WO2023158270A1 - 반도체 소자 테스트 장치 - Google Patents

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WO2023158270A1
WO2023158270A1 PCT/KR2023/002357 KR2023002357W WO2023158270A1 WO 2023158270 A1 WO2023158270 A1 WO 2023158270A1 KR 2023002357 W KR2023002357 W KR 2023002357W WO 2023158270 A1 WO2023158270 A1 WO 2023158270A1
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WO
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module
temperature value
substrate
semiconductor
temperature
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Application number
PCT/KR2023/002357
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English (en)
French (fr)
Inventor
최병규
무토슌이치
Original Assignee
최병규
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects

Definitions

  • the present specification relates to a semiconductor device testing apparatus.
  • Semiconductor devices must be able to maintain electrical characteristics even in low-temperature or high-temperature environments. Therefore, in the process of manufacturing a semiconductor device, a test is performed on the electrical characteristics of the semiconductor device in a low or high temperature environment.
  • An example of a test apparatus for cold/warm test of a semiconductor device is disclosed in Korean Patent Publication No. 2003-0028070.
  • a test device for testing a semiconductor device may include a thermoelectric device.
  • a pusher installed at a lower end of the thermoelectric element is in direct contact with an upper end of the semiconductor element, and the temperature of the pusher can be adjusted by controlling driving of the thermoelectric element.
  • thermoelectric element used in a semiconductor device test apparatus is a Peltier element.
  • heat is absorbed on one side of the Peltier element and heat is released on the other side.
  • a test on electrical characteristics of the semiconductor device may be performed.
  • the above-described test process is essential. Therefore, when tests are performed on many semiconductor devices at once, the manufacturing speed of semiconductor devices can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Therefore, in order to increase the test speed of semiconductor devices by providing more test devices in the same space, it is necessary to reduce the size of semiconductor device test devices.
  • the Peltier element is made of a material having heat resistance.
  • the temperature of the Peltier element rises too high during the test process and exceeds the allowable temperature range, damage occurs to the Peltier element. Therefore, there is a need for a new pusher device capable of keeping the temperature of the Peltier device within an allowable temperature range during the driving of a test device for testing semiconductor devices.
  • An object of the present specification is to provide a semiconductor device test apparatus having a smaller size.
  • An object of the present specification is to provide a semiconductor device test apparatus capable of keeping the temperature of a Peltier device within an allowable temperature range during a semiconductor device test process.
  • a semiconductor device testing apparatus includes a thermoelectric module having both sides that are switched to a heating surface or a cooling surface according to a direction of current, a cooling module disposed on the thermoelectric module and cooling the thermoelectric device, A pusher module disposed under the thermoelectric module and contacting the device under test mounted on the holder to heat or cool the device under test and a control for controlling the direction of the current supplied to the thermoelectric device module according to a target temperature value contains the module
  • thermoelectric element module may include an upper substrate in contact with the cooling module, a lower substrate in contact with the pusher module, an intermediate substrate disposed between the upper substrate and the lower substrate, and between the upper substrate and the intermediate substrate.
  • a temperature sensor is disposed on one side of the intermediate substrate or inside the intermediate substrate.
  • control module controls the direction of the current supplied to the thermoelectric module according to the temperature value of the intermediate substrate measured by the temperature sensor.
  • control module when the control module raises the temperature of the lower substrate to a preset final target temperature value, based on the temperature value of the middle substrate, a preset intermediate rising target temperature value, and a preset intermediate lowering target temperature value. to control the direction of the current supplied to the thermoelectric element module.
  • control module increases the temperature of the lower substrate according to the intermediate rising target temperature value, if the temperature value of the intermediate substrate exceeds a predetermined reference temperature value, based on the intermediate lowering target temperature value A direction of current supplied to the thermoelectric module is controlled so that the temperature of the lower substrate decreases.
  • the intermediate rising target temperature value is a plurality of values set to gradually rise according to predetermined intervals.
  • the reference temperature value is set smaller than the limit temperature value of the intermediate substrate.
  • the first semiconductor element, the second semiconductor element, the third semiconductor element, and the fourth semiconductor element have a hexahedral shape, and upper and lower surfaces have a square shape.
  • the length (W) of each side of the upper or lower surface of the first semiconductor element, the second semiconductor element, the third semiconductor element, and the fourth semiconductor element and the first semiconductor element, the first semiconductor element, A numerical ratio of heights H of the two semiconductor elements, the third semiconductor element, and the fourth semiconductor element is set within a range of 1:1 to 1:1.4.
  • the size of a semiconductor device test apparatus may be reduced. Therefore, since more semiconductor device test devices can be arranged in the same space, the manufacturing speed of semiconductor devices can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • the temperature of the Peltier device does not exceed the allowable temperature range during the driving of the test device. Therefore, it is possible to test a more stable semiconductor device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device testing apparatus according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor device testing apparatus shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the Peltier element according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of a Peltier element according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of a semiconductor device disposed inside a Peltier device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a change in a cooling temperature value of a Peltier device according to a change in height of a semiconductor device disposed inside the Peltier device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a graph illustrating changes in a temperature value of a connector and an intermediate substrate according to temperature control of a semiconductor device test apparatus including a Peltier device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a graph illustrating changes in temperature values of a connector temperature value and an intermediate substrate according to temperature control of a semiconductor device test apparatus including a Peltier device according to another embodiment.
  • FIG 9 illustrates a configuration of a semiconductor test system including a semiconductor device test apparatus to which a Peltier device according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 10 illustrates a configuration of a semiconductor test system including a semiconductor device test apparatus to which a Peltier device according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device testing apparatus according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor device testing apparatus illustrated in FIG. 1 .
  • the semiconductor device testing device A is in contact with the device under test 4 (eg, a semiconductor device) mounted on the holder 3 to apply heat to the device under test 4 or the device under test ( 4) to cool.
  • the device under test 4 eg, a semiconductor device
  • the device under test 4 is placed on the tray 2 while being mounted on the holder 3 .
  • a hole may be formed through the holder 3 so that the device under test 4 is exposed to the outside.
  • the tray 2 may be transferred to a lower portion of a handler (not shown) for testing in a state of being loaded on the loading plate 1 .
  • a handler may be disposed above the tray 2 on which the device under test 4 is mounted.
  • the handler descends to test the device under test 4, and a portion of the pusher module 600 of the semiconductor device test device A is inserted into the hole of the holder 3 so that the pusher module 600 It comes into contact with the device under test 4 .
  • a semiconductor device test apparatus A is accommodated in an upper housing 100 and a lower housing 200 forming an exterior, and inside the upper housing and the lower housing, and has a heating surface or a cooling surface according to the direction of current.
  • the upper housing 100 has a box shape with an open lower side.
  • the lower housing 200 is coupled to the lower side of the upper housing 100, and the elastic member 300, the cooling module 400, and the thermoelectric element module 500 may be accommodated therein.
  • An insertion space 110 into which the cooling module 400 is inserted is formed inside the upper housing 100 .
  • an opening 130 for exposing a part of the cooling module 400 to the outside is formed on one side of the upper housing 100 .
  • the elastic member 300 and the cooling module 400 are accommodated in the insertion space 110 .
  • the insertion space 110 is formed concave upward from the inside of the upper housing 100 .
  • the insertion space 110 may have a shape corresponding to the shape of the cooling module 400 .
  • the cooling module 400 may be accommodated in a state in which the elastic member 300 is inserted into the insertion space 110 .
  • the opening 130 is formed on one side of the upper housing 100 .
  • a portion of the cooling module 400 may be exposed to the outside of the upper housing 100 through the opening 130 .
  • the elastic member 300 has a convexly protruding shape in one direction.
  • the elastic member 300 may be a leaf spring protruding in one direction.
  • the protruding portion is disposed toward the cooling module 400.
  • the elastic member 300 serves to pressurize the cooling module 400 so that the cooling module 400 and the thermoelectric element module 500 come into close contact with each other.
  • a convex portion of the elastic member 300 may be disposed toward the cooling module 400 .
  • the cooling module 400 is mounted, when the elastic member 300 is pressed by the cooling module 400, the convex portion receives the pressure and unfolds.
  • the elastic member 300 since the elastic member 300 has restoring force to be restored to its original shape, the restoring force acts toward the cooling module 400 . Accordingly, the elastic member 300 presses the cooling module 400 toward the thermoelectric module 500 . Accordingly, the cooling module 400 and the thermoelectric element module 500 are tightly coupled.
  • the elastic member 300 closely couples the cooling module 400 and the thermoelectric element module 500 to each other.
  • the cooling module 400 can be pressed toward the thermoelectric element module 500. of can be maintained. That is, the elastic member 300 may bring the cooling module 400 and the thermoelectric module 500 into close contact even when thermal expansion occurs in the thermoelectric module 500 or the pusher module 600 .
  • the elastic member 300 may be designed to have more elastic restoring force in consideration of thermal expansion of the thermoelectric element module 500 or the pusher module 600 .
  • the lower housing 200 is coupled to the lower side of the upper housing 100 and has a hexahedral shape with an open upper surface.
  • An accommodation space is formed inside the lower housing 200 to accommodate portions of the thermoelectric element module 500 and the pusher module 600 .
  • An accommodating portion 210 having a shape corresponding to a shape of a pusher base 612 of the pusher module 600 to be described later is formed inside the lower housing 200 .
  • a through hole 230 is formed on the lower surface of the accommodating part 210 so that a part of the pusher module 600 can be inserted and protruded outward.
  • the through hole 230 is formed through the center of the lower surface of the lower housing 200 .
  • the shape of the through hole 230 corresponds to the shape of the connector 616 of the pusher module 600 to be described later.
  • An opening 250 is formed on one side of the lower housing 200 .
  • the temperature sensor 701 may be exposed to the outside through the opening 250 .
  • a plurality of grooves or holes 270 formed toward the upper housing 100 may be formed on upper sides of the lower housing 200 .
  • Fastening members may be inserted into each of the plurality of grooves or holes 270 to couple the lower housing 200 to the upper housing 100 .
  • a ball plunger may be used as a fastening member.
  • the upper housing 100 and the lower housing 200 may be made of plastic or resin material having a high melting point.
  • the upper housing 100 and the lower housing 200 are preferably made of a material that does not deform or melt at the temperature at which the heating surface of the thermoelectric module 500 is heated.
  • the upper housing 100 and the lower housing 200 may be made of a PEEK material.
  • the upper housing 100 and the lower housing 200 may be made by an injection method.
  • the thermoelectric element module 500 may include one or more Peltier elements.
  • the thermoelectric element module 500 has both sides, that is, an upper surface and a lower surface, that are converted to a heating surface or a cooling surface according to the direction of current.
  • a temperature sensor may be disposed in at least one of the pusher module 600 , the thermoelectric module 500 , and the cooling module 400 .
  • a temperature sensor 700 may be disposed on one side of the pusher module 600 .
  • a temperature sensor may be disposed on one side of the lower surface of the thermoelectric module 500 or one side of the upper surface of the thermoelectric module 500 .
  • the cooling module 400 may be divided into a part accommodated in the insertion space 110 of the upper housing 100 and a part protruding outward. However, the accommodated portion and the protruding portion are not separated from each other, and a portion of the cooling module 400 may protrude to the outside of the upper housing 100 .
  • the upper layer 410 includes a cooling part 410a having a shape corresponding to the shape of the thermoelectric element 500 and a pair of protrusions 410b protruding from both ends of the cooling part 410a with a predetermined width.
  • the cooling portion 410a and the protruding portion 410b of the upper layer 410 are integrally formed. Refrigerant may flow into the cooling module 400 through the protrusion 410b on one side of the cooling unit 410a, and the refrigerant may be discharged through the protrusion on the other side.
  • the lower layer 430 includes a cooling part 430a and a protruding part 430b like the upper layer 410 .
  • the cooling part 430a cools the thermoelectric element 500 and the protruding part 430b covers the protruding part 410b of the upper layer 410 .
  • the protrusion 430b is coupled to the protrusion 410b of the upper layer 410 and exposed to the outside of the upper housing 100 .
  • the cooling part 430a is located below the cooling part 410a of the upper layer 410 and the protruding part 430b is located below the protruding part 410b of the upper layer 410 .
  • a refrigerant may be accommodated in the upper layer 410 due to the combination of the upper layer 410 and the lower layer 430 .
  • a sensor mounting portion 415 is formed on an upper surface of the cooling module 400 .
  • a bimetal sensor 900 is accommodated in the sensor mounting portion 415 .
  • the bimetal sensor 900 is contracted or stretched according to the temperature of the upper surface of the cooling module 400 .
  • the bimetal sensor 900 is electrically connected to the power supply module. When the bimetal sensor 900 contracts, the electrical connection with the power supply module is shorted, and when the bimetal sensor 900 is stretched, it can be electrically connected to the power supply module.
  • the pusher module 600 includes a first plate 612 in surface contact with the thermoelectric element module 500, a second plate 614 disposed under the first plate 612, and the second plate 614.
  • a connector 616 disposed below may be included.
  • the size of the first plate 612 may be greater than that of the second plate 614
  • the size of the second plate 614 may be greater than that of the connector 616 .
  • the pusher module 600 is preferably made of a material having high thermal conductivity so that hot air or cold air from the thermoelectric module 500 can be transferred to the device under test 4 .
  • the first plate 612, the second plate 614, and the connector 616 may be made of aluminum.
  • the first plate 612 contacts the thermoelectric module 500 and supports the thermoelectric module 500 .
  • the second plate 614 is disposed under the first plate 612 and transfers heat or cold air from the first plate 612 to the connector 616 .
  • the second plate 614 may be omitted according to embodiments.
  • the connector 616 is connected to a lower portion of the second plate 614 and may be coupled with the pusher 630 .
  • the connector 616 receives heat or cold air from the second plate 614 and transfers it to the device under test 4 .
  • the connector 616 must be in direct contact with the device under test 4 .
  • the connector 616 is exposed to the outside through an opening formed on the lower surface of the lower housing 200 .
  • the connector 616 is coupled to the pusher 630, and the pusher 630 is inserted into the holder 3 of the device to be tested 4 so that it can come into contact with the device to be tested 4.
  • the lower surface of the connector 616 is exposed to the outside through an opening formed in the lower surface of the pusher 630 .
  • the pusher 630 is coupled to the connector 616 and protects the connector 616 exposed to the outside of the lower housing 200 . Accordingly, the pusher 630 has a shape corresponding to that of the connector 610 .
  • the pusher 630 may press the holder 3 by being inserted into the holder 3 on which the device under test 4 is mounted.
  • the pusher 630 is coupled to the holder 3, the lower surface of the connector 616 exposed to the outside through the lower surface of the pusher 630 may come into contact with the device under test 4. Heat or cool air emitted from the thermoelectric module 500 may be transferred to the device under test 4 through the connector 616 .
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the Peltier element according to the first embodiment.
  • thermoelectric element module 500 includes a first Peltier element 511 , an adapter 513 , and second Peltier elements 512 and 520 .
  • the first Peltier element 511 includes a first upper substrate 514, a first lower substrate 515, a plurality of first semiconductor elements 511a, a plurality of second semiconductor elements 511b, and a plurality of metal plates 511c. includes
  • the first upper substrate 514 transfers heat or cold air upward.
  • the first lower substrate 515 transfers heat or cold air downward.
  • the first upper substrate 514 and the first lower substrate 515 may be made of a material (eg, ceramic) having high thermal conductivity so as to transfer heat or cold air well.
  • a plurality of first semiconductor elements 511a and a plurality of second semiconductor elements 511b are alternately disposed between the first upper substrate 514 and the first lower substrate 515 .
  • the first semiconductor element 511a may be an n-type (or p-type) semiconductor
  • the second semiconductor element 511b may be a p-type (or n-type) semiconductor.
  • a metal plate 511c is attached to an upper or lower surface of each of the first semiconductor element 511a and the second semiconductor element 511b.
  • a current is supplied to the first semiconductor element 511a and the second semiconductor element 511b through the metal plate 511c, the temperatures of the upper surfaces of the first semiconductor element 511a and the second semiconductor element 511b are generated by the Peltier effect. rises (or falls), and the temperatures of the lower surfaces of the first semiconductor element 511a and the second semiconductor element 511b fall (or rise).
  • the second Peltier elements 512 and 520 are Peltier elements having a two-layer structure.
  • the second Peltier elements 512 and 520 include a second upper substrate 516, an intermediate substrate 517, a second lower substrate 521, a plurality of first semiconductor elements 512a, and a plurality of second semiconductor elements 512b. ), a plurality of third semiconductor elements 520a, a plurality of fourth semiconductor elements 520b, and a plurality of metal plates 512c and 520c.
  • the second upper substrate 516 transfers heat or cold air upward.
  • the second lower substrate 521 transfers heat or cold air downward.
  • the temperature of the second upper substrate 516 rises (falls)
  • the temperature of the lower surface of the middle substrate 517 falls (rises)
  • the temperature of the second lower substrate 521 rises (falls)
  • the middle The temperature of the upper surface of the substrate 517 decreases (raises).
  • the second upper substrate 516, the intermediate substrate 517, and the second lower substrate 521 may be made of a material (eg, ceramic) having high thermal conductivity so as to transfer heat or cold air well.
  • a plurality of first semiconductor elements 512a and a plurality of second semiconductor elements 512b are alternately disposed between the second upper substrate 516 and the intermediate substrate 517 .
  • the first semiconductor element 512a may be an n-type (or p-type) semiconductor
  • the second semiconductor element 512b may be a p-type (or n-type) semiconductor.
  • a metal plate 512c is attached to an upper or lower surface of each of the first semiconductor element 512a and the second semiconductor element 512b.
  • a current is supplied to the first semiconductor element 512a and the second semiconductor element 512b through the metal plate 512c, the temperatures of the upper surfaces of the first semiconductor element 512a and the second semiconductor element 512b are generated by the Peltier effect. rises (or falls), and the temperatures of the lower surfaces of the first semiconductor element 512a and the second semiconductor element 512b fall (or rise).
  • a plurality of third semiconductor elements 520a and a plurality of fourth semiconductor elements 520b are alternately disposed between the intermediate substrate 517 and the second lower substrate 521 .
  • the third semiconductor element 520a may be an n-type (or p-type) semiconductor
  • the fourth semiconductor element 520b may be a p-type (or n-type) semiconductor.
  • a metal plate 520c is attached to an upper or lower surface of each of the third semiconductor element 520a and the fourth semiconductor element 520b.
  • a current is supplied to the third semiconductor element 520a and the fourth semiconductor element 520b through the metal plate 520c, the temperatures of the upper surfaces of the third semiconductor element 520a and the fourth semiconductor element 520b are generated by the Peltier effect. rises (or falls), and the temperatures of the lower surfaces of the third semiconductor element 520a and the fourth semiconductor element 520b fall (or rise).
  • the adapter 513 is disposed between the first Peltier element 511 and the second Peltier elements 512 and 520 .
  • the adapter 513 transfers heat or cold air from the lower surface of the first Peltier element 511 to the upper surfaces of the second Peltier elements 512 and 520 .
  • the adapter 513 may be made of a material (eg, metal) having high thermal conductivity.
  • a pair of conductive wires 518a and 518b are connected to the metal plate 511c of the first Peltier element 511 .
  • a pair of conductive wires 519a and 519b are connected to the metal plates 512c and 520c of the second Peltier elements 512 and 520 .
  • Leads 518a, 518b and leads 519a, 519b are connected to control module 10, respectively.
  • the control module 10 may supply current to the first Peltier element 511 and the second Peltier element 512 and 520 through the conductor wires 518a and 518b and the conductor wires 519a and 519b, respectively.
  • the control module 10 is a power supply module for supplying current to the first Peltier element 511 and the second Peltier elements 512 and 520, and the first Peltier element 511 and the first Peltier element 511 according to the target temperature value.
  • a control circuit for controlling the direction of current supplied to the second Peltier elements 512 and 520 may be included.
  • the control circuit may change the direction of the current supplied to the first Peltier element 511 and the second Peltier element 512, 520 by changing the polarity (+, -) of the power supply module.
  • the control circuit may supply current to the first Peltier element 511 and the second Peltier elements 512 and 520 in a first direction, and reverse the polarity (+, -) of the power supply module to the first Peltier element.
  • Current may be supplied in the second direction to the 511 and the second Peltier elements 512 and 520 .
  • the temperature of the upper surface of the Peltier elements 511, 512, and 520 decreases, and the lower surface of the Peltier elements 511, 512, and 520 That is, the temperature of the lower surface of the second lower substrate 521 may increase, and when current is supplied in the second direction, the temperature of the upper surface of the Peltier elements 511, 512, and 520 rises, and the Peltier element 511, The temperature of the lower surfaces of 512 and 520 may decrease.
  • the control circuit is a pusher that contacts the lower surface of the second Peltier element 512 or 520, that is, the lower surface of the second lower substrate 521 by increasing or decreasing the temperature of the lower surface of the second lower substrate 521.
  • the temperature of the connector 616 of the module 600 may be raised or lowered.
  • the control circuit controls the temperature of the lower surface of the second Peltier element 512, 520, that is, the lower surface of the first Peltier element 511 when the temperature of the lower surface of the second lower substrate 521 rises. Is controlled to rise, and when the temperature of the lower surface of the second Peltier elements 512 and 520 decreases, the temperature of the lower surface of the first Peltier element 511 may be controlled to decrease.
  • the temperature of the lower surface of the second Peltier element 512 or 520 rises (falls)
  • the temperature of the upper surface of the second Peltier element 512 or 520 that is, the upper surface of the second upper substrate 516 decreases (or rises). )do.
  • the temperature of the lower surface of the first Peltier element 511 is raised (decreased)
  • the temperature of the upper surface of the second Peltier element (512, 520) rises (falls).
  • the second Peltier element 512 uses the first Peltier element 511. , 520), that is, when the temperature of the upper surface of the second upper substrate 516 is raised (decreased), the temperature control range (minimum temperature and maximum temperature) of the lower surface of the second Peltier element 512 changes to the second Since the temperature control range inherent in the Peltier elements 512 and 520 is wider, it is possible to test the device under test in a wider temperature range.
  • FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of a Peltier element according to a second embodiment.
  • thermoelectric element module 500 is a Peltier element having a two-layer structure.
  • the thermoelectric element module 500 includes an upper substrate 524, an intermediate substrate 525, a lower substrate 526, a plurality of first semiconductor elements 522a, a plurality of second semiconductor elements 522b, and a plurality of metal plates 522c. ), a plurality of third semiconductor elements 523a, a plurality of fourth semiconductor elements 523b, and a plurality of metal plates 523b.
  • the upper substrate 524 transfers heat or cold air in an upward direction.
  • the lower substrate 526 transfers heat or cold air in a downward direction.
  • the temperature of the upper substrate 524 rises (falls)
  • the temperature of the lower surface of the intermediate substrate 525 decreases (rises)
  • the temperature of the lower surface of the intermediate substrate 525 rises (falls).
  • the temperature of the upper surface of the falls may be made of a material (eg, ceramic) having high thermal conductivity so as to transfer heat or cold air well.
  • a plurality of first semiconductor elements 522a and a plurality of second semiconductor elements 522b are alternately disposed between the upper substrate 524 and the middle substrate 525 .
  • the first semiconductor element 522a may be an n-type (or p-type) semiconductor
  • the second semiconductor element 522b may be a p-type (or n-type) semiconductor.
  • a layer composed of the upper substrate 524 and the intermediate substrate 525 is referred to as an upper layer.
  • a metal plate 522c is attached to an upper or lower surface of each of the first semiconductor element 522a and the second semiconductor element 522b.
  • the temperature of the upper surfaces of the first semiconductor element 522a and the second semiconductor element 522b is generated by the Peltier effect. rises (or falls), and the temperatures of the lower surfaces of the first semiconductor element 522a and the second semiconductor element 522b fall (or rise).
  • a plurality of third semiconductor elements 523a and a plurality of fourth semiconductor elements 523b are alternately disposed between the middle substrate 525 and the lower substrate 526 .
  • the third semiconductor element 523a may be an n-type (or p-type) semiconductor
  • the fourth semiconductor element 523b may be a p-type (or n-type) semiconductor.
  • a layer composed of the intermediate substrate 525 and the lower substrate 526 is referred to as a lower layer.
  • a metal plate 523c is attached to an upper or lower surface of each of the third semiconductor element 523a and the fourth semiconductor element 523b.
  • a current is supplied to the third semiconductor element 523a and the fourth semiconductor element 523b through the metal plate 523c, the temperatures of the upper surfaces of the third semiconductor element 523a and the fourth semiconductor element 523b are generated by the Peltier effect. rises (or falls), and the temperatures of the lower surfaces of the third semiconductor element 523a and the fourth semiconductor element 523b fall (or rise).
  • a pair of conductive wires 528a and 528b are connected to the metal plates 522c and 523c.
  • the control module 10 supplies current to the first semiconductor element 522a, the second semiconductor element 522b, the third semiconductor element 523a, and the fourth semiconductor element 523b through the conductive wires 528a and 528b, respectively.
  • the control module 10 is a power supply module that supplies current to the first semiconductor device 522a, the second semiconductor device 522b, the third semiconductor device 523a, and the fourth semiconductor device 523b. and a control circuit for controlling directions of currents supplied to the first semiconductor element 522a, the second semiconductor element 522b, the third semiconductor element 523a, and the fourth semiconductor element 523b according to the target temperature value. can do.
  • the lower layer is used for temperature control for testing electrical characteristics of a device under test, it is preferable to have a relatively large temperature control range.
  • the upper layer is used to control the temperature of the upper surface of the lower layer, that is, the intermediate substrate 525, it is okay to have a relatively small temperature control range.
  • the temperature control range of the lower substrate increases. Accordingly, in an embodiment, the sizes of the first semiconductor element 522a and the second semiconductor element 522b may be set larger than the sizes of the third semiconductor element 523a and the fourth semiconductor element 523b.
  • a temperature sensor 530 may be disposed on one side of the intermediate substrate 525 or inside the intermediate substrate 525 .
  • a pair of conductive wires 531a and 531b are connected to the temperature sensor 530 .
  • Conductors 531a and 531b are connected to the control module 10 .
  • the control module 10 may acquire the temperature value of the intermediate substrate 525 measured by the temperature sensor 530 through the conductive wires 531a and 531b.
  • the control circuit may increase or decrease the temperature of the connector 616 of the pusher module 600 contacting the lower substrate 526 by increasing or decreasing the temperature of the lower substrate 526 .
  • control circuit controls the temperature of the upper substrate 524 to decrease when the temperature of the lower substrate 526 increases, and the temperature of the upper substrate 524 when the temperature of the lower substrate 526 decreases. It can be controlled to control to rise.
  • the temperature of the lower substrate 526 rises (falls)
  • the temperature of the lower surface of the intermediate substrate 525 falls (rises).
  • the temperature of the upper substrate 524 decreases (raises)
  • the temperature of the lower surface of the intermediate substrate 525 increases (falls).
  • the temperature control range (minimum temperature and maximum temperature) of the lower substrate 526 is increased (decreased) by using the upper layer to increase (decrease) the temperature of the intermediate substrate 525. Since it is wider than the temperature control range inherent in the lower layer, it is possible to test the device under test in a wider temperature range.
  • thermoelectric element module 500 according to the first embodiment shown in FIG. 3 includes five substrates 514 , 515 , 516 , 517 , and 521 and an adapter 513 .
  • the thermoelectric element module 500 according to the second embodiment shown in FIG. 4 includes three substrates 524, 525, and 526. Therefore, the height D1 of the semiconductor device test device including the thermoelectric device module 500 according to the second embodiment is equal to the height D2 of the semiconductor device test device including the thermoelectric device module 500 according to the first embodiment. smaller than According to the second embodiment, since more semiconductor device test devices can be arranged in the same size space, the manufacturing speed of semiconductor devices can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 5 is a perspective view of a semiconductor element disposed inside a Peltier element according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 illustrates a change in a cooling temperature value of a Peltier element according to a change in height of a semiconductor element disposed inside the Peltier element according to an exemplary embodiment. It is a graph that represents
  • thermoelectric element module 500 illustrates the shape and number of the first semiconductor element 522a included in the thermoelectric element module 500 .
  • the semiconductor elements 522b, 523a, and 523b shown in FIG. 4 may also have the same shape and numerical ratio as the first semiconductor element 522a shown in FIG. 5 .
  • the first semiconductor element 522a has a hexahedral shape with a height of H. Also, the upper and lower surfaces of the first semiconductor element 522a may have a square shape with each side having a length of W.
  • the length W of each side of the upper surface (or lower surface) of the first semiconductor element 522a shown in FIG. 5 is fixed to 1 mm, and the height H of the first semiconductor element 522a is set from 0.5
  • a graph showing a temperature change of the upper layer when a current of the same magnitude is supplied to the upper layer so that the temperature of the upper substrate 524 decreases through the control module is shown. Data values of the graph shown in FIG. 6 are shown in [Table 1].
  • the temperature of the upper surface of the middle substrate 525 is increased (decreased) as the temperature of the upper substrate 524 is lowered (higher).
  • temperature control of the lower layer through the upper layer becomes more advantageous.
  • the control module when controlling the temperature of the lower substrate 524 to decrease (raise) through the control module, as the temperature of the lower surface of the intermediate substrate 525 decreases (higher), the temperature of the lower substrate 524 increases (decreases). ), and the device to be tested can be tested in a wider temperature range as the temperature of the lower substrate 524 increases (decreases).
  • the height H of the first semiconductor element 522a is represented as 1 to 1.4. Therefore, the numerical ratio between the length (W) and the height (H) of each side of the upper surface (or lower surface) of the first semiconductor element 522a or the other semiconductor elements 522b, 523a, and 523b shown in FIG. 4 is 1 It is preferably set within the range of :1 to 1:1.4.
  • the length (W) and height (H) of each side of the upper surface (or lower surface) of the semiconductor elements 522b, 523a, and 523b included in the thermoelectric module 500 having the structure shown in FIG. 4 are numerical values.
  • the ratio is set within the range of 1:1 to 1:1.4
  • the temperature control range of the lower surface of the thermoelectric module 500 can be wider.
  • the thermoelectric element module 500 having the structure shown in FIG. 4 does not include one Peltier element 511 and the adapter 513 compared to the thermoelectric element module 500 having the structure shown in FIG. 3 .
  • the temperature control range of the lower surface of the thermoelectric element module 500 having the structure shown in FIG. 4 is equal to or greater than the temperature control range of the lower surface of the thermoelectric element module 500 having the structure shown in FIG. expansion was confirmed.
  • thermoelectric module 500 having the structure shown in FIG. 4 does not include one Peltier element 511 compared to the thermoelectric module 500 having the structure shown in FIG.
  • the power consumption of the thermoelectric module 500 having the structure is advantageously lower than that of the thermoelectric module 500 having the structure shown in FIG. 3 .
  • FIG. 7 is a graph illustrating changes in a temperature value of a connector and an intermediate substrate according to temperature control of a semiconductor device test apparatus including a Peltier device according to an exemplary embodiment.
  • control module 10 controls driving of the thermoelectric element module 500 according to the target temperature value.
  • target temperature value means the temperature value of the connector 616 to be changed by the control module 10 .
  • 7 shows data 702 of the target temperature value.
  • control module 10 may obtain the temperature value of the connector 616 through the temperature sensor 700 disposed on one side of the pusher module 600 .
  • control module 10 converts a temperature value obtained through a temperature sensor disposed on the lower surface of the thermoelectric element module 500 or on one side of the connector 616 or pusher 630 to the temperature of the connector 616. It can also be used as a value.
  • 7 shows data 704 of the temperature values of connector 616 .
  • control module 10 may obtain a temperature value of the intermediate substrate 525 through a temperature sensor 530 disposed on one side of the intermediate substrate 525 or inside the intermediate substrate 525 .
  • 7 shows data 706 of the temperature value of the intermediate substrate 525 .
  • the control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to -20°C at time point 0, and the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. supply current to Accordingly, in the period 0 to T1, the temperature value 704 of the connector 616 drops to -20°C.
  • control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to -40°C at the time point T1 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. . Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 drops to -40°C in the period T1 to T2.
  • the temperature value of the middle substrate 525 is maintained at a value between 0°C and -20°C.
  • the control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to 40° C. at the time point T2 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 rises to 40°C in the period T2 to T3.
  • the control module 10 supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises
  • the temperature value of the intermediate substrate 525 rises rapidly to a predetermined limit temperature value. (e.g., 120° C.).
  • the temperature of the intermediate substrate 525 is maintained at 140° C. for a certain period of time and then gradually decreases to about 60° C.
  • the threshold temperature value is a temperature value at which the intermediate substrate 525 may be damaged or destroyed, and may be set differently depending on the material characteristics of the intermediate substrate 525 .
  • control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to 80° C. at the time T3 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 rises to 80°C in the period T3 to T4.
  • the temperature value of the intermediate substrate 525 rises rapidly to a predetermined limit temperature value. (e.g., 120° C.).
  • a predetermined limit temperature value e.g. 120° C.
  • the temperature of the intermediate substrate 525 is maintained at 140° C. for a certain period of time and then gradually decreases to about 80° C.
  • control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to 120° C. at the time T4 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Accordingly, in the period T4 to T5, the temperature value 704 of the connector 616 rises to 120°C.
  • the control module 10 supplies current to the thermoelectric element module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises at the time T4, the temperature value of the intermediate substrate 525 rises rapidly to a predetermined limit temperature value. (e.g., 120° C.).
  • a predetermined limit temperature value e.g. 120° C.
  • the temperature of the intermediate substrate 525 is maintained at 140° C. for a certain period of time and then gradually decreases to about 100° C.
  • the control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to 0° C. at the time T5 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 after the time point T5 decreases to 0°C. In addition, the temperature value of the intermediate substrate 525 also decreases to 0°C after the time point T5.
  • the control module 10 supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises, and the temperature of the lower substrate 526 starts to rise (T2). , T3 and T4), a temperature value of the intermediate substrate 525 rises rapidly and exceeds a predetermined limit temperature value.
  • T2 the temperature of the lower substrate 526
  • T3 and T4 a temperature value of the intermediate substrate 525 rises rapidly and exceeds a predetermined limit temperature value.
  • the intermediate board 525 or other parts or devices in contact with the intermediate board 525 become hot. It is likely to be damaged due to
  • 8 is a graph illustrating changes in temperature values of a connector temperature value and an intermediate substrate according to temperature control of a semiconductor device test apparatus including a Peltier device according to another embodiment. 8 shows data 802 of the target temperature value, data 804 of the temperature value of the connector 616, and data 806 of the temperature value of the intermediate substrate 525, respectively.
  • the control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to -20° C. at the time point 0 and uses the thermoelectric module 500 to lower the temperature of the lower substrate 526. supply current to Accordingly, in the period 0 to T1, the temperature value 704 of the connector 616 drops to -20°C.
  • control module 10 sets the target temperature value 702 of the connector 616 to -40°C at the time point T1 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. . Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 drops to -40°C in the period T1 to T2.
  • the temperature value of the middle substrate 525 is maintained at a value between 0°C and -20°C.
  • the control module 10 sets the final target temperature value of the connector 616 to 40°C in the period T2 to T10.
  • the control module 10 sets the middle rising target temperature value 702 of the connector 616 to 0°C at the time point T2 and supplies current to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises. . Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 increases in the period T2 to T3.
  • the control module 10 checks whether the temperature value of the intermediate substrate 525 exceeds a predetermined reference temperature value (eg, 80° C.).
  • a predetermined reference temperature value eg, 80° C.
  • the reference temperature value is a value that can be set differently depending on the embodiment. Also, the reference temperature value may be set lower than the limit temperature value of the intermediate substrate 525 .
  • the control module 10 sets the intermediate lowering target temperature value 702 to -20 ° C at the time T3. Then, a current is supplied to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. Accordingly, the rising rate of the temperature value 704 of the connector 616 decreases in the period T3 to T4.
  • a predetermined reference temperature value e.g, 80 ° C
  • the control module 10 sets the middle rising target temperature value 702 of the connector 616 to 10° C. at time T4 after a predetermined time has elapsed from time T3, and controls the thermoelectric element so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Supply current to the module 500. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 increases in the period T4 to T5.
  • control module 10 checks whether the temperature value of the intermediate substrate 525 exceeds a predetermined reference temperature value (eg, 80° C.).
  • the control module 10 sets the intermediate lowering target temperature value 702 to -20 ° C at the time T5. Then, a current is supplied to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. Accordingly, the rising rate of the temperature value 704 of the connector 616 decreases in the period T5 to T6.
  • a predetermined reference temperature value e.g, 80 ° C
  • the control module 10 sets the middle rising target temperature value 702 of the connector 616 to 20° C. at a time T6 when a predetermined time has elapsed from the time T5, and controls the thermoelectric element so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Supply current to the module 500. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 increases in the period T6 to T7.
  • control module 10 checks whether the temperature value of the intermediate substrate 525 exceeds a predetermined reference temperature value (eg, 80° C.).
  • the control module 10 sets the intermediate lowering target temperature value 702 to -20 ° C at the time T7. Then, a current is supplied to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. Accordingly, the rising rate of the temperature value 704 of the connector 616 decreases in the period T7 to T8.
  • a predetermined reference temperature value e.g, 80 ° C
  • the control module 10 sets the middle rising target temperature value 702 of the connector 616 to 30° C. at a time T8 when a predetermined time has elapsed from the time T7, and sets the thermoelectric element so that the temperature of the lower substrate 526 rises. Supply current to the module 500. Accordingly, the temperature value 704 of the connector 616 increases in the period T8 to T9.
  • control module 10 checks whether the temperature value of the intermediate substrate 525 exceeds a predetermined reference temperature value (eg, 80° C.).
  • the control module 10 sets the intermediate lowering target temperature value 702 to -20 ° C at time T9. Then, a current is supplied to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases. Accordingly, the rising rate of the temperature value 704 of the connector 616 decreases in the period T9 to T10.
  • a predetermined reference temperature value e.g, 80 ° C
  • the control module 10 sets the middle rising target temperature value 702 of the connector 616 to the final target temperature value of 40° C. at a time T10 when a predetermined time has elapsed from the time T9, and the temperature of the lower substrate 526 is A current is supplied to the thermoelectric element module 500 so as to rise. Accordingly, in the period T10 to T11, the temperature value of the connector 616 is maintained at the final target temperature value of 40°C.
  • control module 10 sets the final target temperature value of the connector 616 to 80 ° C in the period T11 to T17, and at a predetermined interval (eg, The thermoelectric element module 500 increases the temperature of the lower substrate 526 according to a plurality of intermediate rising target temperature values (eg, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C) set to gradually rise by 10 ° C). can supply current.
  • a predetermined interval eg, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C
  • control module 10 determines that the temperature value of the intermediate substrate 525 exceeds a predetermined reference temperature value (eg, 80 ° C.)
  • a predetermined reference temperature value e.g. 80 ° C.
  • the intermediate descent preset for each time point (T12, T14, T16) Current may be supplied to the thermoelectric module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 decreases according to a target temperature value (eg, 20° C.).
  • an increasing interval (eg, 10° C.) of the intermediate target temperature value may be set differently depending on the embodiment.
  • the intermediate lowering target temperature value does not need to be set identically at each time point, and the intermediate lowering target temperature value may be set differently at each time point.
  • the control module 10 raises the temperature of the lower substrate 526 to a preset final target temperature value
  • the lower substrate 526 is based on a preset intermediate rising target temperature value and a preset intermediate lowering target temperature value.
  • the temperature of the substrate 526 is controlled. According to this control, when the control module 10 supplies current to the thermoelectric element module 500 so that the temperature of the lower substrate 526 rises, the temperature value of the middle substrate 525 rises rapidly to exceed the limit temperature value. Excess is prevented. Therefore, since the intermediate substrate 525 or other parts or elements in contact with the intermediate substrate 525 are less likely to be damaged due to high temperatures, the reliability of the semiconductor device test equipment is increased.
  • FIG. 9 illustrates a configuration of a semiconductor test system including a semiconductor device test apparatus to which a Peltier element according to the first embodiment is applied
  • FIG. 10 illustrates a semiconductor device including a semiconductor element test apparatus to which a Peltier element according to the first embodiment is applied. The configuration of the test system is shown.
  • FIG. 9 shows semiconductor device test devices 901 and 902 including the thermoelectric device module 500 according to the first embodiment shown in FIG. 3 and a control module connected to each of the semiconductor device test devices 901 and 902 .
  • 903, 904 and a case 900 accommodating control modules 903, 904 are shown.
  • FIG. 10 shows semiconductor device test devices 911, 912, 913, and 914 including the thermoelectric device module 500 according to the second embodiment shown in FIG. 4, and semiconductor device test devices 911, 912, and 913, respectively. , 914) and the control module (915, 916, 917, 918) connected to, and the case 900 accommodating the control module (915, 916, 917, 918) is shown.
  • the case 900 shown in FIG. 9 and the case 900 shown in FIG. 10 are cases having the same volume and size.
  • thermoelectric element module 500 each includes two Peltier elements and thus requires two pairs of wires connected to each Peltier element. Accordingly, the control modules 903 and 904 must be connected to two pairs of wires, respectively.
  • thermoelectric element module 500 each includes one Peltier element and requires a pair of wires connected to each Peltier element. Therefore, the size of the control modules 915, 916, 917, and 918 shown in FIG. 10 is smaller than the size of the control modules 903 and 904 shown in FIG. 9.
  • thermoelectric element module 500 when the thermoelectric element module 500 according to the second embodiment is applied, more control modules can be accommodated in the case 900 having the same size and volume as compared to the first embodiment. . Therefore, since more semiconductor device test devices can be arranged in the same space, the manufacturing speed of semiconductor devices can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

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Abstract

일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치는, 전류의 방향에 따라 가열면 또는 냉각면으로 전환되는 양측 면을 갖는 열전소자 모듈, 상기 열전소자 모듈의 상부에 배치되며 상기 열전소자를 냉각하는 쿨링 모듈, 상기 열전소자 모듈의 하부에 배치되며 홀더에 탑재된 테스트 대상 소자와 접촉하여 상기 테스트 대상 소자를 가열하거나 냉각하는 푸셔 모듈 및 목표 온도 값에 따라서 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.

Description

반도체 소자 테스트 장치
본 명세서는 반도체 소자 테스트 장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 저온이나 고온의 환경에서도 전기적인 특성을 유지할 수 있어야 한다. 따라서 반도체 소자의 제조 과정에서는 저온 또는 고온 환경에서 반도체 소자의 전기적인 특성에 대한 테스트가 수행된다. 반도체 소자의 냉온 테스트를 위한 테스트 장치의 일 예가 한국특허공개공보 제2003-0028070호에 개시된다.
반도체 소자의 테스트를 위한 테스트 장치는 열전소자를 구비할 수 있다. 열전소자의 하단부에 설치된 푸셔가 반도체 소자의 상단에 직접 접촉되며, 열전소자의 구동을 제어함으로써 푸셔의 온도를 조절할 수 있다.
반도체 소자 테스트 장치에 사용되는 열전소자의 대표적인 예는 펠티어(peltier) 소자이다. 펠티어 소자에 전류가 공급되면 펠티어 소자의 일측에서는 열이 흡수되고 타측에서는 열이 방출된다. 이러한 펠티어 소자의 특성을 이용하여 반도체 소자에 열을 가하거나 반도체 소자를 냉각시킨 후 반도체 소자의 전기적인 특성에 대한 테스트가 수행될 수 있다.
반도체 소자의 제조 과정에서는 전술한 테스트 과정이 필수적이다. 따라서 테스트 수행 시 한 번에 많은 반도체 소자에 대한 테스트가 수행되면 반도체 소자의 제조 속도가 향상되고 제조 비용이 감소할 수 있다. 따라서 동일한 공간 내에 보다 많은 테스트 장치를 구비하여 반도체 소자의 테스트 속도를 높이기 위해서는 반도체 소자 테스트 장치의 사이즈를 줄일 필요가 있다.
한편, 반도체 소자의 테스트 과정에서 펠티어 소자에 전류가 공급되면 펠티어 소자의 표면 및 내부 온도가 상승한다. 따라서 펠티어 소자는 내열성을 갖는 소재로 이루어진다. 그러나 테스트 과정에서 펠티어 소자의 온도가 지나치게 높게 상승하여 허용된 온도 범위를 초과하게 되면 펠티어 소자에 대미지가 발생하게 된다. 따라서 반도체 소자의 테스트를 위한 테스트 장치의 구동 과정에서 펠티어 소자의 온도가 허용 온도 범위를 벗어나지 않게 할 수 있는 새로운 푸셔 장치가 요구된다.
본 명세서의 목적은 보다 감소된 사이즈를 갖는 반도체 소자 테스트 장치를 제공하는 것이다.
본 명세의 목적은 반도체 소자 테스트 과정에서 펠티어 소자의 온도가 허용 온도 범위를 벗어나지 않게 할 수 있는 반도체 소자 테스트 장치를 제공하는 것이다.
본 명세서의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 이하에서 기술되는 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 청구범위에 기재된 구성요소들 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치는, 전류의 방향에 따라 가열면 또는 냉각면으로 전환되는 양측 면을 갖는 열전소자 모듈, 상기 열전소자 모듈의 상부에 배치되며 상기 열전소자를 냉각하는 쿨링 모듈, 상기 열전소자 모듈의 하부에 배치되며 홀더에 탑재된 테스트 대상 소자와 접촉하여 상기 테스트 대상 소자를 가열하거나 냉각하는 푸셔 모듈 및 목표 온도 값에 따라서 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 열전소자 모듈은 상기 쿨링 모듈과 접촉하는 상부 기판, 상기 푸셔 모듈과 접촉하는 하부 기판, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되는 중간 기판, 상기 상부 기판과 상기 중간 기판 사이에 배치되는 다수의 제1 반도체 소자 및 다수의 제2 반도체 소자, 상기 중간 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되는 다수의 제3 반도체 소자 및 다수의 제4 반도체 소자를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 중간 기판의 일측 또는 상기 중간 기판의 내부에는 온도 센서가 배치된다.
일 실시예에서, 상기 제어 모듈은 상기 온도 센서에 의해서 측정되는 상기 중간 기판의 온도 값에 따라서 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 제어 모듈은 미리 설정된 최종 목표 온도 값까지 상기 하부 기판의 온도를 상승시킬 때, 상기 중간 기판의 온도 값, 미리 설정된 중간 상승 목표 온도 값 및 미리 설정된 중간 하강 목표 온도 값에 기초하여 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 제어 모듈은 상기 중간 상승 목표 온도 값에 따라서 상기 하부 기판의 온도를 상승시킬 때 상기 중간 기판의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값을 초과하면 상기 중간 하강 목표 온도 값에 기초하여 상기 하부 기판의 온도가 하강하도록 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 중간 상승 목표 온도 값은 미리 정해진 간격에 따라서 점진적으로 상승하도록 설정되는 다수의 값이다.
일 실시예에서, 상기 기준 온도 값은 상기 중간 기판의 제한 온도 값보다 작게 설정된다.
일 실시예에서, 상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자는 육면체 형상을 가지며 상부면 및 하부면은 정사각형 형상이다.
일 실시예에서, 상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자의 상부면 또는 하부면의 각 변의 길이(W)와 상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자의 높이(H)의 수치 비율은 1:1 내지 1:1.4의 범위 내에서 설정된다.
실시예들에 따르면 반도체 소자 테스트 장치의 사이즈를 줄일 수 있다. 따라서 동일한 공간에서 보다 많은 반도체 소자 테스트 장치가 배치될 수 있으므로 반도체 소자의 제조 속도가 향상되고 제조 비용이 감소될 수 있다.
실시예들에 따르면 테스트 장치의 구동 과정에서 펠티어 소자의 온도가 허용 온도 범위를 벗어나지 않는다. 따라서 보다 안정적인 반도체 소자의 테스트가 가능해진다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자 테스트 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 펠티어 소자의 종단면도이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 펠티어 소자의 종단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 펠티어 소자 내부에 배치되는 반도체 소자의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 펠티어 소자 내부에 배치되는 반도체 소자의 높이 변화에 따른 펠티어 소자의 냉각 온도 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 펠티어 소자가 포함된 반도체 소자 테스트 장치의 온도 제어에 따른 커넥터 온도 값 및 중간 기판의 온도 값 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 펠티어 소자가 포함된 반도체 소자 테스트 장치의 온도 제어에 따른 커넥터 온도 값 및 중간 기판의 온도 값 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 실시예에 따른 펠티어 소자가 적용된 반도체 소자 테스트 장치를 포함하는 반도체 테스트 시스템의 구성을 도시한다.
도 10은 제1 실시예에 따른 펠티어 소자가 적용된 반도체 소자 테스트 장치를 포함하는 반도체 테스트 시스템의 구성을 도시한다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 실시예들을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서와 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리킨다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자 테스트 장치의 분해 사시도이다.
일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치(A)는 홀더(3)에 탑재되는 테스트 대상 소자(4)(예컨대, 반도체 소자)와 접촉되어 테스트 대상 소자(4)에 열을 가하거나 테스트 대상 소자(4)를 냉각시킨다.
테스트 대상 소자(4)는 홀더(3)에 탑재된 상태에서 트레이(2)에 배치된다. 테스트 대상 소자(4)가 외부로 노출되도록 홀더(3)에는 홀이 관통 형성될 수 있다. 트레이(2)는 로딩 플레이트(1)에 적재된 상태에서 테스트를 위한 핸들러(미도시)의 하부로 이송될 수 있다.
핸들러(미도시)는 테스트 대상 소자(4)가 탑재된 트레이(2)의 상부에 배치될 수 있다. 핸들러(미도시)는 테스트 대상 소자(4)의 테스트를 위해 하강하며, 반도체 소자 테스트 장치(A)의 푸셔 모듈(600) 중 일부분이 홀더(3)의 홀에 삽입됨으로써 푸셔 모듈(600)이 테스트 대상 소자(4)에 접촉된다.
일 실시예에 따른 반도체 소자 테스트 장치(A)는 외관을 형성하는 어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)과, 어퍼 하우징 및 로어 하우징의 내부에 수용되며 전류의 방향에 따라 가열면 또는 냉각면으로 전환되는 양측 면을 갖는 열전소자 모듈(500), 어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)의 내부에 수용되며 열전소자 모듈(500)의 상부에 배치되어 열전소자를 냉각하는 쿨링 모듈(400), 열전소자 모듈(500)의 하부에 배치되며 테스트 반도체 소자에 접촉되는 푸셔 모듈(600)을 포함할 수 있다.
어퍼 하우징(100)은 하측이 개방된 박스 형상을 가진다. 어퍼 하우징(100)의 하측에 로어 하우징(200)이 결합되고, 내부에 탄성부재(300), 쿨링 모듈(400) 및 열전소자 모듈(500)이 수납될 수 있다.
어퍼 하우징(100)의 내부에는 쿨링 모듈(400)이 삽입되는 삽입공간(110)이 형성된다. 또한, 어퍼 하우징(100)의 일측면에는 쿨링 모듈(400)의 일부를 외부로 노출시키기 위한 개구부(130)가 형성된다.
삽입공간(110)에는 탄성부재(300) 및 쿨링 모듈(400)이 수용된다. 삽입공간(110)은 어퍼 하우징(100)의 내부에서 상측을 향해 오목하게 형성된다. 삽입공간(110)은 쿨링 모듈(400)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 삽입공간(110)에 탄성부재(300)가 삽입된 상태에서 쿨링 모듈(400)이 수용될 수 있다.
개구부(130)는 어퍼 하우징(100)의 측면 일측에 형성된다. 개구부(130)를 통해서 쿨링 모듈(400)의 일부가 어퍼 하우징(100)의 외부로 노출될 수 있다.
탄성부재(300)는 일 방향으로 볼록하게 돌출된 형태를 갖는다. 예컨대 탄성부재(300)는 일 방향으로 돌출된 형태를 갖는 판 스프링일 수 있다. 탄성부재(300)는 삽입공간(110)에 삽입될 때, 돌출된 부분이 쿨링 모듈(400)을 향하도록 배치된다. 탄성부재(300)는 쿨링 모듈(400)과 열전소자 모듈(500)이 밀착되도록 쿨링 모듈(400)을 가압하는 역할을 한다. 이를 위해 탄성부재(300)의 볼록한 부분이 쿨링 모듈(400)을 향하게 배치될 수 있다. 쿨링 모듈(400)의 장착 시 탄성부재(300)가 쿨링 모듈(400)에 의해 가압되면, 볼록한 부분이 압력을 받아 펴지게 된다. 그러나 탄성부재(300)는 원래의 형태로 복원되려는 복원력을 가지므로 쿨링 모듈(400) 쪽으로 복원력이 작용한다. 따라서 탄성부재(300)가 쿨링 모듈(400)을 열전소자 모듈(500) 방향으로 가압하게 된다. 이에 쿨링 모듈(400)과 열전소자 모듈(500)이 밀착 결합되는 효과가 있다.
탄성부재(300)는 쿨링 모듈(400)과 열전소자 모듈(500)를 밀착 결합시킨다. 또한, 열전소자 모듈(500)이나 푸셔 모듈(600)이 가열되어 열팽창이 발생해 열전소자 모듈(500)이 밀리거나 움직이게 되더라도 쿨링 모듈(400)을 열전소자 모듈(500) 쪽으로 가압할 수 있어 이들의 밀착 상태를 유지할 수 있다. 즉, 탄성부재(300)는 열전소자 모듈(500)나 푸셔 모듈(600)에 열팽창이 발생하더라도 쿨링 모듈(400)과 열전소자 모듈(500)를 밀착시킬 수 있다. 이를 위해, 탄성부재(300)는 열전소자 모듈(500)나 푸셔 모듈(600)의 열팽창을 고려해 그 이상의 탄성 복원력을 갖도록 설계될 수 있다.
로어 하우징(200)은 어퍼 하우징(100)의 하측에 결합되며, 상면이 개구된 육면체 형상이다. 로어 하우징(200) 내부에 수용 공간이 형성되어 열전소자 모듈(500) 및 푸셔 모듈(600)의 일부가 수용된다.
로어 하우징(200)의 내부에는 후술할 푸셔 모듈(600)의 푸셔 베이스(612) 형상에 대응하는 형상을 갖는 수용부(210)가 형성된다. 수용부(210)의 하면에는 푸셔 모듈(600)의 일부가 삽입되어 외측으로 돌출될 수 있도록 관통 홀(230)이 형성된다. 관통홀(230)은 로어 하우징(200)의 하면 중앙에 관통 형성된다. 관통홀(230)의 형상은 후술할 푸셔 모듈(600)의 커넥터(616) 형상에 대응된다.
로어 하우징(200)의 측면 일측에는 개구부(250)가 형성된다. 개구부(250)를 통해서 온도 센서(701)가 외부로 노출될 수 있다.
로어 하우징(200)의 측면들 상측에는 어퍼 하우징(100)을 향해 형성된 복수의 홈 또는 홀(270)이 형성될 수 있다. 복수의 홈 또는 홀(270)에 각각 체결부재가 삽입되어 로어 하우징(200)을 어퍼 하우징(100)에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 체결부재로 볼 플런저가 사용될 수 있다.
어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)은 높은 온도의 녹는점을 갖는 플라스틱이나 수지 재질로 만들어질 수 있다. 어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)은 열전소자 모듈(500)의 가열면이 가열되는 온도에서 변형되거나 녹지 않는 재질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)은 피크(PEEK) 재질로 만들어질 수 있다. 또한, 어퍼 하우징(100) 및 로어 하우징(200)은 사출 방법에 의해 만들어질 수 있다.
열전소자 모듈(500)은 하나 이상의 펠티어 소자를 포함할 수 있다. 열전소자 모듈(500)은 전류의 방향에 따라 가열면 또는 냉각면으로 전환되는 양측 면, 즉 상부면 및 하부면을 가진다.
푸셔 모듈(600), 열전소자 모듈(500) 또는 쿨링 모듈(400) 중 적어도 하나에는 온도 센서가 배치될 수 있다. 일 예로, 푸셔 모듈(600)의 일측에는 온도 센서(700)가 배치될 수 있다. 다른 예로, 열전소자 모듈(500)의 하부면의 일측이나 열전소자 모듈(500)의 상부면의 일측에도 온도 센서가 배치될 수 있다.
쿨링 모듈(400)은 어퍼 하우징(100)의 삽입공간(110)에 수납되는 부분과 외부로 돌출되는 부분으로 구분될 수 있다. 그러나 수납되는 부분과 돌출되는 부분이 각기 분리된 것은 아니며, 쿨링 모듈(400)의 일부분이 어퍼 하우징(100)의 외부로 돌출될 수 있다.
어퍼 레이어(410)는 열전소자(500)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 쿨링부(410a)와, 쿨링부(410a)의 양단으로부터 소정 폭으로 돌출 형성된 한 쌍의 돌출부(410b)를 포함한다. 어퍼 레이어(410)의 쿨링부(410a)와 돌출부(410b)는 일체로 형성된다. 쿨링부(410a) 일측의 돌출부(410b)를 통해 쿨링 모듈(400) 내부로 냉매가 유입되고, 타측의 돌출부를 통해 냉매가 배출될 수 있다.
로어 레이어(430)는 어퍼 레이어(410)와 동일하게 쿨링부(430a)와 돌출부(430b)를 포함한다. 쿨링부(430a)는 열전소자(500)를 냉각하는 부분이고 돌출부(430b)는 어퍼 레이어(410)의 돌출부(410b)를 커버하는 부분이다. 돌출부(430b)는 어퍼 레이어(410)의 돌출부(410b)와 결합되어 어퍼 하우징(100)의 외부로 노출된다. 쿨링부(430a)는 어퍼 레이어(410)의 쿨링부(410a) 하측에 위치하고 돌출부(430b)는 어퍼 레이어(410)의 돌출부(410b) 하측에 위치한다. 어퍼 레이어(410)와 로어 레이어(430)의 결합으로 어퍼 레이어(410) 내부에 냉매가 수용될 수 있다.
쿨링 모듈(400)의 상부면에는 센서 장착부(415)가 형성된다. 센서 장착부(415)에는 바이메탈 센서(900)가 수용된다. 바이메탈 센서(900)는 쿨링 모듈(400)의 상부면의 온도에 따라 수축 또는 인장된다. 바이메탈 센서(900)는 전원 공급 모듈과 전기적으로 연결된다. 바이메탈 센서(900)가 수축되면 전원 공급 모듈과의 전기적 연결이 단락되고, 바이메탈 센서(900)가 인장되면 전원 공급 모듈과 전기적으로 연결될 수 있다.
쿨링 모듈(400)의 일측에는 쿨링 모듈(400)의 내부로 냉매를 유입시키거나 쿨링 모듈(400) 내부의 냉매를 외부로 유출시키는 한 쌍의 유로(6) 및 각 유로(6)와 쿨링 모듈(400)을 결합시키기 위한 결합 부재(5)가 각각 연결된다.
푸셔 모듈(600)은 열전소자 모듈(500)과 면접촉되는 제1 플레이트(612)와, 제1 플레이트(612)의 하부에 배치되는 제2 플레이트(614)와, 제2 플레이트(614)의 하부에 배치되는 커넥터(616)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(612)의 크기는 제2 플레이트(614)의 크기보다 크고, 제2 플레이트(614)의 크기는 커넥터(616)의 크기보다 클 수 있다. 푸셔 모듈(600)은 열전소자 모듈(500)의 열기 또는 냉기를 테스트 대상 소자(4)로 전달할 수 있도록 열 전도율이 높은 소재로 만들어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 플레이트(612), 제2 플레이트(614), 커넥터(616)는 알루미늄 소재로 만들어질 수 있다.
제1 플레이트(612)는 열전소자 모듈(500)과 접촉되며 열전소자 모듈(500)을 지지한다. 제2 플레이트(614)는 제1 플레이트(612)의 하부에 배치되며, 제1 플레이트(612)로부터 커넥터(616)로 열기 또는 냉기를 전달한다. 제2 플레이트(614)는 실시예에 따라 생략될 수도 있다.
커넥터(616)는 제2 플레이트(614)의 하부에 연결되며, 푸셔(630)와 결합될 수 있다. 커넥터(616)는 제2 플레이트(614)로부터 열기 또는 냉기를 전달받아 테스트 대상 소자(4)로 전달한다.
따라서 커넥터(616)는 테스트 대상 소자(4)와 직접 접촉되어야 한다. 이를 위해, 커넥터(616)는 로어 하우징(200)의 하부면에 형성된 개구부를 통해서 외부로 노출된다. 또한, 커넥터(616)는 푸셔(630)와 결합되고, 푸셔(630)가 테스트 대상 소자(4)의 홀더(3)에 삽입됨으로써 테스트 대상 소자(4)와 접촉될 수 있다. 커넥터(616)의 하부면은 푸셔(630)의 하부면에 형성된 개구부를 통해서 외부로 노출된다.
푸셔(630)는 커넥터(616)에 결합되며, 로어 하우징(200) 외부로 노출된 커넥터(616)를 보호한다. 따라서 푸셔(630)는 커넥터(610)의 형상에 대응하는 형상을 갖는다.
푸셔(630)는 테스트 대상 소자(4)가 탑재된 홀더(3)에 삽입되어 홀더(3)를 가압할 수 있다. 푸셔(630)가 홀더(3)에 결합되면 푸셔(630)의 하부면을 통해서 외부로 노출되는 커넥터(616)의 하부면이 테스트 대상 소자(4)에 접촉될 수 있다. 커넥터(616)를 통해 열전소자 모듈(500)이 발산하는 열기 또는 냉기가 테스트 대상 소자(4)로 전달될 수 있다.
도 3은 제1 실시예에 따른 펠티어 소자의 종단면도이다.
제1 실시예에서, 열전소자 모듈(500)은 제1 펠티어 소자(511), 어댑터(513), 제2 펠티어 소자(512, 520)를 포함한다.
제1 펠티어 소자(511)는 제1 상부 기판(514), 제1 하부 기판(515), 다수의 제1 반도체 소자(511a), 다수의 제2 반도체 소자(511b), 다수의 금속판(511c)을 포함한다.
제1 상부 기판(514)은 상부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 제1 하부 기판(515)은 하부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 제1 상부 기판(514) 및 제1 하부 기판(515)은 각각 열기 또는 냉기를 잘 전달할 수 있도록 높은 열전도성을 갖는 소재(예컨대, 세라믹)로 제조될 수 있다.
제1 상부 기판(514) 및 제1 하부 기판(515)의 사이에는 다수의 제1 반도체 소자(511a) 및 다수의 제2 반도체 소자(511b)가 교번적으로 배치된다. 제1 반도체 소자(511a)는 n형(또는 p형) 반도체일 수 있고, 제2 반도체 소자(511b)는 p형(또는 n형) 반도체일 수 있다.
각각의 제1 반도체 소자(511a) 및 제2 반도체 소자(511b)의 상부면 또는 하부면에는 금속판(511c)이 부착된다. 금속판(511c)을 통해서 제1 반도체 소자(511a) 및 제2 반도체 소자(511b)에 전류가 공급되면 펠티어 효과에 의해서 제1 반도체 소자(511a) 및 제2 반도체 소자(511b)의 상부면의 온도는 상승(또는 하강)하고, 제1 반도체 소자(511a) 및 제2 반도체 소자(511b)의 하부면의 온도는 하강(또는 상승)한다.
제2 펠티어 소자(512, 520)는 2단 레이어 구조를 갖는 펠티어 소자이다. 제2 펠티어 소자(512, 520)는 제2 상부 기판(516), 중간 기판(517), 제2 하부 기판(521), 다수의 제1 반도체 소자(512a), 다수의 제2 반도체 소자(512b), 다수의 제3 반도체 소자(520a), 다수의 제4 반도체 소자(520b), 다수의 금속판(512c, 520c)을 포함한다.
제2 상부 기판(516)은 상부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 제2 하부 기판(521)은 하부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 제2 상부 기판(516)의 온도가 상승(하강)할 때 중간 기판(517)의 하부면의 온도는 하강(상승)하고, 제2 하부 기판(521)의 온도가 상승(하강)할 때 중간 기판(517)의 상부면의 온도는 하강(상승)한다. 제2 상부 기판(516), 중간 기판(517) 및 제2 하부 기판(521)은 각각 열기 또는 냉기를 잘 전달할 수 있도록 높은 열전도성을 갖는 소재(예컨대, 세라믹)로 제조될 수 있다.
제2 상부 기판(516) 및 중간 기판(517)의 사이에는 다수의 제1 반도체 소자(512a) 및 다수의 제2 반도체 소자(512b)가 교번적으로 배치된다. 제1 반도체 소자(512a)는 n형(또는 p형) 반도체일 수 있고, 제2 반도체 소자(512b)는 p형(또는 n형) 반도체일 수 있다.
각각의 제1 반도체 소자(512a) 및 제2 반도체 소자(512b)의 상부면 또는 하부면에는 금속판(512c)이 부착된다. 금속판(512c)을 통해서 제1 반도체 소자(512a) 및 제2 반도체 소자(512b)에 전류가 공급되면 펠티어 효과에 의해서 제1 반도체 소자(512a) 및 제2 반도체 소자(512b)의 상부면의 온도는 상승(또는 하강)하고, 제1 반도체 소자(512a) 및 제2 반도체 소자(512b)의 하부면의 온도는 하강(또는 상승)한다.
중간 기판(517) 및 제2 하부 기판(521)의 사이에는 다수의 제3 반도체 소자(520a) 및 다수의 제4 반도체 소자(520b)가 교번적으로 배치된다. 제3 반도체 소자(520a)는 n형(또는 p형) 반도체일 수 있고, 제4 반도체 소자(520b)는 p형(또는 n형) 반도체일 수 있다.
각각의 제3 반도체 소자(520a) 및 제4 반도체 소자(520b)의 상부면 또는 하부면에는 금속판(520c)이 부착된다. 금속판(520c)을 통해서 제3 반도체 소자(520a) 및 제4 반도체 소자(520b)에 전류가 공급되면 펠티어 효과에 의해서 제3 반도체 소자(520a) 및 제4 반도체 소자(520b)의 상부면의 온도는 상승(또는 하강)하고, 제3 반도체 소자(520a) 및 제4 반도체 소자(520b)의 하부면의 온도는 하강(또는 상승)한다.
어댑터(513)는 제1 펠티어 소자(511)와 제2 펠티어 소자(512, 520) 사이에 배치된다. 어댑터(513)는 제1 펠티어 소자(511)의 하부면의 열기 또는 냉기를 제2 펠티어 소자(512, 520)의 상부면에 전달한다. 어댑터(513)는 높은 열전도성을 갖는 소재(예컨대, 금속)로 제조될 수 있다.
제1 펠티어 소자(511)의 금속판(511c)에는 한 쌍의 도선(518a, 518b)이 연결된다. 제2 펠티어 소자(512, 520)의 금속판(512c, 520c)에는 한 쌍의 도선(519a, 519b)이 연결된다. 도선(518a, 518b) 및 도선(519a, 519b)은 각각 제어 모듈(10)에 연결된다.
제어 모듈(10)은 도선(518a, 518b) 및 도선(519a, 519b)을 통해서 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 각각 전류를 공급할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제어 모듈(10)은 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 전류를 공급하는 전원 공급 모듈 및 목표 온도 값에 따라서 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 공급되는 전류의 방향을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로는 전원 공급 모듈의 극성(+, -)을 변경함으로써 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 공급되는 전류의 방향을 변경할 수 있다. 예컨대 제어 회로는 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 제1 방향으로 전류를 공급할 수 있고, 전원 공급 모듈의 극성(+, -)을 반대로 바꿈으로써 제1 펠티어 소자(511) 및 제2 펠티어 소자(512, 520)에 제2 방향으로 전류를 공급할 수도 있다. 예컨대 전류가 제1 방향으로 공급되면 펠티어 소자(511, 512, 520)의 상부면, 즉 제2 상부 기판(516)의 상부면의 온도가 하강하고 펠티어 소자(511, 512, 520)의 하부면, 즉 제2 하부 기판(521)의 하부면의 온도가 상승할 수 있고, 전류가 제2 방향으로 공급되면 펠티어 소자(511, 512, 520)의 상부면의 온도가 상승하고 펠티어 소자(511, 512, 520)의 하부면의 온도가 하강할 수 있다.
제어 회로는 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면, 즉 제2 하부 기판(521)의 하부면의 온도를 상승 또는 하강시킴으로써 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면과 접촉하는 푸셔 모듈(600)의 커넥터(616)의 온도를 상승 또는 하강시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로는 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면, 즉 제2 하부 기판(521)의 하부면의 온도가 상승할 때 제1 펠티어 소자(511)의 하부면의 온도가 상승하도록 제어하고, 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면의 온도가 하강할 때 제1 펠티어 소자(511)의 하부면의 온도가 하강하도록 제어할 수 있다. 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면의 온도가 상승(하강)하면 제2 펠티어 소자(512, 520)의 상부면, 즉 제2 상부 기판(516)의 상부면의 온도는 하강(상승)한다. 이 때 제1 펠티어 소자(511)의 하부면의 온도를 상승(하강)시키면 제2 펠티어 소자(512, 520)의 상부면의 온도가 상승(하강)한다.
이처럼 제2 펠티어 소자(512, 520)의 하부면, 즉 제2 하부 기판(521)의 하부면의 온도가 상승(하강)될 때 제1 펠티어 소자(511)를 이용하여 제2 펠티어 소자(512, 520)의 상부면, 즉 제2 상부 기판(516)의 상부면 의 온도를 상승(하강)시키면 제2 펠티어 소자(512)의 하부면의 온도 제어 범위(최저 온도 및 최고 온도)가 제2 펠티어 소자(512, 520) 고유의 온도 제어 범위보다 넓어지므로, 보다 넓은 온도 범위에서 테스트 대상 소자에 대한 테스트가 가능해진다.
도 4는 제2 실시예에 따른 펠티어 소자의 종단면도이다.
제2 실시예에서, 열전소자 모듈(500)은 2단 레이어 구조를 갖는 펠티어 소자이다. 열전소자 모듈(500)은 상부 기판(524), 중간 기판(525), 하부 기판(526), 다수의 제1 반도체 소자(522a), 다수의 제2 반도체 소자(522b), 다수의 금속판(522c), 다수의 제3 반도체 소자(523a), 다수의 제4 반도체 소자(523b), 다수의 금속판(523b)을 포함한다.
상부 기판(524)은 상부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 하부 기판(526)은 하부 방향으로 열기 또는 냉기를 전달한다. 상부 기판(524)의 온도가 상승(하강)할 때 중간 기판(525)의 하부면의 온도는 하강(상승)하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승(하강)할 때 중간 기판(525)의 상부면의 온도는 하강(상승)한다. 상부 기판(524), 중간 기판(525), 하부 기판(526)은 각각 열기 또는 냉기를 잘 전달할 수 있도록 높은 열전도성을 갖는 소재(예컨대, 세라믹)로 제조될 수 있다.
상부 기판(524) 및 중간 기판(525)의 사이에는 다수의 제1 반도체 소자(522a) 및 다수의 제2 반도체 소자(522b)가 교번적으로 배치된다. 제1 반도체 소자(522a)는 n형(또는 p형) 반도체일 수 있고, 제2 반도체 소자(522b)는 p형(또는 n형) 반도체일 수 있다. 이하에서 상부 기판(524) 및 중간 기판(525)으로 이루어지는 레이어는 상부 레이어로 지칭된다.
각각의 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b)의 상부면 또는 하부면에는 금속판(522c)이 부착된다. 금속판(522c)을 통해서 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b)에 전류가 공급되면 펠티어 효과에 의해서 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b)의 상부면의 온도는 상승(또는 하강)하고, 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b)의 하부면의 온도는 하강(또는 상승)한다.
또한 중간 기판(525) 및 하부 기판(526)의 사이에는 다수의 제3 반도체 소자(523a) 및 다수의 제4 반도체 소자(523b)가 교번적으로 배치된다. 제3 반도체 소자(523a)는 n형(또는 p형) 반도체일 수 있고, 제4 반도체 소자(523b)는 p형(또는 n형) 반도체일 수 있다. 이하에서 중간 기판(525) 및 하부 기판(526)으로 이루어지는 레이어는 하부 레이어로 지칭된다.
각각의 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)의 상부면 또는 하부면에는 금속판(523c)이 부착된다. 금속판(523c)을 통해서 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)에 전류가 공급되면 펠티어 효과에 의해서 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)의 상부면의 온도는 상승(또는 하강)하고, 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)의 하부면의 온도는 하강(또는 상승)한다.
금속판(522c, 523c)에는 한 쌍의 도선(528a, 528b)이 연결된다. 제어 모듈(10)은 도선(528a, 528b)을 통해서 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b), 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)에 각각 전류를 공급할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제어 모듈(10)은 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b), 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)에 전류를 공급하는 전원 공급 모듈 및 목표 온도 값에 따라서 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b), 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)에 공급되는 전류의 방향을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
제2 실시예에서 하부 레이어는 테스트 대상 소자의 전기적인 특성 테스트를 위한 온도 제어에 사용되므로 상대적으로 큰 온도 제어 범위를 갖는 것이 바람직하다. 또한 상부 레이어는 하부 레이어의 상부면, 즉 중간 기판(525)의 온도를 조절하는데 사용되므로 상대적으로 작은 온도 제어 범위를 가져도 무방하다. 펠티어 소자의 상부 기판 및 하부 기판 사이에 배치되는 반도체 소자의 크기가 작아질수록 하부 기판의 온도 제어 범위는 커진다. 따라서 일 실시예에서 제1 반도체 소자(522a) 및 제2 반도체 소자(522b)의 크기는 제3 반도체 소자(523a) 및 제4 반도체 소자(523b)의 크기보다 크게 설정될 수 있다.
중간 기판(525)의 일측 또는 중간 기판(525)의 내부에는 온도 센서(530)가 배치될 수 있다. 온도 센서(530)에는 한 쌍의 도선(531a, 531b)이 연결된다. 도선(531a, 531b)은 제어 모듈(10)과 연결된다. 제어 모듈(10)은 도선(531a, 531b)을 통해서 온도 센서(530)에 의해 측정되는 중간 기판(525)의 온도 값을 획득할 수 있다.
제어 회로는 하부 기판(526)의 온도를 상승 또는 하강시킴으로써 하부 기판(526)과 접촉하는 푸셔 모듈(600)의 커넥터(616)의 온도를 상승 또는 하강시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제어 회로는 하부 기판(526)의 온도가 상승할 때 상부 기판(524)의 온도가 하강하도록 제어하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강할 때 상부 기판(524)의 온도가 상승하도록 제어하도록 제어할 수 있다. 하부 기판(526)의 온도가 상승(하강)하면 중간 기판(525)의 하부면의 온도는 하강(상승)한다. 또한 상부 기판(524)의 온도가 하강(상승)하면 중간 기판(525)의 하부면의 온도는 상승(하강)한다.
이처럼 하부 레이어의 하부면의 온도가 상승(하강)될 때 상부 레이어를 이용하여 중간 기판(525)의 온도를 상승(하강)시키면 하부 기판(526)의 온도 제어 범위(최저 온도 및 최고 온도)가 하부 레이어 고유의 온도 제어 범위보다 넓어지므로, 보다 넓은 온도 범위에서 테스트 대상 소자에 대한 테스트가 가능해진다.
도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)은 5개의 기판(514, 515, 516, 517, 521) 및 어댑터(513)를 포함한다. 그러나 도 4에 도시된 제2 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)은 3개의 기판(524, 525, 526)을 포함한다. 따라서 제2 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)을 포함하는 반도체 소자 테스트 장치의 높이(D1)는 제1 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)을 포함하는 반도체 소자 테스트 장치의 높이(D2)보다 작다. 제2 실시예에 따르면 동일한 크기의 공간에서 보다 많은 반도체 소자 테스트 장치가 배치될 수 있으므로 반도체 소자의 제조 속도가 향상되고 제조 비용이 감소될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 펠티어 소자 내부에 배치되는 반도체 소자의 사시도이고, 도 6은 일 실시예에 따른 펠티어 소자 내부에 배치되는 반도체 소자의 높이 변화에 따른 펠티어 소자의 냉각 온도 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5에는 열전소자 모듈(500)에 포함되는 제1 반도체 소자(522a)의 형상 및 수치가 도시된다. 그러나 도 4에 도시된 반도체 소자들(522b, 523a, 523b) 또한 도 5에 도시된 제1 반도체 소자(522a)와 동일한 형상 및 수치 비율을 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 반도체 소자(522a)는 높이가 H인 육면체 형상을 갖는다. 그리고 제1 반도체 소자(522a)의 상부면 및 하부면은 각 변의 길이가 W인 정사각형 형상일 수 있다.
도 6에는 도 5에 도시된 제1 반도체 소자(522a)의 상부면(또는 하부면)의 각 변의 길이(W)를 1mm로 고정하고 제1 반도체 소자(522a)의 높이(H)를 0.5에서 1.5까지 변경한 후 제어 모듈을 통해 상부 기판(524)의 온도가 하강하도록 상부 레이어에 동일한 크기의 전류를 공급할 때 상부 레이어의 온도 변화를 나타내는 그래프가 도시된다. 도 6에 도시된 그래프의 데이터 수치는 [표 1]과 같다.
H(mm) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
T(℃) -20.88 -25.81 -29.76 -32.91 -35.31 -37.04 -38.11 -38.56 -38.35 -37.47 -35.89
제어 모듈을 통해 상부 기판(524)의 온도가 하강(상승)하도록 제어할 때, 상부 기판(524)의 온도가 낮아질수록(높아질수록) 중간 기판(525)의 상부면의 온도를 높일(낮출) 수 있고, 중간 기판(525)의 상부면의 온도가 높아질수록(낮아질수록) 상부 레이어를 통한 하부 레이어의 온도 조절이 유리해진다.
마찬가지로 제어 모듈을 통해 하부 기판(524)의 온도가 하강(상승)하도록 제어할 때, 중간 기판(525)의 하부면의 온도가 낮아질수록(높아질수록) 하부 기판(524)의 온도를 높일(낮출) 수 있고, 하부 기판(524)의의 온도가 높아질수록(낮아질수록) 보다 넓은 온도 범위로 테스트 대상 소자를 테스트할 수 있다.
[표 1]에 도시된 데이터에서 상부 레이어의 온도가 최저 범위(-37℃ 이하)로 유지될 때, 제1 반도체 소자(522a)의 높이(H)는 1 내지 1.4로 나타난다. 따라서 제1 반도체 소자(522a)나 도 4에 도시된 다른 반도체 소자들(522b, 523a, 523b)의 상부면(또는 하부면)의 각 변의 길이(W)와 높이(H)의 수치 비율은 1:1 내지 1:1.4의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.
이처럼 도 4에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)에 포함되는 반도체 소자들(522b, 523a, 523b)의 상부면(또는 하부면)의 각 변의 길이(W)와 높이(H)의 수치 비율은 1:1 내지 1:1.4의 범위 내에서 설정되면, 열전소자 모듈(500)의 하부면의 온도 제어 범위를 보다 넓힐 수 있다. 이에 따라서 도 4에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)은 도 3에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)에 비해서 1개의 펠티어 소자(511) 및 어댑터(513)를 구비하지 않음에도 불구하고, 도 4에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)의 하부면의 온도 제어 범위는 도 3에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)의 하부면의 온도 제어 범위와 동일하거나 보다 넓어지는 것이 확인되었다.
또한 도 4에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)은 도 3에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)과 비교할 때 1개의 펠티어 소자(511)를 구비하지 않으므로, 도 4에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)의 소비 전력은 도 3에 도시된 구조를 갖는 열전소자 모듈(500)의 소비전력보다 낮은 장점이 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 펠티어 소자가 포함된 반도체 소자 테스트 장치의 온도 제어에 따른 커넥터 온도 값 및 중간 기판의 온도 값 변화를 나타내는 그래프이다.
일 실시예에서 제어 모듈(10)은 목표 온도 값에 따라서 열전소자 모듈(500)의 구동을 제어한다. 여기서 목표 온도 값은 제어 모듈(10)이 변경시키고자 하는 커넥터(616)의 온도 값을 의미한다. 도 7에는 목표 온도 값의 데이터(702)가 도시되어 있다.
일 실시예에서 제어 모듈(10)은 푸셔 모듈(600)의 일측에 배치되는 온도 센서(700)를 통해서 커넥터(616)의 온도 값을 획득할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서 제어 모듈(10)은 열전소자 모듈(500)의 하부면이나 커넥터(616) 또는 푸셔(630)의 일측에 배치되는 온도 센서를 통해서 획득되는 온도 값을 커넥터(616)의 온도 값으로서 사용할 수도 있다. 도 7에는 커넥터(616)의 온도 값의 데이터(704)가 도시되어 있다.
일 실시예에서 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 일측 또는 중간 기판(525)의 내부에 배치되는 온도 센서(530)를 통해서 중간 기판(525)의 온도 값을 획득할 수 있다. 도 7에는 중간 기판(525)의 온도 값의 데이터(706)가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 제어 모듈(10)은 0 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 0~T1 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 -20℃까지 하강한다.
또한 제어 모듈(10)은 T1 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 -40℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T1~T2 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 -40℃까지 하강한다.
하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 제어되는 구간인 0~T2 구간에서, 중간 기판(525)의 온도 값은 0℃에서 -20℃ 사이의 값으로 유지된다.
제어 모듈(10)은 T2 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 40℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T2~T3 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 40℃까지 상승한다.
그런데 T2 시점에서 제어 모듈(10)이 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급하면, 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 미리 정해진 한계 온도 값(예컨대, 120℃)을 초과하는 현상이 발생한다. 예컨대 중간 기판(525)의 온도 값은 일정 시간동안 140℃로 유지되다가 점차 하강하여 약 60℃까지 하강한다.
한계 온도 값은 중간 기판(525) 손상 또는 파괴될 수 있는 온도 값으로, 중간 기판(525)의 소재 특성에 따라서 다르게 설정될 수 있는 값이다.
또한 제어 모듈(10)은 T3 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 80℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T3~T4 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 80℃까지 상승한다.
그런데 T3 시점에서 제어 모듈(10)이 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급하면, 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 미리 정해진 한계 온도 값(예컨대, 120℃)을 초과하는 현상이 발생한다. 예컨대 중간 기판(525)의 온도 값은 일정 시간동안 140℃로 유지되다가 점차 하강하여 약 80℃까지 하강한다.
또한 제어 모듈(10)은 T4 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 120℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T4~T5 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 120℃까지 상승한다.
그런데 T4 시점에서 제어 모듈(10)이 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급하면, 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 미리 정해진 한계 온도 값(예컨대, 120℃)을 초과하는 현상이 발생한다. 예컨대 중간 기판(525)의 온도 값은 일정 시간동안 140℃로 유지되다가 점차 하강하여 약 100℃까지 하강한다.
제어 모듈(10)은 T5 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 0℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T5 시점 이후 커넥터(616)의 온도 값(704)은 0℃까지 하강한다. 또한 T5 시점 이후 중간 기판(525)의 온도 값도 0℃까지 하강한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어 모듈(10)이 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급하여 하부 기판(526)의 온도가 상승하기 시작하는 시점(T2, T3, T4)에서 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 미리 정해진 한계 온도 값을 초과하는 현상이 발생한다. 이처럼 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 미리 정해진 한계 온도 값을 초과하는 현상이 반복적으로 발생하게 되면 중간 기판(525) 또는 중간 기판(525)과 접촉하는 다른 부품이나 소자가 고온으로 인하여 파손될 가능성이 높다.
도 8은 다른 실시예에 따른 펠티어 소자가 포함된 반도체 소자 테스트 장치의 온도 제어에 따른 커넥터 온도 값 및 중간 기판의 온도 값 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8에는 목표 온도 값의 데이터(802), 커넥터(616)의 온도 값의 데이터(804), 중간 기판(525)의 온도 값의 데이터(806)가 각각 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 제어 모듈(10)은 0 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 0~T1 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 -20℃까지 하강한다.
또한 제어 모듈(10)은 T1 시점에서 커넥터(616)의 목표 온도 값(702)을 -40℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T1~T2 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 -40℃까지 하강한다.
하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 제어되는 구간인 0~T2 구간에서, 중간 기판(525)의 온도 값은 0℃에서 -20℃ 사이의 값으로 유지된다.
제어 모듈(10)은 T2~T10 구간에서 커넥터(616)의 최종 목표 온도 값을 40℃로 설정한다.
제어 모듈(10)은 T2 시점에서 커넥터(616)의 중간 상승 목표 온도 값(702)을 0℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T2~T3 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 상승한다.
T2~T3 구간에서 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는지 확인한다. 기준 온도 값은 실시예에 따라서 다르게 설정될 수 있는 값이다. 또한 기준 온도 값은 중간 기판(525)의 한계 온도 값보다 낮게 설정될 수 있다.
중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는 것으로 확인되면, T3 시점에서 제어 모듈(10)은 중간 하강 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T3~T4 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)의 상승률이 감소한다.
제어 모듈(10)은 T3 시점으로부터 미리 정해진 시간이 경과한 T4 시점에서 커넥터(616)의 중간 상승 목표 온도 값(702)을 10℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T4~T5 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 상승한다.
T4~T5 구간에서 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는지 확인한다.
중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는 것으로 확인되면, T5 시점에서 제어 모듈(10)은 중간 하강 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T5~T6 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)의 상승률이 감소한다.
제어 모듈(10)은 T5 시점으로부터 미리 정해진 시간이 경과한 T6 시점에서 커넥터(616)의 중간 상승 목표 온도 값(702)을 20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T6~T7 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 상승한다.
T6~T7 구간에서 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는지 확인한다.
중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는 것으로 확인되면, T7 시점에서 제어 모듈(10)은 중간 하강 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T7~T8 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)의 상승률이 감소한다.
제어 모듈(10)은 T7 시점으로부터 미리 정해진 시간이 경과한 T8 시점에서 커넥터(616)의 중간 상승 목표 온도 값(702)을 30℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T8~T9 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)은 상승한다.
T8~T9 구간에서 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는지 확인한다.
중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는 것으로 확인되면, T9 시점에서 제어 모듈(10)은 중간 하강 목표 온도 값(702)을 -20℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T9~T10 구간에서 커넥터(616)의 온도 값(704)의 상승률이 감소한다.
제어 모듈(10)은 T9 시점으로부터 미리 정해진 시간이 경과한 T10 시점에서 커넥터(616)의 중간 상승 목표 온도 값(702)을 최종 목표 온도 값인 40℃로 설정하고, 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급한다. 이에 따라서 T10~T11 구간에서 커넥터(616)의 온도 값은 최종 목표 온도 값인 40℃로 유지된다.
마찬가지 방법으로, 제어 모듈(10)은 T11~T17 구간에서 커넥터(616)의 최종 목표 온도 값을 80℃로 설정하고, 각각의 시점(T11, T13, T15, T17)마다 미리 정해진 간격(예컨대, 10℃) 만큼 점진적으로 상승하도록 설정되는 다수의 중간 상승 목표 온도 값(예컨대, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃)에 따라서 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급할 수 있다. 또한 제어 모듈(10)은 중간 기판(525)의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값(예컨대, 80℃)을 초과하는 것으로 확인되면, 각각의 시점(T12, T14, T16)마다 미리 설정되는 중간 하강 목표 온도 값(예컨대, 20℃)에 따라서 하부 기판(526)의 온도가 하강하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 중간 상승 목표 온도 값의 상승 간격(예컨대, 10℃)은 실시예에 따라서 다르게 설정될 수 있다.
또한 중간 하강 목표 온도 값은 매 시점에서 동일하게 설정될 필요는 없으며, 각각의 시점마다 중간 하강 목표 온도 값이 다르게 설정될 수도 있다.
전술한 바와 같이 제어 모듈(10)은 미리 설정된 최종 목표 온도 값까지 상기 하부 기판(526)의 온도를 상승시킬 때, 미리 설정된 중간 상승 목표 온도 값 및 미리 설정된 중간 하강 목표 온도 값에 기초하여 상기 하부 기판(526)의 온도를 조절한다. 이와 같은 제어에 의하면 제어 모듈(10)이 하부 기판(526)의 온도가 상승하도록 열전소자 모듈(500)에 전류를 공급할 때, 중간 기판(525)의 온도 값이 급격하게 상승하여 한계 온도 값을 초과하는 현상이 방지된다. 따라서 중간 기판(525) 또는 중간 기판(525)과 접촉하는 다른 부품이나 소자가 고온으로 인하여 파손될 가능성이 낮아지므로, 반도체 소자 테스트 장비의 신뢰성이 높아진다.
도 9는 제1 실시예에 따른 펠티어 소자가 적용된 반도체 소자 테스트 장치를 포함하는 반도체 테스트 시스템의 구성을 도시하고, 도 10은 제1 실시예에 따른 펠티어 소자가 적용된 반도체 소자 테스트 장치를 포함하는 반도체 테스트 시스템의 구성을 도시한다.
도 9에는 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)을 포함하는 반도체 소자 테스트 장치(901, 902)와, 각각의 반도체 소자 테스트 장치(901, 902)와 연결되는 제어 모듈(903, 904)과, 제어 모듈(903, 904)을 수용하는 케이스(900)가 도시된다. 도 10에는 도 4에 도시된 제2 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)을 포함하는 반도체 소자 테스트 장치(911, 912, 913, 914)와, 각각의 반도체 소자 테스트 장치(911, 912, 913, 914)와 연결되는 제어 모듈(915, 916, 917, 918)과, 제어 모듈(915, 916, 917, 918)을 수용하는 케이스(900)가 도시된다. 도 9에 도시된 케이스(900)와 도 10에 도시된 케이스(900)는 부피와 크기가 동일한 케이스이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)은 각각 2개의 펠티어 소자를 포함하므로 각각의 펠티어 소자와 연결되는 두 쌍의 도선을 필요로 한다. 이에 따라서 제어 모듈(903, 904)이 각각 두 쌍의 도선과 연결되어야 한다.
그러나 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)은 각각 1개의 펠티어 소자를 포함하며 각각의 펠티어 소자와 연결되는 한 쌍의 도선을 필요로 한다. 그러므로 도 9에 도시된 제어 모듈(903, 904)의 크기에 비해서 도 10에 도시된 제어 모듈(915, 916, 917, 918)의 크기가 보다 작다.
따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 열전소자 모듈(500)이 적용되면 제1 실시예에 비해서 동일한 크기와 부피를 갖는 케이스(900)에 더 많은 제어 모듈이 수용될 수 있다. 따라서 동일한 공간에서 보다 많은 반도체 소자 테스트 장치가 배치될 수 있으므로 반도체 소자의 제조 속도가 향상되고 제조 비용이 감소될 수 있다.
이상과 같이 본 명세서에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 명세서가 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다. 아울러 앞서 본 명세서의 실시예를 설명하면서 본 명세서의 구성에 따른 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 한다.

Claims (7)

  1. 전류의 방향에 따라 가열면 또는 냉각면으로 전환되는 양측 면을 갖는 열전소자 모듈;
    상기 열전소자 모듈의 상부에 배치되며 상기 열전소자를 냉각하는 쿨링 모듈;
    상기 열전소자 모듈의 하부에 배치되며 홀더에 탑재된 테스트 대상 소자와 접촉하여 상기 테스트 대상 소자를 가열하거나 냉각하는 푸셔 모듈; 및
    목표 온도 값에 따라서 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는 제어 모듈을 포함하고,
    상기 열전소자 모듈은
    상기 쿨링 모듈과 접촉하는 상부 기판;
    상기 푸셔 모듈과 접촉하는 하부 기판;
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되는 중간 기판;
    상기 상부 기판과 상기 중간 기판 사이에 배치되는 다수의 제1 반도체 소자 및 다수의 제2 반도체 소자;
    상기 중간 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되는 다수의 제3 반도체 소자 및 다수의 제4 반도체 소자를 포함하고,
    상기 중간 기판의 일측 또는 상기 중간 기판의 내부에는 온도 센서가 배치되고,
    상기 제어 모듈은
    상기 온도 센서에 의해서 측정되는 상기 중간 기판의 온도 값에 따라서 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는
    반도체 소자 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    미리 설정된 최종 목표 온도 값까지 상기 하부 기판의 온도를 상승시킬 때, 상기 중간 기판의 온도 값, 미리 설정된 중간 상승 목표 온도 값 및 미리 설정된 중간 하강 목표 온도 값에 기초하여 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는
    반도체 소자 테스트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 중간 상승 목표 온도 값에 따라서 상기 하부 기판의 온도를 상승시킬 때 상기 중간 기판의 온도 값이 미리 정해진 기준 온도 값을 초과하면 상기 중간 하강 목표 온도 값에 기초하여 상기 하부 기판의 온도가 하강하도록 상기 열전소자 모듈에 공급되는 전류의 방향을 제어하는
    반도체 소자 테스트 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중간 상승 목표 온도 값은 미리 정해진 간격에 따라서 점진적으로 상승하도록 설정되는 다수의 값인
    반도체 소자 테스트 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기준 온도 값은 상기 중간 기판의 제한 온도 값보다 작게 설정되는
    반도체 소자 테스트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자는 육면체 형상을 가지며 상부면 및 하부면은 정사각형 형상인
    반도체 소자 테스트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자의 상부면 또는 하부면의 각 변의 길이(W)와 상기 제1 반도체 소자, 상기 제2 반도체 소자, 상기 제3 반도체 소자, 상기 제4 반도체 소자의 높이(H)의 수치 비율은 1:1 내지 1:1.4의 범위 내에서 설정되는
    반도체 소자 테스트 장치.
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