CN1855361A - 温度控制方法和温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度控制方法和温度控制装置，其中受控部件配置成与热传导部件的第一主表面相接触。热传导部件具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面。第一主表面的外形与受控部件的外形相对应。第二主表面的面积大于第一主表面的面积。驱动加热单元和冷却单元至少其中之一，以将受控部件调整到预设的温度。加热单元和冷却单元设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元并排设置。

Description

温度控制方法和温度控制装置

相关申请的交叉参考

本申请基于在2005年4月28日提交的日本专利申请No.2005-132550并要求其优先权，在此通过参考援引该申请的全部内容。

技术领域

本发明通常涉及一种温度控制方法以及该温度控制方法中使用的一种温度控制装置。特别地，本发明涉及这样一种温度控制方法，即对诸如电子部件等受控部件进行加热或冷却，从而将受控部件调整到异于常温的预定温度，以对受控部件进行评估和/或测试。

背景技术

在下文中，电子部件为诸如IC和LSI等半导体集成电路器件，并将其称为半导体器件。

在要求电子部件具有高集成度和高性能的同时，使用电子部件的环境和条件也变得苛刻。因此，越来越需要电子部件具有更高的可靠性，其中包括电子部件的温度特性。

在各种半导体器件中，尤其是用于高端服务器的MPU(微处理单元)，在高速化、多运算的并行处理化方面迅速发展。因此，导致单个半导体器件(半导体芯片)的耗电量增加，也就是功耗不断上升。

虽然传统MPU的功耗是在10瓦特到30瓦特的范围内，但目前MPU的功耗是在100瓦特到200瓦特的范围内。可以预期在不久的将来MPU的功耗将会超过300瓦特。

由于自身放热(heating)和周围的环境，半导体器件的运行会导致温度升高，从而使半导体器件的运行变得不稳定。上述的温度升高基本上与该半导体器件的功耗成比例。

因此，当对半导体器件等进行性能测试时，在运行时必须将半导体器件的温度控制在所需的温度。

为了实现半导体器件的高集成度和高性能，人们尝试将诸如晶体管、布线等功能器件的结构小型化和高密度化，因而使每单位面积的发热(calorific)量(热密度)趋于增加之势。

从而，当对半导体器件进行性能测试时，需要高冷却效率和先进的温度控制技术。

半导体器件的功耗在很大程度上随半导体器件的类型(功能和性能的差异等)而改变。即，对于各种半导体器件，由于自身放热而引起的温度升高都不同。

因此，为了在运行时将半导体器件的温度控制在所需的温度，必须依照相关半导体器件的耗电量来改变冷却温度。

除非选定冷却温度，否则随着相关半导体器件的温度(结温Tj)差异会出现功耗的差异，从而不能检验和补偿半导体器件的准确运行。

因此，对于各种类型的半导体器件，因其产热特性在受控的温度条件下或在恒定的低温下不同，从而不能执行运行特性的检验和补偿。

对实现高性能和高集成度的半导体器件来说，功耗在很大程度上是随着上述运行时的运行状态(运行的内容)而改变。

同时，当对半导体器件进行测试以检验和补偿其运行特性时，功耗，也就是半导体器件的温度，将会明显随着各个测试项目而改变。因此，必须根据半导体器件的运行状态和测试项目，控制半导体器件的温度。

半导体器件表面的冷却温度和半导体器件自身的温度之间的关系可表示为以下公式：

Tj＝Tc+PxRjc

其中，“Tj”表示半导体器件自身的温度，“Tc”表示半导体器件冷却部分的表面(半导体芯片自身的表面，放置半导体芯片的封装的表面等)温度，“P”表示半导体器件运行时的功耗(单位为W)，以及“Rjc”表示半导体器件自身和冷却部分之间的热阻(单位为℃/W)。

通常，为了检查和评估半导体器件的温度特性，在制造过程中，对相关半导体器件进行冷却处理或加热处理，并评估和检查各个状态下的运行特性。

为了进行上述加热处理和冷却处理，将诸如设置有散热片的热传导材料等冷却元件或诸如加热器等加热元件，与放置被评估/测试的半导体器件的封装相接触。由于使用这些元件，从而将处于评价/测试下的半导体器件冷却或加热到所需的温度，并对半导体器件的温度特性进行评估。

公知的几种传统系统通过对被评估/测试的半导体器件进行冷却处理或加热处理，检查和评估半导体器件在各个状态下的运行特性。例如，参见日本特开昭61-269085，日本特开昭63-091577，以及日本特表2001-526837。

日本特开昭61-269085揭示了一种使用板状加热介质部件的温度测试系统，其外径与电子部件的外径大小相等，并且其中嵌入温度传感器。在温度校正系统中，诸如珀耳帖(Peltier)器件(珀耳帖效应元件)等热电效应元件和电阻加热元件交错地配置在加热介质部件的一个主表面上。

加热介质部件由诸如铝(Al)等热传导材料制成。在加热传介质部件的另一主表面与被检查/评估的电子部件相接触的状态下，热电效应元件运行(如果需要，电阻加热元件也运行)，执行冷却或加热，以便评估电子部件的温度特性。

在上述结构中，热电效应元件和电阻加热元件交错地配置在加热介质部件的主表面上，该加热介质部件具有与被评估或测试的电子部件的接触表面相同的面积。

依照上述结构，加热介质部件的面积与相关电子部件的面积相等，并且加热介质部件的厚度与相关电子部件的厚度相等。加热介质部件的热容量比较小，并且不能吸收或散发电子部件中的迅速温度变化。此外，电子部件被热电效应元件迅速冷却，从而给电子部件带来热损伤。

日本特开昭63-091577揭示了一种冷却和加热器件，其中珀耳帖器件和散热片设置在接触板的一个主表面上，在珀耳帖器件和散热片之间插置有隔离物，而且温度传感器嵌入接触板。

此外，在接触板的另一主表面与被检查/评估的半导体器件相接触的状态下，运行珀耳帖器件以进行加热或冷却，并且评估半导体器件的温度特性。

在上述结构中，为了检查半导体器件，两个或更多珀耳帖器件层叠在接触板的一个主表面上。此外，该结构中还可以设置散热片。

依照上述结构，当冷却半导体器件时，通过依次放置的接触板、珀耳帖器件、间隔物和散热片进行散热处理。热传导的路径较长，热容量比较大，并且难以达到迅速冷却或迅速加热半导体器件。

此外，日本特表2001-526837揭示了一种温度控制系统，其中在电加热器的一个主表面上设置热沉。在电加热器的另一个主表面直接与被检查/评估的电子器件(内置温度传感器的半导体器件)相接触的状态下，运行电加热器以进行加热，并且通过使用热沉散热，以评估电子器件的温度特性。在上述结构中，热沉经由电加热器配置到被检查的电子器件上。

依照上述结构，没有任何装置将半导体器件(被评估/测试的电子器件)直接冷却到较低的温度，并且在这样的低温条件下，难以进行上述半导体器件的评估或测试。

此外，电加热器插置于热沉和半导体器件(被评估/测试的电子器件)之间，并且通过高热阻区散发由被评估/测试的电子器件产生的热量。热传导路径长，热容量比较大，并且难以进行半导体器件的迅速冷却或加热。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题。

本发明另一个目的是提供一种温度控制方法和装置，该装置在不引起热应力的情况下，对诸如半导体器件等电子部件进行即时冷却或加热。

为了达到上述目的，本发明提供一种温度控制方法，其包括以下步骤：将受控部件设置为与热传导部件的第一主表面相接触，该热传导部件具有第一主表面和与该第一主表面相对的第二主表面，该第一主表面的外形与受控部件的外形相对应，该第二主表面的面积大于该第一主表面的面积；以及驱动加热单元和冷却单元至少其中之一，以将受控部件调整到预设的温度，加热单元和冷却单元设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元并排设置。

为了达到上述目的，本发明提供温度控制装置，其包含：热传导部件，其具有与受控部件相接触的第一主表面，和与该第一主表面相对的第二主表面；加热单元，其设置在热传导部件的第二主表面上；以及冷却单元，其设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元并排设置，其中，热传导部件的第一主表面的外形与受控部件的外形相对应，且第二个主表面的面积大于第一主表面的面积。

依照本发明温度控制方法和装置，使用具有第一和第二主表面的热传导部件，第一主表面的外形与诸如电子部件等受控部件的外形相对应，第二主表面的面积大于第一主表面的面积，而且加热单元和冷却单元设置在热传导部件的第二主表面上。热传导部件有效地吸收从受控部件产生的热量，使热量得以散发和均衡。通过加热单元和冷却单元进行受控部件的加热和冷却。即使处理具有较大发热量的受控部件或具有较大功耗的受控部件，仍可快速响应受控部件的功耗变化而进行温度控制。

因此，即使当受控部件具有较大功耗时，也能够以高精度有效地进行温度特性的评估和/或测试。

当为将受控部件的温度调整到预设的温度而同时运行加热单元和冷却单元时，在此种情况下，由于加热单元和冷却单元使受控部件产生的温差在热传导部件中水平传导且达到平衡，而且对第一主表面上的受控部件直接进行。由此，能够精确且即时地控制受控部件的温度。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述，可清楚了解本发明的其他目的、特征和优点。

图1A为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例的侧视图。

图1B为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例的透视图。

图2为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的俯视图。

图3A为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的透视图。

图3B为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的侧视图。

图4A为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的温度控制系统的结构示意图。

图4B为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的温度控制系统的结构示意图。

图4C为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的冷却方法示例的剖面图。

图5为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的温度控制系统的结构示意图。

图6A为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的侧视图。

图6B为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的剖面图。

图6C为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的冷却方法的侧视剖面图。

图6D为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例中的冷却方法的剖面图。

图7为示出依照本发明的温度控制装置的第一实施例改型的侧视图。

图8A为示出依照本发明的温度控制装置的第二实施例的透视图。

图8B为示出依照本发明的温度控制装置的第二实施例的侧视图。

图9A为示出依照本发明的温度控制装置的第三实施例的透视图。

图9B为示出依照本发明的温度控制装置的第三实施例的剖面图。

图9C为示出依照本发明的温度控制装置的第三实施例改型的剖面图。

图10A为示出依照本发明的温度控制装置的第四实施例的透视图。

图10B为示出依照本发明的温度控制装置的第四实施例中的运行状态的侧视图。

图10C为示出依照本发明的温度控制装置的第四实施例中的运行状态的侧视图。

图11为示出依照本发明的温度控制装置的第五实施例的侧视图。

图12A为示出依照本发明的温度控制装置的第六实施例的侧视图。

图12B为示出依照本发明的温度控制装置的第六实施例的剖面图。

图12C为示出依照本发明的温度控制装置的第六实施例改型的侧视图。

图13A为示出依照本发明的温度控制装置中热传导部件改型的侧视图。

图13B为示出依照本发明的温度控制装置中热传导部件改型的侧视图。

图14A为示出依照本发明的温度控制装置的第七实施例的侧视图。

图14B为示出依照本发明的温度控制装置的第七实施例的侧视图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的优选实施例。

(第一实施例)

将结合图1A和图1B说明依照本发明的温度控制装置的第一实施例。

如图1A和图1B所示，此实施例中的温度控制装置100包含：具有第一主表面101和第二主表面102的热传导部件103、加热单元104以及冷却单元105a和105b。第一主表面101与诸如半导体器件等电子部件1相接触，其中电子部件1为温度控制对象。第二主表面102与第一主表面101相对。

加热单元104大致设置于第二主表面102的中心部位，而冷却单元105a和105b设置于第二主表面102上，以使加热单元104与冷却单元105a和105b并排配置。

在上述结构中，举例来说，电子部件1(受控部件)为半导体集成电路器件。电子部件1的封装结构没有指定，它可以是树脂铸模形成的半导体器件、金属/陶瓷密封型半导体器件、或块状(bulk-shaped)半导体器件中的任一种。此外，外部连接结构没有指定，它可以是板状引线形式、球栅阵列(BGA)、平面栅格阵列(LGA)中的任一种。

因此，虽然外部结构没有明确地指定，但在以下实施例中，外部连接端子设置在不与热传导部件103的第一主表面101相接触的表面上。而且，在评估和测试电子部件时，电子部件的外部连接端与评估/测试板的端子区电性连接。然而，在以下实施例中，没有具体描述且没有示出上述情况。

热传导部件103由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导材料制成。热传导部件103的第一主表面101的外形和面积与电子部件1的外形和面积相对应。第二主表面102的面积大于第一主面积101的面积。第一主表面101和第二主表面102相隔一定的距离，且基本上相互平行。

此外，热传导部件103的侧面构成为逐渐变窄的形式，其从第一主表面101的端部向第二主表面102的端部笔直延伸。因此，热传导部件103通常具有梯形横截面。

在热传导中部件103中，使第一主表面101的外形和面积与相关电子部件的外形和面积相对应。如果电子部件为半导体集成电路器件，则其外形为矩形。第一主表面101的面积在30mm×30mm到50mm×50mm之间的范围内。第二主表面102的面积在60mm×60mm到100mm×100mm之间的范围内。

然而，外形不限于矩形，并且可为圆形。热传导部件103的厚度在30mm到50mm之间的范围内。

通过使热传导部件103的第一主表面101的圆周逐渐变窄，避免了热传导部件103中的热传导路径扩展(spread)，且提高了温度控制特性。

温度传感器106设置在(嵌入)第一主表面101附近的热传导部件103内，或设置在作为温度控制对象的电子部件1附近。

另一方面，加热单元104包含电阻加热器。冷却单元105包含冷却块(cooling block)或珀耳帖器件，且具有与珀耳帖器件相接触的散热片。在冷却单元105中，诸如水、氯氟代烃(chlorofluocarbon)或液氮等冷却介质可与冷却块或散热片相接触。没有示出这种结构。

此外，省略了从电阻加热器104和珀耳帖器件拉出的引线(lead wire)以及冷却介质的循环路径的图示。

在具有上述结构的温度控制装置100中，当电子部件1的温度由于电子部件1中所产生的热量而升高时，温度传感器106检测这种温度变化。基于检测结果控制冷却单元105运行。由此，电子部件产生的热量传导给热传导部件103，且由冷却单元105吸收和散发，从而避免电子部件1的温度升高。

此时，具有较大热容量的热传导部件103被插置于电子部件1和冷却单元105之间。因此，电子部件1中产生的热量易于被热传导部件103吸收和散发。

此外，热传导部件103具有逐渐变窄的横截面，电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件103的厚度(板厚度)。因此，不会引起电子部件1的温度迅速下降，且可避免给电子部件1带来热损害。

在热传导部件103中，第一主表面101和第二主表面102之间的侧面103A具有逐渐变窄的形状，且其表面积较大。因此，热绝缘层设置于侧面103A的表面上。可选地，具有面对侧面103A的表面且几乎与侧面103A平行的热反射构件可设置于侧面103A的表面附近。没有示出这些元件。当然，也可以同时设置两种元件。

热绝缘层可用聚氨酯泡沫、硅橡胶、玻璃环氧树脂和烘干材料中的任一种材料制成，而热反射构件可用镜子或具有高反射系数的金属材料制成，其中金属材料的表面进行定向反射面处理。

通过设置上述热绝缘层及/或热反射构件，可控制和避免从热传导部件103散发热量，以及通过热传导部件103可高效地进行热量的吸收和传导。

热绝缘层及/或热反射构件的配置不仅适用于本实施例，且适用于随后描述的实施例。

另一方面，在热传导部件103的第二主表面102上配置的加热单元104和冷却单元105，不限于如本实施例的互相平行结构。可选地，可具有诸如梳齿状结构等适当的结构，如图2所示的改型A。依照这种结构，能够使热传导部件103传送和接收的热量达到平衡。

为了将电子部件(受控部件)的温度调整到预设的温度，加热单元104和冷却单元105同时运行。在这种情况下，位于加热单元104和冷却单元105正下方的部位之间产生温差。热量沿水平方向传导且在热传导部件103中达到平衡。而且，热量集中在第一主表面101上的电子部件1。由此，能够以良好的精度即时控制电子部件1的温度。

在图3A和图3B所示的改型B中，第二主表面102上的冷却单元105a和105b通过连接部件105c互连，该连接部件105c设置于加热单元104顶部。依照这种结构，流过冷却单元105a和105b内部的冷却介质共用，并且冷却介质循环的管道可被简化。

图4A至4C示出连接结构，诸如用于图1A中的温度控制装置100的热源和系统控制装置。

在图4A至4C中，参考标号401表示系统控制装置，402表示加热控制装置，以及403表示冷却控制装置。

加热控制装置402控制电源并控制供给设置于加热头104中的加热器104h的电流等。冷却控制装置403将诸如水等冷却介质输送和回收到冷却单元105a和105b中。

在图4A的冷却单元105的结构中，设置管道404以使冷却单元105a和105b串接，而且诸如制冷剂等冷却介质在管道404中流动。也就是说，本实施例的温度控制装置使用在其内部流动制冷剂的冷却系统。

在上述结构中，响应于温度传感器106检测的温度，系统控制装置401控制加热控制装置402及/或冷却控制装置403，以将电子部件1的温度调整到预设值。

在图4A的结构中，向冷却单元105a和105b提供和回收冷却介质可以如图4B所示的方式实现。也就是说，向冷却单元105a和105b提供和回收冷却介质可分开进行。冷却单元105a和105b并排配置，并分别提供和收集冷却介质。

当向每个冷却单元105a和105b分别提供冷却介质时，图4B所示的冷却介质的循环可以改变，以将冷却介质注入相关冷却单元105的内壁，并执行冷却。

上述冷却单元105的结构显示在图4C中。如图4C所示，经过管道404a提供的冷却介质经由喷嘴405射向冷却单元105的内壁105w，并且冷却介质与热内壁105w相接触，从而使冷却介质蒸发。

此时，冷却单元105通过此时蒸发热量而冷却。蒸发的冷却介质随着温度的下降再一次液化，并流过管道404b而流出，且被收集到冷却控制单元403。

此外，当图4A的结构以如下方式构成：冷却单元105a和105b由珀耳帖器件和吸收珀耳帖器件热量的散热部件制成，并且使用使诸如水等冷却介质与散热部件相接触的结构时，则这种结构如图5所示。

如图5所示，珀耳帖器件501作为冷却单元105的组成元件设置于热传导部件103的第二主表面102上，而散热部件502层叠在珀耳帖器件501上。珀耳帖器件501中产生的热量由流经散热部件502的冷却介质吸收。

通过从系统控制装置401向珀耳帖器件501提供电源便于进行控制。其他的结构可认为与图4A所示的结构相同。

除了上述的并排配置之外，加热头104和冷却单元105的配置可通过以下结构构成：加热头104和冷却单元105设置在热传导部件103的第二主表面102上，以使加热头104大致设置在中心部位，而环形冷却单元105设置为围绕加热头104的圆周，如图6A和图6B的改型所示。

举例来说，在环形冷却单元105中，如图6C和图6D所示，设置注入喷嘴601，其将冷却介质从外壁部分注入到内壁部分，并且从环形冷却单元105的圆周方向倾斜。

经过管道602接收的冷却介质，从注入喷嘴601注入到冷却单元105的内壁105w。当冷却介质蒸发时，冷却单元105通过蒸发热量而冷却。蒸发的冷却介质经过管道603而流出，并且会集到冷却控制单元。另一方面，随着温度下降冷却介质再一次液化而流出，并且经过管道604会集到冷却控制单元。

图6D仅示出注入喷嘴601的剖面结构。

此外，如图7所示的改型D，在热传导部件103的第二主表面102上，第一冷却单元105d设置在中心部位，加热头104a和104b设置于冷却单元105d的两侧，以及冷却单元105a和105b可设置于加热头104的外侧。

制热性能和制冷性能均能通过提供多个加热头和多个冷却单元以及来提高，并且也能提高热搅动(agitation)效果。

在上述改型中，提供的热能大于与诸如电子部件等受控部件的电功率相应的热能，并且可以快速跟随和响应受控部件的电功率变化。

此外，上述改型可以如下方式构成：以冷却单元105d为中心的环状形式连接加热头104a和104b，而冷却单元104a和104b也以环状形式连接，并且以多重环状形式进行配置。

(第二实施例)

结合图8A和图8B说明依照本发明的温度控制装置的第二实施例。

在图8A和图8B中，使用相同的参考标号表示与第一实施例中的相应元件相同的元件，且省略其描述。

如图8A和图8B所示，本实施例的温度控制装置200构成为：加热单元104和冷却单元105被可旋转地(pivotably)支撑于热传导部件103的第二主表面102上，热传导部件103具有与诸如半导体器件等、作为为温度控制对象的电子部件1相接触的第一主表面101以及与第一主表面101相对的第二主表面102。

在上述结构中，热传导部件103由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导性高的材料制成。

另一方面，热传导部件103的第一主表面101的外形和面积与电子部件1相对应，第二主表面102的面积大于第一主表面101的面积，而且第一主表面101和第二主表面102之间相隔一定的距离，且基本上相互平行。

此外，热传导部件103的侧面具有逐渐变窄的外形，其从第一主表面101的端部延伸至第二主表面102的端部。因此，热传导部件103具有近似为梯形的横截面。

为了进行温度控制，电子部件与第一主表面101靠近，且温度传感器106设置于(嵌入)热传导部件103内。

另一方面，加热单元104包含电阻加热器。冷却单元105包括与冷却块或珀耳帖器件相接触的散热片，且该冷却块或散热片设置为与诸如水等冷却介质相接触。

本实施例的特征结构为：加热单元104和冷却单元105共同被由旋转轴201支撑的支撑部分202固定，并且与热传导部件103的第二主表面102相接触，从而能够在第二主表面102顶部进行旋转运动。

电阻加热器104、从珀耳帖器件引出的引线等经由支撑部分202和旋转轴内部引出。

随着旋转轴201的旋转，加热单元104和冷却单元105连续或以预设的角度旋转运动。在第二主表面102与加热单元104或冷却单元105之间的接触部分，以薄膜状置入硅系润滑油(grease)等、具有热传导性和延展性的润滑剂203，以减少机械接触阻力，并且提高热均衡性。

在具有上述结构的温度控制装置200中，当电子部件1的温度由于电子部件1中产生的热量而升高时，温度传感器106对此进行检测，并基于检测结果使冷却单元105运行。

此时，冷却单元105与加热单元104一起在第二主表面102顶端移动，并且冷却热传导部件103。从而，电子部件产生的热量经由热传导部件103，由冷却单元105吸收和散发，而且避免了电子部件1的温度升高。

此时，如第一实施例，在电子部件1和冷却单元105之间插置具有大热容量的传导部件103，且热传导部件103具有逐渐变窄的横截面。

从横截面看，电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件103的厚度(板厚度)。

由此，电子部件1中产生的热量容易被热传导部件103吸收和散发。因此，不会引起电子部件1的温度快速下降，且避免给电子部件1带来热损伤。

另外，在加热单元104和冷却单元105可进行旋转运动的情况下，加热单元104和冷却单元105均没有加大或设置多个的需要。

(第三实施例)

在图9A和图9B中，使用相同的参考标号表示与第一和第二实施例中的相应元件相同的元件，且省略其描述。

如图9A和图9B所示，本实施例的温度控制装置300设置有：热传导部件103、加热单元104以及冷却单元105，其中热传导部件103具有与诸如半导体器件等、作为温度控制对象的电子部件1相接触的第一主表面101以及与第一主表面101相对的第二主表面102，而加热单元104设置在第二主表面102上并由支架部分301支撑。

在热传导部件103与加热单元104和冷却单元105之间设置圆盘303，圆盘303由旋转轴302支撑，并可平行于热传导部件103的第二主表面102旋转。

在上述结构中，热传导部件103由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导性高的材料制成。

另一方面，热传导部件103的第一主表面101的外形和面积与电子部件1相对应，第二主表面102的面积大于第一主表面101的面积，第一主表面101和第二主表面102相隔一定的距离，且基本上相互平行。

而且，热传导部件103的侧面具有逐渐变窄的外形，其从第一主表面101的端部延伸至第二主表面102的端部。因此，热传导部件103具有近似为梯形的横截面。

为了进行温度控制，电子部件与第一主表面101靠近，且温度传感器106设置(嵌入)于热传导部件103内。

另一方面，加热单元104包含电阻加热器。冷却单元105包括冷却块或珀耳帖器件和与其相接触的散热片，且该冷却块或散热片设置为与诸如水等冷却介质相接触。

省略了关于从电阻加热器104和珀耳帖器件拉出的引线的图示。

与热传导部件103相似，圆盘303由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导性高的材料制成，且其尺寸(直径)大于或等于热传导部件103的第二主表面102的尺寸。

本实施例的结构特征在于圆盘303由旋转轴302支撑和旋转。此时，将润滑剂203置入第二主表面102和圆盘303之间以及圆盘303和加热单元104或冷却单元105的接触部分之间，以减少机械接触阻力，并提高热均衡性。

通过旋转圆盘303的配置，加热单元104、冷却单元105和热传导部件103的第二主表面102之间的热传导更加均衡。

在具有上述结构的温度控制装置300中，当由于电子部件1中产生的热量使电子部件的温度升高时，温度传感器106对此进行检测，并基于检测结果使冷却单元105运行。

此时，圆盘303旋转，热传导部件103被冷却。从而，从电子部件产生的热量经由热传导部件103和圆盘303，由冷却单元105吸收和散发，而且避免了电子部件1的温度升高。

此时，在电子部件1和冷却单元105之间插置具有较大热容量的传导部件103和露出的圆盘303。因此，电子部件1中产生的热量容易被热传导部件103吸收和散发。

此外，热传导部件103在电子部件1和冷却单元105之间具有逐渐变窄的横截面，并且电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件103的厚度(板厚度)。

由于插置圆盘303，因而使热传导更容易进行，从而不会引起电子部件1的温度迅速下降，而且避免了给电子部件1带来热损伤。

在图9A和图9B所示的实施例中，虽然由可旋转的旋转轴302支撑圆盘303，但如图9C所示，固定轴304代替旋转轴302。

为使圆盘303更好地旋转，可在固定轴304上设置由轴承支撑的圆盘303，其外周可设置齿轮或容纳传送带的槽，而与电动机305结合。

(第四实施例)

结合图10说明依照本发明的温度控制装置的第四实施例。关于相应于第一至第三实施例的结构指定相同的标号。

如图10A、10B和10C所示，本实施例的温度控制装置400设置有：热传导部件103、加热单元104以及冷却单元105，其中热传导部件103具有与诸如半导体器件等、作为温度控制对象的电子部件1相接触的第一主表面101和相对于第一主表面101的第二主表面102，加热单元104和冷却单元105由滑动构件401固定，滑动构件401能在第二主表面102上沿平行于第二主表面的方向滑动。

在上述结构中，热传导部件103由诸如铜(Cu)等热传导性高的材料制成。

另一方面，热传导部件103的第一主表面101的外形和面积与电子部件1相对应，第二主表面102的面积大于第一主表面101的面积，而且第一主表面101和第二主表面102相隔一定的距离，且基本上相互平行。

而且，热传导部件103的侧面具有逐渐变窄的外形，其从第一主表面101的端部延伸至第二主表面102的端部。因此，热传导部件103通常具有近似为梯形的横截面。

为了进行温度控制，电子部件与第一主表面101靠近，且温度传感器106设置于(嵌入)热传导部件103内。

另一方面，加热单元104包含电阻加热器。冷却单元105包括冷却块或珀耳帖器件和与其相接触的散热片，且该冷却块或散热片与诸如水等冷却介质相接触。

省略了关于从电阻加热器104和珀耳帖器件拉出的引线的图示。

本实施例的特征结构为：加热单元104和冷却单元105均由滑动构件401固定，并与热传导部件103的第二主表面102相接触，从而能够在第二主表面102上移动。

滑动构件401由诸如玻璃环氧树脂或聚酰亚胺等、具有耐热性的绝缘树脂制成，而且在另一主表面上，加热单元104和冷却单元105(热单元104a和104b与冷却单元105a和105b)分别两两交替设置。

滑动构件401设置为使得加热单元104和冷却单元105可以连续或以预设的距离沿两个方向运动。

在热传导部件103的第二主表面102与加热单元104或冷却单元105的接触部位之间置入润滑剂203，以减小机械接触阻力，并提高热均衡性。

假如加热单元104和冷却单元105可以移动，则加热单元104和冷却单元105均没有加大的必要。

在具有上述结构的温度控制装置400中，当由于电子部件1中产生的热量使电子部件1的温度升高时，温度传感器106对此进行检测，并基于检测结果使冷却单元10运行。

此时，冷却单元105与加热单元104一起在热传导部件103顶端移动，并冷却热传导部件103。

从而，从电子部件产生的热量经由热传导部件103，由冷却单元105吸收和散发，而且避免了电子部件的温度升高。

此时，具有较大热容量的热传导部件103插置于电子部件1和冷却单元105之间。

因此，电子部件1中产生的热量容易被热传导部件103吸收和发散。

此外，热传导部件103在电子部件1和冷却单元105之间具有逐渐变窄的横截面，并且电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件103的厚度(板厚度)。

因此，不会引起电子部件1的温度迅速下降，而且避免给电子部件1带来热损伤。

(第五实施例)

结合图11说明依照本发明的温度控制装置的第五实施例。

在图11中，使用相同的参考标号表示与第一至第四实施例中的相应元件相同的元件，且省略其描述。

如图11所示，本实施例的温度控制装置500设置有：热传导部件501、加热单元104和冷却单元105，热传导部件501具有与诸如半导体器件等、作为温度控制对象的电子部件1接触的第一主表面101和与第一主表面101相对的第二主表面102，而加热单元104设置在第二主表面102上。

在上述结构中，热传导部件503由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导性高的材料制成。

在本实施例的温度控制装置500中，虽然第一主表面101的外形和面积与电子部件1相对应，但对于热传导部件501的第二主表面102，不像前述实施例中那样为标准的平面，而形成梯形横截面。

加热单元104设置在梯形上表面(顶部)502上，而冷却单元105a和105b设置在斜面503上。

冷却单元105设置在第二主表面的斜面503上，加热单元104的轴心线与每个冷却单元105的轴心线的相交部分被设定在预设的区域P1，区域P1和与热传导部件501的第一主表面101相接触的电子部件1相距一定的距离。

另一方面，热传导部件501的侧面具有逐渐变窄的外形，其从第一主表面101的端部延伸至第二主表面的端部。设置在(嵌入)热传导部件501中的温度传感器位于第一主表面101和交叉部分P1之间。

在具有上述结构的温度控制装置500中，当由于电子部件1中产生的热量使电子部件1的温度升高时，温度传感器对此进行检测，并基于检测结果使冷却单元105运行。

此时，具有大热容量的热传导部件501插置于电子部件1和冷却单元105之间。

因此，电子部件1中产生的热量容易被热传导部件501吸收和散发，并且因为热传导部件501在主表面中具有逐渐变窄的横截面，因此电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件501的厚度(板厚度)。因此，从电子部件1产生的热量经由热传导部件501，由冷却单元105吸收和散发，而且避免了电子部件1的温度升高。

另外，冷却单元105和加热单元104的每条中心线的相交部分P1设置在预设部分，该部分和与热传导部件501的第一主表面101相接触的电子部件1相距一定的距离，或者在对电子部件1加热时，避免运行期间的热集中。

从而，不会引起电子部件1的温度迅速降低或者升高，而且可以避免给电子部件带来热损伤。

(第六实施例)

结合图12A和图12B说明依照本发明的温度控制装置的第六实施例。

在图12A和图12B中，使用相同的参考标号表示与第一至第五实施例中的相应元件相同的元件，且省略其描述。

如图12A和图12B所示，本实施例的温度控制装置600设置有：热传导部件103、加热单元104和冷却单元105。热传导部件103具有与诸如半导体器件等、作为温度控制对象的第一主表面101以及与第一主表面101相对的第二主表面102。加热单元104和冷却单元105设置在第二主表面102上，并与热传导柱601一体形成，同时与其同轴。

在上述结构中，热传导部件103由诸如铜(Cu)或铝(Al)等具有热传导性的材料制成。

第一主表面101的外形和面积与电子部件1的外形和面积相对应，并且第二主表面102的面积大于第一主表面101的面积。此外，第一主表面101与第二主表面102相隔一定的距离，且基本上相互平行。

此外，热传导部件103的侧面构成为逐渐变窄的形状，其从第一主表面101的端部延伸至第二主表面102的端部。因此，热传导部件103具有近似为梯形的横截面。

另外，温度传感器106设置在(嵌入)第一主表面101附近的热传导部件103内(或者在电子部件或温度控制对象附近)。

加热单元104设置在热传导部件103的第二主表面102上、由铜(Cu)或铝(Al)制成的热传导柱601的周边部位。冷却单元105设置在凹部602中，该凹部602设置在热传导柱601另一端(上端)的中心部位。加热单元104包含与前述实施例类似的电阻加热器。

冷却单元105包括冷却块或珀耳帖器件和与珀耳帖器件相接触的散热片，而且诸如水等冷却介质与散热片相接触。

因此，通过将加热单元104和冷却单元105以共轴形式配置于用热传导材料制成的板状构件上，可实现小型化。

在具有上述结构的温度控制装置600中，当由于电子部件1中产生的热量使电子部件1的温度升高时，温度传感器106检测温度升高，并且基于检测结果控制冷却单元105运行。

此时，冷却单元105经由热传导柱601冷却热传导部件103。从而，从电子部件1产生的热量流经由热传导部件103，由冷却单元105吸收和散发，而且可避免电子部件1的温度升高。

此时，具有较大热容量的热传导部件103插置于电子部件1和冷却单元105之间。因此，电子部件1中产生的热量容易被热传导部件103吸收和散发。此外，热传导部件103在电子部件1和冷却单元105之间具有逐渐变窄的横截面，并且电子部件1和冷却单元105之间的距离实际上大于热传导部件103的厚度。

因此，不会引起电子部件1的温度迅速下降，并且可以避免给电子部件1带来热损伤。

上述加热单元104和冷却单元105可相反配置。

如图12C所示，冷却单元105设置于热传导柱601的周边部位，并且加热单元104设置在凹部602中，该凹部602设置在热传导柱601另一端(上端)的中心部位。

加热单元104包含与前述实施例类似的电阻加热器。冷却单元105构成为使诸如水等冷却介质的循环在管道603内进行，管道603围绕在热传导柱601的圆周上。

因此，通过将加热单元104和冷却单元105以共轴形式配置于使用热传导材料制成的板状构件上，可实现小型化。

在上述实施例中，热传导部件103在第一主表面的101和第二主表面102之间的侧面具有沿直线逐渐变窄的形状。然而，热传导部件103侧面的外形不限于本实施例。

即，如图13A或图13B所示，第一主表面101的端部几乎垂直于第一主要表101延伸，且可以从热传导部件103厚度方向的中心部位附近以直线形或弧形向第二主表面102的端部延伸。

依照上述结构，在热传导部件103厚度方向的中心部位，升温和冷却操作可集中进行，并且能有效地进行对电子部件1的温度控制。

(第七实施例)

在前述实施例中，说明了用于半导体芯片或包含在封装中的半导体芯片的温度控制方法。然而，本发明不限于这种用于半导体芯片的温度控制。本发明的温度控制也适用于其中形成有两个或更多个半导体芯片的半导体衬底(晶片)。即当对半导体衬底中的相关半导体芯片的电特性进行评估和测试时，本发明的温度控制也同样适用。

如图14A和图14B所示，本实施例的温度控制装置700包括：热传导部件703，其具有第一主表面701以及与第一主表面701相对的第二主表面702，其中半导体衬底71设置在第一主表面701上；加热单元704，其与第二主表面702的下表面相接触并且大致设置在中心部位；以及冷却单元705a和705b，其与第二主表面702的下表面相接触，并且设置在加热单元704的两侧，以使加热单元704与冷却单元705a和705b并排设置。

在上述结构中，半导体衬底71设置在热传导部件703的第一主表面701上。在半导体衬底71的上主表面上设置有多个半导体芯片。

与前述实施例相似，热传导部件703由诸如铜(Cu)或铝(Al)等热传导性材料制成。

热传导部件703的第一主表面701的外形和面积与半导体衬底71的外形和面积相对应，第二主表面702的面积大于第一主表面701的面积，以及第一主表面701和第二主表面702相隔一定的距离，并且基本上相互平行。

热传导部件703的侧面构成为逐渐变窄的形状，其以直线的方式从第一主表面701的端部延伸至第二主表面702的端部。因此，热传导部件703具有近似为梯形的横截面。

在热传导部件703中，第一主表面701的外形和面积与相关半导体衬底的外形和面积相对应。第一主表面701为直径在200mm到300mm范围内的圆形。第二主表面702为直径在400mm到600mm范围内的圆形。而且，热传导部件703的厚度大约为100mm。

此外，温度传感器706设置在(嵌入)第一主表面701附近的热传导部件703内(或在作为温度控制对象的半导体衬底71附近)。

为了便于说明，在图14A和图14B中温度传感器706位于半导体衬底的左端附近。然而，实际上，温度传感器706大致位于半导体衬底71的中心。

此外，在热传导部件703的主表面701上设置有多个吸附孔707和将吸附孔707与真空排气装置(未显示)连接的管道708，而且吸附孔707和管道708用于吸附和固定半导体衬底71。

另一方面，加热单元704包含电阻加热器。此外，冷却单元705包括冷却块或珀耳帖器件和与珀耳帖器件相接触的散热片，而且诸如水等冷却介质与冷却块或散热片相接触。

省略了从电阻加热器704和珀耳帖器件拉出的引线以及冷却介质的循环路径的图示。

在上述结构中，具有多个端子709的探测卡710设置在半导体衬底71上，以使探测卡710面向半导体衬底71。

当对相关半导体衬底71的相应半导体芯片进行评估和测试时，如图14B所示，热传导部件703升高，被评估/测试的半导体芯片的电极与半导体衬底71的端子709相接触，半导体衬底71固定在热传导部件703的主表面701上。

当对另一个半导体芯片进行评估和测试时，热传导部件703暂时降低，热传导部件703沿水平方向移动，以使相关半导体芯片位于端子709正下方。然后，热传导部件703再次升高，并且该半导体芯片的电极与端子709相接触。

热传导部件703由第二主表面702周边上的支撑臂支撑，以使热传导部件703可上下移动，而且支撑臂进一步由X-Y平台支撑，以使热传导部件703可在上下方向和左右水平方向移动。然而，省略上述热传导部件703的机械结构的图示。

依照本发明的温度控制方法，可容易地进行半导体衬底71的温度控制，其中半导体衬底71中设置有多个被评估和测试的半导体芯片，而且可以高精度、有效地进行相关半导体器件的评估和测试。

本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下，可进行变更和修改。

Claims (16)

1.一种温度控制方法，包括以下步骤：

将受控部件设置为与热传导部件的第一主表面相接触，该热传导部件具有第一主表面和与该第一主表面相对的第二主表面，该第一主表面的外形与受控部件的外形相对应，该第二主表面的面积大于该第一主表面的面积；以及

驱动加热单元和冷却单元至少其中之一，以将受控部件调整到预设的温度，加热单元和冷却单元设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元并排设置。

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中受控部件为电子部件。

3.根据权利要求2所述的温度控制方法，其中电子部件为半导体芯片。

4.根据权利要求1所述的温度控制方法，其中受控部件为半导体衬底。

5.一种温度控制装置，包含：

热传导部件，其具有与受控部件相接触的第一主表面，和与该第一主表面相对的第二主表面；

加热单元，其设置在热传导部件的第二主表面上；以及

冷却单元，其设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元并排设置，

其中，热传导部件的第一主表面的外形与受控部件的外形相对应，且第二个主表面的面积大于第一主表面的面积。

6.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中位于第一主表面和第二主表面之间的热传导部件的侧面为逐渐变窄的形状。

7.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中加热单元和冷却单元设置在热传导部件的第二主表面上，以使加热单元和冷却单元平行或同轴设置。

8.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中加热单元包含电加热器。

9.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中冷却单元包含液体冷却部件或珀耳帖器件。

10.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中加热单元和冷却单元能在热传导部件的第二主表面上移动。

11.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中加热单元和冷却单元能在热传导部件的第二主表面上旋转。

12.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中加热单元和冷却单元能在热传导部件的第二主表面上滑动。

13.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中由热传导材料制成的板状构件设置在热传导部件第二主表面与加热单元或冷却单元之间。

14.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中温度传感器嵌入第一主表面附近的热传导部件中。

15.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中绝缘构件设置在位于第一主表面和第二主表面之间的热传导部件的侧面上。

16.根据权利要求5所述的温度控制装置，其中热反射构件设置在位于第一主表面和第二主表面之间的热传导部件的侧面上。

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