直接冲击式温度控制构件制造技术

一种控制装置温度的构件和系统，所述构件包括使装置暴露于其加热／冷却区域的主体，一端暴露于加热／冷却区域并设置在主体中的加热通道，以及一端暴露于加热／冷却区域并设置在主体中的冷却通道。加热和冷却通道设置在主体中以便在加热通道中传播的能量与在冷却通道中传播的气体混合，且加热和冷却源在加热区域中直接冲击装置。由于加热和冷却源直接冲击装置，所以温度控制系统可具有较低的热质量，且装置温度可在较热温度和较冷温度之间迅速变化。另外，由于加热和冷却源直接冲击装置，所以装置提供了快速的热响应，但热性能良好。另外，温度控制构件包括真空系统，其将装置保持在温度控制构件上，同时容许与用于测试的装置良好地电接触。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Direct impact temperature control component

Component and system of a temperature control device, wherein the device comprises a main body component exposed to the heating / cooling zone, one end exposed heating channel in heating / cooling area and provided in the main body, and one end of the cooling channel in the heating / cooling exposure area and disposed in the body. The heating and cooling channels are provided in the main body so that the energy transmitted in the heating channel is mixed with the gas propagating in the cooling channel, and the heating and cooling source is directly impacted in the heating region. Because of the direct impact of the heating and cooling source, the temperature control system can have a lower thermal mass, and the device temperature can vary rapidly between the hotter and colder temperatures. In addition, due to heating and cooling source direct impact device, the device provides a fast thermal response, but the thermal performance is good. In addition, the temperature control member includes a vacuum system that maintains the device on the temperature control member, while permitting good electrical contact with the device used for testing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及温度控制系统，尤其涉及用于确定、保持和控制一个装置温度的构件。例如集成电路等装置已经变得越来越小，同时这些装置消耗的能量越来越多。这样会导致装置具有较低的热质量，其在工作期间往往会快速发热。另一方面，温度控制构件通常不具有低的热质量，这是由于所述构件必须包括一个加热设备和一个散热装置。例如，美国专利5,821,505披露了一种典型的温度控制构件，其使用了一种电涂层式加热器，该加热器具有第一和第二相对的表面。散热装置与电热器的第一表面接触，测试中的电子装置与电热器的第二表面接触。这种方法形成了一种组装式分层系列元件结构，其中加热器设置在测试中的电子装置和散热装置之间。将一个温度传感器连接至电子装置上，将一个控制电路连接到温度传感器和加热器上。温度传感器检测装置温度Td，且当电子装置的检测温度高于设定值时，控制电路减少供给加热器的能量，反之则增加。当加热器温度Th比装置温度Td低时，那么热量从电子装置通过加热器流动到散热装置，而且当Td-Th增加时热流速增大。当Th比Td大时，那么热量就从加热器流动到电子装置，而且当Th-Td增加时，热流速增大。仅通过电控热能，就可以调节电子装置的热量流动，从而调节该装置温度。由于被加热和冷却的装置具有比较低的热质量，而且其上设置有用于处理和/或测试的装置的温度控制构件具有数倍于所述装置的热质量，所以装置本身不会太大影响系统的热动态特性。而系统的热动态特性由温度控制构件控制。因此，将装置保持在特定温度下的基本任务是伺服控制其上设有所述装置的温度控制构件的温度。由于温度控制构件的热质量远大于所述装置的热质量，在控制装置温度中热响应时间有一定的延迟。另外，由于温度控制构件具有数倍于所述装置的热质量，所以在使用高热质量的温度控制构件加热和/或冷却低热质量的装置中会浪费大量的能量。另外，如果加热器使为以下类型，即包括一个电轨迹，该轨迹通过每侧上的一层绝缘材料与周围隔开，采用这种分层元件方案带来的另一个问题是加热器的绝缘层意味着金属加热元件和电子装置及散热装置之间的热阻。而且，加热元件的绝缘层被反复加热和冷却，从而反复膨胀和收缩。因此，这些区域表明了由于温度变化而造成绝缘层反复膨胀和收缩所引起的潜在的机械破坏区域。因此，需要提供一种具有比较低的热质量的温度控制构件和系统，其容许装置的温度迅速变化。还需要提供这样的一种系统，该系统提供快的热响应，但一旦达到理想的温度就会提供良好的温度稳定性。还希望提供一种结构紧凑的温度控制构件，其能被用在较小的测试室中并容许与测试中的装置形成良好的电接触，而且其可以用在同时测试许多装置的环境中。本专利技术的一个目的是提供一种用于对一个装置进行温度控制的构件，所述装置利用直接冲击的冷却剂射流和激光束与之接触。本专利技术的另一个目的是使一个或多个激光束与一个或多个膨胀气体冷却射流对准，以便激光束和冷却射流基本上冲击装置的相同区域。本专利技术的再一个目的是提供一种系统，其中加热和冷却作用直接发生在装置的表面，而且该系统具有高于通过装置和温度控制表面之间机械接触所得到的有效导热系数的有效导热系数。本专利技术的又一个目的是提供一种真空构件，该构件能使装置以抽真空的方式牢牢地固定在控制所述装置温度的一个构件上。本专利技术的又一个目的是提供一种温度控制构件，其包括有助于相对于温度控制构件的支承面导向和定位一个装置到的导向和定位构件，其中所述导向和定位构件也是具有较轻质量的绝缘体。本专利技术的这些和其它目的是通过提供一种用于温度控制一个装置的构件实现的，所述构件包括一个使装置暴露于其加热/冷却区域的主体，一个一端暴露于加热/冷却区域并设置在主体中的加热通道，以及一个一端暴露于加热/冷却区域并设置在主体中的冷却通道，其中加热和冷却通道设置在主体中以便在加热通道中传播的能量与在冷却通道中传播的气体混合，因此热能和冷却气体能直接冲击装置表面上。通过这种特殊结构，提供了一种用于控制装置温度的构件。加热通道可以被设置为一种光学透明通道，而且加热源可以被设置为激光源，其产生的激光通过光学透明通道并直接冲击装置上。冷却通道可以被设置为一种气体通道，而且冷却源可以被设置为提供通过气体通道的压缩气体的气体源。气体通过一个使气体形成喷射流的喷嘴构件进入加热/冷却区域。当气体射流排出喷嘴时，气体迅速膨胀。因此气体提供了一种通过迅速膨胀气体流过气体通道并随后直接冲击到装置上所产生的冷却作用。激光和气体基本上集中在装置的相同区域中，以便加热和冷却源的冲击区域相互混合。在一个最佳实施例中，气体射流居中设置在加热源(例如激光)中，从而加热和冷却流可以被当作共轴流。由于加热和冷却源直接冲击装置上，所以使温度控制系统的系统质量和热响应时间降至最小。本专利技术的技术通过将加热器和散热装置有效地组合为一个混合源而完全消除了在现有系统中必须包含的任何加热器至散热装置的热阻。取决于使用温度控制构件的特定系统和系统的工作要求，实现毫秒热响应时间是可能的。另外，由于加热和冷却源直接冲击装置本身上，所以其中固定有所述装置的温度控制构件不必执行散热装置的功能。因此，温度控制构件可以由具有较轻质量的任何材料制成。因此，温度控制构件的质量实际上小于装置的质量。应注意快速精确的温度控制可以被用在许多用途中，包括但不局限于半导体工艺、印刷电路板制造和化学工艺。由于化学反应对温度变化及温度变化率比较敏感，所以在一些实施例中，设置在温度控制构件中的装置可以是一种组合化学芯片，其包含有不同的实验装置。温度控制构件还可以包括一个穿过主体突出到加热/冷却区域中的管。管的第一端终止在支承面下方，管的第二端适于被连接到一个真空源。当通过管抽真空时，产生真空力以将装置固定到支承面上。另外，通过将真空管的顶面设置得稍低于支承面，真空管可以用作一个经气体通道进入加热/冷却区域的膨胀冷却气体的排出装置。另外，温度控制构件可以包括一个导向构件，其用于准确地将装置导引至温度控制构件的支承面上的特定位置处。在一个最佳实施例中，由主体的一个或多个楔形上表面提供导向构件，其终止在温度控制构件的支承面上。因此，本专利技术的温度控制构件可以包括定位和真空夹紧构件，它们用以定位并保持在测试和/或处理过程中进行温度控制的装置。最佳实施例的描述现在参照附图说明图1，用于控制装置温度的温度控制系统10包括一个温度控制构件12，该构件具有多个设置在其底面中的激光口12a-12h和多个设置在其一或多个侧面中的气体口13a-13d。为了便于观察和说明，在图1中只给出了三个激光口12a，12e和12f。激光源14与各个激光口12a-12h相连，气体源16与各个气体口13a-13d相连。应该注意在一些实施例中，最好用另一种类型的能量产生装置，例如产生能量集中束的装置替代激光源14。光学透明口13a-13d和气体口12a-12h分别通向在下面将结合附图2描述的光学和气体通道。此处只要光源14和气体源16能将光和气体送入构件12中以加热和/或冷却设置在构件12中的装置就够了。下面还将结合附图2描述完成上述的特定方式。温度控制构件12包括一个具有全部标以20的多个小孔20a-20h的基座18。应理解，虽然此处所示的构件12具有八个激光口12a-12h、四个气体口13a-13d和八本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可设置一个装置的温度控制构件，所述温度控制构件包括： 一个主体，其具有一个接收所述装置的支承面和一个加热／冷却区域； 一个或多个延伸到所述主体中的气体通道，每一个所述气体通道均具有适于接收一个气体源的第一口； 一个或多个延伸到所述主体中的光学透明通道，所述一个或多个光学透明通道中的每一个通道均具有终止在所述主体的加热／冷却区域中一个小孔处的第一端以及适于接收激光信号的第二端，其特征在于：所述一个或多个光学透明通道中每一个通道的至少一部分均与一个所述气体通道的至少一部分相交，以便经所述气体通道的第一口供给的气体能经一个孔口排出以使气体膨胀并冷却而进入加热／冷却区域，同时容许所述激光通过。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯C普凡勒，亚历山大H斯洛克姆，
申请(专利权)人：泰拉丁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]