KR20060048889A

KR20060048889A - 냉각 장치

Info

Publication number: KR20060048889A
Application number: KR1020050069136A
Authority: KR
Inventors: 테츠야 시마다; 카츠히코 와타베
Original assignee: 에스펙 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2006-05-18
Also published as: JP4177796B2; US20060021364A1; KR100813189B1; TWI284968B; US7257956B2; TW200607065A; JP2006049389A

Abstract

냉각 효과가 큰 동시에 온도 정밀도 좋게 디바이스를 냉각할 수 있고 고발열형 디바이스의 냉각에 사용 가능한 냉각 장치를 제공한다.

냉각 장치는, 번 인 보드(71)의 소켓(76)에 부착한 디바이스(1)에 방열판(23)을 구비한 냉각체(2)를 압접시키고, 송풍기(3)로 방열판(23)의 사이를 통과하도록 공기를 공급하는 동시에, 압축공기 공급계(5)로부터 공급되는 압축공기를 노즐(6)로 방출시켜, 냉각체(2)의 냉각 상면(22)의 일부분에 직접 닿게 하도록 구성되어 있다. 이들의 양방의 공기의 냉각 효과에 의해, 고발열형 디바이스를 온도 정밀도 좋게 냉각할 수 있다.

냉각 장치, 냉각체, 공기 공급수단, 압축공기 공급수단, 압축공기 유량 조정수단, 온도 검출 수단, 열매체액, 반도체 디바이스

Description

냉각 장치{ Cooling Equipment}

도 1은 본 발명을 적용한 냉각 장치의 구성의 1예를 도시한 설명도이다.

도 2는 상기 장치의 평면상태를 도시한 설명도이다.

도 3은 (a) 내지 (c)는 각각 냉각체와 디바이스와 소켓을 분리시킨 상태를 도시한 정면도, 냉각체의 평면도 및 디바이스의 평면도이다.

도 4는 냉각체를 번 인 보드에 고정하는 고정구의 정면도이다.

도 5는 냉각체의 다른 예를 도시하고 (a)는 정면도이며 (b)는 평면도이다.

도 6은 제어장치 부분을 포함하는 냉각 장치의 구성을 도시한 설명도이다.

도 7은 다른 제어장치 부분을 포함하는 냉각 장치의 구성을 도시한 설명도이다.

[부호의 설명]

1 디바이스(반도체 디바이스)

2 냉각체

3 송풍기(공기 공급수단)

4 압축기(압축공기 공급수단)

5 압축공기계(압축공기 공급수단)

6 분사기(압축공기 공급수단)

9 온도제어기(제어수단)

10 절환제어기(제2 제어수단)

11 상면(일면)

11a 중앙부분(일정 범위의 부분)

14 온도센서(온도 검출 수단)

21 압접면

22 냉각 상면(피냉각면)

22a 내측면

22a₁ 직사면(특정 범위의 부분)

22b, 22c 외측면

23 방열판 (냉각부재)

31 모터(공급공기 유량 조정수단)

32 구동기(공급공기 유량 조정수단)

33 제2 온도제어기(제2 제어수단)

53 자동밸브, 개별공기 자동 조정밸브(압축공기 유량 조정수단)

O 상면의 중심(일면의 중심)

t 목적으로 하는 온도

ta 검출한 온도

ts 설정 온도(목적으로 하는 온도)

△t 검출한 온도와 목적으로 하는 온도의 차

X₁ 일방측으로부터 타방측의 방향

본 발명은, 평면형상의 일면을 구비하고 있고 통전되면 목적으로 하는 온도보다 높은 온도까지 발열하여 상기 일면의 온도가 상승하는 반도체 디바이스를 상기 목적으로 하는 온도로 하도록 냉각가능한 냉각 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스(이하 단순히 「디바이스」라고 한다)의 번 인 장치로서는, 다수의 디바이스를 번 인(burn-in) 보드에 장착하고, 이것을 항온조에 다단으로 적재하고, 디바이스에 통전하는 동시에, 조내에서 예를 들면 125℃의 일정한 온도로 조정된 열풍을 번 인 보드에 대하여 평행하게 흘려보내고, 다수의 디바이스를 똑같이 냉각하면서 순환시키도록 한 장치가 일반적이다(예를 들면 특허문헌1, 2 참조). 이러한 번 인 장치에 의하면, 종래의 디바이스라면, 순환되는 열풍의 온도에 대응하여, 통전에 의해 발열하는 디바이스의 내부온도가 150℃정도의 번 인에 적당한 온도가 된다고 되어 있어, 다수의 디바이스를 능률적으로 번 인 시험할 수 있었다.

또, 특허문헌3에는, 종래 기술로서, 조내의 온도를 검출해서 이것을 일정 온도로 하는 것 만으로는, 디바이스 자체의 온도를 직접 제어하지 않기 때문에 , 반도체 칩의 빈 스페이스에 다이오드를 형성하고, 그 전기 특성으로부터 반도체 칩의 정크션 온도를 추정하는 것이 행해지고 있던 것이 기재되어 있다.(동 특허문헌3 참조).

또한 상기 특허문헌3에서는, 개개의 반도체 칩의 집적회로부에 그 전체에 걸쳐 온도측정용 배선부를 배치하고, 집적회로부의 통전용 접속 패드와 동일한 상태로 설치한 접속 패드를 통해 칩의 평균적 온도를 검출하고, 온도 조정 장치에 개개의 반도체 칩에 대응해서 배치한 송풍팬으로부터 온도 조절된 공기를 보내고, 칩의 평균적 온도를 목적으로 하는 번 인 온도로 하도록 개개의 칩에 보내는 송풍량을 제어하도록 한 번 인 시험장치가 제안되고 있다.

한편, 최근에는, 통전 시에 예를 들면 300W정도까지 발열하는 고발열 디바이스가 출현하고 있어, 번 인 장치나 이러한 고발열 디바이스를 실장한 프린트 기판의 냉각 장치를 이러한 고발열 디바이스의 번 인에 대응시킬 필요가 있다. 그런데, 상기의 종래의 일반적인 열풍순환식의 장치로는, 디바이스의 일면을 1종류의 공기로 직접적으로 냉각하고 있기 때문에, 냉각 면적이 부족하거나, 냉각 공기량이 부족하여, 디바이스가 발생시키는 고열량을 제거할 수 없게 되어 있다.

이에 대하여, 고발열 디바이스를 포함하는 디바이스를 실장한 프린트 기판의 냉각 장치로서는, 프린트 기판에 디바이스에 상당하는 저발열 소자 및 고발열 소자를 장착한 프린트 기판 상의 냉각실에 1대의 공통 공냉 수단인 송풍기로부터 냉각 공기를 흘려보내고, 저고발열 소자의 각각의 표면의 일부분에 원통형 및 티컵형의 벨로스형상 핀을 접촉시켜서 이들 핀을 통해 소자를 공통되게 냉각하는 동시에, 고발열 소자에 대해서는, 소형고압 팬에 의해 고압공기통로의 분출구로부터 티컵내에 고압공기를 보내도록 한 반도체소자의 냉각 장치가 나와 있다(특허문헌4 참조).

이 냉각 장치 티컵형 핀에서는, 핀의 내외의 공기가 핀에 의해 분리되어 있기 때문에, 각각의 공기가 직접적으로 혼합되지 않기 때문에 각각 독립된 냉각 작용을 시킬 수 있지만, 1개의 일체형의 핀이 소자의 표면의 일부분에 접촉하고 있는 동시에 큰 용적을 갖도록 퍼져 있기 때문에, 냉각실내의 공기흐름이 큰폭으로 어지러워 지는 것, 핀이 1개이기 때문에 벨로스형상이라도 냉각 면적이 작은 것, 소자의 표면에 접촉하는 접점부로의 핀이 밑동부분의 면적이 작은 동시에 이것이 소자의 표면의 일부분에 접촉하고 있을 뿐인 것, 송풍기보다도 고압이지만 고압 팬으로부터의 송기이기 때문에 유속이 그다지 커지지 않는 것 등에 의해, 결국 고발열 소자의 냉각 효과가 불충분하다.

또, 마찬가지로 고발열 디바이스를 포함하는 디바이스를 실장한 프린트 기판의 냉각 장치로서, 고발열 디바이스에 상당하는 고발열 히트싱크를 포함하는 히트싱크를 장착한 프린트 기판 상의 냉각실에 상기와 마찬가지로 공통적으로 냉각 공기를 흘려 보내는 동시에, 블로어로부터 승압한 공기를 소풍로에 흘려 보내서 디바이스의 발열량에 대응한 크기의 오리피스를 통해 디바이스의 일면으로부터 디바이스에 설치되어진 중앙공간을 향해 직접 공기를 닿게 하도록 한 히트싱크의 진접 분사 공기 시스템이 나와 있다(특허문헌5 참조).

이 시스템에서는, 히트싱크의 내외의 공기가 중앙공간에 의해 분리되어 있으므로, 각각의 공기가 직접적으로 혼합하지 않기 때문에 각각 독립된 냉각 작용을 시킬 수 있지만, 중앙공간과 같은 구멍을 가지는 특별한 디바이스에밖에 적용할 수 없는 것, 송풍기보다도 고압이지만 토출압력이 100KPa정도까지로 되어 있는 블로어로부터의 송기이기 때문에 유속이 그다지 커지지 않는 것 등에 의해, 결국 고발열 소자의 냉각 효과가 불충분하다.

또, 압축기로 압축되어 냉각된 공기를 디바이스의 양면에 배치된 공기분사 노즐로 분사시켜서 개개의 대상물마다 그 양면을 직접 냉각하도록 한 공기분사식 온도제어장치가 알려져 있다(특허문헌6 참조). 그러나 이 장치에서는, 디바이스의 양면을 냉각하도록 하고 있으므로, 디바이스의 일면측을 디바이스와 전기적 접속을 도모하는 커넥터로의 장착면으로 하고 있는 통상의 번 인 장치에는 적용할 수 없는 것, 면에 닿게 하는 공기량만으로 디바이스의 전체 발열량을 제거하기 때문에, 이 공기량을 제어하는 것만으로는, 디바이스의 온도를 충분히 정밀도 좋게 제어하는 것이 어려운 것, 디바이스의 면에 직접 분사 공기를 닿게 하므로, 그 표면이 더러워지거나 변색되는 등의 분사 공기의 영향을 받는 것 등의 문제가 있다.

[특허문헌1]일본국 특개평8-211122호 공보(도 1 및 명세서의 관련 설명)

[특허문헌2]일본국 특개평11-231943호 공보(도 1 및 명세서의 단락 25)

[특허문헌3]일본국 특개2000-97990호 공보(도 4 및 명세서의 단락 3, 4, 도 1, 2 및 명세서의 관련 설명)

[특허문헌4]일본국 특개평1-28896호 공보(특히 도 2 및 관련 설명)

[특허문헌5]미국 특허 제4851965호(특히 도 2, 3 및 관련 설명)

[특허문헌6]일본국 특개평4-321113호 공보(도 1 및 명세서의 관련 설명)

본 발명은 종래 기술에 있어서의 상기 여러가지 문제를 모두 해결하고, 디바이스 표면에 영향을 주지 않고, 냉각 효과가 큰 동시에 온도 정밀도 좋게 디바이스를 냉각할 수 있고 고발열형 디바이스의 냉각에 사용가능한 냉각 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항1의 발명은, 평면형상의 일면을 구비하고 있고 통전되면 목적으로 하는 온도보다 높은 온도까지 발열하여 상기 일면의 온도가 상승하는 반도체 디바이스를 상기 목적으로 하는 온도로 하도록 냉각 가능한 냉각 장치에 있어서,

상기 일면에 압접되는 압접면과 이 압접면의 반대측의 피냉각면과 다수의 냉각부재로서 상기 피냉각면 중 상기 일면의 중심을 포함하는 일정 범위의 부분에 대응하는 내측면의 외측의 외측면에 일방측으로부터 타방측으로 공기가 통과 가능하도록 세워 설치된 다수의 냉각부재를 구비한 냉각체와, 상기 공기를 공급 가능한 공기 공급수단과, 상기 내측면에 대향하는 방향으로부터 상기 내측면 중 상기 중심에 대응하는 위치를 포함하는 특정 범위의 부분에 닿도록 압축기로 압축되어 방열된 압축공기를 분사기로 방출해서 공급 가능하게 하는 압축공기 공급수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

청구항2의 발명은, 상기에 더해서, 상기 반도체 디바이스의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 압축공기의 유량을 조정 가능하게 하는 압축공기 유량 조정수단과, 상기 온도 검출 수단이 검출한 온도가 상기 목적으로 하는 온도로 되도 록 상기 압축공기 유량 조정수단을 제어하는 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

청구항3의 발명은, 상기에 더해서, 상기 공기의 유량을 조정 가능하게 하는 공기유량 조정수단과, 상기 검출한 온도와 상기 목적으로 하는 온도의 차가 소정값이상일 때에는 상기 차가 상기 소정값으로 되도록 상기 공기유량 조정수단을 제어하는 제2 제어수단을 가지고, 상기 제어 수단은 상기 차가 상기 소정값보다 작아졌을 때에 상기 온도 검출 수단이 검출한 온도가 상기 목적으로 하는 온도로 되도록 상기 압축공기 유량 조정수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항4의 발명은, 청구항1의 발명에 더해서, 상기 압축공기 공급수단은 상기 압축공기와 열매체액을 혼합해서 상기 열매체액을 미소립으로 해서 상기 압축공기로 공급 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

도 1 및 도 2는 본 발명을 적용한 냉각 장치의 전체구성의 1예를 도시하고, 도 3은 그 구성 부분의 1예를 도시한다. 또한 도 1, 2에서는, 통상 5∼10단정도의 다단으로 구성이 되는 장치의 1단의 부분을 도시하고 있다. 다른 단도 동일한 구조로 된다.

본 예의 냉각 장치는, 평면형상의 일면으로서 본 예에서는 상면(11)을 구비하고 있고 통전되면 목적으로 하는 온도로서 본 예에서는 거의 150℃정도의 온도(t)보다 높은 온도까지 발열하여 이것에 대응해서 상면(11)의 온도도 상승하도록 형성된 디바이스(1)를 온도(t)로 하도록 냉각가능한 냉각 장치로서 디바이스(1)의 번 인에 이용되는 장치이며, 냉각체(2), 공기 공급수단으로서의 송풍기(3), 압축공기 공급수단을 구성하는 압축기(4), 압축공기관계(5) 및 분사기(6) 등을 가진다.

냉각 장치의 통상의 구조부분으로서는, 디바이스(1)를 탑재하기 위한 번 인 보드(71)(이하 단순히 「보드(71)」라고 한다), 이것을 냉각 장치내에서 지지하기 위한 지지판(72), 내외 케이싱(73, 74), 중계 보드(100)가 전기적으로 결합되는 커넥터(75) 등이 설치되어 있다. 내외 케이싱(73, 74)의 사이는 배기덕트가 된다.

보드(71)는, 프린트 기판으로 이루어지고, 그 위에 소켓(76)이 부착되어 있고, 선단에는, 커넥터(75)에 착탈되는 엣지 커넥터(71a)가 형성되어 있다. 후단에는 손잡이(71b)가 부착되어 있다. 번 인 시험장치로서는, 냉각 장치에 더해서, 냉각 장치의 밖에 배치되고 순서대로 중계 보드(100)에 결합되는 도시하지 않은 드라이버/테스트 보드, 중계 보드, 컨트롤 보드 등이 준비된다. 그리고 이들에 의해, 디바이스(1)에 통전하고 필요한 전기신호를 주어서 번 인을 위해 디바이스(1)를 작동시킬 수 있다.

디바이스(1)는, 통전 시에 300W정도까지의 열량을 발생시키는 고발열형의 것이지만, 도 3(a)에도 도시한 바와 같이, 통상의 것과 마찬가지로, 주변에 다수개의 핀(12)을 구비하고 있고, 번 인 보드에 착탈할 때에는 그들이 소켓(76)에 착탈되는 구조로 되어 있다. 그 상면(11)은, 방열하기 쉽도록 동에 니켈 도금을 한 것 같은 전열성이 좋은 금속으로 되어 있고 평탄한 면으로 되어 있다. 하면(13)은 통상 내열수지제이다.

이러한 고발열형의 디바이스(1)에는, 온도관리의 중요성에서 온도센서(14)를 내장한 구조의 것이 있다. 그 경우에는, 센서(14)는, 다수개의 핀(12) 속의 적당한 것과 접속되고, 소켓(76)으로부터 보드(71)의 프린트 배선을 통해 상기 도시하지 않은 컨트롤 보드로부터 외부배선으로서 꺼내지고, 온도표시나 온도제어용으로서 사용된다. 온도센서(14)가 디바이스(1)에 내장되어 있지 않을 경우에는, 디바이스(1)의 하면(13)에 접촉하도록 소켓(76)에 대용의 온도센서를 부착하고, 이들을 마찬가지로 보드(71)의 프린트 배선에 접속하는 것 같은 구조로 된다.

냉각체(2)는, 도 3(a) 및 (b)에도 도시한 바와 같이, 디바이스(1)의 상면(11)에 압접되는 압접면(21)과 이 면의 반대측의 피냉각면인 냉각 상면(22)과 다수의 냉각부재인 핀 형상의 다수의 방열판(23)을 구비하고 있다. 디바이스(1)는, 도 3(c)에 도시한 바와 같이 본 예에서는 1변(a)이 4㎝의 사각형으로 되어 있고, 압접면(21)은, 그 상면(11)을 덮도록 이것보다 넓은 면적으로 되어 있다. 압접면(21)의 주변에는 또한, 냉각 상면(22)을 크게 하는 동시에, 압접면(21)이 충분한 압접력으로 전면적으로 확실하게 상면(11)에 압접하도록, 냉각 상면(22)의 확대 부분과 함께 단형상부(24)가 형성되어 있다.

다수의 방열판(23)은, 냉각 상면(22) 중, 디바이스의 상면(11)의 중심(O)을 포함하는 일정 범위의 부분인 중앙부분(11a)에 대응하는 내측면(22a)의 외측의 외측면(22b 및 22c)에, 일방측인 송풍기(3)의 측에서 타방측인 내측 케이싱(73)의 측으로 도면에 있어서 X₁방향으로 다수의 방열판(23)의 각각의 사이(s)를 공기가 통과 가능하도록 냉각 상면(22)의 내측면(22a)에 직각인 방향으로 세워 설치되어 있다. 이 다수의 방열판(23)은, 본 예에서는 중심(O)에 대하여 냉각 상면(22)의 길이(X)방향으로 간격(d)을 두고 양측에 폭(Y)방향으로 13개씩 합계 26개로 형성되어 있다.

방열판(23)을 포함하는 냉각체(2)의 재료로서는, 예를 들면 알루미늄이나 알루미늄합금과 같은 경량이며 열전도율이 좋은 것이 사용된다. 내측면(22a)의 형상이나 크기는, 분사기(6)로부터 분출되는 공기량, 냉각 상면(22)이나 방열판(23)의 크기나 형상, 분사기(6)의 수 등에 대응하고, 냉각 효과가 커지는 동시에 냉각체(2)의 제조가 용이하게 되도록 정해진다. 예를 들면, 본 예와 같이 모든 방열판을 양측으로 분리한 형상의 것이 아니라, 연속된 방열판 속에 사각형이나 원형이나 타원형의 공간부가 생기도록 방열판을 배치한 형상의 것이라도 된다.

냉각체(2)는, 그 압접면(21)이 디바이스(1)의 상면(11)에 양호하게 압접하도록 보드(71)에 적당한 수단으로 부착되지만, 본 예에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 고정구(8)로서, 보드(71)에 부착되는 대좌(臺座)(81), 이것에 부착되는 핀(82), 이것에 중심선(C)으로부터 C₁의 사이에서 경사 가능하게 지지된 내측 가이드(83), 이것과 걸어 맞춤한 외측 가이드(84), 이것에 고정된 핀(85), 핀(82과 85)에 걸어진 외측 가이드(84)를 내측 가이드(83)의 방향으로 잡아 당기는 스프링(86), 외측 가이드(84)와 일체인 클릭부(84a) 등으로 형성되어 있다.

송풍기(3)는, 상기와 같이 X₁방향으로 다수의 방열판(23)의 각각의 사이(s)를 통과 가능하도록 공기를 공급하지만, 본 예에서는, 도 1, 2에 도시한 바와 같 이, 각 단의 번 인 보드(71) 상에 부착되는 4조의 냉각체(2)의 각각에 독립적으로 공기를 공급 가능하도록 각 단에 4대 설치되어 있다. 즉, 1대의 송풍기(3)는, 1조의 냉각체의 방열판(23)의 폭(Y)방향 및 높이(Z)방향의 전체의 범위를 포함하도록 공기를 공급한다.

이 경우, 송풍기(3)로서는, 예를 들면 토출정압이 0.3∼0.4KPaG정도의 축류송풍기가 사용되지만, 그 날개의 지름이 방열판(23)의 높이 및 전체폭에 가까울 정도의 치수라면, 날개의 토출공기가 적당히 다소 확산해서 방열판(23)의 높이 및 전체폭의 범위로 거의 방열판에 평행하게 공기를 보낼 수 있다. 송풍기(3)의 송풍량은, 방열판(23)의 열을 가능한 한 많이 제거하도록 정해지지만, 그 제거 열량에는 한계가 있기 때문에, 디바이스(1)가 상기 고발열형의 것일 때에는, 예를 들면 그 최대 발열량의 80%정도의 열량을 제거할 수 있도록 정해진다.

또한, 1단 또는 전체단의 전체수의 냉각체(2)에 대하여 1대의 송풍기와 각각의 방열판(23)에 대응한 위치에 송기용의 개구를 설치하고, 또 필요에 따라 댐퍼를 설치함으로써, 각각의 방열판(23)에 거의 같은 정도의 공기가 공급되도록 배치로 하는 것도 가능하다.

압축기(4) 및 압축공기관계(5)는, 본 예에서는 냉각 장치가 사용되는 반도체제조 공장 등의 공장 전체에 일반용도의 압축공기를 공급하는 설비로서 설치되어 있다. 이러한 압축공기계는, 통상 0.7∼0.9MPaG정도의 압력으로 된다. 그리고 압축기(4)의 토출측에는, 도시와 같이 공기냉각기(41) 및 공기조(42)가 설치되고, 공기조(42)안의 압축공기의 압력이 상기 범위의 압력이 되도록, 압축기가 자동운전 되고 있다.

냉각 장치로의 압축공기는, 이러한 압축공기계(5)로부터, 밸브가 되는 냉각 장치용의 주공기밸브(51) 및 각각의 냉각체(2) 및 분사기(6)에 대응해서 설치된 개별공기밸브(52)를 통해 상기 분사기(6)에 공급 가능하게 된다. 또한, 압축공기 공급계가 이러한 공장설비로서 설치되어 있지 않을 경우에는, 냉각 장치로서 소용량의 동일한 압축기 등이 설치된다.

분사기(6)는, 통상의 구조의 것으로 상세 도시를 생략하지만, 압축공기실과 노즐(61)을 구비하고 있고, 상기 내측면(22a)에 대향하는 방향으로서 이 면의 상방이며 높이(h)의 위치로부터 이 면 중 중심(O)에 대응하는 위치를 포함하는 특정 범위의 부분으로서 반경(r)의 원의 직사면(22a₁)에 닿도록, 압축기(4)로 압축되고 공기냉각기(41), 공기조(42), 압축공기계(5)의 배관내 등에서 방열한 압축공기를 방출해서 공급 가능하게 한다. 분사기(6)로부터 방출되는 공기량, 유속 및 상기 반경(r)은, 압축공기실의 압력, 노즐(61)의 지름, 상기 높이(h) 등의 값에 의해 정해지므로, 실제의 장치에서는, 상기 공기량, 유속 및 r이 적당한 값이 되도록 상기 지름, 압력, h 등이 정해진다.

또한, 압축공기 공급계(5)에 더해서 열매체액으로서 예를 들면 물을 공급하는 물공급계를 추가하고, 분사기(6)로서, 압축공기와 물공급계로부터 공급되는 물을 도입해서 이들을 혼합하고, 물을 미소립인 미스트로 해서 압축공기로 공급 가능하게 하는 에어 미스트 스프레이건 등을 사용하도록 해도 좋다.

이상과 같은 냉각 장치는 다음과 같이 운전되고, 그 작용 효과를 발휘한다.

송풍기(3)는 운전가능한 상태로 되어 있다. 또, 공장 등의 압축공기 공급계(5)는, 통상 사용가능한 상태로 되어 있다. 각각의 개별공기밸브(52)는 미리 개방도 조정되어 있다. 이러한 상태에서 디바이스(1)의 번 인 시험을 할 때에는, 우선 디바이스(1) 및 냉각체(2)를 보드(71)에 장착한다. 즉, 도 3(a)의 화살표로 나타낸 바와 같이, 디바이스(1)를 보드(71)에 부착되어 있는 소켓(76)에 장착하고, 압접면(21)이 디바이스의 상면(11)에 접촉하는 위치에 냉각체(2)를 배치하고, 고정구(8)를 중심선(C₁)의 위치로 경도시켜서 압접면(21)을 상면(11)에 싣고, 외측 가이드(84)를 잡아 당겨 고정구(8)를 중심선(C)의 위치로 해서 냉각체(2)의 단형상부(24)의 상단에 걸고, 평면위치를 미세 조정해서 냉각체(2)의 위치를 안정시킨다. 이에 따라, 스프링(86)의 적당한 힘에 의해 압접면(21)이 상면(11)에 압접하고, 상면(11)의 열을 충분히 작은 열저항의 하에 냉각체(2)의 압접면(21)으로 이동시킬 수 있다. 또한, 본 예와 같이 단형상부(24)를 형성함으로써, 특히 양호한 압접상태를 얻을 수 있었다.

모든 디바이스(1) 및 냉각체(2)를 보드(71)에 장착하면, 보드(71)의 폭(X)방향의 양단을 냉각 장치의 지지판(72) 상에 싣고, 이것을 냉각체(2)의 상기 폭(Y)방향이기도 한 깊이(Y₁)방향으로 보내고, 선단의 엣지 커넥터(71a)를 커넥터(75)에 끼워 넣는다. 이에 따라, 디바이스(1)는, 순서대로, 보드(71), 중계 보드(100), 도시하지 않은 드라이버/테스트 보드 및 중계 보드를 통해 컨트롤 보드에 접속된다.

이상과 같은 조작에 의해 번 인 시험을 실시가능한 상태가 되고, 시험장치를 조작해서 디바이스(1)에 급전하고, 필요한 전기신호를 주어서 디바이스(1)를 작동 상태로 한다. 또, 이것과 동시에 혹은 조금 늦게 송풍기(3)를 운전한다. 디바이스(1)가 작동 상태가 되면, 최대 300W정도의 전력을 소비하고, 이 전력에 대응해서 열이 발생하여, 디바이스(1)는 최초의 상온 상태로부터 점차 온도 상승한다. 그러나, 이 초기 상태에서는, 디바이스(1)의 상면(11)의 온도가 충분히 높아져 있지 않으므로, 상기의 바와 같이 송풍기(3)만을 운전한다.

송풍기(3)를 운전하면, 냉각 장치의 외부인 이 장치가 배치되어 있는 실로부터 받아들여진 온도(t0)의 공기가 냉각체(2)에 보내지고, 그 방열판(23)의 사이(s)의 모든 부분을 통과한다. 그리고 디바이스(1)가 발열하면, 이 발열이, 상면(11)으로부터 압접면(21), 냉각 상면(22)을 통해 방열판(23)으로부터 통과하는 공기에 의해 제거된다. 이 경우, 냉각 상면(22)이 방열판(23)에 의해 극히 큰 냉각 면적으로 확대되어 있는 동시에, 방열판(23)이 냉각 상면(22)의 면적 중 상당한 부분을 차지하고 있으므로, 방열판(23)과 송풍기(3)에 의한 공기 공급에 의하여, 예를 들면 디바이스(1)가 상기와 같은 고발열형의 것이라도, 그 발열을 제거하기 위해서 필요로 하는 전체 제열량(除熱量)의 80%정도라는 충분히 큰 제열량을 얻을 수 있다.

이렇게 디바이스(1)를 송풍기(3)로 공냉하면서 계속해서 급전해서 작동 상태로 하고 있으면, 디바이스(1)가 고발열형의 것일 때에는, 그 발열량에 대하여 제열량이 예를 들면 상기와 같이 20%정도 부족하기 때문에, 디바이스(1)가 온도 상승한 다. 그 때문에, 온도센서(14)의 검출 온도(ta)가 목적으로 하는 온도(t=150℃)에 접근하고 예를 들면 145℃가 되면, 압축공기를 공급하는 주공기밸브(51)를 연다. 이에 따라, 개별공기밸브(52)로부터 분사기(6)에 압축공기가 공급되고, 그 노즐(61)로부터 냉각 상면(22)의 직사면(22a₁)에 닿도록 공기가 방출된다.

그 결과, 송풍에 의한 제열량의 부족분인 20%정도의 발열량이 방출 공기에 의해 제거되고, ta가 서서히 150℃에 도달하고, 이후 이 온도로 유지되게 된다. 또, 개별공기밸브(52)에서는, 전체 제열량이 아니라 그 20％정도의 제열량을 주도록 유량 조정하게 되므로, 정밀도 좋은 제열량을 얻어 번 인 온도의 정밀도를 좋게 할 수 있다. 또한, 개별공기밸브(52)를 미리 조정하고 있으므로, 어느 디바이스라도 150℃에 가까운 번 인 온도의 허용범위내의 ta를 얻을 수 있지만, 운전 조건의 변동 등에 의해 특정 디바이스의 ta가 150℃로부터 허용범위를 넘을 만큼 변동했을 때에는, 그 디바이스에 대응한 개별공기밸브(52)의 개방도를 더욱 조정하게 된다.

압축공기에 의한 제열에 대해서 더욱 설명하면 이하와 같다.

개별공기밸브(52)로 조정된 후의 분사기(6)의 노즐 앞부분의 압력이 P이며 방출 후의 압력이 대기압(Pa)이면, 이 압력차((P-Pa)=△P) 및 노즐의 지름에 대응해서 노즐을 통과하는 공기의 유속(V) 및 유량(q)이 정해진다. 이 유속(V)은 매우 고속이기 때문에, 방출 공기는, 송풍기(3)에 의한 공기흐름을 관통하도록 방사상으로 진행되지만, 이 때 진로부분 및 주변의 공기를 수반하면서, 도 1에 도시한 바와 같이 높이(h)의 거리를 진행하면 반경(r)의 원내의 직사면(22a₁)에 닿게 된다. 그 리고, 그 면으로부터 방사상으로 냉각 상면(22)을 따라 퍼지고 특히 송풍기의 공기흐름의 방향인 X₁방향으로 많이 흐르고, 그 흐름과 일체화된다.

실험에 의하면, 도 1에 도시한 분사기(6)의 높이(h)를 약 50㎜로 하고, 노즐(61)의 지름을 1㎜로 하고, 이것으로부터 압력 0.6MPaA정도의 압축공기를 방출시키면, 도 3(b)에 도시한 직사면(22a₁)의 반경(r)을 약 50㎜라는 적당한 크기로 할 수 있었다. 따라서, 압축공기의 방출에 의해, 직접적으로는 이 직사면(22a₁) 및 이것으로부터 방사상으로 확대된 일정 범위의 부분을 저온공기로 효과적으로 냉각할 수 있는 동시에, 간접적으로는, 방열판(23) 중 상류측의 것(23b)을 냉각해서 온도상승한 송풍기(3)의 공급공기의 온도를 어느 정도 저하시켜서, 하류측의 방열판(23a)에 있어서의 냉각 효과를 보조할 수 있다. 이 경우, 방출 공기가 직사면(22a₁)에 충돌하도록 흐르므로, 종래와 같이 냉각 상면(22)에 평행하게 공기를 흘려보내는 듯한 통상의 번 인 장치와 비교해서, 큰 폭으로 열교환성을 좋게 하고, 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

그 결과, 분사기(6)가 소형이며 노즐(61)이 예를 들면 1㎜정도의 충분히 작은 지름이 것이라도, 압축공기의 공급에 의해 필요한 제열량의 20％정도를 얻을 수 있다. 그리고, 분사기(6)를 소형으로 함으로써, 이것을 냉각 상면(22)의 내측면(22a)의 상방에서 이것에 가까운 위치에 배치하여, 냉각 상면(22)에 확실하게 방출 공기를 닿게 해서 상기의 제열량을 확실하게 얻을 수 있다.

또한, 이러한 효과적인 냉각 효과를 얻기 위해서는, 송풍 공기를 적당히 수 반한 방출 공기를 확실하게 냉각 상면(22)에 도달시킬 필요가 있는 동시에, 노즐(61)로부터의 공기의 방출 위치를 냉각체(2)의 내측면(22)의 상방에서 방열판(23)의 높이의 범위내의 높이로 하고, 방출 공기로 냉각하는 수반 공기를 송풍기의 공급공기로 하는 것이 바람직하다. 그 때에는, 분사기(6)를 그 전체 또는 일부분이 방열판(23)의 높이보다 낮은 위치가 되도록 설치하지 않으면 안되는 경우가 있지만, 압축공기의 공급에 의해 분사기(6)를 소형의 것으로 할 수 있기 때문에, 이것이 방열판(23a와 23b)의 사이에 존재해도, 공급공기의 흐름을 크게 방해하지 않는다.

이상과 같은 송풍 냉각과 압축공기방출 냉각의 조합에 의하면, 공기만을 이용하여 냉각 매체의 계통을 가장 간소하게 하는 동시에, 추가 설비가 적은 코스트가 저감된 냉각 장치에 의해, 종래의 장치로는 대응할 수 없었던 300W나 되는 고발열 디바이스의 과대한 열량을 확실하게 제거하고, 디바이스를 번 인 할 때의 150℃정도의 목적으로 하는 온도로 유지한 운전을 할 수 있다. 또한, 본 예에서는 1조의 냉각체(2)에 대하여 분사기(6)를 1개만 설치하는 구성으로 했지만, 이 개수를 적당히 늘림으로써, 더욱 높은 냉각 효과를 얻을 수 있다. 또, 상기와 같이 분사기(6)로서 에어 미스트 스프레이건 등을 사용하여, 물을 미스트로 해서 압축공기로 공급하는 것 같은 장치로 하면, 발열하는 디바이스의 열이 전달된 냉각체(2)의 냉각 상면(22)에 공기 미스트 혼합체를 닿게 하고, 미스트의 기화열을 이용해서 고발열하는 디바이스의 열을 한층 더 다량으로 또한 효과적으로 제거할 수 있다.

번 인 시간이 경과해서 시험을 종료할 때에는, 디바이스로의 공급 전력을 내 려 가고, 최종적으로는 통전을 정지한다. 이 때에는, ta가 큰 폭으로 저하해 가므로, 압축공기계(5)의 주공기밸브(51)를 폐쇄하여 압축공기의 방출 냉각을 정지시키고, ta가 상온에 가깝게 되면 송풍기(3)의 운전을 정지한다. 1회의 번 인 시험이 종료되면, 엣지 커넥터(71a)를 커넥터(75)로부터 뽑아서 번 인 보드(71)를 냉각 장치로부터 뽑아내고, 고정구(8)를 벗겨서 우선 냉각체(2)을 꺼내고, 계속해서 디바이스(1)를 소켓(76)으로부터 떼어 낸다. 그리고, 지금까지 설명한 조작을 되풀이하여, 다수의 디바이스의 번 인 시험을 하게 된다. 이 경우, 냉각체(2)의 착탈은 원터치적인 간단한 조작이며, 송풍기(3)의 발정이나 압축공기의 주공기밸브(51)의 개폐도 간단하다. 따라서, 본 발명의 냉각 장치를 사용함으로써, 간단한 조작으로 번 인 시험을 할 수 있다.

도 5는 냉각체의 다른 예를 도시한다.

본 예의 냉각체(2)에서는, 냉각부재로서 핀 형상의 방열판(23)대신에, 냉각 상면(22)에 다수의 방열봉(25)을 부착하고 있다. 방열봉(25)은 적당히 배치되면 되지만, 본 예의 것은 지그재그 배치로 되어 있다. 이렇게 하면, 송풍기(3)로부터의 공급공기의 어지러움이 커져 열교환성능을 좋게 할 수 있다. 이러한 방열봉(25)을 구비한 냉각체에서도, 냉각 면적 및 냉각 상면(22)으로의 접촉 면적을 크게 하고, 디바이스(1)의 발열을 제거하는 제열량을 충분히 크게 할 수 있다.

도 6은 냉각 장치를 자동화했을 때의 구성예를 도시한다.

본 예의 장치는, 디바이스(1)의 온도를 검출하는 온도 검출 수단으로서의 상기 온도센서(14), 압축공기의 유량을 조정 가능하게 하는 압축공기 유량 조정수단 으로서의 개별공기 자동조정밸브(53)(이하 「자동밸브」라고 생략한다) 및 이들을 구동하는 밸브구동기(54), 온도센서(14)가 검출한 온도(ta)가 목적으로 하는 온도로서 번 인 할 때의 디바이스(1)의 설정 온도(ts)가 되도록 밸브구동기(54)를 통해 자동밸브(53)를 조정 가능하게 하는 제어 수단으로서의 온도제어기(9) 등을 가지는 구성의 장치이다. 온도제어기(9) 및 후술하는 온도설정기(91)는 제어장치(90)에 설치되어 있다.

또한, 본 예의 냉각 장치는 다열 다단으로 다수의 디바이스를 냉각하고, 온도센서(14), 자동밸브(53), 밸브구동기(54), 온도제어기(9) 등은 디바이스(1)에 대응해서 다수 설치되지만, 본 예에서는 가령 그 중의 2개만을 -1, -2로서 나타내고 있다. 다른 것도 마찬가지로 설치된다. 다만, 이하의 설명에서는 상기의 수를 나타내는 표시를 생략한다.

온도센서(14)의 신호는, 상기와 같이 소켓(76), 번 인 보드(71)로부터 중계 보드 등을 통해 도시하지 않은 컨트롤 보드로부터 꺼내지지만, 도면에서는 가령 번 인 보드(71)로부터 꺼내지는 것 같이 도시하고 있다. 자동밸브(53)는, 예를 들면 펄스 신호(n)가 주어짐으로써 그것에 대응해서 회전하는 도시하지 않은 모터로 구동된다.

설정 온도(ts)는, 제어장치(90)에 설치된 온도설정기(91)로 임의인 온도로 설정 가능하게 되어 있고, 예를 들면 상기 150℃로 된다. 이 ts는 온도제어기(9)에 송신되어 있다. 또한, 디바이스(1)가 온도센서(14)를 내장하고 있지 않은 경우 에는, 상기와 같이 가온도센서를 부착해서 그 검출 온도(ta₁)에 의해 제어한다. 그 경우에는, 미리 별도의 시험 등에 의해 ta와 ta₁의 대응을 밝혀 둔다.

ta와 ts가 주어지면, 온도제어기(9)로부터 자동밸브(53)에 주어지는 펄스 신호(n)는, (ta-ts)=△t의 값에 대응한 크기로 된다. 즉 △t=0일 때에 자동밸브(53)가 어느 개방도로 되어 있을 경우에, ta가 150℃이상이 되고 △t가 커지면, 이 △t의 값에 대응한 양만큼 자동밸브(53)의 개방도가 커지고, ta가 150℃이하가 되어 △t가 마이너스가 되면, 그 값에 대응하여, 즉 △t의 절대값이 커지면 그 값에 대응한 양만큼 자동밸브(53)의 개방도가 작아지도록 제어된다.

이러한 제어장치(90)에 의하면, 80%정도의 주된 제열량을 주는 송풍기(3)를 일정한 정격운전 상태로 유지하고, 20%정도의 보조적 제열량을 주는 압축공기의 유량을 자동조정함으로써, 압축공기계의 압력이 변화하거나 시험 시의 환경온도가 변화하여 ta와 ts에 일정한 허용범위를 넘는 차가 생겨도, 자동적으로 목적으로 하는 범위내의 번 인 온도를 얻을 수 있고, 도 1의 장치에 있어서의 개별공기밸브(52)의 사전조정이나 운전 중의 재조정이 불필요하게 되고, 운전 조작의 절력화를 도모할 수 있다. 그리고 이 경우, 20%라는 적은 제열량의 범위를 제어하므로, 일정한 제어 가능범위에 있어서 얻을 수 있는 번 인 온도의 정밀도를 좋게 할 수 있다.

또, 도 2에 도시한 바와 같이 송풍기 4대를 각각의 디바이스(1) 및 냉각체(2)에 독립해서 설치하는 것이 아니고, 1대의 송풍기만을 설치해서 덕트나 개구로 각각의 냉각체(2)에 분배해서 흘려 보내는 것 같은 장치에서는, 각각의 냉각체(2) 에 있어서의 송풍 냉각에 불균일이 생기기 쉽지만, 그러한 냉각 장치에 대해서도, 본 예와 같이 압축공기로부터의 방출 공기에 의한 제열량을 자동적으로 변화시킴으로써, 상기 불균일을 수정해서 각각의 디바이스의 온도 정밀도를 좋게 할 수 있다.

도 7은 냉각 장치를 자동화했을 때의 다른 구성예를 도시한다.

본 예의 장치는, 도 6의 장치에 더해서, 공기의 유량으로서 송풍기(3)로부터의 유량을 조정 가능하게 하는 공급공기 유량 조정수단으로서의 본 예에서는 송풍기(3)의 모터(31) 및 이것을 초단위의 짧은 시간주기로 발정시키는 구동기(32), 온도센서(14)가 검출한 온도(ta)와 설정온도(ts)의 차(△t)가 소정값으로서 예를 들면 5℃이상일 때에는 △t가 5℃가 되도록 구동기(32)를 제어하는 제2 제어수단으로서의 제2 온도제어기(33), 및 본 예에서는 이것과는 별도로 설치하고 있고 온도제어기(9) 또는 제2 온도제어기(33) 중 어느 하나를 선택하는 선택수단이 되는 절환제어기(10)를 가지고, △t가 5℃보다 작게 되었을 때에는, 온도제어기(9)가 ta를 ts로 하는 도 6의 것과 같은 제어를 하도록 구성되어 있다. 온도제어기(9) 및 온도설정기(91)와 함께, 절환제어기(10) 및 제2 온도제어기(33)는 제어장치(90)에 설치되어 있다.

이 제어에 의하면, 예를 들면 ta가 157℃로 되고 (ta-ts)=△t라고 하면 △t=7℃일 때에, 절환제어기(10)는 이 △t를 제2 온도제어기(33)의 쪽으로 송신하고, 제2 온도제어기(33)가 이 △t에 대응하여, 송풍기(3)의 운전시간을 길게 해서 제열량을 많게 하여, 빨리 목적으로 하는 △t=5℃에 도달시키도록 제어하고, 도달한 후에는, 이번은 △t를 온도제어기(9)에 보내고, 온도제어기(9)가 5℃보다 작은 △t에 대응하여, 자동밸브(53)의 개방도를 크게 해서 압축공기의 유량을 많게 하고, 송풍 공기의 제열량의 증가보다 충분히 작은 제열량의 증가에 의해, 세밀하게 제열제어하면서 정밀도 좋게 ta를 ts에 따라 △t=0℃에 도달시키도록 제어하게 된다.

한편, ta와 ts의 차로서 (ts-ta)=△t가 5℃이상으로 예를 들면 7℃가 되었을 때에는, 그 차에 대응해서 송풍 공기의 제열량을 감소시키고, 즉 (ta-ts)=-7℃로 하면 그 차에 대응해서 크게 제열량을 마이너스 즉 크게 감소시키도록 제어하고, 빨리 -5℃에 도달시키고, 차가 -5℃보다 0℃에 가깝게 되면, 마찬가지로 그 값에 대응해서 압축공기의 제열량을 감소시키지만, 그 정도를 송풍 공기의 경우보다 충분히 작게 하여, 세밀하게 제어해서 정밀도 좋게 ta를 ts에 도달시키게 된다.

이러한 제어는 번 인 시험의 개시 시에도 효과적으로 작용한다. 즉, 디바이스(1)의 온도가 낮고 ta가 ts보다 큰 폭으로 작고 △t가 큰 동안은, 절환제어기(10)는 제2 온도제어기(33)를 선택하고, 제2 온도제어기(33)는 공급공기의 유량을 충분히 작게 하도록, 송풍기(3)의 모터(31)의 구동기(32)에 일정한 발정주기 중의 운전시간을 짧게 하고 정지시간을 충분히 길게 하도록 펄스를 주는 제어를 하고, 디바이스(1)를 필요이상으로 과도하게 냉각해서 그 온도상승을 늦추지 않고, 디바이스(1)를 빨리 ts에 도달시키도록 제어해서 시험 능률을 좋게 할 수 있다.

또한, 도 7에서는 절환제어기(10)를 설치하는 예를 도시했지만, 그 기능을 온도제어기(9) 및 제2 온도제어기(33)에 포함시키고, 각각에, 입력한 △t가 각각의 제어 범위에 들어 있는지 아닌지를 판단하는 기능을 구비시켜, 예를 들면 상기 5℃를 경계로 한 제어 범위에 들어 있는 제어기만으로 제어동작을 시키는 듯한 구성으 로 해도 좋다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은, 반도체 디바이스 중 특히 발열량이 큰 것의 번 인장치에 적합하게 적용된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 청구항1의 발명에 있어서는, 평면형상의 일면을 구비하고 있고 통전되면 목적으로 하는 온도보다 높은 온도까지 발열하여 일면의 온도가 상승하는 반도체 디바이스를 목적으로 하는 온도로 하도록 냉각가능한 냉각 장치가, 우선 냉각체를 가지고 있고, 이 냉각체가 상기와 같이 통전 시에 온도 상승하는 일면에 압접되는 압접면과 그 반대측의 피냉각면을 구비하고 있으므로, 냉각 장치에 의해 발열하는 디바이스의 열을 일면으로부터 압접면을 통해 피냉각면에 전달하는 것이 가능하게 된다.

이 냉각체는 다수의 냉각부재를 구비하고 있고, 이 다수의 냉각부재를, 피냉각면 중 온도 상승하는 일면의 중심을 포함하는 일정 범위의 부분에 대응하는 내측면의 외측의 외측면에 일방측으로부터 타방측으로 공기가 통과 가능하게 세워 설치되어 있는 동시에, 냉각 장치가 이러한 냉각용의 공기를 공급가능한 공기 공급수단을 가지므로, 공기가 다수의 냉각부재를 통과하도록 공기 공급수단을 작동시키면, 냉각부재가 다수 있기 때문에 그 표면적이 충분히 커져 있는 동시에, 다수의 냉각부재를 외측면에 세워 설치시키고 있기 때문에 그 밑동부분의 면적이 충분히 커지므로, 외측면의 열을 냉각부재의 표면으로부터 충분히 방출시킬 수 있다.

또, 피냉각면 중, 온도 상승하는 일면의 중심을 포함하는 일정 범위의 부분에 대응하는 내측면에 대해서는, 냉각 장치가 압축공기 공급수단을 가지고, 이 수단에 의해, 내측면에 대향하는 방향으로부터, 상기 일정 범위의 부분에 대응하는 내측면 중 상기 중심에 대응하는 위치를 포함하는 특정 범위의 부분에 닿도록 압축기로 압축되어 방열된 압축공기를 분사기로부터 방출시켜서 공급 가능하게 하고 있으므로, 압축공기 공급수단을 작동시킴으로써, 압축공기가 분사기로부터 방출되어 외기의 압력으로 된 방출 공기에 의해 내측면을 직접적으로 냉각하고, 내측면의 열을 상당정도 제거할 수 있다.

즉 압축기로 압축한 압축공기를 공급하는 장치에서는, 압축공기는, 압력 0.1MPaG이상의 공기이며, 공장 등의 속에서 각종 용도로 사용되는 것에서는 보통 0.5∼1MPaG정도의 압력으로 되고, 또, 압축기에 부속되어 설치되는 경우가 많은 공기냉각기나 공기류나 배관계 등으로 방열된 공기로서 환경온도인 상온에 가까운 온도로 되므로, 이 공기를 분사기로부터 통상 대기압으로 되어 있는 공장 등의 실내에 설치되는 냉각 장치의 안에서 방출시켜서 대기압까지 감압된 방출 공기로 하면, 방출 공기가 지극히 빠른 고속류가 되고, 예를 들면 지름 1㎜정도의 작은 입구의 분사기로부터 방출되어도, 상당량의 공기가 고속으로 또한 주변공기보다도 낮은 온도로, 유속이나 분사기의 높이 등으로 정해지는 내측면 중 특정 범위의 부분에 닿아, 지극히 효과적으로 이 면 및 그 근방의 열을 제거할 수 있다.

이 경우, 내측면을 일면의 중심을 포함하는 일정범위의 부분에 대응시키고 있으므로, 온도 상승하는 일면 중 열이 방산하기 어려운 중심부분을 포함하고 있기 때문에, 이 중심부분의 열을 방출 공기로 효과적으로 제거할 수 있다. 그리고 이 방출 공기는, 상기 특정 범위에 닿아서 내측면을 따라 흘러 그 면으로부터 흡열하고, 또한 외측면에 흘러서 그 면의 직접적 냉각 및 냉각부재를 냉각하기 위한 추가 공기로서 이용된다.

또, 공기 공급수단으로부터의 공급공기와 압축공기 공급수단으로부터의 방출 공기의 2종류의 공기를 각각의 공급수단으로 별개 독립적으로 공급할 수 있게 하고 있으므로, 디바이스의 발열을 제거하기 위한 총 제열량을 많게 하는 동시에, 각각의 공기량을 어느 정도 자유롭게 정하고, 디바이스의 발열을 적당한 비율로 분담해서 제열할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 방출 공기로 제거하는 열량을 공급공기로 제거하는 열량보다 상당히 작게 해 둠으로써, 예를 들면 공급공기량을 최대량에 가까운 양으로 유지하고, 방출 공기량을 변화킴으로써, 디바이스의 냉각 열량을 세밀하게 조절하고, 디바이스의 온도를 정밀도 좋게 목적으로 하는 온도로 할 수 있다.

이상과 같이, 송풍 냉각과 압축공기 방출에 의한 냉각의 양방의 냉각 효과를 얻기 위해서 같은 기체끼리를 유속차에 의해 서로 교차시키는 것 같은 흐름 상태를 실현함으로써, 공기만을 사용함으로써 냉각 매체의 계통을 가장 간소하게 하는 동시에, 추가 설비가 적은 코스트가 저감된 냉각 장치에 의해, 종래의 장치로는 대응할 수 없었던 300W나 되는 고발열 디바이스의 과대한 열량을 확실하게 제거하고, 디바이스를 예를 들면 번 인 할 때의 150℃정도의 목적으로 하는 온도로 유지한 운전을 할 수 있게 되었다.

청구항2의 발명에 있어서는, 냉각 장치가, 반도체 디바이스의 온도를 검출하 는 온도 검출 수단과, 압축공기의 유량을 조정 가능하게 하는 압축공기 유량 조정수단과, 온도 검출 수단이 검출한 온도가 상기 목적으로 하는 온도가 되도록 압축공기 유량 조정수단을 제어하는 제어 수단을 가지므로, 공기 공급수단을 제어나 조정하지 않고 일정한 운전 상태로 유지해서 이 수단에 의한 디바이스의 냉각 효과를 일정하게 할 경우에, 디바이스를 자동적으로 정밀도 좋게 목적으로 하는 온도로 냉각할 수 있다. 따라서, 운전의 절력화와 온도 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또, 이러한 냉각 장치는, 통상 다수의 디바이스를 냉각하는 장치로서 형성되므로, 그 때에는, 공기 공급수단에 의해 각각의 디바이스에 대한 공기 공급량이 균일하지 않고, 따라서 디바이스간에서 공기 공급수단에 의한 제열량에 불균일이 생기게 되지만, 그러한 불균일에 대해서도, 압축공기로부터의 방출 공기에 의한 제열량을 변화시킴으로써, 각각의 디바이스의 온도 정밀도를 좋게 할 수 있다.

청구항3의 발명에 있어서는, 상기에 더해서, 공기의 유량을 조정 가능하게 하는 공기유량 조정수단과, 검출한 온도와 목적으로 하는 온도의 차가 소정값 이상일 때에는 그 차가 소정값이 되도록 공기유량 조정수단을 제어하는 제2 제어수단을 가지고, 제어 수단은, 상기 차가 상기 소정값보다 작아졌을 때에 온도 검출 수단이 검출한 온도가 목적으로 하는 온도가 되도록 압축공기 유량 조정수단을 제어하도록 구성되므로, 검출 온도가 목적으로 하는 온도로부터 떨어져 있을 때에는, 다수의 냉각부재를 통해 상대적으로 다량의 열량을 제거할 수 있는 공기 공급수단의 공급공기량을 제어함으로써, 큰 제열효과에 의해, 목적으로 하는 온도에 가깝지만 어느 정도 떨어진 온도로 설정할 수 있는 소정 온도까지는 신속하게 도달시키고, 그 후 는, 상대적으로 작은 제열작용을 하게 되는 압축공기량을 제어해서 정밀도 좋게 목적으로 하는 온도를 얻을 수 있다. 즉, 신속 또한 고정밀도의 온도제어를 할 수 있다.

청구항4의 발명은, 청구항1의 발명에 더해서, 압축공기 공급수단이, 압축공기와 열매체액을 혼합해서 열매체액을 미소립으로 해서 압축공기로 공급 가능하게 하므로, 발열하는 디바이스의 열이 전달된 냉각체에 열매체액의 미소립을 공급함으로써, 미소립를 기화시켜서 디바이스의 열을 다량으로 또한 효과적으로 제거할 수 있다.

Claims

평면형상의 일면을 구비하고 있고 통전되면 목적으로 하는 온도보다 높은 온도까지 발열하여 상기 일면의 온도가 상승하는 반도체 디바이스를 상기 목적으로 하는 온도로 하도록 냉각가능한 냉각 장치에 있어서,

상기 일면에 압접되는 압접면과 이 압접면의 반대측의 피냉각면과 다수의 냉각부재로서 상기 피냉각면 중 상기 일면의 중심을 포함하는 일정 범위의 부분에 대응하는 내측면의 외측의 외측면에 일방측으로부터 타방측으로 공기가 통과 가능하도록 세워 설치된 다수의 냉각부재를 구비한 냉각체와, 상기 공기를 공급가능한 공기 공급수단과, 상기 내측면에 대향하는 방향으로부터 상기 내측면 중 상기 중심에 대응하는 위치를 포함하는 특정 범위의 부분에 닿도록 압축기로 압축되어 방열된 압축공기를 분사기로 방출해서 공급 가능하게 하는 압축공기 공급수단을 가지는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 반도체 디바이스의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 압축공기의 유량을 조정 가능하게 하는 압축공기 유량 조정수단과, 상기 온도 검출 수단이 검출한 온도가 상기 목적으로 하는 온도로 되도록 상기 압축공기 유량 조정수단을 제어하는 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 공기의 유량을 조정 가능하게 하는 공기유량 조정수 단과, 상기 검출한 온도와 상기 목적으로 하는 온도의 차가 소정값 이상일 때에는 상기 차가 상기 소정값으로 되도록 상기 공기유량 조정수단을 제어하는 제2 제어수단을 가지고, 상기 제어 수단은 상기 차가 상기 소정값보다 작아졌을 때에 상기 온도 검출 수단이 검출한 온도가 상기 목적으로 하는 온도로 되도록 상기 압축공기 유량 조정수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 압축공기 공급수단은 상기 압축공기와 열매체액을 혼합해서 상기 열매체액을 미소립로 해서 상기 압축공기로 공급 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.