(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイス（４）を担持し、熱的に状態調節するために使用されるトレイ（８）であって、
空間を画定するフレームと；
上記空間内に形成され、それぞれが中央部分を有する複数の実質上矩形のポケットを画定する網状のリブと；
各ポケットの上記中央部分に形成され、上記複数の半導体デバイスの１つを支持する平坦なベースと；
を有し、上記網状のリブが第１の複数のリブ（１１、１４、１５、２９、３１）と、第２の複数のリブとを含み、上記第１の複数の各リブが上記第２の複数の上記リブに対して実質上直交しているようなトレイにおいて、
上記第１の複数の各リブ（１１、１４、１５、２９、３１）が上記第２の複数の上記リブの上方へ特定の高さだけ延び、もって、流体（９）が上記トレイ上で上記第１の複数のリブ（１１、１４、１５、２９、３１）に対し直交して流れるときに、上記トレイ及び上記半導体デバイスへの又は上記トレイ及び上記半導体デバイスからの対流熱伝達を向上させるようにしたことを特徴とするトレイ。
【請求項２】
上記フレームが上縁を有し、上記特定の高さが上記フレームの上記上縁よりも上方であることを特徴とする請求項１に記載のトレイ。
【請求項３】
第３の複数のリブ（１３、３０、３２）を更に有し、上記第３の複数の上記リブ（１３、３０、３２）が上記ベースの面に直交して下方へ延び、上記第１の複数の上記リブに平行に延びることを特徴とする請求項１に記載のトレイ。
【請求項４】
上記フレームが更に下縁を有し、各下方に延びるリブが上記フレームの上記下縁を越えて延びることを特徴とする請求項３に記載のトレイ。
【請求項５】
上記第１の複数のリブ及び上記第３の複数のリブが食い違いに配置され、もって、上記第１の複数の各リブの下方に空洞を形成することを特徴とする請求項４に記載のトレイ。
【請求項６】
各空洞が別のトレイの上記第１の複数の上記リブの１つを受け入れ、トレイの積載を可能にすることを特徴とする請求項５に記載のトレイ。
【請求項７】
各ベースがテスト中の対応する支持されたデバイスの底表面を露出させるためのカットアウト部を有することを特徴とする請求項３に記載のトレイ。
【請求項８】
上記第１の複数の各リブ及び上記第３の複数の各リブが三角形の形状を有することを特徴とする請求項３に記載のトレイ。
【請求項９】
上記第１の複数の各リブ及び上記第３の複数の各リブが丸い形状を有することを特徴とする請求項３に記載のトレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は集積回路（ＩＣ）の如き半導体デバイス、及び、半導体デバイスを収納し、処理し、搬送するために使用されるキャリヤに関し、特にデバイス及びキャリヤへの熱伝達を向上させる、デバイス及びキャリヤの特徴的構成に関する。
【０００２】
半導体チップがパッケージ化された後でさえ、半導体チップは続いて種々異なる製造プロセス及びテストを受け、これらの多くは２０ないし３０℃の典型的な室温よりも高いか又は低い温度で行われる。このような後処理のプロセスの例は、テスト実行者が熱的に状態調節されたデバイス（即ち、所望の一層高い又は一層低い温度でのデバイス）のトレイをテスターへ提供するような温度テスト、及び、デバイスのトレイが熱室内で積載され、同様の極限温度で長時間のテストを受けるような焼入れテストを含むが、これらのテストに限定されない。これらのプロセスに対して、製造者は半導体デバイスのコストを減少させるために一層大なるスループット性能及び一層小さな機械サイズを要求する。
【０００３】
このような後処理装置のスループットはしばしば、デバイスを所望の設定点温度にするのに必要な時間（時として、「均熱時間」と呼ばれる）により左右される。スループットは、デバイスを設定点温度にする熱的状態調節（コンディショニング）室のサイズを増大させて、その室が一層多くのデバイスを同時に保持できるようにすることにより、改善することができる。しかし、このような処理に使用される機械のサイズは熱的状態調節室のサイズにより大いに影響を受ける。半導体処理設備の資本コストが高いため、低いスループットは極めて望ましくない。また、半導体処理施設の床面積の維持コストが高いため、処理機械のサイズの増大も望ましくない。従って、処理機械のサイズを大幅に増大させずに均熱時間を安価かつ有効に減少させるための大なる経済的な動機がある。
【０００４】
半導体デバイスを所望の設定点にする１つの方法は、強制対流熱伝達によるものである。一連の離間したトレイ内に位置するデバイスを横切って流体（普通は空気）を吹き付ける。均熱時間は、流れが層流か乱流かによって主として左右されることを認識している。乱流に対しては、通路の表面特性（この場合、トレイ及びデバイス）はデバイス及びトレイへの熱伝達にかなりの影響を及ぼす。ここで説明するように、従来技術では、トレイ及びこれらのトレイ上のデバイスに対する対流熱伝達を増大、最適化又は最大化させるための表面特徴を利用するトレイ又はデバイスパッケージを考慮していない。
【０００５】
集積回路のための熱伝達向上の要求は、他の応用、すなわち、デバイスを設置する製品又は応用においても存在する。これらの例においては、熱伝達向上要素を備えた集積回路を設計すること又は付加的な熱伝達向上要素を伴って集積回路を実際の応用に供することがしばしば必要となる。この目的は、使用時にある周囲条件の下で多量の熱を発生するこれらの集積回路を冷却する手段を提供することである。これに関し、多くの従来技術は集積回路に直接取り付けられた熱伝達フィンに集中している。これらのフィン即ち吸熱源は熱伝達表面積を実質上増大させることによりデバイスからの伝導熱伝達を向上させる。他の従来技術は１９８２年発行のスパロウ等(Sparrow et al) による研究成果であるInt. J. Heat Mass Transferの「電子設備内で遭遇する矩形モジュールの列の熱伝達及び圧力降下特性」(Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Arrays of Rectangular Modules Encountered in Electronic Equipment)第２５巻、第７番（第９６１−９７３頁）を含む。この文献は、リブの下流側に位置するデバイスからの熱伝達を改善するために表面装着集積回路を有するコンピュータボード上でのリブの使用を示している。
【０００６】
デバイスキャリヤは多くの異なる具体例として従来から存在する。最も幅広く容認された具体例はＪＥＤＥＣ（合同電子デバイス技術評議会）により定義されたものである。製造者がデバイスを位置決めし、保持する別の又は追加的な特性を特定できるようなかなりの許容量(leeway)が提供される。従来技術はＪＥＤＥＣ規格の又は包括的なキャリヤに組み込むことのできるトレイデザイン及び特徴的デザインについての特許を含む。このような従来技術の例は次の特許において見られる。
【０００７】
米国特許第５，１０３，９７６号（１９９２年）。これは半導体チップを配置できるポケットを形成するクロスリブを備えたトレイデザインを開示している。ポケット領域の内側の追加的なリブがピングリッド列（ＰＧＡ）の半導体集積回路を支持し、位置決めする。
【０００８】
米国特許第５，２０３，４５２号（１９９３年）。これは外側のフレームから延びる垂直壁により画定されたポケットを備えたトレイデザインを開示している。
【０００９】
米国特許第５，２６３，５８３号（１９９３年）。これはプラスチック製のリード線付きチップキャリヤ（ＰＬＣＣ）集積回路を搬送するためのトレイデザインを開示している。垂直の構造壁がトレイ内のデバイスの頂表面よりも上方又は頂表面に等しい高さだけ直立している。
【００１０】
米国特許第５，３３５，７７１号（１９９４年）。これはＰＧＡ要素を収容するためのトレイに関するトレイスペーサを開示している。このトレイはポケットを画定し、リブ間で下方からＰＧＡ集積回路を支持するリブ又は壁を有する。
【００１１】
米国特許第５，４００，９０４号（１９９５年）。これはボールグリッド列（ＢＧＡ）集積回路を保持するトレイデザインを開示している。支持構造体即ちリブがチップを決めた位置で拘束することが述べられている。
【００１２】
米国特許第５，４１８，６９２号（１９９５年）。これは半導体デバイスのためのトレイを開示している。ポケットは、上下に積載されたトレイを支持するためにも役立つ垂直リブにより画定される。ポケットの下方で短い距離だけ延びるリブは下方に積載されたトレイのデバイスを位置決めし、拘束する機能を果たす。これらのリブは担持されているデバイスの上表面よりも丈が高いものとして述べられている。
【００１３】
米国特許第５，４８１，４３８号（１９９６年）。これは上記米国特許第５，４１８，６９２号に類似している。
米国特許第５，５５１，５７２号（１９９６年）。これはＢＧＡ集積回路のためのトレイを開示している。四隅上に形成されたリブを追加の下向きに延びるリブと組み合わせ、次の下方のトレイの頂部におけるリブ開口の空間に嵌合させる。
【００１４】
キャリヤ即ちトレイの他の従来技術は種々の機械を通してデバイスを処理する手段を提供する包括的な具体例を含む。熱処理のためのキャリヤの要求に特に関連する例は次の特許を含む。
【００１５】
米国特許第４，６９５，７０７号（１９８７年）。これは主として半導体集積回路を焼入れ又は熟成するための加熱オーブンを開示している。この設備のためのトレイの詳細及びデザインが開示されているが、トレイ内にデバイスを配置し、位置決めする特徴に関してである。
【００１６】
米国特許第４，９２６，１１８号（１９９０年）。これは後述の米国特許第５，１３１，５３５号と同様のトレイを使用し、すべての後処理プロセスに使用できるテストステーションを開示している。
【００１７】
米国特許第５，１３１，５３５号（１９９２年）。これは任意の後処理プロセスのためのトレイデザインを開示している。トレイ内にデバイスを配置し、位置決めする構成の詳細及びデザインが開示されている。
【００１８】
米国特許第５，１８０，９７４号（１９９３年）。これは半導体集積回路をテストし、マーキングし、検査し、搬送するために使用されるトレイデザインを開示している。トレイ内にデバイスを配置し、位置決めする構成の詳細及びデザインが開示されている。
【００１９】
米国特許第５，１８４，０６８号（１９９３年）。これは、デバイスが消費者に特定のトレーからハンドラー(handler) 用トレイへ移送され、次いで均熱室及び除熱(de-soak) 室を通して運ばれるようなハンドラーを開示している。トレイが均熱室及び除熱室を通してデバイスを運ぶ以外は、このトレイの詳細は開示されていない。
【００２０】
米国特許第５，２９０，１３４号（１９９４年）。これはハンドラー内のデバイスを処理するために特殊なトレイを使用する摘出及び配置装置を開示している。位置決め及び保持の特徴に関するトレイの詳細のみが開示されている。
【００２１】
米国特許第５，３１３，１５６号（１９９４年）。これは半導体集積回路を自動的に取り扱う装置を開示しており、この装置においては、デバイスは消費者に特定のトレーからハンドラー用トレイへ移送され、次いで均熱室及び除熱室を通して運ばれる。トレイが均熱室及び除熱室を通してデバイスを運ぶ以外は、このトレイデザインの詳細は開示されていない。
【００２２】
事実、熱的状態調節装置のためのトレイデザインが進歩した主題である乱流熱伝達の物理学を基本的には認識しておらず、従って、半導体製造機械の性能を大幅に増大させることのできる詳細のための機会を失ったことが判明した。
【００２３】
半導体パッケージの熱伝達特性に関する従来技術はデバイスパッケージ上に外から装着され又はデバイスパッケージに一体的にモールド成形したフィンデザイン又は熱伝達板を包含する。この目的は、増大した表面積を通る熱伝導を向上させることにより、作動時にデバイスを冷却する手段を提供することである。一方、大半のデバイスは作動に当りフィン又は熱伝達向上のための特徴を必要としないが、それでも、フィンはデバイス自体を製造する補助として望ましい。意図が製造上の理由のみである場合は、デバイスへのフィンの一体化は実現が困難である。その理由は、典型的に大きさを必要とするフィンのサイズが多くの製造機械でのチップの処理を不能にしてしまうからである。更に、取り付けられた又は突出したフィンによるサイズの大幅な増大が、多くの空間制約応用における使用に対して重大な欠点となる。しかし、熱的状態調節する必要がある場合は、熱伝達向上のための特徴は集積回路の製造の速度を速め、そのコストを減少させるために望ましい。また、フィン以外の一層安価でコンパクトで有効な熱伝達向上のための特徴も、作動時に冷却を必要とする集積回路にとって望ましい。
【００２４】
典型的な例として、半導体パッケージと一体的にモールド成形された熱伝達向上フィンを開示した米国特許第５，１５５，５７９号明細書における従来技術を考察する。開示された１つの目的は、デバイスが意図した応用又は製品において作動しているときに、パッケージを通してチップから熱を除去する一層有効な手段を提供することである。フィンはパッケージの表面から延びる幾何学的な実在物として開示されている。この発明は本発明に関連しない。フィンの使用を扱っているからである。その物理学及び利点は、乱流熱伝達向上又は誘起的特徴であるここで述べるような表面的特徴の利点とは極めて異なる。
【００２５】
発明の概要
上述の背景に鑑み、本発明の目的は、設備のサイズを大幅に増大させることなく、均熱室を備えた半導体処理設備のスループットを増大させることである。  また、目的は、製造プロセスにおいて熱的状態調節を必要とするデバイスの均熱時間を減少させることである。
【００２６】
本発明の更なる目的は、半導体集積回路を設定点温度にするのに必要な時間を減少させることにより、全体の必要な均熱室のサイズを減少させることである。
本発明の更なる目的は、普通の搬送又は取り扱いの目的のための同様のトレイを上下に積載する能力を維持した状態で、トレイ及びデバイスの特徴を利用することにより、熱伝達を向上させることである。
【００２７】
本発明の更なる目的は、全体のパッケージをコンパクトに保ち、摘出及び配置操作（そのいくつかは、例えばカップを使用する）によりデバイスを個々に取り扱える能力を維持した状態で、デバイスパッケージの表面自体上に熱伝達向上のための特徴を含ませることである。
【００２８】
上述及び他の目的は、空気の如き熱伝達流体をトレイ又はカード間で流通させるように、離間したトレイ内に収納された集積回路又は離間したコンピュータカード上に装着された集積回路に対する熱伝達を向上させることにより、達成される。開示されている本発明は、周囲の流れに曝されている集積回路又はトレイの表面に表面幾何学特徴を追加することにより、この熱伝達向上を提供する。これらの表面特徴は、コア（即ち、流れチャンネルの中心領域）内の流体と表面に近い流体との間で一層大なる混合を生じさせることにより、及びコアと表面との間で発生する可能性のある熱伝達減少をもたらす流れ領域を崩壊させることにより、乱流内での熱伝達を向上させる。
【００２９】
好ましい実施の形態においては、各集積回路を位置決めする前に、注意深くサイズ決めしたリブをトレイの頂表面に追加することにより及び（又は）同様のリブをトレイの下側に追加することにより及び（又は）リブを半導体パッケージの表面に追加することにより及び（又は）粗面を半導体パッケージに付加することにより及び（又は）半導体集積回路を支持するために使用することのあるトレイの下側表面に粗さを付加することにより、熱伝達が乱流の下に向上される。
更に別の目的及び利点は次の説明及び図面の考察から明らかとなろう。
【００３０】
好ましい実施の形態の説明
図１の伝統的なＪＥＤＥＣ規格のキャリヤ／トレイを参照すると、デバイストレイ２は、フレーム１、及び、ある型式のデバイス４を収納するポケット３を画定する網状のリブ２により特徴づけられる。トレイの長手方向端部でフレーム１及びタブ６内にモールド成形された４つの溝穴５がこれらのＪＥＤＥＣ規格のトレイを更に特徴づける。フレーム１はまた、同様のトレイの積載を可能にする段構造７を有する。包括的なリブ２及びポケット３の底部を画定するベースは、デバイスを保護し支持するために必要な最小量の構造的な剛性を提供する。
【００３１】
本発明は４つの異なる方法での以下の実施の形態として述べられ、これらの方法のうちの２つにおいては、トレイの如き集積回路（ＩＣ）キャリヤに適用され、残りの方法では、ＩＣパッケージに適用される。図１を参照すると、本発明は、デバイス４を担持するポケット３を画定する伝統的な目的をも果たすことのできるトレイリブ２の特定の構造及び使用として最初に述べられる。本発明におけるようなリブ２の特定の構造及び使用は、トレイ及びデバイスに対する大幅な熱伝達向上を達成できる。第２に、本発明は、キャリヤの露出表面の異なる実施の形態として、詳細にはデザイン-イン された粗面化として述べられる。第３に、本発明は、集積回路パッケージの露出表面上のリブとして述べられる。最後に、本発明は、集積回路パッケージの露出表面の更なる実施の形態として、詳細にはデザイン-イン された粗面化として述べられる。
【００３２】
強制対流によるトレイ内のデバイスの熱的状態調節は、トレイ上又はトレイに対してある流体（好ましくは空気）を吹き付けることにより達成できる。好ましい手段は、空気流９を受ける一連の多数の離間したトレイを潜在的に形成する２つの半占有トレイを示す図２に図示される。これら２つのトレイは離れており、トレイ間の空間１０が通路を形成する。ここで、本発明は集積回路４の頂表面１２の上方の特定の高さへ延びる特殊なリブ１１を含む。
【００３３】
集積回路４の頂表面の上方でのリブ１１の最適な高さは多数の因子に依存する。リブを一層高くすると、集積回路への熱伝達が増大する。従って、一層高いリブは一層厚い部品に対して要求される。しかし、リブが高過ぎると、部品上の空気流が絞られ、熱伝達が減少する。リブが高過ぎるようになる地点は部品上へ空気を送るブロワにより提供される空気流の分量に大いに依存する。好ましい実施の形態においては、リブ１１は部品の頂表面にわたって１ｍｍ以上１０ｍｍ以下延びる。一層好ましい範囲は２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。規模としては、これらの寸法は３１５ｍｍ×１３５．９ｍｍの全体寸法及び約７．６２ｍｍの厚さを有する標準のＪＥＤＥＣトレイと同様のサイズのトレイに対して適する。しかし、一層大なる厚さのトレイも可能である。
【００３４】
図３はＪＥＤＥＣ型式のトレイ８上の本発明の別の実施の形態を示し、この実施の形態においては、幾何学形状及び機能において頂表面リブ１１と同様の一連のリブ１３が下方でパターン化されている。上述した意図する目的にとって好ましいリブ１１、１３の方位は流体流れの方向に直交している。大半の応用において、流体流れの方位はトレイの長手方向又は横断方向である。
【００３５】
図４はトレイ８の横断方向において適用されたリブ１４としての本発明を示す。矢印９はリブ１４に直交する流れの方向を示す。
図５において、本発明はトレイ８の長手方向に向いたリブ１５として適用される。この向き即ち方位は図４のものよりも一層有利になることがある。その理由は、横断方向への流れのための距離が一層短くなり、これがトレイを横切る流れの全体の温度変化を小さく維持するのに最も有効となるからである。キャリヤ上のリブとしての本発明の任意の実施の形態の正確なレイアウト及び幾何学的なサイズはキャリヤ及びデバイスに対する熱伝達の向上に強い影響を与える。
【００３６】
図６を参照すると、リブが如何に熱伝達を向上させるかの説明を理解するのに必要なトレイ８の横断面図を示す。乱流は混合のプロセスにより特徴づけられ、熱伝達の効率はこの乱流即ち混合の量の関数となる。境界内に含まれる流れの物理的性質のため、混合の度合いは典型的には中心において最大であり、周辺に向かうにつれて一層小さくなる。それ故、頂表面リブ１１を備えた本発明はデバイス４の露出した表面に近い流体と隣接するトレイ８間の流れ通路の中心における流体との間の混合を向上させることを主眼におく。この向上した混合の結果、対流熱伝達が増大する。デバイス４の露出した表面１６からリブ１１の表面の頂部までの相対距離１７及びリブ間のピッチ即ち距離は、熱伝達向上の度合いにもなる混合の向上の量に直接強い影響を与えるデザイン変数である。
【００３７】
更に図６を参照すると、底表面リブ１３はまた、同様の方法で熱伝達を向上させる機能を果たす。しかし、上述のように、露出した表面がトレイポケット３の下側１９なので、熱伝達向上はトレイに対するものとなる。その結果、デバイスに対する付加的な熱伝達はトレイを通しての熱伝導により行われることとなる。トレイがデバイスと直接接触しているからである。ポケットのベースにカットアウト部を設けることにより、底表面リブ１３がデバイスへの対流熱伝達を直接向上させるように、図示の実施の形態を変更することができることを理解すべきである。
【００３８】
この様式で熱的に状態調節されるデバイスの熱応答時間は、１９８４年１１月発行のハン・ジェイ・シー(Han, J.C.) 著によるＡＳＭＥの会報第１０６巻「２つの対向するリブで粗面にされた壁を備えたチャンネル内の熱伝達及び摩擦」(Heat Transfer and Friction in Channels With Two Opposite Rib-Roughened Walls)（第７７４−７８１頁）から導き出される方法を使用して分析的に見積もることができることが、本発明者により実験的に判明した。例として、それぞれが２．５ｃｍのピッチでの５ｍｍのリブを頂部及び下部に備え、２．４ｃｍ離間した２つのトレイを考察する。典型的な薄いパッケージ化された集積回路の予測された及び実験による熱応答の結果を図７に示す。計算はトレイ間の２５．５立方フィートの実験による流量及び９５１０のレイノルズ数に基づく。レイノルズ数は流れの粘性力に対する慣性力の比であり、流れ系の表示を与える。例えば、２３００以上のレイノルズ数を有する層流、遷移流又は乱流のチャンネル流れはほぼ乱流を維持することができる。従って、好ましい実施の形態においては、レイノルズ数は好ましくは２３００以上である。ある実施の形態においては、レイノルズ数は５０００以上であり、ある実施の形態については１０，０００以上とすることができる。
【００３９】
熱伝達向上のための表面的特徴の結果、圧力降下が部分的に生じるが、このような圧力降下は一般にこのようなリブの応用をなお保証するのに十分なほど小さい。図８は対応する装置の性能曲線を示し、考察している２つのトレイにより形成される通路の長さを横切る圧力降下対流量を示す。プロットされた範囲に対応するレイノルズ数は２５００から１０，０００までであり、十分な乱流を示す。このデザインにおいては、ブロワの性能曲線は上述の性能曲線上に重なり、ブロワの曲線と装置の曲線との交点である動作点を決定する。実践の場合は、ダクト及びフィルタからの如き他の圧力損失を考慮し、この損失を装置の性能曲線の計算に含ませなければならない。
【００４０】
先の図面における実施の形態はトレイのフレームの上限及び下限を越えて延びるリブとして本発明を示す。この余分な延長は本発明のあらゆる実施の形態において採用しなくてもよい。その理由は、この延長がフレームの全体の高さに依存するからである。しかし、これら２つの実施の形態は、トレイを互いに上下に重ねる必要がある場合に、リブの高さの可能な制限を示す。
【００４１】
図９を参照すると、画定された外側フレーム即ちトレイの輪郭の上方又は下方へ突出するこのようなリブは、上方及び下方のリブ１１、１３をそれぞれ食い違い（互い違い）にさせ、頂部のリブ１１の下方に空洞２０を形成することにより、調節される。この空洞はトレイの頂部のリブ１１を下方に取り付けることを可能にする。一定のトレイ／フレーム高さ２１については、積載を可能にするためには頂部リブの高さ１７及び底部リブの高さ２２に対して最大の制限が存在する。この制限はまた、ポケットの深さ２３及びポケット内の支持構造体即ちベース１９の関数となる。
【００４２】
多くの製造プロセスにおいて、半導体トレイは１つの機械のみに使用され、この場合、積載上の特徴を設ける必要はない。また、本発明のトレイフレーム及びリブを任意の特定の寸法として構成できるように、ＪＥＤＥＣ規格に合わないオプションが存在する。
【００４３】
それ故、提案された本発明の実施の形態は集積回路キャリヤの任意の形状、サイズ又は材料に適用できることを理解すべきである。図１０はチップを配置できる普通のリードフレーム２５にリブ２４を適用した実施の形態を示す。リードフレーム内に集積回路２６を残すことにより、集積回路は、特殊なトレイキャリヤへ移す必要なしに、テストプロセスの如き付加的な製造プロセスを受けることができる。個々の集積回路を電気的に隔離するためのリード２７を分離した状態で、集積回路をリードフレーム内に保持する多数の方法があることを理解すべきである。この実施の形態においては、リードフレームの前及び側縁２８を下方へ屈曲させて、付加的なこわさ及び剛性を提供する。リードフレームのこれらの特徴はリードフレームの一例を示すためにのみ提供される。
【００４４】
更に、リブの形状が任意の実践的な形をとることができるように、提案された本発明の実施の形態を変更できることを理解すべきである。図１１はそのような実施の形態を示し、この実施の形態においては、ＪＥＤＥＣ型式のトレイ８上の頂部リブ２９及び底部リブ３０は三角形である。図１２もそのような実施の形態を示し、この実施の形態においては、ＪＥＤＥＣ型式のトレイ８上の頂部リブ３１及び底部リブ３２は丸みを帯びている。
【００４５】
更に、熱伝達向上リブをトレイ上のいかなる場所にも配置できるようにするためにリブをセグメント化するように、提案された本発明の実施の形態を変更できることを理解すべきである。例として、図１３は各未形成デバイス３５の位置決め前に装着されたリブ３３及びこれらのリブ３３から片寄った異なる位置で装着されたリブ３４を備えたリードフレーム２５を示す。矢印９はリブ３３、３４に直交する流れの方向を示す。
【００４６】
更に、任意の実践的な材料を使用できるように、提案された本発明の実施の形態を変更できることを理解すべきである。トレイにとって、好ましい材料は低製造コストを可能にし、高温での構造上の一体性を維持する高温静的散逸プラスチックである。例は普通カーボン充填ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）である。
【００４７】
次の実施の形態は、キャリヤ又はトレイの表面上の設計粗さにより均熱時間をどのようにして減少できるかを示す。図１４を参照すると、ＪＥＤＥＣ型式のトレイ８の下側３６に表面粗さを適用した実施の形態が示されている。図示のように真の幾何学パターンとして又は例えば粗表面モールドにより発生される単なる無秩序粗表面として粗さを組み込むことができるように、この実施の形態を変更できることを理解すべきである。しばしば、粗表面は紙やすりの組織と比較されるが、この応用においては、粗さは数桁大きくすることができる。粗さサイズの影響の見積もりは、粗表面ダクト乱流のためのミルズ(MILLS) 著による１９９２年発行のマサチューセッツ州ボストン、アーウィン(Irwin) からのＡ．Ｆ．熱伝達なる文献に記載された方法を使用して計算することができる。
【００４８】
次の実施の形態はデバイスパッケージ上のリブの使用を通して均熱時間をどのようにして減少できるかを考える。図１５は先に考察した集積回路４の表面１６から直立した２つの突出リブ３７、３８を示す。このようなリブ３７、３８の機能、デザイン及び実施の形態は集積回路キャリヤにリブとして適用した本発明に類似している。例えば、リブ３７、３８は頂表面又は底表面のいずれかに適用でき、流れ９に対して直交して指向する。しかし、下側への適用は見込みがない。その理由は、集積回路とその応用の装着表面との間の距離が不十分だからである。普通（ただし、常にではなく）、集積回路は表面装着デバイスである。一方、デバイスの頂表面上のリブは一層容易に適応させることができる。更に、デバイスパッケージの縁部の近傍にリブを位置決めすることにより、吸引カップ又は同様の把持技術でデバイスを取り扱うために、広い平坦表面領域を摘出及び配置機械のために残すことができる。
【００４９】
他の実施の形態は流れに曝されたデバイスの表面上の設計された粗さで均熱時間を減少できる改善された方法を示す。図１６は半導体集積回路パッケージ４のかなり粗面化された表面３９を示す。真空グリッパが集積回路を摘出できるように、領域４０は平坦に保たれる。確立された乱流において、適正な粗さと高さは、流体の混合を向上させ及び（又は）表面の近傍で発生する熱伝達減少流れ層を崩壊させるのに十分なほど高い。考察中の応用においては、この高さは典型的には１ｍｍの何分の１から数ｍｍまでの範囲であるが、これより大きく又は小さくすることができる。好ましい実施の形態においては、この特徴は０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。一層好ましくは、特徴は高さが約１ｍｍであり、最も好ましくは約２ｍｍである。この特徴は最も好ましくは５ｍｍ以下である。
【００５０】
粗面化される表面は流れに曝される表面である。デバイスをパッケージの周辺又は隅部で支持できる場合は、頂表面及び底表面の双方を粗面化できる。円滑な領域４０は任意の形をとることができ、又は、所望ならば、全く存在させないこともできる。例えば、図１７は、粗面化されない領域を最小にした状態で真空グリッパがチップを摘出できるようにする環状の円滑領域４１を有する表面粗さ３９を備えた集積回路４を示す。
【００５１】
また、すべての先の実施の形態として開示されたような本発明及び可能な変形がデバイス又はトレイと一体的に製造しなければならないものではないことを理解すべきである。任意の実施の形態における本発明は別個の実体として存在することができ、デバイス又はトレイに締結、接着又は装着できる。
【００５２】
繰り返すが、非層流を促進することにより均熱時間を減少させるために表面粗さ又はリブを適用することは、表面にフィンを一体化又は適用することとは基本的に異なり、表面粗さは対流熱伝達を向上又は誘起させるために適用される。フィンは対流を生じさせる対象物の表面積を増大させることにより熱伝達を向上させるために適用される。これが、これらのフィン即ち吸熱源がしばしば延長表面と呼ばれる理由である。この違いの工学的な詳細を説明する熱伝達の原理は上述のミルズ著によるものの如き多くの熱伝達教本内に見ることができる。
【００５３】
図１８は熱伝達効率を向上させるための特徴を組み込んだ半導体チップのトレイと一緒に作動するように設計された「ハンドラー」を示す。作動において、トレイ８のスタック（積載体）を均熱室１１４に配置する。トレイ８は図９に示すように積載される。ハンドラーは従来技術のようにステージ間でトレイを移動させるための機械的な装置を組み込んでおり、このような機械的な装置は明白には図示しない。
【００５４】
均熱室１１４の内部では、トレイ８は図６に示すように離間される。空気流９（図６）はブロワ１１２により発生される。リブを使用する場合は、空気流はリブに対して直交する。好ましい実施の形態においては、ブロワ１１２は加熱された空気を吹き付けるが、同様に、冷えた空気を吹き付けることもできる。均熱室１１４を通してトレイ８を移動させる機械的な装置は明白には図示しないが、これらは従来技術におけるようなものである。このような機械的な装置は、トレイ内のすべての半導体デバイスが所望の温度に達するまで、各トレイ８を均熱室１１４内に保持するように制御される。
【００５５】
トレイ上のデバイスが所望の温度に達した後、そのトレイ８は均熱室１１４から取り出され、テスト場所１１６に運ばれる。テスト場所はカリフォルニア州アゴーラヒルズ(Agoura Hills)のテラダイン社(Teradyne, Inc.)により販売されているＩ９７３テスト装置の如き自動テスト設備へのインターフェイスである。デバイスがテストされた後、トレイ８は随意的に除熱室１１８を通される。除熱室１１８は、トレイ及びその中のデバイスが周囲温度に戻ることができるような場所を提供する。除熱はオプションであり、その使用は、テスト中にデバイスが上昇した温度に大いに依存する。トレイ８は除熱室１１８から取り出され、図９のように再度積載される。
【００５６】
好ましい実施の形態においては、均熱室は数個のトレイ８を同時に保持する。テストのために１つのトレイが取り出されると、別のトレイが追加される。トレイは均熱室１１４内で列を作り、多数のトレイを一度に加熱できるようにし、スループットを増大させる。しかし、特定のスループットを達成するために均熱室１１４内に同時に存在させる必要のあるトレイの数はトレイ内のデバイスを加熱する速度に比例して減少する。従って、本発明が半導体デバイスを加熱する速度を増大させるので、一度に均熱室１１４内に存在させる必要のあるトレイの数は一層少なくなる。それ故、均熱室１１４のサイズ従ってハンドラーの全体サイズを減少させることができる。
【００５７】
もちろん、本発明は他の型式の半導体処理設備を一層小さく又は一層速くするために使用することができる。
それ故、本発明は請求の範囲の精神及び要旨によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本発明は一層詳細な説明及び添付図面を参照することにより一層理解できよう。図面において、
図１は５つの包括的な半導体デバイスを担持する従来のＪＥＤＥＣ規格のトレイの斜視図、
図２は２つの離間したトレイにリブとして適用された本発明の斜視図であり、矢印はトレイ間の空気流の方向を示す、
図３はトレイの下方及び頂部でリブとして適用された本発明の斜視図、
図４は横断方向におけるリブとしてのトレイ上の本発明の斜視図、
図５は長手方向におけるリブとしてのトレイ上の本発明の斜視図、
図６はキー寸法を標記したリブとして適用された本発明を伴う２つの離間したトレイの横断面図、
図７は乱流を受けるプラスチック製の１ｍｍ厚さの集積回路の予測された及び実験による熱応答性を示すグラフ、
図８は２つのリブ付きの離間したトレイを通る空気流のための圧力降下曲線を示すグラフ、
図９は横断方向における各トレイにリブとして適用された本発明を伴う２つの積載されたトレイの横断面図、
図１０は横断方向におけるリードフレームにリブとして適用された本発明の斜視図、
図１１は横断方向におけるトレイに三角形のリブとして適用された本発明の横断面図、
図１２は横断方向におけるトレイに丸いリブとして適用された本発明の横断面図、
図１３はリブの位置決めにおける融通性を示すためにセグメント化及び食い違いリブとしてリードフレームに適用された本発明の斜視図、
図１４は表面粗さとしてトレイの下表面に適用された本発明の斜視図、
図１５は頂表面上のリブとして集積回路に適用された本発明の斜視図、
図１６は円形の円滑領域を有する頂表面上の表面粗さとして集積回路に適用された本発明の斜視図、
図１７は環状の円滑領域を有する頂表面上の表面粗さとして集積回路に適用された本発明の斜視図、
図１８は半導体デバイスのトレイに関連して使用されるハンドラーの概略ブロック線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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