KR20210030409A

KR20210030409A - 전자 장치의 열 제어를 위한 조립체 및 하위 조립체

Info

Publication number: KR20210030409A
Application number: KR1020217003656A
Authority: KR
Inventors: 제리 아이호르 투스타니우스키으즈; 어니스트 스티브 블랑코
Original assignee: 델타 디자인, 인코포레이티드
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-03-17
Also published as: US20200060019A1; WO2020014163A1; JP2021530686A; EP3821258A1; US11039528B2

Abstract

장치의 온도를 제어하기 위한 조립체는, 원하는 설정 온도 이하의 온도로 유지되도록 구성된 열 싱크; 장치의 표면에 열적으로 결합되도록 구성된 표면을 갖는 히터 요소; 및 상기 열 싱크와 상기 히터 요소 사이에 개재된 열 전도성 받침대를 포함한다. 히터는, 장치의 온도가 설정 점 온도 아래로 떨어질 때, 상기 장치에 열을 가하도록 구성되고, 상기 장치의 온도가 설정 점보다 높을 때 열은 상기 받침대 및 상기 히터 요소를 통해 상기 열 싱크로 전달될 수 있다.

Description

전자 장치의 열 제어를 위한 조립체 및 하위 조립체

본 개시는 일반적으로 테스트 대상 반도체 전자 장치와 같은 장치의 온도를 제어하기 위한 조립체 및 하위 조립체에 관한 것이다.

패키징된 집적 회로 칩 및 패키징되지 않은 베어(bare) "칩"과 같은 전자 장치를 테스트하고 취급하기 위한 시스템은 일반적으로 장치를 테스트하는 동안 전자 장치의 온도를 일정한 설정 점 온도에 가깝게 유지하는 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 디지털 논리 회로나 메모리 회로 또는 아날로그 회로와 같은 모든 유형의 회로를 칩에 통합할 수 있다. 또한 칩의 회로는 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터와 같은 모든 유형의 트랜지스터로 구성될 수 있다.

테스트하는 동안 칩의 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 특정 온도에서 오류가 있는지 다양한 집적 회로를 테스트하는 것이 일반적이다. 또한 칩 산업의 일반적인 관행은 특정 유형의 칩을 대량 생산한 다음 속도를 분류하고 더 빠른 작동 칩을 더 높은 가격에 판매하는 것이다. CMOS 메모리 칩과 CMOS 마이크로 프로세서 칩은 이러한 방식으로 처리된다. 그러나 칩이 작동하는 속도는 온도에 따라 달라질 수 있으므로 이러한 칩의 속도를 적절하게 결정하기 위해 속도 테스트를 수행하는 동안 각 칩의 온도를 거의 일정하게 유지해야 한다.

칩의 순간적인 전력 손실이 일정하거나 속도 테스트가 수행되는 동안 작은 범위에서 변화한다면 일정한 설정 점 근처에서 칩 온도를 유지하는 것은 비교적 간단할 수 있다. 그러나 속도 테스트가 수행되는 동안 칩의 순간적인 전력 손실이 넓은 범위에서 위아래로 변하는 경우 칩 온도를 일정한 설정 점 근처로 유지하는 것이 더 어려울 수 있다. 장치 전력 손실이 큰 변화를 일으킬 때마다 온도와 속도도 큰 변화를 가져올 것이다.

상기 문제는 트랜지스터의 수가 온 또는 오프될 때 순간적인 전력 손실이 증가하기 때문에 집적 회로에서 트랜지스터의 밀도가 증가함에 따라 특히 문제가 되고 있다. 예를 들어 CMOS 칩의 속도 테스트 중에 스위칭되는 트랜지스터의 수는 항상 변경된다. 따라서 칩의 전력 손실과 온도 및 속도는 항상 변한다. 또한 이러한 변화의 크기는 더 많은 트랜지스터가 단일 칩에 통합됨에 따라 증가한다. 왜냐하면, 특정 순간에 스위칭하는 트랜지스터의 수가 없는 것에서 칩의 모든 트랜지스터까지 다양하기 때문이다.

성능 테스트에 더하여, 전자 부품을 원하는 설정 점 온도로 신속하게 가열하거나 냉각시키기 위해 "번인(burn-in)" 테스트와 같은 다른 응용 분야에서 열 제어 시스템을 이용하는 것이 바람직하다.

본 명세서에 설명된 실시 형태는 일반적으로 전자 부품의 열 제어를 위한 조립체 및 하위 조립체에 관한 것이다.

일 양태에 따르면, 온도 제어 조립체는 열 전도성 받침대 및 히터 요소를 포함하는 히터와 열 싱크를 포함한다. 히터는 열 싱크와 장치 사이에 배치된다. 이전 설계와 달리, 받침대는 열 싱크와 히터 요소 사이에 배치된다. 작동시 열 싱크의 온도는 장치에 대해 원하는 설정 온도보다 낮다. 히터 요소는 장치의 온도가 설정 점 온도 아래로 떨어질 때 장치에 열을 가하도록 제어된다. 장치의 온도가 설정 점 온도보다 높으면 히터 요소가 제어(예: 꺼짐)되어 받침대 및 히터 요소를 통해 장치에서 열 싱크로 열이 전달되도록 하여, 장치 온도를 소정의 설정 점 온도로 낮춘다.

특정 실시 형태에 따르면, 열 전도성 인터페이스 재료는 열 싱크와 받침대 사이에 배치된다. 인터페이스 재료는 선택적으로 탄소 나노 튜브 재료 또는 열 전도성 에폭시를 포함할 수 있다.

특정 실시 형태에 따르면, 열 전도성 인터페이스 재료가 받침대와 히터 요소 사이에 배치된다. 인터페이스 재료는 선택적으로 열 전도성 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다.

특정 실시 형태에 따르면, 조립체는 장치에 대해 이동 가능하며, 이에 의해 히터가 장치의 표면과 열적으로 결합되도록 이동된다.

특정 구체 형태에 따르면, 열 전도성 금속화층이 히터 요소의 표면 상에 형성되고, 장치 표면의 특정 부분과 접촉하도록 트리밍된다.

특정 실시 형태에서, 받침대 및 히터는 열 싱크에서 분리 가능한 하위 조립체로 구성되어, 다른 크기의 유닛이 다른 크기의 전자 장치를 제어하기 위해 히터에 부착될 수 있도록 한다. 일부 실시 형태에서, 받침대 및 히터 하위 조립체는 리테이너 부재를 사용하여 열 싱크에 분리 가능하게 결합된다.

특정 실시 형태에서, 하위 조립체는 열 싱크를 포함하는 열 헤드의 다른 각도 위치에 장착될 수 있다.

특정 실시 형태에서, 온도 제어 조립체와 장치 사이에 열 인터페이스 재료가 제공된다. 열 인터페이스 재료는 열 전도성 액체 또는 탄소 나노 튜브 재료와 같은 높은 열 전도성 재료를 포함한다.

본 개시 내용의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부 도면과 연관하여 기재된 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 완전히 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시에 따른 몇몇 구현만을 도시하므로, 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 이해하면, 본 개시는 첨부된 도면의 사용을 통해 추가적인 구체적이고 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열 제어 조립체를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시 형태에 따른 열 제어 조립체를 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 종래 기술의 열 제어 조립체의 열적 특성을 나타내는 다이어그램이다.
도 4는 도 2에 따른 열 제어 시스템의 열 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 따른 열 제어 조립체의 열 응답성과 종래 기술의 열 제어 조립체의 열 응답성을 비교하는 차트이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다른 양태에 따른 열 제어 조립체의 사시도이다.
도 7은 테스트 대상 장치(DUT)의 온도를 제어하도록 구성된 열 제어 조립체의 측면 사시도이다.
도 8a는 다른 실시 형태에 따른 열 제어 조립체의 측단면도이다.
도 8b는 도 8a의 열 제어 조립체의 사시도이다.
도 9a는 도 8a-8b의 실시 형태에 따른 서멀 헤드에 부착된 히터 조립체의 저면도이다.
도 9b는, 도 9a에 도시된 위치에 대해 회전된 도 8a의 실시 형태의 히터 조립체를 도시하는 저면도이다.
도 10은 도 8a의 실시 형태에 따른 히터 조립체의 측면 사시도이다.
다음의 상세한 설명 전반에 걸쳐 첨부 도면을 참조한다. 도면에서 유사한 기호는 일반적으로 문맥에서 달리 지시하지 않는 한 유사한 구성 요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 청구 범위에 설명된 예시적인 구현은 제한하려는 것이 아니다. 여기에 제시된 주제의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현이 활용될 수 있고 다른 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 설명되고 도면에 예시된 바와 같이, 본 개시의 양태는 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 대체, 결합 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 이 개시의 명시적으로 고려되고 일부로 구성된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

본 명세서에 설명된 실시 형태는 일반적으로 전자 장치의 열 제어를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 실시 형태는 반도체 재료에 대한 시험 및 취급 시스템에 유리하게 사용될 수 있다.

미국 특허 제5,844,208호 및 제5,821,505호는 열 싱크와 테스트 대상 장치(DUT) 사이에 전기 히터가 개재된 온도 제어 시스템을 개시한다. 이 시스템은 예를 들어 패키징된 반도체 집적 회로, 웨이퍼, 또는 베어 다이를 포함할 수 있다. 이들 특허의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 이러한 특허에 개시된 시스템에서, 열 싱크는 DUT의 원하는 설정 점 온도보다 낮은 일정한 온도 또는 그 근처에서 유지된다. 히터를 활성화하여 DUT의 온도를 원하는 설정 점으로 올릴 수 있다. 테스트 중 자체 발열로 인해 DUT의 온도가 상승하면 히터가 꺼지고 열이 DUT에서 열 싱크로 전달된다. 전기 히터는 바람직하게는 낮은 열 용량을 갖는 얇은 저항성 히터를 포함하여, 히터가 온도를 높이거나 낮출 수 있는 속도를 향상시켜 설정 점 근처에서 DUT의 온도를 유지한다. 또한, 히터에서 열 싱크로 전달되는 열량에 비해 히터에서 전자 기기로 전달되는 열의 양을 증가시키기 위해 장치와 히터 사이의 열 저항을 가능한 한 작게 만드는 것이 바람직하다. 이러한 열 저항을 낮추기 위해 이러한 특허는, DUT와 열 제어 조립체 사이에 적용될 수 있는, 물 또는 물과 휘발성 물질(예: 에틸렌글리콜, 메탄올, 에탄올)의 혼합물과 같은 열 인터페이스 물질(TIM)을 사용하는 것을 개시한다.

도 1은 일반적으로 '208 및 '505 특허에 개시된 시스템에 따른 열 제어 조립체(10)의 종래 기술의 실시 형태를 도시한다. 이 예에서, 히터 요소(12)는 제1 열 인터페이스 재료(TIM)(18)를 통해 열 싱크(16)에 열적으로 결합된 제1 상면(16)을 갖는다. 저항 온도 검출기(RTD)(미도시)는 히터와 통합되어, 온도를 감지한다. 히터 요소(12)는 제2 TIM(22)을 통해 열 전도성 받침대(24)에 연결된 제2 하부면(20)을 갖는다. 받침대 및 히터 요소는 함께 히터(26)를 포함한다.

받침대(24)는 히터 요소 및 열 싱크에 장착되도록 구성되고, 전자 부품 또는 DUT(도시되지 않음)와 접촉하도록 치수가 지정된 하부 표면(28)을 갖는다. 바람직하게는, 받침대(24)는 상대적으로 높은 열전도율을 가져서 DUT에서 열 싱크로 전달될 수 있는 열의 양을 증가시킨다. 받침대를 사용하면 열 싱크와 크기가 다른 DUT 사이에 맞춤형 인터페이스를 제공한다.

예를 들어, 미국 특허 제7,639,029호(그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함됨)에 개시된 바와 같이, 인터포저 요소를 사용하여 받침대를 열 헤드(히터 요소 및 열 싱크를 포함함)에 부착할 수 있다. 이는 DUT가 테스트 장치의 소켓에 있는 동안 DUT와 접촉하도록 열 유닛을 낮추거나 올리는 척(chuck) 또는 기타 메커니즘에 차례로 연결된다. 받침대의 구성, 특히 DUT와 접촉하는 받침대의 표면은 크기와 유형이 다른 DUT를 수용하도록 변경될 수 있으므로, 단일 유형의 열 유닛에서 서로 다른 크기의 DUT를 사용할 수 있다.

도 1에 예시된 열 제어 시스템의 실시 형태는 대부분의 경우에 충분히 빠른 응답 시간을 유리하게 제공하고 다이 치수를 일치시키기 위한 맞춤형 인터페이스의 사용을 허용하지만, 본 발명자는 이 설계와 관련된 특정 결점을 발견했다. 예를 들어, 히터 요소(12)와 DUT 사이에 배치된 받침대(24)의 추가 열 용량은 테스트 동안 응답 성을 감소시킬 수 있으며, 이는 급속 가열 조건 동안 DUT 온도에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 구성을 사용하면 DUT와 히터 요소(12) 사이에 추가의 인터페이스가 추가되어, 일반적으로 보정이 필요하고 제어 온도의 최대 사용 가능한 오프셋을 줄인다(특히, 장치의 온도가 (DUT의 온도의 직접 감지에 기반하는) 직접 온도 피드백 대신에 전력 추종 또는 외삽 온도 피드백을 기반으로 제어되는 경우).

도 2는 제1 실시 형태에 따른 열 제어 조립체(50)를 도시한다. 이 실시예에서, 받침대(54)의 제1 측면(55)은 열 싱크(56)에 부착된다. 열 싱크(56)은 원하는 설정 점 온도보다 낮은 온도로 설정되도록 구성된다. 바람직하게는, 열 싱크(56)는 받침대(54) 및 후술하는 조립체의 다른 요소보다 실질적으로 더 큰 열 용량(thermal mass)을 갖는다. 특정 실시 형태에서, 열 싱크는 액체가 흐르는 챔버를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 액체는 실질적으로 일정한 유속으로 챔버를 통해 흐를 수 있다. 다른 실시 형태에서, 액체는 미국 특허 제7,199,597호(이의 전체 내용이 여기에 참조로 포함됨)에 설명된 바와 같이 고정 속도와 비교하여 히터의 전력 사용량을 줄이기 위해 가변 속도로 챔버를 통해 흐를 수 있다.

받침대(54)는 테스트 장치의 소켓 내에 맞도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 받침대(54)는 임의의 높은 열 전도성으로 형성되고, 예를 들어 구리, 알루미늄, 다이아몬드 또는 기타 재료를 포함할 수 있다. 선택적으로, 열 싱크(56)와 받침대(54) 사이에 제1 열 인터페이스 재료(58)가 제공되어 이들 구성 요소 사이의 열 저항을 감소시킨다. 이 재료(58)는 예를 들어, 열전도율이 높은 열 에폭시 또는 탄소 나노 튜브 재료와 같은 기계적 TIM을 포함할 수 있다. 받침대(54)의 반대쪽(57)은 히터 요소에, 선택적으로 제2 TIM(52)를 통해 부착된다. 받침대(54)의 대향 측면(57)은 선택적으로 제2 TIM(52)을 통해, 히터 요소(62)에 부착된다. 제2 TIM(52)은 예를 들어 높은 열 전도율을 갖는 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다. 히터 요소(62)는 알루미늄 질화물 또는 다른 열 전도성 재료로 만들어진 기판에 통합된 전기 저항성 히터 요소를 포함할 수 있다. 온도를 감지하기 위해 히터 요소(62)와 함께 RTD가 형성될 수 있다.

선택적으로, 금속화층(64)이 히터 요소(62)의 표면에 적용되어 DUT와 접촉하도록 구성된 접촉 표면을 형성한다. 금속화층(64)은 예를 들어 히터 요소 위에 도금된 니켈층을 포함할 수 있다. 금속화층(64)은 DUT의 표면과 접촉한다. 금속화(64)는 바람직하게는 열 제어 조립체가 베어 다이와 같은 장치에 적용될 때 균열 또는 치핑을 회피하기 위해 선택된다. 금속화층(64)의 치수는 또한 DUT의 표면 치수에 대응하도록 선택될 수 있으며, 그로 인해 균일한 크기의 히터 요소를 사용할 수 있다.

특정 실시 형태에서, 히터 요소(62)의 표면은, 예를 들어 질화 알루미늄(AlN) 상에 텅스텐(W)을 동시 소성하거나 AlN 또는 다른 재료 상에 금속을 스퍼터링한 다음 니켈(Ni)을 도금함으로써 금속화될 수 있다. 예를 들어, Ni 층은 약 200μm의 두께까지 도금된 다음 DUT의 특정 표면과 일치하도록 기계 트리밍될 수 있다. 예를 들어, 금속화는 균열에 더 민감한 부분(예를 들어, 장치의 모서리)을 제외하고 장치의 평면과 접촉하도록 형성될 수 있다.

선택적으로, 받침대 및 히터 요소는 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이 특정 전자 부품과 함께 사용하도록 구성될 수 있는 키트(점선으로 표시됨)의 일부를 포함할 수 있다.

선택적으로, DUT 조립체 사이의 열 저항을 더욱 감소시키기 위해 DUT의 표면과 열 제어 조립체 사이에 추가 TIM(미도시)이 적용될 수 있다. 열 인터페이스 재료는 열 전도성 액체 또는 탄소 나노 튜브 재료와 같은 높은 열 전도성 재료를 포함한다.

히터 요소(62)와 DUT 사이에 개재된 받침대가 없기 때문에, 받침대가 도 1의 구성에서와 같이 낮은 열 용량을 갖는 것은 중요하지 않다. 히터 요소와 DUT간의 열 흐름 경로에서 받침대의 제거 히터 요소와 DUT 사이에서 응답성이 크게 향상된다.

도 3은 도 1의 조립체에 따른 제어 시스템의 개략도이다. 이 시스템에서, 전력(P_d)은 DUT의 동작(예를 들어, 테스트) 동안 인가된다. Power(P_h)는 DUT와 열 싱크 사이에 배치된 히터에도 적용된다. 이 예에서, 받침대는 히터와 DUT 사이에 배치된다. DUT의 주변 환경(주변 온도(T_a)가 있음)과 DUT 사이에는 열 저항 θ_da가 있다. DUT와 받침대 사이에는 열 저항 θ_dp가 있고 받침대와 히터 사이에는 열 저항 θ_hp가 있다. 또한 히터와 열 싱크 사이에는 열 저항 θ_hs가 있고 열 싱크 내에서 흐르는 냉각 유체(유체 온도(T_f))와 열 싱크 사이에는 열 저항 θ_sf가 있다.

도 4는 도 2의 조립체에 따른 제어 시스템의 개략도이다. 그 시스템에서, 도 3에 비해 히터와 DUT 사이의 받침대와 관련된 열 저항 θ_hp가 더 이상 존재하지 않는다. 또한 받침대의 열 용량은 더 이상 히터와 DUT 사이에 있지 않다. 따라서 받침대와 관련 열 저항 θ_hp를 통해 열을 전달할 필요가 없기 때문에, DUT 전력의 변화로 인한 온도 변동이 줄어든다. 이것은 조립체의 응답성을 크게 향상시킨다. 또한 받침대의 열 용량을 줄이는 것이 도 1 및 3의 조립체에서 중요하지만, 받침대와 히터 사이의 열 저항 θ_hp(도 4)를 최적화하여 받침대의 효과를 최소화할 수 있다. 특히 열 저항 θ_hp를 너무 작게 만들면 히터가 받침대에 효과적으로 결합되고 히터 전력 변화에 대한 DUT 온도의 응답성이 감소한다. 반면 열 저항 θ_hp가 너무 크면 DUT에서 열 싱크로 열을 전달하기 어렵다. 열 저항 θ_hp는 주로 히터와 받침대 사이에 배치된 TIM과 관련이 있다. 따라서, 열 저항 θ_hp는 예를 들어 히터 요소와 받침대 사이의 특정 TIM(52)을 선택함으로써 쉽게 제어될 수 있다.

바람직하게는, 도 2 및 도 4의 조립체에서, 받침대(54)와 열 싱크(56) 사이의 TIM(58)과 관련된 열 저항 θ_sp는 DUT에서 열 싱크(56)으로의 열 전달을 최적화하기 위해 가능한 한 낮게 만들어진다. TIM(58)은 열 전도성이 높은 엘라스토머, 탄소 나노 튜브 재료 또는 기타 재료를 포함할 수 있다.

도 5는 모델링 데이터를 사용하여 생성된 도 1 및 도 2의 조립체 사이의 응답성의 예상 개선을 보여주는 그래프이다. 이 예에서, DUT 전력(P_d)은 C로 도시된다. 도 1 및 도 3의 조립체(10)를 사용하는 DUT Td의 온도는 A로 도시되고, 도 2 및 도 4의 조립체(50)을 사용하는 DUT Td의 온도는 B로 도시된다. 이 예에서, DUT의 원하는 설정 점 온도(T_sp)는 85℃이다. A에 의해 도시된 바와 같이, 도 2 및 도 4의 열 제어 조립체(50)를 사용하여 B로 도시된 DUT의 온도와 비교할 때, 도 1 및 도 3의 열 제어 시스템을 사용하여 시간 210s에서 원하는 설정 점 온도(T_sp)의 상당한 "오버 슈트"가 있다. 구체적으로, DUT에 대한 전력이 시간 210s에서 증가될 때, 도 1 및 도 3의 조립체(10)을 사용하는 DUT 온도(T_d)는 약 125℃에 도달한다. 대조적으로, 도 2 및 도 4의 조립체(50)을 사용하는 DUT 온도(T_d)는 대략 115℃에 도달하는데, 이는 선행 기술의 조립체에 대해 10℃ 개선을 반영한다.

또한, DUT 온도가 설정 점 온도(T_sp)로 복귀하는 시간은, 도 1 및 도 3의 조립체(10)에 비해, 도 2 및 도 4의 열 제어 조립체(50)를 사용하여 약 70% 감소된다. 구체적으로, 도 5의 예에서, 도 2 및 도 4의 조립체(50)를 사용하는 DUT 온도(T_d)는 5초 이내에 설정 점으로 복귀하는 데 반해, 도 1 및 도 3의 조립체(10)를 사용하는 DUT 온도는 DUT에 대해 전력을 적용한 후 약 15초 걸린다.

도 5는 또한 전력이 DUT에 더 이상 적용되지 않을 때 응답성의 개선을 예시한다. 구체적으로, 이 예에서 예시된 바와 같이, 도 2 및 도 4의 조립체(50)을 사용하는 DUT 온도(T_d)는, DUT로의 전력(P_d)이 245초에서 감소된 후 약 65℃까지 감소될 뿐이지만, 도 1 및 도 3의 조립체(10)를 사용하는 DUT 온도(T_d)는 50℃ 미만으로 떨어진다. 또한, 도 2 및 도 4의 조립체(50)를 사용하는 DUT 온도(T_d)는, 도 1 및 도 3의 조립체(10)을 사용하는 DUT 온도(T_d)와 비교해서(약 t=250초에서 약 t=260초까지 약 90℃까지 증가함), 설정 점 온도(T_sp)를 초과하지 않는다. 도 5에 도시된 응답은 300W DUT 전력 단계에 대한 것이다.

도 6a 및 6b는 다른 실시 형태에 따른 열 제어 조립체(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 조립체의 바닥 표면은, 히터(104) 내에 통합된 가열 요소 위에 형성된 전술한 금속화층을 포함한다. 금속화층은, 직접적으로 또는 추가적으로 조립체 및 DUT 사이의 열 전도율을 높이기 위해 선택된 열 인터페이스 재료와 함께, DUT(도시되지 않음)와 접촉하도록 구성된다. 가열 요소는 전기 커넥터(102a 및 102b)를 통해 전력을 수신한다. 가열 요소는 바람직하게는 전술한 바와 같이 TIM(예를 들어, 엘라스토머 또는 반-접착 열 전도성 재료)을 통해 받침대에 부착되어 분리 가능한 하위 조립체를 형성한다. 히터 요소 및 받침대 하위 조립체는 DUT에 연결되도록 히터 표면이 연장되는 리세스(110)를 갖는 리테이너 부재(108)를 사용하여 열 싱크에 제거 가능하게 부착될 수 있다.

바람직하게는, 하위 조립체(특히 받침대의 상부 표면)와 열 싱크의 하부 표면 사이에 제2 기계적 TIM 재료가 제공된다. 전술한 바와 같이, 이 제2 TIM 재료는 열 전도성 에폭시 또는 탄소 나노 튜브 재료를 포함할 수 있다. 이 예에서, 리테이너 부재(108)는 받침대를 부착하기 위해 패스너가 삽입될 수 있는 개구(112)를 갖는다. 이 예에서 리테이너 부재(108)는 x-y 방향(여기서, x-y는 DUT의 표면에 실질적으로 평행한 평면)으로의 이동을 피하도록 구성되지만 z 방향(DUT의 표면에 수직)으로 약간의 이동을 허용하여, 조립체가 DUT에 접촉하도록 적용될 때 DUT의 표면에 적용된 힘을 줄인다.

다른 실시 형태에서, 히터 요소에 대한 전기적 연결은 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같은 와이어 대신 클램프에 의해 형성될 수 있다.

도 7은, 도 2, 6a, 6b에 도시된 바와 같은 열 제어 조립체(120)(DUT에 적용됨)를 도시하는 측면 사시도이다. 조립체(120)는 히터 요소 및 받침대를 포함하는 하위 조립체가 부착된 열 싱크를 포함하는 열 헤드(122)를 포함한다. 히터의 바닥면은 DUT와 접촉한다. 전체 조립체는 테스트 소켓의 DUT에 적용하기 위해 z 방향으로 이동할 수 있다.

위에서 언급한 개선된 열 응답성에 추가하여, 본 발명의 실시 형태는 열 싱크를 포함하는 열 헤드에 쉽게 부착 및 제거될 수 있는 받침대 및 히터 요소를 포함하는 하위 조립체를 포함할 수 있다. 이렇게 하면, 동일한 열 헤드에 다른 크기의 하위 조립체를 사용할 수 있다. 하위 조립체는 다른 크기의 DUT 및 테스트 소켓과 함께 사용할 수 있도록 키트로 제공될 수 있다.

동작시에, DUT는 당업계에 공지된 기술에 따라 장치에 전력을 인가할 수 있는 테스트 소켓 내에 배치된다. 도 2에 도시된 것과 같은 열 제어 조립체는 장치의 표면과 접촉하기 위해 z 방향으로 이동된다. 장치의 온도는 미국 특허 번호 제5,844,208호에 개시된 것과 같은 당업계에 알려진 기술에 따라 결정되거나 감지된다. 조립체 내의 열 싱크는 예를 들어 열 싱크를 통해 액체를 흐르게 하여 설정 점 온도보다 낮은 온도로 유지된다. 장치의 온도가 설정 점 아래로 떨어지는 것으로 결정되면, 히터에 전원이 공급되어 장치의 온도를 설정 점 온도까지 또는 설정 점 온도에 거의 가깝게 올린다. 장치의 온도가 설정 점을 초과하는 것으로 결정되면, 장치가 설정 점 온도에 도달하거나 그에 근접할 때까지 히터 및 받침대를 통해 열이 흐르도록 히터에 대한 전력이 감소된다.

도 8a-8b, 9a-9b 및 10은 열 제어 조립체(250)의 다른 실시 형태를 도시하며, 여기서 받침대 및 히터 요소를 포함하는 히터 조립체(276)는 열 헤드(255)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 이 실시 형태의 한 특징은, 회전될 열 헤드(255)에 장착될 때 히터 조립체(276)의 상대적 위치를 허용한다. 이 특징은 히터 표면의 위치를 조정할 때 추가적인 유연성을 제공하여 크기가 다른 DUT와의 열 접촉을 용이하게 한다.

도 8a-8b에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 열 헤드(255)는 열 싱크(272)를 포함한다. 유체는 유체 입구(284a) 및 유체 출구(284b)를 통해 열 싱크를 통해 순환된다. 히터 조립체(276)는 DUT와 열 싱크(272) 사이에 열을 전달하기 위한 열 경로를 설정하기 위해 위에서 논의된 바와 같이 직접적으로 또는 금속화층을 통해 DUT와 접촉하도록 구성된 가열 요소의 하부 표면(278)을 포함한다.

이 특정 실시예에서, 히터 조립체(276)는 장치(예를 들어, DUT)를 보유하는 소켓에 조립체를 정렬하는 정렬 핀(282)을 포함한다. 히터 조립체(276)는 또한 흡입 관통 구멍(286)을 적용함으로써 진공 픽업을 제공할 수 있는 하부 표면(278)상의 구멍을 포함한다.

도 9a-9b 및 도 10에 도시된 바와 같이, 히터 조립체(276)는 한 쌍의 장착 나사(280a 및 280b)가 열 헤드(255)의 사전 탭(pre-tapped) 구멍에 삽입될 수 있는 구멍을 갖는 장착 부분(290)을 포함한다. 이 실시예에서, 장착 부분(290)은 가열 요소가 형성된 받침대의 일부를 형성한다.

도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 히터 조립체(276)는 열 헤드(255)상의 상이한 각도 위치에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 도시된 히터 조립체(276)는 도 9b에 도시된 바와 같이 45° 회전될 수 있다. 이 실시예에서, 이것은 열 헤드(255)에 대한 히터 조립체(276)의 각도 위치가 조정될 수 있도록 열 헤드(255)(도시되지 않음)에 적어도 두 쌍의 사전 탭 구멍을 제공함으로써 달성된다. 이러한 방식으로, DUT에 대한 가열 요소의 표면 위치는 다른 응용 분야에 대한 열 전달을 개선하기 위해 쉽게 조정될 수 있다. 이 실시예에서는 2개의 각도 위치만이 도시되어 있지만, 예를 들어 열 헤드의 대응하는 표면에 추가 사전 탭 장착 구멍을 제공함으로써 추가 위치가 제공될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 온도 값에 적용되는 용어 "약" 및 "대략"은 일반적으로 +/- 10℃를 의미한다.

다양한 실시 형태를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어 "실시예"는, 그러한 실시 형태가 가능한 실시예, 표현 및/또는 실시 형태를 나타내기 위한 것임을 유의해야 한다(그리고 그러한 용어는 그러한 실시 형태가 필연적으로 특별하거나 최상급의 실시예이다).

위에서 설명된 실시 형태가 테스트중인 전자 장치의 열 제어에 특히 적합하지만, 다른 실시 형태가 다른 적용에서 다른 장치의 열 제어를 위해 조정될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.

다양한 예시적인 실시 형태의 구성 및 배열은 단지 예시적인 것임을 주목하는 것이 중요하다. 비록 몇몇 실시 형태만이 본 개시에서 상세하게 설명되었지만, 본 개시를 검토하는 당업자는, 여기에 설명된 주제의 새로운 가르침과 장점에서 실질적으로 벗어나지 않고, 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율의 변화; 매개 변수 값, 장착 배열; 재료, 색상, 방향 등의 사용). 추가로, 본 명세서에 개시된 일 실시 형태의 특징은 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 본 명세서에 개시된 다른 실시 형태의 특징과 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 본 출원의 범위를 벗어나지 않고 다양한 예시적인 실시 형태들의 설계, 작동 조건 및 배열에서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 또한 이루어질 수 있다.

본 명세서는 많은 특정 구현 세부 사항을 포함하지만, 이들은 임의의 실시 형태의 범위 또는 청구될 수 있는 것에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 오히려 특정 실시 형태의 특정 구현에 특정한 특징의 설명으로 해석되어야 한다. 개별 구현의 맥락에서 이 명세서에 설명된 특정 기능은 단일 구현에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명된 다양한 기능은 여러 구현에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수도 있다. 더욱이, 특징이 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 심지어 처음에 그렇게 청구될 수도 있지만, 청구범위에 기재된 조합으로부터 하나 이상의 특징이 어떤 경우에는 그 조합으로부터 절제될 수 있고, 청구범위에 기재된 조합은 하위 조합 또는 그 변형에 관한 것일 수 있다.

50: 열 제어 조립체
54: 받침대
55: 제1 측면
56: 열 싱크
57: 대향 측면
58: 인터페이스 재료
62: 히터 요소
64: 금속화층

Claims

장치의 온도를 제어하기 위한 조립체로서,
소정의 설정 점 온도 이하의 온도로 유지되도록 구성된 열 싱크;
상기 장치의 표면에 열적으로 결합되도록 구성된 표면을 갖는 히터 요소; 및
상기 열 싱크와 상기 히터 요소 사이에 개재된 열 전도성 받침대를 포함하고, 상기 히터 요소는, 상기 장치의 온도가 상기 설정 점 온도 아래로 떨어질 때, 상기 장치에 열을 가하도록 구성되고, 상기 장치의 온도가 설정 점보다 높을 때 열은 상기 받침대 및 상기 히터 요소를 통해 상기 열 싱크로 전달될 수 있는, 조립체.
제1항에 있어서,
상기 열 싱크와 상기 받침대 사이에 배치된 열 전도성 인터페이스 재료를 더 포함하는 조립체.
제2항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 탄소 나노 튜브 재료를 포함하는 조립체.
제2항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 열 전도성 에폭시를 포함하는 조립체.
제1항에 있어서,
상기 받침대와 상기 히터 요소 사이에 배치된 열 전도성 인터페이스 재료를 추가로 포함하는 조립체.
제5항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 열 전도성 엘라스토머 재료를 포함하는 조립체.
제1항에 있어서,
상기 조립체는 상기 장치의 표면과 열적으로 결합하도록 상기 장치에 대해 이동 가능한 조립체.
제1항에 있어서,
상기 장치의 표면과 접촉하도록 상기 히터 요소의 표면 상에 형성된 열 전도성 금속화층을 추가로 포함하는 조립체.
제1항에 있어서,
상기 히터 요소 및 상기 받침대는 상기 열 싱크로부터 분리 가능한 하위 조립체를 형성하는 조립체.
제1항에 있어서,
상기 하위 조립체는 적어도 2 개의 각도 배향으로 상기 열 싱크에 장착되는 조립체.
장치의 온도를 제어하기 위한 하위 조립체로서,
제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 히터 요소로서, 상기 제2 표면은 상기 장치의 표면에 열적으로 결합되도록 구성된, 히터 요소; 및
상기 히터 요소를 통해 상기 장치에서 열 싱크로 열을 전달하기 위한 열 경로를 설정하기 위해 상기 제1 표면에 부착된 열 전도성 받침대를 포함하고,
상기 히터는, 상기 장치의 온도가 설정 점 온도 아래로 떨어질 때, 상기 장치에 열을 가하도록 구성되고, 상기 장치의 온도가 설정 점 온도보다 높을 때, 열은 상기 받침대와 상기 히터 요소를 통해 상기 열 싱크로 전달될 수 있는, 장치의 온도를 제어하기 위한 하위 조립체.
제11항에 있어서,
상기 열 싱크와 상기 받침대 사이에 배치된 열 전도성 인터페이스 재료를 추가로 포함하는 하위 조립체.
제12항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 탄소 나노 튜브 재료를 포함하는 하위 조립체.
제12항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 열 전도성 에폭시를 포함하는 하위 조립체.
제11항에 있어서,
상기 받침대 및 상기 히터 요소 사이에 배치된 열 전도성 인터페이스 재료를 추가로 포함하는 하위 조립체.
제15항에 있어서,
상기 인터페이스 재료는 열 전도성 엘라스토머 재료를 포함하는 하위 조립체.
제11항에 있어서,
상기 열 싱크를 포함하는 열 헤드에 상기 하위 조립체를 부착하도록 구성된 리테이닝 부재를 추가로 포함하는 하위 조립체.
제11항에 있어서,
상기 장치의 소정의 표면에 접촉하도록 상기 히터 요소의 표면상에 형성된 열 전도성 금속화층을 추가로 포함하는 하위 조립체.