一种测试中装置所用的热头以及一种用于测试中装置温度的控制方法
【技术领域】
[0001]一般来说，本发明是关于一种热控制及/或调控测试中装置的领域，例如测试中装置例如正进行电子测试的微处理器，或是使用中或进行测试的其它装置。更确切地来说，本发明是关于一种热头，在工业测试环境中，此种热头用于加热/冷却微处理器。
【背景技术】
[0002]在电子装置的生产过程中，例如微处理器(以下也称为测试中装置，DevicesUnder Test，DUT)、水性温度解决方式(Water-based Thermal Solut1n)也称为热头，是用以控制所欲测试温度，通过电子加热器，对于此电子加热器的动力顺序来说，具有或不具有热电冷却器。
[0003]热槽为一组件，其传送产生于固态材料内的热至流体介质，例如空气或液体。热槽协助冷却电子和光电装置，例如CPU、高功率雷射和发光二极管(LEDs)。热电冷却是使用帕耳帖(Peltier)效应以生成一热流于两种相异形态材料的接合处。帕耳帖冷却器、帕耳帖加热器或帕耳帖热电加热泵为一固体状态致动热泵，其自装置的一侧传送热至装置的另一侧，过程依据电流方向而消耗电。此种装置称做热电冷却器(thermoelectric cooler，TEC)。
[0004]电加热器为一种电设备，其转换电能为热能。每一电加热器内部的加热组件仅为电阻，且依据焦耳加热原理运作，通过电阻的电流转换电能为热能。
[0005]微处理器的电子电路芯片密度增加的同时，密度是以每单位区域的电路数目量测，电路密度增加也导致热能相对应地产生，热能需自此些装置移除，特别是当此些装置运作于持续增加的频率中。
[0006]因此，自微处理器移除充足的热为一重要问题，此外，也期望尽量在不过度耗能的前提下，又能维持所欲设定温度情况。
[0007]习知的热槽，是受限于其容量，即便有人采用具有较高散热片结构的热槽。这样的热槽是受限的，因为较长的散热片，效率随之快速下降，因为少量的热达到散热片末端。第I图示意性地显示传统的水性热头的机械式堆栈。可看出水性热头的一般组件是经常维持和热头所有主要组件机械接触，且测试中装置允许热经常性地被移除，如第2图所示。与热头的主要组件经常性接触的缺点在于，当热头在特定较高温度用以对测试中装置进行测试时，导致能量的消耗，因需使用更多能量以消除冷却室的冷却器温度。
[0008]美国专利第6，084，215号说明书中揭露测试设备，其可测试仍处于晶圆状态的芯片，所提出的晶圆温度控制设备在仍处于晶圆状态的芯片的可靠度测试期间，可正确地取得和稳定测试温度。
[0009]美国专利第8，040, 145号说明书中揭露温度控制装置，此装置具有一小型化流体冷却热槽，此热槽具备整合加热器和感测组件。此装置是做为温度控制系统的一部分，以在测试阶段提供受控温度表面至电子DUT，例如半导体装置。此种液体冷却热槽具有两个整合冷却通道，其具备入口、出口和热传送部件。热传送部件是设置于分离平板上，且可能具有冷却散热片。两个整合加热器是装设在装置内。
[0010]美国专利第7，639，029号说明书中揭露和热单元搭配使用的热槽拖架装置，其包括:插入物，具有拖架，配置以相接一测试中单元；一表面介质室，受压于插入物和热单元间，其中表面封着物界定了表面介质室的周长；以及止动件，保持插入物并架设置热单元，热单元具有止动件开口，以允许插入物经由止动件开口延伸以相接于测试中单元。
[0011]美国专利第6，489，793号说明书中揭露控制测试中装置温度的系统，包括:量测装置，用以在测试期间，量测装置的实时功率消耗；热交换器，和装置传导性地相接；热控制器，用以控制热交换器，通过使用量测得的装置之实时功率消耗，以在测试期间，调节装置的温度；其中:量测装置包括:至少一电流量测装置，用以通过一或多个供电器而监测供应至此装置的电流；至少一电压量测装置，用以通过一或多个供电器而监测供应至此装置的电压；以及监测电路，耦接于至少一电流量测装置和至少一电压量测装置，以自监测电流和电压而产生功率使用信号；以及用以判断热交换器设定之热控制器，包括热控制电路，其采用其后的公式以预测装置温度。
[0012]美国专利第6，886，976号说明书中揭露测试中电子组件温度的控制方法，此方法包括下列步骤:(a)获致温度控制设备，温度控制设备包括，加热器部件，配置以提供第一热信道至测试中装置；和一热槽，配置以提供第二热信道至测试中装置，第一热信道和第二热信道相关于平行热电阻，平行热电组连于测试中装置；其中加热器组件包括热表面且热槽包括一冷却表面，冷却表面和加热表面共平面且物理上为有区别的。(b)施加冷却表面至测试中装置的第一部分；以及(c)同时地施加加热表面至测试中装置的第二部份，以响应测试温度设定。
[0013]美国专利第6717115号说明书，标题为”用于快速测试的半导体处理器”揭露具有热板的半导体处理系统，包括:a)第一组件，具有复数个穿越其间的洞；b)第二组件，邻近第一组件，具有数个穿越其间而形成的真空槽道，真空槽道连接此些洞；c)内嵌于热板中的电阻加热器；以及d)流体通道，具有流体入口和流体出口，流体信道通过第一组件和第二组件至少一的表面中的槽道而形成。
【发明内容】
[0014]本发明一方面是提供一种测试中装置所用的热头，具有环架夹具和保护性外壳和空气室，空气室具有入气孔和复数个O环沟槽，以形成气动控制机构，包括:(a)冷却室，位于保护性外壳中，冷却室具有至少一入口和至少一出口，形成于冷却室的每一相对边缘上，用以自入口到出口流动一冷却流体，以提供冷却温度至测试中装置，测试中装置是靠近而相接于热头；(b)具有内嵌加热器的金属板，形成于冷却室下，其中当热头是在运作中时，金属板接触测试中装置的表面；(C)气隙，形成于冷却室和金属板间，其中气隙的尺寸是依据冷却室和金属板间的距离而定，其中冷却室相对金属板移动；以及(d) —对线圈弹簧机构，设置于金属板的基底和夹套(jacket)间，夹套于其相对边缘而覆盖冷却室，以提供冷却室向上脱离，以当不需冷却时形成一空隙；且其中冷却室的线性向下移动是藉由气动控制机制所致动；且其中测试中装置的温度或直接放置在金属板下之测试中装置的测试温度的热响应时间，是藉由内嵌于金属板中的加热器而加热测试中装置，或者当冷却室为运作中且相接于金属板而冷却测试中装置，而进行控制。
[0015]本发明之再一方面提供测试中装置所用的热头，具有环架夹具、保护性外壳和空气室，空气室具有入气孔和复数个O环沟槽，以形成气动控制机构，包括:(a)冷却室，位于该保护性外壳中，该冷却室具有至少一入口和至少一出口，形成于冷却室的每一该相对边缘上，用以自入口到出口流动一冷却流体，以提供冷却温度至测试中装置，测试中装置是靠近而相接于热头；(b)具有内嵌加热器的金属板，形成于冷却室下，其中当热头是在运作中时，金属板接触测试中装置的表面；(C)气隙，形成于冷却室和金属板间，其中气隙的尺寸是依据冷却室和金属板间的距离而定，其中冷却室相对金属板移动；(d) —对线圈弹簧机构，设置于金属板的基底和夹套(jacket)间，夹套于其相对边缘而覆盖冷却室，以当不需冷却时提供冷却室的向上脱离，而形成一空隙；(e)散热片数组，形成于朝向冷却室之热板的表面上；且其中冷却室的线性向下移动是藉由气动控制机构所致动；且其中测试中装置的温度或直接放置在金属板下之测试中装置的测试温度的热响应时间，是藉由嵌入于金属板内的加热器而加热测试中装置，或者当冷却室为运作中且移动至相接于金属板而冷却测试中装置，而进行控制。
[0016]本发明之又一方面提供用以控制测试中装置的温度之方法，方法使用热头，以冷却测试中装置的温度，方法包括下列步骤:(i)放置热头于测试中装置的表面上，使得热头的金属板是完全相接于测试中装置；(ii)移动热头的冷却室朝向热头的加热金属板，直到冷却室是完全相接金属板，以自热化的测试中装置进行散热；(iii)通过一冷却流体经由该冷却室的边缘上的一入口，并使得冷却流体自冷却室的出口流出，使得产生自测试中装置的热藉由冷却流体被带离。
[0017]本发明另一方面提供用以控制测试中装置的温度之方法，方法使用热头，以加热测试中装置的温度，方法包括下列步骤:(i)移动热头的冷却室，当金属板是完全地相接于测试中装置，将冷却室自热头的加热的金属板移开，直到可改变尺寸的空隙形成于冷却室和金属板间；(ii)停止一冷却流体通过，冷却流体是经由冷却室的边缘上的入口至冷却室；以及(iii)藉由金属板的嵌入式加热器加热金属板，直到获致该