‘1284968. 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 技術領域 本發明係有關於一種冷却裝置，係可使一面之溫度上 升之半導體元件冷却為目的溫度者，且該半導體元件之一 面呈平面狀’並且一旦通電，即發熱上升至高於前述目的 溫度之面溫。
I：先前技術:J 背景技術 10 15
半導體元件（以下簡稱為「元件」）之預燒裝置，一般係 將多數元件安裝於預燒板，且多段地積載於恆溫槽，當元 件通電的同時’在槽内使調整為如125t之固定溫度的熱風 相對於預燒板平行地流動，並且一面同樣地冷却多數元件 一面循％之裝置(例如，請參照專利文獻丨、2)。就前述預燒 裝置而言’若為習知it件’則使藉由通電發熱之元件内部 溫度對應於循環熱風之溫度而成為左右之適於預燒 的/m度即可對大多數元件進行高效率之老化測試。 又，前述專利文獻3所記載之習知技術，係檢測槽内溫 度並將其儘量維持於@定溫度，由於不直接控制元件主體 溫度’故於半導體晶片未佔據空間形成二極體，並由其電 氣特性推測半導體晶片之接面溫度。（請參照前述專利文獻 3) 再者，前述專利文獻3揭露_種老化測試裝置，該老化 測試裝置轉溫度制用佈線部軸其全體地配置於各個 20 .1284968· 半導體晶片之積體電路部，且透過在與積體電路部之通電 用連接墊相同狀態下設置之連接墊來檢測晶片之平均溫 度，再由對應各個半導體晶片配置之送風扇吹送業經溫度 調整裝置調溫之空氣，並控制吹送至各個晶片之送風量而 5使晶片之平均溫度成為目的預燒溫度。 另一方面，最近出現了通電時會發熱至如3〇〇w左右之 高發熱元件，故必須使安裝於預燒裝置、前述高發熱元件 等印刷電路板的冷却震置對應於前述高發熱元件之預燒。 此外，前述習知之一般熱風循環式裝置中，由於僅以一種 10空氣直接冷却元件一面，故冷却面積不足，且冷却空氣量 不足，而無法去除元件所產生之高熱量。 有鑑於此，已有一種作為安裝有包含高發熱型元件之 印刷電路板冷却裝置之半導體組件冷却裝置。該半導體組 件冷却裝置係構成為使冷却空氣由丨具作為共通空氣冷却 15機構之送風機流送至在印刷電路板上安裝有相當於元件之 低發熱組件及高發熱組件之印刷電路板上的冷却室，並使 圓筒型及茶杯型之蛇腹狀翼片接觸高低發熱組件各個表面 之一部分，以透過該翼片共同冷却組件，並且對高發熱組 件，利用小型高壓風扇將高壓空氣由高壓空氣通道之噴出 20 口流送至茶杯内（請參照專利文獻4)。 該冷却裝置之茶杯型翼片中，由於藉由翼片分開翼片 内外的空氣，而不會直接混合翼片内外空氣，故可分別進 行獨立冷却作用，但是由於以下種種原因，結果無法發揮 同發熱組件之冷却效果。亦即：因丨個一體成型翼片會接觸 ^284968^ 組件表面之-部分並且擴大以具有大容積，故冷却室内之 空氣流會極為不狀；由於只有—個翼片，即使該翼片為 蛇腹狀，其冷却面積亦小；朝向接觸組件表面接觸部之翼 片根部分的面積，並且餘部分僅接觸时表面之一 部份j及雖是高於送風機之高壓，但由於是由高壓風扇進 行送氣，故流速無法增加至某種程度等。 10 15 又，已揭露-種同樣作為安裝有包含高發熱型元件之 印刷電路板的冷却裝置之散熱裝置空氣直接喷射系統，且 =糸統係構成為如时料共⑽使冷却空氣流至安裝有 〇含相當於高發熱元件之高發熱型散熱裝置之印刷電路板 上的冷却室，並錢加壓空氣由鼓風機流至小風路，以透 t尺寸對應於元件發熱量<孔口，使空氣朝向設於元件之 中央空間直接細元件之〜^氣(請參料散獻5)。 *在該系.先中自於藉由中央空間分離散熱裝置之内外 :氣，故可因不會直魏合心卜空氣以進行各麵立冷却 作用’但僅y適驗具料巾央”般孔社特別元件， 由於雖疋回於送風機之高壓，但亦僅是吹出壓力到達 ⑶故輸法提昇至某 果難以充分達到高發熱組件之冷却效果。 /又另有種t知空氣嘴射式溫度控制裝置，該裝置 二構成為缝置於7〇件兩面之空氣噴射噴嘴來喷射業經壓 縮機壓縮冷却之空氣’以直接冷却各個對象物之兩面(請參 照專利文獻6)。但是1裝置會出現以下問題，即：由於 係冷却70件之兩面，故無法適用於元件-面側形成朝向可 20 1284968 與元件進行電氣連接之連接器之安裝面的一般預燒裝置； 由於僅以接觸該面之空氣量來去除元件總發熱量，故僅控 制該空氣量會難以用充分精確度良好地控制元件溫度；及 由於交氣直接喷射接觸元件面，故會受到如其表面髒污、 5變色等喷射空氣之影響。 【專利文獻1】特開平8_211122號公報（第1圖及說明書 之關聯說明） 【專利文獻2】特開平11-231943號公報（第1圖及說明書 φ 第25段） 10 【專利文獻3】特開2000-97990號公報（第4圖及說明書 第3、4段、第1、2圖及說明書之關聯說明） 【專利文獻4】特開平號公報(特別是第2圖及關 聯說明） 【專利文獻5】美國專利第4851965號(特別是第2、3圖 15 及關聯說明） 【專利文獻6】特開平4_321113號公報（第1圖及說明書 馨 之關聯說明） 【發明内容;j 發明之揭示 • 20 發明欲解決之問題 本發明提供一種可解決習知技術之前述各種問題，且 不會影響元件表面，可以高冷却效果及良好溫度精確度來 冷却元件，並可使用於冷却高發熱型元件之冷却裝置。 * 解決問題之手段 8 .1284968 本發明為解決《_，巾請專利範圍第丨項之發明係 可使-面之溫度上升之半導體元件冷却為目的溫度之冷却 裝置，且該半導體元件之一面呈平面&，並且一旦通電， 即發熱上升至高於前述目的溫度之高n該冷却裝置 5 之特徵在於包含有： 冷却體，具有壓接於前述-面之壓接面、位於前述壓 接面相對側之被冷却面、及多數冷却構件，又，前述多數 冷却構件係直立設置於前述被冷却面中對應於包含前述一 面中心之預疋範圍部分之内側面外側的外側面上，使空氣 10可由一側通過至另一側；空氣供應機構，係可供應前述空 氣者，及壓縮空氣供應機構，係可利用喷射器放出並供應 利用壓縮機壓縮且業經放熱之壓縮空氣，以由相對前述内 側面之方向接觸前述内側面中包含有對應前述中心位置之 特定範圍部分者。 15 申請專利範圍第2項之發明中，除了前者以外，更包含 有：溫度檢測機構，係用以檢測前述半導體元件溫度者； 壓縮空氣流量調整機構，係可調整前述壓縮空氣流量者； 及控制機構，係控制前述壓縮空氣流量調整機構，使前述 溫度檢測機構所檢測之溫度成為前述目的溫度者。 20 申請專利範圍第3項之發明中，除了前者以外，更包含 有··可調整前述空氣流量之空氣流量調整機構，及控制前 述空氣流量調整機構之第2控制機構，且當前述檢測溫度與 前述目的溫度之溫差在預定值以上時，使前述溫差變成前 述預定值，又，當前述溫差小於前述預定值時，前述控制 1284968 度變成前述目的溫度。 二縮空氣供應機構係可混合前述壓縮 5 10 15 20 項及熱"體，使前述熱介質液體形成 利用前述壓縮空氣供應。 ’ 並 發明效果 如前所述，依據本發明，申請專利 中，冷却裝置係可使—面之溫度 3之發明 目的溫度者，且該半導體元件之一面呈平却為 通電，即發熱上升至高於前述目的溫度 2且一旦 該冷却裝置具有冷却體，且該冷却體具有如前:=上， 遷接於昇溫-面之a接面，及位於=叙通電時 冷却面，因此發熱元件之熱可藉由冷却裝置:=之被 一面傳導至被冷却面。 遠過壓接面由 前述冷却體具有多數冷却構件，該 立設置於前述被冷却面中對應於包含前述構件係直 範圍部分之内側面外側的外側面上，使空氣心之預定 至另-侧，且由於冷却裝置具有可供應前迷^ —側通過 空氣供應機構，故當致動空氣供應機構，使^用空氣之 冷却構件時，因具多數個冷却構件而使其表^通過多數 且由於將多數冷却構件立設於外側面而使=很大’並 大，故外側面之熱可由冷却構件表面充分：^分面積报 又，冷却裝置具有壓縮空氣供應機構 應機構係設置成相對於被冷却面中對應=縮空氣供 β前述一面中 10 • 1284968 心之預定範圍部分之内側面。藉由該機構，可由喷射器放 出並供應利用壓縮機壓縮且業經放熱之壓縮空氣，以由相 對内側面之方向接觸内側面中包含有對應前述中心位置之 特定範圍部分，故藉由致動壓縮空氣供應機構，可藉由喷 5 霧器所放出之壓縮空氣而形成大氣壓力之放出空氣直接冷 却内側面，且可去除相當程度之内側面的熱。 即，供應業經壓縮機壓縮之壓縮空氣的裝置中，壓縮 空氣係壓力O.IMPaG以上之空氣，且在工廠等使用於各種 用途者一般是約0.5〜IMPaG之壓力。又，由於在大多附設 10 於壓縮機之空氣冷却器、儲氣器、管線配置系統等業經放 熱之空氣溫度會接近環境溫度之常溫，故在設置於通常大 氣壓力之工廠等室内之冷却裝置中，將該空氣由喷射器放 出而成為減壓至大氣壓力之放出空氣時，該放出空氣會變 成極高速度之高速流，即使由如直徑約1mm之小孔的喷射 15 器放出，相當量之空氣會以高速且以低於周圍空氣溫度接 觸以流速或喷射器高度等決定之内側面中的特定範圍部 分，且可以極有效地去除該面及其附近之熱。 此時，由於内側面對應於包含一面中心之預定範圍部 分，且昇溫之一面中包含有難以散熱之中心部分，因此可 20 利用放出空氣有效地去除該中心部分之熱。又，該放出空 氣接觸前述特定範圍部分且沿著内側面流動並由該面吸 熱，更可流至外側面且直接冷却其面，及作為用來冷却冷 却構件之追加空氣。 又，由於可以各個供應機構分別獨立地供應來自空氣 11 •1284968 供應機構之供應空氣及來自壓縮空氣機構之放出空氣之兩 種空氣，故可增加去除元件發熱之總除熱量，並且空氣量 可分別自由決定為某種程度，且可依適當比例來分擔去除 元件之發熱。結果，例如，由於利用放出空氣之去除熱量 5會遠低利用供應空氣之去除熱量，可使供應空氣量保持於 幾近最大量，且由於改變放出空氣量，故可精細地調節元 件之冷却熱量，使元件溫度可高精確度地到達目的溫度。 綜觀前述，藉由實現因流速差異而使相同氣體呈相互 父錯流動之狀態，以得到因送風冷却及放出壓縮空氣進行 10冷却之兩者冷却效果，可因僅使用空氣而成為最為簡單冷 却介質系統。同時，藉由追加設備少而降低成本之冷却裝 置，可確實去除在習知裝置中無法對應之300W高發熱元件 的過多熱量，且可維持在例如當預燒元件時之15(rc左右的 目的溫度之情形下進行運轉。 15 在申凊專利範圍第2項之發明中，冷却裝置具有用以檢 測前述半導體元件溫度之溫度檢測機構、可調整前述壓縮 空氣流量之壓縮空氣流量調整機構、及可控制前述壓縮空 氣流量調整機構’使前述溫度檢測機構所檢測之溫度成為 前述目的溫度之控制機構。因此，不需控制及調整空氣供 20應機構即可維持固定運轉狀態，且在該機構產生之元件冷 却效果一定的情形下’可自動地以高精確度冷却元件至目 的溫度。因此，可達到運轉省力化及提昇溫度精確度之目 的。 又’一般會形成作為冷却多數元件之裝置，此時，空 12 A284968 5
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2應機構對於各個元件之空氣供應量不—定均一，因 但即使會產生空氣供應機構之除熱量不均的情形， 空’^述不均’仍可藉由改變來自壓縮空氣之放出 乳、除熱$ ’提昇各個元件之溫度精確度。 申請專利範圍第3項之發明中，除了前者以外更包含 調空乳流量之空氣流量調整機構;及控制空氣流量 預八枯、之第2控制機構，當檢測溫度與目的溫度之溫差在 係：二時’使其溫差變成前述預定值，由於控制機構 之洛“述溫差小於前述預定值時，使溫度檢測機構 2測溫度變成前述目的溫度，故當檢測溫度偏離目的溫 :時’藉由控财透過多數冷㈣件對多量之熱 里之空氣供應機構的供應空氣量，且縣高除熱效果，可 迅速到達可狀至接近目的溫度但録某種程度之溫度的 預定溫度，然後，可控制㈣輯作紐之壓縮空氣量， 以得高精確度之目的溫度。，卩，可迅速且高财度地進行 溫度控制。 申請專利範圍第4項之發明中，除了申請專利範圍第1 項以外，前述壓縮空氣供應機構可混合前述壓縮空氣及熱 介質液體，使前述熱介質液體形成微小粒子，並利用前述 2〇壓縮空氣供應，故藉由供應熱介質液體之微小粒子至業經 傳導發熱元件之熱量的冷却體，可使微小粒子氣化而多量 且有效地去除元件之熱。 ^ 資】 實施發明之最佳形態 13 1284968 第1圖及第2圖係顯示適用於本發明之冷却裝置全體構 造的一個例子，且第3圖係顯示其構造部分的一個例子。 又’第1、2圖係顯示一般由約5〜10段之多段構成之裝置的 其中一段’且其他段亦形成相同構造。 5 本例之冷却裝置係用於元件1之預燒裝置，並作為可將 疋件1冷却至溫度t之冷却裝置，而該半導體元件構成為具 有在本例中為上面11且一旦通電即發熱至溫度高於在本例 中大致150°c左右作為目的溫度之溫度t的平面狀一面。 又’該冷却裝置具有冷却體2、作為空氣供應機構之送風機 10 3、構成壓縮空氣供應機構之壓縮機4、壓縮空氣管線系統 5、及噴射器6等。 冷却裝置之一般構造部分設有用以搭載元件丨之預燒 板71 (以下只稱為「板71」）、在冷却裝置内用以支撐該預 燒板71之支持板72、内外套管73、74，及電氣性結合轉接 15板100之連接器75等，且内外套管73、74之間形成排氣管道。 板71由印刷電路板構成，且於其上安裝有插座76，並 且於前端則形成有可供連接器75裝卸之邊緣連接器71a，且 於後端安裝有把手71b。老化測試裝置除了冷却裝置以外， 尚準備有配設於冷却裝置外並依序與轉接板1〇〇接合之未 20圖示的驅動器/測試板、轉接板、控制板等。藉此，可對元 件1通電並施加必要之電氣信號，使元件1致動以進行預燒。 元件1係通電時會產生約300W之熱量的高發熱型元 件，且與一般構造相同地於周圍設有多數個亦如第3(a)圖所 示之插腳12，並且形成在裝卸預燒板時使插腳12可於插座 1284968 76上裝卸之構造。又，其上su係由於銅上賴之熱傳導 性佳的金屬以易於散熱，且呈平坦面，而下面13則是由一 般耐熱樹脂製成。 此種高發熱型元件1中，由於溫度管理的重要性，故内 • 5料溫度❹⑻4。在此種情形下，感測ϋ14連接多數個 • _12中之適當者，且由插座76透過板71之印刷佈線而由 • 錢未圖示之控制板取出作為外部佈線，用於顯示溫度、 控制溫度用等。當元件1未内建溫度感測器14時，在插座％ _ 安裝替代溫度制器以接觸元件1之下面13,並且如前述般 10 形成與板71連接之印刷佈線的構造。 亦如第3(a)及(b)圖所示，冷却體2包含有壓接於元件i 之上面11的壓接面21、成為該壓接面21相對側之被冷却面 的冷却上面22、及多數個作為多數冷却構件的扇狀散熱板 23。又，如第3(c)圖所示地在本例中元件丨之邊長&為如瓜之 15正方形，且使壓接面21面積大於上面11以覆蓋於該上面 11。此外，在壓接面21周圍形成冷却上面22之擴大部分及 ^ 段狀部24，以擴大冷却上面22，並且以充分壓接力使壓接 面21全面且確實地壓接於上面11。 在冷却上面22中，對應於包含元件上面丨丨中心〇之預定 20 範圍部分的中央部分11 a之内側面22a外側巧外側面22b血 22c上，多數散熱板23係沿直角方向直立設置於冷却上面22 之内側面22a，使空氣可沿如圖所示之Xi方向由一側之送風 機3側至另一側之内侧套管73通過各個多數散熱板23之間 隙s。此外，前述多數散熱板23在本例中係相對中心〇，且 15 1284968 &冷却上面22之長度X方向分開間隔d，並於兩側沿寬度γ 方向各形成13片散熱板23，共計26片。 包含散熱板23之冷却體2的材料係使用例如銘、紹合金 等輕量且熱傳導率佳者。又，内側面22a之形狀與大小係依 5噴射器6之喷出空氣量、冷却上面22與散熱板23之大小形 狀、及喷射器6的數量等而定，以增加冷却效果並且使冷却 體2易於製造。例如，不一定要如本例般將所有散熱板分為 兩側，亦可在連續散熱板中將散熱板空間部分配置為四方 形、圓形、橢圓形等形狀。 10 冷却體2係以適當裝置安裝在板71上，使其壓接面21 良好地壓接於元件1之上面11，且在本例中，如第4圖所示， 固定具8係由安裝於板71之台座81、安裝於該台座81之插腳 82、 支撐該插腳82使之可在中心線C至(^間傾倒之内導執 83、 與該内導軌83卡合之外導執84、固定於該外導執84上 15之插腳85、卡合於插腳82及85且將外導軌84朝内導執83方 向拉引之彈簧86、及與外導軌84成為一體之爪部84a等形 送風機3供應空氣，使其可如前述般沿Χι方向通過多數 散熱板23之間隙s，且在本例中，如第1、2圖所示，在各段 20设有4具送風機3，以分別獨立地供應空氣至各個安裝於各 段預燒板71之4組冷却體2。即，1具送風機3可供應空氣至 包含有1組冷却體之散熱板23的寬度Y方向及高度z方向的 全體範圍。 此時’送風機3係使用如吹出靜壓約〇·3〜〇_4KPaG之幸由 16 •1284968 流鼓風機，若其扇葉直徑尺寸約為接近散熱板23之高度及 總寬時，扇葉之吹出空氣會適宜地稍微擴散，且可將空氣 大致平行於散熱板23地吹送至該散熱板23之高度及總寬的 範圍。送風機3之送風量係設定為可儘量去除散熱板23之 5熱，但由於其去除熱量有限，故當元件1為前述高發熱型元 件時’係設定為可除去如其最大發熱量之約80%之熱量。 又’相對1段或全段之全數冷却體2，在對應1具送風機 與各個散熱板23之位置開設有送氣用開口，此外，藉由依 需要安裝阻尼器，亦可形成供應大致相同程度之空氣至各 10 個散熱板23之配置。 在本例中，壓縮機4及壓縮空氣管線系統5係設置於使 用冷却裝置之半導體製造工廠等工廠全體，作為供應一般 用途之壓縮空氣的設備。前述壓縮空氣系統形成有一般 0.7〜0.9MPaG左右之壓力。此外，壓縮機4之吹出側設置有 15如圖示之空氣冷却器41及空氣槽42，且壓縮機將自動運 轉，以使空氣槽42内之壓縮空氣壓力形成前述範圍之壓力。 流向冷却裝置之壓縮空氣可透過對應形成主閥之冷却 裝置用主空氣閥51、各個冷却體2、及喷射器6所設置之個 別空氣閥52，由前述壓縮空氣系統5供應至前述喷射器6。 20又，當未設置壓縮空氣系統以作為前述工廠設備時，可設 有小容量之相同壓縮機等以作為冷却裝置。 喷射器6係一般構造且省略詳細圖示，而該噴射器$具 有壓縮空氣室與喷嘴61，且可放出並供應利用壓縮機壓縮 且業經空氣冷却器41、空氣槽42、壓縮空氣系統5之配管線 17 1284968 内等放熱之壓縮空氣，以由作為相對前述内側面22a方向之 該面上方的高度h位置，接觸該面中包含有對應前述中心〇 位置之特疋範圍部分，即半徑為Γ之圓直射面22a〗。由於由 喷射器6放出之空氣量、流速及前述半徑以系藉由壓縮空氣 5至壓力、噴嘴61之直徑、前述高度h等值來決定，因此在實 際裝置中可決疋刖述直徑、壓力、h等，使前述空氣量、流 速及r成為適當值。 又，除了壓縮空氣供應系統5以外，亦可追加可供應如 水等作為熱介質液體之水供應系統，且使用氣霧喷槍等作 1〇為喷射器6,而該等氣霧喷搶可在導入並混合壓縮空氣及由 水供應系統供應之水，使水形成微小粒子之霧氣後，利用 壓縮空氣來進行供給。 以上冷却裝置係如後述般致動並發揮其作用效果。 送風機3係處於可致動狀態。又，工廠等之壓縮空氣供 15應系統5亦成為一般使用狀態，且預先對各個空氣閥52進行 開度調整。在前述狀態下進行元件丨之老化測試時，首先， 在板71上女裝元件1及冷却體2。即，如第3(a)圖之箭號所示 地將元件1裝設於安裝有插座76之板71，且在壓接面21接觸 元件上面11之位置配置冷却體2，使固定具8傾倒至中心線 20 Cl位置後將壓接面21放在上面11，接著，拉引外導執84使 固定具8移至中心線C之位置並鉤掛在冷却體2之段狀部以 上端，再稍微調整平面位置以穩定冷却體2之位置。藉此， 藉由彈簧86之適當力量可將壓接面21壓接於上面21，且上 面11之熱可以極小熱阻移動至冷却體2之壓接面21。又，由 18 .1284968 於如本例般形成段狀部24，故可得特別良好之壓接狀態。 一旦在板71安裝所有元件丨與冷却體2後，便將該板71 之寬度X方向的兩端放在冷却裝置之支持板72上，接著，沿 寬度Y方向意即深度1方向移送該板71，並且將前端之邊緣 5連接器71a插進連接器75。藉此，元件1依序透過板、轉 •接板100、未圖示之驅動器/測試板及接續板而連接控制板。 .藉由以上操作而處於可實施老化測試之狀態，接著操 作測试裝置並供電至元件1 ’以施加必要之電氣信號使元件 ® 1處於致動狀態，又，與此同時或稍後使送風機3運轉。一 10 旦元件1處於致動狀態，便會消耗最大300W左右之電力， 且對應該電力而發熱’而且元件1將由最初之常溫狀態逐漸 昇溫。但是’在該初期狀態時’由於元件1之上面11溫度還 不是很高’故如前所述僅使送風機3運轉。 一旦送風機3運轉，便可將來自冷却裝置外部，即該裝 15 置所配置之室所取入之溫度t〇的空氣流送至冷却體2，且通 過散熱板23之間隙s所有部分。接著，一旦元件1發熱，該 ® 發熱便可藉由來自散熱板23之通過空氣透過壓接面21、冷 却上面22由上面11帶走。此時，可藉由散熱板23將冷却上 面22擴大成極大之冷却面積，且由於散熱板23在冷却上面 20 22面積中佔了相當大的部分，因此一旦藉由散熱板23與送 風機3供應空氣，即使元件1係如前述之高發熱型者，亦可 得到去除其發熱所必須之總除熱量約80%的高度除熱量。 一旦如前述般使元件1處於一面以送風機3持續空氣冷 却一面供電之運作狀態，當元件1為高發熱型時，由於除熱 19 .1284968 量對應其發熱量會低於如前述般之2〇%左右，故元件丨溫度 會升高。因此’一旦溫度感測器14之檢測溫度ta接近15〇°C 之目的溫度t變成如145°C時，則開啟供應壓縮空氣之主空 氣閥51。藉此，可由個別空氣閥52供應壓縮空氣至噴射器 5 6，且利用其喷嘴61放出空氣以接觸冷却上面22之直射面 22ai 〇 結果，藉由放出空氣去除利用送風之除熱量不足部分 即約20%的發熱量，ta會緩緩到達15〇〇c，且之後保持該溫 度。又，由於係以個別空氣閥52調整流量成賦予約2〇%之 10除熱量而非總除熱量，故可得高精確度之除熱量且提昇預 燒溫度之精確度。此外，由於預先調整個別空氣閥52，因 此任何元件皆可得接近150它之預燒溫度容許範圍内之忪， 但在特定元件之ta因運轉條件變動等而相對15〇。(：產生超過 容許範圍的變動時，可再調整對應其元件之個別空氣間52 15 的開度。
20 以下對於利用壓縮空氣進行之除熱進行進一步說明。 若利用個別空氣閥52調整後之喷射器6喷嘴前方壓力 為P，且放出後的壓力為大氣壓力Pa，則可對應該壓力差 -Pa)=AP及喷嘴錄，決技射嘴岭氣錢v及流量 q。由於該流速V相當高，故放出空氣呈放射狀前進並穿透 送風機3產生之空氣流，但此時一邊伴隨著進路部分及周圍 空乳’ 一邊刖進如第1圖所示之高度h距離時，將會接觸半 樹之圓内的直射面22ai。接著，由該面沿著冷却上面Μ 放射狀擴散，大多特別朝送風機之空氣流動方向的Xl方向 20 • 1284968 流動，且與該空氣流形成一體。 根據實驗，第1圖所示之喷射器6高度h約為50mm，喷 嘴61之直徑為1mm，一旦由該喷嘴61放出壓力06MpaA左 右之壓縮空氣時，第3(b)圖所示之直射面22ai的半徑Γ可形 5 成約50mni之適當大小。因此’藉由放出壓縮空氣，可直接 地利用低溫空氣有效地冷却該直射面22&1及由該直射面呈 放射狀擴大之固定範圍，並且可間接地冷却散熱板23内之 上游側散熱板23b，且使溫度上升之送風機3的供應空氣溫 度降至某種程度，並可輔助下游側散熱板23a的冷却效果。 10此時，由於吹送放出空氣以接觸直射面22ai，故相較於以 往將空氣平行於冷却上面22地吹送之習知預燒裝置，可大 幅提昇熱交換性並提昇冷却效果。 結果，即使喷射器6為小型且喷嘴61為如imm左右之極 小直徑，亦可藉由供應壓縮空氣得到必要除熱量之2〇%左 15右。此外，藉由喷射器6小型化，且將該喷射器6配置於接 近冷却上面22之内側面22a上方位置，放出空氣可確實地接 觸冷却上面22以確實得到前述除熱量。 又’為了得到前述有效的冷却效果，必須使適當地伴 隨有送風空氣之放出空氣確實地到達冷却上面22 ,並且最 20 好在冷却體2之内側面22上方將喷嘴61放出空氣的位置調 整為散熱板23高度範圍内之高度，利用放出空氣冷却之伴 隨空氣形成送風機之供應空氣。此時，雖然有時必須將喷 射器6全體或一部分設置於低於散熱板23高度的位置，但由 於可藉由壓縮空氣之供應以使喷射器6小型化，故即使該喷 21 1284968 射器6存在於散熱板23a及23b之間，亦不會過於妨礙供應空 氣之流動。 依據以上送風冷却與壓縮空氣吹出冷却之組合，可因 僅使用空氣而成為最為簡單冷却介質系統。同時，藉由追 5加設備少且成本降低之冷却裝置，可確實去除在習知裝置 中無法對狀3娜高發熱元件的過多熱量，且可在將溫度 維持在預燒元件時之15(TC左右之目的溫度之情形下進: 運轉。又，雖在本例中設置成對泣冷却體2僅設有i個喷射 器6 ’但可藉由適當地增加個數來獲得更高的冷却效果。此 H)外，若為如前述般利用氣霧噴搶等作為喷射器6，以將水霧 氣化後利用壓縮空氣供應水之裝置時，空氣霧氣混合體可 接觸業經傳導發熱元件熱量之冷却體2的冷却上面22,且可 利用霧氣之氣化熱更加多量且高效率地去除高發熱元件之 熱。 15 當經過預燒時間而結束測試時，降低元件之供應電 力，且在最後停止通電。此時，由於社幅降低，故關閉壓 縮空氣系統5之主空氣閥51且停止壓縮空氣之放出冷却，並 且-旦ta接近常溫，便停止運轉送風機3。#1次老化測試結 束後，將邊緣連接器71a由連接器75拔出，並將預燒板71由 20冷却裝置取出，且在拆下固定具8後，先取出冷却體2，接 著使元件1與插座76分離。此外，重複前述說明之操作方 式，可進行夕數元件之老化測試。此時，冷却體2之裝卸係 單觸性之簡單操作，且啟停送風機3及開關壓縮空氣之主空 氣閥51亦很簡單。因此，由於使用本發明之冷却裝置，可 22 1284968 利用簡單的操作進行老化測試。 第5圖係顯示其他冷却體之例子。 本例之冷却體2中，冷却構件係在冷却上面22安裝有多 數政熱棒25以代替翼片狀散熱板23。雖散熱棒25適當配置 5即可，但本例中係配置成鋸齒狀。藉此，送風機3供應空氣 之亂流會增加且可提昇熱交換效率。具有前述散熱棒25的 冷却體亦可擴大冷却面積及與冷却上面22之接觸面積，並 充分增加去除元件1發熱之除熱量。 第6圖顯示冷却裝置自動化時之構造例。 10 本例之裝置包含有作為檢測元件1溫度之溫度檢測機 構的前述溫度感測器14、作為可調整壓縮空氣之流量之壓 縮空氣流量調整機構之個別空氣自動調整閥53(以下略稱 為「自動閥」）、驅動該自動閥之閥驅動器54、及作為控制 機構以透過閥驅動器54來調整自動閥53之溫度控制器9,以 15使前述溫度感測器14所檢測之溫度ta成為預燒元件時之設 定溫度ts作為目的溫度。又，在控制機構卯上設有溫度控制 器9及後述溫度設定器91。 又，本例之冷却裝置係多列多段地冷却多數元件，且 對應το件1設有多數個溫度感測器14、自動閥53、閥驅動器 20 54 '及溫度㈣器9等’但在本例中僅暫將其中球表示為 -1、-2,且其他構件亦以同樣方式設置。但是，以下說明中 省略顯示前述數字之表示。 溫度感測器14之信號係如前述般透過取出插座76、由 預燒板71取出轉接板等而自未圖示之控制板取出，但圖中 23 • 1284968 暫時顯示為由預燒板71取出。又，藉由施加如脈衝信號11而 利用對應該脈衝仏號η旋轉之未圖示的馬達，可驅動自動閥 53旋轉。 设定溫度ts可利用設於控制機構9〇之溫度設定器91設 5疋成如15〇C之任意溫度，且該ts可發送至溫度調節器9。 又’當元件1未内建溫度感測器14時，可如前述般安裝暫時 • 溫度感測器，藉由其檢測溫度1&1進行控制。此時，藉由預 先之其他測試等可明瞭ta與tai之對應關係。 籲 一旦施加忪與拕，利用溫度控制器9施加於自動閥53之 10脈衝信號n的大小會對應(ta-ts)=At之值。即，其進行之 控制方式係當時且自動閥53形成某種開度時，一旦ta 在150°C以上且變大時，自動閥53之開度會對應該 的i增大，且一旦ta在150°C以下而使為負數時，自動閥 53開度即會對應其值，即，當之絕對值增加時對應該值 15 的量縮小。 ^ 依據前述控制機構90，係將可賦予約80%之主要除熱 量的送風機3維持在額定運轉狀態，且藉由自動調整可賦予 • 約20%之辅助除熱量的壓縮空氣流量，即使壓縮空氣系統 壓力產生變化，或測試時環境溫度產生變化而使仏與化之溫 20差超過固定容許範圍，亦可自動地得到目的範圍内之預燒 溫度，且不需事先調整或在運轉中再度調整第1圖裝置的個 別空氣閥52，而可達到運轉操作省力化之目的。此外，此 時由於控制在2〇%之少量除熱量範圍，故可提高在固定可 控制範圍中所得之預燒溫度精確度。 24 1284968 又，不一定要如第2圖所示地在各個元件丨及冷却體2 獨立設44錢風機，軸在僅設有1具賴機叫用管道 或開口分配流人各個冷却體2之裝置中，容易產生對各_ 却體2之送風冷却不均，但是藉由如本例般自動地改變來自 5壓縮空氣之放出空氣除熱量，即使相對前述冷却裝置亦可 修正刖述不均情況且提高各個元件之溫度精確度。 第7圖顯不其他冷却裝置自動化時之構造例。 除了第6圖之裝置以外，本例之裝置包含有：可調整送 風機3的供應空氣流量以作為空氣流量之供應空氣流量調 1〇整機構，在本例為送風機3之馬達31及以秒為單位之短時間 周期來啟停該馬達31的驅動器32 ;當溫度感測器14之檢測 溫度ta與設定溫度ts之溫差在如5〇c之預定值以上時，作 為第2控制機構以控制驅動器32之第2溫度控制器33使 成為5°C ;及切換控制器10，在本例中在該第2溫度控制器 15 33以外另設有溫度控制器9，利用該切換控制器1〇選擇使用 該溫度控制器9或該第2溫度控制器33其中一者。當小於 5°C時，溫度控制器9係構造成與第6圖裝置相同地控制ta成 為ts。此外，溫度控制器9與溫度設定器91、切換控制器10 與第2溫度控制器33皆設於控制機構90。 20 例如，若令ta為157°C且(ta—ts)為At，則時， 控制切換控制器10將該At發送至第2溫度控制器33，且第2 溫度控制器33對應該At，延長送風機3之運轉時間以增加 除熱量，並使目的At快速地到達5°C。在到達之後，這次 則控制成將At傳送至溫度控制器9，且溫度控制器9對應小 25 •1284968 於5 C之At ’増大自動閥兄開度以增加壓縮空氣流量，並 藉由增加小於壓縮空氣除熱量甚多之送風空氣除熱量，可 面精細地進行除熱控制一面以高精確度使ta隨著ts到達 △ t=0〇C。 5 另方面，ta與ts的差（ts —ta) = At在5°C以上，如7七 時’則控制成對應該差減少送風空氣之除熱量，即，若(ta 一ts)為一7°C時，則對應該差大幅削減即大幅減少除熱量， 以快速地到達—5°C。若溫差較一5°C更接近(TC時，可同樣 地對應該值而減少壓縮空氣除熱量，但其程度遠小於送風 10空氣’且進行精細控制以使ta高精度地到達ts。 前述控制在老化測試開始時亦可發揮高效率作用。 即’元件1之溫度降低、ta遠低於仏且以高時，切換控制器 10會選擇第2溫度控制器33，且該第2溫度控制器33進行對 脈衝之控制，使送風機3之馬達31的驅動器32在固定啟停週 15期中的運轉時間縮短且大幅延長停止時間，以大幅減少供 應空氣流量，故不會過度冷却元件丨至必要程度以上而延遲 其溫度上升，可提昇測試效率以控制元件丨快速地到達“。 又，第7圖顯示切換控制器1〇之設置例，但亦可構成為 使/m度控制器9及第2溫度控制器33包含其機能，且分別具 20有判斷輸入之是否進入各個控制範圍的機能，並:僅使 進入如前述5。(：為界之控制範圍的控制器產生控制動作。 本發明相當適用於半導體元件，特別是高發熱量者之 預燒裝置。 ^ 【圖式簡單說明】 26 • 1284968 第1圖係顯示一適用於本發明之冷却裝置構造例的說 明圖。 第2圖係顯示前述裝置之平面狀態的說明圖。 第3(a)〜第3(c)圖係分別顯示使冷却體、元件及插座分 5 離狀態的正視圖、冷却體平面圖及元件平面圖。 第4圖係用以固定冷却體於預燒板之固定具的正視圖。 第5圖係顯示其他冷却體之例子，且第5(a)圖係正視 圖，第5(b)圖係平面圖。 • 第6圖係顯示包含控制機構部分之冷却裝置構造的說 10 明圖。 第7圖係顯示包含其他控制機構部分之冷却裝置構造 的說明圖。 【主要元件符號說明】 1...元件 12...插腳 2...冷却體 13...下面 3...送風機 14...溫度感測器 4...壓縮機 21...壓接面 5...壓縮空氣系統 22...冷却上面 6...喷射器 22a...内側面 8...固定具 22ai...直射面 9...溫度控制器 22b、22c··.外側面 10...切換控制器 23...散熱板 11...上面 23a...下游側散熱板 11a...中央部分 23b...上游側散熱板 27
.1284968 24.. .段狀部 25.. .散熱棒 31.. .馬達 32.. .驅動器 33.. .第2溫度控制器 41.. .空氣冷却器 42.. .空氣槽 51.. .主空氣閥 52.. .個別空氣閥 53.. .自動閥 54.. .連接器 61…喷嘴 71.. .預燒板 71a...邊緣連接器 71b...把手 72.. .支持板 73.. .内套管 74.. .外套管 75.. .連接器 76.. .插座 81.. .台座 82.. .插腳 83··.内導軌 84···外導執 84a...爪部 85…插腳 86…彈簧 90.. .控制機構 91.. .溫度設定器 100.. .轉接板 a...邊長 d...間隔 s…間隙 0···中心 t...目的溫度 ta...檢^則溫度^ ts...設定溫度 28