TWI251067B - Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system - Google Patents

Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system Download PDF

Info

Publication number
TWI251067B
TWI251067B TW092132629A TW92132629A TWI251067B TW I251067 B TWI251067 B TW I251067B TW 092132629 A TW092132629 A TW 092132629A TW 92132629 A TW92132629 A TW 92132629A TW I251067 B TWI251067 B TW I251067B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature
coolant
cooling
heat
spray
Prior art date
Application number
TW092132629A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200420862A (en
Inventor
Tahir Cader
Nathan Stoddard
Donald Tilton
Nader Pakdaman
Steven Kasapi
Original Assignee
Isothermal Systems Res Inc
Optonics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isothermal Systems Res Inc, Optonics Inc filed Critical Isothermal Systems Res Inc
Publication of TW200420862A publication Critical patent/TW200420862A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI251067B publication Critical patent/TWI251067B/zh

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/316Testing of analog circuits
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2872Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
    • G01R31/2874Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature
    • G01R31/2875Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature related to heating
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02General constructional details
    • G01R1/04Housings; Supporting members; Arrangements of terminals
    • G01R1/0408Test fixtures or contact fields; Connectors or connecting adaptors; Test clips; Test sockets
    • G01R1/0433Sockets for IC's or transistors
    • G01R1/0441Details
    • G01R1/0458Details related to environmental aspects, e.g. temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2891Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks related to sensing or controlling of force, position, temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

1251067 玖、發明說明 a m Υ侧於—種供f子激發半導體㈣電路於接 之—種嶋理方法與= 一、先前技術 積體電路(ICs)使用於消費性裝置大量的增加,除 了熟知的個人電腦本身以外,其他例子包括有汽車、通 訊裝置、以及智慧型家電(洗碗機、火爐、冰箱等等), 這樣廣泛的採用形成積體電路每年需要大量的製造。由 於積體電路製造之增加也使得積體電路故障可能性增 力:,從而需要迅速與準確之晶片探測、故障排除和:障 /刀析技術。現日的探測、故障排除和故障分析系統之主 要目的在於經由評估以及確認任何操作上錯誤之原因和 地方來說明晶片之閘門水準性能。 過去,機械探測被使用於定量電子開關之動作,然 而由於今日晶片具有非常高之密度、速度和複雜度,加 上浮點晶片技術的使用,因此現在如果沒有破壞地分解 它們已不可能以自然的機械方式探測晶片,所以現在需 要使用非侵入性之探測技術診斷晶片。此種技術例子包 括’如以雷射基礎去達成測量在矽晶之電子場,或者以 光學基礎技術去檢測從開關裝置發射之弱光波,像一般 場效應管(FETs)於開關過程中。這些代表性顯微鏡研 究論文例子如美國專利第4,680,635號、第4,811,090號、 第 5,475,316號、第 5,940,545號、和論文「AnalysisofProduct 7 1251067
Hot Electron Problems by Gated Emission Microscope, Khurana et al, IEEE/IRPS(1986)」等,這些於此處皆可配合參考。 於測試晶片過程中,晶片典型地係由測試器或其它 激發電路以相當之高速運作,此種動作造成可觀之熱量 產生。而當該元件被封裝和運作於正常環境時,各種機 械構造將被提供幫助熱量之分散,例如通常以金屬鰭片 接觸積體電路,和以冷卻風扇作為加強空氣流動通過積 體電路。然而當該元件於受測試時,該元件係未被封裝, 而且為了測試目的它的基片會變細,結果沒有裝置可以 提供分散熱量,使得受測試元件( DeviceUnderTest : DUT)會在超過熱量情況下運作因而造成測試扭曲和過 早的最終損壞,因此受測試元件需要一有效之溫度管理 系統。 一種使用於冷卻受測試元件之先前技術描述於圖 la’冷卻裝置1〇〇包含有冷卻盤11〇,其具有一窗口 135以 便旎夠以光學探測受測試元件,窗口丨3 5可以單純為裁 切,或以熱傳導透明材料製成,例如人工鑽石。利用人 工鑽石作為加強冷卻效果已敘述於如美國專利第 5,〇70,〇40號,此處可供配合參考。這種固體透明窗口經 ¥ S作透明熱散佈體,導管12〇附加於冷卻盤11〇供冷卻 液體循環,或者,導管可以和盤體為一整體,例子請參 見美國專利第6,140,141號。 圖1 a中所描述之破折線顯微鏡接物透鏡丨〇5使用於 光‘ k驗,其疋放置於對準窗口 13 $。在測試時,冷卻盤 係放置於受測试元件16〇露出表面上,使得窗口 ^ %有放 1251067 置於上方之好處。當冷卻盤110係使用透明熱散佈體 135,則有時可以使用油或其它高折射率液體於透明熱散 佈體135與受測試元件16〇之間,以便能夠改善從受測試 70件160到透明熱散佈體135的光學結合。從元件而來之 熱量將被冷卻盤傳導至導管和冷卻液體,冷卻液體則隨 後达至循環於例如冷凍件之液體溫度調節系統因而使得 熱$可以從元件移除,一般情況下受測試元件具有輔助 裝置165,用以限制冷卻盤之可供移動位置,因而亦限制 可供探測區域,為了克服此問題,定製之盤體僅按照特 定疋件製造,因而造成增加花費與測試器之複雜度。 傳統之冷卻盤的另一個問題為受測試元件無法足夠 與均勻的移除熱量,圖lb與圖lc係顯示按照圖u設計改 變而來之具有透明熱散佈體之傳統冷卻盤,圖比是上視 Θ而圖lc係著圖ib之A-A的剖面視圖,一透明熱散佈 體110知接於框體13 〇,其係使用例如錮焊接劑燁接於交 界面115,一欠測試元件(未顯示)可以經由透明熱散佈 體110’觀㈣,並且可以油或其它之液體置於該受測試元 ^與該熱散佈體之間。框體13〇可以附著於或為金屬散熱 ,内環14G之-體成形的部分,金屬散熱器内環依序再接 著於金屬散熱器外環150,傳統之方式金屬散熱器内環 140係以使用螺絲接著於金屬散熱器外環丨外,並且在兩 者間不具有熱傳導材料。冷;東空氣經由入口⑺抽入循環 於孟屬政熱器外環15 0,然後由出口 P 5排出。 因此我們可以了解’熱量係由受測試元件依序傳遞 至透明熱散佈體110’,再至框體13〇,而後至金屬散熱器 1251067 内ί衣140 ’再至金屬散熱器外環15〇,再至冷康液體。然 而’在各種7G件交界面間會存在熱傳導阻抗,因此降低 了從受測試元件移除熱量之效率,另外越過各種元件間 之溫度梯度促進了從周邊取得熱量,事實上,研究顯示 從周邊取得熱量大於從測試元件移除之熱量。由於熱阻 ,存在於熱傳途徑’並且有相當可觀之熱量從周邊取 浔口而讓牛低透明熱散倚體溫度和降低受測試元件溫 度顯著的增加困難。 丰發明人特別之興趣在位於透 一一 度(位於圖lb之1-8地方),發明人推測系統具有有: ::轉會降低透明熱散佈體周邊溫度,以及熱散佈體和 式几件溫度。為了研究此問題,將利用有限元素模 佈體:擬實驗如圖1 b由透明熱散 ^ 用“丰+ V體熱測試晶片之溫度分佈。該 =模擬在透明熱散佈體上之溫度分佈,以孰 ^佈體之料和越過銦焊接劑到達金屬散熱器内環的周 利維熱傳導分析去計算從透明熱散佈體表面到 :^溫度上升、晶片溫度分佈和決定其最大溫度。有 之^^型制之準確度將直接_於所施加邊界條件 環之内^本例子鍵邊界條件為位於金屬散熱器内 =周邊的:度,此即為姻焊接劑接觸區域。因此我 移在此周邊之溫度係決定㈣體組件之熱傳 1251067 最高溫度與各種熱量負載之邊界條件函數圖,其中最高 溫度驅使最高受測試元件溫度,如從圖2之所示證明,較 低之散熱器周邊溫度會有較低之透明窗口最高溫度,因 而將可導致較低之最高受測試元件溫度。此即是本發明 人所預測該系統能夠有效降低在透明窗口邊界溫度,也 將能夠有效的從受測試元件移除熱量。 為了證明模型之準確度 將便用例如像圖lb之冷卻 盤組合體以測試晶片作更大範圍之實驗,受測試元件將 以旎置推動至各種熱通量,此時是利用傳統方式之冷卻 盤冷郃,该冷郃盤作為在圖lb之標號M8位置之溫度測 量器具,而晶片以20W/cni能量推動的結果顯示於圖3(資 料係以攝氏溫度提供)。在該透明熱散佈體周邊的結果 將被當作邊界條件供進—步之有限元素模型分析,該模 2施行與預測會了解透明窗口之溫度分佈以及它的最 :溫度’該最高受賴元件溫度心油厚度為函數計算 並且緣於圖4,針對8 0 /z rn油厘译、目,丨日 _ ㈣由芬度測置’圖4之結果與受測 °,之測試的實驗測量溫度符合,可證明模型正確。 要有^L述之說明可以了解對於晶片測試器或探測器需 方案。 ^ ^文的,凰度官理糸統解決 本發明係提供一機構供從受 而得以讓電子激發元件 、二移除熱量,因 合於供以光學顯微鏡對受:::二;, 兀件作彳木測、診斷和故障 1251067 分析時使用,另外從上述研究結果詳細說明 大可能降低透明窗口周邊的溫度的重要性。本 一將透明窗口周邊之熱量移除之有效解決方案,其是提 :-機構供從受測試元件移除熱量以便受激發元;可以 ^驗。而且該系統特別的適合於供以光學顯微鏡對受測 。式元件作探測、診斷和故障分析時使用。 …本發明之—特點係在提供-種利用霧狀液體喷激器 攸叉測試70件移除熱量之溫度f理系統,噴灑器頭接近 於接物鏡容室’這種安排係安放一喷霧室於内部。喷霧 2安置於供受測試元件放置其上之盤子,噴霧室内部 1可以又控制俾能獲得適當喷灑液體之霧氣。壓力傳 動η。共/m度感應器安置於壓力室内監測溫度管理系統之 運作。 、本發明之另一特點為噴灑冷卻係使用數排噴霧器 :達j ’按照其中之-實施方式則所有之噴霧器通常連 二二—液體供應器,另—種情形,按照其它實施方式 =噴務器液體係則_地或以群組方式輸送,俾能分開 制以便改變輸送至不同«II之壓力、時間和(或者) 液體種類。 K在」 :發明之進一步特點為提供一控制儀器俾能使得溫 : 錢之運作料。受賴元件之溫度控制能夠經 =卻^冷卻劑流動速率(與冷卻劑之輸出壓力相關 ti和冷卻劑之彿點(係與噴霧室之壓力和汽化溫度為 :數辦請注意在飽和溫度時,飽和液體之溫度係相同於 其氣體(非過熱狀態))。―溫度感應器設置於靠近冷 12 1251067 ==點俾能監測冷卻劑之輪出溫度,該溫度將被回 :度管理“控制器。該控制器控制冷卻劑調節系 統可能是料元件或是控制冷卻劑溫度至預設 值之”它裝置,這些系統為該行業人士所熟知。 旦喷霧室壓力係經由與喷霧室相通之壓力傳動器測 里,汽化溫度(經由與喷霧室相通之溫度感應器測量) 霧室壓力決定了冷卻劑之沸點,其接著影響了受測 式元件/皿度&制的方式,喷霧室壓力可以被操縱影響冷 卻劑濟點。舉例而言,利用與喷霧室相通之電磁闊、調 整回流泵速率、或者操控液體溫度調節系統儲存庫之壓 力’均能夠影響喷霧室壓力。—機械壓力釋放閥被提供 作為當電磁閥發生故障事故時的安全釋放機制。 本發明之一特點為溫度管理系統係利用熱散‘體從 該受測試元件移除熱量,以及利㈣霧器㈣喷灑系統 從該熱散佈體移除熱量。 本發明之另一特點為將接物透鏡容室與透明冷卻盤 安置於喷霧室内部,一噴灑冷卻管理系統被提供作為噴 灑冷卻劑到冷卻盤,噴霧室被安置到供受測試元件放置 其上之盤體,該室内部壓力可受控制俾能得到該噴灑冷 卻劑適當之蒸氣。壓力傳動器與溫度感應器係安置於壓 力室内俾能監測溫度管理系統之運作。 本發明之另一特點為喷灑冷卻係配合數排之噴霧器 作為冷卻透明熱散佈體之週邊,按照其中之一實施方式 則所有之喷霧器通常連接到單一液·體供應器,另一種情 形,按照其它實施方式則喷霧器液體係以個別地或以群 13 1251067 組方式輸送,俾能分開控制以便改變輸送至不同噴霧器 之壓力、時間和(或者)液體種類。 又本發明之另一特點為冷卻盤係焊接至一支持座。 該支持座可供壓緊冷卻盤支撐受測試元件。數個噴霧器 了私:供贺灑冷卻纟IL體到冷卻盤之週邊。該支持座另外係 作為防止冷卻流體到達冷卻盤之中央部份,俾能避免遮 蔽光學路徑。 ' 本發明進一步特點為冷卻盤係焊接至一支持座。該 支持座可供壓緊冷卻盤支撐受測試元件。該支持座具有 一中空孔六供喷霧器安裝在其内部。喷霧器喷灑冷卻液 體至支持座内部之上方,以及隨後喷灑液體經由支持座 内部中空孔穴排出,這種方式沒有液體會到達冷卻盤, 况的恰當點為冷卻盤熱量之排除係經由支持座冷卻。 根據本發明之進一步特點為一受測試元件附加於印 刷電路板上以及該冷卻盤係供罩於該受測試元件上。一 金屬夾子將冷卻盤與受測試元件夾持到印刷電路板上。 一錮襯墊可供置於金屬夾子與冷卻盤之間。隨後一個中 工支持座壓緊支撐金屬夾子。另一銦襯墊可供置於金屬 襯塾與支持座之間。支持座具有中空噴射室供喷霧器附 加於其内部,以及有中空回流室供收集喷灑液體。噴霧 器喷灑冷卻液體至支持座内部之上方,以及隨後喷灑液 體經由支持座内部中空回流室排泄出,這種方式沒有液 體會到達冷卻盤,言兒的恰當點為冷卻盤熱量之排除係經 由支持座冷卻。 1251067 又根據本發明之另—特點為_透明熱散佈體係經由 支持座以活動方式貼附於接物鏡組合體。該支持座可以 ^由之滑動、彈性地支持或可撓性地裝置於接物鏡組合 體。此種配置可以讓熱散佈體只要-經放置頂揮受測試 :件則接物鏡組合體可以進—步之移動以便能夠到達適 虽之對焦點。冷卻劑係輸送至魏頭,其係輸送冷卻劑 至熱散佈體,或者亦可選擇至受測試元件本身。 、人,、根據本毛明之另一特點為-透明熱散佈體係具有 4卻通道與冷卻喷灑兩者。 不赞明之進一步特 一丨穴一役制儀器俾能使得羅 二系統之運作精確。受測試元件之溫度控制能夠經 =卻劑、冷卻劑流動速率(與冷卻劑之輸出壓力相關 ::和冷卻劑之彿點(係與噴霧室之壓力和汽化溫度為 ^數’請注意在飽和溫度時,餘和液體之溫度係相同於 (非過熱狀態))。—溫度感應器設置於靠近冷 ρ别輸出端俾能監測冷卻劑之輸出溫度,該溫度將被回 貝至溫度管理系統控制器。該控制器控制冷卻劑調節系 統可能是冷; 東元件或是控制冷卻劑溫度至預設 值之其它裝置’這些系統為該行業人士所熟知。 旦贺務室屋力係經由與喷霧室相通之屋力傳動器測 1汽化溫度(經由與噴霧室相通之溫度感應器測量) σ、務室壓力決定了冷卻劑H其接著影響了受測 件溫度控制的方式(經由透明冷卻盤),噴_ 可以破操縱影響冷卻船弗點。舉例而言,利用與喷霧 至相通之電磁閥、調整 ώ ' L泵速率、或者操控液體溫度 15 1251067 調節系統儲存庫之屋力,均能夠影響喷霧室Μ力。一機 械歷力釋放閥被提供作為#電_發生故障事 全釋放機制。 f的女 上述提到之一種或更多之方式皆可個別地或合併地 使用於控制冷卻劑流動速率或(和)冷卻劑㈣點。最 ,之目的是使用儀器控制受測試元件到預設溫度。受測 :元件溫度的測量可以經由如以機械接觸之熱電偶或其 它感應n、或如非接觸裝置之熱影像照相機、或其它精 確之合適裂置,俾能使溫度穩^。任何可以提供受測^ 凡件測量溫度之裝置皆能夠使用於控制受測試元件之溫 度,此處所舉之特定例子僅是作為說明用途之目的,: 於本發明之任—方面並不能受其限制。 …、電腦或其它電子或機械控制系統可以使用於監測受 皿度以及提供作為調整喷灑之需要。舉例而 言’如果受測試元件溫度升高則電腦可以增加流動速 率、降低液體溫度、或者兩者皆實施。 此巧用之專門術語「透明窗口」和「透明熱散佈 ^相❿候係可以互換的,要知道的是如從光學系統 ::§亥7〇件之機能為一窗口,而如從溫度管理系統而言 、'’、、、-熱散佈體。同時’此處使用之專門術語「透 亦是不受拘束地,那即是要知道的為此一窗口在某一波 ^運作下m統可能係為透明地,然而在其它波長運 :下對該系統係為不透明地。例如在紅外線運作下之系 、、先為「透明」窗口 ’可能在可見光區域係為不透明地。 16 1251067 因此,此處當使用專門術語Γ透明」其意義是透 對該波長利益而言。 ^ 本發明進一步包含一積體電路(Ic)於診斷 進行中之溫度控制方法,該方法包括:將積體電 路附著於插座;提供一透明熱散佈體罩於積體電 路上,以及從至少一喷灑頭喷射冷卻劑到透明熱 散佈體上。 … 四、實施方式 本發明之各種實施例或實施方式皆能夠與各種積體 電路測試器和探測器結合使用,俾能冷卻受激發之積體 電路,舉例而言,該發明之各種實施例皆能夠很容易的 貫施於如NPTest (位於San Jose,California)公司之 IDS-PICA 糸統或 IMS (位於 Beaverton,Oregon )公司之 Gemini MS系統上,在一普遍的特點方面,一霧化液體噴 灑或伴隨透明熱散佈體之霧化液體喷灑被提供於靠近探 測頭以便在探測頭蒐集資料時冷卻受測試元件。任何種 類之棟測頭皆可供使用,例如,該探測頭型式可以為一 光學先子計算時間鑑別接收器(optical photon-counting time-resolved receiver)、光學發射顯微鏡(optical emission microscope )、或以雷射為基礎之探測工具。為 了對本發明的各方面特點與特色提供更詳盡之說明,本 發明將經由參考特定之探測器作說明,即是光學光子計 异時間鑑別發射探測器(optical photon-counting 17 1251067 time-res〇lved emission pr〇bers),當然此僅視為供當作 例子作詳細說明用途而非用來受其限制。 圖5’描述本創新之冷卻系統一實施例之爆開圖,在 圖5 ’中描述之冷卻系統能夠利用任何型式之顯微鏡以便 使用於檢查和(或)測試積體電路(ICs),更清楚之說 明’圖5’係僅顯示-光學檢查/測試系統之接物透鏡部° 分,以及和冷卻系統關聯之部份。如圖5,所示,一保持 框體570,將受測試元件560,夾持於封閉盤58〇,上,封閉般 :裝置於承載介面板上,其接著連接至一傳統自動測: a又備(automated testing equipment: ATE )之一傳統測試 頭(未顯示)上,該自動測試設備發出激發訊號至受測1 試元件560,上’俾㈣讓受賴元件细,模擬運作情形。 這可以利用承載介面板配合適當供受測試元件56〇,之插 座以傳統方式來達成。 一接物鏡容室505’容納測試設備之接物透鏡,該容 室505’與接物透鏡—般而言係形成i統之光學接收器, 即是探測頭。容室505’沿著具有嘴霧器515,在其内之喷麗 頭5U)’裝載’整個組合體放置於噴灑室仍,内部及有_;封 閉塾530,附加於它的上表面,封閉塾別,可以為滑動或其 它方式,該喷灑室525,附加於平移台,例如x_y_z平台(未 顯示)。在例子中實施測試時使用滑動封閉塾,該喷灑 室525’被移至與封閉盤·,接觸,因此,滑動封閉塾別, 可以和封閉盤’產生封閉’該封閉可能係密封地,但 是密封封閉是不必要地,這種方式,該賴室525,可以 18 1251067 處移動以便讓接物透鏡定位於受測試元件上之特定區 域上俾能找到成像,而不會破壞與封閉盤別,之封閉。 在另外-實施例子中,該容室525,係以撓性伸縮囊 (未顯不)相接於封閉盤58〇’,伸縮囊材料將必須相容 二冷卻诏之’皿度與化學性質。某些可能之材料包括摺疊 薄壁鋼材與橡膠。 ^在測π式日守流體係經由冷卻劑供給歧管555,供給至噴 霧器515,,冷卻劑之沸點係可被控制,其是經由利用電 磁閥520或其它方式控制喷灑室525,内部之壓力而達 成二本發明之一實施例子,喷灑室525,内部之壓力係使 用壓力傳動器550’來測量以及其供給之冷卻劑係使用壓 力傳動器540’來測量,而冷卻劑之溫度測量係以溫度感 應器541’測量以及其喷灑係使用溫度感應器545,測量,由 於為了安全之測量,可以選擇提供一機械壓力釋放閥 535、 冷卻劑之輸送壓力可以經由靠近冷卻劑輸送點54〇, 之壓力傳動器來測量。喷灑室之壓力亦由另一壓力傳動 裔5 5 0來測量’為了固定或改變冷卻劑之温度以及喷灑 至之壓力’該測量冷卻劑之輸送壓力會被回饋至控制器 以便確保適當之冷卻劑輸送壓力供受測試元件之溫度需 求。流動速率以及如冷卻速率可以經由冷卻劑輸送壓力 來控制。 圖6’係根據本發明一實施例之喷灑冷卻系統剖面 圖,較特別的是受測試元件660,是貼附於封閉盤670,,其 隨後被安置於承載介面板(未顯示),所說明之組合體 19 1251067 附加於承載介面板後將被以傳統方式連接至轉接器,在 此實施例中喷灑室625,壓著於封閉盤670,以便利用滑動 封閉件630’形成封閉,接物鏡容室6〇5,配置著噴灑頭 f且以封閉方式嵌入於喷灑室625,内,泵68〇,被使用於讓 /爪回流至如冷凍元件65〇,之液體溫度調節系統,以及 ,^被用於控制室内635,内部之壓力,通常大約在一大 軋2 (latm)。當然我們可以了解所需求之喷灑室壓力 係能夠根據所使用之冷卻流體特性與所需求之沸點(按 所給之實施例)來計算。 泵665,被用於從供給管路695,唧取冷卻劑經由喷霧 器列(at〇mizerbanks) 615,將其灌注於受測試元件,本 發明之一實施例中冷卻劑係噴灑至激發的受測試元件 660’上,在該處其被受熱至沸點然後汽化和在室内。^ 形成瘵氣。該蒸氣隨後凝結於室625,之内壁上,以及經 由通道655,排出回到泵68〇,。該蒸氣亦可直接注入冷凍元 件650’,雖然將會使冷凍元件之負载增加。在另一實施 例中,冷卻劑僅單純從受測試元件上吸收熱量而不會汽 =三在該處未被汽化之液體回流至液體溫度調節系統。 仏&目A具有兩種溫度管理情形,熟悉該行業之人士對 於流體熱量吸收和汽化可被調整的相對冷卻能力之情況 白月b 了解,例如,上述所描述之不同流體、喷嘴設計與 數目、流體之流動速率、流體溫度和室内壓力。 μ體在噴灑至受測試元件之前循環於液體溫度調節 系統650,,本實施例所使用之冷卻劑為高蒸氣壓力,例 如氣鼠_ (hydrofluoroethers)或全敦化碳 20 Ϊ251067 :p::u〇carbons)等’結果這些流體在大氣狀態中將直 所以本實施例所示之整個冷卻系統係形成為封 糸統,封閉系統可以經由電磁闊685,茂出,盆可 2例如為回流凝結之蒸氣回收系統連接操作俾能❹ =之流失。為了此目的’液體温度調節系統㈣,包括 有-冷康儲存庫_,,以便能夠在高壓與低壓兩者狀離 下細作,此即是高於大氣壓10psi或—全真空七加,冷康 儲存庫690’亦可包括有—流體授拌系統(未顯示)以便 加強從冷卻劑至冷凍元件螺管(未顯示)之熱交換。在 本例子中的冷凍元件650,和儲存庫69〇,是可以在如低至 -80°C之低溫度下操作。 使用本系統則受測試元件之溫度能被改變俾能在各 種操作之條件下被測試。例如操作者可以輸入某一操作 溫度用於測試受測試it件,在其中—實施例中該受測試 疋件之正確溫度可以為該行業人士所熟知方式經由自動 測試設備(未顯示)來偵測,例如,可以將一溫度二極 體置入受測試元件中以及讓它的訊號送回自動測試設 備,這是為了安全理由之傳統上使用方式,舉例來說, 在受測試元件太熱時可將系統關閉。而根據本發明之實 施例該受測試元件的溫度係從自動測試設備送出到控制 器600,。利用受測試元件之正確溫度使得控制器6〇〇,可以 调整冷卻速率以便讓受測試元件在操作者所選擇之溫度 下操作,為了控制冷卻速率,控制器6〇〇,可以如下方式 調整:冷卻劑之流動速率、冷卻劑之溫度、或者改變室 内壓力以便可以改變冷卻液體之沸點。 21 1251067 如圖5,和6’所示以及上述所提到係可使用各種之感 應器與儀器來控制該創新之冷卻系統之操作。一壓力傳 動器620’測量冷卻劑之輸送壓力以便能控㈣祕,之速 率。另外,一壓力傳動器622,測量噴灑室内部之壓力以 便能控制-電磁閥685,俾纟喷灑室内部能獲得適當之冷 卻劑沸點。溫度感應!|64〇,用於測量#近輸送端之冷卻 ,溫度’而噴灑室内之蒸氣溫度的測量則利用溫度感應 器645’,顯然地,從喷灑室之壓力與蒸氣溫度(或者冷 卻劑在它的飽和溫度)將能夠決定輸送到受激發之受i 試元件的冷卻劑熱力學狀態’ 一機械壓力釋放閥㈣,被 提供作為當電磁閥685,發生故障事故時的安全釋放機 制。 在圖5,和6,中之實施例中該霧化冷卻劑對於成像之 影響需要較最低,其巾—種枕是㈣供制之遮屏 602’’俾能防止霧氣進人成像系統之光學軸内,此種方 ^,在接物鏡容室移動至讓受職元件之特定區域成像 日守’禮遮屏可能會接觸或者非f接近於受測試元件,以 便遮蔽受測試元件之該區域免於霧化。另—種情形,如 果有人希王避免使用遮屏,此時該噴麗需要調整為依照 使用光線之波長而能夠得到最佳之成像,也就是說霧滴 之大小需要按照顯微鏡之操作來控制,例如可以使用如 白光之成像’或例如使用可被偵測如紅外線光之放射, 之波長經由適當選擇霧滴大小可以導致較佳之 影像° MhX事先或在測試中經由操作者來選擇,另 一方面,本發明之進—步特色可以利用-固體浸入鏡片 22 1251067 (solid immersion lens : SIL )配合接物鏡透鏡來改善成 像,該固體浸入鏡片(SIL )讓受測試元件和接物鏡之間 特別地無關於冷卻劑種類和型式而能夠傳送光學能量, 因此,噴霧器和流體壓力能被選擇以達成熱量移除效率 最佳化。 圖5描述本創新之冷卻系統一實施例之爆開圖,在圖 5中描述之冷卻系統能夠利用任何型式之顯微鏡以便使 用於檢查和(或)測試積體電路(ICs),更清楚之說明, 圖5係僅顯示光學檢查/測試系統之接物透鏡部分,以及和 冷卻系統關聯之部份。一接物鏡容室5〇5容納測試系統之 接物透鏡,容室505與接物透鏡一般而言係形成系統之光 學接收器,即是探測頭,一透明熱散佈體51〇安置於支持 座55=上,其通常為金屬支持座。熱散佈體係由能讓放射 波長牙透i、所使用之特定測試器監測之材料製造,對於 、工外線可見光和紫外線放射而言,熱散佈體可以由陶 £材料Ik ’例如氧化銘、二氧化石夕或其混合物。熱散 :體亦可以由如藍寶石之單晶(_〇crystalline )材料製 造成,在實施例中的熱散佈體510由如錮焊接劑焊接於支 持座550。 贺霧器515被安置用於噴灑冷卻流體到熱散佈體510 周邊’此處圖僅顯示關於噴霧器之大小、數目和配置。 例如’雖然只有顯示兩排嘴霧器在熱散佈體別之兩相對 ' 四排喷務益亦能作為冷卻該熱散佈體510整個週 邊。再者’本說明書中之所揭露之專門術語「流體」, 此處明顯係只由冷卻介質所形成之液體和氣體兩者。 23 1251067 整個組合體放置於喷麗室525内部及有—封閉塾 附加於它的上表面,該噴灑室525附加於平移台上,例如 ΓΓ平台(未顯示)。在例子中實施測試時使用滑動封 閉墊’該錢室525被移至與封閉盤接觸,因此,严 動封閉墊530可以和封閉盤產生封閉,該封閉: =’:是/封封閉是不必要地,這種方式,該喷灑 至25可以四處移動以便讓接物透鏡定位於受測試元件 上之特疋區域上俾能找到成像,而不會破壞與封閉盤· 之封閉。另—選擇方式,該接物鏡容室5G5可以相對於執 散佈體510移動,如此’在測試受測元件不同地方時:;、 要熱散佈體51G操作靠於受測試元件後便不f要再移動。' 在另外一實施例子中,該容室525係以撓性伸縮囊 (未顯示)相接於封閉盤58〇,伸縮囊材料將必須相容 於冷卻劑之溫度與化學性質。某些可能之材料包括摺疊 薄壁鋼材與橡膠。 1 在測試時流體係經由冷卻劑供給歧管555供給至噴 霧器515,冷卻劑之沸點係可被控帝】,其是經由利用電磁 閥520或其它方式控制噴灑室525内部之壓力而達成。本 發明之一實施例子,喷麗室525内部之壓力係使用壓力傳 動裔552來測置以及其供給之冷卻劑係使用壓力傳動器 540來測里,而冷部劑之溫度測量係以溫度感應器測 里以及在其喷灑室的蒸氣係使用溫度感應器545測量,由 於為了安全之測量’可以選擇提供一機械壓力釋放閥 535。為了固定或改變冷卻劑之溫度以及喷灑室之壓 力,該測量冷卻劑之輸送壓力會被回饋至控制器以便確 24 1251067 保適當之冷卻劑輸送壓力供受測試元件之溫度需求。流 動速率以及如冷卻速率可以經由冷卻劑輸送壓力來控 制。 卫 圖6係根據本發明一實施例之喷灑冷卻系統剖面 圖,較特別的是受測試元件66〇係由受測試保持框體672 保持於位置上,其是貼附於受測試元件插座上(未顯 不),該封閉盤670被貼附於承載介面板(未顯示)後, 將被以傳統方式連接至轉接器,在此實施例中,喷灑室 625壓著於封閉盤67〇以便利用滑動封閉件63〇形成封 閉,接物鏡容室605被安置於透明熱散散佈體617下方, 其配置著喷灑頭615。泵68〇被用於讓流體回流至如冷凍 几件650之流體溫度調節系統,以及亦可被用於控制室内 635内部之壓力,通常大約在一大氣壓(1 atm)。當然我 們可以了解所需求之喷灑室壓力係能夠根據所使用之冷 卻流體特性與所需求之沸點(按所給之實施例)來計算,。 泵665被用於從供給管路695唧取冷卻劑經由喷灑頭 或喷霧器列(atomizer banks ) 615將其灌注於透明熱散佈 體,本發明之一實施例中冷卻劑係以液體狀態喷灑至熱 散佈體617上,在該處其被受熱至沸點然後汽化和在室内 635形成蒸氣。該蒸氣隨後凝結於室625之内壁上,以及 經由通道655排出回到泵680。該蒸氣亦可直接注入冷凍 7L件650,雖然將會使冷凍元件之負載增加。在另一實施 例中,冷卻劑僅單純從熱散佈體617上吸收熱量而不會汽 化,在该處未被汽化之液體回流至流體溫度調節系統。 儘管目前具有兩種溫度管理情形,熟悉該行業之人士對 25 1251067 於流體熱量吸收和汽化可被調整的相對冷卻能力之皆能 了解,例如,上述所描述之不同流體、噴嘴設計與數目、 流體之流動速率、流體溫度和室内壓力。 流體在噴灑至熱散佈體617之前循環於流體溫度調 節系統650,本特定實施例所使用之冷卻劑為高蒸氣壓 力,例如氫氟醚(hydrofluoroethers)或全氟化碳 (pei*flu0carb〇ns)等,結果這些流體在大氣狀態中將直 接 >飞化,所以本實施例所示之整個冷卻系統係形成為封 閉迴路系統,封閉系統可以經由電磁閥685洩出,其可以 與例如為回流凝結之蒸氣回收系統連接操作俾能減少蒸 氣之流失。為了此目的,流體溫度調節系統㈣包括有二 、♦東儲存庫690,以便能夠在高壓與低壓兩者狀態下操 作,此即是高於大氣壓10psi或一全真空七加,冷康儲存 亦可包括有-流體攪㈣統(未顯示)以便加強從 Μ劑至冷;東元件螺管(未顯示)之熱交換。在本例子 中的冷凍元件650和儲存庫69〇是可以在如低至_8〇。〇之 低溫度下操作。 帛本系統則党測試元件之温度能被改變俾能在各 作之條件下被測試。❹操作者可以輸人某一操作 1用_試受载元件,在其中—實施财該受測試 =之正喊溫度可以為該行業人士所熟知方式經由 未顯示)來偵測,例如,可以將一溫度二極 入又測心件中以及讓它的訊號送回自動測試設 -、;丨:是:了安全理由之傳統使用方式,舉例來說,在 以70件太熱時可料統關閉。而根據本發明之實施 26 1251067 例該受測試凡件的温度係從自動測試設備送出到控制器 600。利用受測試元件之正確溫度使得控制器6〇〇可以調 整冷卻速率以便讓受測試元件在操作者所選擇之溫度下 操作,為了控制冷卻速率,控制器6〇〇可以如下方式調 整·冷卻劑之流動速率、冷卻劑之溫度、或者改變室内 壓力以便可以改變冷卻液體之沸點。 如圖5和6所示以及上述所提到係可使用各種之感應 器與儀器來控制該創新之冷卻系統之操作。一壓力傳動 器6 2 0測量冷卻劑之輸送壓力以便能控制泵6 6 5之速率。 另外,一壓力傳動器622測量噴灑室内部之壓力以便能控 制一電磁閥685俾在喷灑室内部能獲得適當之冷卻劑沸 點。另一可選擇地傳動器694作為監測回流冷卻劑之壓 力。溫度感應器640用於測量靠近輸送端之冷卻劑溫度, 而喷灑室内之蒸氣溫度的測量則利用溫度感應器645,顯 然地,從喷灑室之壓力與蒸氣溫度(或者冷卻劑在它的 飽和溫度)將能夠決定輸送到受激發之受測試元件的冷 卻劑熱力學狀態,一機械壓力釋放閥626被提供作為當電 磁閥685發生故障事故時的安全釋放機制。 在圖5和6中之實施例中該霧化冷卻劑對於成像之影 喜品要降至隶低,其中一種方式是使用熱散佈體承載體 550、618當作遮屏俾能防止霧氣進入成像系統之光學軸 内,此種方式,喷灑液僅侵入熱散佈體之週邊,因此接 物鏡之觀察區域將不會被流體遮蔽。而且如上所提到說 明,有效的控制熱散佈體週邊溫度將可導致有效的控制 27 1251067 文測試元件溫度。所以,此處所描述之實例在控制受測 試元件溫度將非常有效。 如上述提到說明之油或其它高折射率液體可以提供 於熱散佈體與受測試元件之間,另外,本發明之各種實 施例中油或其它高折射率液體係放置於熱散佈體與接物 透鏡之間。本發明另一實施例中,一選擇使用之固體浸 入鏡片(SIL) 619被提供接觸於熱散佈體以便能有效從 受測試元件收集光線並導引至接物透鏡。固體浸入鏡片 (SIL ) 1以單獨或配合高折射率液體讓熱散佈體與接物 透鏡之間能夠傳送光學能量。 固體浸入鏡片(SIL)技藝為眾所週知,其例子說明 有美國專利第5,004,307號、第5,208,648號和第5,282,088 號,此處可配合供參考。圖6所描述之破折線為配答可選 擇地固體浸入鏡片(SIL )的冷卻系統發明實施例,在此 實施例中固體浸入鏡片(SIL) 619附加於接物鏡容室頂 部,在操作中’固體浸入鏡片(SIL )係結合於熱散佈體 617以便讓易散失之波能量傳播,另一說法為固體浸入鏡 片(SIL )係結合於熱散佈體617俾能以高於臨界角(臨 界角是發生内部全反射)角度捕捉於熱散佈體617中傳播 光線,如該技藝者所知,該結合之達成可以如實體接觸 於影像目標物、離目標非常罪近的配置(大約到2〇_2〇〇 微米)、或使用與折射率相配合之材料與流體。 在圖5與圖6之貫施例中顯示有兩排喷霧器,必須要 知道的是所提供之喷霧器數目與噴霧器列數僅是作為例 子,其它數目之配置亦可使用。例如,喷霧器相較於直 28 1251067 線排,亦能以環形配置於接物鏡容室四周,更進一步, 各種噴射器能以不同喷灑速率操作,或供給不同冷^ 劑,或相同冷卻劑、但是在不同溫度下。另可供選擇地, 不同f灑頭能夠調整不同角度供嘴丨麗。 圖7係描述安裝受測試元件至傳統測試頭轉接器的 典型方式,受測試元件760經由插座(未顯示)安置於受 測試元件介面板790和由保持框體77〇支持於位置上,一〇 形環墊710可以提供於受測試元件保持框體77〇和受測試 兀件承載體765之間,另外,一〇形環墊72〇可以提供於封 閉盤780與負載介面板790之間。 圖8係更進一步描述本創新冷卻系統之實施例,本實 施例中透明熱散佈體864係壓靠於受測試元件86〇,接 著,再安置受測試元件承載體866和插座862,透明熱散 佈體864係由保持框體861挾持於位置上,而不由光學承 載體。喷霧器列815被設置於熱散佈體864週邊附近,在 本特定例子中,一可選擇地封閉墊.867被設置於封閉盤 870、插座862和受測試元件介面板863之間。這是為了確 保不會有蒸氣從這些構件的空間散失。 喷灑室825係夾持頂著封閉盤87〇使得封閉墊可以達 成封閉該封閉盤870,在室内835之猜況係經由使用壓力 傳動器822和溫度感應器845來作為監測,室内835的壓力 係使用電磁閥885來作為控制,另外,為了安全則設置一 機械壓力釋放閥826。 冷卻流體利用供應泵865供給至喷霧器列815,流體 之輸运屢力係由壓力傳動器82〇測量,而溫度係由溫度感 29 !251〇67 應器840測量。在噴灑以後,流體被蒐集並利用送回泵88〇 唧取回至冷凍儲存庫88〇,冷凍元件内部流體的高度由位 準感應器896監測,其當然能夠被當作溫度管理控制的一 個增加變數,而冷凍元件内部壓力係經由壓力傳動器891 來監測。為了安全則提供一機械壓力釋放閥892。冷来元 件内部溫度的控制係利用冷凍元件螺管893和加熱器 894。如圖所示,所有之感應器、調控器、和泵皆連接到 電腦/控制器800。 如該行業人士所知,為了檢查受測試元件,它通常 將受測元件變薄,結果當元件產生熱量時,該熱量不能 完善的散佈於整個受測試器件以及會產生局部熱點。本 實施例中,有一透明熱散佈體864被設置接觸於受測試元 件860,以便加強從局部熱點之熱量散佈。如同上述之實 施例,油或其它折射率相配合之流體均能使用於熱散佈 體864與叉測試元件86〇之間。隨後喷灑實施於例如由矽 晶、紅寶石、鑽石等所製成之熱散佈體。 圖9a與圖9b係一具有熱散佈體保持框體之受測試元 件支持座裝置的剖面視圖,其可以使用於圖8之實施例 中。叉測試元件960係經由透明熱散佈體974被插座965夾 持頂撐’而它們被夾持放置於保持框體97〇中,一 〇型環 920係设置於受測試元件承載體962與插座965之間。透明 冷卻盤974能夠以例如銦或環氧接著劑封接於保持框體 970 ’為了加強熱傳導效果可以使用銦焊接劑。保持框體 970可以使用螺絲或其他方式固定於測試轉接器(未顯 不)。流體入口 915和出口 917設置於保持框體970,從圖 30 1251067 9a與圖9b可以了解由保持框體97〇、熱散佈體974和插座 965間形成一空腔99〇。如圖%所示,冷卻劑藉由入口 和出口 917在空腔内循環。從另一種情形,在圖外中係利 用喷灑頭將流體喷灑入空腔99〇然後藉由出口 917排出, 很明顯地在任何的例子中冷卻劑流體並不在接物鏡之光 子路彳k中循環,但是可以僅冷卻熱散佈體974與受測試元 件960之週邊。如果蒐集耗費之冷卻劑不重要,例如,像 是空氣或液態氮,%出口 917可以簡單化為非封閉設置, 此種狀況,耗費之冷卻劑將會簡單的經由非封閉設置某 發到空氣中。 ^ 圖1〇係透明熱散佈體裝置夾持受測試元件的剖面視 圖,此說明例子可以使用於圖5和6之實施例。那即是在 這個貝施例中,將受測試元件貼附於插座,而透明熱散 佈體壓持著x測試元件,如圖所示,受測試元件^刪係 貼附於受測試元件承載體1〇65,其可能包括或不包括週 邊兀件1020 (如電容器),在測試前,將一透明熱散佈 體1074壓持著受測試元件麵,在其間則具有或不具有 相配合之折射率流體。熱散佈體1074係利用例如銦焊接 劑1012貼附至其支持座上。喷霧器1()15係貼附至支持座 1〇7〇以便它們能夠喷灑於熱散佈體1074上,如圖所示, 支持座1G7G可以當作遮屏俾能防止噴丨麗到達至熱散佈體 1074之中央以及遮蔽光學路徑。 圖11係透明熱散佈體裝置夾持受測試元件的剖面視 圖’此說明例子可以使用於圖5和6之實施例,這個實施 例亦可以使用於沒有蒸發室,例如圖5和6所示之提供。 31 1251067 明顯地,在這個實施例中喷灑流體係容納於熱散佈體支 持座内以及循環於冷凍元件供溫度控制,如圖所示,受 測試元件1160係貼附至受測試元件承載體1165,其可能 包括或不包括週邊元件丨12〇 (如電容器),在測試前, 將一透明熱散佈體1174壓持著受測試元件116〇,在其間 則具有或不具有相配合之折射率流體。熱散佈體1174係 利用例如銦焊接劑1112貼附至一支持座上。支持座係由 例如貝心金屬製成之實心部1 1 80與空心部1丨75所構成, 如圖所示,喷務器1115係安置支持座π 7 0之空心部,喷 霧器喷灑支持座1170之實心部118〇,隨後流體從空心部 1175往下流以便被蒐集和(或)循環至冷凍元件,在此 叹置中熱攸受測试元件被傳導至熱散佈體1174,然後 至貫心部1180,以及從該處經由喷霧器丨丨15噴灑移除, 因為在此例子中為封閉循環,沒有封閉盤或類似之需要 被提供以及該設置可以很容易的使用於各種測試情況。 圖12係本發明另一實施例之爆開視圖說明,在這個 實施例中,受測試元件以及熱散佈體能被固定於印刷電 路板和裝配至自動測試設備或其它測試設備之測試工作 口,熱散佈體之冷卻係分離地提供以及從受測試元件印 刷電路板可以移開,本實施例有特別之優點,因為印刷 電路板、文測試元件和熱散佈體係與其它之測試和冷卻 系統分離地構成和獨立之設置,以及能夠很便利地組裝 於工作台上和隨後移至以及安裝到測試系統。 印刷電路板組合體包括一傳統電路板12〇〇、其上固 定有一插座1265和受測試元件套組1285,受測試元件 32· 1251067 1260以傳統之方式被安置於插座上,一透明熱散佈體 1274隨後被設置罩於受測試元件126〇上,有或沒有伴隨 著相配合之折射率流體,熱散佈體1274係使用銅夾體 1230和銦襯墊1222壓持著受測試元件126〇,整個組合體 隨後經由螺栓1250以鋼夾1240固定,其係利用導柱^兄 定位。 喷灑冷卻組合體包括一支持座127〇,其内具有噴射 至1245和排出至1275兩個空心室,冷卻喷灑組合體壓持 者銅夾體1230,配合一銦襯墊1212在其間,銦襯墊係可 以為分離或更換零件,或者它可以焊接於支持座127〇 上。冷卻液體唧取進入噴射室1245,以及經由噴射器Kb 被噴灑至支持座1270之上方處,喷灑液體隨後往下流至 排出室和唧取進入冷凍元件供溫度控制。 ^在圖6和8之實施例係顯示冷卻流體被蒐集返回冷凍 系、、先雖然w兒這不一定是需要的,例如冷卻流體統可能 是冷凍空氣,在此種情況,空氣能被冷凍並在壓力下輸 达至喷灑頭,但它在噴灑後不需要被蒐集,所以泵_和 880可被省掉。另—方面,液態氮在從事半導體晶片之工 作機構中通常很輕易可得到,所以液態氮可用在發明之 實施例中。 —圖13係說明其巾之液態氮被當作冷卻劑流體使用之 實施例。較大部分在處理㈣體的研究和生產設備上 很容易可從「龍頭」取得,以及設備13_經由輸出閥 連接器1382提供壓縮液態氮,所以.,在使用此設備用以 33 1251067 供給冷卻劑時,於圖6和8所說明之實施例中將不需要泵 和熱交換器,只需將液態氮直接輸送至喷灑頭1315。 液態氮一經喷灑至熱散佈體13 17後,它係能夠或不 能夠被蒐集。那即是一種為於冷卻室1325配合有封閉環 1330和盤體1370以便形成密閉之環境而能夠經由出口 1355¾集所「耗費」之氮。另一種情形,所耗費之氮能 被放出至大氣中,此種情況,將不需要去建造一冷卻室 和喷灑頭13 15,以及可以打開喷灑盤通至四周。 如圖5和6之實施例,各種感應器和儀器可被使用於 控制此創新冷卻系統之操作。一壓力傳動器丨32〇測量冷 卻劑輸送壓力以便能夠控制閥門丨382,另外,一壓力傳 動裔1322測量喷灑室内部壓力以便能控制電磁閥丨385, 恤度感應器1340用於測量靠近輸送端之冷卻劑,而在喷 麗室之蒸氣溫度係利用溫度感應器1345測量。一機械壓 力釋放閥1326在發生故障事故時提供一安全釋放機能, 同時’如果系統被設計成將氮排放到大氣中,則其中有 些或所有這些各種感應器和傳動器皆可以被改變或省略 是很容易被了解。 圖14係說明創新系統之另一實施例,其中,該透明 熱散佈體1474係經由支持座147〇而呈可移動裝配於接物 鏡組合體1405。在這個實施例中,支持座147〇係自由地 滑動於容座1475中,或者它能以彈性支撐或撓性的安裝 於支持座1475内。這個裝置係供在熱散佈體1474安置頂 持於受測試元件1460 (安裝於插座1485 )時,接物鏡組 口體1405可以進一部的移動以便到達適當的對焦點,當 34 1251067 支持座1470係彈性支撐時則熱散佈體1474能實體地壓靠 著党測試兀件1460 ,俾能避免或減少在透明熱散佈體 1474和文測忒元件1460之間的任何機械移動和震動。冷 部劑經由導官或管道1480輪送至喷灑頭1415,噴灑頭 1415輸运冷部劑噴灑至熱散佈體1474,一可選擇的方式 是噴灑頭亦可能輸送冷卻劑喷灑至受贼元件剛 本身。-可選擇方式的是支持座147()可以形成如同圓柱 而以可移動的裝配於圓柱容室1475,此種裝置具有圓柱 支持座147G能防止任何冷卻劑進人接物鏡光學路徑之優 點。如圖Η之說明,本實施例之裝置可以使用於供豆他 透明熱散佈體1410相結合,例如,像圖la所示之傳统执 散佈體no,在此例子巾熱散佈體1474將㈣#於熱散佈 體1460上’進-步可選擇的方式是冷卻劑通道可以被設 置於熱散佈體1410之内部或上方,例如,像圖u所示之 傳統冷卻通道120。 圖15為創新之冷卻系統進一步實施例圖示,其中係 使用-傳統冷卻盤·,傳統冷卻盤包括_透明熱散佈 蹲1510’、冷卻流體輸入/輪出連接線路1570和冷卻流體通 道1530,熱散佈體15 10,可以經由銦焊接劑1525連接到冷 卻,,=而根據本實施例’為了加強從散佈體週邊移除 熱里,女裝噴灑頭1515俾能冷卻喷灑到冷卻盤上。 …雜树軸參照特定之實施例作·,但其並硕限於這些 實施例,特別的是,該一般行業人士所能施行之各種變化和修改均: ::i發日:之精神和範嘴’所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所 ; 述所引用提及之先前技術在此均可列入參考。 35 1251067 五、圖式簡單說明 本發明之說明請配合參考該特定實施力之圖示,必須 了解的疋各種貫施力之圖示僅是一範例,並不能侷限本' 發明之申請專利範圍之主張。 圖1 a-1C係說明先前技術之冷卻盤系統。 圖2係說明從有限元素模型獲得之透明熱散佈體最 面溫度與邊界條件函數圖。 圖3係說明以20W/cm2使用於受測試元件從橫跨傳統 熱散佈體測量之實驗測量溫度。 圖4係以20W/crri使用於受測試元件之最高裸晶溫度 與油薄膜厚度函數圖。 & 圖5係本發明創冑冷卻系統之一冑施例爆開視圖, 而圖5係本發明使用冷卻盤之創新冷卻系統之一實施例 爆開視圖。 、 圖6係本發明創新冷卻系統之一實施例剖面圖,而 圖6係本發明使用冷卻盤之創新冷卻系統之_實施例剖 面圖。 圖7係說明創新冷卻系統之一實施例剖面圖。 圖8係說明創新冷卻系統之另-實施例剖面圖。 圖9 a和9 b係根據本發明受測試元件配合冷卻盤支持 座裝置之兩種可選擇實施例剖面圖。 圖係根據本發明党測試元件配合冷卻盤支持座裝 置之實施例剖面圖。 圖一係根據本發明$測試元件配合冷卻盤支持座裝 置之實施例剖面圖。 36 1251067 圖12係本創新冷卻系統另一實施例圖。 圖13係本創新冷卻系統另一實施例圖。 ϋ 14係本創新冷卻系統另一實施例圖。 ® 15係本創新冷卻系統另一實施例圖。 六、圖號說明 100 冷卻裝置 110 冷卻盤 130 框體 140 金屬散熱器 内環 170 、 915 入D 160、56(Τ、 560、66(Τ、 760 、 1260 、 1460 雙〉則試元件 650 、 650’ 冷凍元件 690 、 690’ 、 890 儲存庫 685 、 6855 、 885 、 1385 電磁閥 695、695, 供給管路 600、600’、800 控制器 672、770、 保持框體 86卜 970 105 接物透鏡 120 導管 135 窗口 150 金屬散熱器 外環 175 、 917 出口 605 > 6055 、 接物鏡容室 550” 、 505
37 1251067 510 、 617 、 透明熱散佈 665” 、 665 、 泵 864 、 974 、 體 68CT、680、 1074 、 1174 、 865 、 880 1474、1510 550 、 1070 支持座 555、555 冷卻劑供給 岐管 515, 、 515 喷霧器 615,、615、815 喷霧器列 510, 、 610’ 、 喷灑頭 5257 、 525 、 喷灑室 1315 、 1415 、 625’、625、825 1515 53(T、530、 封閉墊 5805 、 580 、 封閉盤 63(Γ、630、 670,、670、870 ·) 830 535、535 > 釋放閥 862 、 965 插座 626、626 ' 826 、 892 540” 、 540 、 壓力傳動器 541, 、 541 、 溫度感應器 62(Τ、620、 545’ 、 545 、 6225 > 622 6405 、 640 、 645’ 、 645 、 840 、 845 、 1340 、 1345
38

Claims (1)

1251067 拾、申請專利範圍 … 1 · 一種半導體晶片溫度管理系統,包括·· 一透明熱散佈體,係設置放於該半導體晶片之上; 至少一噴灑頭,係配置供冷卻劑至少部分地喷灑到 該透明熱散佈體; 一冷卻劑輸送系統,提供該冷卻劑到該喷灑頭。 2·如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片溫度管 理系統,其中該冷卻劑含有由水、液態氮、冷凍空氣、 氫 I _ ( hydrofluoroethers )或全氟化碳(perflu〇carbons ) 中之一種或者是其中所混合。 3 ·如申请專利範圍第1項所述之半導體晶片溫度管 理系統,進一步包括: 一冷卻劑溫度調節系統; 一冷部劑移動機構提供該冷卻劑從該溫度調節系統 到該噴灑頭。
劑到該溫度調節系統。
之半導體晶片溫度管 t、統輸送被蒐集之冷卻 之半導體晶片溫度管 f卻劑僅能喷灑至該透
39
TW092132629A 2003-03-04 2003-11-20 Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system TWI251067B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/379,925 US6836131B2 (en) 2002-08-16 2003-03-04 Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200420862A TW200420862A (en) 2004-10-16
TWI251067B true TWI251067B (en) 2006-03-11

Family

ID=32961278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW092132629A TWI251067B (en) 2003-03-04 2003-11-20 Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6836131B2 (zh)
EP (1) EP1604217A1 (zh)
JP (1) JP2006519359A (zh)
KR (1) KR20050111751A (zh)
CN (1) CN1756961A (zh)
TW (1) TWI251067B (zh)
WO (1) WO2004079380A1 (zh)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8076216B2 (en) 2008-11-11 2011-12-13 Advanced Inquiry Systems, Inc. Methods and apparatus for thinning, testing and singulating a semiconductor wafer
US8464781B2 (en) 2002-11-01 2013-06-18 Cooligy Inc. Cooling systems incorporating heat exchangers and thermoelectric layers
DE10393588T5 (de) 2002-11-01 2006-02-23 Cooligy, Inc., Mountain View Optimales Ausbreitungssystem, Vorrichtung und Verfahren für flüssigkeitsgekühlten, mikroskalierten Wärmetausch
US7836597B2 (en) 2002-11-01 2010-11-23 Cooligy Inc. Method of fabricating high surface to volume ratio structures and their integration in microheat exchangers for liquid cooling system
US20050211418A1 (en) * 2002-11-01 2005-09-29 Cooligy, Inc. Method and apparatus for efficient vertical fluid delivery for cooling a heat producing device
US7201012B2 (en) * 2003-01-31 2007-04-10 Cooligy, Inc. Remedies to prevent cracking in a liquid system
TWM251443U (en) * 2003-05-12 2004-11-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd A cycle system for dissipating heat
US7591302B1 (en) 2003-07-23 2009-09-22 Cooligy Inc. Pump and fan control concepts in a cooling system
US6995980B2 (en) * 2003-08-21 2006-02-07 Unisys Corporation Temperature control system which sprays liquid coolant droplets against an IC-module and directs radiation against the IC-module
JP3756168B2 (ja) * 2004-03-19 2006-03-15 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント 回路の発熱制御方法、装置およびシステム
US7616444B2 (en) * 2004-06-04 2009-11-10 Cooligy Inc. Gimballed attachment for multiple heat exchangers
US8029186B2 (en) 2004-11-05 2011-10-04 International Business Machines Corporation Method for thermal characterization under non-uniform heat load
US7259580B2 (en) * 2005-02-22 2007-08-21 International Business Machines Corporation Method and apparatus for temporary thermal coupling of an electronic device to a heat sink during test
US7616312B2 (en) * 2005-06-29 2009-11-10 Dcg Systems, Inc. Apparatus and method for probing integrated circuits using laser illumination
US7659981B2 (en) * 2005-08-26 2010-02-09 Dcg Systems, Inc. Apparatus and method for probing integrated circuits using polarization difference probing
US7450245B2 (en) 2005-06-29 2008-11-11 Dcg Systems, Inc. Method and apparatus for measuring high-bandwidth electrical signals using modulation in an optical probing system
US7733100B2 (en) 2005-08-26 2010-06-08 Dcg Systems, Inc. System and method for modulation mapping
KR100688583B1 (ko) * 2005-12-31 2007-03-02 삼성전자주식회사 포토 에미션 분석 장치 및 포토 에미션 분석 방법
TWI276396B (en) * 2006-01-13 2007-03-11 Ind Tech Res Inst Closed-loop latent heat cooling method, and capillary force or non-nozzle module thereof
US20070227709A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-04 Girish Upadhya Multi device cooling
US7453277B2 (en) * 2006-06-06 2008-11-18 Advanced Inquiry Systems, Inc. Apparatus for full-wafer test and burn-in mechanism
US20070291361A1 (en) * 2006-06-19 2007-12-20 Credence Systems Corporation Lens housing with integrated thermal management
US7548424B2 (en) * 2007-03-12 2009-06-16 Raytheon Company Distributed transmit/receive integrated microwave module chip level cooling system
TW200924625A (en) 2007-08-07 2009-06-01 Cooligy Inc Deformable duct guides that accommodate electronic connection lines
US7639030B2 (en) * 2007-10-15 2009-12-29 Intel Corporation Creating a jet impingement pattern for a thermal control system
JP4845897B2 (ja) * 2008-01-15 2011-12-28 株式会社東芝 サンプルステージ
US20090267631A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 Honeywell International Inc. Large Component Thermal Head Adapter
US7684194B2 (en) * 2008-06-04 2010-03-23 International Business Machines Corporation Systems and methods for cooling an electronic device
US8553322B2 (en) 2008-11-04 2013-10-08 Dcg Systems, Inc. Variable magnification optics with spray cooling
US8045329B2 (en) * 2009-04-29 2011-10-25 Raytheon Company Thermal dissipation mechanism for an antenna
US8232637B2 (en) * 2009-04-30 2012-07-31 General Electric Company Insulated metal substrates incorporating advanced cooling
SG10201506637YA (en) 2009-05-01 2015-10-29 Dcg Systems Inc Systems and method for laser voltage imaging state mapping
CN102445571A (zh) * 2011-10-19 2012-05-09 昆山迈致治具科技有限公司 电路板多功能测试治具
US9459280B2 (en) * 2012-08-27 2016-10-04 Intel Corporation Using fluid to position a device in a socket for testing
US20160072209A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Hzo, Inc. Waterproof sockets and ports
US10634397B2 (en) * 2015-09-17 2020-04-28 Purdue Research Foundation Devices, systems, and methods for the rapid transient cooling of pulsed heat sources
CN105350951B (zh) * 2015-11-02 2018-06-08 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 用于元素测井仪探头bgo晶体探测器的保温与预冷却装置
US10638648B2 (en) * 2016-04-28 2020-04-28 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Cooling system with pressure regulation
TWI597508B (zh) * 2016-07-22 2017-09-01 致茂電子股份有限公司 電子元件溫控模組及具備該模組之檢測設備
CN106409791B (zh) * 2016-11-29 2020-05-22 广东合一新材料研究院有限公司 一种液体浸没式芯片散热器
EP3460558A1 (en) 2017-09-20 2019-03-27 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Cryo-light microscope and immersion medium for cryo-light microscopy
KR101997847B1 (ko) * 2018-04-26 2019-07-08 (주)티에스이 냉각제를 이용한 반도체소자 테스트용 인터페이스 보드
JP6736651B2 (ja) * 2018-12-27 2020-08-05 浜松ホトニクス株式会社 冷却ユニット、対物レンズモジュール、半導体検査装置、半導体検査方法
KR102249401B1 (ko) * 2020-05-14 2021-05-07 주식회사 티에프이 반도체 테스트와 관련된 소켓 모듈
KR102363018B1 (ko) * 2020-07-14 2022-02-15 주식회사 엑시콘 냉각 성능이 우수한 반도체 디바이스 테스트 시스템
JP7227193B2 (ja) * 2020-07-15 2023-02-21 浜松ホトニクス株式会社 冷却ユニット、対物レンズモジュール、半導体検査装置、半導体検査方法
CN113358969B (zh) * 2021-06-02 2022-04-05 江苏利华之光汽车配件有限公司 信号转换器测试工装
JP2023136908A (ja) 2022-03-17 2023-09-29 浜松ホトニクス株式会社 冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置
JP2023136910A (ja) 2022-03-17 2023-09-29 浜松ホトニクス株式会社 冷却ユニット、対物レンズモジュール及び半導体検査装置
CN115449576B (zh) * 2022-10-19 2023-06-20 中冶华天工程技术有限公司 一种自动热感应高炉晚期喷淋冷却设备及实施方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070040A (en) 1990-03-09 1991-12-03 University Of Colorado Foundation, Inc. Method and apparatus for semiconductor circuit chip cooling
EP0516478A2 (en) * 1991-05-30 1992-12-02 Nec Corporation Cooling structure for integrated circuits
JPH05136305A (ja) * 1991-11-08 1993-06-01 Hitachi Ltd 発熱体の冷却装置
US5220804A (en) * 1991-12-09 1993-06-22 Isothermal Systems Research, Inc High heat flux evaporative spray cooling
JPH05166912A (ja) 1991-12-18 1993-07-02 Kawasaki Steel Corp 半導体集積回路チップの発熱部検出方法
US5361032A (en) * 1992-01-27 1994-11-01 Motorola, Inc. Method of troubleshooting electronic circuit board assemblies using temperature isolation
US5515910A (en) 1993-05-03 1996-05-14 Micro Control System Apparatus for burn-in of high power semiconductor devices
US5511415A (en) 1994-01-18 1996-04-30 Cambridge Aeroflow, Inc. Gas flow and temperature probe and gas flow and temperature monitor system including one or more such probes
DE69531390T2 (de) 1994-11-30 2004-05-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Substrat, Halbleiteranordnung, Anordnung für Elementmontage
US5895972A (en) 1996-12-31 1999-04-20 Intel Corporation Method and apparatus for cooling the backside of a semiconductor device using an infrared transparent heat slug
US6140141A (en) 1998-12-23 2000-10-31 Sun Microsystems, Inc. Method for cooling backside optically probed integrated circuits
US6498725B2 (en) * 2001-05-01 2002-12-24 Mainstream Engineering Corporation Method and two-phase spray cooling apparatus
US6621275B2 (en) * 2001-11-28 2003-09-16 Optonics Inc. Time resolved non-invasive diagnostics system

Also Published As

Publication number Publication date
US6836131B2 (en) 2004-12-28
EP1604217A1 (en) 2005-12-14
KR20050111751A (ko) 2005-11-28
US20040032275A1 (en) 2004-02-19
TW200420862A (en) 2004-10-16
WO2004079380A1 (en) 2004-09-16
JP2006519359A (ja) 2006-08-24
CN1756961A (zh) 2006-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI251067B (en) Spray cooling and transparent cooling plate thermal management system
US8076951B2 (en) Spray cooling thermal management system and method for semiconductor probing, diagnostics, and failure analysis
JP2008070351A (ja) 温度管理および温度勾配低減のためのシステムおよび方法
US6880350B2 (en) Dynamic spray system
US20100039117A1 (en) Temperature control system for a device under test
TWI278977B (en) Cooling equipment
US7021067B1 (en) Dynamic thermal management spray system
US4897762A (en) Cooling system and method for electronic circuit devices
KR20090047556A (ko) 시험 중인 전자 장치의 온도를 제어하기 위한 장치 및 방법
JP6833841B2 (ja) 大電力レーザダイオード試験システムおよび製造方法
TWI401468B (zh) 熱控制型固體浸沒透鏡裝置
EP1870752A1 (en) Lens housing with integrated thermal management
US7064568B2 (en) Optical testing of integrated circuits with temperature control
US20030030430A1 (en) Methods and apparatus for testing a semiconductor structure using improved temperature desoak techniques
US20050068734A1 (en) Heat pipe with chilled liquid condenser system for burn-in testing
US20050067147A1 (en) Loop thermosyphon for cooling semiconductors during burn-in testing
Jiang Heat removal using microjet arrays and microdroplets in open and closed systems for electronic cooling
TW469613B (en) Cooling method and experimental apparatus of micro hot spot
Pettigrew et al. Development and Testing of a Planar, Silicon Mini-Capillary Pumped Loop
Narayanan et al. Gas Assisted Thin-Film Evaporation for Hotspot Thermal Management
CN109729722A (zh) 微尘前驱物质的精密测量系统

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees