CN107039302B - 用于热控单元的热离合器及相关方法 - Google Patents

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Abstract

特征是用于测试电子设备例如集成芯片的设备、系统和方法。测试方法包括将热离合器设置在吸收热能的可变散热体与选择性地传送热能的热源构件之间。当所述热离合器以所述第一方式被操作时所述热离合器将所述可变散热体热耦合至受测的电子设备(DUT)，当所述热离合器以所述第二方式被操作时所述热离合器从所述DUT热解耦所述可变散热体。而且，当所述热离合器以所述第二方式被操作时所述热源构件热耦合至所述DUT并且被操作为产生热能，因而所述热能被提供给热耦合的DUT。

Description

用于热控单元的热离合器及相关方法
技术领域
本发明涉及用于测试电子设备例如集成芯片(IC)的方法、系统和设备，其在测试期间控制电子设备的温度。更具体地，本发明涉及实施热离合器的方法、系统和设备，其中热离合器在某些测试条件下将冷却构件热耦合至电子设备、更特别地IC并且在其它测试条件下从冷却构件热解耦合电子设备或IC，此后电子设备能够被加热用于在这些温度条件下进行测试。
背景技术
包括集成芯片(IC)的电子设备在设备的开发期间以及在设备的制造过程的部分过程中经受各种形式的测试。开发测试可包括确定设备以预期方式在期望的操作条件(例如一定范围的环境温度条件)下操作的适宜度或能力的测试。制造相关的测试可包括确定设备的操作特性、可接受性以及验证不同温度条件下的操作能力的测试。
因为电子设备与其它电气/电子部件一起使用以形成特定的操作设备，所以渴望在给定电气/电子设备/部件与其它部件结合之前确定它的功能可接受性以最小化特定操作设备故障的可能性。例如，想要在引擎控制模块(ECU)被组装之前验证在ECU中使用的IC的操作能力以最小化可能因有缺陷的IC被报废的ECU的数量。这种测试还可在开发电子设备/部件的情况中进行以确定其对于预期用途的可接受性。
如上面所指示的，这种测试可包括控制电子设备的温度条件以覆盖例如用于开发测试的期望或设计环境温度范围、用于制造测试的温度范围和用于确定电子设备的操作特性的设计操作温度。例如，一些集成芯片设置有某一形式的冷却(例如，风扇)以驱散由IC和/或其它电路产生的热能，所以IC被维持在特定温度处或该温度之下。因此，在特定温度处的测试将适于确定操作特性。
结果，各种设备和/或方法被开发以控制电子设备例如IC的温度以模拟电子设备或IC的设计环境温度条件。一个技术及相关设备涉及实施玻尔帖效应且可用于在一定温度范围内进行控制的热电控制器(IEC)或TEC模块的使用。更特别地，TEC模块传统上与冷却剂板一起使用以提供宽温度范围。然而，TEC的使用必然限制最大热传递能力且易于出现故障。而且，由于TEC中的DC流需要被切换以在冷却与加热之间切换TEC，所以在加热相位与冷却相位之间导致时延，该时延必然意味着测试时间的延长。
在USP 5,821,505中找到一个温度控制系统，该温度控制系统包括：电子加热器，具有与电子设备接触的第一面和与第一面相反的第二面；散热体，耦合至加热器的第二面，通过加热器的第二面从电子设备吸热；以及温度传感器，耦合至感测设备温度Td的电子设备。控制电路耦合至设备温度传感器和加热器。当感测的电子设备的温度在设定点之上时降低加热器的功率，反之亦然。当加热器温度Th小于Td时，热从电子设备通过加热器流向散热体，并且热流的速率随Td-Th的增大而增大。当Th大于Td时，热从加热器流向电子设备，并且热流的速率随Th-Td的增大而增大。
因此希望提供可在不使用TEC模块的情况下控制宽温度范围的新的热控单元或设备及相关方法。特别希望提供实施热离合器机制的设备和方法，其中热离合器机制允许选择性地将冷却设备热耦合至受测设备(DUT)由此允许冷却DUT以及当DUT处于加热模式时从DUT解耦冷却设备，由此在DUT测试期间允许全温范围。收集设备优选地将不再像现有技术设备一样具有复杂的构造但明显比现有技术设备更昂贵。而且，这些方法将不要求用户明显比传统方法或利用现有技术设备的用户更有技能。
发明内容
本发明的特征是用于测试电子设备例如集成芯片的设备、系统和方法。测试方法包括将热离合器设置在吸收热能的可变散热体与选择性地传送热能的热源构件之间。所述热离合器被操作为处于第一条件或配置时所述热离合器将所述可变散热体热耦合至受测的电子设备(DUT)以及被操作为处于第二条件或配置时所述热离合器从所述DUT热解耦所述可变散热体。当热离合器被解耦时所述热源被热耦合至所述DUT。如本文中进一步描述的，在进一步的实施方式中，所述热离合器被操作为控制热耦合的量或程度由此也控制由所述可变散热体吸收的热能的量。
根据本发明的一个方面，特征是一个用于测试电子设备例如集成芯片的方法。测试方法包括将热离合器设置在吸收热能的可变散热体与选择性地传送热能的热源构件之间。所述方法还包括选择性地以第一方式或第二方式操作所述热离合器。当以所述第一方式操作所述热离合器时所述热离合器将所述可变散热体热耦合至所述DUT，当以所述第二方式操作所述热离合器时所述热离合器从所述DUT热解耦所述可变散热体。当所述热离合器以所述第二方式被操作时所述热源构件热耦合至所述DUT并且被操作为产生热能，因而所述热能被提供给热耦合的DUT。
在又一些进一步的实施方式中，选择性地以所述第一方式操作所述热离合器包括控制所述散热体与所述DUT之间的热耦合的量或程度由此也控制由所述散热体吸收的热能的量。在一个实施方式中，所述控制包括控制所述热耦合从而实现预定量的热耦合。在另一实施方式中，所述控制包括可变地控制所述热耦合从而实现任意不同量的热耦合中的任意一个或多个。在进一步的实施方式中，所述控制包括监视与所述热耦合相关联的温度以及改变所述热耦合的量以实现期望的温度。应该认识到，所述热耦合可被控制以允许多个不同热耦合中的任一个例如随时间受控地步进变化。
在进一步的实施方式中，所述方法包括：在所述热离合器从所述DUT和所述热源构件解耦所述可变散热体时维持所述可变散热体的操作。在又一些进一步的实施方式中，当所述可变散热体热耦合至所述DUT时，所述热离合器将所述可变散热体热耦合至所述热源构件，所述方法包括配置所述热源构件使其不产生热能。
在又一些进一步的实施方式中，所述可变散热体包括冷却剂蒸发器，所述方法还包括控制所述冷却剂蒸发器以控制所述DUT的温度。
在又一些进一步的实施方式中，所述热离合器包括：第一机构，被配置和布置为沿第一方向移动所述可变散热体以热耦合所述可变散热体与所述DUT；以及第二机构，被配置和布置为沿第二方向移动所述可变散热体以从所述DUT热解耦所述可变散热体。
在又一些进一步的实施方式中，所述热离合器包括：第一机构，被配置和布置为沿第一方向移动所述可变散热体以热耦合所述可变散热体与所述热源构件；以及第二机构，被配置和布置为沿第二方向移动所述可变散热体以从所述热源构件热解耦所述可变散热体。
在又一些进一步的实施方式中，所述第一机构被配置和布置为选择性地移动所述散热体以控制所述散热体与所述DUT和/或热源构件之间的热耦合的量或程度，由此也控制由所述散热体吸收的热能量。在一个实施方式中，所述第一机构被配置和布置为沿所述第一方向移动所述散热体从而实现预定量的热耦合。在另一实施方式中，所述第一机构被配置和布置为可变地控制所述散热体的移动从而实现不同量的热耦合中的任意一个或多个。在进一步的实施方式中，监视与所述热耦合相关联的温度，所述第一机构被配置和布置为响应于监视的温度改变热耦合的量以根据所述热耦合实现期望的温度。应该认识到，所述热耦合可被控制以允许多个不同热耦合中的任一个。
在又一些进一步的实施方式中，所述方法还包括向所述DUT施加力以将所述DUT放置为与设备测试装置电接触，所施加的力独立于所述热离合器的动作。
在又一些进一步的实施方式中，所述方法还包括将适配器构件热耦合至所述热源构件和所述DUT，所述适配器构件被配置和布置为热耦合至给定DUT。
在又一些进一步的方面/实施方式中，所述方法是使得为DUT即集成芯片实现所述方法。
根据本发明的另一方面/实施方式中，特征是一个用于测试电子设备的设备。测试设备包括：可移动构件，包括散热体；第二构件，被配置和布置为热耦合至受测设备(DUT)，所述第二构件还包括能够选择性地将热能传送至所述DUT的热源。所述测试设备还包括热离合器，所述热离合器包括可操作地耦合至所述可移动构件的移动机构。所述移动机构被配置和布置为使得当所述热离合器以第一方式被操作时所述移动机构促使所述可移动构件与所述第二构件接触以及当所述热离合器以第二方式被操作时所述移动机构移动所述可移动构件脱离与所述第二构件的接触。
在又一些进一步的实施方式中，所述移动机构被配置和布置为使得当所述热离合器以所述第一方式被操作时所述移动机构选择性地移动所述可移动构件以控制所述散热体与所述第二构件之间的热耦合的量或程度由此也控制由所述散热体吸收的热能的量。在一个实施方式中，所述移动机构被配置和布置为移动所述可移动构件从而实现预定量的热耦合。在另一实施方式中，所述移动机构被配置和布置为可变地控制所述移动构件的移动从而实现不同量的热耦合中的任意一个或多个。在进一步的实施方式中，与所述热耦合相关联的温度被监视，所述移动机构被配置和布置为响应于监视的温度改变热耦合的量以根据所述热耦合实现期望的温度。应该认识到，所述热耦合可被控制为允许多个不同热耦合中的任一个。
在进一步的实施方式中，所述测试设备还包括控制机构，所述控制机构控制所述散热体和所述热源的操作使得当所述可移动构件与所述第二构件接触时所述控制机构被配置和布置为使所述热源不产生热能并且控制由所述散热体吸收的热能的量。
在又一些进一步的实施方式中，所述控制机构被进一步配置和布置为使得当所述可移动构件被移动脱离与所述第二构件的接触时，所述散热体被控制为保持可操作并且所述热源被控制为选择性地产生期望量的热能。
在又一些进一步的实施方式中，所述散热体包括冷却剂蒸发器，所述测试设备还包括蒸发器控制设备，所述蒸发器控制设备被配置和布置为控制所述冷却剂蒸发器由此也在测试期间控制所述DUT的温度。
在又一些进一步的实施方式中，所述移动机构包括第一机构，所述第一机构被配置和布置为沿第一方向移动所述可移动构件以将所述可移动构件热耦合至所述第二构件，从而热耦合至所述DUT。所述移动机构还包括第二机构，所述第二机构被配置和布置为沿第二方向移动所述可移动构件以移动所述可移动构件脱离与所述第二构件的接触，从而从所述DUT热解耦所述可移动构件。在进一步的实施方式中，所述第二构件还包括适配器构件，所述适配器构件被配置和布置为热耦合至给定DUT。
在又一些方面/实施方式中，所述DUT是集成芯片。
根据本发明的又一方面/实施方式中，特征是一个用于测试电子设备的系统。所述系统包括测试设备，所述测试设备被配置和布置为选择性地、可控地将受测设备(DUT)热耦合至散热体或热源之一。所述散热体或可变的散热体包括吸热设备(例如，冷却剂蒸发器)，所述吸热设备可操作地耦合至所述测试设备以在测试所述DUT期间吸收热能。所述系统还包括生热设备，所述生热设备包括所述热源并且可操作地耦合至所述测试设备以在测试所述DUT期间提供热能。如本文中进一步描述的，所述系统被操作为选择性地吸收热能或选择性地提供热能以控制所述DUT的温度。在说明性的实施方式中，所述DUT是集成电路。
所述测试设备包括：可移动构件，包括散热体；第二构件，被配置和布置为热耦合至受测设备(DUT)，所述第二构件还包括能够选择性地将热能传送至所述DUT的热源；以及热离合器，包括可操作地耦合至所述可移动构件的移动机构。而且，所述移动机构被配置和布置为使得当所述热离合器以第一方式被操作时所述移动机构促使所述可移动构件与所述第二构件接触以及当所述热离合器以第二方式被操作时所述移动机构移动所述可移动构件脱离与所述第二构件的接触。
在又一些进一步的实施方式中，所述移动机构被配置和布置为使得当所述热离合器以所述第一方式被操作时，所述移动机构选择性地移动所述可移动构件以控制所述散热体与所述第二构件之间的热耦合的量或程度由此也控制由所述散热体吸收的热能的量。在一个实施方式中，所述移动机构被配置和布置为移动所述可移动构件从而实现预定量的热耦合。在另一实施方式中，所述移动机构被配置和布置为可变地控制所述可移动构件的移动从而实现不同量的热耦合中的任意一个或多个。在进一步的实施方式中，与所述热耦合相关联的温度被监视，所述移动机构被配置和布置为响应于监视的温度改变热耦合的量以根据所述热耦合实现期望的温度。应该认识到，所述热耦合可被控制以允许多个不同热耦合中的任一个。
在又一些进一步的方面/实施方式中，所述系统还包括控制设备，所述控制设备控制所述吸热设备的和所述生热设备的操作使得当所述可移动构件与所述第二构件接触时所述控制机构被配置和布置为使所述生热设备不产生热能并且控制由所述吸热设备吸收的热能的量。
另外，所述控制机构被进一步配置和布置为使得当所述可移动构件被移动脱离与所述第二构件的接触时所述吸热设备被控制为保持可操作并且所述生热设备被控制为选择性地产生期望量的热能。在又一些进一步的实施方式中，所述吸热设备包括冷却剂蒸发器，所述测试系统还包括蒸发器控制设备，所述蒸发器控制设备被配置和布置为控制所述冷却剂蒸发器由此也在测试期间控制所述DUT的温度。
在又一些进一步的实施方式中，所述移动机构包括：第一机构，被配置和布置为沿第一方向移动所述可移动构件以将所述可移动构件热耦合至所述第二构件，从热耦合至所述DUT；以及第二机构，被配置和布置为沿第二方向移动所述可移动构件以移动所述可移动构件脱离与所述第二构件的接触，从而从所述DUT热解耦所述可移动构件。在进一步的实施方式中，所述第二构件还包括适配器构件。所述适配器构件被配置和布置为热耦合至给定DUT。
本发明的其它方面和实施方式将在下面讨论。
定义
参考下面的定义最清晰地理解本发明：
USP应该被理解为表示美国专利号并且美国公开号应该被理解为表示美国公开专利申请号。
术语“包括(comprising)”和“包括(including)”：如在针对本发明的讨论和权利要求中所使用的，以开放式被使用因而应该被解释为表示“包括但不限于”。而且，术语“耦合(couple)”或“耦合(couples)”旨在表示间接或直接的连接。因此如果第一部件耦合至第二部件，连接可以是通过直接连接、或通过经由其它部件、设备或连接的间接连接。另外，术语“轴向的”或“轴向地”一般表示沿中心轴或纵向轴或基本平行于中心轴或纵向轴，而术语“径向的”和“径向地”一般表示垂直于中心纵轴。
此外，在参考附图时为了方便使用方向术语例如“在......之上”、“在......之下”、“上”、“下”等。一般地，“在......之上”、“上”、“向上”和类似术语指朝向仪器、设备、装置或系统的近端的方向，“在......之下”、“下”、“朝下”和类似术语指朝向仪器、设备、装置或系统的远端的方向，但是仅为了说明目的，这些术语不意味着限制本公开。
DUT应该被理解为表示受测设备并且是通常用于指经受测试的制造产品的术语。DUT也被认为是受测装备(EUT)和受测单元(UUT)。术语DUT在电子工业中用于指受测的任何电子组件，例如离开组装线的电话可以与各个芯片之前被测试的方式相同的方式被给予最终测试。DUT常使用一堆钉子测试器或弹簧销连接至测试装备。在半导体测试中，受测设备是晶片的晶粒或所产生的封装部分。典型地使用将该部分连接至自动或手动测试装备的连接系统。然后测试装备向该部分供电，供给刺激信号，然后测量和评估从设备产生的输出。尽管被封装为晶片，自动测试装备可使用一组显微连接器(例如，针)连接至独立单元。一旦芯片被分开(例如，锯开)和封装，测试装备可使用其它装置(例如，ZIF插槽或连接器)连接至芯片。
DUT板应该被理解至表示或指在自动化集成电路测试中使用的板，其中术语DUT指受测设备，也指被测电路。DUT板典型地是印刷电路板并且是待测集成电路与测试头之间的接口，测试头又附接至自动化测试装备(ATE)。DUT板还被典型地设计为满足具体芯片和待用特定测试装备的机械和电气要求。例如，一类DUT板可在被自由切割和封装之前用于测试硅晶的独立晶粒，而另一类DUT板可用于测试封装的集成电路。DUT板偶尔也被称为DIB或设备接口板。
术语直流(DC)用于表示电荷的单向流。尽管DC代表“直流”，但是DC常指“恒定极性”。在此定义下，DC电压可随时间变化，如在整流器的原始输出或电话线上的波动语音信号所看到的。直流由例如电池、电源、热电耦、太阳能电池或发电机的源产生。直流可在例如电线的导体中流动，但是也可流过半导体绝缘器，或者甚至如在电子或离子束中流过真空。电流沿恒定方向流动，以使其区分于交流。以前用于此类电流的术语是动电电流。尽管一些形式的DC(例如由调压器产生的DC)在电压上几乎不变，但是它们仍可在输出功率和电流上变化。直流的一些共同应用或用途是对电池充电并且作为电子系统的电源。大多数自动化应用例如通过交流发电机(AC设备)使用DC，其中交流发电机使用整流器产生DC(例如，12VDC)。缩写词DC常用于简单地表示直，例如在作为形容词使用时修饰电流和电压。
在电子技术中，它通常指由DC电压源(例如电池)或DC电源的输出供电的电路，如DC电路，即使表示该电路是DC供电的。更具体地，直流电路是由恒压源、恒流源和电阻器的任意组合构成的电路。在这种情况下，电压和电流独立于时间。
附图说明
为了更完整地理解本发明的性质和期望的目标，参考下面结合附图的详细描述，在若干附图中相似的参考字符表示相应的零件：
图1是示出了包括根据本发明的热控单元的功能元件、具体地示出了热离合器与热控单元的冷却和加热元件的关系的示意图；
图2A是本发明的热控单元的轴测视图；
图2B是图2A的热控单元的截面轴测侧视图；
图3是图2A、图2B中所示的热控单元的分解视图；
图4是图2A、图2B的热控单元的另一轴测截面视图；
图5是冷却构件与热板接触的热控单元的截面侧视图；
图6是示出了与热板间隔开的冷却构件的热控单元的另一截面侧视图；
图7是实施本发明的热控单元的控制系统的示例性框图；
图8A是实施本发明的热控单元的示例性测试设备的说明性视图；
图8B是示出了图8A的示例性测试设备的截面侧视图的另一说明性视图。
具体实施方式
现在参考附图的各个图，在附图中相似的参考字符指相似的零件，在图1中示出了包括根据本发明的热控单元100的功能元件、具体地示出了热控单元的热离合器200与冷却和加热机构300、400的关系的示意图。热控单元100具体地被配置为选择性地加热和冷却受测设备(DUT)10。尽管下面可将DUT描述为集成电路(IC)，但是这不是限制，因为DUT包括包含多个IC的硅晶、IC封装和预期在不同温度(热或冷)下测试的其它电子设备也在本发明的范围内。
在更具体的方面中，热控单元100被配置和布置为在一个操作模式或条件中选择性地将冷却源300或可变散热体耦合至DUT 10并且在另一操作模式或条件中选择性将加热源耦合至DUT同时冷却源从DUT被热解耦。以这种方式，与传统热元件控制模块相反，DUT可选择性地使用本发明的热控单元在比可使用传统热控元件模块实现的温度范围宽的温度范围内被加热或冷却。另外，与传统模块相反，在加热DUT时冷却源不需要被停止或结束，而使用传统热控元件模块则要求在加热DUT时冷却源需要被停止或结束。在进一步的实施方式中，热控单元100被操作为控制冷却源300或可变散热体与DUT之间的热耦合的量或程度，由此也控制由冷却源吸收的热能的量。
在又一些更具体的方面中，热控单元100包括热离合器200，热离合器200位于冷却源300与加热器或热源400之间。如在本文下面结合图2至图6进一步描述的，热离合器200被配置和布置为在两个操作模式或条件之一中被操作。在一个或第一操作模式(例如，冷却模式)中，热离合器200被操作为使冷却源300热耦合至DUT 10，冷却源被操作为控制DUT的温度使它处于期望的测试温度处或附近。在此操作模式中包括热源400的加热器或加热元件未被操作。换句话说，热源的操作模式使得热能未被产生和分配到DUT。
期望的测试温度可以是用于DUT的期望的操作温度，因为当DUT被正常操作时它将处于期望的操作温度。期望的测试温度还可以是反映可能的环境条件(例如，DUT在实际或预期使用中可能经历的极冷操作环境)的温度或温度范围。期望的测试温度还可以是用于测试DUT以确定其接受性满足设定或设计操作要求(例如，在设定的时间周期内提供期望电压的输出信号)的预定的温度或温度范围。
当在第一操作模式中操作时，选择性地操作热离合器200还包括：控制冷却源300或散热体与DUT 10之间的热耦合的量或程度由此也控制由冷却源或可变散热体吸收的热能的量。在一个实施方式中，这种控制包括：控制热耦合从而实现大约预定量的热耦合。在另一实施方式中，这种控制包括：选择性地、可变地控制热耦合从而实现不同量的热耦合中的任一个或多个。另外，这种控制包括：监视与热耦合相关联的温度以及改变热耦合的量以实现与给定水平、程度或量的热耦合相关联的期望温度。应该认识到，热耦合可被控制为允许多个不同热耦合中的任一个例如随时间受控地步进变化。
在另一或第二操作模式(例如，加热模式)中，热离合器200被操作为使冷却源300从DUT 10热解耦，加热源400被操作为控制DUT的温度使其位于期望的测试温度处或附近。在此操作模式中，加热器或热源400被操作为产生足够的热能以将DUT加热至期望的测试温度。
当DUT被加热时期望的测试温度可以是用于DUT的期望的操作温度，因为当DUT正常操作时它将处于期望的操作温度。期望的测试温度还可以是反映可能的环境条件(例如，DUT在实际或预期使用中可能经历的极热操作环境)的温度或温度范围。期望的测试温度还可以是用于测试DUT以确定其接受性满足设定或设计操作要求(例如，在设定的时间周期内提供期望电压的输出信号)的预定的温度或温度范围。
在第二操作模式(例如，加热模式)中，冷却源300可在多个操作模式的任一个中被操作。例如，冷却源可被操作为维持在待机条件、关闭条件或任意其它合适的温度条件。在待机或其它温度条件，由于冷却源300未直接通过热离合器热耦合至DUT，因此冷却源不从DUT移除热能，所以不冷却DUT。所以，冷却源可在预期的另一测试循环中在这些条件下被操作以减少测试时间以及当冷却源关闭时可能发生的任意不期望的操作特征。例如，如果使用蒸发型冷却源，则可能在单元被关闭时与它可被循环打开时之间存在操作时延。
如本文中进一步描述的，冷却源300实际上形成可变散热体，该可变散热体可被调节为从DUT 10吸收不同量的热能由此控制DUT的温度。例如，冷却源300可被操作为吸收所产生的热能以将DUT维持在期望的操作温度，或者冷却源可被操作为使得DUT在较冷的温度被操作。在更具体的实施方式中，如现有技术已知的，热源包括300多个冷却设备中的任一个。更特别地，冷却源是现有技术已知的冷却剂蒸发器并且适于预期的用途。
如本文中进一步描述的，热源或加热源400还包括热板401或类似和/或接口板520，热板401和/或接口板520被设计和配置为与热离合器200协作使得冷却源300选择性地热耦合至DUT 10和从DUT热解耦。如本文中进一步描述的，提供了加热元件410，加热元件410包括热能源，加热元件被设置在热板401和/或接口板520中所以所产生的热能可从其被分配到DUT。在更具体的实施方式中，一个或多个、更特别地多个加热元件410位于热板401中。在又一些更具体的实施方式中，加热源更具体地包括两个或四个加热元件(见图3和图8B)。
现在参考图2至图6，示出了本发明的热控单元100a的各种视图，更完整地详述了包括热控单元的热离合器200、冷却源300和热源400。更具体地，示出了根据本发明的方面/实施方式的热控单元100a的轴测视图(图2A)；热控单元100a的轴测截面侧视图(图2B)；热控单元的分解视图(图3)；热控单元的另一轴测截面视图(图4)；热控单元的截面侧视图，其中冷却构件与热板接触(图5)；以及热控单元的另一截面侧视图，但示出了冷却构件与热板间隔开(图6)。热控单元100a更具体地包括外壳或壳体500以及包括位于壳体内的热离合器200、冷却源300和热源400的特征。还应该参考图7，图7提供了实施本发明的热控单元100、100a的系统600的示例性框图。
壳体500实施力缸组件，被配置和布置为促使热板400和接口板520与DUT热接触。壳体500更特别地被配置和布置为包括腔502或其内的隔间，其内可移动地接纳有活塞510，活塞510具有从活塞轴向延伸的构件512(例如，杆类构件)。如图2B和图4中所示，轴向延伸的构件511穿过包括冷却源300的板302中的孔304且与热板402的止动面接合。在更具体的说明性实施方式中，热板402包括与轴向延伸的构件511接合的朝上延伸的构件。
在示例性实施方式中，腔502使用多个本领域技术人员已知的多个机制/技术流耦合至流体(例如，加压流体)的源，腔502以一个方式流耦合至流体源使得活塞510可选择性地沿一个方向移动所以轴向延伸的构件511朝向热板402朝下移动并且以另一个方式流耦合至流体源使得活塞可选择性地沿第二方向移动所以轴向延伸的构件远离热板朝上移动。以这种方式，当活塞510朝向热板402朝下移动时，轴向延伸的构件511向热板施加向下的力，促使热板402和/或接口板520与DUT接触。相应地，当活塞510远离热板402朝上移动时，轴向延伸的构件511不再向热板施加向下的力，所以不再促使热板402和/或接口板520与DUT接触。在说明性的示例实施方式中，加压流体被允许进入腔502的顶部512(见图5)以建立向下的力。
热离合器200包括一个或多个热离合器桥组件210，热离合器桥组件210被配置和布置为控制控制冷却剂板302沿一个或多个方向的移动以选择性地热耦合和热解耦冷却剂板302与热板402。热离合器200还包括一个或多个移动机构220(例如，弹簧)，一个或多个移动机构220结合一个或多个热离合器桥组件210工作以沿第二方向移动冷却剂板302从而从热板402热解耦冷却剂板302，如本文中进一步描述的。
在进一步的实施方式中，热离合器200包括一个或多个、更具体地多个离合器桥组件210，每个热离合器桥组件具有热离合器桥214，热离合器桥214形成在冷却剂板上横向延伸的大致U形结构以跨立于冷却剂板302并且热离合器桥214的腿朝下延伸以附接于热板402。
每个热离合器桥214还被配置和布置为包括活塞接纳构件212。活塞接纳构件212被配置和布置为在其内可移动地接纳活塞220并且绕活塞延伸。每个活塞220还被布置为使用本领域技术人员已知的多个技术中的任一个与冷却剂板302接合。在说明性的示例实施方式中，冷却剂板302被配置和布置为在其顶面实现活塞从而当热控单元100a被组装时活塞延伸到活塞接纳构件中。
每个活塞接纳构件212形成使用本领域技术人员已知的多个机制/技术中的任一个流耦合至流体(例如，加压流体诸如气体或液体)的源的腔，腔以一种方式耦合至流体源使得活塞220可选择性地沿一个方向移动所以冷却剂板302热耦合至热板402。更具体地，当热控单元100a被布置为处于冷却模式时，活塞推动冷却剂板302与热板402热接触从而冷却剂板可经由热板吸收由DUT产生的热能，如图5所示。在说明性的示例实施方式中，加压流体被允许进入腔的顶部216(见图5)从而建立向下的力以移动冷却剂板使其与热板热接触。
如本文中所指示的，热离合器200被选择性地操作为控制冷却源300与DUT 10之间、更具体地冷却剂板302与热板402之间的热耦合的量或程度，由此也控制由冷却源吸收的热能的量。更具体地，热离合器桥组件210结合一个或多个移动机构220被操作以可控地移动热板，由此控制冷却板与热板之间的接合的量。
在一个具体的实施方式中，热桥组件210被控制为使得预定的力被施加于冷却板以实现冷却板与热板之间的期望量的热耦合。在另一或第二实施方式中，热桥组件被控制为使得任一个或多个力通过桥组件被施加于冷却板，由此也控制冷却板与热板之间的接合因而热耦合的量或程度。这种控制还包括选择性地、可变地控制施加的力，使得冷却板与热板之间存在可变的、选择性的热耦合。在又一些更特别的实施方式中，这种热桥组件210的控制还包括：提供温度或压力传感器；监视与热耦合相关联的温度或由热桥组件施加的压力；以及改变由热桥组件施加的压力由此控制热耦合的水平、程度或量。应该认识到，这种热耦合还可被控制以允许多个不同热耦合中的任一个例如随时间受控地步进变化。
当冷却剂板302从热板402热解耦时，例如当热控单元处于加热模式时，冷却剂板302因而活塞220也通过移动机构230选择性地沿第二方向移动，所以冷却剂板远离热板朝上移动。在说明性示例实施方式中，顶部216中的压力(使用本领域技术人员已知的多个技术中的任一个)被释放从而移动机构230不受当腔的顶部216受压时施加在活塞上的向下的力的压迫。
在更具体的实施方式中，移动机构230包括弹簧或其它这类结构，优选地在热板和冷却剂板彼此接触时被压缩并且轴向移动以推动冷却剂板远离热板。在又一些进一步的实施方式中，热板402和冷却剂板302的相对表面布置有凹陷或圆柱形孔，凹陷或圆柱形孔接纳活塞、或移动机构或弹簧的端部。凹陷或圆柱形孔被配置为当移动机构或弹簧被压缩时或在松弛期间抑制移动机构或弹簧横向移动以及当热控单元被组装时将它们保持为打开/凹陷。如本文中所指示的，可变的力可被施加至冷却板302以控制冷却板与热板之间的接合因而热耦合的量或程度。
随着冷却剂板302因而活塞220远离热板402朝上移动，热板和/或接口板520不再与冷却剂板302热接触。在更具体的实施方式中，冷却剂板302相对于热板402的移动被控制使得如图6所示在这种移动之后冷却剂板与热板间隔预定间隙314。间隙314足以实质上从热板热解耦冷却剂板使得冷却剂板不吸收由热源或加热元件410产生的充足量的热能。
如本文中所指示的，在第二操作模式(例如，加热模式)中，冷却源300可多个操作模式的任一个中被操作。例如，冷却源300可被操作为维持在待机条件、关闭条件或合适的任意其它温度条件。在待机或其它温度条件中，由于冷却源300未直接通过热离合器热耦合至DUT，冷却源不从DUT移除热能、所以不冷却DUT。因此，冷却源或可在另一测试循环的预期中在这些条件下被操作以减少测试时间以及冷却源被关闭时可能发生的任意不期望的操作特征。例如，如果使用蒸发型冷却源，单元被关闭与它可被循环打开之间可能存在操作时延。
而且如本文中所指示的，在说明性的实施方式中冷却剂板302是冷却剂蒸发器系统的使用蒸发器介质或流体吸收热能且将吸收的热能分配到散热体例如大气的部分。由此，冷却剂板302适当地耦合至冷却剂蒸发器使得冷却的蒸发介质在入口340a处被接收、穿过冷却剂板以吸收热能并且加热的介质通过出口340b被排放回蒸发系统的部分，在那里所吸收的热能被排放且蒸发介质典型地在返回冷却剂板之前被压缩。在又一些说明性示例实施方式中，入口340a和出口340b穿过设置在壳体500中的开口或孔。
如本文中所指示的，加热源400包括热板402并且还可包括接口板520或有时被称为基架的结构。热板由经由接口板提供去往/来自DUT的热能的导热的一个或导热性材料制成。例如，当热控单元在冷却模式中被操作时，热能从DUT被吸收且经由热板被热传导至冷却板302因而被热传导至冷却源300。
在进一步的实施方式中，热板和/或接口板被配置为包含加热器410或加热元件。加热器410使用本领域技术人员已知的多个技术中的任一个或用于预期用途的其它合适的技术位于热板402和/或接口板520中。在说明性的示例实施方式中，加热器410或加热元件为圆柱形(如图3所示)并且热板和/或接口板在其内包括一个或多个孔415或圆柱形开口(一个孔或开口用于一个加热器)以在其内接纳加热器。在进一步的示例实施方式中，加热器410为响应于流过包括加热器的电阻元件的电流生成热能的电阻型加热器。
在更具体的实施方式中，一个或多个、更特别地多个加热器410或加热元件位于热板402和/或接口板520中。在又一些更具体的实施方式中，加热源400更具体地包括两个或四个加热元件(例如见图3和图8B)。
接口板520也由导热性材料组成从而热能可经由接口板和热板被传送至DUT或被冷却剂板302吸收。接口板520还被配置和布置为提供与用于测试的DUT的相对表面互补的表面。以这种方式，不同的DUT可使用适合给定DUT的接口板进行测试，其中所述接口板还被配置为使它可热耦合至用于给定测试设备的热板。
现在参考图7，示出了实现根据本发明的热控单元100、100a的系统600的示例框图。所述系统包括加压流体源20例如压缩气体或压缩液体的源，加压流体源20可耦合至合适的活塞-腔组合(220/212；510,502)所以活塞可被移动以产生期望的力，如本文中所描述的。如本文中所指示的，冷却板302流耦合至可变的散热体或冷却剂蒸发器390从而冷却介质可被传送至冷却板以吸收热能，加热的介质可被返回冷却剂蒸发器390从而吸收的热能可被消散到散热体例如大气或其它流体介质(例如空气/水)。在示例实施方式中，被传送至冷却板的冷却剂介质为液态，在其吸收热能时变为气态。当气体介质被返回冷却剂蒸发器390时，气体介质放出吸收的热能并且典型地被压缩以返回液态。
热控单元100、100a还包括一个或多个传感器560，一个或多个传感器560适当地位于热控单元和/或DUT内以测量多个操作参数中的任一个并且提供与控制器610相同的任意输出。控制器600控制加压流体源、冷却源300或冷却剂蒸发器390和包括加热器410的热控单元的操作。控制器610也是本领域已知的使用硬件和/或软件控制这些功能的多个数字处理单元、微处理器控制设备或特定应用集成电路中的任一个。操作参数包括但不限于DUT温度、作用于活塞的流体压力和来自冷却剂蒸发器的操作输出。
在更具体的实施方式中，热控单元100、100a被配置和布置为控制(例如，可变地控制)热桥组件210。更特别地，热控单元还包括温度和/或压力传感器560以能够监视与热耦合相关联的温度和/或由热桥组件施加在冷却板或与其相关联的压力。热控单元响应于这些输入控制热桥组件由此也控制由热桥组件施加在冷却板上的压力或力。在进一步的实施方式中，热控单元选择性地、可变地控制热桥组件使得变化的力被施加至冷却板由此控制冷却板与热板420之间的热耦合的水平、程度或量。在又一些更具体的实施方式中，热耦合的量在用于给定集成芯片或DUT的测试程序中可控的变化。
现在参考图8A、8B，示出了实现本发明的热控单元100、100a的示例性测试设备700的说明性视图(图8A)以及示出了示例性测试设备的截面侧视图的另一说明性视图，更具体地示出了在测试设备中实现的热控单元(图8B)。用于测试设备的接口板520如本文中所描述的热耦合至DUT和热控单元100、100a，所以测试设备可控制操作条件(例如，温度条件和操作参数诸如电压和电流)并且测量期望的操作参数。在这方面，测试设备还可DUT板或其它接口板从而耦合电路及其部件以测量和/或监视电路和/或部件的电气操作参数或特征。
尽管使用具体术语描述了本发明的优选实施方式，但是所述描述仅用于说明目的，将理解可进行改变和变型而不背离下面权利要求的精神或范围。
通过引用并入
本文中公开的所有权利、公布的专利申请和其它参考的全部内容通过引用明确并入本文。
等同
本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规试验探知本文中描述的本发明的特定实施方式的许多等同。所述等同包含在随附的权利要求内。

Claims (9)

1.用于测试受测设备(DUT)的方法，包括如下步骤：
将热离合器设置在吸收热能的可变散热体和选择性地传送热能的热源构件之间，所述热离合器包括：
一个或多个桥组件，跨立于所述可变散热体并直接附接至所述热源构件；以及
一个或多个移动机构，用于从所述可变散热体解耦所述热源构件；并且
选择性地以第一方式或第二方式操作所述热离合器，其中当以所述第一方式操作所述热离合器时，所述热离合器使所述可变散热体接触所述热源构件；以及当以所述第二方式操作所述热离合器时，所述热离合器在所述可变散热体与所述热源构件之间产生分离；
其中当所述热离合器以所述第二方式被操作时，所述热源构件能够热耦合至所述DUT以经操作而产生热能，所述热能被提供给所述DUT。
2.根据权利要求1所述的测试方法，还包括在以所述第二方式操作所述热离合器时操作所述可变散热体。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其中当所述可变散热体热耦合至所述DUT时，所述热离合器将所述可变散热体热耦合至所述热源构件，所述方法包括配置所述热源构件以不产生热能。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其中所述可变散热体包括冷却剂蒸发器，所述方法还包括控制所述冷却剂蒸发器以控制所述DUT的温度。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其中所述热离合器包括：
活塞，具有轴向延伸的构件并被配置为沿第一方向移动所述可变散热体以热耦合所述可变散热体与所述DUT，所述活塞进一步被布置在所述可变散热体与热板之间并且被配置为沿第二方向移动所述可变散热体以从所述DUT热解耦所述可变散热体。
6.根据权利要求1所述的测试方法，其中所述热离合器的一个或多个桥组件中的每一个包括：
活塞接纳构件，被配置和布置为可移动地接纳活塞以沿第一方向移动所述可变散热体以热耦合所述可变散热体与所述热源构件。
7.根据权利要求1所述的测试方法，还包括如下步骤：
由活塞向热源构件施加力以将所述DUT放置为与设备测试装置电接触，所述装置包括热源构件、可变散热体和热离合器，其中所施加的力独立于所述热离合器的操作。
8.根据权利要求1所述的测试方法，还包括将适配器构件热耦合至所述热源构件与所述DUT之间。
9.根据权利要求1所述的测试方法，其中所述DUT是集成芯片。
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