專利名稱：冷卻光探測的集成電路的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電激發的半導體集成電路在接受探測、診斷、故障分析時的熱量管理方法與系統。
背景技術：
集成電路(IC)用于消費性裝置的數量逐漸增加，除了熟知的個人計算機本身以外，其它例子包括有汽車、通訊裝置以及智能型家電(洗碗機、火爐、冰箱等等)。這樣廣泛的采用使得每年需要制造更多數量的集成電路。由于集成電路產量的增加也使得集成電路故障的可能性增加，以及需要迅速與準確的芯片探測、故障排除和故障分析技術。當前的探測、故障排除和故障分析系統的主要目的在于經由評估來說明芯片的門級性能以及確認任何操作故障的原因和位置。
過去，機械探測被使用于定量電開關活動，然而由于今日芯片具有非常高的密度、速度和復雜度，加上浮點芯片技術的使用，因此現在如果不破壞地分解芯片，則不可能以機械方式探測芯片。所以現在有必要使用非侵入性的探測技術診斷芯片。此種技術的例子包括，如以基于激光的方法去測量硅中的電場，或者以基于光學的技術在開關過程中檢測從開關裝置，例如從場效應管(FETs)發射的弱光脈沖。用于這種研究的代表性顯微鏡的例子在例如美國專利第4,680,635號、第4,811,090號、第5,475,316號、第5,940,545號和論文「Analysis ofProduct Hot Electron Problems by Gated Emission Microscope，Khurana etal.，IEEE/IRPS(1986)」中有描述，這些文件在此處通過引用并入。
在測試芯片的過程中，芯片典型地是由測試器或其它激發電路以相對的高速運作，此種活動造成產生可觀的熱量。而當該器件在正常環境被封裝和運作時，各種機械構造被提供以幫助熱量散發。例如通常將金屬散熱片附到集成電路，和提供冷卻風扇以加強空氣流動通過集成電路。然而當器件在受測試時，該器件未被封裝，而且為了測試目的，它的襯底會變薄。結果沒有裝置可以用于分散熱量，使得受測試器件(Device Under TestDUT)會在過熱量的情況下工作，因而造成測試失真并且過早地最終損壞。因此受測試器件需要有效的熱量管理系統。
一種用于冷卻受測試器件的現有技術描述在圖1a中。冷卻裝置100包含有冷卻盤110，其具有一窗口135以便能夠光探測受測試器件。窗口135可以是簡單的斷開(cut out)，或以熱傳導的透明材料制成，例如人造鉆石。利用人造鉆石加強冷卻效果已敘述在，例如美國專利第5,070,040號中，此處可參考并入。這種固體的透明窗口經常被當作透明的熱散布體。導管120附加到冷卻盤110，用于冷卻液體的循環，或者，導管可以和盤體形成為一整體，例子請參見美國專利6,140,141號。
圖1a中所描述的破折線顯微鏡接物鏡105用于光學檢驗，其對準窗口135放置。在測試過程中，冷卻盤是放置在受測試器件160的露出表面上，且窗口135放置在所關心位置的上方。當冷卻盤110和透明熱散布體135一起使用時，則有時可以在透明熱散布體135與受測試器件160之間提供油層或其它高折射率的流體，以便能夠改善從受測試器件160到透明熱散布體135的光耦合。來自器件的熱量將被冷卻盤傳導至導管和冷卻液體，冷卻液體則隨后被送至例如冷凍器的液體溫度調節系統循環，因而使得熱量可以從器件消除。一般情況下受測試器件具有輔助裝置165，其限制冷卻盤的移動，因而限制可供探測的區域。為了克服此問題，為特定器件制造定制的盤體，因而造成增加費用與測試器操作的復雜度。
傳統的冷卻盤的另一個問題是無法從受測試器件充分和均勻地除去熱量，圖1b與圖1c是顯示傳統的冷卻盤，其具有按照圖1a的設計修改的透明熱散布體。圖1b是頂視圖，而圖1c是沿著圖1b的A-A線的部分剖面視圖。一透明的熱散布體110’被焊接到框體130，其在交界面115使用，例如銦焊接劑焊接。一受測試器件(未顯示)可以經由透明的熱散布體110’觀測，并且油或其它的流體可以置于該受測試器件與該熱散布體之間。框體130可以附著在或是內金屬散熱器140的整體的一部分，內金屬散熱器140再附著于外金屬散熱器150。傳統的方式是內金屬散熱器140使用螺絲附著于外金屬散熱器150，并且在兩者之間沒有熱傳導材料。冷凍空氣經由入口170抽入，通過外金屬散熱器150循環，然后由出口175排出。
因此我們可以了解，熱量是由受測試器件依序傳遞至透明的熱散布體110’，再至框體130，而后至內金屬散熱器140，再至外金屬散熱器150，再至冷凍流體。然而，在各種元件間的交界面會阻止熱傳導，因此降低了從受測試器件除去熱量的效率。另外，貫穿各種元件的溫度梯度促進了從周邊獲得熱量。事實上，研究顯示從周邊獲得的熱量大于從受測試器件除去的熱量。由于熱阻抗存在于熱傳導途徑中，并且有相當可觀的熱量從周邊獲得，因而使降低透明熱散布體的溫度，從而降低受測試器件的溫度的困難顯著地增加。
本發明人特別的興趣是位于透明熱散布體周邊(位于圖1b的1-8地方)的溫度。發明人推測具有有效的熱傳輸的系統，將會降低透明熱散布體周邊的溫度，因此降低熱散布體和受測試器件的溫度。為了研究此問題，將利用有限元素模型(Finite Element model)仿真在圖1b中示例的由透明熱散布體冷卻的工業用標準的半導體熱測試芯片的溫度分布。該模型仿真在透明的熱散布體上的溫度分布，以及從透明熱散布體越過銦焊接劑到達內金屬散熱器的周邊的熱傳導。利用一維熱傳導分析來計算從透明熱散布體的表面到芯片的溫度上升、決定芯片的溫度分布和其最高溫度。有限元素模型預測的準確度將直接關聯所施加的邊界條件的準確度。本例子的關鍵邊界條件為位于內金屬散熱器的內周邊的溫度，此即為銦焊接劑接觸區域。因此我們可以知道位于此周邊的溫度是取決于整個部件的熱移除效率。
邊界條件對受測試器件的最高溫度的影響可以從圖2決定(用有限元素模型決定)。圖2的圖為透明窗口的最高溫度作為各種熱量負載的邊界條件的函數圖，其中這個最高溫度驅動最高的受測試器件溫度。如從圖2的所示證明，散熱器周邊的溫度越低，透明窗口的最高溫度越低，因而將導致越低的受測試器件最高溫度。也就是本發明人預測能夠有效降低在透明窗口邊界的溫度的系統，也將能夠有效地從受測試器件移除熱量。
為了證明該模型的準確度，將使用類似圖1b的冷卻盤組合件對測試芯片作更廣泛的實驗。受測試器件被提供能量至各種熱通量，同時以傳統的方式被冷卻盤冷卻。該冷卻盤作為在圖1b中的標號1-18位置的溫度測量器具，而以20W/cm2被提供能量的芯片的結果顯示在圖3中(數據以攝氏溫度提供)。在透明熱散布體周邊的結果被用作邊界條件用于進一步的有限元素模型分析，該模型被運行，并且預測透明窗口的溫度分布以及它的最高溫度。最高的受測試器件溫度則以油層厚度為函數計算并且繪于圖4。針對80μm厚的油層測量，圖4的結果與測試受測試器件的實驗測量溫度符合，因此證明了模型的正確。
從上述的說明可以了解，對于芯片測試器或探測器需要有一個創新、廉價、靈活和有效的熱量管理解決方案。
發明內容
本發明提供從受測試器件除去熱量的機構，因而允許檢驗處于電激發的器件。因此，所述系統特別適合于以光學顯微鏡對受測試器件作探測、診斷和故障分析時使用。另外，上述詳細的研究結果強調了盡最大可能降低透明窗口周邊的溫度的重要性。本發明提供了將透明窗口周邊的熱量移除的有效解決方案，因此提供了從受測試器件移除熱量的機構，并且允許檢驗受電激發的器件。因此，所述系統特別適合于以光學顯微鏡對受測試器件作探測、診斷和故障分析時使用。
本發明的一個方面是，提供一種利用霧狀液體噴灑器從受測試器件移除熱量的熱量管理系統。噴灑頭在接物鏡容室附近，而且這個裝置是被安置在噴灑室內部。噴灑室是被一個盤體密封，受測試器件放置于該盤體上。噴灑室內部的壓力可以受控制，以獲得噴灑液體的正常蒸汽。壓力傳感器與溫度感應器安裝在壓力室內，以監測熱量管理系統的運作。
本發明的另一方面是，噴灑冷卻是使用數排噴霧器實現的。按照其中的一個實施方式，所有的噴霧器共同連接到一個液體供應器。另一種情形，按照其它實施方式，能分開控制到每個噴霧器或噴霧器組的液體輸送，以便改變輸送至不同噴霧器的壓力、時間和(或者)液體種類。
本發明的另外的方面是提供一控制儀器，以使得熱量管理系統的運作準確。受測試器件的溫度能夠經由冷卻劑溫度、冷卻劑流動速率(與冷卻劑的輸送壓力直接相關聯)和冷卻劑沸點(是噴灑室的壓力和蒸汽溫度的函數。請注意在其飽和溫度時，飽和液體的溫度和其汽態(非過熱狀態)相同)控制。溫度感應器靠近冷卻劑輸出點，能監測冷卻劑輸出溫度，該溫度將被回饋給熱量管理系統的控制器。該控制器控制液體溫度調節系統，該系統可能是冷凍器或是控制冷卻劑的溫度至預定值的其它裝置。這些系統為本領域技術人士所熟知。
噴灑室壓力是由與噴灑室相通的壓力傳感器測量的。蒸汽溫度(經由與噴灑室相通的溫度感應器測量)和噴灑室壓力決定了冷卻劑的沸點，其接著影響了控制受測試器件溫度的方式。噴灑室壓力可以被操縱，以影響冷卻劑的沸點。舉例而言，利用與噴灑室相通的電磁閥、通過調整回流泵的速率、或者操控液體溫度調節系統的儲存器(reservoir)內部的壓力，均能夠影響噴灑室壓力。當電磁閥發生故障時，一機械壓力釋放閥提供安全釋放機制。
本發明的一個方面是，提供一種熱量管理系統，其利用熱散布體從受測試器件移除熱量，以及利用噴霧的液體噴灑系統從熱散布體移除熱量。
本發明的另一方面是，將接物透鏡容室與透明冷卻盤放置于噴灑室內部。提供一噴灑冷卻裝置，其噴灑冷卻劑到冷卻盤上。噴灑室被一盤體密封，受測試器件置于該盤體上，該室內部的壓力可受控制，以得到噴灑的冷卻劑的適當蒸汽。壓力傳感器與溫度感應器可安裝于壓力室內，監測熱量管理系統的運作。
本發明的另一方面是，噴灑冷卻是使用數排的噴霧器冷卻透明熱散布體的外圍實現的。按照其中的一種實施方式，所有的噴霧器被共同連接到一個液體供應器。另一種情形，按照其它的實施方式，能分開控制到每個噴霧器或噴霧器組的液體輸送，以便改變輸送至不同噴霧器的壓力、時間和(或者)液體種類。
本發明的又一方面為冷卻盤是焊接至一支持座上。該支持座可用于壓緊冷卻盤靠著受測試器件。可提供數個噴霧器，用于噴灑冷卻流體到冷卻盤的外圍上。該支持座可另外防止噴灑的流體到達冷卻盤的中央部份，從而避免遮蔽光路徑。
本發明的還一方面為冷卻盤是焊接至一支持座上。該支持座可用于按壓冷卻盤靠著受測試器件。該支持座具有一中空孔穴，噴霧器安裝在其內部。噴霧器噴灑冷卻液體至支持座內部的上方，隨后噴灑的液體經由支持座內部的中空孔穴排出。以這種方式，沒有液體會到達冷卻盤，更確切的是，經由冷卻的支持座從冷卻盤消除熱量。
根據本發明的還一方面，受測試器件附加在印刷電路板上以及冷卻盤是在受測試器件之上。一金屬夾將冷卻盤與受測試器件夾持到印刷電路板上。一銦襯墊(indium gasket)可提供在金屬夾與冷卻盤之間。隨后一個中空的支持座被按壓靠著金屬夾。另一銦襯墊可放置在金屬襯墊與支持座之間。支持座具有中空的噴射室，噴霧器附在其內部，以及具有中空返回室，供收集噴灑的液體。噴霧器噴灑冷卻液體至支持座內部的上方，隨后噴灑的液體經由支持座內部的中空返回室排出。以這種方式，沒有液體會到達冷卻盤，更確切的是，經由冷卻的支持座從冷卻盤消除熱量。
又根據本發明的另一方面，透明熱散布體是經由支持座，以可拆卸的方式貼附到接物鏡組合件。該支持座可以自由滑動、彈性地支持或撓性地安裝到接物鏡組合件。提供這種裝置，使得只要熱散布體靠著受測試器件放置，則接物鏡組合件可以進一步移動，以便能夠到達適當的對焦點。冷卻劑被輸送至噴灑頭，其輸送冷卻劑噴霧至熱散布體上，或者亦可選擇至受測試器件本身上。
又根據本發明的又一方面，透明熱散布體是既有冷卻通道又有冷卻噴霧。
本發明的還一方面為，提供一控制儀器，使得熱量管理系統的運作準確。受測試器件的溫度控制能夠經由冷卻劑溫度、冷卻劑流動速率(與冷卻劑的輸送壓力直接相關聯)和冷卻劑的沸點(是噴灑室的壓力和蒸汽溫度的函數，請注意在飽和溫度時，飽和液體的溫度是相同于其汽態(非過熱狀態)的溫度)。一溫度感應器靠近冷卻劑輸送點，能監測冷卻劑的輸送溫度，該溫度被回饋至熱量管理系統的控制器。該控制器控制液體溫度調節系統，該系統可能是冷凍器或是控制冷卻劑溫度至預定值的其它裝置，這些系統為本領域技術人員所熟知。
噴灑室壓力是經由與噴灑室相通的壓力傳感器測量的。蒸汽溫度(經由與噴灑室相通的溫度感應器測量)和噴灑室壓力決定了冷卻劑的沸點，其接著影響了受測試器件溫度受控制的方式(經由透明冷卻盤)。噴灑室壓力可以被操縱影響冷卻劑沸點。舉例而言，利用與噴灑室相通的電磁閥、通過調整回流泵速率、或者操控液體溫度調節系統的儲存庫內部的壓力，均能夠影響噴灑室壓力。當電磁閥發生故障時，一機械壓力釋放閥提供了安全釋放機制。
上述提到的一種或多種方式皆可個別地或組合地被用于控制冷卻劑流動速率或(和)冷卻劑的沸點。最終的目的是使用儀器控制受測試器件到預設溫度。受測試器件的溫度可以經由與熱電偶或其它感應器的機械接觸測量，或通過非接觸裝置，比如熱影像照相機、或預計的溫度穩定性適當準確的任何其它裝置測量。任何可以測量受測試器件溫度的裝置皆能夠被用于控制受測試器件的溫度，此處所舉的特定例子僅是作為舉例說明的目的，并不意味著限制本發明的任一方面。
計算機或其它電子或機械控制系統可以用于監測受測試器件的溫度以及提供噴灑的必要調整。舉例而言，如果受測試器件溫度升高，則計算機可以增加流動速率、降低流體溫度或者兩者皆實施。
此處使用的專門術語「透明窗口」和「透明熱散布體」是可以互換的。要知道的是對于光學系統而言，該元件的機能為窗口，而對于熱量管理系統而言則為熱散布體。同時，此處使用的專門術語「透明」亦是不受拘束的，也就是要知道的是一窗口對在某一波長下運作的系統可能是透明的，然而對在另一波長運作的系統則為不透明的。例如窗口對于在紅外線范圍運作的系統為「透明」，其在可見光區域可能是不透明的。因此，此處當使用專門術語「透明」時，其含義是針對感興趣的波長是透明的。
本發明進一步包含控制進行診斷的集成電路(IC)的溫度的方法，該方法包括將集成電路附著于插座；提供一透明熱散布體在集成電路上；以及從至少一個噴灑頭噴射冷卻劑到透明熱散布體上。
在此本發明的描述參考其特定實施例，附圖例示了特定實施例。但是，必須了解的是附圖中描述的各種實施例僅是范例，并不能如所附的權利要求那樣限制本發明。
圖1a-1c是說明依據現有技術的冷卻盤系統。
圖2是說明從有限元素模型獲得的、透明熱散布體的最高溫度與邊界條件的函數圖。
圖3是說明以20W/cm2作用于受測試器件，橫跨傳統的透明熱散布體測量的實驗測量溫度。
圖4是以20W/cm2作用于受測試器件，最高小芯片溫度與油薄膜厚度的函數圖。
圖5’是本發明的創新冷卻系統的一實施例的分解圖，而圖5是使用冷卻盤的本發明創新冷卻系統的一實施例的分解圖。
圖6’是本發明的創新冷卻系統的一實施例剖面圖，而圖6是使用冷卻盤的本發明創新冷卻系統的一實施例剖面圖。
圖7是說明創新冷卻系統的一實施例的剖面圖。
圖8是說明創新冷卻系統的另一實施例的示意圖。
圖9a和9b是根據本發明的兩種可選擇實施例，具有冷卻盤支持座裝置的受測試器件剖面圖。
圖10是根據本發明的實施例，具有冷卻盤支持座裝置的受測試器件剖面圖。
圖11是根據本發明的實施例，具有冷卻盤支持座裝置的受測試器件剖面圖。
圖12是本創新冷卻系統的另一實施例圖。
圖13是本創新冷卻系統的另一實施例圖。
圖14是本創新冷卻系統的另一實施例圖。
圖15是本創新冷卻系統的又一實施例圖。
具體實施例方式
本發明的各種實施例或實施方式皆能夠與各種集成電路測試器和探測器結合使用，從而冷卻電激發的集成電路。舉例而言，該發明的各種實施例皆能夠很容易的實施在NPTest(位于San Jose，California)公司的IDS-PICA系統或IMS(位于Beaverton，Oregon)公司的GeminiMS系統上。通常，一霧化液體噴灑器或霧化液體噴灑器連同透明熱散布體被提供在探測頭周圍，以便在探測頭搜集數據時冷卻受測試器件。任何種類的探測頭皆可供使用，例如，探測頭的形式可以為光學光子計算時間分解接收器(optical photon-counting time-resolved receiver)、光學發射顯微鏡(optical emission microscope)或基于激光的探測工具。為了對本發明的各方面特點與特征提供更詳盡的說明，本發明將參考特定的探測器作說明，也就是光學光子計算時間分解發射探測器(optical photon-counting time-resolved emission probers)。但是，這種詳細說明僅視為當作例子，而非用來限制。
圖5’描述本創新的冷卻系統一實施例的分解圖。在圖5’中描述的冷卻系統能夠利用任何類型的顯微鏡用于檢查和(或)測試集成電路(ICs)。為了清楚，圖5’僅顯示一光學檢查/探測系統的接物透鏡部分，以及和其冷卻系統關聯的部分。如圖5’所示，一保持框體570’將受測試器件560’夾持在封閉盤580’上。封閉盤是安裝在承載接口板(loadboard)上，其接著連接至一傳統自動測試設備(automated testingequipmentATE)的傳統測試頭(未顯示)，該自動測試設備發出激發訊號至受測試器件560’，以仿真受測試器件560’的工作條件。這可以利用承載接口板配合受測試器件的合適插座以傳統方式來完成。
一接物鏡容室505’容納測試系統的接物透鏡，該容室505’與接物透鏡一般而言是形成系統的光學接收器，即探測頭。容室505’沿著具有噴霧器515’在其內的噴灑頭510’安裝，整個組合件放置于噴灑室525’內部，有一封閉件530’附加于它的上表面。封閉件530’可以為滑動的或其它方式，噴灑室525’附加到平移臺，例如x-y-z平臺(未顯示)。為了在使用滑動封閉件的實施例中實施測試，噴灑室525’被移至與封閉盤580’接觸，因此，滑動的封閉件530’可以和封閉盤580’產生封閉，該封閉可能是密封地，但是密封封閉是不必要的。以這種方式，噴灑室525’可以四處移動，以便讓接物透鏡定位于受測試器件上尋求成像的特定區域，而不會破壞與封閉盤580’的封閉。
在另外一實施例子中，容室525’是通過柔性伸縮囊(未顯示)相接于封閉盤580’，伸縮囊材料應該兼容于冷卻劑的溫度與化學性質。某些可能的材料包括折疊的薄壁鋼材與橡膠。
在測試時，流體是經由冷卻劑供給歧管555’供給至噴霧器515’，冷卻劑的沸點可被控制，其是經由利用電磁閥520’或其它方式控制噴灑室525’內部的壓力而實現的。在本發明的一實施例子中，噴灑室525’內部的壓力是使用壓力傳感器550’測量的，以及供給的冷卻劑的壓力是使用壓力傳感器540’測量的，而冷卻流體的溫度是用溫度感應器541’測量的以及其噴灑溫度是使用溫度感應器545’測量的。作為安全的測量，可以選擇提供一機械壓力釋放閥535’。
冷卻劑的輸送壓力可以經由靠近冷卻劑輸送點540’的壓力傳感器來測量。噴灑室壓力亦由另一壓力傳感器550’來測量。為了固定或改變冷卻劑的溫度以及噴灑室的壓力，測量的冷卻劑輸送壓力會被回饋至控制器，以確保足夠的冷卻劑輸送壓力，用于受測試器件所要求的溫度。流動速率以及因此冷卻速率可以由冷卻劑輸送壓力來控制。
圖6’是根據本發明一實施例的噴灑冷卻系統的剖面圖，特別的是受測試器件660’是貼附于封閉盤670’，封閉盤670’隨后被安裝到DUT承載接口板(未顯示)。所描述的組合件附加于承載接口板，以傳統方式連接至測試轉接器(adapter)。在此實施例中，噴灑室625’壓著封閉盤670’，以便利用滑動封閉件630’形成封閉。接物鏡容室605’配置有噴灑頭610’，并且以封閉方式嵌入于噴灑室625’內。泵680’被用于讓流體返回至液體溫度調節系統，比如冷凍器650’，以及亦可被用于控制室內635’內部的壓力，通常大約在1大氣壓(1atm)。我們應該了解所希望的噴灑室壓力是能夠根據所使用的冷卻流體特性與所希望的沸點(按所給的實施例)來計算。
泵665’被用于泵送冷卻劑通過供給管695’，經由噴霧器列(atomizer banks)615’將其注入在受測試器件上。本發明的一實施例中，冷卻劑是被噴灑至激發的受測試器件660’上，在該處其被加熱至其沸點，然后汽化和在室內635’形成蒸汽。該蒸汽隨后凝結在室625’的內壁上，并且經由通道655’排出回到泵680’。該蒸汽亦可被直接注入冷凍器650’，雖然將會使冷凍器上的負載增加。在另一實施例中，冷卻劑僅單純從受測試器件吸收熱量而不會汽化，在該處未汽化的液體返回至液體溫度調節系統。盡管目前具有兩種熱量管理情形，但本領域技術人員可理解的是，流體熱量吸收和汽化的相對冷卻強度可被調整，例如，如上述所描述的，通過選擇不同的流體、噴嘴設計與數目、流體的流動速率、流體溫度和室壓力。
在被再次噴灑至受測試器件上之前，流體可在液體溫度調節系統650’中循環。本實施例所使用的冷卻劑為高蒸汽壓力，例如氫氟醚(hydrofluoroethers)或全氟化碳(perfluocarbons)。結果這些流體暴露于大氣狀態中將直接汽化，所以如本實施例所示，整個冷卻系統形成封閉的回路系統，該封閉系統可以經由電磁閥685’泄出，其也可以與例如回流冷凝器的蒸汽回收系統結合工作，以減少額外的蒸汽流失。為了此目的，液體溫度調節系統650’包括有一封閉的冷凍儲存庫690’，其能夠在高壓與低壓兩種狀態下工作，即在高于大氣壓10psi或全真空-1atm狀態下工作。冷凍儲存庫690’亦可包括有一流體攪拌系統(未顯示)，以加強從冷卻劑至冷凍器螺管(未顯示)的熱交換。在本例子中，冷凍器650’和儲存庫690’是可以在低至，例如-80℃的低溫度下工作。
使用本系統，受測試器件的溫度能被改變，從而能在各種工作條件下被測試。例如，操作者可以輸入某一操作溫度用于測試受測試器件。在一實施例中，受測試器件的實際溫度可以以本領域技術人員所熟知方式經由自動測試設備(未顯示)來檢測。例如，可以將一溫度二極管嵌入受測試器件中，并且它的訊號傳送給自動測試設備，這是為了安全原因的傳統上使用方式，舉例來說，在受測試器件太熱時可將系統關閉。而根據本發明的這個實施例，受測試器件的溫度是從自動測試設備送到控制器600’。利用受測試器件的實際溫度，控制器600’可以調整冷卻速率，以便讓受測試器件在操作者所選擇的溫度下工作。為了控制冷卻速率，控制器600’可以調整，例如冷卻劑的流動速率、冷卻劑的溫度、或者改變室內壓力以便改變冷卻液體的沸點。
如圖5’和6’所示以及上述所提到的，可使用各種感應器與儀器來控制該創新的冷卻系統的操作。一壓力傳感器620’測量冷卻劑的輸送壓力，以便能控制泵665’的速率。另外，一壓力傳感器622’測量噴灑室內部的壓力，以便能控制電磁閥685’以獲得在噴灑室內部適當的冷卻劑沸點。溫度感應器640’被用于測量靠近輸送端的冷卻劑溫度，而噴灑室內的蒸汽溫度的測量則是用溫度感應器645’。顯然地，從噴灑室的壓力與蒸汽溫度(或者冷卻劑在它的飽和溫度)，將能夠確定輸送到受激發的受測試器件的冷卻劑的熱力學狀態。當電磁閥685’發生故障時，一機械壓力釋放閥626’提供安全釋放。
在圖5’和6’的實施例中，霧化的冷卻劑對于成像的影響需要降至最低，其中一種方式是使用供選用的遮擋板602’，以防止霧氣進入成像系統的光學軸內。以此種方式，在接物鏡容室移動至受測試器件的特定區域成像時，該遮擋板可能會接觸或者非常接近受測試器件，以便遮蔽受測試器件的該區域免于霧化。另一方面，如果有人希望避免使用遮擋板，那么需要調整噴霧，以在使用光線的波長下能夠得到最佳的成像，也就是說霧滴的大小需要按照顯微鏡的操作來控制。例如可以使用白光來完成成像，或例如使用紅外線光檢測光發射。經由適當選擇的霧滴大小，這些不同的波長可以導致較佳的影像。這可以事先或在測試中經由操作者來選擇。另一方面，在本發明的又一方面，可以利用固體浸沒鏡(solid immersion lensSIL)配合接物鏡透鏡來改善成像，固體浸沒鏡(SIL)使得能夠在受測試器件和接物鏡之間傳送光學能量，而實際不管所使用的冷卻劑種類和方式。因此，噴霧器和流體壓力能被選擇，以達成最佳的熱量移除效率。
圖5描述本創新冷卻系統的一替代實施例的分解圖，在圖5中描述的冷卻系統能夠利用任何型式的顯微鏡用于檢查和(或)測試集成電路(ICs)。為了清楚，圖5僅顯示光學檢查/探測系統的接物透鏡部分，以及和其冷卻系統相關的部份。一接物鏡容室505容納測試系統的接物透鏡，容室505與接物透鏡一般而言形成系統的光學接收器，即探測頭。一透明熱散布體510被安裝在支持座550上，其通常為金屬支持座。熱散布體是由能讓放射波長穿透的材料制造的，所使用的特定測試器監測放射波長。對于紅外線、可見光和紫外線放射而言，熱散布體可以由陶瓷材料制造，例如氧化鋁、二氧化硅或其混合物。熱散布體亦可以由如藍寶石的單晶(monocrystalline)材料制造。在一實施例中，透明熱散布體510是使用比如銦焊接劑焊接于支持座550。
噴霧器515被排列，以噴灑冷卻流體到熱散布體510周邊上。此處圖僅顯示關于噴霧器的大小、數目和排列。例如，雖然只顯示兩排噴霧器在熱散布體510的兩相對側，但是可提供四排噴霧器以冷卻該熱散布體510的整個外圍。再者，在本說明書中的公開中，術語「流體」明顯是指由冷卻介質所形成的液體和氣體兩者。
整個組合件放置于噴灑室525內部，且有一封閉墊530附加于它的上表面。噴灑室525附加于平移臺上，例如x-y-z平臺(未顯示)。在使用滑動封閉件的例子中實施測試時，該噴灑室525被移至與封閉盤580接觸，因此，滑動封閉件530可以和封閉盤580產生封閉，該封閉可能是密封地，但是密封封閉是不必要的。以這種方式，該噴灑室525可以四處移動，以便讓接物透鏡定位于受測試器件上尋求成像的特定區域，而不破壞與封閉盤580的封閉。或者另一方式，該接物鏡容室505可以相對于熱散布體510移動，因此，在測試受測器件上的不同地方時，一旦熱散布體510靠著受測試器件，就不需要再移動。
在另外一實施例子中，容室525是通過撓性伸縮囊(未顯示)相接于封閉盤580。伸縮囊材料必須兼容于冷卻劑的溫度與化學性質。某些可能的材料包括折疊的薄壁鋼材與橡膠。
在測試時，流體是經由冷卻劑供給歧管555供給噴霧器515。冷卻劑的沸點可被控制，其是通過利用電磁閥520或其它方式控制噴灑室525內部的壓力而達成的。本發明的一實施例中，噴灑室525內部的壓力是使用壓力傳感器552來測量，以及供給的冷卻劑的壓力是使用壓力傳感器540來測量，而冷卻劑的溫度是用溫度感應器541測量以及在其噴灑室內的蒸汽溫度是使用溫度感應器545測量。作為安全的測量，可以選擇提供一機械壓力釋放閥535。為了固定或改變冷卻劑的溫度以及噴灑室的壓力，測量的冷卻劑輸送壓力會被回饋至控制器，以便確保足夠的冷卻劑輸送壓力，用于受測試器件所要求的溫度。流動速率，以及因此冷卻速率可以經由冷卻劑輸送壓力來控制。
圖6是根據本發明一實施例的噴灑冷卻系統的剖面圖。特別的是受測試器件660是由受測試器件保持框體672保持在合適位置上，保持框體672是貼附在受測試器件插座上(未顯示)。封閉盤670被貼附到DUT承載接口板(未顯示)，其以傳統方式被連接至測試轉接器。在此實施例中，噴灑室625壓著封閉盤670，以便利用滑動封閉件630形成封閉。接物鏡容室605被安置在透明熱散散布體617下方，其配置有噴灑頭615。泵680被用于讓流體返回至流體溫度調節系統，比如冷凍器650，以及亦可被用于控制室內635內部的壓力，通常大約在1大氣壓(1atm)。我們應該了解所希望的噴灑室壓力能夠根據所使用的冷卻流體的特性與所希望的沸點(按所給的實施例)來計算。
泵665被用于泵送冷卻劑通過供給管695，經由噴灑頭或噴霧器列(atomizer banks)615將其注于透明熱散布體上。在本發明的一實施例中，冷卻劑是以液體狀態噴灑至熱散布體617上，在該處其被加熱至沸點然后汽化，并且在室內635形成蒸汽。該蒸汽隨后凝結在室625的內壁上，以及經由通道655排出回到泵680。該蒸汽亦可直接注入冷凍器650，雖然將會使冷凍器上的負載增加。在另一實施例中，冷卻劑僅單純從熱散布體617吸收熱量而不汽化，在該處未汽化的液體返回至流體溫度調節系統。盡管目前具有兩種熱量管理情形，但本領域技術人員可理解的是，流體熱量吸收和汽化的相對冷卻能力可被調整，例如，如上述所描述的，通過選擇不同的流體、噴嘴設計與數目、流體的流動速率、流體溫度和室內壓力。
在被再次噴灑至熱散布體617上之前，流體可在流體溫度調節系統650中循環。這個特定實施例所使用的冷卻劑為高蒸汽壓力，例如氫氟醚(hydrofluoroethers)或全氟化碳(perfluocarbons)。結果這些流體在暴露于大氣狀態中時將直接汽化，所以如本實施例所示，整個冷卻系統形成封閉的回路系統。該封閉系統可以經由電磁閥685泄出，其也可以與例如回流冷凝器的蒸汽回收系統結合工作，以減少額外的蒸汽流失。為了此目的，流體溫度調節系統650包括一封閉的冷凍儲存庫690，其能夠在高壓與低壓兩種狀態下工作，即在高于大氣壓10psi或全真空-1atm狀態下工作。冷凍儲存庫690’亦可包括有一流體攪拌系統(未顯示)，以加強從冷卻劑至冷凍器螺管(未顯示)的熱交換。在這個例子中，冷凍器650和儲存庫690是可以在低至，例如-80℃的低溫度下工作。
使用這個系統，則受測試器件的溫度能被改變，以在各種工作條件下被測試。例如，操作者可以輸入某一操作溫度用于測試受測試器件。在一實施例中，受測試器件的實際溫度可以以本領域技術人員所熟知方式經由自動測試設備(未顯示)來檢測。例如，可以將一溫度二極管置入受測試器件中，并讓它的訊號發送回自動測試設備。這是為了安全原因而傳統上使用的方式，舉例來說，在受測試器件太熱時可將系統關閉。但是，根據本發明的這個實施例，受測試器件的溫度是從自動測試設備送到控制器600。利用受測試器件的實際溫度，控制器600可以調整冷卻速率以便讓受測試器件在操作者所選擇的溫度下工作。為了控制冷卻速率，控制器600可以調整，例如冷卻劑的流動速率、冷卻劑的溫度、或者改變室內壓力從而改變冷卻液體的沸點。
如圖5和6所示以及上述所提到，可使用各種的感應器與儀器來控制該創新的冷卻系統的操作。一壓力傳感器620測量冷卻劑的輸送壓力以便能控制泵665的速率。另外，一壓力傳感器622測量噴灑室內部的壓力，以便能控制一電磁閥685以獲得在噴灑室內部的適當的冷卻劑沸點。可選地，提供另一傳感器694以監測返回的冷卻劑的壓力。溫度感應器640用于測量靠近輸送端的冷卻劑溫度，而噴灑室內的蒸汽溫度則利用溫度感應器645測量。顯然地，從噴灑室的壓力與蒸汽溫度(或者冷卻劑在它的飽和溫度)，將能夠確定輸送到受激發的受測試器件的冷卻劑的熱力學狀態。當電磁閥685發生故障時，一機械壓力釋放閥626提供安全釋放。
在圖5和6中的實施例中，霧化的冷卻劑對于成像的影響需要降至最低，其中一種方式是使用熱散布體承載體550、618當作遮擋板，以便防止霧氣進入成像系統的光學軸。以此種方式，噴灑液僅侵入熱散布體的外圍，因此接物鏡的觀察區域不會被流體遮蔽。但是如上所提到的，有效的控制在熱散布體外圍的溫度可導致有效的控制受測試器件的溫度。所以，此處所描述的實例在控制受測試器件的溫度方面非常有效。
如上述提到的，可以在熱散布體與受測試器件之間提供油或其它高折射率液體。另外，在本發明的各種實施例中，油或其它高折射率液體被放置在熱散布體與接物透鏡之間。在本發明另一實施例中，一選擇使用的固體浸沒鏡(SIL)619被提供與熱散布體接觸，以便從受測試器件有效收集光線，并將其導引至接物透鏡。固體浸沒鏡(SIL)使得光能量能夠熱散布體與接物透鏡之間傳送，并且可以單獨或配合高折射率液體使用。
固體浸沒鏡(SIL)在本領域眾所周知，其例子描述有美國專利第5,004,307號、第5,208,648號和第5,282,088號，這些專利在此處通過參考并入。圖6所描述的破折線為配合可選的固體浸沒鏡(SIL)使用的本發明冷卻系統的實施例。在此實施例中，固體浸沒鏡(SIL)619附加于接物鏡容室605頂部。在操作中，固體浸沒鏡(SIL)是被“連接”到熱散布體617，以便讓易散失的波能量傳播。另一說法為固體浸沒鏡(SIL)是被“連接”到熱散布體617，所以它以高于臨界角(臨界角是發生內部全反射的角度)的角度捕捉在熱散布體617中傳播光線。如本領域所公知的，該連接的實現可通過，例如實體接觸影像的目標物、離目標非常靠近的配置(大約近到20-200微米)、或使用折射率匹配的材料或流體。
在圖5與圖6的實施例中顯示有兩排噴霧器。但是，應該知道的是，所提供的噴霧器數目與噴霧器列數僅是作為例子，亦可使用其它的數目和配置。例如，噴霧器亦能以環形排列于接物鏡容室四周，而不是以直線排列。而且，各種噴射器能以不同的噴灑速率工作，或被供給不同的冷卻劑，或相同的冷卻劑、但是在不同溫度下。另可供選擇地，不同噴灑頭能夠被調整以在不同角度提供噴灑。
圖7描述安裝受測試器件至傳統的測試頭轉接器的典型方式。受測試器件760經由插座(未顯示)安裝在受測試器件接口板790上，并且由保持框體770支持在適當的位置上。一O形環封閉件710可以被提供在受測試器件保持框體770和受測試器件承載體765之間，另外，一O形環封閉件720可以被提供在封閉盤780與負載接口板790之間。
圖8描述本創新的噴灑冷卻系統的還一實施例。在這個實施例中，透明熱散布體864是壓靠著受測試器件860，受測試器件860再附到受測試器件承載體866和插座862。熱散布體864是由保持框體861固定在適當的位置上，而不是由光學承載體固定。噴霧器列815被設置在熱散布體864外圍附近。在這個特定例子中，一可選的封閉件867被設置于封閉盤870、插座862和受測試器件接口板863之間。這是為了確保不會有蒸汽從這些構件之間的空間散失。
噴灑室825是對著封閉盤870固定的，使得封閉件830可以和封閉盤870形成封閉。在室內835內部的狀態是使用壓力傳感器822和溫度感應器845監測的，室內835內部的壓力是使用電磁閥885來控制。另外，為了安全，則設置一機械壓力釋放閥826。
冷卻流體利用供應泵865被供給至噴霧器列815。輸送流體的壓力是由壓力傳感器820測量的，而溫度是由溫度感應器840測量。在噴灑以后，流體被搜集并用回流泵880泵回至冷凍儲存庫880。冷凍器內部的流體高度由水平感應器896監測，其也能夠被當作熱量管理控制的一個增加變量，而冷凍器內部的壓力是經由壓力傳感器891來監測。為了安全，則提供一機械壓力釋放閥892。冷凍器內部的溫度是利用冷凍器螺管893和加熱器894控制的。如圖所示，所有的感應器、致動器和泵皆連接到計算機/控制器800。
如眾所周知的，為了檢查受測試器件，通常將受測器件變薄。結果，當器件產生熱量時，該熱量不能完善的擴散于整個受測試器件，并且會產生局部熱點。在本實施例中，有一透明熱散布體864與受測試器件860接觸，以便加強從局部熱點的熱量擴散。如同上述的實施例，油或其它折射率匹配的流體均能用于熱散布體864與受測試器件860之間。隨后噴灑實施在例如由硅晶、紅寶石、鉆石等所制成的熱散布體864的周邊上。
圖9a與圖9b是一具有熱散布體保持框體的受測試器件支持座裝置的剖面視圖，其可以在圖8的實施例中使用。受測試器件960是被透明熱散布體974靠著插座965夾持的，而透明熱散布體974被保持框體970夾持在適當的位置。一O型環920是設置于受測試器件承載體962與插座965之間。透明冷卻盤974能夠通過，例如銦或環氧粘合劑、硅密封劑等等被封接于保持框體970。為了加強熱傳導效果，可以使用銦焊接劑。保持框體970可以使用螺絲或其它方式固定到測試轉接器(未顯示)。流體入口915和出口917設置在保持框體970中。從圖9a與圖9b可以了解，保持框體970、熱散布體974和插座965間形成一空腔990。如圖9a所示，冷卻劑藉由入口915和出口917在空腔990內循環。另一種情形，在圖9b中是利用噴灑頭將流體噴灑入空腔990中，然后藉由出口917排出。很明顯，在任一例子中，冷卻劑流體并不在接物鏡的光學路徑中循環，而是可以僅冷卻熱散布體974的外圍與受測試器件960。如果搜集耗費的冷卻劑不重要，例如，如果冷卻劑是空氣或液態氮，則出口917可以僅僅是在框體970和插座965之間的非封閉設置，在這種狀況下，耗費的冷卻劑將僅僅經由非封閉設置蒸發到空氣中。
圖10是靠著受測試器件固定的透明熱散布體裝置的剖面視圖，此示例說明的例子可以使用在圖5和6的實施例。即在這個實施例中，受測試器件貼附于插座，而透明熱散布體壓靠著受測試器件。如圖所示，受測試器件1060是貼附于受測試器件承載體1065，其可能包括或不包括外圍裝置1020(如電容器)。在測試前，將一透明熱散布體1074壓持著受測試器件1060，在其之間具有或不具有折射率匹配的流體。熱散布體1074是通過，例如銦焊接劑1012貼附至其支持座1070。噴霧器1015是貼附至支持座1070，以便它們能夠噴灑在熱散布體1074上。如圖所示，支持座1070可以當作遮擋板，從而防止噴灑到達至熱散布體1074的中央區域和遮蔽光路徑。
圖11是夾持受測試器件的透明熱散布體裝置的剖面視圖，這個說明的例子可以使用在圖5和6的實施例。但是這個實施例亦可以使用在沒有蒸發室的情況下，例如圖5和6所示的蒸發室。明顯地，在這個實施例中，噴灑的流體是容納在熱散布體支持座內以及循環于冷凍器中，用于溫度控制。如圖所示，受測試器件1160是貼附至受測試器件承載體1165，其可能包括或不包括外圍裝置1120(如電容器)。在測試前，將一透明熱散布體1174壓持著受測試器件1160，在其間具有或不具有折射率匹配的流體。熱散布體1174是利用，例如銦焊接劑1112貼附至一支持座1170。支持座1170是由例如實心金屬制成的實心部1180與空心部1175所構成。如圖所示，噴霧器1115是安置在支持座1170的空心部內部。噴霧器噴灑支持座1170的實心部1180，隨后流體沿著空心部1175往下流，以便被搜集和(或)循環至冷凍器。在此設置中，熱從受測試器件被傳導至熱散布體1174，然后至實心部1180，以及從該處經由噴霧器1115噴灑移除。因為在此例子中流體路徑為封閉循環，所以沒有封閉盤或類似裝置需要被提供，并且該設置可以很容易用于各種測試情況。
圖12是本發明另一實施例的分解視圖說明，在這個實施例中，受測試器件以及熱散布體能被固定在印刷電路板上，并且被裝配至自動測試設備或其它測試設備的測試工作臺上。熱散布體的冷卻是分開提供的，并且可從受測試器件印刷電路板移開。本實施例有特別的優點，因為印刷電路板、受測試器件和熱散布體構成與其它的測試和冷卻系統分開和獨立的裝置，以及能夠很便利地組裝在工作臺上和隨后移至以及配置到測試系統上。
印刷電路板組合件包括一傳統的印刷電路板1200，其上固定有一插座1265和受測試器件套組1285。受測試器件1260以傳統的方式被安置在插座1265上，一透明熱散布體1274隨后被置于受測試器件1260上，有或沒有伴隨著折射率匹配的流體。熱散布體1274是使用銅夾1230和銦襯墊1222壓持著受測試器件1260。整個組合件隨后經由螺栓1250被鋼夾1240固定，螺栓1250利用導柱1255對準。
噴灑冷卻組合件包括一支持座1270，其內具有兩個空心室噴射室1245和排出室1275。冷卻噴灑組合件壓持著DUT銅夾1230，其間具有一銦襯墊1212。銦襯墊是可以為分離或可更換的零件，或者它可以焊接到支持座1270上。冷卻液體被泵進噴射室1245，并且經由噴射器1215被噴灑至支持座1270的頂部。噴灑的液體隨后往下流至排出室，并且被泵進冷凍器用于溫度控制。
在圖6和8的實施例中顯示冷卻流體被搜集并返回冷凍器系統。但是這不一定是需要的，例如冷卻流體統可能是冷凍的空氣。在此種情況，空氣能被冷凍并在壓力下被輸送至噴灑頭，但它在噴灑后不需要被搜集。所以，例如泵680和880可被省掉。另一方面，液態氮在從事半導體芯片工作的機構中通常很輕易可得到，所以液態氮可用在本發明的實施例中。
圖13是說明其中的液態氮被當作冷卻劑流體使用的實施例。也就是在處理半導體的大部分研究和生產設備上很容易獲得液態氮，也2就是設備1380是經由輸出閥連接器1382提供增壓的液態氮。因此，在使用此設備供給冷卻劑時，將不需要在圖6和8的實施例中描述的泵和熱交換器，而是將液態氮直接輸送至噴灑頭1315。
液態氮一經噴灑至熱散布體1317上，它可被搜集或不搜集。即人們可使用配合有封閉環1330和盤體1370的冷卻室1325，以便形成密閉的環境而能夠經由出口1355搜集所「耗費」的氮。另一種情形，所耗費的氮能被放出至大氣中，在此種情況下，將不需要建造冷卻室且噴灑頭1315以及噴灑盤1317可以打開與周圍相通。
如圖5和6的實施例，各種感應器和儀器可被用于控制此創新冷卻系統的操作。一壓力傳感器1320測量冷卻劑輸送壓力，以便能夠控制閥門1382。另外，一壓力傳感器1322測量噴灑室內部的壓力，以便能控制電磁閥1385。溫度感應器1340用于測量靠近輸送端的冷卻劑，而噴灑室中的蒸汽溫度是用溫度感應器1345測量的。在電磁閥1385發生故障時，一機械壓力釋放閥1326提供安全釋放機能。如能夠容易理解的，如果系統被設計成將耗費的氮排放到大氣中，則可以被改變或省略其中有些或所有這些各種感應器和傳感器。
圖14是說明創新系統的另一實施例，其中，透明熱散布體1474是經由支持座1470可移動地裝配到接物鏡組合件1405。在這個實施例中，支持座1470可在容室1475中自由地滑動，或者它能以彈性支撐或撓性地安裝在容室1475內。提供這個裝置，所以一旦熱散布體1474靠著受測試器件1460(安裝在插座1485上)放置，接物鏡組合件1405就可以進一步移動，以便到達適當的對焦點。當支持座1470是彈性支撐時，則透明熱散布體1474能實體地壓靠著受測試器件1460，從而避免或減少在透明熱散布體1474和受測試器件1460之間的任何機械移動和震動。冷卻劑經由導管或管道1480輸送至噴灑頭1415，噴灑頭1415輸送冷卻劑噴灑至熱散布體1474上。一可選擇的方式是，噴灑頭1415亦可輸送冷卻劑噴灑至受測試器件1460本身上。可選地，支持座1470可以形成如同圓柱，可拆卸地裝配到圓柱容室1475。此種裝置具有優點，因為圓柱支持座1470能防止任何冷卻劑進入接物鏡的光路徑。如圖14的說明，本實施例的裝置可以用于和另一透明熱散布體1410相結合，例如，像圖1a所示的傳統的熱散布體110。在此例子中熱散布體1474壓靠著熱散布體1460。進一步可選擇的方式是冷卻劑通道可以被設置在熱散布體1410的內部或上方，例如，像圖1a所示的傳統冷卻通道120。
圖15為創新的冷卻系統的又實施例圖，其中是使用傳統的冷卻盤1540。傳統的冷卻盤包括一透明熱散布體1510’、冷卻流體輸入/輸出連接線路1570和冷卻流體通道1530。熱散布體1510’可以經由銦焊接劑1525連接到冷卻盤，然而根據這個實施例，為了加強從散布體外圍的熱量消除，安裝噴灑頭1515，以提供冷卻噴灑到冷卻盤上。
雖然本發明是參照特定的實施例作說明，但其并不局限于這些實施例。特別的是，本領域技術人員所能施行的各種變化和修改均不脫離本發明的精神和范疇，其應以權利要求所述為準。此外，上述所引用提及的現有技術在此通過參考并入。
權利要求
1.一種半導體芯片熱量管理系統，包括一透明熱散布體，其設置放于所述半導體芯片之上；至少一噴灑頭，是配置以提供冷卻劑至少部分地噴灑到所述透明熱散布體上；一冷卻劑輸送系統，給所述噴灑頭提供所述冷卻劑。
2.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述冷卻劑含有水、液態氮、冷凍空氣、氫氟醚或全氟化碳中之一或者含有其混合。
3.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一冷卻劑溫度調節系統；一冷卻劑移動機構，從所述溫度調節系統給所述噴灑頭提供所述冷卻劑。
4.如權利要求3所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括冷卻劑回收系統，其輸送搜集的冷卻劑到所述冷卻劑溫度調節系統。
5.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述噴灑頭被配置，使得冷卻劑僅噴灑至所述透明熱散布體的外圍上。
6.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一支持座，所述透明熱散布體附著于其上。
7.如權利要求6所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述透明熱散布體是經由銦焊接劑附著于所述支持座。
8.如權利要求6所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述支持座遮擋住所述透明熱散布體的內側部分，使其避免所述冷卻劑噴灑。
9.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一冷卻室，其一側面暴露給所述半導體芯片；一封閉件，其在所述冷卻室暴露給所述半導體芯片的側面上。
10.如權利要求1所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一透明盤，其位于所述半導體芯片與所述透明熱散布體之間。
11.一種集成電路(IC)熱量管理系統，用于和激發所述集成電路的集成電路測試器一起使用，包括一透明熱散布體，位于所述集成電路之上；一支持座，具有接合所述熱透明體的上部；以及至少一噴灑頭，提供冷卻劑流體噴灑，以從所述熱散布體移除熱量。
12.如權利要求11所述的集成電路熱量管理系統，其中所述冷卻劑流體含有水、液態氮、冷凍空氣、氫氟醚或全氟化碳之一或者含有其混合。
13.如權利要求11所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一冷卻劑流體溫度調節系統；一流體移動機構；流體管道，經由所述流體移動機構從所述溫度調節系統提供所述冷卻劑流體到所述噴灑頭；以及，返回管道，其輸送所述冷卻劑流體到所述溫度調節系統。
14.如權利要求11所述的集成電路熱量管理系統，其中所述支持座包括一中空輸送管道，在其內部安置有所述噴灑頭。
15.如權利要求14所述的集成電路熱量管理系統，其中所述支持座進一步包括一返回導管，噴灑的冷卻流體經由其而被搜集。
16.如權利要求15所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一銦襯墊，位于所述支持座與所述熱散布體之間。
17.如權利要求16所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一金屬夾，位于所述熱散布體之上。
18.如權利要求17所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一銦襯墊，位于所述金屬夾與所述熱散布體之間。
19.如權利要求13所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述溫度調節系統是一冷凍器。
20.如權利要求13所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述流體移動機構是泵。
21.一種用于集成電路測試的診斷夾具，所述診斷夾具含有一熱量管理系統，用于控制所述集成電路的溫度，包括一接口板，用于夾持和提供到所述集成電路的電接觸；一第一冷卻盤，位于所述集成電路之上，所述第一冷卻盤包括一透明熱散布體，以及一盤支持座，與所述第一冷卻盤實體接觸；至少一噴灑頭，提供冷卻劑流體噴灑。
22.如權利要求21所述的診斷夾具，其中所述冷卻劑流體含有水、液態氮、冷凍空氣、氫氟醚或全氟化碳中的一種。
23.如權利要求21所述的診斷夾具，進一步包括與所述熱散布體實體接觸的一支持座，并且其中所述噴灑頭是附著到所述支持座。
24.如權利要求23所述的診斷夾具，其中所述支持座是空心，以及其中所述噴灑頭是置于所述支持座的內側。
25.如權利要求23所述的診斷夾具，其中所述支持座是焊接到所述第一冷卻盤。
26.如權利要求21所述的診斷夾具，進一步包括一第二冷卻盤，位于所述集成電路與所述第一冷卻盤之間。
27.如權利要求26所述的診斷夾具，其中所述第二冷卻盤包括有冷卻流體在其內循環的冷卻通道。
28.一種診斷夾具，用于和集成電路的診斷探測器一起使用，所述診斷夾具含有控制所述集成電路的熱量管理系統，包括一插座，用于支持和提供到所述集成電路的電接觸；一透明冷卻盤，位于所述集成電路之上；一盤支持座，與所述冷卻盤實體接觸，所述盤支持座含有冷卻劑入口；以及，其中所述插座、集成電路、和盤支持座形成一空腔，用于循環從所述冷卻劑入口提供的冷卻劑，所述冷卻劑僅接觸所述透明冷卻盤與集成電路的周邊區域，并且被阻止到達所述探測器的光路徑。
29.如權利要求28所述的診斷夾具，進一步包括至少一噴灑頭，其被連接到所述冷卻劑入口。
30.一種控制處于診斷中的集成電路的溫度的方法，所述方法包括將所述集成電路附著于插座；提供一透明熱散布體，位于所述集成電路上；從至少一噴灑頭噴射冷卻劑到所述透明熱散布體上。
31.一種半導體芯片熱量管理系統，包括一個容室；至少一噴灑頭，其置于所述容室內，以提供液體噴灑至所述半導體芯片上；一液體溫度調節系統；一流體移動機構；噴射管，其經由所述流體移動機構從所述溫度調節系統提供冷卻劑液體給所述噴灑頭。
32.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一返回管，其輸送從所述冷卻室搜集的冷卻液體至所述液體溫度調節系統。
33.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一封閉件，位于所述冷卻室上。
34.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一壓力感應裝置，其指示所述冷卻室內部的壓力。
35.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一溫度感應器，其指示所述冷卻室內部的溫度。
36.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括一冷卻頭，其安置于所述冷卻室內部并且其中所述噴灑頭是提供在所述冷卻頭上。
37.如權利要求36所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述至少一噴灑頭包括至少一排噴灑頭，提供在所述冷卻頭上。
38.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述冷卻室包括一裝置，在其內容納接物透鏡室。
39.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述液體溫度調整系統是一冷凍器。
40.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述流體移動機構是機械泵。
41.一種集成電路(IC)熱量管理系統，用于和激發所述集成電路的集成電路測試器一起使用，包括一冷卻室，具有一側面暴露給所述集成電路；一封閉件，在所述冷卻室暴露給所述集成電路的所述側面上；至少一噴灑頭，置于所述冷卻室內，以提供冷卻劑液體噴灑至所述集成電路上；一液體溫度調節系統；一流體移動機構；噴射管，經由所述流體移動機構從所述溫度調節系統提供冷卻液體至所述噴灑頭；以及，返回管，輸送從所述冷卻室搜集的冷卻劑液體至所述液體溫度調節系統。
42.如權利要求41所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括控制儀器，其接收壓力和溫度訊號，以及根據所述訊號的數值控制所述集成電路熱量管理系統的操作。
43.如權利要求42所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一壓力傳感器和溫度感應器，產生所述壓力和溫度訊號。
44.如權利要求42所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一電磁閥，以及其中所述壓力訊號包含一冷卻噴灑訊號和一容室壓力訊號，以及其中所述控制儀器是根據所述冷卻噴灑訊號控制所述泵的操作速率，以及根據所述容室壓力訊號控制所述電磁閥的操作。
45.如權利要求41所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述液體溫度調節系統是一冷凍器。
46.如權利要求41所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述流體移動機構是一機械泵。
47.如權利要求41所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一封閉盤，其被配置以支撐所述集成電路以及配合所述封閉件形成一封閉。
48.如權利要求44所述的集成電路熱量管理系統，其中所述封閉盤進一步包含冷卻劑流體通道，提供冷卻劑流體通到所述集成電路。
49.一種集成電路熱量管理系統，供使用于具有一光學接收器的集成電路測試器，包括一冷卻室，容納所述光接收器和有一側面暴露給所述集成電路；一封閉件，在所述冷卻室暴露給所述集成電路的側面上；至少一噴灑頭，置于所述冷卻室內，以提供冷卻劑液體噴灑至所述集成電路上；一液體溫度調節系統；一流體移動機構；噴射管，經由所述流體移動機構從所述溫度調節系統提供冷卻液體給所述噴灑頭。
50.如權利要求49所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一返回管，輸送從所述冷卻室搜集的冷卻劑液體至所述溫度調節系統。
51.如權利要求49所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一裝置，用于防止所述液體噴灑妨礙所述光接收器的最佳操作。
52.如權利要求51所述的集成電路熱量管理系統，其中所述裝置包括一遮擋板。
53.如權利要求51所述的集成電路熱量管理系統，其中所述裝置包括一固體浸沒鏡。
54.如權利要求49所述的集成電路熱量管理系統，其中所述光接收器包括一接物透鏡容室，其被置于所述冷卻室內。
55.如權利要求49所述的集成電路熱量管理系統，其中所述液體溫度調節是一冷凍器。
56.如權利要求55所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述流體移動機構是一機械泵。
57.如權利要求54所述的集成電路熱量管理系統，進一步包括一固體接物透鏡，其安置在所述接物透鏡容室的頂端。
58.一種控制處于測試中的集成電路的工作溫度的方法，包括將具有至少一噴灑頭的冷卻室貼附到所述集成電路上；循環冷卻流體通過一液體溫度調節系統；以及，供應所述冷卻流體到所述冷卻室，以便所述液體噴灑到所述集成電路上。
59.如權利要求58所述的方法，進一步包括搜集噴灑到所述集成電路上的冷卻流體，以及輸送搜集的冷卻流體到所述溫度調節系統。
60.如權利要求58所述的方法，進一步包括測量所述冷卻室內部的壓力和根據測量的壓力控制冷卻流體的輸送。
61.如權利要求58所述的方法，進一步包括測量所述冷卻流體的溫度和根據測量的溫度控制冷卻流體的輸送。
62.如權利要求58所述的方法，進一步包括測量在冷凍儲存庫內流體的流體位準和根據測量的流體位準控制冷卻流體的輸送。
63.如權利要求39所述的半導體芯片熱量管理系統，其中所述冷凍器包括一封閉的儲存庫。
64.如權利要求31所述的半導體芯片熱量管理系統，進一步包括覆蓋所述半導體芯片的透明冷卻盤。
全文摘要
本發明揭露一種有利于用于電激發的集成電路芯片測試器中的混合冷卻盤與微型噴灑冷卻系統，該系統包含透明的熱散布體和置于熱散布體附近的微型噴灑頭。噴灑頭噴灑冷卻液體在該熱散布體周圍處，以便可以從芯片除去熱量。或者，微型噴灑頭位于冷卻盤支持座里面，以便噴灑冷卻液體到支持座的內部，從而可讓支持座冷卻。該支持座實際與熱散布體接觸，所以在支持座由噴灑冷卻時，熱量可以從熱散布體除去，進而可從芯片除去。
文檔編號G01R1/04GK1756961SQ200380110110
公開日2006年4月5日 申請日期2003年11月14日 優先權日2003年3月4日
發明者凱德·塔赫, 史塔德·南森, 提爾特·當勞德, 帕達門·納德 申請人:等溫系統研究公司, 歐普通尼克斯公司