电子设备热控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过在与设备（４０６）热接触的散热器（４１５）中循环流体来控制设备（４０６）温度的装置。所述装置包括用于输入具有第一温度的冷流体部分的可调节冷输入端（４１０），以及用于输入具有高于第一温度的第二温度的热流体部分的可调节热输入端（４２０）。所述装置进一步包括与冷输入端（４１０）以及热输入端（４２０）相连的腔室（４１７），冷流体部分与热流体部分在所述腔室中混合成混合流体冲击到散热器（４１５）上。所述混合流体具有直接影响散热器（４１５）温度的混合温度。所述冷输入端（４１０）以及热输入端（４２０）经过调节以动态地控制所述混合温度，从而使得所述散热器温度能够补偿设备（４０６）温度的改变并且维持设备（４０６）的设定点温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及温度控制领域，更具体地说，涉及特别是在电子设备或电子元 器件处于测试状态时通过加热和/或冷却将该电子设备或电子元器件保持在某 一设定点温度的装置。
技术介绍
固态电子设备或电子元器件，比如半导体器件，通常随温度的不同会表现 出不同的特性。具有代表性的是，例如，这些电子设备在运行过程中会产生热 量(即自发热)，并因而随着内部温度的升高，性能发生变化。此外，固态电 子设备通常用在各种不同的环境中，可能要承受大范围的温度变化。为了保证电子设备能够表现出恒定的特性，这就需要将电子设备保持在相 对恒定的温度。这在对电子设备的功能性测试中显得尤为重要，这些功能性测 试主要是为了保证电子设备能够正常运行并且能够满足设计要求。例如，被称为被测试电子设备(縮写为DUT)的电子设备，通常会经过耐久性测试程序， 比如短路测试和老化测试，以对电子设备的各种特性进行观察。在这些测试中， 为了保证测试结果有意义，被测试设备(DUT)需要保持在相对恒定的预定测 试温度，或者保持在一设定点温度。换句话说，测试者必须能够确认所观察到 的电气特性是取决于除温度之外的其他因素。为了维持温度的恒定，现有的热控制装置能够通过例如散热器对电子设备 进行降温，还能通过例如电热器对电子设备进行升温。散热器利用了温度远低 于被测试电子设备的测试温度的流体。在被测试电子设备和散热器之间设置有 电热器，并且通过对电热器供电来将电热器表面温度提升到被测试电子设备所 需的测试温度。散热器会散发掉多余的热量，并且能够在被测试电子设备的自 发热使其自身温度升高到超过测试温度的情况下将被测试电子设备在测试过程中产生的热量散发掉。功率波动通常会导致显著并且相对瞬间的自发热产 生，因此就需要热控制装置能够迅速并准确地反应以消除掉不期望的温度上 升。然而，能够被移除的能量总量通常会受到电热器自身最大功率密度(或瓦 特密度)的限制。例如，如果一电热器运行功率是500瓦特，那么为了能够维 持测试所需温度，大约一半的功率会在从散热器进入到冷却液的过程中损失掉。因此，例如，维持测试温度所需的功率为250瓦特。那么，如果电热器的功率根据施加给被测试电子设备的功率而减小到零，那么能够从被测试电子设备移除的最大功率是250瓦特。否则，电热器将无法抵消通过散热器散发的热 量。随着现在被测试电子设备的总功率要求已升高到500瓦特，并且该功率在 将来还可能会进一步升高，因此问题会愈发严重。此外，电热器的不期望有的 热阻、热容都将会增加，从而导致梯度效应(非热均匀表面)并致使响应时间 不够充分。对此种热控制装置的改进实行起来存在一定困难。例如，散热器必须和电 热器取得适当地平衡，而电热器却又对散热效率的提高起阻碍作用。也就是说， 如果散热器的散热效力有所提高，比如，通过增加流经散热器的冷却液、降低 冷却液温度、提高散热片效率和/或结合另一种更高效率的冷却液，那么电热 器的热容也必须增加以抵消掉散热效力的升高，才能维持测试温度。其他热控制装置并不需要将散热器与电热器组合起来使用，但仍然存在功 能上的低效率缺陷。例如，Peltier (珀耳帖)设备通过电压来产生热差，既可 有效地充当散热器又可有效地充当热源。Peltier设备的不足之处在于，由于对 电子设备的动态响应以及将能量从电子设备上移除的响应时间不够充分，该设 备无法完成大规模的热量移除以及无法对高功率密度进行处理。因此，现有的 热控制装置无法完全满足将电子设备保持在在恒定温度的需求。例如，图1是传统温控设备对被测试电子设备的温度进行调节的典型热响 应示意图。纵轴表示温度，单位为摄氏度，横轴表示时间，单位为例如秒。测 试温度102，也即设定点温度，代表了进行测试所需的最理想温度。图l中的 设定点温度为90摄氏度。图1中还示出了流体温度104，该温度是例如流经散热器的流体的温度，该流体用于从被测试电子设备移除多余热量。流体温差 △T代表了测试温度102和流体温度104之间的温差。图中所示的流体温度104为大约30摄氏度，从而流体温差为70摄氏度。本领域中众所周知的是， 流体温差越大，意味着散热器的散热速度越快。由上可知，对电热器以及处于测试环境的被测试电子设备都要进行供电。 电热器功率110的起始功率水平(例如，500瓦特)能够使电热器维持在最高 温度，本例中为300摄氏度。然后，随着设备功率112逐渐增加于被测试电子 设备以执行预期的测试，电热器功率110便会相应下降，通过降低电热器温度 来对设备温度108的上升进行补偿。然而， 一旦电热器功率110减小到零， 而设备温度108继续升高，散热器内的流体温度104将不足以继续对被测试电 子设备进行冷却以维持测试温度102，图中表现在电热器功率110为零之后设 备温度108的升高。这样的话，测试系统将会在设备功率112达到适当测试所 需的水平之前就"崩溃"掉了。如上所述，升高散热器的流体温差不是特别有用或有效。这是因为电热器 功率110 (进而电热器温度)必须相应升高以补偿较低的流体温度104，特别 是当设备功率112处在较低水平时。而电热器功率110的升高，其中的大部分 都被升高的流体温差抵消掉。
技术实现思路
本专利技术的一个非限制性方面提供了一种通过在与设备热接触的散热器中 循环流体来控制设备温度的装置。所述装置包括用于输入具有第一温度的冷流 体部分的可调节冷输入端，以及用于输入具有第二温度的热流体部分的可调节 热输入端，其中所述第二温度高于所述第一温度，还包括与所述冷输入端以及 热输入端相连的腔室，冷流体部分与热流体部分在所述腔室中混合成混合流体 冲击到散热器上，所述混合流体具有直接影响散热器温度的混合温度，其中， 所述冷输入端以及热输入端经过调节以动态地控制所述混合温度，从而使得所 述散热器温度能够补偿设备温度的改变并且充分维持设备的设定点温度。所述 设备可以是半导体器件。所述装置进一步包括用于将与所述可调节冷输入端输入的冷流体部分的 量相对应的混合流体量输出的可调节冷输出端，以及用于将与所述可调节热输 入端输入的热流体部分的量相对应的混合流体量输出的可调节热输出端。根据本专利技术的第二方面，所述第一温度介于相对于所述设定点温度的大约 0摄氏度到大约负140摄氏度的范围内；所述第二温度介于相对于所述设定点 温度的大约0摄氏度到大约75摄氏度的范围内。换句话说，所述第一温度介于与所述设定点温度相等到比所述设定点温度低140摄氏度的温度范围内，并 且所述第二温度介于与所述设定点温度相等到比所述设定点温度约高75摄氏度的温度范围内。根据本专利技术的另一方面，随着设备温度的升高，所述冷流体部分会增加， 并且所述热流体部分会减少。同样，随着设备温度降低，所述冷流体部分会减 少，所述热流体部分会增加。所述装置可以进一步包括用于充分维持所述冷流体部分的第一温度的冷 却器和/或用于充分维持所述热流体部分的第二温度的加热器。此外，所述装 置还设有用于充分维持所述冷流体部分的第一温度的第一热交换器，以及用于 充分维持所述热流体部分的第二温度的第二热交换器。根据本专利技术的另一非限制性方面，本专利技术提供了一种用于控制与散热器相 接触的设备的温度的方法，所述方法使用具有第一温度的第一流体以及具有第二温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过在与设备热接触的散热器中循环流体来控制设备温度的装置，其特征在于，所述装置包括：　用于输入具有第一温度的冷流体部分的可调节冷输入端；　用于输入具有第二温度的热流体部分的可调节热输入端，其中所述第二温度高于所述第一温度；以 及　与所述冷输入端以及热输入端相连的腔室，冷流体部分与热流体部分在所述腔室中混合成混合流体冲击到散热器上，所述混合流体具有直接影响散热器温度的混合温度；　其中，所述冷输入端以及热输入端经过调节以动态地控制所述混合温度，从而使得所 述散热器温度能够补偿设备温度的改变并且充分维持设备的设定点温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里斯塔基，阿纳斯塔西奥戈纳斯，罗伯特爱德华阿尔代，大卫余，
申请(专利权)人：株式会社爱德万测试，
类型：发明
国别省市：JP[日本]