(57)【要約】  デバイスの温度を制御するためのアセンブリは、所望の設定温度よりも低い温度で維持されるように構成されたヒートシンクと、デバイスの表面と熱的に結合するように構成された面を備えるヒータ素子と、ヒートシンクとヒータ素子との間に挿入される熱伝導性の台座とを有する。ヒータは、デバイスの温度が設定温度よりも低いとデバイスに熱を加えるように構成され、デバイスの温度が設定温度よりも高いと台座及びヒータ素子を介してヒートシンクに熱を伝達可能である。【選択図】図２
2021530686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスの温度を制御するためのアセンブリであって、
所望の設定温度よりも低い温度で維持されるように構成されたヒートシンクと、
前記デバイスの表面と熱的に結合するように構成された面を備えるヒータ素子と、
前記ヒートシンクと前記ヒータ素子との間に挿入される熱伝導性の台座と、
を有し、
前記ヒータ素子が、前記デバイスの温度が前記設定温度よりも低いと前記デバイスに熱を加えるように構成され、前記デバイスの温度が前記設定温度よりも高いと、前記台座及び前記ヒータ素子を介して前記ヒートシンクに熱が伝達可能である、アセンブリ。
【請求項２】
前記ヒートシンクと前記台座との間に配置された熱伝導性のインタフェース材料をさらに有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記インタフェース材料が、カーボンナノチューブ材料を有する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記インタフェース材料が、熱伝導性エポキシを有する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記台座と前記ヒータ素子との間に配置された熱伝導性のインタフェース材料をさらに有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記インタフェース材料が、熱伝導性エラストマー材料を有する、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記アセンブリは、前記デバイスの表面と熱的に結合するように、前記デバイスに対して移動可能である、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記ヒータ素子の表面に、前記デバイスの表面と接触するように形成された熱伝導性メタライズ層をさらに有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記ヒータ素子及び前記台座は、前記ヒートシンクから取り外し可能なサブアセンブリを形成する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記サブアセンブリは、少なくとも２つの角度方向で前記ヒートシンクに取り付けられる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
デバイスの温度を制御するためのサブアセンブリであって、
第１の面及び対向する第２の面を備え、前記第２の面が前記デバイスの表面と熱的に結合するように構成されたヒータ素子と、
熱経路を確立して、前記ヒータ素子を介して前記デバイスからヒートシンクに熱を伝達するように前記第１の面に取り付けられる熱伝導性の台座と、
を有し、
前記ヒータが、前記デバイスの温度が設定温度よりも低いと前記デバイスに熱を加えるように構成され、前記デバイスの温度が前記設定温度よりも高いと、前記台座及び前記ヒータ素子を介して前記ヒートシンクに熱が伝達可能である、サブアセンブリ。
【請求項１２】
前記ヒートシンクと前記台座との間に配置された熱伝導性のインタフェース材料をさらに有する、請求項１１に記載のサブアセンブリ。
【請求項１３】
前記インタフェース材料が、カーボンナノチューブ材料を有する、請求項１２に記載のサブアセンブリ。
【請求項１４】
前記インタフェース材料が、熱伝導性エポキシを有する、請求項１２に記載のサブアセンブリ。
【請求項１５】
前記台座と前記ヒータ素子との間に配置された熱伝導性のインタフェース材料をさらに有する、請求項１１に記載のサブアセンブリ。
【請求項１６】
前記インタフェース材料が、熱伝導性エラストマー材料を有する、請求項１５に記載のサブアセンブリ。
【請求項１７】
前記サブアセンブリは、前記ヒートシンクを含むサーマルヘッドに取り付けるように構成された保持部材をさらに有する、請求項１１に記載のサブアセンブリ。
【請求項１８】
前記ヒータ素子の表面に、前記デバイスの規定された面と接触するように形成された熱伝導性メタライズ層をさらに有する、請求項１１に記載のサブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して試験用の半導体電子デバイス等のデバイスの温度を制御するためのアセンブリ及びサブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パッケージ化された集積回路チップ及びパッケージ化されていないベア「チップ」等の電子デバイスを試験及びハンドリングするシステムには、電子デバイスの試験中に該デバイスの温度を一定の設定温度付近で維持するための温度制御システムを含むものがある。デジタルロジック回路、メモリ回路、アナログ回路を含む、どのようなタイプの回路もチップに集積できる。また、チップ内の回路は、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタ等の任意のタイプのトランジスタで構成できる。
【０００３】
試験中は、チップの温度を一定に保つことが望ましい。例えば、様々な集積回路は、特定の温度で故障するかについて試験するのが一般的である。さらに、チップ製造業における一般的な慣行は、特定のタイプのチップを大量生産し、それらを動作速度で分類し、より高速に動作するチップをより高い価格で販売することである。ＣＭＯＳメモリチップ及びＣＭＯＳマイクロプロセッサチップは、このような方法で処理される。しかしながら、チップが動作する速度は、温度に依存する場合があるため、チップの動作速度を適切に判定するには、動作速度試験を行う期間で各チップの温度をほぼ一定に保つ必要がある。
【０００４】
チップの瞬時消費電力が一定であるか、または動作速度試験を実行している間に狭い範囲で変化する場合、チップ温度を一定の設定温度付近で維持することは比較的簡単であるかもしれない。しかしながら、動作速度試験を実行している期間でチップの瞬時消費電力が広い範囲で上下に変動する場合、チップ温度を一定の設定温度付近で維持することは、より困難になる可能性がある。デバイスの消費電力が大きく変化するたびに、その温度及び動作速度は大きく変動する。
【０００５】
上記の問題は、オンまたはオフに切り換わるトランジスタの数によって瞬時消費電力が増大するため、集積回路におけるトランジスタの密度が増加するにつれて、特に困難になってきている。例えば、ＣＭＯＳチップの動作速度試験でスイッチングするトランジスタの数は常に変化しており、そのため、チップの消費電力、温度及び動作速度は常に変動している。また、任意の特定の瞬間にスイッチングしているトランジスタの数は、ゼロから全てのトランジスタまで変化するため、これらの変化の大きさは、より多くのトランジスタが単一のチップに集積されることで増大する。
【０００６】
性能試験に加えて、「バーンイン」試験のような他の用途において、電子部品を所望の設定温度まで素早く加熱または冷却するためには、熱制御システムを用いることが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載される実施形態は、概して電子部品の熱制御のためのアセンブリ及びサブアセンブリに関する。
【０００８】
一態様によれば、温度制御アセンブリは、ヒートシンクと、熱伝導性の台座及びヒータ素子を含むヒータとを有する。ヒータは、ヒートシンクとデバイスとの間に挿入される。従来の設計とは対照的に、台座はヒートシンクとヒータ素子との間に挿入される。動作中、ヒートシンクの温度は、デバイスに関する所望の設定温度よりも低い。ヒータ素子は、デバイスの温度が設定温度よりも低いと、デバイスに熱を加えるように制御される。デバイスの温度が設定温度よりも高いと、ヒータ素子が制御され（例えば、オフにされ）、台座及びヒータ素子を通してデバイスからヒートシンクに熱が伝達し、それによってデバイス温度を所望の設定温度まで下げる。
【０００９】
特定の実施形態によれば、熱伝導性のインタフェース材料が、ヒートシンクと台座との間に配置される。該インタフェース材料は、オプションとして、カーボンナノチューブ材料または熱伝導性エポキシで構成されていてもよい。
【００１０】
特定の実施形態によれば、熱伝導性のインタフェース材料が、台座とヒータ素子との間に配置される。該インタフェース材料は、オプションとして、熱伝導性エラストマー材料で構成されていてもよい。
【００１１】
特定の実施形態によれば、アセンブリはデバイスに対して移動可能であり、それによって、ヒータがデバイスの表面と熱的に結合して移動する。
【００１２】
特定の実施形態によれば、熱伝導性メタライズ層がヒータ素子の表面に形成され、デバイス表面の特定部位と接触するようにトリミングされる。
【００１３】
特定の実施形態において、台座及びヒータは、ヒートシンクから取り外し可能なサブアセンブリとして構成され、それによって、異なるサイズの電子デバイスの制御のために、異なるサイズのユニットをヒータに取り付けることができる。いくつかの実施形態において、台座及びヒータサブアセンブリは、リテーナ部材を用いてヒートシンクと着脱自在に結合される。
【００１４】
特定の実施形態において、サブアセンブリは、ヒートシンクを含むサーマルヘッドに異なる角度ポジションで取り付けてもよい。
【００１５】
特定の実施形態において、温度制御アセンブリとデバイスとの間に熱インタフェース材料が設けられる。熱インタフェース材料は、熱伝導性液体またはカーボンナノチューブ材料等の高熱伝導性材料で構成される。
【００１６】
本開示の上述した特徴及びその他の特徴は、添付の図面を併用する、後述する説明及び添付の特許請求の範囲からより十分に明らかになるのであろう。これらの図面は、本開示によるいくつかの実施態様のみを示し、その範囲を限定するものと見なすべきではないと理解すると、本開示は添付の図面を用いることで、さらなる具体性及び詳細が説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来技術による熱制御アセンブリを示す概略ブロック図である。
【００１８】
【図２】図２は、典型的な実施形態による熱制御アセンブリを示す概略ブロック図である。
【００１９】
【図３】図３は、従来技術の熱制御アセンブリの熱特性を示す図である。
【００２０】
【図４】図４は、図２による熱制御システムの熱特性を示す図である。
【００２１】
【図５】図５は、一実施形態による熱制御アセンブリの熱応答性を従来技術の熱制御アセンブリの熱応答性と比較したチャートである。
【００２２】
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の別の態様による熱制御アセンブリの斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の別の態様による熱制御アセンブリの斜視図である。
【００２３】
【図７】図７は、被試験デバイス（ＤＵＴ：device under test）の温度を制御するように構成された熱制御アセンブリの側面斜視図である。
【００２４】
【図８Ａ】図８Ａは、別の実施形態による熱制御アセンブリの側断面図である。
【００２５】
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの熱制御アセンブリの斜視図である。
【００２６】
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａ及び図８Ｂの実施形態によるサーマルヘッドに取り付けられたヒータアセンブリの底面図である。
【００２７】
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａで示された位置に対して回転された、図８Ａの実施形態のヒータアセンブリを示す底面図である。
【００２８】
【図１０】図１０は、図８Ａの実施形態によるヒータアセンブリの側面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の詳細な説明を通して添付の図面を参照する。図面において、同様の符号はコンテキストが別段の指示をしない限り、通常は同様の構成要素と見なす。詳細な説明、図面及び特許請求の範囲で記載される例示的な具体例は、限定することを意味しない。本明細書で提示される発明の特徴の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の具体例を用いることが可能であり、他の変更も可能である。本開示の態様は、一般的に本明細書で説明され、図で示されるように、多種多様な異なる構成において、配置され、置換され、組み合わされ、設計されることが可能であり、明示的に考えられるその全てが、本開示の一部とされることが容易に理解されるのであろう。
【００３０】
本明細書に記載された実施形態は、概して電子デバイスの熱制御のためのシステム及び方法に関する。実施形態は半導体材料のための試験及びハンドリングシステムにおいて有利に利用できる。
【００３１】
米国特許第５８４４２０８号及び米国特許第５８２１５０５号は、ヒートシンクと被試験デバイス（ＤＵＴ）との間に電気ヒータが挿入された温度制御システムを開示しており、このシステムは、例えば、パッケージ化された半導体集積回路、ウェハまたはベアダイを含むことができる。これらの特許の開示は、参照することによりその全てが本明細書に含まれる。これらの特許で開示されたシステムにおいて、ヒートシンクは、ＤＵＴの所望の設定温度よりも低い一定の温度または設定温度付近にて一定の温度で維持される。ＤＵＴの温度を所望の設定温度まで上昇させるためにヒータを動作させる。試験中にＤＵＴの温度が自己発熱で上昇すると、ヒータがオフにされ、ＤＵＴからヒートシンクに熱が伝達する。電気ヒータは、薄い抵抗ヒータで構成することが好ましい。このようなヒータは、その温度を上昇または下降させることが可能であり、ＤＵＴの温度を設定温度付近で維持できる速度が向上するように、低い熱質量を有する。また、デバイスとヒータとの間の熱抵抗は、ヒータからヒートシンクに伝達する熱量に対して、ヒータから電子デバイスに伝達する熱量を増大させるために、できるだけ小さくすることが好ましい。この熱抵抗を小さくするために、これらの特許は、ＤＵＴと熱制御アセンブリとの間に、水または水と揮発性材料（例えば、エチレングリコール、メタノール、エタノール）の混合物等の熱インタフェース材料（ＴＩＭ：thermal interface material）を用いることを開示している。
【００３２】
図１は、米国特許第５８４４２０８号及び米国特許第５８２１５０５号で開示されたシステムによる熱制御アセンブリ１０の従来技術を概略的に示している。この例において、ヒータ素子１２は、第１の熱インタフェース材料（ＴＩＭ）１８を介してヒートシンク１６と熱的に結合される第１の上面１６を有する。温度を検知する抵抗温度検出器（ＲＴＤ：resistance temperature detector）（不図示）がヒータ素子１２と共に組み込まれている。ヒータ素子１２は、第２のＴＩＭ２２を介して熱伝導性の台座２４と接続された第２の下面２０を有する。台座とヒータ素子とは、まとまってヒータ２６を備える。
【００３３】
台座２４は、ヒータ素子及びヒートシンクへ取り付けるように構成され、電子部品またはＤＵＴ（不図示）と接触する寸法にされた下面２８を有する。台座２４は、ＤＵＴからヒートシンクに伝達する熱量を増大させるために、比較的高い熱伝導率であることが好ましい。台座を用いることは、ヒートシンクと異なるサイズのＤＵＴとの間のカスタマイズされたインタフェースを提供する。
【００３４】
例えば、米国特許第７６３９０２９号（その開示は参照することによりその全てが本明細書に含まれる）で開示されているように、（ヒータ素子及びヒートシンクを備える）台座をサーマルヘッドに取り付けるためにインターポーザ素子を用いてもよい。サーマルヘッドは、ＤＵＴが試験装置のソケット内にある間に該ＤＵＴと接触するようにサーマルユニットを下降及び上昇させるチャックまたは他の機構に取り付けられる。台座の構成、特にＤＵＴと接触する台座の面は、異なるサイズのＤＵＴを単一のタイプのサーマルユニットで使用できるように、異なるサイズ及び異なるタイプのＤＵＴと適合するように変更してもよい。
【００３５】
図１で示される熱制御システムの実施形態は、ほとんどの場合で十分に速い応答時間を有利に提供し、ダイの寸法に適合するようにカスタマイズされたインタフェースの使用を可能にするが、本発明者はこの設計に関連する特定の欠点を発見した。例えば、ヒータ素子１２とＤＵＴとの間に配置される台座２４の余分な熱質量は、試験中の応答性を低下させ、急速加熱の状態期間でＤＵＴの温度に影響を及ぼす可能性がある。さらに、図１で示した構成を用いることは、一般に較正を必要とし、特に（ＤＵＴの温度を直接検知することに基づく）直接的な温度フィードバックの代わりに、電力を受けて、または推定される温度フィードバックに基づいてデバイスの温度を制御する場合に、制御温度で利用可能な最大オフセットが低減する、ＤＵＴとヒータ素子１２との間にさらなるインタフェースを追加する。
【００３６】
図２は、第１の実施形態による熱制御アセンブリ５０を示している。この例では、台座５４の第１の側面５５がヒートシンク５６に取り付けられている。ヒートシンク５６は、所望の設定温度よりも低い温度に設定されるように構成される。ヒートシンク５６は、台座５４及び後述するアセンブリの他の構成要素よりも概ね大きな熱質量を有することが好ましい。特定の実施形態において、ヒートシンクは液体が流れるチャンバを有する。いくつかの実施形態において、液体は、概ね一定の流速でチャンバを通って流れてもよい。他の実施形態において、米国特許第７１９９５９７号に記載されているように、液体は、一定の流速と比べてヒータの電力使用量を減らすために、可変の流速でチャンバを通って流れてもよい（その全ての内容は参照することにより本明細書に含まれる）。
【００３７】
台座５４は、試験装置のソケットに嵌め合うように構成できる。台座５４は、例えば、銅、アルミニウム、ダイヤモンドまたは他の材料を含む、任意の高熱伝導体で形成されることが好ましい。オプションとして、第１の熱インタフェース材料５８は、ヒートシンク５６と台座５４との間に設けられ、それらの構成要素間の熱抵抗を低減する。この材料５８は、例えば高熱伝導率を有する熱伝導性エポキシまたはカーボンナノチューブ材料等のメカニカルなＴＩＭで構成されてもよい。台座５４の対向する側面５７は、オプションとして、第２のＴＩＭ５２を介してヒータ素子６２に取り付けられる。第２のＴＩＭ５２は、例えば高熱伝導率を有するエラストマー材料で構成されてもよい。ヒータ素子６２は、窒化アルミニウムまたは他の熱伝導性材料で形成された基板と一体化された電気抵抗ヒータ素子を有していてもよい。温度を検知するために、ヒータ素子６２と共にＲＴＤを形成してもよい。
【００３８】
オプションとして、メタライズ層６４をヒータ素子６２の表面に用いて、ＤＵＴと接触するように構成された接触面を形成する。メタライズ層６４は、例えば、ヒータ素子上にメッキされたニッケルの層を有していてもよい。メタライズ層６４は、ＤＵＴの表面と接触する。メタライズ６４は、熱制御アセンブリをベアダイのようなデバイスで用いるときに、クラックまたはチッピングを回避するように選択することが好ましい。また、メタライズ層６４の寸法は、ＤＵＴの表面寸法と対応するように選択すればよく、それにより大きさが均一なヒータ素子の使用を可能にする。
【００３９】
特定の実施形態において、ヒータ素子６２の表面は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）上にタングステン（Ｗ）を同時焼成するか、またはＡｌＮまたは他の材料上に金属をスパッタリングし、次いでニッケル（Ｎｉ）をめっきすることでメタライズできる。例えば、Ｎｉの層を約２００μｍの厚さでメッキし、次いで、ＤＵＴの特定の面と適合するように機械でトリミングしてもよい。例えば、メタライズ層は、クラッキングの影響をより受けやすい部分（例えば、デバイスの角）を除いて、デバイスの平面と接触するように形成してもよい。
【００４０】
オプションとして、台座及びヒータ素子は、後述するように特定の電子部品との使用に適合するキット（破線で示す）の一部を有していてもよい。
【００４１】
オプションとして、ＤＵＴとアセンブリ間の熱抵抗をさらに低減するために、ＤＵＴの表面と熱制御アセンブリとの間に追加のＴＩＭ（不図示）を用いてもよい。熱インタフェース材料は、熱伝導性液体またはカーボンナノチューブ材料等の高熱伝導性材料を含む。
【００４２】
ヒータ素子６２とＤＵＴとの間には台座が挿入されていないため、図１の構成のように、台座が低い熱質量であることは、それほど重要ではない。ヒータ素子とＤＵＴとの間の熱流路における台座を除去することは、応答性を著しく改善する。
【００４３】
図３は、図１のアセンブリによる制御システムの概略図である。このシステムでは、ＤＵＴの動作（例えば、試験）中に電力Ｐｄが供給される。また、ＤＵＴとヒートシンクとの間に配置されたヒータにも電力Ｐｈが供給される。この例では、台座がヒータとＤＵＴとの間に配置される。（周囲温度Ｔａの）ＤＵＴの周囲環境とＤＵＴとの間の熱抵抗はθｄａである。ＤＵＴと台座との間の熱抵抗はθｄｐであり、台座とヒータとの間の熱抵抗はθｈｐである。さらに、ヒータとヒートシンクとの間の熱抵抗はθｈｓであり、ヒートシンクとヒートシンク内を流れる（温度Ｔｆの）冷却流体との間の熱抵抗はθｓｆである。
【００４４】
図４は、図２のアセンブリによる制御システムの概略図である。このシステムでは、図３と比べてヒータとＤＵＴとの間の台座に関連する熱抵抗θｈｐがもはや存在しない。さらに、ヒータとＤＵＴとの間には、台座の熱質量がもはや無い。したがって、台座とそれに関連する熱抵抗θｈｐを介して熱を伝達する必要がないため、ＤＵＴの電力の変化に起因する温度変動が低減される。このことは、アセンブリの応答性を著しく改善する。さらに、図１及び図３のアセンリでは台座の熱質量を低減することが重要であるが、台座とヒータとの間の（図４における）熱抵抗θｈｐを最適化することで、台座の影響を最小限に抑制できる。具体的には、熱抵抗θｈｐが小さすぎると、ヒータが台座と事実上結合してヒータ電力の変化に対するＤＵＴ温度の応答性が低下する。一方、熱抵抗θｈｐが大きすぎると、ＤＵＴからヒートシンクに対する熱の移動が困難になる。熱抵抗θｈｐは、主としてヒータと台座との間に配置されたＴＩＭに関連する。したがって、熱抵抗θｈｐは、例えばヒータ素子と台座との間の、特にＴＩＭ５２を選択することで容易に制御できる。
【００４５】
図２及び図４のアセンブリにおいて、台座５４とヒートシンク５６との間のＴＩＭ５８に関連する熱抵抗θｓｐは、ＤＵＴからヒートシンク５６に対する熱の移動を最適化するためにできるだけ小さいことが好ましい。ＴＩＭ５８は、高熱伝導性エラストマー、カーボンナノチューブ材料または他の材料で構成すればよい。
【００４６】
図５は、モデリングデータを用いて生成した、図１のアセンブリと図２のアセンブリ間で推定される応答性の改善を示すグラフである。この例では、ＤＵＴの電力ＰｄがＣで示される。図１及び図３のアセンブリ１０を用いたＤＵＴの温度ＴｄはＡで示され、図２及び図４のアセンブリ５０を用いたＤＵＴの温度ＴｄはＢで示される。この例では、ＤＵＴの所望の設定温度Ｔｓｐが８５℃である。図２及び図４の熱制御アセンブリ５０を用いたＢで示されるＤＵＴの温度と比べて、Ａで示されるように図１及び図３の熱制御システムを用いた時間２１０秒における所望の設定温度Ｔｓｐで著しい「オーバーシュート」がある。具体的には、時間２１０秒にてＤＵＴに関する電力が増大すると、図１及び図３のアセンブリ１０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄが約１２５℃に到達する。一方、図２及び図４のアセンブリ５０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄは約１１５℃であり、従来技術のアセンブリに対して約１０℃の改良を示している。
【００４７】
さらに、ＤＵＴ温度が設定温度Ｔｓｐに戻るまでの時間は、図１及び図３のアセンブリ１０と比べて、図２及び図４の熱制御アセンブリ５０を用いることで約７０％短縮される。具体的には、図５の例において、図２及び図４のアセンブリ５０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄは５秒未満で設定温度に戻るが、図１及び図３のアセンブリ１０を用いたＤＵＴの温度はＤＵＴに電力を供給した後に約１５秒かかる。
【００４８】
図５は、ＤＵＴに電力が供給されなくなった時の応答性の改善もまた示している。具体的には、この例で示すように、図２及び図４のアセンブリ５０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄは、ＤＵＴの電力Ｐｄが時間２４５秒で低下した後、約６５℃に低下するだけであるが、図１及び図３のアセンブリ１０を用いるＤＵＴの温度Ｔｄは５０℃未満に低下する。さらに、図２及び図４のアセンブリ５０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄは、図１及び図３のアセンブリ１０を用いたＤＵＴの温度Ｔｄ（約Ｔ＝２５０秒からＴ＝２６０秒までで約９０℃まで上昇する）と比べて、設定温度Ｔｓｐでオーバーシュートしない。図５で示す応答は、ＤＵＴに対する３００Ｗの電力ステップに関するものであることに留意されたい。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂは、別の実施形態による熱制御アセンブリ１００を示している。図で示すように、本アセンブリの底面は、ヒータ１０４に組み込まれる、ヒータ素子を覆って形成された上述したメタライズ層を有する。メタライズ層は、直接的に、またはアセンブリとＤＵＴとの間の熱伝導率を増大させるために選択された追加の熱インタフェース材料と共に、ＤＵＴ（不図示）と接触するように構成される。ヒータ素子は、電気コネクタ１０２ａ及び１０２ｂを通して電力を受け取る。ヒータ素子は、取り外し可能なサブアセンブリを形成するために、上述したＴＩＭ（例えば、エラストマーまたは半粘着性熱伝導性材料）を介して台座に取り付けられることが好ましい。ヒータ素子及び台座サブアセンブリは、ヒータ表面がＤＵＴと接続するように延在する凹部１１０を有するリテーナ部材１０８を用いて、ヒートシンクに着脱自在に取り付け可能である。
【００５０】
第２のメカニカルなＴＩＭ材料は、サブアセンブリ（具体的には、台座の上面）とヒートシンクの底面との間に設けることが好ましい。上述したように、この第２のＴＩＭ材料は、カーボンナノチューブ材料または熱伝導性エポキシで構成すればよい。この例において、リテーナ部材１０８は、台座を取り付けるためのファスナを挿入できる開口１１２を有する。この例におけるリテーナ部材１０８は、ｘ−ｙ方向（ｘ−ｙはＤＵＴの表面と概ね平行な面）への移動を回避するが、アセンブリがＤＵＴと接触するときにＤＵＴの表面に加わる力が低減するように、ｚ方向（ＤＵＴの表面と垂直）へ多少の移動が可能に構成される。
【００５１】
他の実施形態において、ヒータ素子への電気的接続は、図６Ａ及び図６Ｂで示すように、配線の代わりにクランプで形成してもよい。
【００５２】
図７は、ＤＵＴに適合する、図２、図６Ａ及び図６Ｂで示した熱制御アセンブリ１２０を示す側面斜視図である。アセンブリ１２０は、ヒータ素子及び台座を含むサブアセンブリが取り付けられたヒートシンクを備える、サーマルヘッド１２２を含む。ヒータの底面はＤＵＴと接触する。アセンブリ全体は、試験ソケット内のＤＵＴに適合するｚ方向に移動可能である。
【００５３】
上述した改善された熱応答性に加えて、本発明の実施形態は、ヒートシンクを含むサーマルヘッドに容易に取り付けることができる、または容易に取り外すことができる、台座及びヒータ素子を含むサブアセンブリを有することができる。これにより、異なるサイズのサブアセンブリを同じサーマルヘッドで使用できる。サブアセンブリは、異なるサイズのＤＵＴ及び試験ソケットと共に用いられるキットとして提供できる。
【００５４】
動作中、ＤＵＴは、当該技術分野で周知の技術によってデバイスに電力を供給できる試験ソケット内に配置される。図２で示したような熱制御アセンブリは、デバイスの表面と接触するようにｚ方向に移動する。デバイスの温度は、米国特許第５８４４２０８号で開示されているような、当該技術分野で知られた技術によって判定または検知される。アセンブリ内のヒートシンクは、例えばヒートシンクを通過して液体を流すことで、設定温度よりも低い温度で維持される。デバイスの温度が設定温度よりも低いと判定されると、ヒータに電力が供給されてデバイスの温度を設定温度まで、または概ね設定温度付近まで上昇させる。デバイスの温度が設定温度よりも高いと判定されると、ヒータの電力は、デバイスが設定温度に到達するまで、または設定温度に近づくまでヒータ及び台座を介してヒートシンクに熱が伝達するように低減される。
【００５５】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０は、台座及びヒータ素子を含むヒータアセンブリ２７６がサーマルヘッド２５５に取り外し可能に取り付けられる、熱制御アセンブリ２５０の別の実施形態を示している。この実施形態の１つの特徴は、サーマルヘッド２５５に取り付けられているときに、ヒータアセンブリ２７６の相対位置を回転可能にすることである。この特徴は、異なるサイズのＤＵＴとの熱接触を容易にするために、ヒータ表面の位置を調整する際に、さらなる柔軟性を提供する。
【００５６】
図８Ａ及び図８Ｂで示すように、この例ではサーマルヘッド２５５がヒートシンク２７２を備える。流体は、流体注入口２８４ａ及び流体排出口２８４ｂを介してヒートシンクを通って循環される。ヒータアセンブリ２７６は、ＤＵＴとヒートシンク２７２との間で熱を伝達する熱経路が確立するように、直接または上述したメタライズ層を介してＤＵＴと接触するように構成されたヒータ素子の下面２７８を含む。
【００５７】
この特定の例において、ヒータアセンブリ２７６は、デバイス（例えば、ＤＵＴ）を保持するソケットに該アセンブリを位置合わせするための位置決めピン２８２を含む。また、ヒータアセンブリ２７６は、吸入スルーホール２８６とすることで真空ピックアップを提供できる、孔を下面２７８に含む。
【００５８】
図９Ａ、図９Ｂ及び図１０で示すように、ヒータアセンブリ２７６は取り付け部２９０を含み、この取り付け部は一対の取り付けネジ２８０ａ及び２８０ｂを挿入できる、サーマルヘッド２５５に予め開けられた孔を有する。この例では、取り付け部２９０が、ヒータ素子が形成された台座の一部を形成している。
【００５９】
図９Ａ及び９Ｂで示すように、ヒータアセンブリ２７６はサーマルヘッド２５５上に異なる角度ポジションで取り付けることができる。例えば、図９Ａで示すヒータアセンブリ２７６は、図９Ｂで示すように４５°回転させてもよい。この例において、これは、サーマルヘッド２５５に対するヒータアセンブリ２７６の角度ポジションを調整できるように、サーマルヘッド２５５（不図示）に少なくとも２対の予め開けられた孔を設けることで達成される。このようにして、ＤＵＴに対するヒータ素子の表面位置を容易に調整して、異なる用途に関する熱伝導を改善できる。この例では、２つの角度ポジションのみ示されているが、例えばサーマルヘッドの対応する表面に予め開けられた追加の取り付け孔を設けることで、追加のポジションを設けることができることを理解されたい。
【００６０】
本明細書で使用する「約」及び「およそ」という用語は、温度の値に適用する場合、通常、±１０℃程度を意味する。
【００６１】
様々な実施形態を説明するために本明細書で使用する「例」という用語は、前記の実施形態が可能な例、表現及び／または例示を示すように意図していることに留意されたい（前記の用語は実施形態が必ずしも特殊な例または最上級の例を意味することを意図していない）。
【００６２】
上述した実施形態は、試験中の電子デバイスの熱制御に特に適しているが、当業者であれば、他の実施形態を、他の用途における他のデバイスの熱制御に適合させることができる。
【００６３】
様々な典型的な実施形態の構成及び配置は、具体例にすぎないことに留意することが重要である。本開示では少数の実施形態のみが詳細に説明されているが、本明細書で説明する特徴の新しい教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更（例えば、様々な構成要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率の変更、パラメータの値、取り付け配置、材料、色、向き等の使用）が可能であることを、本開示を考察する当業者は容易に理解するのであろう。さらに、当業者には理解されるように、本明細書で開示された一実施形態の特徴は、本明細書で開示された他の実施形態の特徴と組み合わせてもよいことを理解されたい。本出願の範囲から逸脱することなく、様々な典型的な実施形態の設計、動作条件及び配置において、他への置き換え、修正、変更及び省略を行うことも可能である。
【００６４】
本明細書には多くの具体的な実施の詳細を含むが、これらは任意の実施形態またはクレームされた何かの限定として解釈されるべきではなく、特定の実施形態の特定の実施に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。個別の実施のコンテキストにおける本明細書に記載された特定の機能は、単一の実施を組み合わせて実施してもよい。逆に、単一の実施のコンテキストにおいて記載された様々な特徴は、複数の実施で別々に、または任意の適切なサブコンビネーションで実施することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上記で説明されてもよく、そのため当初はクレームされてもよいが、クレームされた組み合わせの１つまたは複数の特徴は、場合によっては組み合わせから削除してもよく、クレームされた組み合わせはサブコンビネーションまたはサブコンビネーションの変形を対象にしてもよい。
【図１】
2021530686.tif 000003
【図２】
2021530686.tif 000004
【図３】
2021530686.tif 000005
【図４】
2021530686.tif 000006
【図５】
2021530686.tif 000007
【図６Ａ】
2021530686.tif 000008
【図６Ｂ】
2021530686.tif 000009
【図７】
2021530686.tif 000010
【図８Ａ】
2021530686.tif 000011
【図８Ｂ】
2021530686.tif 000012
【図９Ａ−９Ｂ】
2021530686.tif 000013
【図１０】
2021530686.tif 000014
【国際調査報告】
2021530686.tif 000015
2021530686.tif 000016
2021530686.tif 000017