DE112007003652T5

DE112007003652T5 - Kühlmantel zum Kühlen eines elektronischen Bauelements auf einer Platte

Info

Publication number: DE112007003652T5
Application number: DE112007003652T
Authority: DE
Inventors: Koei Nishiura
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2010-11-04
Also published as: CN101785375B; KR20100040979A; JP4934199B2; US8391006B2; JPWO2009034641A1; TW200917945A; WO2009034641A1; TWI403260B; US20100271779A1; CN101785375A

Abstract

Kühlmantel, montiert auf einer Platte (20; 24) zum Kühlen eines auf der Platte (20; 24) montierten elektronischen Bauelements (21; 22A) mittels eines Kühlmittels, aufweisend einen Kanal (51), der das elektronische Bauelement (21; 22A) aufnimmt und durch den das Kühlmittel fließt, wobei der Kanal (51) einen Drosselabschnitt (54) aufweist, der eine Durchflussquerschnittsfläche hat, die kleiner ist als andere Abschnitte, und der stromaufwärts von dem elektronischen Bauelement (21; 22A) ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf einer Platte montierten Kühlmantel zum Kühlen eines auf der Platte montierten elektronischen Bauelements und eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente und eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente mit derselben.
[Hintergrund]
Im Produktionsprozess verschiedenster elektronischer Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Halbleiterschaltungsbauelemente (im folgenden auch einfach bezeichnet als DUTs (devices under test; sich in der Prüfung befindende Bauelemente)), wird eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente verwendet, um die Leistung und Funktion der DUTs zu prüfen. Diese Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente umfasst: einen Prüfeinrichtungskörper, der ein Prüfsignal an ein DUT sendet und ein Antwortsignal inspiziert; einen Prüfkopf, der mit diesem Prüfeinrichtungskörper verbunden ist und einen Sockel zum elektrischen Kontaktieren des DUT hat; und einen Handler, der nacheinander DUTs über den Prüfkopf transportiert und fertig geprüfte DUTs gemäß der Prüfergebnisse klassifiziert. Die Prüfungen durch diese Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente werden in einem Zustand durchgeführt, in dem der Handler das DUT einer thermischen Belastung hoher Temperatur oder niedriger Temperatur aussetzt.
Der Prüfkopf einer solchen Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente weist eine große Anzahl von Pin-Elektronikkarten auf, die als elektrische Schnittstellen zwischen DUTs und dem Prüfeinrichtungskörper verwendet werden. Jede der Pin-Elektronikkarten weist eine Platte auf, auf der eine große Anzahl von Hochfrequenzschaltungen, Leistungsschaltungen und verschiedener anderer Arten von Prüfeinrichtungen zur Verwendung beim Prüfen montiert sind.
Unter den auf den Pin-Elektronikkarten montierten Prüfeinrichtungen sind solche, die beim Prüfen der DUTs aufgrund ihrer Eigenerwärmung eine hohe Temperatur annehmen. Dem entgegenwirkend, um die Prüfeinrichtungen, die aufgrund der Eigenerwärmung eine hohe Temperatur annehmen, durch unmittelbares Eintauchen in ein Kühlmittel zu kühlen, ist herkömmlich ein Kühlmantel bekannt, der die auf der Pin-Elektronikkarte montierten Prüfeinrichtungen bedeckt (siehe beispielsweise Patentanführungen 1 und 2).
Bei dem obigen Kühlmantel hat der Kanal, durch den das Kühlmittel fließt, eine konstante Durchflussquerschnittsfläche. Aus diesem Grunde gab es eine Grenze für die Verbesserung der Kühleffizienz, wenn das Durchflussvolumen des dem Kühlmantel zugeführten Kühlmittels auf ein bestimmtes Volumen begrenzt ist.

[Patentanführung 1] Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 10/51169
[Patentanführung 2] Japanische Patentveröffentlichung (A) Nr. 10/303586

[Offenbarung der Erfindung]
[Technische Aufgabe]
Die von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe ist es, einen Kühlmantel zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, die Kühleffizienz zu verbessern, sowie eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente und eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente mit derselben.
[Lösung der Aufgabe]
Um diese Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein auf einer Platte (engl.: board) montierter Kühlmantel zum Kühlen eines auf der Platte montierten elektronischen Bauelements durch ein Kühlmittel zur Verfügung gestellt, mit einem Kanal, der das elektronische Bauelement aufnimmt und durch welchen das Kühlmittel fließt, wobei der Kanal einen Drosselabschnitt hat, der eine Durchflussquerschnittsfläche hat, die kleiner ist als diejenige anderer Abschnitte, und welcher stromaufwärts des elektronischen Bauelements ist (siehe Anspruch 1).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, hat vorzugsweise der Drosselabschnitt eine Öffnungsweite, die kleiner ist als das elektronische Bauelement (siehe Anspruch 2).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, ist vorzugsweise der Drosselabschnitt entlang einer Flussrichtung des Kühlmittels auf derselben Linie wie ein Halbleiterchip des elektronischen Bauelements angeordnet (siehe Anspruch 3).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, weist sie vorzugsweise ein Ausrichtungsmittel zum Ausrichten des Kühlmittels auf den Halbleiterchip des elektronischen Bauelements auf (siehe Anspruch 4).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, ist vorzugsweise der Drosselabschnitt ebenfalls stromabwärts des elektronischen Bauelements angeordnet (siehe Anspruch 5).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, nimmt vorzugsweise der Kanal mehrere der elektronischen Bauelemente in einem fluchtend ausgerichteten Zustand auf, und mehrere der Drosselabschnitte sind jeweils stromaufwärts der elektronischen Bauelemente angeordnet (siehe Anspruch 6).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, haben die mehreren Drosselabschnitte vorzugsweise Öffnungsweiten, die sich voneinander unterscheiden entsprechend den Höhen der Wärmeerzeugung der elektronischen Bauelemente (siehe Anspruch 7).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, ist vorzugsweise die Öffnungsweite des Drosselabschnitts um so enger, je weiter stromabwärts der Drosselabschnitt ist (siehe Anspruch 8).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, hat vorzugsweise der Kanal eine Trennwand, die die elektronischen Bauelemente abteilt, und der Drosselabschnitt ist an der Trennwand angeordnet (siehe Anspruch 9).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, umfasst die Trennwand vorzugsweise eine erste Trennwand und eine zweite Trennwand, die zu der ersten Trennwand benachbart ist, und die erste Trennwand zweigt von der zweiten Trennwand ab (siehe Anspruch 10).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, hat der Kanal vorzugsweise einen Stufenabschnitt, der sich zwischen einem ersten Halbleiterchip des elektronischen Bauelements und einem zweiten Halbleiterschip des elektronischen Bauelements befindet und die Durchflussquerschnittsfläche von stromaufwärts nach stromabwärts verringert (siehe Anspruch 11).
Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, hat vorzugsweise der Kanal ein Turbulenzerzeugungsmittel zum Erzeugen von Turbulenz in dem Kühlmittel (siehe Anspruch 12).
Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente zum Kühlen eines auf einer Platte montierten elektronischen Bauelements durch ein Kühlmittel zur Verfügung gestellt, aufweisend: den obigen Kühlmantel; und ein Kühlmittelzufuhrmittel zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Kanal des Kühlmantels (siehe Anspruch 13).
Weiter wird zum Ereichen des obigen Ziels gemäß der vorliegenden Erfindung eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente zum Prüfen eines sich in der Prüfung befindenden elektronischen Bauelements zur Verfügung gestellt, aufweisend: einen Kontaktteil, der das sich in der Prüfung befindende elektronische Bauelement elektrisch kontaktiert; eine Platte, auf der ein elektronisches Prüfbauelement montiert ist und die elektrisch mit dem Kontaktteil verbunden ist; und die Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente, wobei der Kühlmantel der Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente auf der Platte montiert ist, um das Prüfbauelement durch ein Kühlmittel zu kühlen (siehe Anspruch 14).
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Bei der vorliegenden Erfindung erhöht sich die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels, indem ein Kühlmittel durch einen Drosselabschnitt fließt, der eine Durchflussquerschnittsfläche hat, die kleiner ist als andere Abschnitte in einem Kanal, so dass die Effizienz der Kühlung eines elektronischen Bauelements durch das Kühlmittel erhöht werden kann.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Prüfkopfes entlang einer Linie II-II aus 1.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III aus 2.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel entlang einer Linie V-V aus 3 zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI aus 5.
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils VII aus 5
8 ist ein Graph, der eine Durchflussquerschnittsfläche eines Kanals entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7 zeigt.
9 ist ein Graph, der eine Verteilung einer Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7 zeigt.
10 ist eine Graph, der eine Verteilung einer Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels entlang einer Line B₁-B₂ aus 7 zeigt.
11 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7.
12 ist ein Graph, der eine Kühlleistung eines Kühlmantels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Kühlmantels mit herkömmlichem Aufbau vergleicht.
13 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Drosselabschnitt eines Kühlmantels in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Drosselabschnitt eines Kühlmantels in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18A ist eine Draufsicht, die eine erste Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigt.
18B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIIIB-XVIIIB aus 18A.
19A ist eine Draufsicht, die eine zweite Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigt.
19B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIXB-XIXB aus 19A.
20A ist eine Draufsicht, die eine dritte Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigt.
20B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXB-XXB aus 20A.

10: Prüfkopf
20: Pin-Elektronikkarte
21: Prüfeinrichtung
22A: MCM
24: Schaltungsplatte
30: Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente
40: Kühleinrichtung
50: Kühlmantel
51: Kanal
51d: Stufenabschnitt
52: Trennwand
53: Block
54, 541 bis 549: Drosselabschnitt
55: Strömungsplatte
56A, 56B: Ablenkelement
57: Dichtelement
60: Halbleiterbaugruppe

[Beste Weise zur Ausführung der Erfindung]
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen erläutert werden.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 2 und 3 sind Querschnittsansichten eines Prüfkopfes in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel entlang einer Linie V-V aus 3 zeigt, 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI aus 5, 7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils VII aus 5, 8 ist ein Graph, der eine Durchflussquerschnittsfläche eines Kanals entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7 zeigt, 9 ist ein Graph, der eine Verteilung der Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7 zeigt, 10 ist ein Graph, der eine Verteilung der Flussgeschwindigkeit eines Kühlmittels entlang einer Linie B₁-B₂ aus 7 zeigt, 11 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A₁-A₂ aus 7, und 12 ist eine Graph, der eine Kühlleistung eines Kühlmantels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Kühlmantels mit herkömmlichem Aufbau vergleicht.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente, wie in 1 gezeigt, beispielsweise auf: einen Handler 1 zum Handhaben eines DUTs; einen Prüfkopf 10 zum elektrischen Verbinden mit einem DUT; und einen Prüfeinrichtungskörper 2 zum Senden eines Prüfsignals durch den Prüfkopf 10 zu einem DUT, um eine Prüfung des DUTs durchzuführen. Diese Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente prüft (inspiziert), ob das DUT in dem Zustand mit Ausübung einer thermischen Belastung hoher Temperatur oder niedriger Temperatur auf das DUT geeignet arbeitet, und klassifiziert das DUT gemäß den Prüfergebnissen.
Wie in 1 gezeigt ist, ist oben auf dem Prüfkopf 10 ein Sockel 11 angeordnet, der beim Testen eines DUT das DUT elektrisch kontaktiert. Dieser Sockel 11 nähert sich dem Inneren des Handlers 1 durch eine in dem Handler 1 gebildete Öffnung 1a, wie in derselben Fig. gezeigt ist. Das in dem Handler 1 transportierte DUT wird gegen diesen Sockel 11 gedrückt. Man beachte, dass als Handler 1 ein Wärmeplattentyp (engl.: heat plate type) oder ein Kammertyp verwendet werden kann.
Der Sockel 11 hat eine große Anzahl von Kontaktpins (nicht gezeigt), die Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse des DUTs elektrisch kontaktieren, und ist, wie in 2 und 3 gezeigt ist, auf einer Sockelplatte (socket board) 12 montiert. Die Sockelplatte 12 ist über ein Kabel 13 elektrisch mit einer Leistungsplatte (performance board) 14 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind beispielsweise zehn Sockel 11 in zwei Reihen und fünf Spalten auf der Sockelplatte 12 angeordnet.
Eine Mehrzahl von (im vorliegenden Beispiel, zehn) Pin-Elektronikkarten 20 sind in dem Prüfkopf 10 aufgenommen. Die Leistungsplatte 14 ist elektrisch mit den Pin-Elektronikkarten 20 verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 2 und 3 gezeigt ist, ein Halter 26, der eine Mehrzahl von Pins 25 hält, am oberen Ende jeder Pin-Elektronikkarte 20 angeordnet. Jeder der Pins 25 kontaktiert eine an der Unterseite der Leistungsplatte 14 angeordnete Kontaktfläche (pad), wodurch die Leistungsplatte 14 und die Pin-Elektronikkarte 20 elektrisch verbunden sind. Man beachte, dass in der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Verbindung der Leistungsplatte 14 und einer Pin-Elektronikkarte 20 nicht auf das Obige beschränkt ist. Beispielsweise ist ebenfalls ein Verfahren der Verbindung unter Verwendung von Kabeln, Verbindern, usw. möglich.
Am unteren Ende jeder Pin-Elektronikkarte 20 ist ein Verbinder 27 angeordnet. Dieser Verbinder 27 ist mit einer an der Unterseite des Prüfkopfes 10 positionierten Rückplatte (back board) 28 verbunden. Weiter ist diese Rückplatte 28 mit dem Prüfeinrichtungskörper 2 über Kabel 29 verbunden.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform zehn Pin-Elektronikkarten 20 in einer aufrechten Stellung angeordnet sind, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Jede Anzahl von Pin-Elektronikkarten kann festgelegt werden. Weiter können die Pin-Elektronikkarten entlang der horizontalen Richtung angeordnet sein.
Jede der Pin-Elektronikkarten 20 weist auf: eine Mehrzahl von Prüfeinrichtungen (Prüfbauelementen) 21, die zum Prüfen eines DUT verwendet werden; und eine Schaltungsplatte (card board) 24, auf deren beiden Seiten die Prüfeinrichtungen 21 montiert sind. Als spezielle Beispiele der Prüfeinrichtungen 21 können beispielsweise eine Hochfrequenzschaltung, in die ein LSI usw. zum Handhaben von Prüfsignalen eingebaut ist, eine Leistungsschaltung, in die ein Schaltregler (switching regulator) zum Zuführen einer Prüfleistung zu einem DUT eingebaut ist, usw. erwähnt werden. Weiter können als spezielle Beispiele der Schaltungsplatte 24 beispielsweise eine aus einem Glas-Epoxidharz usw. bestehende Leiterplatte, eine Glasplatte, Keramikplatte, usw. erwähnt werden. Diese Pin-Elektronikkarte 20 hat, wie weiter unten erläutert wird, Kühlmäntel 50 zum Kühlen der an ihren beiden Seiten angebrachten Prüfeinrichtungen 21.
Weiter umfasst in der vorliegenden Ausführungsform die Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente eine Kühlvorrichtung 30 für elektronische Bauelemente zum Kühlen der auf den Pin-Elektronikkarten 20 montierten Prüfeinrichtungen 21. Diese Kühlvorrichtung 30 für elektronische Bauelemente weist, wie in 4 gezeigt ist, auf: Kühlmäntel 50, die auf Pin-Elektronikkarten 20 montiert sind; eine Kühleinrichtung 40 zum Zuführen von Kühlmittel zu den Kühlmänteln 50; und ein Leitungssystem 44 bis 49 zum Umwälzen von Kühlmittel zwischen den Kühlmänteln 50 und der Kühleinrichtung 40. Die Kühleinrichtung 40 weist auf: einen Wärmetauscher 41 zum Kühlen des Kühlmittels; eine Pumpe 42 zum Pumpen des Kühlmittels; und einen Druckschalter 43 zum Definieren einer oberen Grenze des Drucks des Kühlmittels. Man beachte, dass als ein spezielles Beispiel des Kühlmittels zum Kühlen der Prüfeinrichtungen 21 beispielsweise eine inerte Flüssigkeit auf Fluorbasis (beispielsweise Fluorinert^®, hergestellt von 3M) oder eine andere Flüssigkeit mit besonders guter elektrischer Isolierungseigenschaft erwähnt werden kann.
Das aus der Pumpe 42 hinausgepumpte Kühlmittel wird durch den Wärmetauscher 41 gekühlt und erreicht dann durch eine Hauptrohrleitung 44 eine stromaufwärtsseitige Verzweigungseinheit 45. Es wird an dieser Verzweigungseinheit 45 in Zweigrohre 46 aufgeteilt und wird den Kühlmänteln 50 zugeführt (Pumpe 42 → Wärmetauscher 41 → Hauptrohrleitung 44 → Verzweigungseinheit 45 → Zweigrohre 46 → Kühlmäntel 50).
Auf der anderen Seite vereinigt sich Kühlmittel, das durch Kanäle 51 in den Kühlmänteln 50 fließt, durch Zweigrohre 49 an einer stromabwärts gelegenen Verzweigungseinheit 48 und kehrt weiter durch eine stromabwärts gelegene Hauptrohrleitung 47 zu der Pumpe 42 der Kühleinrichtung 40 zurück (Kühlmäntel 50 → Zweigrohre 49 → Verzweigungseinheit 48 → Hauptrohrleitung 47 → Pumpe 42).
In der vorliegenden Ausführungsform hat jeder Kühlmantel 50, wie in 5 und 6 gezeigt ist, einen Kanal 51, durch den ein von der Kühleinrichtung 40 zugeführtes Kühlmittel fließt. Dieser Kühlmantel 50 ist an der Schaltungsplatte 24 mit Schrauben usw. in dem Zustand mit in dem Kanal 51 positionierten Prüfeinrichtungen 21 befestigt. Ein O-Ring oder ein anderes Dichtelement 57 ist zwischen der Schaltungsplatte 24 und dem Kühlmantel 50 eingefügt, wodurch das Innere des Kanals 51 abgeschlossen ist. Durch Fließenlassen eines Kühlmittels in dem Kanal 51 dieses Kühlmantels 50 berührt das Kühlmittel unmittelbar die Prüfeinrichtungen 21, um die Prüfeinrichtungen 21 zu kühlen. Man beachte, dass 5 lediglich die oberste Ebene des Kanals 51 in dem Kühlmantel 50 zeigt, dass aber tatsächlich beispielsweise der Kanal 51 so geformt ist, dass er sich über die gesamte Oberfläche des Kühlmantels schlängelt.
MCMs (Multi Chip Modules) 22A mit Halbleiterchips mit besonders großen Eigenerwärmungseigenschaften unter den Prüfeinrichtungen 21 sind auf der obersten Ebene des Kanals 51 angeordnet. Jedes dieser MCMs 22A hat, wie in 7 gezeigt ist, drei freiliegende Chips (bare chips) 222 bis 224 und eine Modulplatte (module board) 221, auf der diese freiliegenden Chips 222 bis 224 montiert sind. Die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 sind, unter den drei freiliegenden Chips, Bauelemente mit besonders großen Eigenerwärmungseigenschaften. Im Gegensatz dazu ist der dritte freiliegende Chip 224 ein Bauelement mit einer im Vergleich zu den ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 kleinen Erwärmungseigenschaft. Als spezielle Beispiele der Modulplatte 221 können beispielsweise eine Glaskeramikplatte oder eine andere Platte mit niedriger Wärmeexpansion zur Veranschaulichung dienen.
Wie in 5 gezeigt ist, ist an der obersten Ebene des Kanals 51 ein Einlass 51a gebildet. Dieser Einlass 51a ist mit einem stromaufwärtsseitigen Zweigrohr 46 verbunden. In dem Kanal 51 sind acht MCMs 22A stromabwärts des Einlasses 51a aufgenommen und in einer Reihe angeordnet. Obwohl es nicht gezeigt ist, schlängelt sich das entlang dieser MCMs 22a fließende Kühlmittel entlang des Kanals 51, während es die anderen elektronischen Bauelemente auf der Schaltungsplatte 24 kühlt, und erreicht dann ein stromabwärtsseitiges Zweigrohr 49, das mit einem Auslass (nicht gezeigt) verbunden ist.
Der Kanal 51 hat Trennwände 52, die zwischen benachbarten MCMs 22A angeordnet sind. Blöcke 53 sind zwischen den benachbarten Trennwänden 52 definiert. Jeder Block 53 nimmt einen einzelnen MCM 22A auf.
Man beachte, dass, wie in 5 und 7 gezeigt ist, jeder Block 53 einen vergrößerten Bereich 53a zum Aufnehmen eines anderen elektronischen Bauelements 23A als eines MCM 22a hat; wenn aber ein Block 52 lediglich einen MCM 22A aufnimmt, ist der vergrößerte Bereich 53a unnötig.
13 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kühlmantel in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wenn die Blöcke 52 relativ große elektronische Bauelemente 23B aufnehmen, wie in 13 gezeigt ist, ist es auch möglich, dass die ersten Trenn wände 52B von den zweiten Trennwänden 52B abzweigen, welche den ersten Trennwänden 52A benachbart sind.
Wie in 5 gezeigt ist, weist jede der Trennwände 52 einen Drosselabschnitt 54 auf, der eine kleinere Durchflussquerschnittsfläche hat als andere Abschnitte im Kanal 51. Wie in 7 gezeigt ist, ist entlang Richtungen, die im wesentlichen senkrecht zur Flussrichtung des Kühlmittels sind, die Öffnungsweite w des Drosselabschnitts 54 kleiner als die Länge L des gesamten MCM 22A (w < L). In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Öffnungsweite w des Drosselabschnitts 54 etwa der Länge des ersten freiliegenden Chips 222 entlang der Längsrichtung in 7. Wie in 8 gezeigt ist, ist die Durchflussquerschnittsfläche an dem Drosselabschnitt 54 enger. Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform die neun Drosselabschnitte 541 bis 549 alle insgesamt als der ”Drosselabschnitt 54” bezeichnet werden, während die Öffnungsweiten w1 bis w9 der neun Drosselabschnitte 541 bis 549 alle zusammen als die ”Öffnungsweite w” bezeichnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform erhöht sich die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels stromabwärts des Drosselabschnitts 54, wie in 9 gezeigt ist, und die Kühleffizienz kann im Vergleich zum konventionellen Aufbau, der keinen Drosselabschnitt 54 aufweist, (in 9 durch gestrichelte Linien gezeigt) erhöht werden, da der Drosselabschnitt 54 mit der kleineren Durchflussquerschnittsfläche unmittelbar stromaufwärts des MCM 22A angeordnet ist. Insbesondere erhöht sich, wie in 10 gezeigt ist, aufgrund der Trägheit und der Viskosität des Kühlmittels die Flussgeschwindigkeit an den Halbleiterchips 21, 22 beträchtlich, die unmittelbar hinter dem Drosselabschnitt 54 entlang der Flussrichtung des Kühlmittels positioniert sind (Position B3 in 10). Weiter kann aufgrund des Anstiegs der Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels die Änderung der Flusslinie des Kühlmittels aufgrund von Gravitation unterdrückt werden. Weiter ist in der vorliegenden Ausführungsform der Drosselabschnitt 54 ebenfalls stromabwärts des MCM 22A positioniert, so dass eine Divergenz der Flusslinie des Kühlmittels unterdrückt werden kann. Man beachte, dass in 10 tatsächlich aufgrund der Viskosität des Kühlmittels eine sekundäre Strömung (Wirbel) in den vergrößerten Bereichen 53a auftritt, die zu der als unterbrochene Linie in der Fig. gezeigten Verteilung führt. Außerdem sind in den 8 bis 10 die Wirkungen der weiter unten erläuterten Stufenabschnitte 51d nicht beachtet worden.
Wie in 7 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform jeder der Drosselabschnitte 54 entlang des Flusses des Kühlmittels auf derselben Linie wie die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 positioniert. Aus diesem Grund ist es möglich, das Kühlmittel intensiver auf die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 auftreffen zu lassen, und es ist möglich, die Kühleffizienz weiter zu erhöhen.
Weiter ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 11 gezeigt ist, ein Stufenabschnitt 51d an einer Decke 51c zwischen dem ersten freiliegenden Chip 222 und dem zweiten freiliegenden Chip 223 in dem Kanal 51 angeordnet. Aufgrund dieses Stufenabschnitts 51d ist die Durchflussquerschnittsfläche des Kanals 51 auf der stromabwärts gelegenen Seite kleiner als die Durchflussquerschnittsfläche des Kanals 51 auf der stromaufwärts gelegenen Seite, und das um den zweiten freiliegenden Chip 223 fließende Kühlmittel ist schneller als das um den ersten freiliegenden Chip 222 fließende Kühlmittel. Wenn die stark wärmeerzeugenden freiliegenden Chips 222, 223 entlang der Flussrichtung des Kühlmittels angeordnet sind, wird die Eigenerwärmung eines stromaufwärtsseitigen freiliegenden Chips 222 dazu führen, dass die Temperatur eines stromabwärtsseitigen freiliegenden Chips 223 sich erhöht, und somit wird es dazu kommen, dass eine Temperaturdifferenz zwischen den ersten und dem zweiten freiliegenden Chips 222, 223 gebildet wird. Im Gegensatz dazu verringert in der vorliegenden Ausführungsform der Stufenabschnitt 51d des Kanals 51 die Durchflussquerschnittsfläche, wodurch es möglich ist, die Erhöhung der Temperatur durch den stromaufwärtsseitigen freiliegenden Chip 222 aufzuheben und die Temperaturdifferenz zu verringern.
14 und 15 sind vergrößerte Querschnittsansichten, die Kühlmäntel einer dritten und einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, während 16 und 17 vergrößerte Querschnittsansichten sind, die Drosselabschnitte von Kühlmänteln in fünften und sechsten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 14 gezeigt ist, muß der Drosselabschnitt 54 nicht auf derselben Linie wie die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 angeordnet sein. Der Kühlmittelstrom kann auf die ersten freiliegenden Chips 222 gerichtet werden, indem Strömungsplatten 55 an dem Drosselabschnitt 54 angeordnet sind.
Weiter kann, wie in 15 gezeigt ist, wenn eine große Anzahl von stark wärmeerzeugenden freiliegenden Chips 222, 223, 225 und 226 auf einem einzelnen MCM 20B montiert sind, eine Mehrzahl von Drosselabschnitten 54 an der Trennwand 51 vorgesehen sein.
Weiter kann, wie in 16 oder 17 gezeigt ist, der Drosselabschnitt 54 plattenförmige Ablenkelemente 56A oder säulenförmige Ablenkelemente 56B aufweisen, um eine Turbulenz des Kühlmittels über den ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 des MCM 22A zu verursachen.
Zurückkehrend zu 5 verengen sich die Öffnungsweiten w1 bis w9 der Drosselabschnitte 541 bis 549 an den Trennwänden 52 sich in der vorliegenden Ausführungsform graduell stromabwärts (w1 > w2 > w3 > w4 > w5 > w7 > w8 > w9). Wenn die Öffnungsweiten aller Drosselabschnitte konstant gemacht werden, verursacht die Eigenerwärmung der stromaufwärtsseitigen MCMs eine Erhöhung der Temperatur der stromabwärtsseitigen MCMs. Wie in 12 gezeigt ist, führt dies zu einer Temperaturdifferenz zwischen den stromaufwärtsseitigen MCMs und den stromabwärtsseitigen MCMs. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform gemäß dem obigen Aufbau durch Erhöhen der stromabwärtigen Flußgeschwindigkeit des Kühlmittels die Temperaturerhöhung aufgrund der stromaufwärtsseitigen MCMs 22A aufgehoben, und, wie in 12 gezeigt ist, werden die Temperaturen der MCMs 22A im wesentlichen gleich. Man beachte, daß in 5 die Öffnungsweiten w2 bis w8 der Drosselabschnitte 542 bis 548 nicht veranschaulicht sind. Weiter stimmt die Anzahl der MCMs in 12 nicht mit der Anzahl von MCMs 22A in 5 überein. 12 zeigt eine Variante der ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Erfindung kann jede Anzahl von MCMs in dem Kanal angeordnet sein.
Weiter wurde in der Vergangenheit die Temperatur des am weitesten stromabwärts gelegenen MCM als Standard für die Auslegung verwendet, so daß die stromaufwärtige Seite unterkühlt wird und verschwendend gekühlt wird. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erläutert wurde, die Temperaturen der stromaufwärtsgelegenen und stromabwärtsgelegenen MCMs im wesentlichen gleich, so daß ein verschwenderisches Kühlen verringert werden kann.
Man beachte, daß, wenn die Spezifikationen der in einer Reihe angeordneten MCMs sich unterscheiden und die von den freiliegenden Chips erzeugten Wärmemengen sich unterscheiden, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, die Öffnungsweiten der Drosselabschnitte graduell stromabwärts zu verengen. Es ist notwendig, die Öffnungsweiten der Drosselabschnitte individuell festzulegen, so daß die MCMs die Zieltemperaturen annehmen.
18A und 18B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine erste Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigen, 19A und 19B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine zweite Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigen, und 20A und 20B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine dritte Variante eines elektronischen Bauelements als ein zu kühlendes Objekt zeigen.
Wie in 18A und 18B gezeigt ist, kann das stromabwärts von dem Drosselabschnitt 54 positionierte Bauelement auch ein MCM 60 sein, welches aufweist: eine Modulplatte 61; Halbleiterchips 62, die auf der Modulplatte 61 montiert sind; und metallische Wärmeabstrahlrippen 63, die auf den Halbleiterchips 62 angeordnet sind. Weiter kann, wie in 19A und 19B gezeigt ist, das auf der stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts 54 positionierte Bauelement eine Halbleiterbaugruppe (semiconductor package) 70 mit einer Modulplatte 71, einem Halbleiterchip 72 und Wärmeabstrahlrippen 73 sein, welche durch ein Kunstharzgehäuse 74 abgedichtet ist. Alternativ kann das auf der stromabwärtigen Seite des Drosselabschnitts 54 positionierte Bauelement, wie in 20A und 20B gezeigt ist, eine Halbleiterbaugruppe 80 sein, die einen durch ein Kunstharzgehäuse 82 abgedichteten Halbleiterchip 81 aufweist. Man beachte, daß als Positionen, wo die Wärmeabstrahlrippen angebracht sind, auch alle anderen Positionen als die obere Oberfläche des elektronischen Bauelements festgelegt werden können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben veranschaulichten elektronischen Bauelemente beschränkt und umfaßt alle elektronischen Bauelemente, in denen Halbleiterchips in Modulen oder Baugruppen auftreten. Man beachte, daß in jedem Fall der Drosselabschnitt 54 mit einem Kühlmantel 50 versehen ist, um auf den Halbleiterchip zu zielen. Weiter kann, wenn das gesamte elektronische Bauelement Wärme erzeugt, der Drosselabschnitt 54 verwendet werden, um die Flußgeschwindigkeit des Kühlmittel zu erhöhen und einen Teil des elektronischen Bauelements intensiv zu kühlen.
Man beachte, daß die oben erläuterten Ausführungsformen beschrieben wurden, um das Verstehen der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, jedoch nicht beschrieben wurden, um die vorliegende Erfindung zu beschränken. Somit umfassen die in den Ausführungsformen offenbarten Elemente alle Äquivalente, die unter den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, die Öffnungsweite des Drosselabschnitts 54 variabel zu machen und die Öffnungsweite zu vergrößern, wenn die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 des MCM 22A angehalten werden, und die Öffnungsweite zu verengen, wenn die ersten und zweiten freiliegenden Chips 222, 223 betrieben werden, um die Kühleffizienz zu erhöhen.
Weiter wurde in den obigen Ausführungsformen eine Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente in einem stromabwärtigen Prozeß unter Verwendung eines Handlers erläutert, aber die Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Die Erfindung kann ebenfalls angewandt werden bei einer Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente in einem stromaufwärtigen Prozeß unter Verwendung eines Sondierers (englisch: prober).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Kühlmantel (50) weist einen Kanal (51) auf, der ein MCM (22A) aufnimmt und durch den ein Kühlmittel fließt, und der Kanal (51) hat einen Drosselabschnitt (54), der eine Durchflussquerschnittfläche hat, die kleiner ist als andere Abschnitte, und der sich stromaufwärts des MCM (22A) befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 10/51169 A [0005]
- JP 10/303586 A [0005]

Claims

Kühlmantel, montiert auf einer Platte (20; 24) zum Kühlen eines auf der Platte (20; 24) montierten elektronischen Bauelements (21; 22A) mittels eines Kühlmittels, aufweisend einen Kanal (51), der das elektronische Bauelement (21; 22A) aufnimmt und durch den das Kühlmittel fließt, wobei der Kanal (51) einen Drosselabschnitt (54) aufweist, der eine Durchflussquerschnittsfläche hat, die kleiner ist als andere Abschnitte, und der stromaufwärts von dem elektronischen Bauelement (21; 22A) ist.
Kühlmantel nach Anspruch 1, bei dem der Drosselabschnitt (54) eine Öffnungsweite (w) hat, die kleiner ist als das elektronische Bauelement (22A).
Kühlmantel nach Anspruch 2, bei dem der Drosselabschnitt (54) entlang einer Flußrichtung des Kühlmittels auf derselben Linie wie ein Halbleiterchip des elektronischen Bauelements (21; 22A) bereitgestellt ist.
Kühlmantel nach Anspruch 2, aufweisend ein Ausrichtungsmittel (55) zum Ausrichten des Kühlmittels auf den Halbleiterchip des elektronischen Bauelements (21; 22A).
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Drosselabschnitt (54) ebenso stromabwärts von dem elektronischen Bauelement (21; 22A) vorgesehen ist.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Kanal (51) eine Mehrzahl der elektronischen Bauelemente (21; 22A) in einem ausgerichteten Zustand aufnimmt, und eine Mehrzahl der Drosselabschnitte (54) jeweils stromaufwärts der elektronischen Bauelemente (21; 22A) angeordnet sind.
Kühlmantel nach Anspruch 6, bei dem die Mehrzahl von Drosselabschnitten (54) Öffnungsweiten (w) haben, die jeweils unterschiedlich sind entsprechend den Mengen der erzeugten Wärme der elektronischen Bauelemente (21; 22A).
Kühlmantel nach Anspruch 7, bei dem die Öffnungsweite (w) des Drosselabschnitts (54) umso enger ist, je weiter stromabwärts der Drosselabschnitt (54) sich befindet.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Kanal (51) eine Trennwand (52) aufweist, die die elektronischen Bauelemente (21; 22A) abteilt, und der Drosselabschnitt (54) an der Trennwand (52) angeordnet ist.
Kühlmantel nach Anspruch 9, bei dem die Trennwand (52) eine erste Trennwand (52A) und eine zweite, zur ersten Trennwand benachbarte Trennwand (52B) umfaßt, und die erste Trennwand (52A) von der zweiten Trennwand (52B) abzweigt.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Kanal (51) einen Stufenabschnitt (51d) aufweist, der sich zwischen einem ersten Halbleiterchip (222) des elektronischen Bauelements (22A) und einem zweiten Halbleiterchip (223) des elektronischen Bauelements (22A) befindet und der die Durchflussquerschnittsfläche von stromaufwärts nach stromabwärts verringert.
Kühlmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Kanal (51) ein Turbulenzerzeugungsmittel (56A; 56B) aufweist zum Erzeugen von Turbulenz in dem Kühlmittel.
Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente zum Kühlen eines auf einer Platte (20; 24) montierten elektronischen Bauelements (21; 22A) mittels eines Kühlmittels, aufweisend: den Kühlmantel (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und ein Kühlmittelzufuhrmittel zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Kanal (51) des Kühlmantels (50).
Prüfvorrichtung für elektronische Bauelemente zum Prüfen eines sich in der Prüfung befindenden elektronischen Bauelements (DUT), aufweisend: ein Kontaktteil (11) zum elektrischen Kontaktieren des sich in der Prüfung befindenden elektronischen Bauelements (DUT); eine Platte (20; 24), auf der ein elektronisches Prüfbauelement (21; 22A) montiert ist und die elektrisch mit dem Kontaktteil (11) verbunden ist; und die Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente nach Anspruch 13, wobei der Kühlmantel (50) der Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente auf der Platte (20; 24) montiert ist, um das elektronische Prüfbauelement (21; 22A) mittels eines Kühlmittels zu kühlen.