(57)【要約】多層集積回路モジュールの温度を調整するための熱交換器が提供される。当該熱交換器は、面を、それが剥離剤の被膜を備えた可鍛性のある金属を本質的に含むように中空の外装上に構築することによって製作される。一実施例においては、可鍛性のある金属は接着剤によって外装に取付けられる箔として製作され、被膜は、箔の表面に擦り込まれる剥離剤の粉末として製作される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が平坦でない触面を有する多層集積回路モジュールを予め定められた温度でテストするのに用いるための熱交換器を製作する方法であって、前記方法は、
中に流体を通すための入口および出口を有する中空の外装を設けるステップと、
前記予め定められた温度で固体状態のままである可鍛性のある金属を本質的に含み、各接触面に固着するのを防ぐ剥離剤の被膜を有する面を前記外装の外側部分上に構築するステップとを含む、方法。
【請求項２】
粉末状の前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗布し、前記粉末を前記可鍛性のある金属に擦り込むことによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に付着させることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に吹き付けることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗ることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
粉末状の前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗布し、前記可鍛性のある金属を溶融させかつ再度凝固させることにより前記粉末を前記可鍛性のある金属に埋込むことによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記可鍛性のある金属を箔の形状で前記中空の外装上に配置し、前記箔を前記中空の外装に取付けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記取付けるステップは、前記箔と前記中空の外装との間に接着剤を置くことによって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取付けるステップは、前記箔を前記中空の外装にはんだ付けすることによって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に付着させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上にめっきするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に溶融させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に蒸着させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
インジウム、銀、金、カドミウムまたは鉛または錫またはビスマスまたは亜鉛を含むインジウムベースの合金、カドミウムまたは鉛または錫または亜鉛または銀を含むビスマスベースの合金、およびインジウムまたは銅またはビスマスまたは鉛を含む銀ベースの合金
からなる群から前記可鍛性のある金属を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
窒化アルミニウム、アルミニウム、窒化ホウ素、酸化銀、銀、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化モリブデンからなる群から前記剥離剤を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
各々が平坦でない接触面を有する多層集積回路モジュールを予め定められた温度でテストするのに用いるための熱交換器を製作する方法であって、前記方法は、
中に流体を通すための入口および出口を有する中空の外装を設けるステップと、
剥離剤が付いておらず、前記予め定められた温度で固体のままであり、前記接触面に固着しない可鍛性のある金属を本質的に含む箔を選択するステップと、
前記箔を接着剤で前記中空の外装の外側部分に取付けるステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記接着剤は前記予め定められた温度未満で固体状態から流体状態に変化する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
多層集積回路モジュールの温度を、各モジュールを備えた加圧された接合部を通じて一度に１モジュールずつ熱を伝えることにより調整する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、多くの電気機械式アセンブリが開示されているが、熱は、１つまたはそれ以上のジョイントを含む熱伝導経路に沿って集積回路チップと温度調整ユニットとの間を流れる。ジョイントの構成要素が（たとえばはんだによって）固く融合される場合、チップを交換するためにジョイントを分解する作業が難しくなる。結果として、たとえば何百個ものチップを連続してテストするアセンブリのようにチップが頻繁に交換されるアセンブリにおいては、チップを備えた融合されたジョイントは適していない。
【０００３】
一方では、ジョイントが、単に加圧されただけである２つの構成要素を含む場合、ジョイントを通る熱抵抗が大きくなる。このように抵抗が大きくなるのは、加圧される２つの構成要素の表面が完全には平坦ではなく、このため、表面間に微細な空隙が存在するからである。
【０００４】
加圧されたジョイントを通る熱抵抗を下げるために、熱グリースおよび金属ペーストが開発された。これらの材料の層が一緒に加圧された２つの構成要素間のジョイントに配置される場合、構成要素間の微細な空隙が減じられ、これによりジョイントを通る熱抵抗が小さくなる。このような熱グリースおよび金属ペーストの例が、「熱接続および電気的接続のための液体金属ペースト（“Liquid Metal Paste for Thermal and Electrical Connections”）」と題される米国特許第５，０５６，７０６号に記載される。
【０００５】
しかしながら、熱グリースの１つの欠点は、その熱伝導性が依然として金属の伝導性に比べて比較的低いことである。上述の米国特許第５，０５６，７０６号の２段目、２４〜２９行目を参照されたい。
【０００６】
さらに、熱グリースおよび金属ペーストの両方が抱える別の問題は、これらが加圧された２つの構成要素に固着することである。グリースまたはペーストが熱交換器とソケットに保持されるチップとの間で圧搾される場合、この固着力により、熱交換器をチップから離そうとするときにソケットからチップが引出されるおそれがある。
【０００７】
さらに、チップが熱交換器から離されると、グリースまたはペーストの残留部分が離された構成要素上に残る。熱交換器が何百個もの集積回路チップをテストする電気機械式アセンブリの一部である場合、チップが保持するいかなるグリースまたはペーストも、チップが最終製品にされ得る前にチップから除去されなければならない。しかしながら、チップを最終製品にする前に各チップから残留するグリースまたはペーストを取除く作業により、最終製品を製造する時間と費用とが増える。
【０００８】
先行技術においても、別の加圧されたジョイントが、Ｗ．レイトン（W. Layton）他による「液体金属の熱伝導材料およびこれを組込んだ集積回路パッケージ（“Liquid Metal
Heat Conducting Member and Integrated Circuit Package Incorporating Same”）」と題される米国特許第５，３２３，２９４号に開示される。この特許においては、２つの構成要素が一緒に、薄くて弾力性があり微細な（スポンジのような）空洞を有し当該２つ
の構成要素間に位置する本体で加圧され、液体金属合金が弾力性のある本体によって吸収され、部分的に当該空洞を満たす。
【０００９】
しかしながら、このジョイントの欠点は、それが液体金属のためのキャリアとして弾力性のある本体を必要とし、この弾力性のある本体がジョイントの費用を増やす余分な構成要素であることである。さらに、ジョイントが分解されると、液体金属の一部分が弾力性のある本体から押出されて、加圧された２つの構成要素に接着する可能性がある。これが除去されなければならない残留物となる。
【００１０】
加えて、先行技術においては、さらに別の加圧されたジョイントが、Ｊ．ツタニウスキ（J. Tustaniwskyj）他による「熱抵抗の低い加圧されたジョイントを残留物なしに組立および分解する方法（“Residue-Free Method of Assembling And Disassembling A Pressed Joint With Low Thermal Resistance”）」と題される米国特許第６，２４３，９４４号に開示される。この加圧されたジョイントは熱交換器とチップを含む集積回路パッケージとの間にあってもよく、この場合、パッケージは第１の材料でできた蓋を有し、熱交換器は第２の材料でできた面を有し、特別な種類の金属合金がパッケージ上の蓋と熱交換器の面との間で圧搾される。
【００１１】
特に、上述の合金は以下の合金に限定される。すなわち、ａ）チップが初めに接触する或る温度で液体状態であり、ｂ）より低い温度では固体状態で第２の材料（熱交換器）に接着するが、第１の材料（集積回路パッケージ）には接着しない合金である。チップがテストされるとき合金が液体であるので、パッケージの蓋と熱交換器との間の微細な空隙が減じられる。次いで、テストが完了すると、合金がより低い温度で凝固され、このためパッケージと熱交換器とが熱交換器に接着するすべての合金で分離され得る。
【００１２】
しかしながら、上述の加圧されたジョイントについてこの発明の発明者が発見した欠点とは、パッケージの蓋が熱交換器の面よりも大きい場合、合金が液体状態である間に上述の２つの構成要素が一緒に加圧されると余分な合金が熱交換器から蓋の上に押し出される傾向があることである。さらに、この発明の発明者は、熱交換器上にとどまる残留する合金が、合金が液体状態である間に酸化する傾向があることを発見した。この酸化により、単一の熱交換器を用いてテストすることのできるチップの数が制限される。というのも、合金が酸化するとその熱抵抗が高くなるからである。熱交換器の面をパッケージの蓋よりも大きくすることにより、余分な合金が熱交換器上に残るので、熱抵抗に対する影響が大きくなる前により大量の合金が酸化する必要がある。しかしながら、液体状態であるときにさらに大量の合金がなお酸化する傾向がある。というもの、当該合金は、パッケージの蓋に押付けられると「攪拌される」からである。これにより、最終的に、単一の熱交換器でテストすることのできるチップの数が制限される。
【００１３】
したがって、この発明の主な目的は、先行技術の加圧されたジョイントの上述の欠点をすべて克服することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
発明の概要
この発明は、各々が平坦でない接触面を有する多層集積回路モジュールを予め定められた温度でテストするのに用いるための熱交換器を製作する方法を扱う。この方法の一実施例は、ａ）中に流体を通すための投入口および押出口を有する中空の外装を設けるステップと、ｂ）予め定められた温度で固体状態のままである可鍛性のある金属を本質的に含み、各接触面に固着するのを防ぐ剥離剤の被膜を有する面を当該外装の外側部分上に構築するステップとを含む。
【００１５】
面を構築する上述のステップの特定の例として、可鍛性のある金属が箔の形で中空の外装上に配置され、当該箔が接着剤によって中空の外装に取付けられる。さらなる例として、剥離剤の被膜は、粉末状の剥離剤を可鍛性のある金属上に塗布し、可鍛性のある金属の表面に粉末を擦り込むことによって構築される。
【００１６】
可鍛性のある金属が果たす１つの機能は、それがほんのわずかな力で接触面に押付けられると可鍛性のある金属が変形し、これにより、可鍛性のある金属と接触面との間の微細な空隙が減ることである。これにより、可鍛性のある金属と接触面との間の熱抵抗が下げられる。同時に、剥離剤は可鍛性のある金属が接触面に固着するのを防ぎ、こうして、可鍛性のある金属が接触面から容易に分離され得る。
【００１７】
可鍛性のある金属が果たす別の機能は、それが接触面に押付けられるときに固体のままであることであり、こうして、上述の２つの構成要素が圧搾されるときに可鍛性のある金属が流体のように熱交換器の面から接触面へと移動し得ない。また、可鍛性のある金属は、それが流体状態である場合よりも固体状態である方が酸化されることに対してはるかに耐性が大きく、結果として、可鍛性のある金属が多くの集積回路モジュールの接触面に対して圧搾され当該接触面から離される間、可鍛性のある金属の熱抵抗は本質的に一定のままとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
詳細な説明
この発明の好ましい一実施例が図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃならびに図２、図３、図４Ａおよび図４Ｂに関連して記載される。この特定の実施例は、プリント回路基板上のソケットに保持される集積回路チップをテストするための電気機械式アセンブリ１０である。
【００１９】
アセンブリ１０は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図２に例示される６個の異なる種類のサブアセンブリ１１〜１６からなる。この発明の主要な新規の部分であるサブアセンブリ１４の付加的な詳細がまた、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示される。
【００２０】
各サブアセンブリ１１〜１６はいくつかの構成要素を含み、いずれか１つの特定のサブアセンブリの構成要素がすべて、異なる文字が添えられた同じ参照番号で識別される。たとえば、構成要素１１ａ〜１１ｇはサブアセンブリ１１にある。各サブアセンブリ１１〜１６およびそれらのそれぞれの構成要素が以下に記載される。
【００２１】
サブアセンブリ１１は構成要素１１ａ〜１１ｇを含むフレームである。構成要素１１ａは、いくつかの脚部１１ｂを有するフレームの水平な基部であり、いくつかの脚部１１ｂは基部１１ａに固く接続されている。構成要素１１ｃ〜１１ｆは、基部１１ａに固く接続された４本の垂直な柱であり、構成要素１１ｇは、柱１１ｃ〜１１ｆに固く接続されたフレームの上部である。
【００２２】
サブアセンブリ１２は、構成要素１２ａ〜１２ｄを含むチップ保持サブアセンブリである。これらのチップ保持サブアセンブリ１２のうち１〜１４個のチップ保持サブアセンブリがフレーム１１によって保持される。構成要素１２ａは、１つの面１２ａ−１と対向する面１２ａ−２とを有するプリント回路基板である。面１２ａ−１は図２にしか示されていないが、この面１２ａ−１にＮ個のソケット１２ｂが取付けられ、その各々がテストされるべき１つのＩＣチップ１２ｃを保持する。ここで、Ｎは、たとえば１６または３０などの所望のいずれかの数である。Ｎ組の電気接点１２ｄが面１２ｂ−１に取付けられ、各組が、チップ１２ｃのうちの１つに対する全電力および全信号を伝える。各ソケット１２ｂは、プリント回路基板１２ａを通る微細な導体（図示せず）によって１組の接点１２ｄ
に接続される。
【００２３】
サブアセンブリ１３は、構成要素１３ａ〜１３ｃを含む電力変換器サブアセンブリである。別個の電力変換器サブアセンブリ１３が、各チップ保持サブアセンブリ１２の上方でフレーム１１によって保持される。構成要素１３ａは、１つの面１３ａ−１と対向する面１３ａ−２とを有するプリント回路基板である。面１３ａ−１は図２にしか示されないが、この面１３ａ−１にＮ組の電気接点１３ｂが取付けられ、その各々がチップ保持サブアセンブリ１２上の１組の接点１２ｄに対応する。Ｎ個のＤＣ−ＤＣ電力変換器１３ｃが面１３ａ−２に取付けられる。各電力変換器１３ｃは１組の接点１３ｂに電力を供給するが、プリント回路基板１３ａを通る微細な導体（図示せず）によってこれらの接点に接続されている。
【００２４】
サブアセンブリ１４は、構成要素１４ａ〜１４ｄを含む温度調整サブアセンブリである。別個の温度調整サブアセンブリ１４が、各チップ保持アセンブリ１２の下方でフレーム１１によって保持される。構成要素１４ａは、１つの面１４ａ−１と対向する面１４ａ−２とを有する平坦な硬質の板である。面１４ａ−２にはＮ個の弾性構成要素１４ｂが取付けられ、弾性構成要素１４ｂは各々、それがチップ保持アセンブリ１２における１つのチップ１２ｃと位置合わせされるように１つの熱変換器１４ｃを保持する。
【００２５】
熱交換器１４ｃは各々、図３、図４Ａおよび図４Ｂに関連して後に詳細に記載される特定の構造を有する。しかしながら、簡単に述べると、熱交換器１４ｃは各々、当該熱交換器が位置合わせされる１つのチップ１２ｃに押付けられるよう特別に適合された新規の面を有する。その新規の面のために、１）熱交換器１４ｃとチップ１２ｃとの間に低い熱抵抗が発生し、２）熱交換器１４ｃがチップに固着せず、３）熱交換器１４ｃの面が酸化に対して耐性を示す。
【００２６】
いくつかのストッパ１４ｄが硬質の板１４ａの面１４ａ−２に取付けられ、これらのストッパは、チップ保持アセンブリ１２におけるソケット１２ｂ間の空間と位置合わせされる。これらのストッパ１４ｄにより、熱交換器１４ｃがチップ１２ｃに押付けられ得る力が制限される。これは、サブアセンブリ１２〜１４が一緒に圧搾される際に弾性構成要素１４ｂが圧縮される量を制限することによって達成される。好ましくは、ストッパ１４ｄは、調節して強くしたり弱くしたりすることができる力で熱交換器１４ｃがチップ１２ｃに押付けられるように予め定められた範囲内で選択可能な長さを有する。
【００２７】
サブアセンブリ１５は、サブアセンブリ１２、１３および１４を一緒に加圧する加圧機構である。これらのサブアセンブリ１２〜１４を一緒に加圧するために、電力変換器サブアセンブリ１３がフレーム１１に固定して保持され、加圧機構１５が温度調整サブアセンブリ１４を上方に移動させる。この上方への移動により、チップ保持サブアセンブリ１２が温度調整サブアセンブリ１４と電力変換器サブアセンブリ１３との間で圧搾されることとなる。
【００２８】
フレーム１１に保持される各チップ保持サブアセンブリ１２のために、２つの加圧機構１５が設けられる。一方は柱１１ｃおよび１１ｄによってフレームに保持され、他方は柱１１ｅおよび１１ｆによってフレームに保持される。
【００２９】
サブアセンブリ１６は、フレーム１１にある加圧機構１５すべてに対するアクチュエータであり、構成要素１６ａ〜１６ｆを含む。構成要素１６ａは、柱１１ｃと１１ｄとの間でフレームにおいて上下に移動する板である。構成要素１６ｂは板１６ａと同一であり、柱１１ｅと１１ｆとの間でフレームにおいて上下に移動する。板１６ａは、フレーム柱１１ｃおよび１１ｄによって保持される各加圧機構１５に対する別個の対のスロット１６ａ
−１を有し、板１６ｂは、フレーム柱１１ｃおよび１１ｆによって保持される各加圧機構１５に対する別個の対のスロット１６ｂ−１を有する。
【００３０】
板１６ａおよび１６ｂが移動すると、スロット１６ａ−１および１６ｂ−１が軌道としての役割を果たし、これによりすべての加圧機構１５が動かされる。板１６ａおよび１６ｂが下方に移動すると、加圧機構１５は、サブアセンブリ１２、１３および１４が間隔をあけて配置される開放位置へと移動する。逆に、板１６ａおよび１６ｂが上方に移動すると、加圧機構１５は、サブアセンブリ１２、１３および１４が一緒に加圧される閉鎖位置へと移動する。
【００３１】
構成要素１６ｃは電気モータである。構成要素１６ｄはモータ１６ｃと板１６ａとの間におけるリンク機構であり、構成要素１６ｅはモータ１６ｃと板１６ｂとの間におけるリンク機構である。これらの構成要素１６ｃ〜１６ｅは、手動で操作される制御スイッチ（図示せず）から導体１６ｆに沿ってモータ１６ｃに送られる制御信号に応答して、板１６ａおよび１６ｂを上方および下方に移動させる。
【００３２】
チップ保持サブアセンブリ１２、電力変換器サブアセンブリ１３、温度調整サブアセンブリ１４および加圧機構１５がフレーム１１によって互いに対して如何に保持されるかが図２に概略的に示される。加えて、図２は、加圧機構１５が電力変換器サブアセンブリ１３と温度調整サブアセンブリ１４との間のチップ保持サブアセンブリ１２を如何に圧搾するかを概略的に示す。
【００３３】
構成要素１５ａ〜１５ｇは図２の加圧機構１５内に含まれる。構成要素１５ａは、フレーム柱１１ｅおよび１１ｆに固定して取付けられたレールである。このレール１５ａは温度調整サブアセンブリ１４の下方に位置し、板１４ａの面１４ａ−１に対して平行である。構成要素１５ｂおよび１５ｃは１対のアームであり、当該１対のアームはともに、板１４ａの面１４ａ−１に押当たる回動するジョイント１５ｄと結合されている。これらのアーム１５ｂおよび１５ｃはまた、レール１５ａ上で摺動する摺動可能なジョイント１５ｅおよび１５ｆを有する。構成要素１５ｇは、摺動可能なジョイント１５ｆとフレーム１１との間に結合されるばねである。全構成要素１５ｂ〜１５ｇが、図２に図示のとおり加圧機構１５において２組設けられている。
【００３４】
摺動可能なジョイント１５ｅは両方とも、板１６ｂにおける１対のスロット１６ｂ−１に嵌合する。各対のスロット１６ｂ−１はそれぞれの上部が近接し、それぞれの底部が遠く離れている。したがって、板１６ｂが下方に移動すると、ジョイント１５ｅ同士が近づいて「開放」位置へと摺動する。そこでは、各対のアーム１５ｂと１５ｃとの間の角度「Ａ」が大きく、このため、回動するジョイント１５ｄが下方に移動する。結果として、３つのサブアセンブリ１２、１３および１４が互いから間隔をあけて配置される。
【００３５】
逆に、板１６ｄが上方に移動すると、ジョイント１５ｅ同士が離れて「閉鎖」位置へと摺動する。そこでは、各対のアーム間の角度「Ａ」が小さく、このため、回動するジョイント１５ｄが上方に移動する。したがって、３つのサブアセンブリ１２、１３および１４が一緒に圧搾される。
【００３６】
３つのサブアセンブリ１２、１３および１４が一緒に圧搾されると、熱交換器１４ｃが各々、熱交換器と位置合わせされる１つのチップ１２ｃに押当る。結果として、各熱交換器と熱交換器が接触するチップとの間の伝導によって熱が伝わる。さらに、これが起こっている間に、すべてのチップ１２ｃが、電気接点１２ｄおよび１３ｂを介してチップに送られかつチップから受取られる信号によってテストされる。
【００３７】
次に、図３を参照すると、各熱交換器１４ｃについての１つの好ましい構造が詳細に記載される。この特定の構造においては、熱交換器１４ｃは構成要素２１〜２５を含む。
【００３８】
構成要素２１は熱交換器１４ｃの基部である。当該基部２１は平坦な底部２１ａと、平坦な底部の周囲に延在する円筒形の側壁２１ｂとを有する。円筒形の側壁２１ｂは、投入口２１ｃと、当該投入口の真向かいにある押出口（図示せず）とを有する。
【００３９】
構成要素２２は基部２１のためのカバーである。当該カバー２２は平坦な上部２２ａと、平坦な底部に向かって延在する一組のフィン２２ｂとを有する。平坦な上部２２ａは円筒形の側壁２１ｂに永久的に取付けられている。カバー２２は基部２１とともに、投入口２１ｃから押出口に流れる液体を保持するための外装を構成する。
【００４０】
構成要素２３は、チップ１２ｃのテスト中に固体状態のままである可鍛性のある金属の箔である。特定の好ましい一実施例においては、この可鍛性のある金属２３はインジウムである。この可鍛性のある金属２３が果たす１つの機能は、それが図２の電気機械式アセンブリによってほんのわずかな力でチップ１２ｃに押付けられると可鍛性のある金属２３が変形し、これによりそれ自体とチップとの間の微細な空隙を減じることである。これにより、可鍛性のある金属２３とチップ１２ｃとの間の熱抵抗が下げられる。
【００４１】
また、可鍛性のある金属２３がチップテスト工程中ずっと固体のままであるので、可鍛性のある金属２３は、チップ１２ｃと可鍛性のある金属２３とが最初に一緒に圧搾される際に液体のようには「攪拌」されない。したがって、可鍛性のある金属２３は液体状態である場合よりも酸化に対してはるかに耐性が高く、これにより、図２の電気機械式アセンブリが「開放」位置と「閉鎖」位置とを何度も繰返す間、可鍛性のある金属の熱抵抗が低いレベルに維持される。
【００４２】
構成要素２４は、固体である可鍛性のある金属２３の箔をカバー２２上に保持する感熱接着剤である。１つの好適な接着剤の例として、熱伝導性の粉末が充填されたシリコーンがある。
【００４３】
構成要素２５は、上述の２つの構成要素が図２の電気機械式アセンブリによって一緒に圧搾される際に固体である可鍛性のある金属２３がチップ１２ｃに固着するのを防ぐ剥離剤である。特定の好ましい一実施例においては、この剥離剤２５は粉末状の窒化アルミニウムである。
【００４４】
窒化アルミニウムの粒子が、固体である可鍛性のある金属２３上に被膜を形成する。この被膜を構築するための１つの好ましい方法は、ａ）窒化アルミニウムの粒子を（アルコールなどの）液体と混合し、ｂ）上述の混合物で布地を湿らせ、ｃ）固体である可鍛性のある金属２３の表面を湿った布地でこすることである。こうしてこすることより、窒化アルミニウムの粒子が布地から固体である可鍛性のある金属２３の表面に移されてそこに埋込まれる。布地を混合物で湿らすことにより、窒化アルミニウムの粒子が作業場の床全体にわたって撒き散らされることはない。
【００４５】
固体である可鍛性のある金属２３は剥離剤２５の被膜を備えているが、これとともに、チップのテスト中にチップ１２ｃに接触するための新規の面を熱交換器１４ｃ上に構成する。この面が微細なレベルで如何に働くかが図４Ａおよび図４Ｂに示される。
【００４６】
図２の電気機械式アセンブリが「開放」位置にある場合、熱交換器１４ｃの面が図４Ａに図示のとおりチップ１２ｃから間隔をあけて配置される。比較すると、図２の電気機械式アセンブリが「閉鎖」位置にある場合、熱交換器１４ｃの面が図４Ｂに図示のとおりチ
ップ１２ｃに対して圧搾される。
【００４７】
図４Ａを調べると、チップ１２ｃが微細なレベルで平坦でない接触面Ｓ１を有することが明らかになる。さらに、この平坦でない面は、テストする必要があるチップ１２ｃごとに異なる。結果として、図４Ａの「開放」位置では、接触面Ｓ１の形状は熱交換器１４ｃの面とは異なる。
【００４８】
しかしながら、チップ１２ｃと熱交換器１４ｃとが一緒に圧搾されると、可鍛性のある金属２３が変形し、これによりチップ接触面Ｓ１の形状に適合する。このことは図４Ｂから分かる。結果として、チップ１２ｃと熱交換器１４ｃとの間に低い熱抵抗が得られる。図４Ｂに図示のとおり、チップ１２ｃのテスト中、チップ１２ｃおよび熱交換器１４ｃは一緒に圧搾されたままである。
【００４９】
チップ１２ｃのテスト中、温度ＴＬを有する（水などの）液体が投入口２１ｃから熱交換器１４ｃを通り押出口へと流れるようにされる。これにより、温度ＴＣでチップ１２ｃが維持されるが、ここで、ＴＣからＴＬを引いたものにチップ１２ｃと熱交換器１４ｃとの間の熱抵抗を乗じたものが、チップ１２ｃにより消費された電力と等しくなる。熱抵抗が小さければ小さいほど、ＴＣがＴＬにより近く維持される。
【００５０】
上述のテストが完了すると、チップ１２ｃと熱交換器１４ｃとが離されて図４Ａの「開放」位置に戻される。次いで、テストされた各チップが図２のアセンブリにおけるそのソケット１２ｂから取外され、テストされる必要のある別のチップと交換される。次に、上述のサイクルが繰返される。
【００５１】
以下の表１は、図３、図４Ａおよび図４Ｂの熱交換器１４ｃのいくつかの重要な特徴を示す実際のテストデータを含む。これらの特徴のうちの１つは、図４Ｂの「閉鎖」位置にあるチップ１２ｃと熱交換器１４ｃとの間の最初の熱抵抗が０．１４℃／ワットであることである。第２の特徴は、上述の熱抵抗を得るためにチップ１２ｃと熱交換器１４ｃとを一緒に圧搾するのに用いられた力が６．６ポンドであったことである。
【００５２】
第３の特徴は、上述の熱抵抗が得られた後に熱変換器１４ｃからチップ１２ｃを離すのに用いられた最大限の力が０〜２オンスの間であったことである。また、第４の特徴は、可鍛性のある金属２３が合計５０００回チップ１２ｃに対して圧搾され、チップ１２ｃから離された後に熱抵抗がわずかに０．１４℃／ワットから０．１９℃／ワットに変わっただけであったことである。
【００５３】
【表１】
2005535883.tif 000003
【００５４】
この発明の好ましい一実施例が、図１〜図４Ｂに関連して詳細に記載された。次に、図５および図６を参照すると、上述の好ましい実施例に加えることのできるいくつかの変形例が記載される。
【００５５】
図３の実施例においては、粉末状の剥離剤を表面に擦り込むステップにより、剥離剤２５が金属２３の表面に埋込まれる。しかしながら、変形例として、剥離剤２５は金属２３の表面上に付着され得るか、金属２３の表面上に吹き付けられ得るか、金属２３の表面上に塗られ得るか、または金属を溶融させるかもしくは再度凝固させることにより金属２３の表面に埋込まれ得る。これらの変形例は図５において「ＭＯＤ  ♯１」として示される。
【００５６】
また、図３の実施例においては、剥離剤２５は窒化アルミニウムである。しかし、変形例として、剥離剤２５は、アルミニウム、窒化ホウ素、酸化銀、銀、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化モリブデンであってもよい。これらの変形例は図５において「ＭＯＤ  ♯２」として示される。
【００５７】
さらに、図３の実施例においては、金属２３は、接着剤でカバー２２に取付けられる箔の形である。しかしながら、変形例として、金属２３の箔がカバー２２上にはんだ付けされ得るか、金属２３がカバー２２上に付着され得るか、金属２３がカバー２２上にめっきされ得るか、金属２３がカバー２２上に溶融され得るか、または金属２３がカバー２２上に蒸着され得る。これらの変形例は図５において「ＭＯＤ  ♯３」として示される。
【００５８】
また、図３の実施例においては、金属２３はインジウムである。しかし、一変形例として、金属２３は銀または金であってもよい。別の変形例として、金属２３は、カドミウム、鉛、錫、ビスマスまたは亜鉛から選択された１つまたはそれ以上の元素を含むインジウムベースの合金であってもよい。別の変形例として、金属２３は、カドミウム、鉛、錫、亜鉛または銀から選択された１つまたはそれ以上の元素を含むビスマスベースの合金であってもよい。別の変形例として、金属２３は、インジウム、銅、ビスマス、鉛または錫から選択された１つまたはそれ以上の元素を含む銀ベースの合金であってもよい。別の変形例として、金属２３は鉛−錫の合金であってもよい。これらの特定の変形例は図５において「ＭＯＤ  ♯４」として示される。しかしながら、金属２３は、金属と接触面とが図４Ｂに図示のとおり集積回路モジュールに損傷を与えないほど小さい力で一緒に圧搾されると接触面Ｓ１に適合するように固体状態で変形するいかなる金属であってもよい。
【００５９】
さらに、図２の実施例においては、熱交換器１４ｃは集積回路チップ１２ｃの接触面Ｓ１に押し当たる。しかしながら、変形例として、アイテム１２ｃは、ａ）基板の外側部分に取付けられた入出力端子を有する集積回路チップの組合せと、ｂ）集積回路パッケージに完全に封入された集積回路チップの組合せと、ｃ）集積回路パッケージのための蓋に取付けられた裏面を有する集積回路チップの組合せとであり得る。
【００６０】
アイテム１２ｃが単独で集積回路チップであるかまたは上述の組合せ「ａ」である場合、接触面Ｓ１は通常チップ上で二酸化珪素の被膜となるだろう。アイテム１２ｃが上述の組合せ「ｂ」または組合せ「ｃ」である場合、接触面Ｓ１は、通常アルミニウムまたはニッケルまたは銅でできたパッケージの蓋となるだろう。ここで用いられるように、「集積回路モジュール」という語は、単独で集積回路チップ、ならびにアイテム１２ｃのための上述の組合せ「ａ」、「ｂ」および「ｃ」を含む。これらの変形例は図６において「ＭＯＤ  ♯５」として示される。
【００６１】
さらに、表１の実施例においては、熱交換器１４ｃと集積回路モジュール１２ｃとが一緒に圧搾された最大限の力は６．６ポンドであった。しかし、変形例として、その力は調節して強くしたり弱くしたりすることができる。この調整は、図２の実施例においては、先に記載されたようにストッパ１４ｄの長さを選択することによってなされる。好ましくは、「閉鎖」位置においては、熱交換器１４ｃと集積回路モジュール１２ｃとは、４．０ポンド〜２０．０ポンドの範囲の力で一緒に圧搾される。これは図６において「ＭＯＤ  ♯６」として示される。
【００６２】
さらに、表１の実施例においては、金属２３が、合計５０００回、集積回路モジュール１２ｃに対して圧搾され、集積回路モジュール１２ｃから離された。そのサイクル中、熱抵抗はわずかに０．１４℃／ワットから０．１９℃／ワットに変化しただけであった。したがって、金属２３の交換が必要とされる点にまで熱抵抗が大きくなる前に、多くの付加的な圧搾および分離のサイクルを実行することができる。集積回路モジュール１２ｃのテスト中に許容可能な最大の熱抵抗に応じて、金属２３が５００回のサイクル毎、１０００回のサイクル毎、３０００回のサイクル毎、またはさらに低い頻度で交換され得る。これは図６において「ＭＯＤ  ♯７」として示される。
【００６３】
さらに、図３の実施例においては、金属２３は、接着剤２４によってカバー２２に取付けられる箔の形である。好ましくは、この接着剤２４は、特定の温度Ｔ（Ｐ）で固体状態から液体状態に変化する相変化接着剤である。ここで、Ｔ（Ｐ）は、熱交換器１４ｃが集積回路モジュール１２ｃから分離される低い温度Ｔ（Ｌ）よりも高く、集積回路モジュール１２ｃが熱交換器に押付けられている間にテストされる高い温度Ｔ（Ｈ）未満である。このような接着剤の一例に、はんだがある。６０℃で固体から液体に変化するこのような接着剤の別の例として、ロックタイト・コーポレーション（LOCTITE Corporation）による「パワーストレート（Powerstrate）」と称される接着剤があげられる。図３の実施例における接着剤２４として相変化接着剤を用いることにより、金属２３の箔は、単に図１Ａおよび図１Ｂの電気機械式アセンブリ１０から熱交換器１４ｃを取外し、接着剤を液体状態へと加熱しながら箔を熱交換器から取外すことによって容易に交換される。この変形例は図６において「ＭＯＤ  ♯８」として示される。
【００６４】
さらに図３の実施例においては、剥離剤２５が金属２３の箔に混合される。しかしながら、集積回路モジュール１２ｃ上における可鍛性のある金属２３と接触面Ｓ１との或る組合せは、たとえ剥離剤２５が除去されたとしても固体状態では固着しない。たとえば、インジウムと錫との合金である可鍛性のある金属２３はアルミニウムの接触面Ｓ１には固着しない。金属２３の箔と接触面Ｓ１とのこのような非固着性の組合せは、ＭＯＤ  ♯８の
相変化接着剤とともに、図６において「ＭＯＤ  ♯９」として示される別の変形例を含む。
【００６５】
さらに、図１Ａ〜図１Ｃの実施例においては、熱交換器１４ｃを集積回路モジュールに対して圧搾し、熱交換器を集積回路モジュールから分離するための１つの特定の機構の構造に関して多くの詳細が示される。しかしながら、変形例として、圧搾および分離の動作を実行するのに他の機構が所望のとおりに用いられてもよい。
【００６６】
同様に、図３の実施例においては、熱交換器１４ｃを通じて液体を通す外装が、１つの特定のカバー２２を備えた１つの特定の基部２１を含むものとして示される。しかし、変形例として、熱交換器の外装部分は所望される如何なる形状および構造であってもよい。
【００６７】
したがって、上述の変形例をすべて考慮すると、この発明がいずれの実施例の詳細にも限定されないが、添付の特許請求の範囲によって規定されることが理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】この発明の好ましい一実施例である電気機械式アセンブリの上半分を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示される同じ電気機械式アセンブリの下半分を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂの電気機械式アセンブリにしばしば含まれる３つのサブアセンブリを示す図である。
【図２】図１Ｃの３つのサブアセンブリが如何に圧搾されるかを示す、図１Ａおよび図１Ｂの電気機械式アセンブリの概略図である。
【図３】図１Ｃのサブアセンブリのうちの１つにおける主要な構成要素である熱交換器のための新規の構造を示す図である。
【図４Ａ】図１Ａおよび図１Ｂの電気機械式アセンブリによって面が集積回路チップから間隔を空けて保持されている間の図３の熱交換器上の面を示す図である。
【図４Ｂ】図１Ａおよび図１Ｂの電気機械式アセンブリによって面が集積回路チップに対して圧搾されている間の図３の熱交換器上の面を示す図である。
【図５】図３、図４Ａおよび図４Ｂの熱交換器に加えられ得るいくつかの変形例を示す図である。
【図６】図３、図４Ａおよび図４Ｂの熱交換器に加えられ得る付加的な変形例を示す図である。
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月29日(2004.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層集積回路モジュールを予め定められた温度でテストするタイプのチップテスタのための熱交換器を製作する方法であって、各モジュールは前記熱交換器のための平坦でない接触面を有し、前記方法は、
中に流体を通すための入口および出口を有する中空の外装を設けるステップを含み、前記外装は集積回路チップを前記集積回路モジュールに保持する基板またはいかなる集積回路チップからも離され、前記方法はさらに、
各集積回路モジュールの前記接触面に押付けるための面を、前記面が１）前記予め定められた温度で固体状態のままである可鍛性のある金属と、２）前記可鍛性のある金属上に一体化され、各接触面に固着するのを防ぐ剥離剤の被膜とを本質的に含むように、前記外装の外側部分上に構築するステップを含む、方法。
【請求項２】
粉末状の前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗布し、前記粉末を前記可鍛性のある金属に擦り込むことによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に付着させることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に吹き付けることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗ることによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
粉末状の前記剥離剤を前記可鍛性のある金属上に塗布し、前記可鍛性のある金属を溶融させかつ再度凝固させることにより前記粉末を前記可鍛性のある金属に埋込むことによって前記被膜を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記可鍛性のある金属を箔の形状で前記中空の外装上に配置し、前記箔を前記中空の外装に取付けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記取付けるステップは、前記箔と前記中空の外装との間に接着剤を置くことによって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記取付けるステップは、前記箔を前記中空の外装にはんだ付けすることによって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に付着させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上にめっきするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に溶融させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記可鍛性のある金属を前記中空の外装上に蒸着させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
インジウム、銀、金、カドミウムまたは鉛または錫またはビスマスまたは亜鉛を含むインジウムベースの合金、カドミウムまたは鉛または錫または亜鉛または銀を含むビスマスベースの合金、およびインジウムまたは銅またはビスマスまたは鉛を含む銀ベースの合金からなる群から前記可鍛性のある金属を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
窒化アルミニウム、アルミニウム、窒化ホウ素、酸化銀、銀、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化モリブデンからなる群から前記剥離剤を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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2005535883.tif 000014
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