TWI587114B - 雙迴路溫度控制模組及具備該模組之電子元件測試設備 - Google Patents

Description

雙迴路溫度控制模組及具備該模組之電子元件測試設備

本發明係關於一種雙迴路溫度控制模組及具備該模組之電子元件測試設備，尤指一種可提供快速且大幅地切換高低溫檢測溫度之溫度控制模組及電子元件測試設備。

以目前現有技術而言，可以賦予電子元件檢測設備更大的溫度檢測範圍之技術相當罕見，例如可同時處理低溫檢測、以及高溫測試。

查美國專利公開第2015/0007973A1號「廣域溫度控制裝置/WIDE RANGE OF TEMPERATURE CONTROL EQUIPMENT」一案，其揭露了以熱電致冷模組提供溫度的調變，並以導熱板提供該熱電致冷模組一基準溫度，以便熱電致冷模組基於該基準溫度下，進行更精確且更大範圍的溫度調控。然而，在上述專利前案中，分別利用一加熱單元、及一冷卻組件來對該導熱板進行基準溫度之調控，其中加熱單元為埋設於導熱板中 的加熱線圈，而冷卻組件更是另外附加於導熱板上的冷卻設備，例如由蒸發器、壓縮機以及冷凝器所構成的冷卻設備。

再者，針對上開專利文獻所公開的技術手段而言，在進行高低溫切換檢測時，例如當導熱板處於-40℃的狀態，而低溫測試完成後，必須透過加熱單元加熱至高溫(如80℃)，以進行高溫測試。然而，整個高低溫的轉換過程是相當緩慢的，而且如果每個待測元件都設定為在同一機台進行高低溫測試，如此將不斷地重複對導熱板進行升溫及降溫，不僅拖延整個測試時程，而且其加熱單元和冷卻設備也將耗費大量的能源。

本發明之主要目的之一係在提供一種雙迴路溫度控制模組，俾能很快速地切換至少二個溫度區間，使溫度調控件可以在很短的時間內進行不同溫度間的轉換，而且其轉換過程所造成的能量損耗甚低。

為達成上述目的，本發明一種雙迴路溫度控制模組，主要包括：第一迴路、第二迴路、溫度調控件、第一切換閥、第二切換閥、以及控制器。第一迴路內流動有具第一溫度之第一工作流體，第二迴路內流動有具第二溫度之第二工作流體；而溫度調控件包括入口、及出口；第一切換閥連通至第一迴路、第二迴路、以及溫度調控件之該入口；第二切換閥連通至第一迴路、第二迴路、以及溫度調控件之出口；控制器係電性連接至第一切換閥、及第二切換閥。其中，控制器控制第一切 換閥使第一工作流體、及第二工作流體中至少一者流經溫度調控件以對其進行溫度調控，並控制第二切換閥使流經溫度調控件之第一工作流體及第二工作流體中至少一者回流至第一迴路及第二迴路中至少一者。

據此，本發明藉由控制器來控制第一切換閥和第二切換閥，進而切換第一迴路或第二迴路、抑或調配該二者，使第一工作流體、第二工作流體、抑或二者之混合流體來對溫度調控件進行升溫或降溫。

較佳的是，本發明雙迴路溫度控制模組可更包括一冷卻裝置，其可設置於第一迴路並用於冷卻第一工作流體。換言之，可藉由增設冷卻裝置來對第一工作流體進行冷卻，俾利提供低溫的工作流體。

另外，本發明雙迴路溫度控制模組之第一迴路可更包括一第一流體供應源，其用於供應具第一溫度之第一工作流體，且第一流體供應源可包括一第一供應口、及一第一回流口；而冷卻裝置可設置於第一流體供應源；其中，第一切換閥連通至第一流體供應源之第一供應口，第二切換閥連通至第一流體供應源之第一回流口。據此，本發明可藉由第一流體供應源而提供更低溫且溫度狀態更穩定之工作流體。

較佳的是，本發明雙迴路溫度控制模組可更包括一散熱裝置，其設置於第二迴路，並用於對第二工作流體進行散熱。換言之，可藉由增設散熱裝置來對第二工作流體進行散熱，俾利提供溫度狀態更為穩定的常溫工作流體。

再者，本發明雙迴路溫度控制模組可更包括一加熱裝置，其可設置於第二迴路並用於對第二工作流體進行加熱。換言之，可藉由增設加熱裝置來對第二工作流體進行加熱，俾利提供高溫的工作流體。

又，本發明雙迴路溫度控制模組之第二迴路可更包括一第二流體供應源，其用於供應具第二溫度之第二工作流體，且第二流體供應源包括一第二供應口、及一第二回流口；而加熱裝置係設置於第二流體供應源；其中，第一切換閥連通至第二流體供應源之第二供應口，第二切換閥連通至第二流體供應源之第二回流口。據此，本發明可藉由第二流體供應源而提供更高溫且溫度狀態更穩定之工作流體。

更且，本發明一種雙迴路溫度控制模組可更包括一泵，其電性連接至控制器，並設置於第一切換閥與溫度調控件之間。據此，本發明可以藉由泵來驅動第一工作流體及第二工作流體流動。

此外，本發明之另一主要目的係在提供一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備，俾能提供至少二個溫度差距大之基準溫度，使熱電致冷元件能基於該基準溫度對待測元件提供更大溫度差範圍、且更精確之溫度調控，俾利進行電子元件之高低溫檢測。

為達成上述目的，本發明一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備，主要包括：前述之雙迴路溫度控制模組、以及熱電致冷元件。熱電致冷元件電性連接至控制器，並接觸於溫度調控件。其中，溫度 調控件可調整熱電致冷元件至一基準溫度，而控制器可控制熱電致冷元件基於基準溫度以對一待測元件進行溫度調控。

據此，本發明一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備可藉由雙迴路溫度控制模組來調變溫度調控件之溫度，且該溫度將構成一基準溫度，讓熱電致冷元件於基準溫度的基礎上，更進一步擴大溫度調控的範圍，且更精準地提供待測元件之檢測溫度。

較佳的是，本發明一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備可更包括一測試治具，其接觸於熱電致冷元件，且待測元件係裝載於測試治具。換句話說，熱電致冷元件係對測試治具進行溫度調控，而於進行測試時，待測元件是載置於測試治具內，故本發明之測試治具可以營造多種不同溫度之測試環境。另一方面，本發明並不以測試治具為必要，亦可讓熱電致冷元件直接接觸待測元件，讓熱電致冷元件直接對待測元件進行溫度調控。

再且，本發明一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備可更包括一溫度感測單元，其電性連接至控制器，並用於量測測試治具之溫度。亦即，本發明可藉由溫度感測單元來感測測試治具之溫度，俾供給控制器進行溫度的回饋控制，以更精確控制待測元件之檢測溫度。

11‧‧‧第一迴路

12‧‧‧第二迴路

2‧‧‧第一流體供應源

20‧‧‧冷卻裝置

21‧‧‧第一供應口

22‧‧‧第一回流口

3‧‧‧第二流體供應源

30‧‧‧散熱裝置

31‧‧‧第二供應口

32‧‧‧第二回流口

33‧‧‧加熱裝置

4‧‧‧第一切換閥

5‧‧‧第二切換閥

6‧‧‧溫度調控件

61‧‧‧入口

62‧‧‧出口

7‧‧‧控制器

8‧‧‧熱電致冷元件

81‧‧‧測試治具

82‧‧‧溫度感測單元

9‧‧‧泵

C‧‧‧待測元件

F1‧‧‧第一工作流體

F2‧‧‧第二工作流體

T1‧‧‧第一溫度

T2‧‧‧第二溫度

圖1係本發明第一實施例之系統架構圖。

圖2係本發明第一實施例之示意圖。

圖3A係本發明第一實施例中第一迴路運行時之示意圖。

圖3B係本發明第一實施例中第二迴路運行時之示意圖。

圖4係本發明第二實施例之系統架構圖。

圖5係本發明第二實施例之示意圖。

本發明雙迴路溫度控制模組及具備該模組之電子元件測試設備在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請同時參閱圖1、2，圖1係本發明具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備第一實施例之系統架構圖，圖2係本發明具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備第一實施例之示意圖。如圖中所示，本實施例之雙迴路溫度控制模組主要包括第一迴路11、第二迴路12、第一流體供應源2、散熱裝置30、第一切換閥4、第二切換閥5、溫度調控件6、以及控制器7。

其中，第一迴路11內流動有具一第一溫度T1之第一工作流體F1，而第一工作流體F1是由第一流體供應源2所供應。然而，第一流體供應源2包括一冷卻裝置 20，其用於冷卻第一工作流體F1，使之維持於第一溫度T1；而本實施例之冷卻裝置20可為一般的流體冷卻設備，例如由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、及蒸發器所組成的冷卻設備。

換句話說，第一流體供應源2提供低溫的第一工作流體F1，以便進行低溫測試。另外，第一流體供應源2包括一第一供應口21、及一第一回流口22，亦即第一迴路11內的第一工作流體F1係自第一供應口21流出，並自第一回流口22流回第一流體供應源2，藉以構成循環。

再者，第二迴路12內流動有具一第二溫度T2之第二工作流體F2，且第二迴路12內安裝有一散熱裝置30，其係用於對第二工作流體F2進行散熱，使之維持於第二溫度T2。本實施例之散熱裝置30可為一般氣冷、水冷或其他任意形式之可與常溫空氣進行熱交換之散熱器。換句話說，本實施例之散熱裝置30可以提供常溫狀態的第一工作流體F1。

此外，本實施例所使用的第一工作流體F1和第二工作流體F2可為一般耐低溫之溶液，例如甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇等習知之不凍液；或由水、防凍劑、添加劑混合製成。而且，依據防凍劑成分不同可分為酒精型、甘油型與乙二醇型冷卻液，而乙二醇冷卻液是用乙二醇作為防凍劑，且添加少量抗泡沫、防腐蝕等綜合添加劑。

另外，溫度調控件6為本實施例雙迴路溫度控制模組中被調控的標的物，其包括一入口61、及一出口 62，且本實施例之溫度調控件6內部包含蛇形的通道(圖中未顯示)，該通道的兩端部即為入口61和出口62。不過，本發明並不以內部蛇形通道為限，亦可為其他管路形式或其他任意之熱交換器形式以附接於溫度調控件6上或內藏於溫度調控件6內之方式取代。

又如圖中所示，第一切換閥4和第二切換閥5為三通之電磁閥可受控於控制器7。其中，第一切換閥4連通至第一流體供應源2之第一供應口21、散熱裝置30、以及溫度調控件6之入口61；又，第二切換閥5連通至第一流體供應源2之第一回流口22、散熱裝置30、以及溫度調控件6之出口62。

而且，如圖中所示，泵9設置於第一切換閥4與溫度調控件6之間，且電性連接至控制器7。換言之，控制器7可以控制泵9運轉，並藉由泵9來推送第一工作流體F1或第二工作流體F2於迴路內流動、循環。

再且，本實施例之控制器7又電性連接至第一切換閥4、及第二切換閥5。其中，控制器7控制第一切換閥4使第一工作流體F1或第二工作流體F2流經溫度調控件6以對其進行溫度調控，並控制第二切換閥5使流經溫度調控件6之第一工作流體F1或第二工作流體F2回流至第一迴路11或第二迴路12。

又如圖1、2中所示，本實施例之電子元件測試設備除了包括上述之雙迴路溫度控制模組外，又包括熱電致冷元件8(Thermo-Electric Cooler，TEC)、測試治具81、溫度感測單元82、以及泵9。其中，熱電致冷元件 8電性連接至控制器7，並直接接觸於溫度調控件6。然而，本實施例之溫度調控件6係用於調整熱電致冷元件8至一基準溫度，而控制器7則是控制熱電致冷元件8基於基準溫度以對一待測元件C進行更大範圍且更精確的溫度調控。

申言之，本實施例所使用之熱電致冷元件8的運作理論基礎為利用皮特爾效應(Peltier Effect)，此為一種熱電效應，可將該元件一側的熱量傳輸到另一側，導致一側溫度降低，另一側溫度升高；即對一側吸熱，而對另一側放熱。一般而言，熱電致冷元件8之結構是由若干對N型與P型半導體晶粒相互串接排列而成，當通電之後，該P型半導體將會吸熱，而N型半導體將會放熱，故每一個N/P單元中便有熱量由一側「吸熱端」傳遞到另外一側「放熱端」，來完成熱量之傳輸。據此，本實施例利用此一效應，當欲進行高溫或低溫測試時，溫度調控件6將調整熱電致冷元件8至一基準溫度，且該溫度調控件6將持續地自熱電致冷元件8帶走熱量或提供熱量予熱電致冷元件8，以維持該基準溫度。

另一方面，測試治具81係用於裝載待測元件C，例如測試插座(socket)，而熱電致冷元件8係直接貼合於測試治具81，故熱電致冷元件8可對測試治具81進行升溫或降溫，進而營造一特定溫度(高溫、常溫、或低溫)的檢測環境，讓待測元件C可於該特定溫度的狀態下進行測試。此外，本實施例又另設置一溫度感測單元82，其電性連接至控制器7，溫度感測單元82主要用於量測測 試治具81之溫度。也就是說，本實施例藉由溫度感測單元82之溫度量測值的回饋，讓控制器7可以對熱電致冷元件8進行更精確的溫度控制。

特別值得一提的是，在本實施例中控制器7負責所有電子器件的控制，包括第一切換閥4、第二切換閥5、冷卻裝置20、熱電致冷元件8、以及泵9等構件，並控制待測元件C之整個測試的進行。但是，本發明並不以此為限，各別構件亦可具備各自的控制器，例如冷卻裝置20之控制器專職於控制其運轉，使第一工作流體F1維持於第一溫度T1。

請同時參閱圖3A、及圖3B，圖3A係本發明第一實施例中第一迴路11運行時之示意圖，圖3B係本發明第一實施例中第二迴路12運行時之示意圖。以下說明本實施例之運作流程，首先說明低溫測試，其中控制器7控制關閉第二迴路12，即第一切換閥4和第二切換閥5分別關閉連通至散熱裝置30之流道，而開啟連通至第一流體供應源2之第一供應口21和第一回流口22之流道，及構成一循環迴路，如圖3A中所示。

然而，由於第一迴路11內的第一工作流體F1係經過冷卻裝置20冷卻，故呈現低溫，本實施例係以-20℃為例進行說明。據此，當低溫的第一工作流體F1流經溫度調控件6後，其冷卻溫度調控件6，使之同樣維持於-20℃。據此，便可提供予熱電致冷元件8之基準溫度為-20℃，然而根據熱電致冷元件8之特性，其可在基準溫度上提供-40℃至+80℃的溫度調變，換言之可以精準 控制的溫度範圍為-60℃至60℃。

再者，當待測元件C完成低溫測試後，隨即進入高溫測試。其中，控制器7控制關閉第一迴路11，即第一切換閥4和第二切換閥5分別關閉連通至第一流體供應源2之流道，而開啟連通至散熱裝置30之流道，及構成一循環迴路，如圖3B中所示。

然而，由於第二迴路12內的第二工作流體F2流經溫度調控件6時，將原本經第一迴路11所冷卻並處於低溫狀態之溫度調控件6快速地升溫至常溫，且透過散熱裝置30之運作也會持續地保持於常溫，本實施例係以25℃為例進行說明。據此，當低溫的第二工作流體F2流經溫度調控件6後，其使冷卻溫度調控件6而維持於25℃。據此，第二迴路12便可提供予熱電致冷元件8之基準溫度為25℃；換言之，在此迴路下，控制器7可以精準控制的測試溫度範圍為-15℃至105℃。

再者，以本實施例為例，高、低溫的測試溫度分別-40℃和85℃，而當從第一迴路11切換至第二迴路12時，即從低溫測試之-40℃升溫到高溫測試之85℃，實際測試僅耗費約64秒。換言之，整個升溫過程約以每秒2℃的速率快速升溫。另一方面，當從第二迴路12切換至第一迴路11時，即從高溫測試之85℃降溫到低溫測試之-40℃，實際測試也僅耗費約117秒。換言之，整個降溫過程以每秒超過1℃的速率快速降溫。據此，顯而易見地，高、低溫測試可以在同一機台上快速的轉換，無需轉運至其他機台，更無需耗費漫長的升溫或降溫之 等待時間，且能源的損耗上將大為節約。

請同時參閱圖4和圖5，圖4係本發明具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備第二實施例之系統架構圖，圖5係本發明具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備第二實施例之示意圖。本實施例與前述第一實施例主要差異在於，本實施例可以提供更高溫度的高溫測試。

進一步說明，如圖中所示，本實施例主要係將第一實施例中提供常溫工作流體之散熱裝置30替換成第二流體供應源3、及其內部所包含之加熱裝置33。其中，第二流體供應源3包括一第二供應口31、及一第二回流口32，亦即第二迴路12內的第二工作流體F2係自第二供應口31流出，並自第二回流口32流回第二流體供應源3，藉以構成循環。

然而，本實施例可藉由第二流體供應源3而提供更高溫且溫度狀態更穩定之工作流體，其中本實施例之加熱裝置33係用於對第二工作流體F2進行升溫，以提供予熱電致冷元件8更高的基準溫度，讓熱電致冷元件8可以營造更高溫的測試環境。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

11‧‧‧第一迴路

12‧‧‧第二迴路

2‧‧‧第一流體供應源

20‧‧‧冷卻裝置

21‧‧‧第一供應口

22‧‧‧第一回流口

30‧‧‧散熱裝置

4‧‧‧第一切換閥

5‧‧‧第二切換閥

6‧‧‧溫度調控件

61‧‧‧入口

62‧‧‧出口

7‧‧‧控制器

8‧‧‧熱電致冷元件

81‧‧‧測試治具

9‧‧‧泵

C‧‧‧待測元件

F1‧‧‧第一工作流體

F2‧‧‧第二工作流體

T1‧‧‧第一溫度

T2‧‧‧第二溫度

Claims (10)

1. 一種雙迴路溫度控制模組，包括：一第一迴路，其內流動有具一第一溫度之第一工作流體；一第二迴路，其內流動有具一第二溫度之第二工作流體；一溫度調控件，其包括一入口、及一出口；一第一切換閥，其連通至該第一迴路、該第二迴路、以及該溫度調控件之該入口；一第二切換閥，其連通至該第一迴路、該第二迴路、以及該溫度調控件之該出口；以及一控制器，其係電性連接至該第一切換閥、及該第二切換閥；其中，該控制器控制該第一切換閥使該第一工作流體、及該第二工作流體中至少一者流經該溫度調控件以對其進行溫度調控，並控制該第二切換閥使流經該溫度調控件之該第一工作流體及該第二工作流體中至少一者回流至該第一迴路及該第二迴路中至少一者。
2. 如請求項1之雙迴路溫度控制模組，其更包括一冷卻裝置，該冷卻裝置設置於該第一迴路並用於冷卻該第一工作流體。
3. 如請求項2之雙迴路溫度控制模組，其中，該第一迴路更包括一第一流體供應源，其供應具該第一溫度之該第一工作流體，該第一流體供應源包括一第一供應口、及一第一回流口；該冷卻裝置係設置於該第一流體 供應源；該第一切換閥連通至該第一流體供應源之該第一供應口，該第二切換閥連通至該第一流體供應源之該第一回流口。
4. 如請求項1之雙迴路溫度控制模組，其更包括一散熱裝置，該散熱裝置設置於該第二迴路並用於對該第二工作流體進行散熱。
5. 如請求項1之雙迴路溫度控制模組，其更包括一加熱裝置，該加熱裝置設置於該第二迴路並用於對該第二工作流體進行加熱。
6. 如請求項5之雙迴路溫度控制模組，其中，該第二迴路更包括一第二流體供應源，其供應具該第二溫度之該第二工作流體，該第二流體供應源包括一第二供應口、及一第二回流口；該加熱裝置係設置於該第二流體供應源；該第一切換閥連通至該第二流體供應源之該第二供應口，該第二切換閥連通至該第二流體供應源之該第二回流口。
7. 如請求項1之雙迴路溫度控制模組，其更包括一泵，其電性連接至該控制器，並設置於該第一切換閥與該溫度調控件之間。
8. 一種具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備，包括：如請求項1至請求項7中任一項所述之該雙迴路溫度控制模組；以及一熱電致冷元件，其電性連接至該控制器，並接觸於該溫度調控件； 其中，該溫度調控件係調整該熱電致冷元件至一基準溫度，該控制器控制該熱電致冷元件基於該基準溫度以對一待測元件進行溫度調控。
9. 如請求項8之具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備，其更包括一測試治具，該測試治具接觸於該熱電致冷元件，該待測元件係裝載於該測試治具。
10. 如請求項9之具備雙迴路溫度控制模組之電子元件測試設備，其更包括一溫度感測單元，其電性連接至該控制器，並用於量測該測試治具之溫度。