專利名稱：水套的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻基板上安裝的電子元件而安裝在基板上的水套，以及具
備此水套的電子元件冷卻裝置、電子元件測試裝置。
背景技術：
半導體集成電路元件等各種電子元件(以下也簡稱為DUT(Device UnderTest)) 的制造過程中，電子元件測試裝置被用來測試DUT的性能和作用。該電子元件測試裝置具 備向DUT發(fā)出測試信號并檢查應答信號的測試機主體、與測試機主體連接并具有用于與 DUT電接觸的插座的測試頭和將DUT依次運送到測試頭上方并按照測試結果對完成測試的 DUT進行分類的處理機(handler)。利用該電子元件測試裝置的測試是在通過處理機對DUT 施加高溫或低溫的熱應力的狀態(tài)下實行的。 這樣的電子元件測試裝置的測試頭具備作為DUT與測試機主體之間電氣接口使 用的多個管腳電路卡(Pin Electronics Card)，每個管腳電路卡由安裝有許多測試用的高 頻電路、電源電路等各種測試用器件的基板構成。 管腳電路卡上安裝的測試用器件中，在DUT測試時存在由于自發(fā)熱而呈現(xiàn)高溫的 情況。對此，為將因自發(fā)熱呈現(xiàn)高溫的測試用器件直接浸泡在制冷劑(refrigerant)中，管 腳電路卡上安裝有覆蓋測試用器件的水套，這是歷來為人所知的(例如參照專利文獻1和 2)。 上述水套中，制冷劑流通的通路的流路截面積是一定的。因此，在可向水套供給的 制冷劑的流量限制于一定量的情況下，在冷卻效率的提高上存在界限。
專利文獻1 :日本特開平10-51169號公報
專利文獻2 :日本特開平10-303586號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術問題 本發(fā)明要解決的技術問題在于，提供一種可提高冷卻效率的水套，以及具備該水 套的電子元件冷卻裝置、電子元件測試裝置。
解決技術問題的方法 為了達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供一種水套，用于通過制冷劑冷卻基板上安裝 的電子元件并安裝于所述基板上，具備容納所述電子元件并流通所述制冷劑的通路，所述 通路在所述電子元件上游具有與其它部分相比小的流路截面積的縮頸部(參照權利要求 1)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述縮頸部具有比所述電子元件小的開口寬度 (參照權利要求2)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述縮頸部沿所述制冷劑的流通方向與所述電 子元件具有的半導體芯片設在同一直線上(參照權利要求3)。
對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述水套具備使所述制冷劑朝向電子元件具有的半導體芯片的指向部件(參照權利要求4)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述縮頸部也設在所述電子元件的下游(參照權利要求5)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述通路容納多個排列的所述電子元件，多個所述縮頸部分別設在各所述電子元件的上游(參照權利要求6)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述多個縮頸部具有與所述電子元件發(fā)熱量相對應的彼此不同的開口寬度(參照權利要求7)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述多個縮頸部的開口寬度越趨向下游越小(參照權利要求8)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述通路具有將各所述電子元件隔開的間隔壁，所述縮頸部設在所述間隔壁上(參照權利要求9)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述間隔壁包括第1間隔壁和與所述第1間隔壁鄰接的第2間隔壁，所述第1間隔壁為從所述第2間隔壁上引出的分岔(參照權利要求10)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述通路在具有所述電子元件的第1半導體芯片和具有所述電子元件的第2半導體芯片之間具有從上游向下游使流路截面積變小的臺階部(參照權利要求ll)。 對上述發(fā)明無特別限定，優(yōu)選地，所述通路具有生成所述制冷劑湍流的湍流生成部件(參照權利要求12)。 為了達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供一種電子元件冷卻裝置，通過制冷劑對基板上安裝的電子元件進行冷卻，具備上述水套和向所述水套的所述通路供給制冷劑的制冷劑供給部件(參照權利要求13)。 另外，為了達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，還提供一種電子元件測試裝置，用于對被測試電子元件進行測試，具備安裝有與所述被測試電子元件電接觸的接觸部和測試用電子元件并與所述接觸部電接觸的基板和上述電子元件冷卻裝置，所述電子元件冷卻裝置具有的所述水套安裝在所述基板上以通過制冷劑冷卻所述測試用電子元件(參照權利要求14)。 發(fā)明的有益效果 本發(fā)明中，使制冷劑通過通路中流路截面積比其它部分小的縮頸部，從而使制冷劑的流速上升，由此能夠提高制冷劑對電子元件的冷卻效率。


[圖1]圖1是表示本發(fā)明第1實施例的電子元件測試裝置的概略截面圖。
[圖2]圖2是沿圖1中II-II線的測試頭的截面圖。
[圖3]圖3是沿圖2中III-III線的截面圖。[圖4]圖4是表示本發(fā)明第1實施例的電子元件冷卻裝置的框圖。
[圖5]圖5是表示沿圖3中V-V線的水套的截面圖。
[圖6]圖6是沿圖5中VI-VI線的截面圖。
曲線圖,圖7是圖5中VII部分的放大圖。圖8是表示沿圖7中ArA2線的通路的流路截面積的曲線圖。[圖9]圖9是表示沿圖7中ArA2線的制冷劑的流速分布曲線圖。[圖10]圖10是表示沿圖7中B「B2線的制冷劑的流速分布曲線圖。[圖11]圖11是表示沿圖7中ArA2線的截面圖。圖12是本發(fā)明的第1實施例的水套與從前結構的水套的冷卻性能比較的圖13是表示本發(fā)明第2實施例的水套的截面圖。圖14是表示本發(fā)明第3實施例的水套的放大截面圖。圖15是表示本發(fā)明第4實施例的水套的放大截面圖。圖16是表示本發(fā)明第5實施例的水套的縮頸部的放大截面圖。圖17是表示本發(fā)明第6實施例的水套的縮頸部的放大截面圖。圖18A是表示冷卻對象-電子元件的第1變形例的平面圖。圖18B是沿圖18A中XVIIIB-XVIIIB線的截面圖。圖19A是表示冷卻對象-電子元件的第2變形例的平面圖。圖19B是沿圖19A中XIXB-XIXB線的截面圖。圖20A是表示冷卻對象-電子元件的第3變形例的平面圖。圖20B是沿圖20A中XXB-XXB線的截面圖。
符號說明10.20.21.22A24.30.40.50.51.51d52.53.55.56A57.60.
領lj試頭管腳電路卡測試用器件 MCM
卡基板
電子元件冷卻裝置冷卻器水套通路.臺階部間隔壁區(qū)塊
54， 541 549...縮頸部
.整流板56B...擋板.密封構件.封裝半導體
具體實施例方式
下面基于附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1是表示本發(fā)明第1實施例的電子元件測試裝置的概略截面圖，圖2和圖3是本發(fā)明第1實施例的測試頭的截面圖，圖4是表示本發(fā)明第1實施例的電子元件冷卻裝置的框圖，圖5是表示沿圖3中V-V線的水套的截面圖，圖6是沿圖5中VI-VI線的截面圖，圖7是圖5中VII部分的放大圖，圖8是表示沿圖7中ArA2線的通路的流路截面積的曲線圖，圖9是表示沿圖7中A「A2線的制冷劑的流速分布的曲線圖，圖10是表示沿圖7中B「B2線的制冷劑的流速分布的曲線圖，圖11是表示沿圖7中ArA2線的截面圖，圖12是本發(fā)明的第1實施例的水套與從前結構的水套的冷卻性能比較的曲線圖。 本發(fā)明第1實施例的電子元件測試裝置，如圖1所示，例如由處理DUT的處理機1、
與DUT電連接的測試頭10和借助于測試頭10向DUT發(fā)出測試信號并對DUT實行測試的測
試機主體2構成。該電子元件測試裝置是在對DUT施加高溫或低溫熱應力的狀態(tài)下對DUT
是否正常工作進行測試(檢查)并按照測試結果對DUT進行分類的裝置。 如圖1所示，測試頭10的上部設有在對DUT測試時與DUT電連接的插座11。如同
圖所示，該插座11經(jīng)處理機1上形成的開口 la朝向處理機1的內(nèi)部，且搬運到處理機1內(nèi)
的DUT被按壓在該插座11上。另外，處理機1可以為熱板型或腔室型的處理機。 插座11具有與DUT的輸入輸出端子電連接的多個觸針(未圖示)，如圖2和圖3
所示，插座11安裝在插座板12上。插座板12通過電纜13與性能板14電連接。例如，本
實施例中，10個插座11在插座板12上排列成2行5列。 測試頭10內(nèi)容納有多個(本例中為10個)管腳電路卡20，且性能板14與各管腳電路卡20電連接。 如圖2和圖3所示，本實施例中，保持有多個管腳25的保持部26設在管腳電路卡20的上端部。各管腳25與性能板14下表面設置的焊盤接觸，從而在性能板14和管腳電路板20之間建立電連接。另外，本發(fā)明中，性能板14和管腳電路卡20之間的連接并不局限于上述方式，例如使用電纜或接觸器等連接方式也可以。 管腳電路卡20的下端部設有接觸器27，該接觸器27與位于測試頭10底部的底板28連接。更進一步地，該底板28通過電纜29與測試機主體2連接。 另外，雖然本實施例中的10個管腳電路卡20直立排列，但是并非具體受限于此，管腳電路卡的個數(shù)可以任意設定。而且，將管腳電路卡沿水平方向設置也是可以的。
管腳電路卡20由DUT的測試中使用的多個測試用器件21和兩面均安裝有該測試用器件21的卡基板24構成。作為測試用器件21的具體例子，例如可以列舉用于處理測試信號的整合有LSI等的高頻率電路、用于為DUT供給測試用電力的整合有開關電源的電源電路等。另外，作為卡基板24的具體例子，例如可以列舉由玻璃環(huán)氧樹脂等構成的印刷基板、玻璃基板或陶瓷基板等。如后所述，該管腳電路卡20上的兩面均安裝有用于冷卻測試用器件21的水套50。 進一步地，本實施例的電子元件測試裝置，具備用于冷卻管腳電路卡20上安裝的測試用器件21的電子元件測試裝置30。如圖4所示，該電子元件冷卻裝置30具備分別安裝在各個管腳電路卡20上的水套50、用于為水套50供給制冷劑的冷卻器40以及使制冷劑在水套50和冷卻器40之間循環(huán)的配管系統(tǒng)44 49。冷卻器40具有冷卻制冷劑的熱交換器41、壓送制冷劑的泵42和限制制冷劑壓力上限的壓力開關43。另外，作為用于冷卻測試用器件21的制冷劑的具體例子，例如可以為氟系惰性液體(例如3M公司生產(chǎn)的Fluorinert(注冊商標))等具有優(yōu)良電絕緣性能的液體。 由泵42送出的制冷劑，在熱交換器41中冷卻后，經(jīng)由主管道44到達上游側的分 岔單元45，再由分岔單元45分配到各支管道46以供給至各自的水套50 (泵42 —熱交換器 41 —主管道44 —分岔單元45 —各支管道46 —各水套50)。 流經(jīng)各水套50的通路51中的制冷劑，經(jīng)由各支管道49在下游側的分岔單元48 合流，再經(jīng)過下游側的主管道47回到冷卻器40的泵42中(各水套50 —各支管道49 —分 岔單元48 —主管道47 —泵42)。 如圖5和圖6所示，本實施例的水套50具有流通冷卻器40供給的制冷劑的通路 51，在測試用器件21位于通路51內(nèi)部的狀態(tài)下，利用固定螺釘?shù)葘⒃撍?0固定在卡基 板24上。在卡基板24和水套50之間，安裝有0型圈等密封構件57，以將通路51內(nèi)部密 閉。通過在該水套50的通路51內(nèi)部流通制冷劑，使制冷劑與測試用器件21直接接觸，從 而冷卻測試用器件21 。另外，雖然圖5中只示出了水套50的通路51的最上面一段，但實際 上，例如通路51在水套的整個面上形成彎彎曲曲的形狀。 通路51的最上面一段配置了具有測試用器件21中自發(fā)熱量特別大的半導體芯片 的MCM(Multi Chip Module) 22A。如圖7所示，每個MCM22A具有3個裸芯片222 224和 安裝有該裸芯片222 224的模塊基板221。在3個裸芯片中，第1和第2裸芯片222、223 是自發(fā)熱量特別大的器件。與此不同，第3裸芯片224是跟第1和第2裸芯片222、223比 較自發(fā)熱量小的器件。作為模塊基板221的具體例子，例如可以列舉玻璃陶瓷基板等熱膨 脹量小的基板。 如圖5所示，通路51最上面一段形成有入口 51a，該入口 51a上連接有上游側的支 管道46。通路51上，在入口 51a的下游容納有排列成一列的8個MCM22A。盡管未作具體 圖示，但通過這些MCM22A周圍的制冷劑，在一邊沿著通路51彎曲前進一邊冷卻卡基板24 上的其它電子元件后，到達與出口 (未圖示)連接的下游側的支管道49。
通路51具有在相互鄰接的MCM22A彼此之間設置的間隔壁52，在鄰接的間隔壁52 之間劃定區(qū)塊53，每個區(qū)塊53中容納一個MCM22A。 另外，如圖5和圖7所示，各個區(qū)塊53雖然具有用于容納MCM22A之外的電子元件 23A的擴大區(qū)域53a，但是，如果是區(qū)塊53中只容納MCM22A的情況，則不需要擴大區(qū)域53a。
圖13是表示本發(fā)明第2實施例的水套的截面圖。如圖13所示，在區(qū)塊53中容納 尺寸較大的電子元件23B的情況下，從與第1間隔壁52A鄰接的第2間隔壁52B上分出該 第1間隔壁52A也是可以的。 如圖5所示，各間隔壁52上分別設有與通路51中其它部分相比流路截面積小的 縮頸部54。如圖7所示，每個縮頸部54的開口寬度w在與制冷劑流通方向?qū)嵸|(zhì)上垂直的方 向上比MCM22A整體的長度L要小(w < L)，本實施例的縮頸部54的開口寬度w與第1裸芯 片222在圖7中縱向上的長度差不多。如圖8所示，該縮頸部54的流路截面積變得狹窄。 另外，本實施例中，將9個縮頸部541 549總稱為縮頸部54，9個縮頸部541 549的開 口寬度wl w9總稱為開口寬度w。 如圖9所示，本實施例中由于流路截面積小的縮頸部54緊挨MCM22A的上游設置， 與不具備縮頸部54的從前結構(圖9中用虛線表示)相比較，縮頸部54下游的制冷劑流 速上升，能夠提高冷卻效率。特別地，如圖IO所示，由于制冷劑的慣性和粘性的影響，在制冷劑流通方向上緊鄰縮頸部54下游位置的半導體芯片21、22(圖10中的位置B3)處的制 冷劑流速顯著上升。而且，由于制冷劑的流速上升，能夠抑制因重力導致的制冷劑的流線變 化。更進一步地，本實施例中因縮頸部54還設在MCM22A下游位置，可以抑制制冷劑流線的 發(fā)散。而且，在圖10中，實際上由于制冷劑的粘性在擴大區(qū)域53a產(chǎn)生二次流(漩渦)，具 有如圖中的虛線所示的分布。另外，在圖8 10中，并沒有考慮后面提到的因臺階部51d 帶來的影響。 如圖7所示，本實施例中各縮頸部54的位置沿著制冷劑的流通方向與第1及第2 裸芯片222、223在同一直線上地定位。因此，制冷劑能夠集中地碰撞第1及第2裸芯片222、 223，能夠進一步地提高冷卻效率。 另外，如圖11所示，本實施例的通路51中第1裸芯片222和第2裸芯片223之間 的頂面51c上設有臺階部51d。由于該臺階部51d，通路51下游側的流路截面積比上游側的 流路截面積小，流經(jīng)第2裸芯片223周圍的制冷劑比流經(jīng)第1裸芯片222周圍的制冷劑的 流速快。在發(fā)熱量高的裸芯片222、223沿制冷劑的流通方向并列的情況下，由于上游側的 裸芯片222的自發(fā)熱，下游側的裸芯片223的溫度升高，導致在第1和第2裸芯片222、223 之間產(chǎn)生溫度差。對此，本實施例中由于通路51的臺階部51d使流路截面積變小，從而抵 消因上游側的裸芯片222導致的溫度升高的部分，能夠減小溫度差。 圖14和15是表示本發(fā)明第3和第4實施例的水套的放大截面圖。圖16和17是 表示本發(fā)明第5和第6實施例的水套的縮頸部的放大截面圖。 如圖14所示，縮頸部54沒有與第1及第2裸芯片222、223設在同一直線上，在縮 頸部54處設置整流板55，使得制冷劑流朝向第1裸芯片222，這樣也是可以的。
另外，如圖15所示，在一個MCM22B中安裝有多個發(fā)熱量高的裸芯片222、223、225、 226的情況下，相應地在間隔壁52上設置多個縮頸部54，這樣也是可以的。
進一步地，如圖16或17所示，縮頸部54處配置平板狀的導流板56A或圓柱狀的 導流板56B，使制冷劑在MCM22A的第1及第2裸芯片222、223上發(fā)生湍流也是可以的。
再回過來看圖5，本實施例中的每個間隔壁52上設置的縮頸部541 549的開口 寬度wl w9，朝下游的方向逐漸變窄(wl > w2 > w3 > w4 > w5 > w6 > w7 > w8 > w9)。 如果將所有的縮頸部的開口寬度設成固定，那么上游側的MCM的自發(fā)熱會導致下游側的 MCM的溫度升高，如圖12所示，上游側的MCM和下游側的MCM之間會產(chǎn)生溫度差。對此，本 實施例中，通過上述結構使制冷劑越到下游流速越快，能夠抵消因上游側的MCM22A導致的 溫度上升的部分，如圖12所示，各個MCM22A的溫度實質(zhì)上一樣。另外，圖5中縮頸部542 548的開口寬度w2 w8沒有示出。而且，圖12中MCM的數(shù)量與圖5中MCM22A的數(shù)量不一 樣，圖12是第1實施例的變形例，本發(fā)明的通路中配置的MCM的數(shù)量可以任意設定。
而且，從前是以位于最下游側的MCM的溫度作為基準進行設計的，導致上游側是 過冷卻，白白地進行了冷卻。與此不同，本實施例中的上述通路的上游側及下游側的MCM的 溫度實質(zhì)上一樣，減少了無用的冷卻。 另外，與排列成一列的MCM的方法不同，在裸芯片發(fā)熱量各異的情況下，不局限于 縮頸部的開口寬度朝下游的方向逐漸變窄，為了使MCM具有目標溫度，需要單獨地設定各 個縮頸部的開口寬度。 圖18A和圖18B是表示作為冷卻對象的電子元件的第l變形例的平面圖和截面圖。圖19A和圖19B是表示作為冷卻對象的電子元件的第2變形例的平面圖和截面圖。圖 20A和圖20B是表示作為冷卻對象的電子元件的第3變形例的平面圖和截面圖。
如圖18A和圖18B所示，位于縮頸部54下游位置的器件，也可以是由模塊基板61、 模塊基板61上安裝的半導體芯片62和半導體芯片62上設置的金屬制放熱片63構成的 MCM60。而且，如圖19A和圖19B所示，位于縮頸部54下游側位置的器件，也可以是用封裝 樹脂74將模塊基板71、半導體芯片72及放熱片73密封的封裝半導體70?；蛘撸鐖D20A 及圖20B所示，位于縮頸部54下游側位置的器件，也可以是用樹脂封裝82將半導體芯片81 密封的封裝半導體80。另外，放熱片的安裝位置可以設定在除了電子元件上面之外的其它 任意位置。 本發(fā)明并不限定于上述列舉的電子元件，包含將半導體芯片模塊化或封裝的所有 電子元件。另外，不管是在何種情況下，水套50上設置的縮頸部54均是以半導體芯片為目 標的。而且，即使是電子元件整體都發(fā)熱的情況，通過縮頸部54使制冷劑流速上升，對該電 子元件的一部分進行集中地冷卻也是可以的。 另外，以上說明的實施例是為了更容易地理解本發(fā)明而記載于此，而非是為了限 定本發(fā)明而記載于此。因此，上述的實施例中公開的各要素旨在包含屬于本發(fā)明的技術范 圍內(nèi)的所有設計上的變更及等同物的替換。 例如，將縮頸部54的開口寬度設成可變的，在MCM22A的第1及第2裸芯片未工作 時開口寬度擴大，在第1及第2裸芯片222、223工作時開口寬度變窄以提高冷卻效率，這樣 也是可以的。 而且，上述實施例中對使用處理機的后工序中的電子元件測試裝置進行了說明， 對此并無特別限定，本發(fā)明應用于使用探測器的前工序中的電子元件測試裝置也是可以 的。
權利要求
一種水套，用于通過制冷劑冷卻安裝在基板上的電子元件而安裝在所述基板上，具備可容納所述電子元件并可流通所述制冷劑的通路，所述通路在所述電子元件的上游具有與其它部分相比流路截面積小的縮頸部。
2. 根據(jù)權利要求1所述的水套，其特征在于，所述縮頸部具有比所述電子元件小的開口寬度。
3. 根據(jù)權利要求2所述的水套，其特征在于，所述縮頸部沿所述制冷劑的流通方向與所述電子元件具有的半導體芯片設在同一直線上。
4. 根據(jù)權利要求2所述的水套，其特征在于，所述水套具備使所述制冷劑朝向所述電子元件具有的半導體芯片的指向部件。
5. 根據(jù)權利要求1 4任一項所述的水套，其特征在于，所述縮頸部也設置在所述電子元件的下游。
6. 根據(jù)權利要求1 5任一項所述的水套，其特征在于，所述通路能夠在排列狀態(tài)下容納多個所述電子元件，多個所述縮頸部分別設在各電子元件的上游。
7. 根據(jù)權利要求6所述的水套，其特征在于，多個縮頸部具有與所述電子元件發(fā)熱量相對應的彼此不同的開口寬度。
8. 根據(jù)權利要求7所述的水套，其特征在于，所述多個縮頸部的開口寬度朝下游的方向變小。
9. 根據(jù)權利要求6 8任一項所述的水套，其特征在于，所述通路具有隔開所述各電子元件的間隔壁，所述縮頸部設在所述間隔壁上。
10. 根據(jù)權利要求9所述的水套，其特征在于，所述間隔壁包括第1間隔壁和與所述第1間隔壁鄰接的第2間隔壁，所述第1間隔壁從所述第2間隔壁分出。
11. 根據(jù)權利要求1 10任一項所述的水套，其特征在于，所述通路在所述電子元件具有的第1半導體芯片和所述電子元件具有的第2半導體芯片之間具有從上游向下游使流路截面積變小的臺階部。
12. 根據(jù)權利要求1 11任一項所述的水套，其特征在于，所述通路具有生成所述制冷劑湍流的湍流生成部件。
13. —種電子元件冷卻裝置，用于通過制冷劑冷卻安裝在基板上的電子元件，具備權利要求1 12任一項所述的水套；以及向所述水套的所述通路供給制冷劑的制冷劑供給部件。
14. 一種電子元件測試裝置，用于對被測試電子元件進行測試，具備與所述被測試電子元件電接觸的接觸部；安裝有測試用電子元件并與所述接觸部電接觸的基板；以及權利要求13所述的電子元件冷卻裝置，所述電子元件冷卻裝置具有的所述水套，為通過制冷劑冷卻所述測試用電子元件而安裝在所述基板上。
全文摘要
水套(50)具備可容納MCM(22A)并可流通制冷劑的通路(51)，所述通路(51)在MCM(22A)上游具有與其它部分相比流路截面積小的縮頸部(54)。
文檔編號H01L23/473GK101785375SQ200780100458
公開日2010年7月21日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者西浦孝英 申請人:株式會社愛德萬測試