 출구(134) 사이에서 서로 평행하게 연장할 수 있다. 결과적으로, 상기 복수의 열교환 시트들(140)에 의해 상기 매체와의 접촉 면적이 크게 증가될 수 있으며 이에 의해 상기 매체 순환에 의한 열교환 효율이 크게 향상될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 열교환 시트의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 고안의 다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 열교환기(130) 내부에는 사행 구조를 갖도록 절곡된 열교환 시트(142)가 구비될 수도 있다.
도 6은 도 1에 도시된 온도 조절 모듈들을 통하여 열교환 매체를 순환시키기 위한 매체 순환부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 상기 온도 제어 장치(10)는 상기 각각의 온도 조절 유닛들(110)의 입구(132)와 출구(134)에 연결되며 상기 온도 조절 유닛들(110)을 통하여 상기 매체를 순환시키기 위한 매체 순환부(150)를 포함할 수 있다.
상기 매체 순환부(150)는 상기 매체를 저장하기 위한 탱크(152)와 상기 매체를 순환시키기 위한 펌프(154)를 포함할 수 있다. 상기 열교환기들(130)과 상기 탱크(152) 및 펌프(154)는 매체 순환 배관들에 의해 서로 연결될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 매체 순환부(150)는 상기 매체에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터를 구비할 수도 있다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프(154)에 의해 상기 온도 조절 유닛들(110)로 공급되는 열교환 매체의 압력과 유량을 일정하게 조절하기 위하여 상기 매체 순환부(150)는 상기 펌프(154)에 연결되는 제1 매니폴드(160)와 상기 제1 매니폴드(160)로부터 분기되는 제2 매니폴드들(170)을 포함할 수 있으며, 각각의 제2 매니폴드들(170)은 상기 온도 조절 유닛들(110)과 연결될 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 매니폴드(160)는 상기 펌프(154)로부터 공급되는 매체를 상기 각각의 온도 조절 모듈들(100)에 공급하기 위하여 복수의 제1 오리피스들(162)을 가질 수 있으며, 상기 제2 매니폴드들(170)은 상기 제1 매니폴드(160)로부터 공급되는 매체를 상기 온도 조절 유닛들(110)에 공급하기 위하여 복수의 제2 오리피스들(172)을 각각 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 매니폴드들(170)은 상기 온도 조절 모듈들(100)과 각각 대응할 수 있으며, 상기 제1 매니폴드(160)의 제1 오리피스들(162)과 연결될 수 있다. 또한 상기 각각의 온도 조절 유닛들(110)은 상기 제2 매니폴드들(170)의 제2 오리피스들(172)과 각각 연결될 수 있다.
상기 제1 오리피스들(162)과 제2 오리피스들(172)의 내경은 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있으며, 이에 의해 상기 각각의 온도 조절 유닛들(110)에 공급되는 상기 열교환 매체의 압력과 유량이 균일하게 조절될 수 있다.
또한, 상기 온도 조절 유닛들(110)은 상기 열교환 매체를 회수하기 위하여 상기 탱크(152)와 연결될 수 있다. 이때, 상기 온도 조절 유닛들(110)과 상기 탱크(152) 사이에는 상기 온도 조절 유닛들(110)과 연결되는 제3 오리피스들(182)을 구비하는 제3 매니폴드(180)가 구비될 수 있다. 상기 제3 매니폴드(180)의 제3 오리피스들(182)은 상기 열교환기(130) 내부의 압력 및 상기 매체의 유량을 일정하게 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 제2 매니폴드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 제1, 제2 및 제3 매니폴드들의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 각각의 제2 매니폴드(170)는 상기 제1 매니폴드(160)와 연결될 수 있으며 상기 매체를 상기 온도 조절 유닛들(110)에 공급하기 위한 제2 오리피스들(172)을 가질 수 있다. 특히, 상기 제2 매니폴드(170)는 상기 매체가 수용되는 내부 공간을 가질 수 있으며 상기 제2 오리피스들(172)은 상기 내부 공간과 연결될 수 있다. 한편, 상기 제1 매니폴드(160) 및 제3 매니폴드(180)의 구조는 상기 제2 매니폴드(170)의 구조와 유사하게 구성될 수 있다.
일 예로서, 상기 온도 제어 장치(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 8채널을 갖는 하나의 제1 매니폴드(160)와, 각각 8채널을 갖는 8개의 제2 매니폴드들(170) 및 각각 32채널을 갖는 2개의 제3 매니폴드들(180)을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 제1, 제2 및 제3 매니폴드들(160, 170, 180)의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 열교환 매체로는 순수가 사용될 수 있다. 상기와 다르게, 상기 열전소자(112)의 방열 및 흡열에 의해 상기 매체가 동결되는 것을 방지하기 위하여 상기 매체로는 부동액이 사용될 수도 있다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 온도 제어 장치(10)는 상기 열전소자들(112)에 의한 온도 조절에 소요되는 시간을 단축시키기 위하여 상기 매체의 온도를 조절하는 온도 조절부(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 조절부(190)는 상기 탱크(152)와 연결될 수 있다. 일 예로서, 상기 온도 조절부(190)는 도시된 바와 같이 상기 탱크(152) 내에 설치되는 증발기(192)와 상기 증발기(192)와 연결된 응축기(194) 및 압축기(196)를 포함할 수 있다. 상기 온도 조절부(190)는 냉매의 순환을 통하여 상기 열교환 매체를 냉각시킬 수 있다. 한편, 미설명 부호 198 및 199는 각각 확장 밸브와 고온가스 바이패스 밸브를 의미한다.
또한, 도시되지는 않았으나, 상기 온도 조절부(190)는 상기 열교환 매체의 온도를 상승시키기 위한 히터를 포함할 수도 있다. 이는 상기 열전소자(112)의 방열 및 흡열에 의해 상기 열교환 매체의 동결을 방지하고 상기 반도체 소자들(20)의 온도를 상승시키는데 소요되는 시간을 단축시키기 위함이다.
상술한 바와 같은 본 고안의 실시예들에 따르면, 복수의 온도 조절 모듈들(100)과 복수의 온도 제어 모듈들(200)을 이용하여 테스트 핸들러에서 사용되는 온도 제어 장치(10)를 구성함으로써 반도체 소자들(20)의 온도 제어에서 부분적인 오류가 발생되는 경우 해당 온도 제어 모듈(200)을 교체하거나 또는 해당 온도 제어 모듈(200)에서 손상된 보드만을 교체함으로써 온도 제어 오류를 간단하게 치유할 수 있다. 결과적으로, 상기 온도 제어 장치(10)의 유지 보수에 소요되는 시간과 비용을 크게 감소시킬 수 있으며, 특히 상기 복수의 온도 조절 모듈들(100)과 복수의 온도 제어 모듈들(200)을 이용하여 온도 제어 장치(10)를 구성함으로써 상기 온도 제어 장치(10)의 확장성을 크게 개선할 수 있다.
또한, 열전소자(112)의 제1 및 제2 측면들 상에 반도체 소자들(20)과 접촉하는 열전도체(120)와 열교환 매체의 순환이 가능한 열교환기(130)를 각각 배치하고, 상기 열교환기(130)를 상기 열전도체(120)와 동일하거나 작은 면적을 갖도록 구성함으로써, 복수의 온도 조절 유닛들(110)을 병렬로 연결하는 것을 가능하게 할 수 있다. 결과적으로, 상기 온도 조절 유닛들(110)로 이루어지는 온도 조절 모듈들(100)의 확장성이 크게 개선될 수 있으며 이에 의해 테스트 핸들러에서 테스트 보드에 동시에 접속되는 반도체 소자들(20)의 수량을 증가시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 온도 조절 유닛들(110)과 연결되는 제1, 제2 및 제3 매니폴드들(160, 170, 180)을 사용함으로써 상기 온도 조절 유닛들(110)에 공급되는 열교환 매체의 압력 및 유량을 균일하게 제어할 수 있으므로, 상기 온도 조절 유닛들(110)을 이용한 반도체 소자들(20)의 온도 제어가 균일하게 이루어질 수 있다.
특히, 상기 온도 조절 유닛들(110)이 상기 열교환기들(130)을 각각 구비하고 있으므로 상기 반도체 소자들(20)의 온도 조절에 소요되는 시간이 크게 단축될 수 있으며 또한 상기 반도체 소자들(20)의 온도가 균일하게 제어될 수 있다. 특히, 상기 열전도체(120)에는 상기 반도체 소자들(20)이 각각 접촉되는 돌출부들(122)이 구비될 수 있으므로 상기 반도체 소자들(20)의 온도 조절에 소요되는 시간이 더욱 단축될 수 있다.
상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 온도 제어 장치 20 : 반도체 소자
100 : 온도 조절 모듈 102 : 온도 센서
110 : 온도 조절 유닛 120 : 열전도체
122 : 돌출부 130 : 열교환기
132 : 입구 134 : 출구
140 : 열교환 시트 150 : 매체 순환부
160 : 제1 매니폴드 162 : 제1 오리피스
170 : 제2 매니폴드 172 : 제2 오리피스
180 : 제3 매니폴드 182 : 제3 오리피스
190 : 온도 조절부 200 : 온도 제어 모듈
210 : 온도 제어 유닛 212 : 구동 보드
214 : AD 변환 보드 216 : 제어 보드
220 : 메인 보드

Claims (8)

  1. 열전소자를 이용하여 반도체 소자들의 온도를 조절하는 복수의 온도 조절 유닛들 및 상기 온도 조절 유닛들의 온도를 측정하기 위한 복수의 온도 센서들을 포함하는 온도 조절 모듈; 및
    상기 온도 조절 유닛들의 동작을 제어하기 위한 복수의 온도 제어 유닛들이 탑재된 메인 보드를 포함하는 온도 제어 모듈을 포함하되,
    각각의 온도 제어 유닛은,
    상기 온도 조절 유닛들의 열전 소자들과 연결되어 상기 열전 소자들에 구동 전압을 인가하는 구동 보드;
    상기 온도 센서들에 의해 측정된 열전소자들의 온도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환 보드; 및
    상기 아날로그 디지털 변환 보드와 연결되어 상기 온도 디지털 신호에 기초하여 상기 구동 보드로 제어 신호를 전송하는 제어 보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 온도 조절 유닛은 상기 열전 소자의 제1 측면에 구비되어 방열 및 흡열을 통하여 반도체 소자들의 온도를 조절하기 위한 열전도체 및 상기 열전소자의 제2 측면에 구비되며 열교환을 위한 매체가 순환 가능하도록 상기 매체의 입구 및 출구가 형성된 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열교환기 내부에는 상기 매체가 표면을 따라 흐르도록 상기 입구 및 출구 사이에서 연장하는 적어도 하나의 열교환 시트가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 열전도체와 동일하거나 작은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 열전도체의 일측에는 상기 반도체 소자들과 각각 접촉되는 돌출부들이 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 온도 센서들은 상기 돌출부들에 각각 대응하도록 상기 열전도체에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 온도 조절 유닛들과 연결되며 상기 매체를 균일하게 공급하기 위한 오리피스들을 갖는 매니폴드;
    상기 매체를 저장하기 위한 탱크; 및
    상기 매니폴드와 상기 탱크 사이에 배치되며 상기 매체를 공급하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탱크에는 상기 매체의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부가 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자들의 온도를 제어하기 위한 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017142312A1 (ko) * 2016-02-15 2017-08-24 (주)제이티 소자검사장치 및 그에 사용되는 소자가압툴

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