TWI806160B - 具溫度控制功能的測試板 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一種具溫度控制功能的測試板與溫度控制模組，所述測試板用於控制待測元件的溫度，包含電路板以及溫度控制模組。電路板有金屬層且定義有控溫區域，控溫區域與金屬層於垂直方向重疊。溫度控制模組包含導熱基板、溫度偵測單元以及溫度調整單元。導熱基板的接觸面接觸電路板且與金屬層於垂直方向重疊。溫度偵測單元偵測導熱基板的溫度，以產生溫度控制信號。溫度調整單元依據溫度控制信號選擇性地使接觸面升溫或降溫。其中控溫區域用以設置待測元件，且溫度控制模組經由待測元件、金屬層與接觸面之間的熱傳導控制待測元件的溫度。

Description

具溫度控制功能的測試板

本發明係關於一種用於溫度控制的電路元件，特別是關於一種具溫度控制功能的測試板與溫度控制模組。

為了確保電子零件能夠發揮最佳的效能，各種電子零件通常會標示有對應的工作溫度。但是，傳統的溫度控制手段不容易精準控制電子零件可以操作在特定溫度。舉例來說，假設某一個電子零件合適的工作溫度是70度，傳統的溫度控制手段係在電路板上設置溫度偵測器，並且把電路板的環境溫度調整到大致為70度。然而，若是有另一個電子零件合適的工作溫度是40度，且電路板要同時使用上述兩個電子零件，則將十分不容易確保兩個電子零件都可以在合適的工作溫度下工作。由上述例子可知，實際電路板上的電子零件數量更多，如何精準控制特定電子零件的周圍區域溫度將成為一個問題。據此，業界需要一種新的溫度控制手段，可以精準控制特定區域的溫度，以解決上述問題。

本發明提供一種具溫度控制功能的測試板，包含了微型化的溫度控制模組，每一個溫度控制模組可以對特定的控溫區域獨立地偵測溫度與控制溫度，從而實現精準控制控溫區域的溫度的效果。

本發明提出一種具溫度控制功能的測試板，用於控制待測元件的溫度。所述具溫度控制功能的測試板包含電路板以及溫度控制模組。所述電路板定義有相對的上表面與下表面，上表面與下表面之間包含金屬層，且上表面定義有控溫區域，控溫區域與金屬層於垂直方向重疊。所述溫度控制模組包含導熱基板、溫度偵測單元以及溫度調整單元。所述導熱基板定義有相對的承載面與接觸面，接觸面接觸電路板，且接觸面與金屬層於垂直方向重疊。所述溫度偵測單元設置於承載面，用以偵測導熱基板的溫度，以產生溫度控制信號。所述溫度調整單元設置於承載面，依據溫度控制信號選擇性地使接觸面升溫或降溫。其中控溫區域用以設置待測元件，且經由待測元件、金屬層與接觸面之間的熱傳導控制待測元件的溫度。

於一些實施例中，接觸面可以貼附於下表面，控溫區域、金屬層與接觸面於垂直方向重疊。此外，導熱基板可以為金屬材質，且導熱基板與金屬層電性絕緣。並且，金屬層可以定義為電路板的接地端。另外，金屬層可以包含第一子金屬層與第二子金屬層，第一子金屬層與至少部分的第二子金屬層於垂直方向重疊。另一方面，接觸面可以貼附於下表面，控溫區域可以與至少部分的第一子金屬層於垂直方向重疊，至少部分的第二子金屬層可以與接觸面於垂直方向重疊。

本發明提供一種溫度控制模組，每一個溫度控制模組可以對特定的控溫區域獨立地偵測溫度與控制溫度，從而實現精準控制控溫區域的溫度的效果。

本發明提出一種溫度控制模組，用於控制待測元件的溫度。所述溫度控制模組包含導熱基板、溫度偵測單元以及溫度調整單元。所述導熱基板定 義有承載面與相對於承載面的接觸面。所述溫度偵測單元設置於承載面，偵測導熱基板的溫度，以產生溫度控制信號。所述溫度調整單元設置於承載面，依據溫度控制信號選擇性地使接觸面升溫或降溫。其中待測元件經由與接觸面之間的熱傳導升溫或降溫。

於一些實施例中，待測元件與接觸面可以共同接觸電路板，電路板用以提供熱傳導路徑於待測元件與該接觸面之間。並且，溫度偵測單元與溫度調整單元的距離可以小於1公分。

綜上所述，本發明提供的具溫度控制功能的測試板與溫度控制模組提供了整合於同一個導熱基板的溫度偵測單元與溫度調整單元，讓溫度控制模組被模組化，從而縮短了溫度控制模組內溫度偵測單元與溫度調整單元的距離。並且，藉由將模組化的溫度控制模組直接放置在控溫區域的周圍，本發明可以利用直接的熱傳導手段實現對控溫區域的精準溫度控制。

1:溫度控制模組

10:導熱基板

10a:承載面

10b:接觸面

12:溫度偵測單元

14:溫度調整單元

2:測試板

20:電路板

20a:上表面

20b:下表面

200:金屬層

3:測試板

30:電路板

30a:上表面

30b:下表面

300:子金屬層

302:子金屬層

A:控溫區域

DUT:待測元件

圖1係繪示依據本發明一實施例之溫度控制模組的示意圖。

圖2係繪示依據本發明一實施例之溫度控制模組的側面示意圖。

圖3係繪示依據本發明一實施例之具溫度控制功能的測試板的示意圖。

圖4係繪示依據本發明一實施例之具溫度控制功能的測試板的側面示意圖。

圖5係繪示依據本發明另一實施例之具溫度控制功能的測試板。

圖6係繪示依據本發明再一實施例之具溫度控制功能的測試板。

下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。

請一併參閱圖1與圖2，圖1係繪示依據本發明一實施例之溫度控制模組的示意圖，圖2係繪示依據本發明一實施例之溫度控制模組的側面示意圖。如圖所示，溫度控制模組1可以包含導熱基板10、溫度偵測單元12以及溫度調整單元14，導熱基板10用於接觸溫度偵測單元12以及溫度調整單元14。導熱基板10為一個具有良好導熱特性的基板，兩側的表面可以分別定義為承載面10a與接觸面10b，承載面10a用於接觸溫度偵測單元12以及溫度調整單元14。於一個例子中，導熱基板10可以由銅或銅合金製成，但本實施例不以此為限。例如，導熱基板10有可能為具有良好導熱特性的高分子材料形成的可撓基板，只要導熱基板10有良好的導熱特性，皆應屬於本實施例導熱基板10的範疇。

溫度偵測單元12用於偵測導熱基板10的溫度，以產生溫度控制信號。並且，溫度調整單元14依據溫度控制信號選擇性地使接觸面10b升溫或降溫。本實施例不限制溫度偵測單元12與溫度調整單元14的電路架構，溫度調整單元14有可能應用電阻式的加熱器(用於升溫)或者是製冷晶片(用於降溫)。當然，溫度調整單元14也有可能只用於升溫或降溫其中一個用途，例如只用於升溫，從而溫度調整單元14可以是一種加熱器。實務上，溫度偵測單元12以及溫度調整單元14設置在導熱基板10的同一側表面(承載面10a)，而導熱基板10的另一側表面(接觸面10b)可以緊密貼附於任意的物體。藉由導熱基板10的良好導熱特性，讓溫度偵測單元12以及溫度調整單元14之間可以快速達到熱平衡，且達到所述熱平衡的溫 度可以快速反應在導熱基板10的另一側表面(接觸面10b)。此時，被接觸面10b接觸或貼附的物體也可藉由熱傳導而趨向所述熱平衡的溫度，即溫度控制模組1可以讓所述物體升溫或降溫。

為了方便說明溫度控制模組1的實施方式，請一併參考圖1、圖2與圖3，圖3係繪示依據本發明一實施例之具溫度控制功能的測試板的示意圖。如圖所示，具溫度控制功能的測試板2上設置有溫度控制模組1以及待測元件DUT，而溫度控制模組1可以用來控制待測元件DUT的溫度。實務上，測試板2係包含電路板20，溫度控制模組1設置於電路板20上，且溫度控制模組1的周圍可以定義有一個控溫區域A。於一個例子中，控溫區域A可以被定義為溫度控制模組1能夠精準控制溫度的區域，例如當溫度控制模組1被設定一個指定溫度時，溫度控制模組1有能力在指定時間內將控溫區域A內的溫度準確調整成所述指定溫度。當然，本實施例並不限制所述指定時間的時間長度，也不限制指定溫度，所述指定時間與指定溫度可以是測試板2的規格參數，或是由使用者自行決定。此外，雖然圖3繪示的控溫區域A為矩形，但本實施例不限制控溫區域A的形狀，只要溫度控制模組1在控溫區域A內即應屬於本實施例測試板2的範疇。

同樣地，圖3繪示的測試板2上有一個溫度控制模組1與一個待測元件DUT，但本實施例不限制溫度控制模組1與待測元件DUT的數量，也不限制溫度控制模組1與待測元件DUT是一對一的對應關係。舉例來說，測試板2上若有兩個以上需要控制溫度的待測元件DUT，只要每一個待測元件DUT都設置在一個或一個以上的溫度控制模組1的控溫區域A內，應當都處於可以被精準控制溫度的條件，即也應屬於本實施例測試板2的範疇。例如，一個待測元件DUT於電路板20上的位置可能恰好在不同溫度控制模組1的控溫區域A(部分重疊的控溫區域A) 內，只要上述的多個溫度控制模組1都設定待測元件DUT被要求的指定溫度，應當可以更有效率地控制待測元件DUT的溫度。

於一個例子中，本實施例也不排除兩個以上的待測元件DUT設置在同一個溫度控制模組1的控溫區域A內，只要所述兩個以上待測元件DUT被要求的指定溫度相同，則溫度控制模組1應當還是可以同時控制兩個以上待測元件DUT的溫度。不過，於所屬技術領域具有通常知識者可以理解，由於溫度控制模組1係經由熱傳導控制待測元件DUT的溫度，在相同的規格要求下，能有效控制兩個以上的待測元件DUT的控溫區域A或許比只控制單一個待測元件DUT的控溫區域A更小，因為在相同指定時間之下讓兩個以上的待測元件DUT達到熱平衡的速度越慢。另一方面，由於多個待測元件DUT要控制的溫度不一定相同，較佳的是，溫度控制模組1與待測元件DUT維持一對一的對應關係，從而每一個待測元件DUT可以由對應的溫度控制模組1精準控制溫度。

此外，溫度控制模組1還可以包含通訊單元(圖未示)與電源單元(圖未示)，通訊單元用於傳輸指令，而電源單元用以提供溫度控制模組1(特別是溫度偵測單元12以及溫度調整單元14)所需要的電能。例如，溫度控制模組1可以藉由通訊單元接收前述的指定溫度，從而溫度控制模組1可以決定偵測到導熱基板10的溫度是大於或小於指定溫度，藉此決定溫度偵測單元12產生的溫度控制信號是要指示溫度調整單元14執行/停止升溫或降溫，抑或是指示溫度調整單元14特定的升溫數值或降溫數值。值得一提的是，由於溫度偵測單元12與溫度調整單元14於工作時均需要消耗電能，於所屬技術領域具有通常知識者應可以了解溫度偵測單元12不可避免也會產生廢熱。然而，正是因為本實施例的溫度偵測單元12 以及溫度調整單元14被設置同一個導熱基板10上，溫度控制模組1才有可能實現精準且有效率地控制溫度。

承接上述，假設在溫度偵測單元12偵測導熱基板10目前的溫度後，溫度控制模組1判斷導熱基板10還需要升溫1.5度。有別於傳統的溫度偵測手段中，溫度偵測器和溫度控制器不僅位置上分開設置(無直接且有效的熱傳導路徑)，溫度偵測器也僅用於偵測溫度，溫度控制器僅用於加熱。本實施例的溫度偵測單元12以及溫度調整單元14有直接的熱傳導路徑(設置於同一個導熱基板10)，所述1.5度所需的熱能不會全部由溫度調整單元14提供，而是由溫度偵測單元12以及溫度調整單元14共同提供。例如，溫度偵測單元12提供升溫0.2度的熱能以及溫度調整單元14提供升溫1.3度的熱能。換句話說，本案的溫度偵測單元12不僅就近設置在待測元件DUT周圍，還可以協助待測元件DUT升溫，可以更有效利用溫度偵測單元12的廢熱。

為了說明溫度控制模組1和待測元件DUT的熱傳導路徑，請一併參考圖2到圖4，圖4係繪示依據本發明一實施例之具溫度控制功能的測試板的側面示意圖。如圖所示，測試板2的電路板20可以被定義出相對的上表面20a和下表面20b，上表面20a和下表面20b之間可以夾有金屬層200。在此，所述金屬層200是電路板20的內部結構，例如上表面20a和下表面20b是被絕緣的材料或板材，而金屬層200被夾在所述絕緣的材料或板材之間。此外，金屬層200可以帶有電路的功能性，例如金屬層200可以是電路板20的接地端(GND)。其中一原因是，當金屬層200是電路板20的接地端而非走線時，應當可以避免溫度影響走線的電阻值，進而干擾電壓、電流或信號的傳輸。

由圖可以看出，導熱基板10的接觸面10b可以貼附在電路板20的上表面20a，而導熱基板10和金屬層200在垂直方向上有重疊。因為金屬層200的導熱效率較好，本實施例導熱基板10和金屬層200的重疊處可以更有效率地讓熱能從導熱基板10進入金屬層200。由於控溫區域A和金屬層200在垂直方向上也有重疊，即在控溫區域A中的待測元件DUT和金屬層200在垂直方向重疊。同樣地，待測元件DUT和金屬層200的重疊處可以更有效率地讓熱能從金屬層200進入待測元件DUT。沿用前述的升溫1.5度的例子，本實施例的測試板2示範了溫度控制模組1所產生的熱能，可以經由高導熱效率的金屬層200水平地傳播進入待測元件DUT。值得一提的是，導熱基板10雖然貼附在電路板20的上表面20a，不代表導熱基板10和電路板20的金屬層200電性連接，通常的情況下導熱基板10和金屬層200是電性絕緣的。

當然，本發明的測試板2並不以此為限，例如溫度控制模組1和待測元件DUT有可能設置在電路板20的不同表面。請一併參考圖4和圖5，圖5係繪示依據本發明另一實施例之具溫度控制功能的測試板。與圖4繪示的例子相同的是，圖5繪示的測試板2’同樣包含了電路板20和溫度控制模組1，電路板20同樣包含表面20a、下表面20b以及金屬層200，溫度控制模組1同樣包含導熱基板10、溫度偵測單元12以及溫度調整單元14。與圖4繪示的例子不相同的是，圖5繪示的溫度控制模組1是設置在電路板20的下表面20b。此時，圖5的控溫區域雖然同樣可以被定義在上表面20a，但並非直接在溫度控制模組1的周圍。然而，從垂直方向來看，圖5的控溫區域仍然包圍溫度控制模組1，或說溫度控制模組1仍然在控溫區域內。

本實施例中，導熱基板10和金屬層200仍然在垂直方向上有重疊，並且控溫區域中的待測元件DUT和金屬層200在垂直方向上也有重疊。由於圖5可以看出，導熱基板10、金屬層200和控溫區域中的待測元件DUT呈現互相同重疊的堆疊結構。同樣地，因為金屬層200的導熱效率較好，本實施例導熱基板10和金屬層200的重疊處可以更有效率地讓熱能從導熱基板10進入金屬層200，待測元件DUT和金屬層200的重疊處可以更有效率地讓熱能從金屬層200進入待測元件DUT。據此，於前述升溫1.5度的例子中，本實施例的測試板2’示範了溫度控制模組1所產生的熱能，可以經由高導熱效率的金屬層200垂直平地傳播進入待測元件DUT。

當然，本實施例並不限制電路板20只能有一層金屬層200，電路板20也有可能是多層電路板。請一併參考圖4和圖6，圖6係繪示依據本發明再一實施例之具溫度控制功能的測試板。如圖所示，與圖4繪示的例子相同的是，圖6繪示的測試板3同樣包含了電路板30和溫度控制模組1，電路板30同樣包含上表面30a和下表面30b，溫度控制模組1同樣包含導熱基板10、溫度偵測單元12以及溫度調整單元14。與圖4繪示的例子不相同的是，電路板30中有多層的子金屬層，例如子金屬層300(第一子金屬層)與子金屬層302(第二子金屬層)。在此，溫度控制模組1和待測元件DUT下方各自的子金屬層300雖然可以被視為同一層，但子金屬層300有可能不直接相連。為了解決此問題，本實施例示範了用子金屬層302使熱傳導路徑更有效率。

詳細來說，導熱基板10的接觸面10b可以貼附在電路板30的上表面30a，而導熱基板10和下方的子金屬層300在垂直方向上有重疊。本實施例導熱基板10和子金屬層300的重疊處可以更有效率地讓熱能從溫度控制模組1進入子金 屬層300。同樣地，控溫區域中的待測元件DUT和下方的子金屬層300在垂直方向上也有重疊，並且兩段子金屬層300和下方的子金屬層302在垂直方向上也都有部分重疊，從而熱能可以從溫度控制模組1垂直地傳導子金屬層300，再由子金屬層300垂直地傳導至子金屬層302。熱能於子金屬層302中水平傳導後，再垂直地由子金屬層302傳導至子金屬層302以及上方的待測元件DUT。

綜上所述，本發明提供的具溫度控制功能的測試板與溫度控制模組提供了整合於同一個導熱基板的溫度偵測單元與溫度調整單元，讓溫度控制模組被模組化，從而縮短了溫度控制模組內溫度偵測單元與溫度調整單元的距離。並且，藉由將模組化的溫度控制模組直接放置在控溫區域的周圍，本發明可以利用直接的熱傳導手段實現對控溫區域的精準溫度控制。

10:導熱基板

12:溫度偵測單元

14:溫度調整單元

2:測試板

A:控溫區域

DUT:待測元件

Claims (6)

1. 一種具溫度控制功能的測試板，用於控制一待測元件的溫度，所述具溫度控制功能的測試板包含：一電路板，定義有相對的一上表面與一下表面，該上表面與該下表面之間包含一金屬層，且該上表面定義有一控溫區域，該控溫區域與該金屬層於垂直方向重疊；以及一溫度控制模組，包含：一導熱基板，定義有相對的一承載面與一接觸面，該接觸面接觸該電路板，且該接觸面與該金屬層於垂直方向重疊；一溫度偵測單元，設置於該承載面，用以偵測該導熱基板的溫度，以產生一溫度控制信號；以及一溫度調整單元，設置於該承載面，依據該溫度控制信號選擇性地使該接觸面升溫或降溫；其中該控溫區域用以設置該待測元件，且該溫度控制模組經由該待測元件、該金屬層與該接觸面之間的熱傳導控制該待測元件的溫度。
2. 如請求項1所述之具溫度控制功能的測試板，其中該接觸面貼附於該下表面，該控溫區域、該金屬層與該接觸面於垂直方向重疊。
3. 如請求項1所述之具溫度控制功能的測試板，其中該導熱基板為金屬材質，且該導熱基板與該金屬層電性絕緣。
4. 如請求項1所述之具溫度控制功能的測試板，其中該金屬層定義為該電路板的一接地端。
5. 如請求項1所述之具溫度控制功能的測試板，其中該金屬層包含一第一子金屬層與一第二子金屬層，該第一子金屬層與至少部分的該第二子金屬層於垂直方向重疊。
6. 如請求項5所述之具溫度控制功能的測試板，其中該接觸面貼附於該下表面，該控溫區域與至少部分的該第一子金屬層於垂直方向重疊，至少部分的該第二子金屬層與該接觸面於垂直方向重疊。

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