KR101990666B1 - 국부화된 가열을 이용한 테스트 시스템 및 그 제조 방법 - Google Patents

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데이비드 리 딘
로버트 더블유. 엘리스
스코트 헤로우
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Abstract

테스트 시스템, 및 그 제조 방법은 열 확산기를 포함하는 열 관리 헤드와; 열 확산기와 직접 접촉하는 전자 디바이스와; 열 확산기와 전자 디바이스 사이에 에너지를 전달하기 위한 전류를 포함한다.

Description

국부화된 가열을 이용한 테스트 시스템 및 그 제조 방법{TEST SYSTEM WITH LOCALIZED HEATING AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}
본 발명은 일반적으로 테스트 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 테스트 시스템의 국부화된 가열을 위한 시스템에 관한 것이다.
집적 회로들 및 집적 회로 시스템들은 스마트 폰들, 디지털 카메라들, 위치 기반의 디바이스들, 휴대용 음악 플레이어들, 프린터들, 컴퓨터들 등과 같은 다수의 전자 디바이스들에서 발견될 수 있다. 이들 집적 회로들을 생산하는데 있어서 집적 회로 산업계에 의해 직면하게 된 많은 도전들 중 몇몇은 저렴한 비용으로 더 빠르고, 더 신뢰성있고, 거 높은 밀도의 회로들을 설계하는 것을 포함한다.
동작 동안, 이들 집적 회로들은 극단적인 온도 환경에 노출될 수 있고 및/또는 디바이스 자체 및/또는 근접하게 위치된 집적 회로들의 동작과 간섭할 수 있는 자체적인 바람직하지 않은 열 프로파일(profile)을 생성할 수 있다. 공교롭게도, 현대의 가전 전자기기들이 연속적으로 증가하는 주파수에서 계속해서 수축하고 동작하기 때문에, 이들 디바이스들에 의해 생성된 열도 또한 계속해서 증가한다.
일반적으로, 집적 회로가 소비자에 도달되기 전에, 집적 회로 제조업자는 몇몇 규격에 따라 집적 회로가 동작하는지를 확인하기 위해 일련의 테스트들을 수행한다. 따라서, 전자기기 산업계는 이들 회로들의 구조적 무결성(integrity) 및 열 허용오차를 평가하기 위해 동작 테스트 절차들을 전개하였다. 일반적으로, 집적 회로들에서 동작 테스트를 수행하기 위해, DUT(Device Under Test)는 온도 범위를 통해 실시될 수 있다. 온도 범위가 더 커질수록, 테스트는 더 유용하게 된다. 플래쉬(flash) 유형의 집적 회로들에 대해, 더 높은 온도(>85℃)는 내구력 및 보존 알고리즘들을 증명하기 위해 디바이스 테스트 시간 및 마모를 가속화한다. ASIC들에 대해, 더 높은 온도는 규정된 것보다 더 높은 온도(즉, 산업 및/또는 국방 응용들에 대해)에서 동작할 수 있는 지의 여부를 결정하거나 디바이스의 동작 마진(margin)을 결정하기 위해 디바이스를 테스트할 수 있다.
공교롭게도, 테스터에 대한 영구적인 손상이 발생할 수 있는 경우, 이들 극단적인 온도 프로파일(예를 들어, 80℃ 주변보다 더 높은)을 통해 디바이스 테스터를 취할 때 문제가 발생한다. 일반적인 테스트 시스템들은 환경적 챔버들을 포함할 수 있는데, 이들 환경적 챔버들은 주문형 후드, 또는 특수 오븐들 및 가열 고정물들(fixtures)을 갖는 자동 테스트 기기(ATE)를 갖는 전체 테스트 고정물의 힘이 가해진(forced) 공기 시스템들을 수용한다.
환경적 챔버들은 다량의 벤치 공간 및 전기를 소비하는 비용이 많이 드는 옵션들이다. 환경적 챔버들은 또한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 루프 열전쌍과 DUT 케이스 온도 사이에 상당한 온도 변동을 겪는다. 추가로, 이 시스템의 최대 온도는 테스터 구성요소들의 최대 동작 온도(일반적으로 70℃ 내지 85℃)에 한정된다. 더욱이, 환경적 챔버의 램프율(ramp rate)은 땜납 연결들의 손상을 피하기 위해 일반적으로 한정된다.
힘이 가해진-공기 시스템들은 또한 깨끗하고 건조한 공기 요건들로 인해 더 많은 비용, 복잡한 후드들, 및 상당한 동작 비용의 추가 부담을 처리하면서, 환경적 챔버들과 유사한 문제점들을 공유한다. 더욱이, 일반적인 힘이 가해진-공기 설정은 일반적으로 공기 공급부에 따라 4개의 디바이스들만을 관리한다.
ATE 시스템들이 높은 온도의 테스트에 사용될 수 있지만, ATE 시스템들은 극도로 비용이 많이 들고, 시간에 있어서 1 내지 4개의 디바이스들만을 수용하고, 연장된 지속기간 테스트들에 의도되지 않는다.
따라서, 신뢰성있는 테스트 시스템 및 제조 방법에 대한 필요성이 여전히 존재하며, 여기서 테스트 시스템은 전자 디바이스들을 위한 비용에 효율적인 높은 온도의 테스트 절차를 제공한다. 시장에서 의미있는 제품 차별화를 위해 성장하는 소비자 예측 및 감소하는 기회와 함께 점점 더 증가하는 상업적 경쟁적 압력을 고려하여, 이들 문제들에 대한 답들이 발견되는 것이 중요하다. 추가로, 비용을 감소시키고, 효율 및 성능을 개선하고, 경쟁적 압력을 충족할 필요성은 이들 문제에 대한 답을 발견하기 위한 중요한 필요성에 더 커지는 긴급성을 추가한다.
이들 문제에 대한 해법들은 오래 탐색되어 왔지만, 개발 이전에는 어떠한 해법들도 가르치거나 제안되어 오지 않았고, 이에 따라 이들 문제들에 대한 해법은 당업자에게 회피되었다.
본 발명은 테스트 시스템의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 열 확산기를 포함하는 열 관리 헤드를 제공하는 단계와; 열 확산기를 전자 디바이스와 직접 접촉하게 위치시키는 단계와; 전류를 변경함으로써 열 확산기와 전자 디바이스 사이에 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명은 테스트 시스템을 제공하며, 테스트 시스템은 열 확산기를 포함하는 열 관리 헤드와; 열 확산기와 직접 접촉하는 전기 디바이스와; 열 확산기와 전자 디바이스 사이에 에너지를 전달하기 위한 저류를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예들은 전술한 것들에 더하여 또는 이를 대신하여 다른 단계들 또는 요소들을 갖는다. 단계들 또는 요소들은 첨부 도면들을 참조할 때 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에서 테스트 시스템의 시스템 블록도.
도 1b는 테스트 시스템의 전방 패널의 예시적인 도면.
도 1c는 테스트 시스템의 후방 패널의 예시적인 도면.
도 2는 테스트 시스템의 예시적인 평면도.
도 3은 테스트 시스템의 예시적인 단부를 도시한 도면.
도 4는 테스트 시스템에서의 열 관리 헤드의 예시적인 분해도.
도 5는 제조 스테이지에서 테스트 시스템의 예시적인 평면도.
도 6은 본 발명의 추가 실시예에서 테스트 시스템의 제조 방법의 흐름도.
다음의 실시예들은 당업자가 본 발명을 제작 및 이용하도록 하기 위해 충분한 세부사항으로 기재된다. 다른 실시예들이 본 개시에 기초하여 명백해지고, 시스템, 프로세스, 또는 기계적 변화들이 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고도 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
다음의 설명에서, 다수의 특정한 세부사항들은 본 발명의 이해를 통해 제공하기 위해 주어진다. 하지만, 본 발명이 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 몇몇 잘 알려진 회로들, 시스템 구성들, 및 프로세스 단계들은 구체적으로 개시되지 않는다.
시스템의 실시예들을 도시한 도면들은 반-도식적이고, 축적대로 도시되지 않고, 특히 몇몇 치수들은 표현의 명백함을 위한 것이고, 도면들에서 확대된 것으로 도시되어 있다. 유사하게, 설명의 용이함을 위해 도면들에서의 시야가 일반적으로 유사한 배향들(orientations)을 보여주지만, 도면들에서의 이러한 도시는 대부분 임의적이다. 일반적으로, 본 발명은 임의의 배향으로 동작될 수 있다.
다수의 실시예들이 공통적으로 몇몇 특징들을 갖게 개시되고 기재되는 경우, 예시, 설명 및 그 이해의 명백함 및 용이함을 위해, 유사한 특징들은 서로 유사한 도면 부호들로 통상적으로 기재될 것이다. 실시예들은 설명적 편리성의 주제로서 제 1 실시예, 제 2 실시예 등으로 번호가 매겨졌고, 임의의 다른 중요성을 갖거나 본 발명을 위한 제한들을 제공하도록 의도되지 않는다.
설명적인 목적들을 위해, 본 명세서에 사용된 "수평"이라는 용어는, 배향에 관계없이 테스트 시스템이 그 위에 위치되는 매질의 평면 또는 표면에 평행한 평면으로서 한정된다. "수직"이라는 용어는 방금 한정된 수평에 수직인 방향을 언급한다. "위", "아래", "하부", "상부", "측면"("측부"에서와 같이), "더 높은", "더 낮은", "상향", "위", 및 "밑"과 같은 용어들은 도면들에 도시된 바와 같이, 수평 평면에 대해 한정된다.
"그 위(on)"이라는 용어는 요소들 사이의 직접적인 접촉이 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 "처리"라는 용어는 기재된 구조를 형성하는데 요구된 바와 같이 물질의 증착 또는 포토레지스트, 패터닝, 노출, 현상, 에칭, 세척, 및/또는 물질 또는 포토레지스트의 제거를 포함한다.
"예" 또는 "예시"라는 용어들은 경우 또는 예증으로서 작용하는 것으로 의미하도록 본 명세서에 사용된다. "예" 또는 "예시"로서 본 명세서에 기재된 임의의 양상 또는 실시예는 다른 양상들 또는 설계들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다.
본 명세서에 사용된 "제 1" 및 "제 2"라는 용어는 요소들 및/또는 실시예들 사이의 차별화를 위한 것이고, 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
서로 "인접한" 것으로 본 명세서에 기재된 물체들은 서로 가까이 근접하게, 예를 들어 현재 기술 노드에 의해 요구된 최소 거리만큼만 분리될 수 있거나, 구문이 사용되는 정황에 대해 적절한 경우 서로 동일한 일반적인 지역 또는 영역에 있을 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템 및 그 구성적인 구성요소들은 함께 동작되어, 열 피로도를 유도하기 위해 전자 구조의 국부화된 가열 및 냉각을 제공한다. 이러한 경우들에서, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템은, 전기 구성요소들 및 시스템들의 테스트가 가속화될 수 있도록 집적 회로, 회로 보드, 또는 전기 시스템의 부분들에 스팟 가열/냉각을 제공함으로써 종래의 오븐을 대체할 수 있다; 예를 들어, 수십 년의 사용량은 백시간의 테스트로 압축될 수 있는데, 이는 디바이스들 또는 그 부분들이 디바이스들을 노화시키기 위해 동작 범위의 극단으로 가열되기 때문이다.
적어도 하나의 실시예에서, 테스트 시스템 및 그 구성적인 구성요소들은 전도에 의해 드라이브를 가열한다. 통상적으로, SSD(Solid State Drive)는 주어진 온도를 너머 가열될 때 작동을 중지하여, 높은 온도의 테스트에 대해 전체 드라이브를 가열하는 것이 적절하지 않다. 그 대신, 본 실시예들은 PCB(Printed Circuit Board)의 양쪽 측부들 상의 전자 구조 상에 클램핑(clamp)하도록 주문 제작될 수 있는 열 확산기를 가열한다. 이와 같이, 다른 드라이브 레벨 구성요소들은 높은 온도를 경험하지 않아서, 이들을 장애로부터 보호한다. PID 제어기 하의 열 요소들은 모든 드라이브의 목표 전자 디바이스들을 적절한 온도가 되게 하기 위해 열 확산기와의 열 및 기계적 경계면들에 고정된다. 냉각 구멍들은 또한 PID 제어 하에, 또는 대류에 의해 힘이 가해진 공기 냉각을 위한 열 확산기에 설계될 수 있다. 추가로, 펠티어 냉각기는 PID 제어 하에 가열 및/또는 냉각을 구현하기 위해 테스트 시스템에 열적으로 연결될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템은 분당 7℃ 초과로 가열율을 갖는 약 0-125℃의 범위에 걸쳐 스팟 가열 및 냉각을 제공하기 위해 단일 열 관리 헤드를 부착함으로써 DUT와 PCB 사이의 온도에서의 50℃ 차이만큼 생성할 수 있다.
일반적으로, 열 확산기를 이용함으로써, 패키지 칩의 상이한 부분들이 테스트되도록 하기 위해 PCB 상의 테스트 선택 칩들을 가열할 뿐 아니라 단일 칩 상의 가열 경사도(gradient)를 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, CPU(Central Processing Unit)는 마이크로프로세서들과 같은 집적 회로 칩들 상에서 전개하는 고온 스팟들(hot spots)을 시뮬레이팅하기 위해 캐시로부터 적절히 테스트될 수 있다. 그러므로, 상이한 온도를 갖는 PCB의 상이한 영역들을 테스트할 수 있는 것 외에도, 개별적인 집적 회로 내에서 경사진 온도 프로파일들을 달성하는 것이 또한 가능하다. 이 모든 것은 주변 환경에서 제어기를 유지하면서 달성될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 적은 에너지의 이용을 요구하는데, 이는 에너지가 열 확산기의 크기에 의해 달성된 매우 작은 영역들로 가열 및 냉각하기 위해 선택적으로 적용되기 때문이다.
이제 도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 테스트 시스템(100)의 시스템 블록도가 도시된다. 테스트 시스템(100)은 국부화된 가열기 및 열 관리 헤드(102)를 포함할 수 있다. 시스템 블록도는 국부화된 가열기의 전기 동작 및 열 관리 헤드(102)에 대한 경계면들 도시하며, 이것은 도 4에 더 구체적으로 설명될 것이다.
이 도면은 본 발명의 실시예의 예로서 오븐 또는 열 관리 헤드(102) 및 제어 유닛(104)을 포함하는 주요 구성요소들로서 도시된 국부화된 가열 시스템의 도시이다. 오븐은 분해도로서 도시되고, 제어 유닛(104)에 대한 경계면을 갖게 도시된다. 제어 유닛(104)은 전방 및 후방 패널들을 가지게 도시되며, 이것은 오븐 및 사용자 인터페이스들을 포함한다. 또한 국부화된 가열기의 의도된 응용들 중 하나를 도시하기 위해 DUT들을 포함하는 테스트 플랫폼의 부분이 포함된다.
테스트 시스템(100)은 제어 유닛(104)에서의 PID 제어기(미도시), 표시기 유닛(106)에서의 온도 표시기(미도시), 및 국부화된 가열기를 모니터링하고 제어하기 위한 관련 전기 회로들을 포함할 수 있다. PID 제어기는 제어 네트워크, 열전쌍/센서 인터페이스 및 고체 상태 중계 인터페이스의 동작을 지원하기 위한 인터페이스들을 포함할 수 있다. PID 제어기는 RJ45 잭들(미도시), 고체 상태 중계기(미도시), 보호 퓨즈(미도시), 가열기 잭(미도시), 및 열전쌍 잭들(미도시)을 포함하는 제어 유닛(104)에서의 다른 구성요소들에 전기적으로 연결될 수 있다.
RJ45 잭들은 RS485 네트워크를 포함하는 네트워크에 PID 제어기를 연결하도록 의도된다. PID 제어기는 PID 제어기를 포함하거나, 제어 유닛(104)에 연결된 호스트 컴퓨터(미도시)에 연결된 RJ45 잭들을 원격으로 이용하여 디바이스의 전방 패널(미도시)에 의해 동작될 수 있다. 고체 상태 중계기는 정밀하게 제어된 방식으로 전력을 가지고 열 관리 헤드(102)에서 가열 요소(미도시)를 제공하기 위해 PID 제어기와 인터페이싱한다. 보호 퓨즈는 안전을 위해 추가될 수 있다.
PID 제어기는 또한 열 관리 헤드(102)에서의 온도 센서(미도시)로부터의 입력을 포함할 수 있어서, 제어 루프를 완료한다. 이들은 열전쌍 잭들을 이용하여 연결될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 온도 센서로부터 PID 제어기로의 열전쌍 연결들이 열전쌍 또는 그 온도 센서에 사용된 것과 동일한 물질이라는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
가열기 잭은 열 관리 헤드(102)에서 가열기 또는 가열 요소 및 네온 램프 표시기(미도시)를 동작하기 위해 변조된 전력을 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 직렬 저항이 네온 램프 표시기에 연결될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. PID 제어 루프를 포함하는 제어 루프는 열 관리 헤드(102)에서 열 슬러그(heat slug)(미도시)에 부착되는 가열기에 의해 차단될 수 있다. 열 슬러그는 열 슬러그에 내장되거나 열 슬러그에 부착된 열전쌍을 포함할 수 있다.
온도 표시기 및 관련 전기 회로들은 안전성 및 여분의 온도 모니터링을 위해 제어기 또는 표시기 유닛(106)에 추가될 수 있다. 온도 표시기는 외부 회로, 열전쌍 또는 센서 인터페이스, 및 차단될 때 온도 표시기에 의해 검출된 알람 상태를 표시하기 위한 정상적으로 개방된 스위치 접점을 동작하기 위해 24볼트(24V) 공급부를 지원하도록 인터페이스들을 포함할 수 있다.
온도 표시기의 프로그래밍은 사용자에 의해 요구된 알람 상태의 검출을 가능하게 할 수 있다. 일단 알람 상태가 온도 표시기에 의해 검출되면, 표시기 유닛(106)에서의 래칭 중계기(미도시)의 적절한 부분을 활성화할 수 있다. 래칭 중계기는 다시 PID 제어기에 대한 전력을 연결 해제(disconnect)할 수 있다. 일단 전력이 PID 제어기로부터 제거되면, 가열/냉각 요소들에 전력이 없을 수 있어서, 기기 손상을 방지한다.
온도 표시기와 연관된 회로들은 표시기 유닛(106)에 포함될 수 있다. 표시기 유닛(106)에서 제 1 발광 다이오드(LED)(미도시)는, 제어기가 정상적으로 동작하는 지를 시각적으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED는 녹색 LED일 수 있다. 표시기 유닛(106)에서 저항/다이오드 쌍(미도시)은 2개의 상태, 즉 정상 및 알람 중 하나를 나타내는 이중 래칭 중계기를 포함하는 래칭 중계기를 동작할 때 발생하는 유도성 킥백(inductive kickback)을 억제하도록 포함될 수 있다.
표시기 유닛(106)에서 저항/다이오드 쌍(미도시)은 래칭 중계기로부터 다른 코일 상에 유도성 킥백을 억제할 수 있다. 표시기 유닛(106)에서 제 2 LED(미도시)는 알람 상태를 표시하는 시각적 표시기이다. 예를 들어, 제 2 LED는 적색 LED일 수 있다.
표시기 유닛(106)에서 버저(미도시)는 알람 상태의 청취가능한 표시기이다. 예를 들어, 버저는 파이조(Peizo) 버저일 수 있다. 표시기 유닛(106)에서 제 3 LED(미도시)는, 버저가 인에이블링(enabled)되는 지를 보기 위한 시각적 표시기이다. 예를 들어, 제 3 LED는 황색 LED일 수 있다.
표시기 유닛(106)에서 제 1 스위치(미도시)는, 사용자가 청취가능한 알람 또는 버저를 인에이블링하거나 디스에이블링하도록 한다. 청취가능한 알람이 디스에이블링되면, 제 1 스위치는, 청취가능한 알람이 디스에이블링되는 지를 보기 위해 제 3 LED에 전력 공급(power)할 수 있다. 표시기 유닛(106)에서 제 2 스위치(미도시)는 온도 표시기에 의해 검출된 알람 상태를 재설정하기 위해 사용자에 의해 동작될 수 있다. 알람 상태는, 온도 표시기에 의해 검출된 알람 이벤트가 해결되지 않은 경우 해제될 수 없다.
온도 표시기는 센서 입력을 포함할 수 있다. 센서 및 관련 배선(wiring)은 표시기 유닛(106)에서 제 2 열전쌍 잭(미도시)과, 열전쌍 플러그(미도시) 및 제 2 온도 센서 또는 열전쌍(미도시)을 양쪽 모두 표시기 유닛(106)에서 포함할 수 있다. 테스트 시스템(100)은 교류(AC) 전력을 전체 시스템에 공급하기 위해 스위칭된 전력 입력 모듈, 보호 퓨즈 및 전력 필터를 포함하는 전력 시스템인 전력 유닛(108)을 포함할 수 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 테스트 시스템(100)의 전방 패널(109)의 예시적인 도면이 도시된다. 도 1b는 시스템 레벨에서의 적어도 하나의 실시예에서 예시적인 도면을 도시한다. 전방 패널(109)은 전술한 전방 패널이다.
테스트 시스템(100)은 전기 구성요소들을 고온으로 직접 가열하기 위해 구성요소들을 갖는 국부화된 가열기 오븐(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 국부화된 가열기 오븐들은 인쇄 회로 보드(PCB)(미도시)에 장착될 수 있다. 국부화된 가열기 오븐들은 DUT들을 수용할 수 있다. 회로 보드는 테스트 고정물(미도시)에 장착될 수 있다. 국부화된 가열기 오븐은 국부화된 가열기 제어 박스 후방 패널(미도시)에 연결될 수 있다. 전기 인터페이스들(미도시)은 국부화된 가열기 오븐으로부터 후방 패널로 테스트 시스템(100)에서 제공될 수 있다.
국부화된 가열기 오븐의 메인 구성요소들은 니크롬 스트립 가열기(미도시), 열 인터페이스들(미도시), 열을 PCB에서의 DUT에 향하게 하는 열 슬러그(미도시), 표시기 램프(미도시) 및 전기 인터페이스들을 포함할 수 있다. 전기 인터페이스들은 국부화된 가열기 제어 박스 후방 패널 상의 열전쌍 잭들에 연결되는 열전쌍들의 것이다. 전기 인터페이스들 중 하나는 제어기 후방 패널 상의 전력 잭 또는 전력 출구에 연결될 수 있다.
국부화된 가열기 오븐으로부터의 열전쌍들 중 하나는 후방 패널 연결기들(미도시) 중 하나를 통해 PID 루프 제어기(110)에 연결될 수 있다. PID 루프 제어기(110)는 전술한 PID 제어기이다. 다른 열전쌍은 후방 패널 연결기들 중 하나를 통해 온도 표시기(112)에 연결될 수 있다. 어느 한 열전쌍은 적절한 시스템 동작을 위해 PID 루프 제어기(110) 또는 온도 표시기(112)에 연결될 수 있다.
국부화된 가열기 제어기 또는 테스트 시스템(100)은 전방 패널(109) 및 후방 패널을 포함할 수 있다. 전방 패널(109)은 PID 루프 제어기(110), 온도 표시기(112), 정상 시스템 표시기 조명(114), 묵음 시스템 표시기 조명(116), 알람 시스템 표시기 조명(118), 묵음 스위치(120), 및 재설정 스위치(122)를 포함할 수 있다. PID 루프 제어기(110)는 원하는 온도 프로파일을 모니터링하고 유지하기 위한 알고리즘들 및 제어 회로들을 포함할 수 있다. 정상 동작들 동안, 정상 시스템 표시기 조명(114)이 조명될 수 있다. 온도 표시기(112)는 안전 목적을 위해 프로그래밍가능한 알람 기능으로서 작용한다.
묵음이 묵음 스위치(120)를 통해 인에이블링되면, 묵음 시스템 표시기 조명(116)이 조명될 수 있다. 알람 및 안전 제어는 묵임이 묵음 시스템 표시기 조명(116)에 의해 표시된 바와 같이 인에이블링될 때 달성되지 않는다. 청취가능한 신호만이 뮤트(muted)될 수 있다. 과온 이벤트가 검출될 때, 온도 표시기(112)는 PID 루프 제어기(110)로의 전력을 디스에이블링할 수 있어서, 전력 출구를 통해 니크롬 스트립 가열기에 대한 전력을 턴 오프(turning off)한다. 알람 시스템 표시기 조명(118)은 이 후 조명될 수 있고, 정상 시스템 표시기 조명(114)은 점멸될 수 있다. 일단 알람 상태가 해소되었으면(즉, 과온 또는 파손된 열전쌍), 알람 상태는 재설정 스위치(122)를 이용하여 재설정될 수 있다.
이제 도 1c를 참조하면, 테스트 시스템(100)의 후방 패널(124)의 예시적인 도면이 도시된다. 후방 패널(124)은 전력 엔트리 모듈(126), 제어된 가열기 전력 출구(128), 알람을 위한 파이조 요소(130), 다수의 열전쌍 잭들(132), 및 다수의 네트워크 인터페이스들(134)을 수용할 수 있다. 도 1b의 전방 패널(109) 및 후방 패널(124)은 도 1b의 PID 루프 제어기(110) 및 도 1b의 온도 표시기(112)를 포함하는 제어기들을 테스트 시스템(100)에 통합시키기 위해 주문형 또는 특정 회로를 가지게 수용될 수 있다.
후방 패널(124)은 전술한 후방 패널이다. 제어된 가열기 전력 출구(128)는 전술한 전력 잭 또는 전력 출구이다. 열전쌍 잭들(132)은 전술한 열전쌍 잭들 또는 후방 패널 연결기들이다.
후방 패널(124)은 국부화된 가열기 오븐을 동작하기 위해 전기 인터페이스들을 수용할 수 있다. 제어된 가열기 전력 출구(128)는 PID 루프 제어기(110) 및 추가 주문형 또는 특정 회로들에 의해 제어될 수 있다. 전력 엔트리 모듈(126)은 완전히 테스트 시스템(100)을 위한 메인 전력을 공급한다. 파이조 요소(130)는 청취가능한 알람을 사용자에게 표시하기 위한 방법을 제공한다.
열전쌍 잭들(132)은 오븐 조립체 또는 국부화된 가열기 오븐으로부터 열전쌍들에 매칭될 수 있다. RJ45 잭들을 포함하는 네트워크 인터페이스들(134)은, 국부화된 가열기 제어기들의 집합(collection)이 호스트 컴퓨터에 의해 관리되도록 하기 위해 데이지-체인형(daisy-chained) 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 데이지-체인형 인터페이스는 RS485 네트워크 인터페이스일 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 테스트 시스템(100)의 예시적인 평면도가 도시된다. 적어도 하나의 실시예에서, 테스트 시스템(100)은 열 관리 헤드(202)를 포함할 수 있는데, 열 관리 헤드(202)는 열 관리 요소(204), 열 확산기(206), 및 애퍼처(aperture)(208)를 포함한다. 테스트 시스템(100)은 전자 디바이스(210), 기판(212), 제어기(214) 및 구성요소(216)를 또한 포함한다. 이 도면에서, 전자 디바이스(210)는 국부화된 가열기를 위한 목표이다.
일반적으로, 열 관리 요소(204)는 열 슬러그와 같이 열 확산기(206)와 열적으로 맞물린다. 예를 들어, 열 관리 요소(204)는 니크롬 스트립 가열기일 수 있다. 그러한 경우들에서, 열 관리 요소(204)는 열 확산기(206)와 직접 접촉하거나 그 위에 있을 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 복수의 열 관리 요소(204) 중 하나 이상은 열 확산기(206)의 바깥쪽으로 테스트 시스템(100)의 대향 외부 표면들 상에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 요소(204) 및 열 확산기(206)가 펠티어 디바이스로 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
가열 요소 또는 열 관리 요소(204)는 예로서 니크롬 와이어 요소 또는 펠티어 접합부일 수 있다. 니크롬 와이어 요소는 산업 프로세스 제어에 사용될 수 있고, 일반적으로 약 150와트(W)를 가질 수 있다. 더 높은 와트 요소가 사용될 수 있지만, 물리적 크기는 관리하기 어려울 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 슬러그를 포함하는 열 확산기(206)로의 균일하고 효율적인 열 전달을 보장하기 위해 가열 측부를 가능한 한 평평하게 갖는 물리적으로 작은 가열 요소를 선택하는 것이 최상이다. 동일한 규칙은 니크롬 가열 요소 대신에 펠티어 접합부를 이용하는 것에 적용될 수 있다. 적어도 하나의 실시예는 원하는 온도 범위, 물리적 크기, 및 열 램핑 성능에 대한 응용에 크기를 갖는 하나 이상의 펠티어 접합부들을 이용할 수 있다.
하나 이상의 실시예들에 따라, 열 관리 요소(204)는 높은 열 전도도, 높은 저항, 높은 기계적 강도, 및/또는 낮은 열 팽창 계수와 같지만, 이에 한정되지 않는 특성들 중 하나 이상을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 요소(204)는 전원에 연결되는 고열 전도도를 갖는 금속 또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
열 관리 요소(204)가 각 전자 디바이스(210)에 대한 가열 기능 및/또는 냉각 기능을 제공할 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 예로서, 열 관리 요소(204) 내의 저항은 가열을 위한 에너지 소스를 제공할 수 있고, 대류 전류는 냉각을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 펠티어 디바이스들은 종래 기술에 잘 알려진 방법들 및 기술들에 의해 가열 및 냉각 기능을 제공할 수 있다.
열 확산기(206)는 전자 디바이스(210)와 직접 접촉하거나, 그 위에 형성될 수 있다. 열 확산기(206)를 전자 디바이스(210)와 직접 접촉하거나 그 위에 형성함으로써, 전자 디바이스(210)의 정밀한 국부화된 및 직접 가열은 동일한 극단들(예를 들어, 인접한 테스트 기기 또는 PCB)에 대한 다른 구조들의 가열 없이 발생할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 확산기(206) 중 하나 이상은 열 관리 요소(204) 안쪽으로{즉, 테스트 시스템(100)의 중간쪽으로} 위치될 수 있다. 다른 방식을 언급하면, 열 확산기(206)는 열 관리 요소(204) 및 전자 디바이스(210) 사이에 그리고 이들 모두와 직접 접촉하게 위치될 수 있다.
열 확산기(206)는 높은 열 전도도 및/또는 낮은 열 팽창 계수를 갖는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 열 확산기(206)가 그러한 특징들에 한정되지 않고, 열 확산기(206)가 전자 디바이스(210)와 열 관리 요소(204) 및/또는 주변 환경들 사이에서 열 에너지를 효율적으로 전달하는 임의의 물질을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
하나 이상의 애퍼처(208)는 열 확산기(206) 내에 형성될 수 있고, 열 확산기(206)를 통해 부분적으로 또는 완전히 통과할 수 있다. 예시된 실시예에서, 애퍼처(208)는 둥근 형태로 도시된다; 하지만, 그러한 형태에 한정되지 않고, 임의의 직선 또는 곡선 형태를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 애퍼처(208)는 애퍼처(208)를 통해 유체(예를 들어, 공기 또는 액체)를 주입함으로써 대류를 거쳐 냉각 효과를 제공할 수 있다. 더욱이, 열 전달 요건이 그 존재를 호출하지 않은 경우 애퍼처(208)가 테스트 시스템(100) 설계로부터 생략될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
일반적으로, 도 2는 전자 디바이스(210)의 테스트에 사용된 집적 회로, DUT, 또는 소켓과 같이 전자 디바이스(210)의 온도를 제어하기 위한 장치를 도시한다. 적어도 하나의 실시예에서, 전자 디바이스(210)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 플래쉬 디바이스, 또는 플립-칩 디바이스 또는 패키지를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자 디바이스(210)는 예를 들어, 메모리 회로들, 논리 회로들, 아날로그 회로들, 디지털 회로들, 수동 회로들, RF 회로들, 또는 이들의 조합과 같지만 여기에 한정되지 않는 임의의 수의 집적 회로 디바이스들 또는 패키지들을 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 기재된 전자 디바이스(210)가 필요할 수 있는 다수의 구성들 및 배치들에서, 프로세서 구성요소들, 메모리 구성요소들, 논리 구성요소들, 디지털 구성요소들, 아날로그 구성요소들, 혼합-신호 구성요소들, 전력 구성요소들, 무선-주파수(RF) 구성요소들, 디지털 신호 프로세서 구성요소들, 마이크로-전기 기계 구성요소들, 광학 센서 구성요소들, 또는 이들의 조합 내에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
하지만, 이전 예들이 한정되는 것으로 의미하지 않고, 전자 디바이스(210)가 열 테스트를 요구하는 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일반적으로, 테스트 시스템(100)은 한 번에 1개 내지 16개의 전자 디바이스(210)를 처리할 수 있다. 하지만, 더 많은 전자 디바이스(210)가 설계 규격들이 요구한 경우 한 번에 처리될 수 있다.
전자 디바이스(210)는 기판(212)과 전기 연결 상태로 장착되거나 위치될 수 있다. 일반적으로, 기판(212)은 PCB, 캐리어 기판, 인터포저(interposer), 전기 연결부들을 갖는 반도체 기판, 세라믹 기판, 웨이퍼-레벨의 패키징 기판, 또는 기판(212) 상에, 그 위에, 및/또는 전기적 상호 연결 상태로 형성된 집적 회로 시스템들을 외부 전기 회로들에 전기적으로 상호 연결하는데 적합한 다중-층 구조{예를 들어, 절연체에 의해 분리된 하나 이상의 전도성 층들을 갖는 적층물(laminate)}를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판(212)은 하드 드라이브들 또는 고체 상태 드라이브들에 공통적으로 사용된 PCB들을 포함할 수 있다. 하지만, 기판(212)에 제공된 예들은 한정하는 것으로 해석되지 않고, 기판(212)의 조성물은 이에 부착된 능동 및/또는 수동 디바이스 구조들의 형성 또는 테스트를 물리적 및 전기적으로 가능하게 하는 임의의 표면, 물질, 구성, 또는 두께를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 요소(204), 열 확산기(206), 및 전자 디바이스(210) 각각의 하나 이상은 기판(212)의 대향 측부들 상에 위치될 수 있다. 하지만, 테스트 시스템(100)이 기판(212)의 한 측부 상에서 열 관리 요소(204), 열 확산기(206), 및 전자 디바이스(210)만으로 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
기판(212)은 제어기(214)를 더 포함할 수 있다. 제어기(214)는 기판(212), 열 관리 요소(204), 및/또는 전자 디바이스(210)와 전기적 연결 상태에 있을 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제어기(214)는 테스트 시스템(100)과 외부 회로들 사이의 통신을 위해 다양한 인터페이스 및 제어 회로들을 포함할 수 있다. 예로서, 논리 회로들 및 주변 버스들은 제어기(214) 전자기기들에 공통적으로 이용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어기(214)는 호스트 컴퓨터를 가지고 메모리 구조를 브리징하는 전자기기를 포함할 수 있고, 에러 보정, 판독/기록 캐싱, 및 암호화와 같은 다양한 기능들을 수행할 수 있다.
다른 실시예들에서, 제어기(214)는 열 관리 요소(204) 및 열 확산기(206)의 온도를 제어하기 위한 PID 제어기와, 과온 전력 차단 제어기와, 과열 상태를 위한 청취가능한 알람 및/또는 열 관리 요소(204) 및 열 확산기(206)를 제어하기 위한 높은 전류의 중계기들을 포함할 수 있다. 그러한 경우들에서, PID 제어된 시스템이 피드백 제어 루프를 통해 안정 상태 동작 상태 동안 원하는 온도를 유지하는 것에 매우 효율적일 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 일반적으로, PID 제어기는 온도 신호를 샘플링할 수 있고, 전자 디바이스(210)의 정밀한 가열을 보장하기 위해 원하는 보정 신호를 적어도 초당 한 번 생성할 수 있다.
다른 실시예들에서, 제어기(214)는 제어기 ASIC를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 추가 회로는 알람 상태를 래칭하기 위해, 청취가능한 경고를 제공하기 위해, 패널 표시기들을 구동하기 위해, 알람 묵음을 인에이블링하기 위해, 그리고 알람 재설정 기능을 인에이블링하기 위해 제어기(214)에 추가될 수 있다.
추가로, 기판(212)은 또한 전자 디바이스(210), 기판(212), 및/또는 제어기(214)의 동작에 필요할 수 있는 구성요소(216)와 같은 다른 전자 구조들을 위한 추가 공간을 포함할 수 있다. 일반적으로, 구성요소(216)는 하나 이상의 능동 디바이스들, 수동 디바이스들, 저항들, 커패시터들, 인덕터들, 필터들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이들은 동일한 평면 내에서 수직으로 적층되거나 위치된다.
제 2 구성요소(218)는 구성요소(216)와 동일한 카테고리에 있을 수 있다. 예를 들어, 제 2 구성요소(218)는 수동 디바이스, 반도체, 또는 가열 고정물을 동작 및/또는 모니터링하는데 사용된 다른 디바이스들일 수 있다.
하나 이상의 전자 디바이스(210)의 높은 온도의 테스트(예를 들어, 70℃의 초과시 테스트)가 본 명세서에 기재된 실시예들을 통해 테스트 지속기간에서의 감소를 달성할 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 국부화된 높은 온도의 테스트 실시예들을 통해, 높은 온도의 테스트는 매 10℃ 증가동안 적어도 2의 인자만큼 가속화될 수 있다. 추가로, 본 명세서에 기재된 국부화된 높은 온도의 테스트를 통해, 제조업자의 규격들보다 높은 온도 테스트가 ASIC 디바이스들에 대한 새로운 동작 한계들을 결정할 수 있는 능력이 있다. 더욱이, 본 명세서에 기재된 국부화된 높은 온도의 테스트를 통해, 플래쉬 및 ASIC 회로들 모두에 대해 DUT만을 가열하는 동안 마무리된 제품에서 높은 온도 테스트를 할 수 있다.
더 빠르고/더 높은 램프율이 본 명세서에 기재된 국부화된 높은 온도의 가열 실시예들로 인해 사용될 수 있다는 것이 발견되었다. 제한되지 않은 예로서, 분당 7℃의 초과시 램프율이 가능한데, 이는 땜납 접합부들이 극도의 온도에 노출되지 않기 때문이라는 것이 발견되었다. 추가로, 그러한 급속한 가열 및 냉각은 더 정확한 플래쉬 특징화(characterization) 측정을 가능하게 할 수 있다. 일반적으로, 종래의 오븐들은 분당 2℃의 비율로 순환한다. 이러한 단략의 언급들은 사용한 본 발명의 실시예들에 따라 좌우된다. 도 4 및 도 5에 언급된 실시예들이 여기에 적용된다.
또한 감소된 벤치 푸트프린트(footprint)가 본 명세서에 기재된 테스트 시스템(100)을 이용함으로써 달성될 수 있다는 것이 발견되었다. 일반적으로, 열 관리 요소(204) 및 열 확산기(206)의 둘레 치수들은 하나 이상의 전자 디바이스(210)의 경계 치수들에 근사치일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 테스트 시스템(100)은 전자 디바이스(210) 중 16개를 테스트할 수 있는 한편{각각 전자 디바이스(210)의 4개를 포함하는 4개의 설정들을 이용하여}, 12 인치 x 12 인치의 벤치 공간만을 요구한다. 종래의 오븐들은 일반적으로 4 피트 x 4 피트 벤치 공간 또는 푸트 프린트를 요구한다.
예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조하면, 각 설정은 여기서 최대 16개의 DUT를 테스트할 수 있고, 이러한 DUT는 고체 상태 드라이브(SSD) 상에서 발견된 일반적인 구성일 수 있다. 또한 예를 들어, 도 4 및 도 5는 직접 땜납되는 것 대신에 소켓들에서 최대 16개의 DUT들을 테스트할 수 있는 실시예에 도시된다.
따라서, 본 발명의 테스트 시스템(100)이 전자 디바이스(210)의 국부화된 가열을 위한 중요하고 지금까지 알려지지 않고 이용가능하지 않은 해법, 성능, 및 기능적 양상을 제공한다는 것아 발견되었다.
이제 도 3을 참조하면, 테스트 시스템(100)의 예시적인 단부 도면이 도시된다. 적어도 하나의 실시예에서, 테스트 시스템(100)은 열 관리 헤드(202), 열 관리 요소(204), 열 확산기(206), 애퍼처(208), 전자 디바이스(210), 기판(212), 제어기(214), 및 구성요소(216)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 따라, 구동 디바이스(302)는 열 확산기(206) 내읜 온도를 조절하기 위해 애퍼처(208)의 주(major) 또는 부(minor) 축을 통해 공기와 같은 유체 매질을 이동시키도록 배향될 수 있다. 그러한 경우들에서, 구동 디바이스(302)는 팬을 포함할 수 있다.
열 관리 헤드(202)가 열 관리 헤드(202)의 정밀한 국부화된 가열로 인한 높은 열 노출로부터 인접한 테스트 시스템 기기 및 임의의 첨부 회로들, 구조들 및 디바이스들을 보호하는데 도움을 준다는 것이 발견되었다. 이와 같이, 테스트 시스템 및/또는 테스트 시스템 기기는 테스트 동안 저온 상태에 남아있어, 테스트 기기의 수명을 연장시킨다.
테스트 시스템(100)의 설계가 전형적인 테스트 시스템들에 비해 동작 비용의 감소를 허용한다는 것이 또한 발견되었다. 예로서, 125℃에서 작용하는 테스트 시스템(100)에 의한 평균 전력 소비는 165 와트의 피크를 갖는 50와트이다. 추가 비용 절감은 또한 압축된 공기 소스를 요구하지 않는 테스트 시스템(100)으로부터 초래된다.
따라서, 본 발명의 테스트 시스템(100)이 전자 디바이스(210)의 국부화된 가열을 위해 중요하고 지금까지 알려져 있지 않고 이용가능하지 않은 해법들, 성능 및 기능적 양상들을 제공한다는 것이 발견되었다.
이제 도 4를 참조하면, 테스트 시스템(100)에서 열 관리 헤드(402)의 예시적인 분해도가 도시된다. 열 관리 헤드(402)는 도 1의 열 관리 헤드(102)이다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 헤드(402)는 제 1 표면(410)과 제 1 표면(410)에 대향하는 제 2 표면(412)을 갖는 열 관리 요소(204)와, 돌출부들(414) 및 가열기 장착 표면(408)을 갖는 열 확산기(206)와, 센서(404)와, 전력 연결기(406)와, 열 인터페이스(416)와, 클램핑 플레이트(418)와, 열 절연성 장착 기판(420), 및 안정 케이지(422)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 열 관리 헤드(402)는 하나 이상의 센서(404) 및 하나 이상의 전력 연결기(406)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 센서(404)는 열전쌍을 포함할 수 있다. 그러한 경우들에서, 열전쌍은 열 확산기(206)의 제 1 표면(410)에 인접하거나 그 위에 위치될 수 있거나, 열 확산기(206){즉, 도 2의 전자 디바이스(210)에 인접하고, 이에 근접하거나 직접 접촉한 영역}에 내장될 수 있어서, 전자 디바이스(210)를 가능한 한 가깝게 취하여, 에러를 감소시킨다. 하지만, 센서(404)가 열전쌍에 한정될 필요가 없고, 열 전달 또는 온도를 측정하는데 사용된 임의의 장치를 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다.
더욱이, 테스트 시스템(100) 및/또는 열 관리 헤드(402)의 온도 제어가 센서(404)를 외부 PID 루프 제어기에 연결함으로써 추가로 개선될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 센서(404)를 제공함으로써, 열 확산기(206)와 전자 디바이스(210) 사이의 에너지 전달에 관한 정보는 도 2의 제어기(214)에 전달될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제어기(214)의 잔여 제어기 또는 다른 제어기와, 센서(404)의 잔여 센서 또는 다른 센서가 안전을 위해 추가될 수 있다.
일반적으로, 열 관리 요소(204)는 전력 연결기(406)를 통해 전원에 전력 공급되거나 전류 공급된다; 하지만, 전력 연결기(406)는 그러한 연결에 한정되지 않고, 열 관리 요소(204)를 가열하거나 냉각하는 임의의 연결부를 포함할 수 있다. 열 확산기(206)와 전자 디바이스(210) 사이에 전달된 에너지가 전력 연결기(406)를 통해 열 관리 요소(204)에 공급된 전류를 변경함으로써 변조될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다.
적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 요소(204)는 임의의 상업적으로 이용가능한 니켈/크롬 와이어-기반의 세라믹 가열 요소를 포함할 수 있다.
열 확산기(206)는 열 관리 요소(204)의 제 1 표면(410)에 인접하거나 이와 직접 접촉하여 형성된다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 확산기(206)는 작은 열 질량을 포함할 수 있어서, 플래쉬 또는 ASIC 테스트 규격에 의해 요구된 바와 같이 빠른 가열 및 냉각을 가능하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 열 확산기(206)는 돌출부들(414)을 포함할 수 있다. 그러한 경우들에서, 열 확산기(206)는 4개의 개별적인 직선 돌출부들 또는 돌출부들(414)을 포함할 수 있고, 각각의 돌출부는 전자 디바이스(210)의 대응하는 것에 직접 접촉하도록 구성된다. 하지만, 도시된 돌출부들(414)의 개수 및 형태가 한정되지 않고, 돌출부들(414)이 설계 규격들에 의해 요구된 바와 같이 임의의 개수, 크기, 형태, 또는 패턴을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로, 각 돌출부들(414)은 전자 디바이스(210)와 돌출부들(414) 사이에서 가장 큰 가능한 표면적 접촉 또는 인터페이스를 허용하도록 설계되거나 구성되어야 한다.
적어도 하나의 실시예에서, 열확산기(206)의 냉각은 PID 제어기에 의해 제어된 램프 다운으로 대류에 의해 이루어질 수 있다. 열 확산기(206)가 예를 들어, 더 큰 플래쉬 테스트 정밀도를 위해 인접한 및/또는 근접한 DUT들 사이에 균일한 가열을 허용하도록 설계될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다.
가열기 장착 표면(408)은 열 확산기(206) 주위에 그리고 열 관리 요소(204)와 접촉하여 형성된다. 열 관리 요소(204)는 기계적 지지를 위해 가열기 장착 표면(408)에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 열 전도성 장착 기판(420)은 열이 열 확산기(206)에 의해 커버되지 않은 열 관리 요소(204)의 부분들로부터 바깥쪽으로 방사하는 것을 중단할 수 있다. 그러한 경우들에서, 열 전도성 장착 기판(420)은 FR4 기판을 포함할 수 있다; 하지만, 열 전도성 장착 기판(420)은 그러한 요인(substance)에 한정되지 않고, 열 관리 요소(204)로부터 열의 소실을 지연시키는 임의의 물질을 포함할 수 있다.
열 인터페이스(416)는 열 관리 요소(204)의 제 2 표면(412)에 인접하거나 이와 직접 접촉하여 형성되고, 클램핑 플레이트(418)는 열 인터페이스(416)에 인접하거나 이와 직접 접촉하여 형성된다. 열 인터페이스(416)는 전술한 열 열 인터페이스이다. 열 인터페이스(416)는 임의의 열 전도성 물질을 포함할 수 있고, 클램핑 플레이트(418)는 2차 열 확산기로서 작용하는데, 이것은 높은 열 전도도 및/또는 낮은 열 팽창 계수를 갖는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 제 2 열 확산기로서의 클램핑 플레이트(418)가 그러한 특징들에 한정되지 않고, 클램핑 플레이트(418)가 열 에너지를 효율적으로 전달하는 임의의 물질을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한 클램핑 플레이트(418)가 더 높은 온도로부터 더 많은 급속한 램프 다운을 가능하게 하기 위해 열을 더 효율적으로 소실시키기 위한 핀들(fins) 및 돌출부들을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 열 관리 요소(204)가 열 관리 요소(204) 내에서 열을 가능한 한 균일하게 분배하는데 도움을 주기 위해 열 인터페이스(416) 및 클램핑 플레이트(418)와 함께 구축될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다.
적어도 하나의 실시예에서, 클램핑 플레이트(418)가 2가지 기능들을 갖는다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 하나의 기능은 열 관리 요소(204)를 열 확산기(206)에 단단히 유지하기 위한 클램핑 플레이트이다. 다른 기능은 열 관리 요소(204)의 효율적인 램프 다운을 위한 열 확산기의 클램핑 플레이트이다.
적어도 하나의 실시예에서, 열 관리 요소(204)는 클램핑 플레이트(418)와 열 확산기(206) 사이에 압축될 수 있다. 가열 및 냉각을 위해 열 전달의 확산 또는 효율에 도움을 주기 위해 모든 가열 표면들 사이에 추가 열 인터페이스들이 있을 수 있다. 클램핑 플레이트(418)와 열 확산기(206) 사이의 열 관리 요소(204)의 클램핑은 적절하게 반복가능하고, 그러한 서브 조립체는 열 전도성 장착 기판(420) 상에 장착될 수 있다. 이러한 조립 기술은, 열 전도성 장착 기판(420)이 대체될 필요가 있는 경우, 열 확산기(206), 열 관리 요소(204), 및 클램핑 플레이트(418)를 포함하는 가열 조립체가 열 전도성 장착 기판(420)으로부터 쉽게 제거되도록 한다. 열 전도성 장착 기판(420)은 선택된 물질 및 목표 테스트 온도에 따라 대체될 필요가 있을 수 있다.
일반적으로, 안전 케이지(422)는 열 관리 요소(204), 열 확산기(206)의 부분, 센서(404), 전력 연결기(406), 열 전도성 장착 기판(420), 열 인터페이스(416), 및 클램핑 플레이트(418)를 수용할 수 있다. 그러한 경우들에서, 안전 케이지(422)는 기계적 지지를 위해 열 전도성 장착 기판(420) 위에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 안전 케이지(422)는 열의 소실을 위해 메쉬-형 탄성 물질 또는 천공된 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 안전 케이지(422)는 돌출부들(414)을 수용하지 않는다.
안전 케이지(422)는 사용자가 높은 온도 요소 및 높은 전압 연결부를 터치하는 상태로 유지하도록 설계된다. 안전 케이지 내에 있고 이에 부착된 모든 구성요소들은 높은 온도에 대해 정격(rated)된다. 적어도 하나의 실시예에서, 안전 케이지(422)는, 가열 요소가 전기적으로 활성된다는 것을 사용자에게 표시하기 위해 파일롯 램프를 포함할 수 있다. 일반적으로, 안전 케이지(422)는, 열 관리 헤드(402)가 대류에 의해 자체적으로 냉각하도록 하는 적절한 통풍을 갖도록 설계된다.
일반적으로, 본 명세서에 개시된 실시예들은 전자 디바이스(210)의 상부와 직접 접촉하는 열 전도성 요소로서 열 확산기(206)를 형성하는 것을 가르친다. 전자 디바이스(210)와 직접 접촉하는 열 확산기(206)를 형성함으로써, DUT 또는 전자 디바이스(210)의 정밀한 국부화된 온도 제어가 달성될 수 있다.
열 관리 헤드(402)가 저렴하고 간단한 가열 메커니즘을 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 몇몇 실시예들에서, 열 관리 헤드(402)를 갖는 최대 4개까지의 전자 디바이스(210)를 테스트하는 기기 비용은 약 1,000 미국 달러이다. 일반적으로, 열 확산기(206)는 PCB에 부착된 임의의 개방-상부 스타일의 소켓, DUT, 또는 전자 디바이스에 매칭하도록 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 확산기(206)는 또한 전자 디바이스(210), 다이, 또는 패키지의 정확한 크기로 정밀한 국부 가열을 제공하도록 설계될 수 있다. 다른 실시예들에서, 열 확산기(206)는 또한 전자 디바이스(210), 다이, 또는 패키지의 특정 영역으로의 정밀한 국부 가열을 제공하도록 설계될 수 있다.
열 관리 헤드(402)가 개선된 열 전달 방법 및 시스템을 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 예로서, 본 실시예들의 국부화된 열 전달 시스템은 DUT-DUT 온도 변동들(즉, 가열은 인접한 DUT들 사이에서 더 균일함) 및 DUT-열전쌍 온도 변동들(즉, PID 제어기에 의해 측정된 DUT 온도) 모두를 개선하는데, 이는 온도들이 더 엄격하게 제어되기 때문이다.
따라서, 본 실시예들의 국부화된 열 시스템이 디바이스들의 국부화된 가열을 위해 중요하고, 이전에 알려지지 않고 이용가능하지 않은 해법들, 성능들 및 기능적 양상들을 제공한다는 것이 발견되었다.
이제 도 5를 참조하면, 제조 스테이지에서 테스트 시스템(100)의 예시적인 평면도가 도시된다. 도 5는 또한 일반적인 테스트 사용, 방법, 또는 시스템을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 이 도면은 테스트 고정물 상에서 구현된 바와 같이 도 4로부터의 열 관리 헤드(402) 중 4개 또는 4개의 오븐들을 도시한다. 기판(212)은 테스트 시스템 보드(502)에 전기적으로 연결되고 및/또는 물리적으로 연결될 수 있다. 이 실시예는 테스트 구조 또는 테스트 시스템 보드(502)의 상부상의 적소에 4개의 열 관리 헤드(402)를 도시한다.
일반적으로, 열 관리 헤드(402)는 각 전자 디바이스(210) 위에 그리고 이에 직접 접촉하여 위치된다. 본 실시예의 테스트 시스템(100)은 최대 16개의 전자 디바이스(210)가 4X4 어레이 또는 배향{예를 들어, 4개의 전자 디바이스(210)를 포함하는 각 유닛을 갖는 단일의 4개의 유닛 설정}으로 테스트될 수 있는 테스터를 도시한다는 것이 당업자에게 인식될 것이다.
열 관리 헤드(402)가 테스트 시스템 보드(502)를 보호하는데 도움을 주고, 높은 열 노출로부터 회로들, 구조들, 및 디바이스들을 수반한다는 것이 발견되었다. 이와 같이, 테스트 시스템(100) 및/또는 테스트 시스템 보드(502)의 테스트 기기는 테스트 동안 낮은 온도에 있어서, 테스트 기기의 수명을 연장한다.
또한 테스트 시스템(100)의 설계가 전형적인 테스터 시스템들에 비해 동작 비용에서의 감소를 허용한다는 것이 발견되었다. 예로서, 125℃에서 실행되는 테스트 시스템(100)에 의한 평균 전력 소비는 165 와트의 피크를 갖는 50와트이다. 추가 비용 절감은 또한 압축된 공기 소스를 요구하지 않는 테스트 시스템(100)으로부터 초래된다.
따라서, 본 발명의 테스트 시스템(100)이 전자 디바이스(210)의 국부화된 가열에 대한 중요하고, 이전에 알려져 있지 않고 이용가능하지 않은 해법들, 성능들, 및 기능적 양상들을 제공한다는 것이 발견되었다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 추가 실시예에서 테스트 시스템의 제조 방법(600)의 흐름도가 도시된다. 방법(600)은 블록(602)에서 열 확산기를 포함하는 열 관리 헤드를 제공하는 단계와; 블록(604)에서 전자 디바이스와 직접 접촉하게 열 확산기를 위치시키는 단계와; 블록(606)에서 전류를 변경함으로써 열 확산기와 전자 디바이스 사이에서 에너지를 전달하는 단계를 포함한다.
따라서, 이에 따른 본 실시예들이 다수의 양상들을 갖는다는 것이 발견되었다. 하나의 그러한 양상은, 테스트 시스템의 설계가 1개 내지 16개의 전자 디바이스들의 국부화된 가열을 위한 간단하고 저렴한 대안을 제공한다는 것이다. 이와 같이, 본 실시예들의 테스트 시스템은 DUT들을 가열하는데 일반적으로 이용된 표준 오븐보다 비용이 적게 든다.
본 실시예들의 다른 양상은, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템이 회로 보드의 양쪽 측부 상에서의 구성요소들을 동시에 상이한 온도로 테스트할 정도로 충분히 작다는 것이다.
본 실시예들의 다른 양상은, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템의 최대 동작 온도가 전자 디바이스와 PCB 또는 기판 사이의 땜납 연결의 용융에 의해서만 한정된다는 것이다. 땜납 연결은 열 관리 헤드로부터 전자 디바이스 또는 집적 회로를 통한 열 전달로 인해 용융된다.
본 실시예들의 다른 양상은, 본 명세서에 기재된 테스트 시스템의 최소 동작 온도가 집적 회로를 통한 열 전달에만 한정되어, 땜납이 저온 응력(cold stress)으로 인해 파손되도록 한다는 것이다.
본 실시예들의 다른 양상은 테스트 시스템의 온도 및 램프율을 정확하게 제어하기 위한 PID 제어기의 사용이다.
본 실시예들의 다른 양상은, 사용자가 단일의 호스트 컴퓨터 COM 포트에 의해 제어될 수 있는 최대 240개의 유닛들을 네트워킹할 수 있다는 것이다.
본 실시예들의 다른 양상은 주변보다 높은 온도(예를 들어, 전자 디바이스, 집적 회로, DUT, 및/또는 소켓의 온도 한계까지)로 가열할 수 있는 능력이다.
본 실시예들의 다른 양상은, 테스트 시스템의 설계가, 사용자로 하여금 시스템을 주변에서의 온도로 냉각하도록 하거나, 펠티어 디바이스의 이용을 통해, 서브-주변(sub-ambient)이 가능하다는 것이다.
본 실시예들의 다른 양상은, 전자 디바이스만이 가열되기 때문에 테스트 시스템의 국부화된 가열이 테스터 구성요소 장애의 발생을 감소시킨다는 것이다. 혁신적인 열 확산기 디자인은 주위 구성요소들을 전자 장치 온도까지 가열하지 않는다.
본 실시예들에서의 다른 양상은 잔여 제어기가 안전을 위해 추가될 수 있다는 것이다.
본 실시예들에서의 다른 양상은, 테스트 시스템의 컴팩트한 설계가 표준 오븐보다 작은 벤치 공간을 요구한다는 것이다.
본 실시예들의 다른 양상은, 단일의 4개의 유닛 설정이 한 번에 4개의 상이한, 유사하거나 동등한 온도로 동일한 실험을 수행할 수 있어서, 주어진 테스트에 대해 완전한 온도 프로파일을 제공한다는 것이다. 특히, 표준 오븐은 하나의 온도에서만 동작할 수 있다.
본 실시예들의 다른 양상은, 단일의 4개의 유닛 설정이 약 1920W 피크 전력을 이용하는 표준 오븐에 비해 600W 미만의 피크 전력을 소비한다는 것이다.
결과적인 방법, 프로세스, 장치, 디바이스, 제품, 및/또는 시스템은 간단하고, 비용에 효율적이고, 복잡하지 않고, 높은 다기능성이 있고, 정밀하고, 감도가 좋고, 효율적이며, 그리고 준비가 되고, 효율적이고 상업적 제조 응용 및 이용을 위해 알려진 구성요소들을 적응함으로써 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 중요한 양상은, 비용을 감소하고, 시스템을 간략화하고, 성능을 증가시키는 역사상 트렌드를 가치 있게 지원하고 서비스하는 것이다.
본 발명의 다른 및 다른 가치 있는 양상들은 이에 따라 적어도 다음 레벨로의 기술적 언급을 추가로 한다.
본 발명이 특정한 최상의 모드와 연계하여 기재되었지만, 많은 대안들, 변형들 및 변경들이 이전 설명을 고려하여 당업자에게 명백하다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 포함된 청구 범위 내에 있는 모든 그러한 대안들, 변형들 및 변경들을 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 이전에 설명되거나 첨부 도면에 도시된 모든 주제는 예시적이고 한정되지 않은 관점에서 해석될 것이다.

Claims (20)

  1. 테스트 시스템(test system)의 제조 방법으로서,
    열 관리 요소(thermal management element), 복수의 돌출부(projection)를 가진 열 확산기(heat spreader), 및 열 절연성 장착 기판(thermally insulative mounting substrate)을 포함하는 열 관리 헤드(thermal management head)를 제공하는 단계 - 상기 열 관리 요소는 상기 열 확산기와 열적으로 맞물리고 상기 열 확산기에 의해 커버되지 않은 부분을 가지며, 상기 열 절연성 장착 기판은 상기 열 관리 요소의 상기 부분의 바깥쪽으로 열이 방사하는 것을 막기 위해 상기 열 관리 요소의 상기 부분을 커버함 - ;
    복수의 전자 디바이스의 각각의 전자 디바이스와 직접 접촉하는 상기 각각의 돌출부들을 위치시키는 단계;
    상기 열 관리 헤드에 전류를 공급함으로써 상기 복수의 돌출부로부터 상기 복수의 전자 디바이스로 열을 전달하는 단계
    를 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스 중 적어도 하나의 전자 디바이스를 분당 적어도 7℃의 램프율로 가열하는 단계를 더 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    PID(proportional-integral-derivative) 제어기, 및 상기 복수의 전자 디바이스의 온도를 제어하기 위한 상기 PID 제어기에 상기 열 확산기와 상기 복수의 전자 디바이스 사이에서의 열 전달에 관한 정보를 전달하기 위한 센서를 제공하는 단계를 더 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 관리 요소는 펠티어(Peltier) 디바이스를 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스와 직접 접촉하는 상기 복수의 돌출부를 위치시키는 단계는 복수의 집적 회로, 복수의 DUT(device under test), 또는 복수의 소켓(socket)과 직접 접촉하는 상기 복수의 돌출부를 위치시키는 단계를 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 각각의 전자 디바이스들은 기판 상에 있는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스를 가열 또는 냉각함으로써 상기 복수의 전자 디바이스를 테스트하는 단계를 더 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 확산기와 접촉하는 상기 열 관리 요소를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열 확산기는 애퍼처(aperture)를 포함하는, 테스트 시스템의 제조 방법.
  10. 테스트 시스템으로서,
    열 관리 요소, 복수의 돌출부를 가진 열 확산기, 및 열 절연성 장착 기판을 포함하는 열 관리 헤드 - 상기 열 관리 요소는 상기 열 확산기와 열적으로 맞물리고 상기 열 확산기에 의해 커버되지 않은 부분을 가지며, 상기 열 절연성 장착 기판은 상기 열 관리 요소의 상기 부분의 바깥쪽으로 열이 방사하는 것을 막기 위해 상기 열 관리 요소의 상기 부분을 커버함 - ; 및
    상기 복수의 돌출부로부터 복수의 전자 디바이스로 열을 전달하기 위해 전류를 제공하는 전력 연결기
    를 포함하며,
    상기 복수의 돌출부는 상기 복수의 전자 디바이스의 각각의 전자 디바이스와 직접 접촉하도록 구성되는, 테스트 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열 관리 요소는 상기 열 확산기와 접촉하는, 테스트 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 열 확산기는 애퍼처(aperture)를 포함하는, 테스트 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    PID 제어기, 및 상기 복수의 전자 디바이스의 온도를 제어하기 위한 상기 PID 제어기에 상기 열 확산기와 상기 복수의 전자 디바이스 사이에서의 열 전달에 관한 정보를 전달하기 위한 센서를 더 포함하는, 테스트 시스템.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스의 각각의 전자 디바이스는 기판 상에 있는, 테스트 시스템.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스는 복수의 집적 회로, 복수의 DUT, 또는 복수의 소켓을 포함하는, 테스트 시스템.
  16. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 관리 헤드는 상기 복수의 전자 디바이스를 냉각하도록 더 구성되는, 테스트 시스템.
  17. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 관리 요소는 펠티어 디바이스를 포함하는, 테스트 시스템.
  18. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전자 디바이스 중 적어도 하나의 전자 디바이스는 분당 적어도 7℃의 램프율로 가열되는, 테스트 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
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