KR20150095727A - 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드 및 시험중인 장치의 온도를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

시험중인 장치를 위한 써멀 헤드 및 시험중인 장치의 온도를 제어하기 위한 방법 Download PDF

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예우 포 고
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마벨러스 테크놀로지 피티이 엘티디
예우 포 고
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Abstract

짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치(DUT)를 위한 써멀 헤드가, (a) 냉각 실(10)을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실(10)의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며, (b) 상기 냉각 실(10) 아래에 형성된 금속판(14)을 포함하고, 상기 금속판(14)은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며, (c) 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에 형성된 공기 간격(11)을 포함하고, 상기 간격(11)의 크기는 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실(10)은 상기 금속판(14)을 향해 이동하고, (d) 금속 판의 기저부 및 냉각 실(10)의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버사이에 배열되는 한 쌍의 스프링 기구(28)를 포함한다.

Description

시험중인 장치를 위한 써멀 헤드 및 시험중인 장치의 온도를 제어하기 위한 방법{THERMAL HEAD FOR DEVICE UNDER TEST AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF DEVICE UNDER TEST}
본 발명은 일반적으로, 전기적 시험을 거치는 마이크로프로세서와 같은 시험중인 장치 또는 이용중이거나 시험중인 다른 장치의 열적 제어 및/또는 상태조정(conditioning) 분야에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 산업적 시험 상태를 거치는 동안 가열/냉각을 위해 이용되는 써멀 헤드(thermal head)에 관한 것이다.
마이크로프로세서(이하 설명에서 시험중인 장치(Devices Under Test:DUT)라고 함)를 생산하는 공정에서, 써멀 헤드라고 알려진 물-기초 열적 해결방법이 이용되어 공정의 다이내믹 시퀀스를 위한 열전 쿨러(thermoelectric cooler)의 유무와 상관없이 전기 히터에 의해 원하는 시험 온도를 제어한다.
히트 싱크(heat sink)는, 고체 재료내부에 발생된 열을 공기 또는 액체와 같은 유체로 전달하는 부품이다. 히트 싱크는 CPU, 고출력 레이저 및 발광다이오드(LEDs)와 같은 전자 및 광전기 장치들의 냉각을 돕는다. 열전냉각은 서로 다른 형태를 가진 두 개의 재료들의 연결부(junctions)들사이에서 열 플럭스(heat flux)를 형성하기 위해 펠티어(Peltier) 효과를 이용한다. 펠티어 쿨러, 히터 또는 열전 히트 펌프는, 전기에 대한 방향에 따라 전기를 소모하며 장치의 한쪽 측부로부터 다른 한쪽 측부로 열을 전달하는 고체상태 능동 히트 펌프(solid state active heat pump)이다. 상기 기구는 열전 쿨러(TEC)라고 한다.
전기 히터는 전기에너지를 열로 변환시키는 전기제품이다. 상기 모든 전기 히터내부에 있는 가열요소는 단지 전기저항이며 주울(Joule)의 가열원리에 따라 작동한다. 상기 저항기를 통과하는 전류는 전기에너지를 열에너지로 변환시킨다.
회로의 단위면적에 대해 측정되는 마이크로프로세서의 전자회로 칩 밀도가 증가함에 따라, 열에너지도 상응하여 증가되며, 상기 장치들이 높은 주파수로 작동할 때 상기 열에너지는 상기 장치들로부터 제거되어야 한다.
따라서, 마이크로프로세서로부터 충분한 열을 제거하는 것이 중요한 문제로 보인다. 또한, 에너지 낭비 없이 가능한 많은 열을 제거하지만 설정된 목표 온도상태를 유지하는 것이 특히 바람직하다.
그러나, 상대적으로 큰 핀(fin) 구조체를 가진 히트 싱크가 이용되면, 종래기술을 따르는 히트 싱크의 성능은 제한된다. 상대적으로 긴 핀들의 끝(tip)에 열이 도달하지 못하여 효율이 급속하게 떨어지기 때문에 상기 히트 싱크들은 제한된다. 도 1은, 종래기술을 따르는 물-기초 써멀 헤드의 기계적 적층(stack- up)구조를 개략적으로 도시한다. 이러한 물- 기초 써멀 헤드들의 일반적인 조립체들은, 시험중인 장치와 써멀 헤드의 모든 주요 부품들과 일정한 기계적 접촉을 유지하여 도 2에 도시된 것처럼 일정한 열 제거를 허용한다. 상기 써멀 헤드의 주요 부품들과 일정한 접촉이 가지는 문제점에 의하면, 냉각실(cooling chamber)내부의 쿨러 온도를 상쇄하기 위해 상대적으로 많은 에너지가 필요하기 때문에 상기 써멀 헤드가 상대적으로 높은 특정 온도에서 장치를 시험하기 위해 써멀 헤드가 이용되면 에너지 낭비가 발생한다.
미국특허 제6,084,215호에 공개된 시험장치는 웨이퍼 상태에서 칩을 시험할 수 있다. 웨이퍼 상태에서 상기 칩의 신뢰성 시험을 수행하는 동안 시험 온도를 정확하게 파악하고 안정시키는 웨이퍼 온도 제어 장치가 제안된다.
미국 특허 제8,040,145호에 공개된 온도 제어장치는, 일체형 히터와 감지 요소를 가진 소형 유체- 냉각방식의 히트 싱크를 포함한다. 상기 장치는, 시험 단계 동안 반도체 장치와 같은 전자 DUT에 대해 제어된 온도를 가진 표면을 제공하기 위해 온도 제어 시스템의 일부분으로서 이용된다. 액체 냉각방식의 히트 싱크는 유입구, 유출구 및 열전달 부분을 가진 두 개의 내부 냉각 통로를 포함한다. 상기 열전달 부분들은 별도의 평면에 배열되고 냉각 핀들을 포함할 수 있다. 상기 장치내부에 두 개의 일체형 히터들이 배열된다.
미국 특허 제7,639,029호에 공개되고 열적 유닛과 함께 이용되는 히트 싱크 받침대 장치는, 시험하는 동안 유닛과 접촉하도록 구성된 받침대를 가진 삽입기(interposer), 상기 삽입기와 열적 유닛사이에서 압축되는 인터페이스 매체 챔버를 포함하고, 상기 인터페이스 매체 챔버의 주변부(perimeter)가 인터페이스 밀봉체(sealant)에 의해 형성되며, 상기 삽입기를 고정하고 상기 열적 유닛에 장착되며 리테이너 개구부(retainer opening)를 가진 리테이너를 포함하여 상기 받침대가 상기 리테이너 개구부를 통해 연장되고 시험과정 동안 상기 유닛과 접촉한다.
미국특허 제6,489,793호에 공개되고 시험중인 장치의 온도를 제어하기 위한 시스템은, 시험 과정동안 장치에 의한 순간적인 파워 소비를 측정하기 위한 측정 장치, 상기 장치와 전도성 접촉을 가지는 열교환기 및, 상기 장치에 의한 순간적인 파워 소비 측정값을 이용하여 상기 열교환기를 제어하여 시험과정 동안 장치의 온도를 제어하기 위한 열제어기를 포함하고, 상기 측정 장치는 적어도 한 개의 파워 공급에 의해 장치로 공급되는 전류를 감시하기 위한 적어도 한 개의 전류 측정 장치를 포함하고 상기 한 개이상의 파워 공급에 의해 장치로 공급되는 전압을 감시하기 위한 적어도 한 개의 전압 측정장치를 포함하며 감시되는 전류와 전압으로부터 파워 이용신호를 발생시키기 위해 상기 적어도 한 개의 전류 측정 장치와 상기 적어도 한 개의 전압 측정장치에 연결된 감시 회로를 포함하고 장치의 온도를 예측하기 위해 방정식을 이용하는 열 제어 회로를 포함하고 열교환기의 설정(setting)을 결정하기 위한 열 제어기를 포함한다.
미국특허 제6,886,976호에 시험중인 전자 부품의 온도를 제어하기 위한 방법을 공개하고, 상기 방법은 (a) 시험중인 장치에 대해 제 1 열적 경로를 제공하도록 구성된 히터 조립체 및, 시험중인 장치에 대해 제 2 열적 경로를 제공하도록 구성된 히트 싱크를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 열적 경로들은 시험중인 상기 장치와 연결되고 병렬로 구성된 열 저항기들에 해당하며, 상기 히터 조립체는 가열 표면을 포함하고, 상기 히트 싱크는 상기 가열표면과 공면을 이루고 물리적으로 뚜렷한 냉각 표면을 포함한 온도 제어 장치를 구하는 단계, (b) 상기 냉각 표면을 시험중인 상기 장치의 제 1 부분에 가하는 단계 및, (c) 시험 온도 설정에 응답하여 시험중인 장치의 제 2 부분에 대해 동시에 가열 표면을 가하는 단계를 포함한다.
"신속한 시험을 위한 반도체 핸들러(handler)"라는 제목을 가진 미국 특허 제6,717,115호에 공개되고 가열 판을 가진 반도체 처리 시스템은, a) 복수 개의 관통 구멍을 가진 제 1 부재, b) 상기 제 1 부재와 근접하게 위치하고 진공 채널을 가진 제 2 부재, c) 상기 가열 판내에 삽입된 전기 저항 가열기, 및 d) 유체 유입구와 유체 유출구를 가지고 상기 제 1 부재와 제 2 부재 중 적어도 한 개의 표면내에 형성된 유체 통로를 포함한다.
본 발명을 따르는 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드는 시험중인 장치를 시험하는 동안 써멀 헤드의 특정 가열 및 냉각 영역에 대한 절연(isolation)을 제공하기 때문에, 종래기술의 써멀 헤드내에 구성된 가열 및 냉각 영역의 기계적 접촉을 통해 일정한 열전달을 제거함으로써 온도 상태를 유지하는 동안 에너지 낭비를 상당히 감소시킨다.
본 발명의 주요 목적은, 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드를 제공하여, 상기 써멀 헤드의 냉각 실은 냉각된 물, 공기, 프레온 및 다른 냉각매체와 같은 유체의 냉각 유동을 이용하여 유체 냉각된다. 상기 장치의 온도가 -50℃ 내지 200℃, 선호적으로 -10℃ 내지 120℃의 범위를 가질 때 소산 출력(dissipate power)은 1000W에 이른다.
본 발명의 또 다른 목적은, 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드를 제공하여, 상기 써멀 헤드가 높은 열적 성능을 유지하는 동안 열전 쿨러의 이용을 제거하여 전기소비가 상당히 감소되기 때문에 써멀 헤드는 비용 효율적이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해, 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드가 제공되고, 상기 써멀 헤드는,
(a) 상기 보호 케이싱내부에서 냉각 실을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
(b) 상기 냉각 실 아래에 형성되고 삽입된 히터를 가진 금속판을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
(c) 상기 냉각 실과 금속판사이에 형성된 공기 간격을 포함하고, 상기 간격의 크기는 상기 냉각 실과 금속판사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실은 상기 금속판을 향해 이동하고,
(d) 냉각이 필요하지 않을 때 냉각 실을 상향으로 분리하여 간격을 형성하도록 금속판의 기저부 및 냉각 실의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버사이에 배열되는 한 쌍의 스프링 기구를 포함하며, 상기 공압 제어 기구에 의해 상기 냉각 실의 하향 직선 운동이 수행되고, 상기 금속판의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실이 상기 금속판과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 상기 금속판내에 삽입된 히터에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어된다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해, 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 제공하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드가 제공되고, 상기 써멀 헤드는,
(a) 복수 개의 O링 그루브들을 장착한 상기 보호 케이싱내부에서 냉각 실(10)을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
(b) 상기 냉각 실 아래에 형성되고 삽입된 히터를 가진 금속판을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
(c) 상기 냉각 실과 금속판사이에 형성된 공기 간격을 포함하고, 상기 간격의 크기는 상기 냉각 실과 금속판사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실은 상기 금속판을 향해 이동하고,
(d) 냉각이 필요하지 않을 때 냉각 실을 상향으로 분리하여 간격을 형성하도록 금속판의 기저부 및 냉각 실의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버사이에 배열되는 한 쌍의 스프링 기구를 포함하며,
(e) 분리된 부분으로 형성되고 상기 냉각 실과 연결된 핀 배열을 포함하고, 상기 공압 제어 기구에 의해 상기 냉각 실의 하향 직선 운동이 수행되고, 상기 금속 판의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실이 상기 금속판과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 상기 금속판내에 삽입된 히터에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어된다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해, 써멀 헤드를 이용하여 시험중인 장치의 온도를 시험중인 장치를 위한 쿨러 온도로 제어하는 방법이 제공되고 상기 방법은,
(i) 시험중인 장치의 표면에 상기 써멀 헤드를 배열하여 써멀 헤드의 금속판(14)이 시험중인 장치와 완전히 접촉하는 단계,
(ii) 시험중인 장치로부터 열을 소산시키기 위해 상기 냉각 실이 상기 금속판과 완전히 접촉할 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각 실을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속 판(14)으로 이동시키는 단계,
(iii) 냉각 유체를 상기 냉각 실의 한쪽 변부에서 유입구로 통과시키고 상기 냉각 실의 유출구로부터 상기 냉각 유체를 배출시켜서 시험중인 장치로부터 발생된 열이 상기 냉각 유체에 의해 이동하는 단계를 포함한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해, 시험중인 장치를 가열하기 위하여 써멀 헤드를 이용하여 시험중인 장치의 온도를 제어하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,
(i) 써멀 헤드의 금속판이 상기 시험중인 장치와 완전히 접촉할 때 상기 금속판 및 냉각실사이에 상당한 간격이 형성될 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각실을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속판으로부터 떨어져 이동시키는 단계,
(ii) 상기 냉각실의 한쪽 변부에서 유입구를 통해 상기 냉각실로 냉각 유체가 통과하는 것을 정지시키는 단계,
(iii) 상기 시험중인 장치의 목표 온도가 구해질 때까지 상기 금속판의 삽입된 히터로 상기 금속판을 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위해, 써멀 헤드가 도달할 수 있는 온도범위가 -50℃ 내지 200℃인 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드가 제공된다.
본 발명의 특징들에 의하면, 여러 가지 장점들이 실현된다. 한 가지 장점에 의하면, 본 발명의 써멀 헤드에 의해 작업자들은 종래기술의 써멀 헤드보다 더욱 신속하게 작업 목표 및/또는 작업 상태에 도달할 수 있고, 따라서 작업시간과 작업 상태가 상대적으로 짧은 시간에 충족되기 때문에 에너지 낭비가 상대적으로 적고 에너지 이용은 감소된다.
본 발명은, 본 발명을 제한하지 않고 오직 이해를 위해서 아래에 주어진 상세한 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은, 냉각 실이 열전 쿨러 및/또는 가열 판과 같은 써멀 헤드의 다른 주요 부품들과 일정한 기계적 접촉을 유지하는 종래기술의 써멀 헤드를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래기술을 따르는 써멀 헤드 조립체의 일정한 열 제거를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은, 본 발명에 따라 냉각 실과 금속판사이에 공기 간격이 형성된 본 발명의 써멀 헤드 조립체를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는, 공기 간격에 의해 열전달이 제한되고 도 3에 도시된 적재구조를 따르는 열저항을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는, 본 발명을 따르는 써멀 헤드의 사시도.
도 6은 본 발명을 따르는 히트 싱크를 개략적으로 도시한 배면도.
도 7은 본 발명의 선호되는 실시예에서 써멀 헤드의 공압 스프링 기구를 도시한 도면.
도 8은 본 발명을 따르는 상부 고정구 및 장착 폴들을 가진 써멀 헤드를 도시한 사시도.
도면들을 참고할 때 본 발명의 실시예가 설명된다. 그러나 본 발명이 히트 싱크 시스템내에서 이용될 수 있는 다양한 발명들 또는 개선예들을 설명하지만, 이러한 개선예들을 단일 적용예에서 개별적으로 이용되거나 모든 형태를 포함한 다양한 다양한 조합이 함께 이용될 수 있다. 상기 목적을 위해, 본 명세서에 설명되는 실시예들은 집합적으로 이용될 수도 있기 때문에 개별 발명으로 간주되어서는 안된다.
도 1은 시험중인 장치들에서 현재 이용되는 전형적인 써멀 헤드(thermal head)를 도시한다. 써멀 헤드는 프로세서의 시험/인증(validation)을 위해 형성된 계측 장치 부품이다. 종래기술에 의하면, 상기 써멀 헤드의 모든 부품들은 시험 조건과 무관하게 서로 영구적으로 적재된다. 종래기술의 상기 써멀 헤드는, 물 챔버(10) 등, 열전 쿨러(12) 및 삽입된 전기 히터(14)를 가진 가열 판을 포함한다. 종래기술을 따르는 부품들의 기계적 적재(stack- up)에 의해 열교환이 일정하게 형성되고, 그 결과 에너지 낭비는 목표 설정 온도 조건을 유지하게 된다. 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은 시험중인 장치가 쿨러 온도에서 시험되어야 할 때, 가열판으로 형성된 열에너지가 물 챔버로 전도됨에 따라 상기 마이크로프로세서의 온도를 목표 온도로 감소시키기 위해 상대적으로 많은 에너지가 이용된다.
도 2를 참고할 때, 일정한 열전달이 상기 가열 판으로부터 상기 열전 쿨러(12)를 통해 물 챔버(10)로 형성되고, 상기 물 챔버(10)를 통과하는 냉각수의 유동에 의해 열이 소산된다. 마이크로프로세서가 어떤 온도까지 가열되어야 하면, 상기 물 챔버(10)로 냉각수의 유동이 단절되더라도 상기 히터로부터 발생된 열에너지의 일부분은 전도에 의해 상기 물 챔버(10)로 전달된다.
도 3은 본 발명을 따르는 써멀 헤드 시스템을 개략적으로 도시한다. 본 발명에 의하면, (도 6에 도시된) 짐벌 고정구(gimbal fixture) 및 보호 케이싱(21)을 가지고 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드는,
(a) 상기 보호 케이싱(21)내부에서 냉각 실(10)을 포함하고, 상기 냉각 실은 상기 냉각 실(10)의 각각의 마주보는 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각된 물 또는 공기, 프레온(Freon) 및 다른 냉각 매체들과 같은 냉각 유체의 유동을 위해 제공되고 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
(b) 상기 냉각 실(10) 아래에 위치하고 삽입된 히터를 가진 금속판(14)을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판(14)은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
(c) 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에 형성된 공기 간격(11)을 포함하고, 상기 간격(11)의 크기는 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실(10)은 상기 금속판(14)을 향해 이동하고,
상기 금속 판(14)의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실(10)이 상기 금속판(14)과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 상기 금속 판(14)속에 삽입된 히터에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어된다. 본 발명에 의하면, 시험중인 장치를 위한 시험 요건에 따라 상기 금속판(14)내부에 항상 히터가 필요한 것은 아니다. 시험중인 장치에 의해 열이 발생됨에 따라 상기 금속판(14)은 히터를 가지지 않을 수 있다.
본 발명에 의하면, 공기실(16), 공기 유입구 구멍(27) 및 복수 개의 O 링 그루브(29)를 포함한 공압 기구가 구성되어 냉각실(10)은 선형 하향 운동을 형성하여 상기 금속판(14)의 표면과 접촉한다. 따라서, 상기 마이크로프로세서의 열은 소산되거나 마이크로프로세서는 목표 온도까지 냉각된다.
한 쌍의 스프링 기구(28)가 방출 기저부(26) 및 냉각 실(10)의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버(jacket cover)사이에 배열되어 냉각이 필요없을 때 냉각 실(10)을 상부를 향해 분리시키고 간격(11)을 형성한다.
본 발명의 또 다른 선호되는 실시예에 의하면, 써멀 헤드는 가열판과 분리된 부분인 핀 배열(fin array)(24)를 추가로 포함한다. 상기 핀 배열(24)은 냉각 실(10)에 연결된 부분이다. 상기 냉각 실(10)과 접촉하는 표면적을 용이하게 증가시키는 복수 개의 돌출 블록들이 상기 핀 배열(24)에 형성되기 때문에 상기 핀배열(24)은 금속판(14)의 열전달 영역을 증가시킨다.
모든 부품들은, 방출 기저부(26)를 가진 (도 6의) 짐벌 고정구(20)내에 포함되고 (도 8에 도시된) 복수 개의 장착 폴(poles)(30)에 의해 지지되며, 상기 장착폴(30)들은 각각 상기 기저부(26)의 코너들에 배열된다.
본 발명에 의하면, 종래기술의 써멀 헤드내에서 이용되는 열전 쿨러가 필요하지 않고 대신에 공기 간격(11)이 제공되며 상기 공기간격은 삽입된 히터(14)를 가진 가열파과 상기 냉각 실(10)사이에 배열된다. 상기 공기 간격(11)은 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에서 전도에 의한 열 제거를 제한한다.
시험중인 장치가 상대적으로 높은 온도에서 작동해야 한다면 상기 간격(11)에 의해 금속판(14)으로부터 열전달이 방지되어야 한다. 다시 말해, 마이크로프로세서에 의해 발생된 열은 유지되고 따라서 삽입된 히터에 의해 가열된 금속판(14)으로부터 요구되는 열 에너지량은 상대적으로 작다.
본 발명에서, 상기 가열 판(14)의 냉각 및 가열 요건은 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어된다.
도 5 및 도 6을 참고할 때, 상기 써멀 헤드는 상기 써멀 헤드를 위한 강성 구조체를 형성하고 두 부분으로 형성된 직사각형의 금속판 조립체인 짐벌 고정구(20), 보호 케이싱(21), 공기실(16), 냉각 실(10), 핀 배열(24), 삽입된 히터(14)를 가진 금속판 및 방출 기저부(26)를 포함한다. 상기 짐벌 고정구(20)는 스프링 하중을 받는 금속판 조립체이며 상기 보호 케이싱(21)은 본 발명을 따르는 써멀 헤드 조립체를 둘러싸기 위한 판 형상의 구조체이다. 삽입된 히터를 가진 금속판(14)은 예를 들어, 마이크로프로세서와 같이 시험중인 장치에 의해 발생되는 열을 흡수하는 매체이며, 다음에 상기 열은 상기 핀 배열(24)로 전달되어 주위환경으로 소산된다.
본 발명에 의하면, 상기 핀 배열(24)은 (도면에 도시되지 않은 ) 복수 개의 소형 돌출 블록들을 가져서 일정한 유동의 냉각수를 가진 표면 접촉영역을 증가시키는 판 형상의 구조체이고, 상기 핀 배열은 전도 및 대류를 통해 열전달을 개선시켜서 시험중인 장치로부터 최대 열 제거 효율을 달성한다.
본 발명은 또한, 상기 구조를 가진 써멀 헤드를 이용하여 시험중인 장치의 온도를 시험중인 장치를 위한 쿨러 온도로 제어하기 위한 방법을 공개한다. 상기 방법은,
(i) 시험중인 장치의 표면에 상기 써멀 헤드를 배열하여 써멀 헤드의 금속판(14)이 시험중인 장치와 완전히 접촉하는 단계,
(ii) 시험중인 장치로부터 열을 소산시키기 위해 상기 냉각 실(10)이 상기 금속판(14)과 완전히 접촉할 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각 실(10)을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속 판(14)으로 이동시키는 단계,
(iii) 냉각된 물, 냉각된 공기, 프레온 및/또는 다른 매체와 같은 냉각 유체를 상기 냉각 실(10)의 한쪽 변부에서 유입구로 통과시키고 상기 냉각 실(10)의 유출구로부터 상기 냉각 유체를 배출시켜서 시험중인 장치로부터 발생된 열이 상기 냉각 유체에 의해 이동하는 단계를 포함한다. 따라서 마이크로프로세서 또는 시험중인 장치는 냉각된다.
시험중인 장치가 상대적으로 높은 온도에서 시험되어야 할 때, 본 발명에 의하면 상기 방법은, (i) 상기 금속판(14)이 상기 시험중인 장치와 완전히 접촉할 때 상기 금속판(14) 및 냉각실(10)사이에 상당한 간격이 형성될 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각실(10)을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속판(14)으로부터 떨어져 이동시키는 단계, (ii) 상기 냉각실(10)의 한쪽 변부에서 유입구를 통해 상기 냉각실(10)로 냉각 유체가 통과하는 것을 정지시키는 단계, (iii) 상기 시험중인 장치의 목표 온도가 구해질 때까지 상기 금속판(14)의 삽입된 히터로 상기 금속판(14)을 가열하는 단계를 포함한다. 앞서 설명한 것처럼, 상기 써멀 헤드의 냉각 실(10)은 상기 공압기구에 의해 하향 직선 운동을 수행하고, 상기 냉각 실(10)의 분리에 의한 상향운동은 스프링 기구에 의해 수행된다.
본 발명을 따르는 써멀 헤드에 의해 구해지는 온도범위는 -50 내지 200℃이다.
도 7은 본 발명을 따르는 써멀 헤드를 개략적으로 도시한다. 도면에 도시된 것처럼, 공기 유입구 구멍(27) 및 O 링 그루브(29)와 함께 공기실(16) 및 냉각 실(10)에 의해 상기 냉각 실(10)은 상기 금속판(14)의 표면으로 하향 직선 운동을 수행하여 시험중인 장치로부터 열을 제거한다. 다시 말해, 공압 기구 등에 의해 상기 냉각 실(10)은 하향으로 운동한다. 본 발명에 의하면, 상기 냉각 실(10)의 하향운동에 의해 상기 냉각 실은 상기 금속판(14)의 상부표면과 결합하여 시험중인 장치로부터 발생된 열을 제거한다. 도 7을 다시 참고할 때, 시험중인 장치의 냉각작용이 필요하지 않은 경우에, 한 쌍의 코일 스프링 기구(28)는 기계적 상향 분리 운동을 제공하여 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에 공기 간격(11)이 형성된다.
도 8은, 복수 개의 연장된 장착 폴(poles)(30)들에 의해 상기 짐벌 고정구(20)에 고정되는 기저부(26)를 도시한다. 본 발명에 의하면, 네 개의 장착 폴(20)들은 각각, 상기 기저부(26)와 상기 짐벌 고정구(20)의 각 코너에서 수직으로 배열된다. 복수 개의 플런저들이 상기 기저부(26)에 고정되어, 상기 써멀 헤드가 제거되는 동안 마이크로프로세서와 같은 시험중인 장치로부터 상기 금속판(14)을 분리시킨다.
앞서 설명한 것처럼, 본 발명에 의해 상기 시험중인 장치는 -50℃ 내지 200℃의 온도범위에서 시험될 수 있고, 상기 냉각 실(10)과 상기 금속판(14)사이에 상기 간격(11)이 존재할 때 상기 써멀 헤드는 종래기술의 써멀 헤드보다 더욱 신속하게 작업 목표 또는 상태를 달성할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 써멀 헤드가 이용되면 열적 응답(thermal response)이 짧다. 그 결과, 작업 시간과 작업조건들이 상대적으로 적은 에너지를 가지고 매우 짧은 시간내에 충족되므로 에너지가 절감된다.
본 발명이 현재 선호되는 실시예로서 간주되는 것으로 설명되지만, 당업자들은 다수의 변형예들과 수정예들을 알 수 있다. 따라서 본 발명은 설명된 실시예로 한정되는 것이 아니라 첨부된 청구항들의 전체 범위와 사상으로부터 해석되어야 한다.
14.....금속 판,
10.....냉각실,
16.....공기실,
27.....공기 유입구,
29.....O 링 그루브,
28.....스프링 기구.

Claims (14)

  1. 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드에 있어서,
    (a) 상기 보호 케이싱내부에서 냉각 실을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
    (b) 상기 냉각 실 아래에 형성된 금속판을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
    (c) 상기 냉각 실과 금속판사이에 형성된 공기 간격을 포함하고, 상기 간격의 크기는 상기 냉각 실과 금속판사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실은 상기 금속판을 향해 이동하고,
    (d) 금속판의 기저부 및 냉각 실의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버사이에 배열되는 한 쌍의 스프링 기구를 포함하며,
    상기 공압 제어 기구에 의해 상기 냉각 실의 하향 직선 운동이 수행되고, 상기 금속판의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실이 상기 금속판과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 장치 자체에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어되는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  2. 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드에 있어서,
    (a) 복수 개의 O링 그루브들을 장착한 상기 보호 케이싱내부에서 냉각 실(10)을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
    (b) 상기 냉각 실 아래에 형성된 금속판을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
    (c) 상기 냉각 실과 금속판사이에 형성된 공기 간격을 포함하고, 상기 간격의 크기는 상기 냉각 실과 금속판사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실은 상기 금속판을 향해 이동하고,
    (d) 금속 판의 기저부 및 냉각 실의 마주보는 변부에서 냉각 실을 위한 재킷 커버사이에 배열되는 한 쌍의 스프링 기구를 포함하며,
    (e) 분리된 부분으로 형성되고 상기 냉각 실과 연결된 핀 배열을 포함하고, 상기 공압 제어 기구에 의해 상기 냉각 실의 하향 직선 운동이 수행되고, 상기 금속 판의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실이 상기 금속판과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 상기 금속판내에 삽입된 히터에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어되는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 핀 배열은 냉각 실과 접촉하는 표면적을 증가시키기 위해 복수 개의 돌출 블록을 가지는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 써멀 헤드가 분리될 때 시험중인 장치로부터 상기 가열 금속판을 분리하기 위해 상기 써멀 헤드의 기저부에 복수 개의 소형 플런저들을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 실이 상기 짐벌 고정구에 이동가능하게 장착되어 상기 냉각 실은 아래로 이동하고 써멀 헤드의 금속판과 접촉하며 금속판을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 금속판이 삽입된 히터에 의해 가열되어야 할 때 상기 냉각 실은 상기 금속판으로부터 떨어져 이동하는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속판은 삽입된 히터를 가지는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  8. 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드에 있어서,
    상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에 공기 간격이 형성되고 써멀 헤드의 가열과 냉각 과정의 효율을 개선하기 위한 절연 수단으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  9. 짐벌 고정구, 보호 케이싱을 포함하고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드를 이용하여 시험중인 장치의 온도를 시험중인 장치를 위한 쿨러 온도로 제어하는 방법에 있어서,
    (i) 시험중인 장치의 표면에 상기 써멀 헤드를 배열하여 써멀 헤드의 금속판(14)이 시험중인 장치와 완전히 접촉하는 단계,
    (ii) 시험중인 장치로부터 열을 소산시키기 위해 상기 냉각 실이 상기 금속판과 완전히 접촉할 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각 실을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속 판(14)으로 이동시키는 단계,
    (iii) 냉각 유체를 상기 냉각 실의 한쪽 변부에서 유입구로 통과시키고 상기 냉각 실의 유출구로부터 상기 냉각 유체를 배출시켜서 시험중인 장치로부터 발생된 열이 상기 냉각 유체에 의해 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 시험중인 장치를 가열하기 위하여 짐벌 고정구, 보호 케이싱을 포함하고 공압 제어 기구를 형성하기 위해 복수 개의 O링 그루브들과 공기 유입구를 가진 공기실을 포함하며 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드를 이용하여 시험중인 장치의 온도를 제어하는 방법에 있어서,
    (i) 써멀 헤드의 금속판이 상기 시험중인 장치와 완전히 접촉할 때 상기 금속판 및 냉각실사이에 상당한 간격이 형성될 때까지 상기 써멀 헤드의 냉각실을 상기 써멀 헤드의 가열된 금속판으로부터 떨어져 이동시키는 단계,
    (ii) 상기 냉각실의 한쪽 변부에서 유입구를 통해 상기 냉각실로 냉각 유체가 통과하는 것을 정지시키는 단계,
    (iii) 상기 시험중인 장치의 목표 온도가 구해질 때까지 상기 금속판의 삽입된 히터로 상기 금속판을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 냉각실을 금속판으로 이동시키는 단계는 공기 실, 공기 유입구 및 복수 개의 O 링 그루브들에 의해 형성된 공압 기구에 의해 수행되고, 상기 냉각실을 금속판과 분리시키는 단계는 스프링 기구에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 유체는 냉각된 물, 프레온 또는 냉각된 공기를 포함한 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 따라 시험중인 장치의 온도를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 냉각 유체는 냉각된 물, 프레온 또는 냉각된 공기를 포함한 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 짐벌 고정구 및 보호 케이싱을 가지고 시험중인 장치를 위한 써멀 헤드에 있어서,
    (a) 상기 보호 케이싱(21)내부에서 냉각 실(10)을 포함하고, 상기 유입구로부터 유출구까지 냉각 유체의 유동을 위해 상기 냉각 실은 상기 냉각 실(10)의 마주보는 각 변부에서 적어도 한 개의 유입구 및 적어도 한 개의 유출구를 가지며 상기 써멀 헤드와 접촉하는 시험중인 장치로 냉각온도를 제공하며,
    (b) 상기 냉각 실(10) 아래에 형성되고 삽입된 히터를 가진 금속판(14)을 포함하고, 상기 써멀 헤드가 작동할 때 상기 금속판(14)은 시험중인 장치의 표면과 접촉하며,
    (c) 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이에 형성된 공기 간격(11)을 포함하고, 상기 간격(11)의 크기는 상기 냉각 실(10)과 금속판(14)사이의 거리에 의존하며, 상기 냉각 실(10)은 상기 금속판(14)을 향해 이동하고,
    상기 냉각 실(10)은 공압 제어 또는 자기적 제어에 의해 금속판에 대해 상향 또는 하향으로 이동할 수 있고, 상기 금속판의 바로 아래에 배열되고 시험중인 장치가 가지는 시험 온도의 열적 응답 시간 또는 시험중인 장치의 온도는, 작동중인 상기 냉각실이 상기 금속판과 접촉할 때 시험중인 장치가 냉각되거나 상기 금속판내에 삽입된 히터에 의해 시험중인 장치를 가열하여 제어되는 것을 특징으로 하는 써멀 헤드.
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