TWI546875B - 直接液體接觸微通道熱傳遞裝置、用於半導性裝置之溫控方法、及其形成方法 - Google Patents

直接液體接觸微通道熱傳遞裝置、用於半導性裝置之溫控方法、及其形成方法 Download PDF

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Description

直接液體接觸微通道熱傳遞裝置、用於半導性裝置之溫控方法、及其形成方法 發明領域
本發明大致係有關直接液體接觸微通道熱傳遞裝置、用於半導性裝置之溫控方法、及其形成方法。
微電子裝置於使用時是處於沈重的工作量，而其可能影響性能。此等裝置中所涉及的挑戰包括：當微型化繼續依循摩爾定理時的測試性能之工作。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種用以溫控一半導性裝置的設備，其包含一基面，其中該基面包括至少一熱傳遞流體單元胞元，該至少一熱傳遞流體單元胞元包括一流體供應結構，包括一供應孔截面；以及一流體返回結構，包括一返回孔截面，且其中該供應孔截面大於該返回孔截面；以及一晶粒介面，其中該晶粒介面是一液體無法滲漏的材料。
圖式簡單說明
為了理解獲得這些實施例的方式，如上簡短描述的各種實施例的較特定描述將透過參考附圖被提供。描述實施例的這些附圖不必然按照比例繪製，且不欲被視為限制了範圍。透過使用以下的附圖，一些實施例將以額外的具體說明和細節予以描述和解釋，這些附圖包含：第1圖是依據一實施例的一半導性裝置冷卻設備的一直接流體接觸熱塊組的底面圖；第2圖是依據一示範性實施例自第1圖所描述之流體流動陣列中擷取出所標示之單元胞元的細節部分；第3圖是依據一實施例的第1圖所描述之直接流體接觸熱塊組的頂面圖；第4圖是依據一實施例的包括第2圖所描述之單元胞元的截面細節且沿著截線4-4擷取出；第5圖是依據一示範性實施例的一直接流體接觸熱塊組的部分穿透視圖；第6a至6f圖繪示了形成一直接流體接觸熱塊組實施例的好幾個層壓層類型；第7圖繪示了依據一示範性實施例的一直接流體接觸熱塊組的流速和幫浦壓力的關係圖；第8圖是依據好幾個實施例的在第7圖所描述之流量範圍下的熱性能圖；第9圖依據好幾個實施例的相較於一基線的動態熱響應圖；第10a圖依據一示範性實施例的一晶片測試系統的截面視圖；第10b圖依據一示範性實施例的在進一步處理之後第10a圖所描述之晶片測試系統的截面視圖；第11圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1100的一部份的穿透視圖；第12圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1200的一底部穿透圖；第13圖是一電阻加熱器的頂面，該電阻加熱器是嵌入在一示範性實施例的流體接觸熱塊組的一層壓層中；以及第14圖是依據好幾個實施例的一控制方法圖。
 較佳實施例之詳細說明
現在將參考圖式，其中相同的結構是以相同的參考符號來提供。為了更清楚地顯示各種實施例的結構，本文所包含的圖式是積體電路結構的概括表示。因此，被製造出之積體電路結構的實際外觀，例如以一縮微照相，可能會有所不同，然仍包含所說明之實施例的所請結構。此外，這些圖式可能只顯示對於理解所說明之實施例而言是有用的結構。在此技術領域中已知的額外結構可能沒有被納入，以維持圖式的簡明。
第1圖是依據一實施例的一半導性裝置冷卻設備的一直接流體接觸熱塊組100的底部圖。一晶粒介面表面110呈現出具有多個單元胞元的一流體流動陣列112，其中一個單元胞元是以參考數字1標示出。該流體流動陣列112也可稱為一待測裝置(DUT)佔用區112，且是被組配以大致匹配例如一處理器晶粒的裝置。
在此被說明的實施例中，流體流動陣列112包括由沿著X軸的一24單元-胞元維度112x和沿著Y軸的一5單元-胞元維度112y所界定出的120個單元胞元。該晶粒介面表面110是多個堆疊複合物的基面的一部份，且該多個堆疊複合物形成依據本發明之實施例的該直接流體接觸熱塊組100。此處設有多個頭螺栓孔，且其中一個是以參考數字114標示出。
第2圖是擷取自第1圖所描述的依據一示範性實施例的該流體流動陣列112中的所標示出之單元胞元1的詳細局部。該單元胞元1與一單元塊組2實施例內的兩個其他的單元胞元形成一組。該單元塊組2實施例包含該晶粒介面表面110，且在本實施例中包括9個用於流體流的孔。如第1圖所示，該等單元胞元在該單元塊組2實施例(第2圖)中是以三個成一組，且該等單元塊組2實施例被成群以形成微通道的8*5單元塊組陣列。
該單元塊組2實施例包括具有6個孔的一流體供應結構以及具有3個孔的一流體返回結構。該單元胞元1受組配使得所有流體供應孔較所有流體返回孔有著較大的截面區。如所示，相較之下較大的流體供應孔截面(以下稱為流體供應孔)是以一流體供應第一孔116和一流體供應後續孔118來實現，且是與一單一的流體返回孔120相比。流體流動方向是以箭頭117和119來說明。
第3圖是如第1圖所示的依據一實施例的該直接流體接觸熱塊組101的一頂面。該直接流體接觸熱塊組101顯示一個被描述為該熱塊組101之頂面的頂面108。供應流體入口122和返回流體出口124也予以描述。該供應流體入口122和返回流體出口124分別經由分配通道耦接到位於該晶粒介面表面110(第1圖)之底部的單元胞元。
此處設有多個頭螺栓孔，其中一個是以參考數字115列舉出。如以下所描述，供應和返回通道是提供於該晶粒介面表面110(或基面)和該頂面108之間。
第4圖是依據一實施例包括第2圖中所描述之單元胞元1且沿著截線4-4擷取出的截面細節4。一測試系統103是予以描述，且包括該基面110和將被冷卻或被熱控制以作為一待測裝置(DUT 126)的一晶粒126。該DUT 126包括一主動面127和一背面128。在一實施例中，該DUT 126是一倒裝晶片。
該基面110是以面對該晶粒126的方式存在。在一實施例中，介於該晶粒126之背面128和該基面之間的間隔111是在20 μm至2 mm的範圍間。在一實施例中，間隔111是75 μm。取決於一特定應用，也可使用其他間隔長度。在該流體流動陣列112(第1圖)是大約1平方公分的實施例中，間隔111大約是1 mm。在其他實施例中，取決於晶粒的大小和一能達到的可能擾動的熱傳遞流型態，間隔是介於0.1 mm至2 mm的範圍。
在一實施例中，背面128是一裸晶粒的背面。在一實施例中，晶粒126具有構成背面128的一金屬化層。在任一實施例中，對於在背面128產生直接流體接觸的溫控流體而言，背面128可稱為「裸晶粒」。
在單元胞元1中，流體流動117的方向是自該流體供應第一孔116中流出，且直接流體接觸地倚靠著該晶粒126的背面128，之後是該流體流動117必須離開該單一的流體返回孔120。也可發現流體流動119的方向是自該流體供應後續孔118中流出，且直接流體接觸地倚靠著該晶粒126的背面128，之後是該流體流動119也必須離開該單一的流體返回孔120。由於該單元胞元1(第2圖)之架構的關係，該流體供應孔的截面區較該流體返回孔的截面區來的大。
在一實施例中，引導該流體流動117和119是於該晶粒之背面上進行，且該流體是液體和氣體的混合。在一實施例中，該流體流動117和119是可膨脹的流體，例如一冷卻劑，使得兩相的流動被實現。例如，該流體流動117和119是液相的流動，但是當它們進入該流體返回孔120時，至少一部份的流體流動117和119是蒸汽或氣相的流動。因此，汽化潛熱是從該晶粒的背面128轉換成液相，使得蒸汽或氣相出現。故液體的層流流動被擾動且透過冷卻劑的急驟蒸發而被驅使為擾流。相似的，已經存在的液體擾流流動被擾動且透過該冷卻劑的急驟蒸發而被驅使為更加擾動的擾流。
其他實施例可包括該流體供應孔之截面區域較該流體返回孔之截面區域大的架構。在一示範性實施例中，是藉由相等的截面區域孔但是提供比返回孔還多的供應孔來實現該流體供應孔之截面區域較該流體返回孔之截面區域大。此可由第2和4圖所描述之特定實施例發現。在一實施例中，是藉由提供比返回孔還大的供應孔，來實現該流體供應孔之截面區域較該流體返回孔之截面區域大。其他實施例可予以執行以實現該流體供應孔之截面區域較該流體返回孔之截面區域大。
在一實施例中，流動是一種雙側周邊供應的流動型態，如第2和4圖中所示。該流動在該單元胞元1的兩周邊是一注入型態，且在該單元胞元1的中心是一流出型態。現在可觀察到在一單元胞元內的流動主要被至少一個相鄰的流體流動單元胞元所限制住。例如，即使當該單元塊組2是該流體流動陣列122中的一個角落塊組，且單元胞元1是在角落時，因為單元胞元1與3個單元胞元相鄰，流動主要是被至少一個相鄰的流體流動單元胞元限制住。當該單元塊組2是沿著該流體流動陣列112的一邊緣時，單元胞元1左邊的單元胞元是被5個相鄰的單元胞元限制住。且當該單元塊組2是在除了沿著該流體流動陣列112的邊緣以外的任何位置時，單元胞元1左邊的單元胞元是被8個相鄰的單元胞元限制住。
可以發現DUT 126沒有被該直接流體接觸熱塊組的任何設備接觸到。因此，對DUT的直接流體微通道冷卻的應用是一種最小化測試暫態溫度響應的有用方法，因為熱傳遞流體與此裝置直接接觸，同時該熱傳遞流體是被迫使成可能是擾動的或流線型的(也稱為層流)的一微流型態。此測試設備本身與DUT的表面沒有產生實體的接觸，至DUT之表面或自DUT之表面的熱將被傳遞。由於在測試期間沒有實體的接觸，製造良率損失被減少。此良率損失可能由於習知方法的機械式接觸而造成表面產品損害而升高，雖然實體損害也可能是製造良率損失的來源。
由第4圖中可以發現以在基面110上沒有分隔壁的方式匯聚短迴路通道流可減少了在該晶粒126之背面128上的滯留區域而增進了熱傳遞。以沒有分隔壁的方式匯聚短迴路通道流可產生較大的溫度均勻性，且同時增進了可製造性。
第5圖是依據一示範性實施例的直接流體接觸熱塊組500的部分穿透視圖。一頂面508和一基面510代表該直接流體接觸熱塊組500在Z方向上的界限。頭螺栓孔514被描繪出有通到該基面510但沒有穿到頂面508。4個頭螺栓孔515(2個被標記)被描繪出有通到該頂面508但沒有穿到基面510。
一單元胞元被標示出有一流體供應第一孔516和一流體供應後續孔518，以及一單一的流體返回孔520。流體流動方向因而是自該流體供應孔516和518到在流體返回孔520之中心的雙側周邊的流動，且沒有使用分隔壁或隔板。好幾個單元胞元是排列成一流體流動陣列512，且該流體流動陣列512是由沿著X軸的一維度512x和沿著Y軸的一單元-胞元維度512y所界定。
至該直接流體接觸熱塊組500的流體供應是以供應流體入口522來實現。如圖所示，6個供應流體入口522是予以提供。自該直接流體接觸熱塊組500的流體返回是以5個返回流體出口524來實現。該供應流體入口522和該返回流體出口524分別經由分配通道耦接到位於晶粒介面表面510之底部的單元胞元。
到好幾個單元胞元的流體分配以及來自好幾個單元胞元的流體分配是以多個流體供應分配器(其中一者是以參考數字523表示)以及多個流體返回收集器(其中一者是以參考數字525表示)來實現。
第6a圖到6f圖說明了好幾個形成一直接流體接觸熱塊組實施例的層壓層類型。
在第6a圖中，第一層壓類型包括一晶粒介面表面610。該第一層壓類型6a顯示出具有多個單元胞元的一流體流動陣列，且該等單元胞元是被進一步分組為單元塊組，而其中一單元塊組是以參考數字602標示出。在此所繪的實施例的微通道陣列中，3個單元胞元乘上40個單元塊組總共產生120個單元胞元。
在一實施例中，該第一層壓類型6a是5密耳(5個千分之一英吋，也是127 μm)厚，且是單一層。該晶粒介面表面610是多個堆疊複合物的基面的一部份，且該多個堆疊複合物形成依據本發明之實施例的該直接流體接觸熱塊組。此處設有多個頭螺栓孔，其中一者是以參考數字614來標示出。
在第6b圖中，一第二層壓類型包括一流體流動陣列612，且該流體流動陣列612有由沿著X軸的一24單元-胞元維度612x和沿著Y軸的一5單元-胞元維度612y所界定的120個單元胞元。依據一實施例，該等單元胞元具備供應孔和較小數目的返回孔。無論如何，該等供應孔的總截面區域是大於該等返回孔的總截面區域。依據此實施例，該第二層壓類型6b是5密耳(127 μm)厚，且總共包括4層。
在第6c圖中，一第三層壓類型包括多個流體供應分配器(其中一流體供應分配器是以參考數字623標示出)，以及多個流體返回收集器(其中一流體返回收集器是以參考數字625標示出)。依據此實施例，該第三層壓類型6c是10密耳(254 μm)厚，且總共包括9層。此處設有多個頭螺栓孔，且其中一個是以參考數字614標示出。
在第6d圖中，一第四層壓類型包括多個流體供應路由器626和流體返回路由器628，其等分別耦接到各自的流體供應分配器623和流體返回收集器625。依據此實施例，該第四層壓類型6d是10密耳(254 μm)厚，且總共包括9層。
在第6e圖中，一第五層壓類型包括多個流體供應集充室(plenum)630和流體返回集充室632，其等分別耦接到各自的流體供應路由器626和流體返回路由器628。依據此實施例，該第五層壓類型6e是10密耳(254 μm)厚，且總共包括5層。
在第6f圖中，一第六層壓類型包括一頂面608，且該頂面608是此直接流體接觸熱塊組實施例的頂面。供應流體入口622和返回流體出口624也被描述。供應流體入口622和返回流體出口624分別耦接到各自的流體供應集充室630和流體返回集充室632。因此，供應流體入口622和返回流體出口624分別經由好幾個分配通道耦接到位於該晶粒介面表面610之底部的單元胞元。在此實施例中，該第六層壓類型6f是10密耳(254 μm)厚，且總共包括2層。
這幾個層壓類型可由各種材料製成。在一實施例中，這幾個層壓類型由不銹鋼製成。在一實施例中，這幾個層壓類型由陶瓷製成。在一實施例中，這幾個層壓類型由塑膠製成。其中熱傳導係數比普通鋼材低，有利於在熱傳遞流體的溫度穩定性。在一實施例中，這幾個層壓類型的材料是由具有小於不銹鋼之熱傳導係數的材料所製成。
直接流體接觸熱塊組的製造可由三維設計技術(例如使用計算機流體動力學軟體)來執行。於製造期間，所選擇材料的蝕刻和結合特性也予以考慮。在一實施例中，綠色陶瓷層壓類型是部分被硬化且組合成一完整塊組，且接著例如藉由火烤被完全硬化。在一實施例中，直接雷射熔融被用於建立這幾個層壓類型。在一實施例中，在熱結合技術下，熱塑性層壓被組裝且被膠合。依據所選擇的應用，也可使用其他技術。
第7圖是依據一示範性實施例之直接流體接觸熱塊組的流速與幫浦壓力圖。該示範性實施例被用在1 cm*1 cm的待測晶粒上，且有介於每分鐘0.5公升至2公升的一體積流量範圍。
第8圖是在第7圖所描述之流量範圍下的熱性能圖。所顯示的該熱性能資料是以水當作冷卻流體。使用從最大到最小的流速來得到此資料。
第9圖是與一基線比較的動態熱響應圖。底部的熱響應線910是在1.5 L/min下的水而得出的。相鄰的熱響應線912是在1 L/min下的水而得出的。下一條相鄰的熱響應線914是在0.4 L/min下的水而得出的。下一條相鄰的熱響應線916是在0.1 L/min下的水而得出的。下一條相鄰的熱響應線918是在丙烯二醇(propendiol)下而得出的。且下一條相鄰的熱響應線920是使用習知方法而得出的。相較於一習知的解決方案，在一實施例中，冷卻響應增進了2至5倍快。因此，模擬電阻-電容(RC)之熱的響應增進了200%和500%之間。
第10a圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1000 的截面視圖。一待測裝置1026(以下稱為DUT 1026)被描述有一主動面1027和一背面1028。該DUT 1026代表的也是一晶粒或半導性裝置。在一實施例中，該DUT 1026是例如由美國加州聖塔克萊拉的英特爾公司生產的i3、i5或i7系列的處理器。在一實施例中，DUT 1026是例如由英特爾公司製造的單晶片系統(SOC)。在一實施例中，DUT 1026是例如由英特爾公司製造的反及(NAND)記憶體晶片。其他晶片也可作為此DUT 1026。
在一實施例中，該DUT 1026是貼附於一安裝基板1050上，且該安裝基板1050具有使背面1028以裸晶粒暴露的包封材料1052。該包封材料1052被一內密封墊1054接觸，且該內密封墊1054是具有一晶粒介面表面的直接流體接觸熱塊組1001的一部份。相較於第1、3、5以及6圖，此直接流體接觸熱塊組1001是以簡化的形式被描繪。
一內腔1056被顯示為介於該DUT 1026之背面1028和該晶粒介面表面1010之間。該內腔1056可被減壓以防止不想要的冷卻流體流出且污染該DUT 1026周邊的結構。
該直接流體接觸熱塊組1001是與一封裝密封塊組1058和一熱流體埠塊組1060保持在適當的位置。該封裝密封塊組1058被組配以接收一加壓流體1062到一加壓外腔1064。介於該內腔1056和該加壓外腔1064之間的壓力差防止了不想要的冷卻流體接觸DUT 1026的其他部分。
該加壓外腔1064是以例如密封塊組O環1066和1068的多個墊片被密封至該封裝密封塊組1058。該直接流體接觸熱塊組1001是以例如熱塊組O環1070的多個墊片被密封至該熱流體埠塊組1060。
溫控流體流動方向是以箭頭1017來說明，且流入一般被描述為供應流體入口1022中，且返回流體流動方向是以箭頭1020來說明且離開一般被描述為返回流體出口1024。
該直接流體接觸熱塊組是被繪示為在該熱流體埠塊組1060之一壓力密封墊1070之下。彈簧加壓式凸肩螺栓1072引導該熱流體埠塊組1060於該直接流體接觸熱塊組1001上，且在壓力施加後，彈簧1074允許回彈。
第10b圖是依據一實施例之第10a圖所描述的晶片測試系統在進一步處理後的截面視圖。該熱流體埠塊組1060由於該彈簧1074的回彈而已經縮回，使得該熱流體埠塊組1060突出該凸肩螺栓1072。介於該DUT 1026的背面1028和該晶粒介面表面1010之間的內腔1056被顯示為比在第10a圖的時候來得大。
也可發現該直接流體接觸熱塊組與該熱流體埠塊組1060一起縮回。在此說明的動作中，一負壓可強加入該內腔1056中。在此實施例中，在測試之後，該DUT 1026可藉由吸附被移動和傳送。有指向的箭頭1090分別說明在抽內腔1056和外腔1064內的一低壓環境期間的氣流方向。
第11圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1100的一部份的穿透視圖。一待測裝置1126是描繪成有一背面1128暴露出來。該DUT 1126是貼附到一安裝基板1150，且該安裝基板1150有使該背面1128以裸晶粒暴露的包封材料1152。
該包封材料1152被一內密封墊1154接觸。該內密封墊可稱為一晶粒介面1152。該晶粒介面1152是一種液體無法滲漏的材料，其密封該晶粒背面且防止液體流出。依據一實施例，該內密封墊1154包括一塊組凸緣1180、一可折疊壁1182以及一裝置凸緣1184。依據一實施例，該裝置凸緣1184突出該包封材料1152但是沒有接觸該DUT 1126。因此，該DUT 1126的背面1128可完整暴露於溫控流體中而沒有弄髒DUT 1126或對DUT 1126產生實體損害的風險，但是周邊結構被保護以避免接觸該熱控制流體。
在一實施例中，該可折疊壁1182之高相對於凸緣1180或1184之寬(高對寬)的縱橫比是1:1。在一實施例中，該縱橫比是在1.1:1至2:1的範圍。當縱橫比增加時，可允許該直接流體接觸熱塊組更往下移動，以實現介於該DUT 1126之背面1128和該直接流體接觸熱塊組之基面間的更有用的間隔。夠大的壓力可施於圍繞該DUT 1126的包封材料1152之上，以同步實現更穩固的密封和在測試期間更有用的間隔。
第12圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1200的一底部穿透圖。可見一直接流體接觸熱塊組1201與用於產生直接接觸DUT的一微通道陣列1212。此處設有多個頭螺栓孔，其中一個是以參考數字1214標示出。
一內腔1256區和一加壓外腔1264區是被一內墊片1254分隔開，且也被一墊片塊組O環1266圍繞。該內腔1256可被減壓以防止不想要的冷卻流體流出。
壓力控制可透過多個壓力埠來實現，其中一個是以參考數字1274標示出。該直接流體接觸熱塊組1201是與一封裝密封塊組和一熱流體埠塊組1260保持在適當的位置。彈簧加壓式凸肩螺栓1272引導該熱流體埠塊組1260於該直接流體接觸熱塊組1201上。
第13圖是一電阻加熱器的頂面，該電阻加熱器是嵌入在一示範性實施例的流體接觸熱塊組的一層壓層1300中。一層壓類型1380是被描繪有在一晶粒介面表面附近的一流體流動陣列1312。然而，現在將理解到一電阻加熱器可放在好幾個層壓類型的流體流動孔的空隙中。
一電阻加熱器1382是布局在電氣端子1384和1385之間，且以波動方式通過流體流動陣列1312，以產生傳導性熱傳遞到通過該等微通道的流體中。在一實施例中，陶瓷插入層取代至少一層壓類型層，例如第6a到6f圖中所描述的層壓類型。因此依據層壓的類型，電阻加熱器將在例如收集器、集充室和分配器等等的這些結構之間波動。
此電阻加熱器1382很接近的通過一單元胞元，且該單元胞元包括一流體供應第一孔1316和一流體供應後續孔1318以及單一個流體返回孔1320。
在一實施例中，該電阻加熱器1382被組配以覆蓋一部份流體流動陣列1312。例如，藉由在接點1386離開陣列1312，流體流動陣列1312的一半可被電阻加熱器1382覆蓋，使得陣列1312x的一半被電阻加熱器1382覆蓋，且全部的陣列1312y都被覆蓋。在此架構中，該電阻加熱器1382離開陣列1312且自接點1386連到端子1385。因此，一部份陣列1312可施以電阻熱到DUT，同時陣列1312的剩餘部分可在測試期間冷卻或為被動。此部分的陣列布局只對一部份DUT的溫控是有用的。
第14圖是依據好幾個實施例的控制方法圖1400。一DUT 1402是藉由在一回饋迴路循環一冷卻流體1404，而部分地受溫控。
DUT的溫控包括監控該溫控流體的入口溫度1410和出口溫度1412。DUT 1402的溫度也在晶粒接面溫度1414上被監控。
在一實施例中，冷卻劑的類型1416是水。在一實施例中，冷卻劑的類型是丙烯二醇(propendiol)。依據給定的測試需求，其他冷卻劑可被使用。
一冷卻器1418是置於該回饋迴路中，且流體流被一幫浦1420驅動。在一實施例中，是以一H橋1428來實現對幫浦的控制。該控制方法包含該幫浦1420，其中該幫浦的速度被連接到該H橋1428的一脈寬調變控制器1430控制。藉由控制幫浦1420的速度，直接流體接觸熱塊組的熱阻被改變，且因此晶粒的溫度可受控制。
流動的型態是以一流量過濾器1422來達到可操控，且以一流量計1424來達到可監控。流動型態控制是以H橋1428來協助，該H橋1428提供了兩種能力：反轉該幫浦馬達的方向以及使馬達煞住/減速，以快速改變通過冷板的流速且從而晶粒的溫度。脈寬調變到幫浦馬達的輸入，允許了準確的控制用於流速控制的幫浦速度。當晶粒的熱通量增加且因而晶粒的溫度增加時，幫浦的速度增加以提供額外的冷卻。同理，當晶粒的熱通量減少，幫浦的速度減少以維持恆定的晶粒溫度。
另一控制方法結合層壓類型(例如層壓類型1380，如陶瓷板，有內電阻加熱線1382)到該直接流體接觸熱塊組的基底，其致能了晶粒的調變和動態控制。
在一實施例中，電阻加熱線1382被一內部直接液體冷卻微通道取代，該微通道與一電阻薄膜加熱器或熱電式冷卻器結合，以主動控制入口流體溫度設定點到直接液體冷卻微通道。控制入口流體溫度設定點提供了對準該晶粒之標稱溫度的能力。
參考第14圖，電源1432是予以提供以驅動幫浦1420和其他裝置。電源1432也連接到一控制器，該控制器可為響應測試條件的一比例-積分-微分(PID)控制器1426。其他控制方法可包括伺服(使用者導向)控制。在一實施例中，是使用比例控制。在一實施例中，是使用積分控制。在一實施例中，是使用微分控制。在一實施例中，是使用控制方法的組合。控制器1426也可操作在加熱模式，且是使用如本揭露所提出的內部電阻加熱線。
雖然一待測裝置可能指的是一處理器晶片，在同一句中，一處理器晶片或一記憶體晶片可能被提到，但是不應該將它們解讀為等效的結構。整個揭露中提到的「一實施例」意指與此實施例一起被描述的一特定特徵、結構或特性是被包含在本發明的至少一實施例中。在此揭露中任何一處所出現的用語「一實施例」不必然都代表相同的實施例。此外，此等特定特徵、結構或特性可在一或多個實施例中以任何適當的方式予以結合。
例如「上方」和「下方」以及「在...之上」和「在...之下」的用語可參考所繪示的X-Z座標來解讀，以及例如「相鄰於」的用語可參考X-Y座標或非Z座標來解讀。
摘要是予以提供以符合37 C.F.R.(美國聯邦法規)§1.72(b)所規定的讓讀者可快速的查明此技術揭露的本質和主旨的摘要。其是在此理解下被提出的：其不能用來解釋或限制申請專利範圍之範圍或意義。
在前述的詳細說明中，出於使本揭露流暢的目的，各種特徵被聚集在單一個實施例中。本揭露的方法沒有被解讀為有表達出本發明所請求的實施例需要比在每一請求項中明確列舉出的特徵還多的特徵的意圖。相反的，如以下請求項中所表達的，發明的標的處於少於一單一揭露之實施例的所有特徵下。從而，以下的請求項在此是併入詳細說明中，且每一請求項代表其本身為一獨立的較佳實施例。
對於此技術領域中具有通常知識者來說，對於構件的細部、材料和配置以及為了解釋本發明之本質而已被描述和繪示的方法步驟中所作出的各種其他改變將很容易理解，而沒有脫離如後附申請專利範圍中所陳述的本發明的原理和範圍。
1．．．單元胞元
2、602．．．單元塊組
4．．．截面細節
6a．．．第一層壓類型
6a．．．第二層壓類型
6c．．．第三層壓類型
6d．．．第四層壓類型
6e．．．第五層壓類型
6f．．．第六層壓類型
100、101、1001、1201、500．．．直接流體接觸熱塊組
103、1100、1200．．．測試系統
108、508、608．．．頂面
110、510、610．．．晶粒介面表面/基面
111．．．間隔
112、612、1312．．．流體流動陣列/待測裝置(DUT)佔用區
112x、512x、612x．．．X軸
112y、512y、612y．．．Y軸
114、115、514、614、1214．．．頭螺栓孔
116、516、1316．．．流體供應第一孔
118、518、1318．．．流體供應後續孔
117、119、1017、1020．．．流體流動方向
120、520、1320．．．流體返回孔
122、522、622、1022．．．供應流體入口
124、524、624、1024．．．返回流體出口
126、1026、1126、1402．．．待測裝置(DUT)/晶粒
127、1027．．．主動面
128、1028、1128．．．背面
523、623．．．流體供應分配器
525、625．．．流體返回收集器
626．．．流體供應路由器
628．．．流體返回路由器
630．．．流體供應集充室
632．．．流體返回集充室
910~920．．．熱響應線
1050、1150．．．安裝基板
1052、1152．．．包封材料
1054、1154．．．內密封墊
1056、1256．．．內腔
1058．．．封裝密封塊組
1060、1260．．．熱流體埠塊組
1062．．．加壓流體
1064、1264．．．加壓外腔
1066、1068．．．密封塊組O環
1070．．．熱塊組O環/壓力密封墊
1072、1272．．．彈簧加壓式凸肩螺栓
1074．．．彈簧
1090．．．氣流方向
1180．．．塊組凸緣
1182．．．可折疊壁
1184．．．裝置凸緣
1212．．．微通道陣列
1254．．．內墊片
1266．．．墊片塊組O環
1274．．．壓力埠
1300．．．層壓層
1380．．．層壓類型
1382．．．電阻加熱器/電阻加熱線
1384、1385．．．電氣端子
1386．．．接點
1400．．．控制方法圖
1404．．．冷卻流體
1410．．．入口溫度
1412．．．出口溫度
1414．．．晶粒接面溫度
1416．．．冷卻劑的類型
1418．．．冷卻器
1420．．．幫浦
1422．．．流量過濾器
1424．．．流量計
1426．．．控制器
1428．．．H橋
1430．．．脈寬調變控制器
1432．．．電源
第1圖是依據一實施例的一半導性裝置冷卻設備的一直接流體接觸熱塊組的底面圖；
第2圖是依據一示範性實施例自第1圖所描述之流體流動陣列中擷取出所標示之單元胞元的細節部分；
第3圖是依據一實施例的第1圖所描述之直接流體接觸熱塊組的頂面圖；
第4圖是依據一實施例的包括第2圖所描述之單元胞元的截面細節且沿著截線4-4擷取出；
第5圖是依據一示範性實施例的一直接流體接觸熱塊組的部分穿透視圖；
第6a至6f圖繪示了形成一直接流體接觸熱塊組實施例的好幾個層壓層類型；
第7圖繪示了依據一示範性實施例的一直接流體接觸熱塊組的流速和幫浦壓力的關係圖；
第8圖是依據好幾個實施例的在第7圖所描述之流量範圍下的熱性能圖；
第9圖依據好幾個實施例的相較於一基線的動態熱響應圖；
第10a圖依據一示範性實施例的一晶片測試系統的截面視圖；
第10b圖依據一示範性實施例的在進一步處理之後第10a圖所描述之晶片測試系統的截面視圖；
第11圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1100的一部份的穿透視圖；
第12圖是依據一示範性實施例的晶片測試系統1200的一底部穿透圖；
第13圖是一電阻加熱器的頂面，該電阻加熱器是嵌入在一示範性實施例的流體接觸熱塊組的一層壓層中；以及
第14圖是依據好幾個實施例的一控制方法圖。
1．．．單元胞元
100．．．直接流體接觸熱塊組
110．．．晶粒介面表面
112x．．．X軸
112y．．．Y軸
114．．．頭螺栓孔

Claims (20)

  1. 一種用於溫控半導性裝置的設備，其包含：一結構，其具有一平面，該平面界定有多個熱傳遞流體單元胞元，該等熱傳遞流體單元胞元各包括：一流體供應結構，其具有至少一個供應孔和一供應孔總截面區域，其中，該供應孔總截面區域係由該至少一個供應孔延著該平面的總區域構成，以及一流體返回結構，其具有至少一個返回孔和一返回孔總截面區域，其中，該返回孔總截面區域係由該至少一個返回孔延著該平面的總區域構成；其中，該供應孔總截面區域大於該返回孔總截面區域。
  2. 如申請專利範圍第1項中所述之設備，其中，該至少一個供應孔包含多個供應孔。
  3. 如申請專利範圍第1項中所述之設備，其中，該至少一個供應孔包含一第一供應孔和一第二供應孔，該第一供應孔和第二供應孔各被設置成可引導一液體流與一半導性裝置直接交流，其中，該至少一個返回孔包含單一個返回孔，並且其中，該單一個返回孔係設置在該第一供應孔與該第二供應孔之間。
  4. 如申請專利範圍第1項中所述之設備，其中，具有該平面的該結構進一步包含被設置成環繞該等多個熱傳遞流體單元胞元周邊的一液體無法滲漏密封墊，其中，該 液體無法滲漏密封墊包含一個塊組凸緣、一可折疊壁及一裝置凸緣，並且其中，該可折疊壁之高度對上該塊組凸緣和該裝置凸緣其中任一者之寬度的縱橫比介於1.1：1和2：1之間。
  5. 如申請專利範圍第1項中所述之設備，其中，具有該平面的該結構是一直接流體接觸熱塊組的一部份，其中，該直接流體接觸熱塊組包含耦合在一起的多個層壓類型。
  6. 如申請專利範圍第1項中所述之設備，其中，該等熱傳遞流體單元胞元各構成設置於該結構之該平面中之供應孔和返回孔陣列中的一單元塊組的三分之一。
  7. 一種晶片測試系統，其包含：在一直接流體接觸熱塊組上的一待測裝置(DUT)佔用區，該直接流體接觸熱塊組包括至少一個供應孔和至少一個返回孔，其中，該至少一個供應孔和該至少一個返回孔係設置在該DUT佔用區內；貼附至該直接流體接觸熱塊組的一內密封墊，其中，該內密封墊受配置成環繞一DUT並形成一加壓內腔，其中，該內密封墊受配置成環繞該DUT且不與該DUT有直接接觸；貼附至一封裝密封塊組的一墊片，該直接流體接觸熱塊組係容置在該封裝密封塊組內，其中，該墊片使得能夠有包圍該加壓內腔的一加壓外腔；以及一熱流體埠塊組，其可使該直接流體接觸熱塊組藉 由吸附而控制該DUT之位置。
  8. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其中，該直接流體接觸熱塊組包括：包括有至少一個熱傳遞流體單元胞元的一個平面，該至少一個熱傳遞流體單元胞元包括：至少一個供應孔和由該至少一個供應孔延著該平面的總區域所構成的一供應孔總截面區域；以及至少一個返回孔和由該至少一個返回孔延著該平面的總區域所構成的一返回孔總截面區域；其中，該供應孔總截面區域大於該返回孔總截面區域。
  9. 如申請專利範圍第8項中所述之晶片測試系統，其中，該至少一個熱傳遞流體單元胞元包含一第一供應孔、一第二供應孔及單一個返回孔，其中，該單一個返回孔被設置在該第一供應孔與該第二供應孔之間。
  10. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其中，該DUT包含一半導性裝置，其中，該DUT係設置在一安裝基體上且藉由一包封材料而貼附至該安裝基體，並且其中，該內密封墊受配置成與該包封材料配合。
  11. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其進一步包含：設置在該直接流體接觸熱塊組中的一電阻加熱器。
  12. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其進一 步包含一控制器，其中，該控制器包括脈寬調變H橋幫浦控制。
  13. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其進一步包含一控制器，其中，該控制器包括比例、積分和微分控制及其中之組合。
  14. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其進一步包含一控制器，其中，該控制器包括伺服控制。
  15. 如申請專利範圍第7項中所述之晶片測試系統，其進一步包含為兩相冷卻劑的一冷卻劑液體。
  16. 一種用於溫控半導性裝置的設備，其包含：一結構，其具有一平面，該平面界定有至少一個熱傳遞流體單元胞元，該至少一個熱傳遞流體單元胞元包括：一流體供應結構，其包括被設置成可引導一液體流與一半導性裝置直接交流的一第一供應孔和一第二供應孔，其中，該第一供應孔和該第二供應孔界定出一供應孔總截面區域，該供應孔總截面區域係由該第一供應孔延著該平面之區域和該第二供應孔延著該平面之區域所構成；以及一流體返回結構，其具有被設置在該第一供應孔與該第二供應孔之間的單一個返回孔，其中，該單一個返回孔界定出由該單一個返回孔延著該平面之區域所構成的一返回孔總截面區域；其中，該供應孔總截面區域大於該返回孔總截 面區域。
  17. 如申請專利範圍第16項中所述之設備，其進一步包含一安裝基體，該安裝基體適於將一半導性裝置容納在該安裝基體上；並且其中，具有該平面的該結構進一步包括一液體無法滲漏內密封墊，該液體無法滲漏內密封墊被設置成環繞該至少一個單元胞元周邊且被設置成與該安裝基體配合。
  18. 如申請專利範圍第17項中所述之設備，其進一步包含藉由一包封材料而耦合至該安裝基體的該半導性裝置，其中，該液體無法滲漏內密封墊被配置成經由該包封材料而與該安裝基體配合。
  19. 如申請專利範圍第18項中所述之設備，其中，該液體無法滲漏內密封墊被設置成圍繞該半導性裝置之周邊而延伸且不與該半導性裝置直接接觸。
  20. 如申請專利範圍第16項中所述之設備，其中，該第一供應孔界定出延著該平面的一第一截面區域，該第二供應孔界定出延著該平面的一第二截面區域，且該單一個返回孔界定出延著該平面的一第三截面區域，其中，該第一截面區域、該第二截面區域和該第三截面區域彼此大小相等。
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