專利名稱：電子設(shè)備熱控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及特別是在電子設(shè)備或電子元 器件處于測(cè)試狀態(tài)時(shí)通過加熱和/或冷卻將該電子設(shè)備或電子元器件保持在某 一設(shè)定點(diǎn)溫度的裝置。
背景技術(shù)：
固態(tài)電子設(shè)備或電子元器件，比如半導(dǎo)體器件，通常隨溫度的不同會(huì)表現(xiàn) 出不同的特性。具有代表性的是，例如，這些電子設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱 量(即自發(fā)熱)，并因而隨著內(nèi)部溫度的升高，性能發(fā)生變化。此外，固態(tài)電 子設(shè)備通常用在各種不同的環(huán)境中，可能要承受大范圍的溫度變化。
為了保證電子設(shè)備能夠表現(xiàn)出恒定的特性，這就需要將電子設(shè)備保持在相 對(duì)恒定的溫度。這在對(duì)電子設(shè)備的功能性測(cè)試中顯得尤為重要，這些功能性測(cè) 試主要是為了保證電子設(shè)備能夠正常運(yùn)行并且能夠滿足設(shè)計(jì)要求。例如，被稱
為被測(cè)試電子設(shè)備(縮寫為DUT)的電子設(shè)備，通常會(huì)經(jīng)過耐久性測(cè)試程序， 比如短路測(cè)試和老化測(cè)試，以對(duì)電子設(shè)備的各種特性進(jìn)行觀察。在這些測(cè)試中， 為了保證測(cè)試結(jié)果有意義，被測(cè)試設(shè)備(DUT)需要保持在相對(duì)恒定的預(yù)定測(cè) 試溫度，或者保持在一設(shè)定點(diǎn)溫度。換句話說，測(cè)試者必須能夠確認(rèn)所觀察到 的電氣特性是取決于除溫度之外的其他因素。
為了維持溫度的恒定，現(xiàn)有的熱控制裝置能夠通過例如散熱器對(duì)電子設(shè)備 進(jìn)行降溫，還能通過例如電熱器對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行升溫。散熱器利用了溫度遠(yuǎn)低 于被測(cè)試電子設(shè)備的測(cè)試溫度的流體。在被測(cè)試電子設(shè)備和散熱器之間設(shè)置有 電熱器，并且通過對(duì)電熱器供電來將電熱器表面溫度提升到被測(cè)試電子設(shè)備所 需的測(cè)試溫度。散熱器會(huì)散發(fā)掉多余的熱量，并且能夠在被測(cè)試電子設(shè)備的自 發(fā)熱使其自身溫度升高到超過測(cè)試溫度的情況下將被測(cè)試電子設(shè)備在測(cè)試過程中產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉。功率波動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致顯著并且相對(duì)瞬間的自發(fā)熱產(chǎn) 生，因此就需要熱控制裝置能夠迅速并準(zhǔn)確地反應(yīng)以消除掉不期望的溫度上 升。
然而，能夠被移除的能量總量通常會(huì)受到電熱器自身最大功率密度(或瓦 特密度)的限制。例如，如果一電熱器運(yùn)行功率是500瓦特，那么為了能夠維 持測(cè)試所需溫度，大約一半的功率會(huì)在從散熱器進(jìn)入到冷卻液的過程中損失
掉。因此，例如，維持測(cè)試溫度所需的功率為250瓦特。那么，如果電熱器的
功率根據(jù)施加給被測(cè)試電子設(shè)備的功率而減小到零，那么能夠從被測(cè)試電子設(shè)
備移除的最大功率是250瓦特。否則，電熱器將無法抵消通過散熱器散發(fā)的熱 量。隨著現(xiàn)在被測(cè)試電子設(shè)備的總功率要求已升高到500瓦特，并且該功率在 將來還可能會(huì)進(jìn)一步升高，因此問題會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。此外，電熱器的不期望有的 熱阻、熱容都將會(huì)增加，從而導(dǎo)致梯度效應(yīng)(非熱均勻表面)并致使響應(yīng)時(shí)間 不夠充分。
對(duì)此種熱控制裝置的改進(jìn)實(shí)行起來存在一定困難。例如，散熱器必須和電 熱器取得適當(dāng)?shù)仄胶猓姛崞鲄s又對(duì)散熱效率的提高起阻礙作用。也就是說， 如果散熱器的散熱效力有所提高，比如，通過增加流經(jīng)散熱器的冷卻液、降低 冷卻液溫度、提高散熱片效率和/或結(jié)合另一種更高效率的冷卻液，那么電熱 器的熱容也必須增加以抵消掉散熱效力的升高，才能維持測(cè)試溫度。
其他熱控制裝置并不需要將散熱器與電熱器組合起來使用，但仍然存在功 能上的低效率缺陷。例如，Peltier (珀耳帖)設(shè)備通過電壓來產(chǎn)生熱差，既可 有效地充當(dāng)散熱器又可有效地充當(dāng)熱源。Peltier設(shè)備的不足之處在于，由于對(duì) 電子設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及將能量從電子設(shè)備上移除的響應(yīng)時(shí)間不夠充分，該設(shè) 備無法完成大規(guī)模的熱量移除以及無法對(duì)高功率密度進(jìn)行處理。因此，現(xiàn)有的 熱控制裝置無法完全滿足將電子設(shè)備保持在在恒定溫度的需求。
例如，圖1是傳統(tǒng)溫控設(shè)備對(duì)被測(cè)試電子設(shè)備的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的典型熱響 應(yīng)示意圖?？v軸表示溫度，單位為攝氏度，橫軸表示時(shí)間，單位為例如秒。測(cè) 試溫度102，也即設(shè)定點(diǎn)溫度，代表了進(jìn)行測(cè)試所需的最理想溫度。圖l中的 設(shè)定點(diǎn)溫度為90攝氏度。圖1中還示出了流體溫度104，該溫度是例如流經(jīng)散熱器的流體的溫度，該流體用于從被測(cè)試電子設(shè)備移除多余熱量。流體溫差 △T代表了測(cè)試溫度102和流體溫度104之間的溫差。圖中所示的流體溫度
104為大約30攝氏度，從而流體溫差為70攝氏度。本領(lǐng)域中眾所周知的是， 流體溫差越大，意味著散熱器的散熱速度越快。
由上可知，對(duì)電熱器以及處于測(cè)試環(huán)境的被測(cè)試電子設(shè)備都要進(jìn)行供電。 電熱器功率110的起始功率水平(例如，500瓦特)能夠使電熱器維持在最高 溫度，本例中為300攝氏度。然后，隨著設(shè)備功率112逐漸增加于被測(cè)試電子 設(shè)備以執(zhí)行預(yù)期的測(cè)試，電熱器功率110便會(huì)相應(yīng)下降，通過降低電熱器溫度 來對(duì)設(shè)備溫度108的上升進(jìn)行補(bǔ)償。然而， 一旦電熱器功率110減小到零， 而設(shè)備溫度108繼續(xù)升高，散熱器內(nèi)的流體溫度104將不足以繼續(xù)對(duì)被測(cè)試電 子設(shè)備進(jìn)行冷卻以維持測(cè)試溫度102，圖中表現(xiàn)在電熱器功率110為零之后設(shè) 備溫度108的升高。這樣的話，測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)在設(shè)備功率112達(dá)到適當(dāng)測(cè)試所 需的水平之前就"崩潰"掉了。
如上所述，升高散熱器的流體溫差不是特別有用或有效。這是因?yàn)殡姛崞?功率110 (進(jìn)而電熱器溫度)必須相應(yīng)升高以補(bǔ)償較低的流體溫度104，特別 是當(dāng)設(shè)備功率112處在較低水平時(shí)。而電熱器功率110的升高，其中的大部分 都被升高的流體溫差抵消掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)非限制性方面提供了一種通過在與設(shè)備熱接觸的散熱器中 循環(huán)流體來控制設(shè)備溫度的裝置。所述裝置包括用于輸入具有第一溫度的冷流 體部分的可調(diào)節(jié)冷輸入端，以及用于輸入具有第二溫度的熱流體部分的可調(diào)節(jié) 熱輸入端，其中所述第二溫度高于所述第一溫度，還包括與所述冷輸入端以及 熱輸入端相連的腔室，冷流體部分與熱流體部分在所述腔室中混合成混合流體 沖擊到散熱器上，所述混合流體具有直接影響散熱器溫度的混合溫度，其中， 所述冷輸入端以及熱輸入端經(jīng)過調(diào)節(jié)以動(dòng)態(tài)地控制所述混合溫度，從而使得所 述散熱器溫度能夠補(bǔ)償設(shè)備溫度的改變并且充分維持設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)溫度。所述 設(shè)備可以是半導(dǎo)體器件。所述裝置進(jìn)一步包括用于將與所述可調(diào)節(jié)冷輸入端輸入的冷流體部分的 量相對(duì)應(yīng)的混合流體量輸出的可調(diào)節(jié)冷輸出端，以及用于將與所述可調(diào)節(jié)熱輸 入端輸入的熱流體部分的量相對(duì)應(yīng)的混合流體量輸出的可調(diào)節(jié)熱輸出端。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述第一溫度介于相對(duì)于所述設(shè)定點(diǎn)溫度的大約 0攝氏度到大約負(fù)140攝氏度的范圍內(nèi)；所述第二溫度介于相對(duì)于所述設(shè)定點(diǎn) 溫度的大約0攝氏度到大約75攝氏度的范圍內(nèi)。換句話說，所述第一溫度介
于與所述設(shè)定點(diǎn)溫度相等到比所述設(shè)定點(diǎn)溫度低140攝氏度的溫度范圍內(nèi)，并 且所述第二溫度介于與所述設(shè)定點(diǎn)溫度相等到比所述設(shè)定點(diǎn)溫度約高75攝氏
度的溫度范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，隨著設(shè)備溫度的升高，所述冷流體部分會(huì)增加， 并且所述熱流體部分會(huì)減少。同樣，隨著設(shè)備溫度降低，所述冷流體部分會(huì)減 少，所述熱流體部分會(huì)增加。
所述裝置可以進(jìn)一步包括用于充分維持所述冷流體部分的第一溫度的冷 卻器和/或用于充分維持所述熱流體部分的第二溫度的加熱器。此外，所述裝 置還設(shè)有用于充分維持所述冷流體部分的第一溫度的第一熱交換器，以及用于 充分維持所述熱流體部分的第二溫度的第二熱交換器。
根據(jù)本發(fā)明的另一非限制性方面，本發(fā)明提供了一種用于控制與散熱器相 接觸的設(shè)備的溫度的方法，所述方法使用具有第一溫度的第一流體以及具有第
二溫度的第二流體，所述方法包括確定所述第一流體和所述第二流體之間的 比率以獲得混合溫度介于所述第一溫度和所述第二溫度之間的混合流體；將所 述第一流體與所述第二流體按所確定的比率混合以獲得所述混合流體；將所述 混合流體分配到散熱器的至少一部分內(nèi)以調(diào)節(jié)所述散熱器的溫度，來補(bǔ)償所述 設(shè)備溫度的改變并充分維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫度。上述將第一流體和第二流體 混合的步驟可以包括通過對(duì)應(yīng)第一流體的第一輸入端口輸入所述第一流體，通 過對(duì)應(yīng)第二流體的第二輸入端口輸入所述第二流體，以及依據(jù)所述確定的比率 將所述混合流體通過與第一流體相對(duì)應(yīng)的第一輸出端口以及與第二流體相對(duì) 應(yīng)的第二輸出端口輸出。此外，所述第一溫度可以低于目標(biāo)溫度，所述第二溫 度可以高于目標(biāo)溫度。進(jìn)一步，所述第一溫度可以介于相對(duì)于設(shè)定點(diǎn)溫度的大
ii約0攝氏度到大約負(fù)140攝氏度的范圍內(nèi)；所述第二溫度可以介于相對(duì)于設(shè)定 點(diǎn)溫度的大約0攝氏度到大約75攝氏度的范圍內(nèi)。換句話說，所述第一溫度
介于與所述設(shè)定點(diǎn)溫度相等到比所述設(shè)定點(diǎn)溫度低140攝氏度的溫度范圍內(nèi)， 并且所述第二溫度介于與所述設(shè)定點(diǎn)溫度相等到比所述設(shè)定點(diǎn)溫度高大約75 攝氏度的溫度范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述第一流體對(duì)比所述第二流體的比率可隨著設(shè) 備溫度的升高而增加，并且會(huì)隨著設(shè)備溫度的降低而減小。此外，所述第一溫 度通過冷卻器來維持，第二溫度則通過加熱器來維持。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，本發(fā)明提供了一種對(duì)設(shè)備進(jìn)行溫度控制的裝置， 所述裝置包括用于將具有對(duì)應(yīng)的多種流體溫度的多個(gè)流體部分進(jìn)行混合以獲 得混合溫度的閥門，以及與所述設(shè)備熱耦合的散熱器，所述散熱器具有與所述 混合溫度直接相關(guān)聯(lián)的散熱器溫度，其中，所述多個(gè)流體部分的混合比例經(jīng)調(diào) 節(jié)可動(dòng)態(tài)地改變所述混合溫度以及與之相關(guān)的散熱器溫度，以對(duì)所述設(shè)備溫度 的改變進(jìn)行補(bǔ)償。所述裝置可以進(jìn)一步包括設(shè)置在所述散熱器與設(shè)備之間的熱 接口材料，其中，所述散熱器通過所述熱接口材料充分維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫 度。
此外，所述散熱器可包括多個(gè)散熱片，所述混合流體以基本垂直于所述散 熱片延伸的方向沖擊到所述散熱器上。
根據(jù)本發(fā)明的另一非限制性方面，本發(fā)明提供了一種通過在與設(shè)備熱接觸
的散熱器中循環(huán)流體來控制設(shè)備的溫度的裝置，所述裝置包括用于輸入具有 第一溫度的第一流體的可調(diào)第一流體源；用于輸入具有高于所述第一溫度的第 二溫度的第二流體的可調(diào)第二流體源；用于輸入具有高于所述第一溫度及第二 溫度的第三溫度的第三流體的可調(diào)第三流體源；以及用于將所述第一流體、第 二流體以及第三流體中的至少兩種按可調(diào)節(jié)量排放，從而混合成的混合流體排 放到所述散熱器上的閥門(所述閥門可為盤式閥)，所述混合流體具有能直接 影響散熱器溫度的混合溫度；其中，所述第一流體、第二流體以及第三流體中 的至少兩種的可調(diào)節(jié)混合量是可控的，從而使得所述散熱器的溫度能夠補(bǔ)償設(shè) 備溫度的改變并且充分維持設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)溫度。此外，所述第一流體可為冷流體，所述第二流體可為具有與所述設(shè)備設(shè)定 點(diǎn)溫度基本相同的溫度的設(shè)定點(diǎn)流體，所述第三流體可為熱流體。并且，所述 設(shè)定點(diǎn)流體溫度與所述冷流體的溫度之差小于其與所述熱流體的溫度之差。更 進(jìn)一步，所述第一流體、第二流體以及第三流體中的至少兩種是同一種流體的 一部分，或者所述第一流體、第二流體以及第三流體均是同一種流體的一部分。
所述裝置可以進(jìn)一步包括第一流體回流管道，以及第二流體回流管道，其 中，在所述混合流體沖擊到散熱器上之后，所述混合流體中的一部分通過所述 第一流體回流管道回流至第一流體源，并且，所述混合流體中的余下部分通過 所述第二流體回流管道回流至第二流體源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述設(shè)備可以包括第一 電子器件測(cè)試設(shè)備以及第
二電子器件測(cè)試設(shè)備，各自具有第一閥門和第二閥門，并進(jìn)一步各自具有第一
散熱器和第二散熱器，其中，至少所述第二閥門被進(jìn)一步用于僅排放沖擊到所
述第二散熱器上的第二流體，并且，當(dāng)所述第一電子器件測(cè)試設(shè)備在對(duì)電子器
件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所述第一閥門排放沖擊到所述第一散熱器上的混合流體，所述
第二電子器件測(cè)試設(shè)備等待對(duì)下一個(gè)電子器件進(jìn)行測(cè)試并且所述第二閥門僅
排放沖擊到所述第二散熱器上的所述第二流體。
更進(jìn)一步，本發(fā)明的非限制方面提供了一種采用具有第一溫度的第一流 體、具有第二溫度的第二流體以及具有第三溫度的第三流體對(duì)與散熱器相接觸
的設(shè)備進(jìn)行溫度控制的方法，其中，所述第二溫度高于所述第一溫度，所述第 三溫度高于所述第二溫度；所述第一流體、第二流體和第三流體分別存儲(chǔ)在第 一、第二及第三流體容器內(nèi)；所述方法包括確定所述第一流體、第二流體和 第三流體中至少兩種的混合比率以獲得具有介于所述第一溫度和第三溫度之 間的混合溫度的混合流體；依據(jù)所述確定的混合比率，分別從對(duì)應(yīng)的容器中排 放出所述第一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種以獲得所述混合流體； 將所述混合流體沖擊到散熱器的至少一部分上以調(diào)節(jié)所述散熱器的溫度，來補(bǔ) 償所述設(shè)備溫度的改變并充分維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫度。此外，排放出所述第 一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種的步驟可進(jìn)一步包括通過盤式閥排 放所述第一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種。
13此外，所述第一流體可為冷流體，所述第二流體可為具有與所述設(shè)備的目 標(biāo)溫度基本相同的溫度的設(shè)定點(diǎn)流體，所述第三流體可為熱流體。并且，所述 設(shè)定點(diǎn)流體溫度與所述冷流體的溫度之差可小于其與所述熱流體的溫度之差。 更進(jìn)一步，所述第一流體、第二流體以及第三流體中的至少兩種可以是同一種 流體的一部分，或者所述第一流體、第二流體以及第三流體可以均是同一種流 體的一部分。
所述方法可以進(jìn)一步包括在將混合流體沖擊到散熱器之后將所述混合流 體中的一部分通過第一流體回流管道回收至所述第一流體容器，并將所述混合 流體中余下的部分通過第二流體回流管道回收至所述第二流體容器。
進(jìn)一步，所述設(shè)備可包括第一電子器件測(cè)試設(shè)備以及第二電子器件測(cè)試設(shè) 備，各自具有第一閥門和第二閥門，且各自具有第一散熱器和第二散熱器，所 述排放第一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種的步驟發(fā)生在所述第一電 子器件測(cè)試設(shè)備上測(cè)試電子器件的過程中，并且所述方法可以進(jìn)一步包括在 所述第一電子器件測(cè)試設(shè)備排放所述第一流體、第二流體和第三流體中的至少 兩種且所述第二電子器件測(cè)試設(shè)備正等待測(cè)試下一電子器件時(shí)，僅排放所述第 二流體以使所述第二流體沖擊到所述第二散熱器上。此外，流體的沖擊方向可 基本垂直于散熱器的散熱片的延伸方向。


本發(fā)明以下結(jié)合符合和非限制性的示例提供的詳細(xì)的描述，附圖中的相似 附圖標(biāo)號(hào)表示附圖中在幾個(gè)視圖中相似的部件，且附圖中 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型熱控制裝置的熱響應(yīng)示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中熱控制裝置的熱響應(yīng)示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中熱控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中熱控制裝置的熱夾盤的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中熱控制裝置的熱夾盤的立體剖面放大示意
圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中用于控制電子設(shè)備的溫度的方法的流程圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例中熱控制裝置的熱夾盤的示意圖9是根據(jù)本發(fā)明該另一實(shí)施例中熱控制裝置的閥門的結(jié)構(gòu)示意圖io是根據(jù)本發(fā)明該另一實(shí)施例中將冷流體、設(shè)定點(diǎn)流體以及熱流體混
合的示意圖11是根據(jù)本發(fā)明該另一實(shí)施例中熱夾盤的立體圖12是根據(jù)本發(fā)明該另一實(shí)施例中雙熱夾盤系統(tǒng)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的裝置和方法，該電子設(shè)備是例 如在可控環(huán)境中被測(cè)試的固態(tài)電子設(shè)備，稱為被測(cè)試設(shè)備(縮寫為DUT)。在 具體實(shí)施例中，傳統(tǒng)溫控設(shè)備中設(shè)置在被測(cè)試電子設(shè)備和散熱器之間的加熱器 將不再需要。取而代之的是，將具有對(duì)應(yīng)的不同溫度的流體部分(可以是任何 非固態(tài)材料，包括但不僅限于液體、氣體、粒子、顆粒或其任意組合)在散熱 器內(nèi)按各種比例進(jìn)行混合，以維持和控制被測(cè)試電子設(shè)備的溫度。又或者，將 具有不同溫度的至少兩種不同的流體在散熱器內(nèi)按各種比例進(jìn)行混合，來維持 和控制被測(cè)試電子設(shè)備的溫度。此外，在本發(fā)明中，還可采用處于不同狀態(tài)的 兩種或兩種以上的不同流體。例如，根據(jù)本發(fā)明的非限制性特征，氣體流可與 液體流相混合。因此，本發(fā)明所述的整個(gè)散熱器具有較小的熱容以及較小的熱 阻。
在一實(shí)施例中，閥門可對(duì)進(jìn)入散熱器的流體的比例以及工作循環(huán)進(jìn)行控 制。對(duì)散熱器的設(shè)計(jì)并沒有限制。也就是說，可以通過增加流體流速、增大壓 力、優(yōu)化散熱片的散熱效率、選擇較優(yōu)的流體、增加流體流速、增大溫差(即 散熱器流體相對(duì)于被測(cè)試電子設(shè)備溫度的溫度)或類似方法，將散熱效率以及 散熱能力盡可能提高到最大值。尤為重要的是，流體的冷溫差原理同樣適用于 需要進(jìn)行加熱(即熱溫差)的情況。也就是說，無需再使用加熱器升高散熱器 的溫度，取而代之的是利用具有大溫差的熱流體。此外，由于去除了加熱器以 及相關(guān)的加熱器軌跡，散熱器表面的熱梯度效應(yīng)也實(shí)質(zhì)上得到消除。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中用于調(diào)節(jié)被測(cè)試電子設(shè)備的溫度的溫控設(shè) 備的熱響應(yīng)示意圖。在測(cè)試開始(SOT)之前，沒有設(shè)備功率。此處的測(cè)試溫
度102設(shè)定為90攝氏度。同樣，有冷流溫度204以及熱流溫度206，分別相 對(duì)于測(cè)試溫度102具有冷流溫差以及熱流溫差。由于此處不再需要加熱器對(duì)散 熱器內(nèi)的冷流效應(yīng)進(jìn)行抵消，因而圖中不再示出加熱器功率。
由于無需考慮對(duì)加熱器功率的抵消作用，冷流溫度204可以比傳統(tǒng)系統(tǒng)中 的冷流溫度104低很多。圖2所示的實(shí)施例中，冷流溫度204大約為零下30 攝氏度，產(chǎn)生約120攝氏度的冷流溫差。圖2的實(shí)施例還示出了熱流溫度206 大約為200攝氏度，產(chǎn)生大約110攝氏度的熱流溫差。
冷流和熱流，或者同一流體(即相同的循環(huán)流體)的冷流和熱流部分，以 可連續(xù)調(diào)節(jié)的比例進(jìn)行混合(如下所述)，從而獲得混合散熱器流體溫度209。 在所有的實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，所使用的流體可以是相同的共 同循環(huán)流體(例如，同一流體的不同部分被加熱和/或冷卻)，或者選擇性地， 所使用的流體可以是處于單獨(dú)的容器內(nèi)的兩種或多種離散流體，在相互混合之 前彼此之間沒有連通。為了維持測(cè)試溫度102，可調(diào)節(jié)混合散熱器流體溫度209 來抵消不斷增加的設(shè)備功率112 (以及相應(yīng)升高的設(shè)備溫度)，圖中由與設(shè)備 功率112的上升相對(duì)應(yīng)的散熱器流體溫度209的下降來示出。用這種方式，設(shè) 備功率112可以在維持測(cè)試溫度102的情況下提升到測(cè)試要求的最大值。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中能夠?qū)崿F(xiàn)圖2所示溫度控制性能的熱控制裝 置的示意框圖。在圖示實(shí)施例中，熱控制裝置300包括通過一系列熱交換器以 及閥門循環(huán)流體例如Dynalene HC-10的閉路系統(tǒng)，從而該流體的一部分通過 與冷溫差容器310的熱交換而被冷卻到冷溫差，該流體的另一部分通過與熱溫 差容器320進(jìn)行熱交換而被加熱至熱溫差。例如，在圖示實(shí)施例中，冷溫差容 器310以及熱溫差容器320分別位于相互隔開的閉路系統(tǒng)內(nèi)，該相互隔開的閉 路系統(tǒng)分別通過熱交換器312和322 (可以是例如并流熱交換器)傳輸冷流和 熱流。當(dāng)然，可以理解的是，在熱控制裝置300內(nèi)可采用任何類型的熱交換器 而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神實(shí)質(zhì)。此外，還可以理解，在熱控制裝置 300中使用的流體也是非限制性的，可以應(yīng)用液體、氣體或者氣/液混合。
16冷溫差容器310可設(shè)有冷卻器，例如，保持足夠冷的溫度以使熱交換器
312的輸出為冷溫差(例如圖2所示的零下30攝氏度的冷輸出溫度，提供120 攝氏度的冷溫差)。所述冷卻器可以是單級(jí)式冷卻或?qū)盈B式冷卻，具體取決于 冷卻要求，例如，根據(jù)測(cè)試類型和/或客戶需求的不同會(huì)有不同的冷卻要求。 熱溫差容器320可以是鍋爐，例如，用以保持足夠熱的溫度以使熱交換器322 的輸出為熱溫差(例如，圖2所示的200攝氏度的熱輸出溫度，提供110攝氏 度的熱溫差)。此外，任何用于產(chǎn)生并維持熱控制裝置300內(nèi)使用液體的合適 冷溫差以及熱溫差的手段，包括不依賴于熱交換器的冷卻和加熱系統(tǒng)，都可結(jié) 合在此而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍和精神實(shí)質(zhì)。
熱交換器312和322對(duì)流經(jīng)單根導(dǎo)管305的流體的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，該導(dǎo)管 通過多個(gè)支管將流體導(dǎo)入散熱器340、 350、 360以及370內(nèi)。每個(gè)散熱器都與 相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備(例如，被測(cè)試電子設(shè)備)相接觸，以維持所述電子設(shè)備處 于設(shè)定點(diǎn)溫度。在圖示實(shí)施例中，導(dǎo)管305是獨(dú)立的閉路系統(tǒng)，該導(dǎo)管將流出 散熱器的流體傳送回?zé)峤粨Q器312以及322兩者，例如，傳送的量與從熱交換 器312以及322中流出的流體的量成比例。
該流體可在導(dǎo)管305中以任何合適的方法以及合適的壓力進(jìn)行移動(dòng)。例 如，在圖示實(shí)施例中，泵382 (—個(gè)實(shí)施例中，其以大約180 PSI的速率抽取 流體，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易知道，根據(jù)系統(tǒng)的需求，可采用更高或更低的 泵速)用于將流體抽入導(dǎo)管305中，與此同時(shí)，蓄壓器384 (以大約180PSI 的速率抽取流體，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易知道，根據(jù)系統(tǒng)的需求，可采用更 高或更低的泵速)以及穩(wěn)壓器386 (以大約160PSI的速率抽取流體，但本領(lǐng) 域技術(shù)人員很容易知道，根據(jù)系統(tǒng)的需求，可采用更高或更低的泵速)維持系 統(tǒng)內(nèi)的恒定壓力。該流體分別通過閥門(例如止回閥314以及324)進(jìn)入到熱 交換器312以及322中，確保流體以正確的方向流經(jīng)熱交換器312以及322， 并且調(diào)節(jié)進(jìn)入到每個(gè)熱交換器312以及322中的流體量。
流經(jīng)熱交換器312的一部分流體被冷卻到預(yù)定的低溫(例如零下30攝氏 度)，該低溫與冷溫差(例如120攝氏度)相一致，如圖2所示。同樣，流經(jīng) 熱交換器322的一部分流體被加熱到預(yù)定的高溫(例如200攝氏度)，該高溫
17與熱溫差(例如110攝氏度)相一致，如圖2所示。冷流部分和熱流部分分別
通過導(dǎo)管305的支管305a和305b流出熱交換器312和322。
在圖示實(shí)施例中，支管305a內(nèi)的冷流部分被分流到對(duì)應(yīng)四個(gè)散熱器340、 350、 360以及370的四個(gè)冷控制閥341、 351、 361以及371中。支管305b中 的熱流部分同樣被分流到對(duì)應(yīng)四個(gè)散熱器340、 350、 360以及370的四個(gè)熱控 制閥342、 352、 362以及372中。這些控制閥可為例如脈寬調(diào)制(PWM)模 擬流控制閥、微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)流控制闊、或者類似的闊門。當(dāng)然，所 述系統(tǒng)可包括任意數(shù)量或類型的控制閥，以及與之相對(duì)應(yīng)的散熱器，這并不脫 離本發(fā)明保護(hù)的范圍和精神實(shí)質(zhì)。例如，在一個(gè)簡(jiǎn)化實(shí)施例中，熱控制裝置 300具有與熱交換器312相對(duì)應(yīng)的一個(gè)冷流控制閥，與熱交換器322相對(duì)應(yīng)的 一個(gè)熱流控制閥，以及單獨(dú)的散熱器。
冷控制閥341、 351、 361以及371與熱控制閥342、 352、 362以及372 成對(duì)設(shè)置，因此每個(gè)散熱器都設(shè)置有兩個(gè)入口， 一個(gè)用于冷流部分，另一個(gè)用 于熱流部分，分別由冷控制閥和熱控制閥進(jìn)行控制。因此，可操作這些控制閥 來分別調(diào)節(jié)冷流部分以及熱流部分的量，從而在散熱器內(nèi)形成具有理想溫度的 混合流體部分。例如，冷流部分與熱流部分可以在散熱器的腔室內(nèi)進(jìn)行混合。
所述混合流體部分沖擊到每個(gè)散熱器340、 350、 360以及370上以控制每 個(gè)散熱器的溫度(并進(jìn)而控制每個(gè)被測(cè)試電子設(shè)備的溫度)。如本申請(qǐng)中所定 義的，混合流體的沖擊方向通常是與每個(gè)散熱器340、 350、 360以及370的散 熱片F(xiàn)延伸方向(圖中箭頭FD所示)基本垂直的方向(即正交的，如箭頭ID 所示)，如圖7所示。混合流體部分與散熱器340、 350、 360以及370的散熱 片中接觸以及循環(huán)的方向如箭頭IC所示。通過該混合流體沖擊到散熱器上， 混合溫度的作用便會(huì)直接并且有效地傳遞給散熱器。同樣，混合流體部分均勻 地分布在每個(gè)散熱器中，以避免熱梯度效應(yīng)以及其他由于不均勻的溫度分布而 導(dǎo)致的非理想效果的產(chǎn)生。所述冷控制閥以及熱控制閥可緊鄰各自的散熱器設(shè) 置，以提高散熱器對(duì)注入的流體溫度變化的時(shí)間響應(yīng)，即接近瞬時(shí)響應(yīng)。
現(xiàn)以其中一組控制閥與散熱器為例進(jìn)行說明?？刂崎y361以及362根據(jù)從 傳感器(圖中未示出)接收到的信號(hào)打開或者關(guān)閉，該傳感器可以是比如溫控器，用于對(duì)散熱器360和/或與該散熱器360連接或者由該散熱器360進(jìn)行散 熱的被測(cè)試電子設(shè)備的溫度變化進(jìn)行監(jiān)控。來自控制閥361以及362的總量可 調(diào)的冷流以及熱流以期望比例進(jìn)行混合并沖擊到散熱器360上，如上所述。對(duì) 控制閥361以及362流速的控制可通過控制閥本地來控制，或通過中央控制處 理系統(tǒng)來集中控制，該中央控制處理系統(tǒng)可接收來自控制閥的流速以及位置數(shù) 據(jù)，以及來自散熱器和/或被測(cè)試電子設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)，這并不超出本發(fā)明所 要求的保護(hù)范圍和精神實(shí)質(zhì)。
在具體實(shí)施例中，散熱器360附著到熱接口材料例如熱接口材料420 (如 圖5所示)，該熱接口材料與被測(cè)試電子設(shè)備相互接觸，能夠保證在被測(cè)試電 子設(shè)備上溫度分布更加均勻且有效。例如，所述熱接口材料包括金屬基底結(jié)構(gòu) 上的碳納米管。
混合流體部分的溫度是可調(diào)節(jié)的，其可以是在需要維持被測(cè)試電子設(shè)備的 設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)允許通過每個(gè)可調(diào)節(jié)控制閥361以及362進(jìn)入到散熱器360內(nèi)的 每種流體的量的函數(shù)。例如，隨著與散熱器360相接觸的被測(cè)試電子設(shè)備的溫 度開始升高，例如響應(yīng)被測(cè)試電子設(shè)備功率的增加而升高，散熱器360的溫度 必須降低以抵消上述溫度的升高。因此，在接收到散熱器360上的傳感器發(fā)出 的溫度升高信號(hào)后，冷流控制閥361逐漸打開和/或熱流控制閥362逐漸關(guān)閉。 相反地，隨著與散熱器360相連的被測(cè)試電子設(shè)備的溫度開始降低，散熱器 360的溫度必須升高，因此冷流控制閥361逐漸關(guān)閉和/或熱流控制閥362逐漸 打開。每個(gè)散熱器340、 350、 360和370都可以設(shè)置有專用傳感器，并通過該 傳感器抵消掉任何可能影響到被測(cè)試電子設(shè)備的變化因素。例如，被測(cè)試電子 設(shè)備的熱特性可以稍有不同，或者進(jìn)行不同測(cè)試所需的時(shí)間可以有所不同。
混合流體從散熱器340、 350、 360以及370中的每一個(gè)流出之后，通過導(dǎo) 管305流回至熱交換器312以及322。對(duì)流體不同部分分別進(jìn)行的加熱或冷卻 操作，以及對(duì)混合的冷流和熱流部分的比率的調(diào)整，將基于對(duì)每個(gè)被測(cè)試電子 設(shè)備以及/或散熱器的溫度進(jìn)行的監(jiān)控繼續(xù)進(jìn)行。
在具體實(shí)施例中，混合流體可通過與所述冷流入口和熱流入口相對(duì)應(yīng)的冷 流出口和熱流出口和/或閥門從散熱器340、 350、 360以及370中流出。與冷流入口以及熱流入口相似，冷流出口以及熱流出口也是可調(diào)節(jié)的，因此從每個(gè) 冷流出口及熱流出口流出的混合流體部分的比例與進(jìn)入對(duì)應(yīng)入口的冷或熱流
部分的比例相對(duì)應(yīng)?；蛘吡硪环桨钢?，或者除了控制從每個(gè)散熱器340、 350、 360以及370中流出的混合流體部分的比例之外，進(jìn)入到每個(gè)熱交換器312以 及322中的混合流體的量也可同樣分別通過止回閥314和324進(jìn)行控制，因此， 回流進(jìn)每個(gè)熱交換器312以及322中的混合流體的量與進(jìn)入到每個(gè)散熱器 340、 350、 360以及370中的冷熱流部分的量是成比例的。通過這種方式，熱 交換器312以及322基本只需要依據(jù)維持被測(cè)試電子設(shè)備溫度的當(dāng)前需求，對(duì) 總混合流體按比例進(jìn)行加熱或冷卻，從而提高了系統(tǒng)的效率。
此外，從相互分開的冷流出口以及熱流出口流出的混合流將分別通過相互 獨(dú)立的導(dǎo)管流回至對(duì)應(yīng)的熱交換器312以及322。例如，當(dāng)沖擊到散熱器360 上的混合流體部分為65%的冷流和35%的熱流時(shí)，那么65%的混合流體將會(huì) 從冷回流導(dǎo)管流出散熱器，而35%的混合流體將會(huì)從熱回流導(dǎo)管流出散熱器。 并且，熱交換器312和322只需要對(duì)總混合流體按比例進(jìn)行加熱或冷卻，從而 提高了系統(tǒng)的效率。
在另一具體實(shí)施例中，冷流部分和熱流部分從嚴(yán)密的意義上說，并非在散 熱器內(nèi)進(jìn)行混合，而是在處于分開的導(dǎo)管內(nèi)期間，把熱能傳遞給散熱器。例如， 來自熱溫差容器320的熱流部分經(jīng)由散熱器熱交換器(圖中未示出)，流過散 熱器(例如散熱器360)，將熱量傳遞給散熱器，之后流回?zé)峤粨Q器322 (對(duì)應(yīng) 于熱溫差容器320)。因此，熱交換器322、輸入熱控制閥342、 352、 362和 372以及相應(yīng)的輸出熱控制閥和熱流回流導(dǎo)管(圖中未示出)可用作單獨(dú)的閉 路系統(tǒng)。同樣地，熱交換器312(對(duì)應(yīng)于冷溫差容器310)、輸入冷控制閥341、 351、 361和371以及相應(yīng)的輸出冷控制閥和冷流回流導(dǎo)管(圖中未示出)可 用作閉路系統(tǒng)。同樣，該實(shí)施例可采用分開的流體和/或不同的流體類型來提 供所述冷溫差以及熱溫差。
進(jìn)一步，當(dāng)所述熱控制裝置的冷循環(huán)以及熱循環(huán)通過相互獨(dú)立的回流導(dǎo)管 分隔開而不是將冷流和熱流混合時(shí)，熱交換器312以及322將不再需要。因此， 冷溫差容器310內(nèi)的冷流在通過冷卻器冷卻之后便可以例如控制的量直接注入到散熱器340、 350、 360及370內(nèi)，并且成比例量的流體將會(huì)通過冷流回流 導(dǎo)管流回至冷溫差容器310。同樣地，熱溫差T容器320內(nèi)的熱流在通過加熱 器加熱之后便可直接注入到散熱器340、 350、 360及370內(nèi)，并且通過熱流回 流導(dǎo)管補(bǔ)充成比例量的流體。通過這種方式，對(duì)冷溫差容器310以及熱溫差容 器320的補(bǔ)給分別是按從各容器內(nèi)直接流出的液體量成比例的補(bǔ)給的。
進(jìn)一步，在另一實(shí)施例中，冷流以及熱流的混合比例可通過一個(gè)或多個(gè)單 獨(dú)的熱夾盤來控制，所述熱夾盤能夠基本同步調(diào)節(jié)混合并注入散熱器的冷、熱 流的量。例如，如圖4和圖5所示，用于一個(gè)散熱器415的熱夾盤400通過閥 門424 (包括但不僅限于盤式閥)的動(dòng)作來調(diào)節(jié)經(jīng)冷流入口 410以及單獨(dú)的熱 流入口 420進(jìn)入到熱夾盤的流體量。熱夾盤400還具有與冷流入口 410以及熱 流入口 420相對(duì)應(yīng)的冷流回流導(dǎo)管412以及熱流回流導(dǎo)管422。混合并沖擊到 散熱器415上的流體部分可經(jīng)冷流回流導(dǎo)管412以及熱流回流導(dǎo)管422按如上 所述的從冷流入口 410以及熱流入口 420流入的相同冷、熱流比例流出熱夾盤 400。進(jìn)一歩，本發(fā)明還可采用多個(gè)相互連接的熱夾盤400，類似于如圖3所 示的配置。
熱夾盤400通過萬向接頭430與基底405上的芯片(例如，被測(cè)試電子設(shè) 備406)相互接觸，或者附著在其上，其中萬向接頭430提供了靈活的定位。 特別是如圖5所示，輸入的混合流體通過在腔室417內(nèi)混合而沖擊散熱器415， 并且經(jīng)由腔室417內(nèi)的管道在散熱器415內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。散熱器415通過例如熱 接口材料420與被測(cè)試電子設(shè)備406的表面相互作用，以保證有效且均勻的熱 交換，如前所述。在具體實(shí)施例中，流體按可調(diào)節(jié)的部分經(jīng)由冷流入口 410 以及熱流入口 420流入熱夾盤400，并持續(xù)地沖擊散熱器415。如前所述，該 流體通過冷回流導(dǎo)管412以及熱回流導(dǎo)管422流出熱夾盤400。
當(dāng)然，任何利用不同溫度的流體進(jìn)行熱量傳遞以控制散熱器溫度(g卩，維 持冷溫差以及熱溫差)的方法都可用于本發(fā)明而不會(huì)影響本發(fā)明所要求的保護(hù) 范圍和精神實(shí)質(zhì)。此外，所述流體可具有多種不同的溫度。例如，在本發(fā)明的 實(shí)施例中，流經(jīng)導(dǎo)管305的流體可被分成三個(gè)或更多部分，并且每個(gè)部分都具 有不同的溫差，用以按各種不同比例混合后獲得理想的混合流體部分溫度。圖6是本發(fā)明一實(shí)施例用于控制電子設(shè)備溫度的方法的流程圖。在步驟 S602中，設(shè)置熱控制裝置要保持的理想的或目標(biāo)溫度。所述目標(biāo)溫度可以是
被測(cè)試電子設(shè)備進(jìn)行測(cè)試所需的設(shè)定點(diǎn)溫度(比如90攝氏度)?；蛘?，該目標(biāo)
溫度可以是電子元器件在運(yùn)行環(huán)境中工作的理想溫度(或溫度范圍)。
在步驟S604中，測(cè)量電子設(shè)備(例如被測(cè)試電子設(shè)備)和/或與其相接觸 的散熱器的實(shí)際溫度。然后將測(cè)得的溫度與所述理想溫度進(jìn)行比較。當(dāng)兩溫度 相同時(shí)，則無需對(duì)散熱器內(nèi)的混合流體溫度進(jìn)行任何調(diào)節(jié)，此時(shí)流程返回步驟 S604，接收更新的溫度數(shù)據(jù)。
當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，則在步驟S612中增加流經(jīng)散熱器的熱流 量和/或減少流經(jīng)散熱器的冷流量，以提高散熱器的溫度。當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè) 定點(diǎn)溫度時(shí)，則在步驟S610中增加流經(jīng)散熱器的冷流量和/或減少流經(jīng)散熱器 的熱流量，以降低散熱器的溫度。無論屬于何種情況，在對(duì)流體進(jìn)行調(diào)節(jié)后， 流程都將返回步驟S604，繼續(xù)接收更新的溫度數(shù)據(jù)，并在需要時(shí)重復(fù)后續(xù)步 驟。
圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例中熱夾盤500的示意圖。該實(shí)施例中采用了三個(gè) 流體源(也被稱為儲(chǔ)液容器)，分別是冷流源510、設(shè)定點(diǎn)流源513以及熱流 源520。設(shè)定點(diǎn)流源513內(nèi)的流體溫度高于冷流源510內(nèi)的流體溫度。更具體 地說，設(shè)定點(diǎn)流源513內(nèi)的流體溫度通常被設(shè)置為與被測(cè)試電子設(shè)備的設(shè)定點(diǎn) 溫度基本相同(考慮到在經(jīng)過熱夾盤500時(shí)會(huì)產(chǎn)生的熱量損失)。例如，如果 被測(cè)試電子設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)溫度為80攝氏度，那么設(shè)定點(diǎn)流源513內(nèi)的流體溫 度可設(shè)定為例如85攝氏度。此外，熱流源513內(nèi)的流體溫度高于設(shè)定點(diǎn)流源 內(nèi)的流體溫度。為了提高能效，設(shè)定點(diǎn)流體溫度更接近于冷流溫度而不是熱流 溫度。雖然圖8示出了具有三種不同溫度的三個(gè)流體源510、 513以及520， 但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很容易想到在選擇性的實(shí)施例中采用具有三種以 上不同溫度的三種以上流體源。例如，如果系統(tǒng)被配置成在三種不同設(shè)定點(diǎn)溫 度下測(cè)試三個(gè)被測(cè)試電子設(shè)備時(shí)，則該系統(tǒng)可具有冷流源、第一設(shè)定點(diǎn)流源、 第二設(shè)定點(diǎn)流源、第三設(shè)定點(diǎn)流源以及熱流源，共計(jì)為具有五種不同溫度的五 個(gè)不同流體源。
22如圖8所示，導(dǎo)管505將三個(gè)流體源510、513以及520互連至散熱器515。 具體地說，冷流流經(jīng)冷流導(dǎo)管505a并經(jīng)歧管580導(dǎo)入熱夾盤500，冷流在歧 管580內(nèi)與閥524 (包括但不僅限于盤式閥)連通。進(jìn)一步，設(shè)定點(diǎn)流體通過 導(dǎo)管505b流出設(shè)定點(diǎn)流源513，進(jìn)入到熱流源520內(nèi)。 一旦設(shè)定點(diǎn)流體在熱 流源520內(nèi)達(dá)到預(yù)定的高溫后，熱流便會(huì)流經(jīng)導(dǎo)管505b并通過歧管580導(dǎo)入 熱夾盤500，熱流在歧管580內(nèi)與閥524連通。未導(dǎo)入熱流源520的設(shè)定點(diǎn)流 體流經(jīng)導(dǎo)管505s，通過歧管580導(dǎo)入熱夾盤500內(nèi)，設(shè)定點(diǎn)流體在歧管580 內(nèi)與閥524連通。在對(duì)被測(cè)試電子設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的過程中，設(shè)定點(diǎn)流體可只與 冷流進(jìn)行混合，以提高能效。換句話說，避免冷熱流的直接混合可提高能效， 因?yàn)閷⒗錈崃髦苯踊旌蠒?huì)導(dǎo)致顯著的能量損耗以及增加散熱器515內(nèi)熱梯度 效應(yīng)發(fā)生的可能性。
圖9是與冷流導(dǎo)管505a、設(shè)定點(diǎn)流體導(dǎo)管505s以及熱流導(dǎo)管505b相連 的盤式閥524的結(jié)構(gòu)示意圖。閥524優(yōu)選直接安裝在散熱器上方，并能通過 180度或360度旋轉(zhuǎn)以釋放出冷流、設(shè)點(diǎn)流體以及熱流的理想混合流體，從而 使具有預(yù)定溫度的混合流體沖擊到散熱器515上(如圖8所示)。具體地說， 在非限制性實(shí)施例中，當(dāng)閥524旋轉(zhuǎn)到0度時(shí)，排放出冷流；旋轉(zhuǎn)到90度時(shí)， 排放出設(shè)定點(diǎn)流體；旋轉(zhuǎn)到180度時(shí)，排放出熱流；并且，當(dāng)閥旋轉(zhuǎn)到270 度時(shí)，已經(jīng)沖擊到散熱器515上的混合流體經(jīng)由回流管505R (如圖8所示) 回流，因此可以保證以恒定速率排放流體?；诖?，閥524優(yōu)選設(shè)置在導(dǎo)管 505a、 505s以及505b的連接處。為了優(yōu)化快速溫度響應(yīng)，最好是在散熱器的 入口處混合流體，這樣可以最小化流體通過時(shí)間。同樣，基于上面描述的配置 結(jié)構(gòu)，散熱器515以及混合腔室517 (如圖11所示)只需要設(shè)置一個(gè)入口和 一個(gè)出口。進(jìn)一步，由于流體的不可壓縮性導(dǎo)致的種種問題也可通過將流體的 混合設(shè)置得靠近散熱器515而得以減少。因此，上述配置結(jié)構(gòu)可以減少重復(fù)性 以及滯后性問題。
圖10是利用閥524的動(dòng)作混合冷流、設(shè)定點(diǎn)流體以及熱流的示意圖。具 體地說，圖10中的混合流具有大約每分鐘兩升的恒定速率；然而，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以了解的是，這一速率可高于或低于每分鐘兩升，并可發(fā)生變化而不是恒定的。
如圖8所示，來自回流導(dǎo)管505R的沖擊流體經(jīng)由設(shè)定點(diǎn)流體回流導(dǎo)管 505sR回到設(shè)定點(diǎn)流源513處，并且還通過冷流回流導(dǎo)管505aR流回到冷流源 510。換句話說，雖然有三個(gè)流體供給導(dǎo)管505a、 505s以及505b向熱夾盤供 給流體，但是只有兩個(gè)流體回流導(dǎo)管505aR以及505sR(或者505aR與505bR ; 或505sR與505bR)從熱夾盤輸出流體。然而，從圖11中熱夾盤500的立體 圖中可以看到，有三個(gè)流體供給導(dǎo)管505a、 505s和505b向熱夾盤供給流體， 并有三個(gè)流體回流導(dǎo)管505aR、 505sR和505bR從熱夾盤輸出流體。本領(lǐng)域技 術(shù)人員可知的是，在其他實(shí)施例中，可只采用一個(gè)流體回流導(dǎo)管從熱夾盤輸出 流體。此外，在混合流體沖擊到散熱器515上之后，設(shè)定點(diǎn)流體與熱流之間的 溫差將會(huì)變得很小，因此設(shè)定點(diǎn)流體回流導(dǎo)管505sR設(shè)置在熱夾盤500上部區(qū) 域中熱流回流導(dǎo)管505bR的旁邊，從而只產(chǎn)生很少的熱量損失。此外，前述 的混合流回流可發(fā)生在熱夾盤500的內(nèi)部或者外部。
雖然冷流源510和設(shè)定點(diǎn)流源513優(yōu)選以大約每分鐘30升的恒定速率循 環(huán)流體，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明還可以采用其它合適的不同 流體循環(huán)速率，并且該循環(huán)速率可以發(fā)生變化而不是恒定的。此外，如前所述 實(shí)施例，冷流、設(shè)定點(diǎn)流體以及熱流導(dǎo)管都是可調(diào)節(jié)的，因此，分別流入冷流 導(dǎo)管、設(shè)定點(diǎn)流體導(dǎo)管和熱流導(dǎo)管的混合流體部分的比例與流出對(duì)應(yīng)導(dǎo)管的冷 流、設(shè)定點(diǎn)流體和熱流的比例是相對(duì)應(yīng)的。
需要注意的是，本發(fā)明可以按圖3中所示的方式使用多個(gè)熱夾盤400、 500 (具有多個(gè)散熱器415、 515)，并且流經(jīng)多個(gè)熱夾盤的流體可以是并聯(lián)的或者 串聯(lián)的。關(guān)于這一點(diǎn)，圖8示出了與熱夾盤500互連的附加的熱夾盤500n。
在很多應(yīng)用中，通常在系統(tǒng)中會(huì)采用不止一個(gè)的熱夾盤400、 500對(duì)位于 測(cè)試站的基底508上的連續(xù)多個(gè)被測(cè)試電子設(shè)備506進(jìn)行交替測(cè)試，從而允許 被測(cè)試電子設(shè)備的快速更換。圖12示出了具有兩個(gè)熱夾盤500A、 500B的此 類系統(tǒng)，其中一個(gè)熱夾盤500A正對(duì)測(cè)試站(位置A)上的被測(cè)試電子設(shè)備506 進(jìn)行測(cè)試，而另一個(gè)熱夾盤500B等待熱夾盤500A完成對(duì)該被測(cè)試電子設(shè)備 的測(cè)試(即該熱夾盤在位置B等待測(cè)試完成(EOT))，然后熱夾盤500A會(huì)移至保持位置C,而熱夾盤500B移至位置A對(duì)下一被測(cè)試電子設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。
一旦熱夾盤500B完成了對(duì)該下一被測(cè)試電子設(shè)備的測(cè)試，熱夾盤500A便會(huì) 從保持位置C移回到位置A來對(duì)另一被測(cè)試電子設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。該操作流程 持續(xù)進(jìn)行直到所有被測(cè)試電子設(shè)備都測(cè)試完畢。
上述對(duì)被測(cè)試電子設(shè)備進(jìn)行的快速連續(xù)測(cè)試過程(例如，在采用了多個(gè)熱 夾盤500的情況下) 一般需要消耗大量的能量，因?yàn)閷?duì)散熱器重復(fù)的加熱及冷 卻會(huì)造成能量損失?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的是，混合的流體之間的溫差越大，能量 損失就越大。在前述的配置結(jié)構(gòu)中，位于位置B的熱夾盤500B僅僅排放出設(shè) 定點(diǎn)流體以使設(shè)定點(diǎn)流體沖擊到散熱器515上(即，閥524僅設(shè)置在旋轉(zhuǎn)至 90度的位置)，從而將位于位置B的熱夾盤500B的散熱器維持在恒定溫度并 且不再需要混合不同溫度的流體，從而顯著降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。進(jìn)一步， 由于位于位置B的熱夾盤500B的散熱器幾乎被維持在恒定的設(shè)定點(diǎn)溫度并且 不再需要進(jìn)行流體混合，因此測(cè)試開始時(shí)在整個(gè)散熱器515上以及被測(cè)試電子 設(shè)備上產(chǎn)生的熱梯度得到大大降低。此外，為了提高能效，對(duì)具有較低設(shè)定點(diǎn) 測(cè)試溫度的被測(cè)試電子設(shè)備可不需要使用冷卻器。
如上所述，由于不再有加熱器直接對(duì)散熱器進(jìn)行加熱來實(shí)現(xiàn)上述溫控控制 方法，本申請(qǐng)公開的各實(shí)施例改進(jìn)了熱阻特性且消除了熱梯度效應(yīng)，并且能夠 使用傳統(tǒng)方法所不支持的極大溫差T。此外，本申請(qǐng)公開的各實(shí)施例帶來更大 的散熱能力并加快了響應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明公開的實(shí)施例帶來的一個(gè)結(jié)果就是能夠 實(shí)現(xiàn)對(duì)電子設(shè)備更加嚴(yán)格的測(cè)試，處理的測(cè)試能超出傳統(tǒng)方法的500瓦特有效 功率極限，例如，可高達(dá)1500瓦特。進(jìn)一步，在任何環(huán)境(測(cè)試環(huán)境和/或運(yùn) 行環(huán)境)中對(duì)電子設(shè)備的溫度控制都得到了顯著提升。
雖然以上結(jié)合可以任何合適方式組合的幾個(gè)典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了 描述，但是應(yīng)理解的是，以上描述僅僅是說明和舉例，并非對(duì)本發(fā)明的限制。 如在此陳述和改進(jìn)的，可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明做出更改，而不脫離 本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)。雖然以上結(jié)合特定的手段、材料和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不限于所公開的特例。本發(fā)明可擴(kuò)展至所附權(quán)利要 求的范圍內(nèi)的所有功能上等同的結(jié)構(gòu)、方法和使用。
2權(quán)利要求
1、一種通過在與設(shè)備熱接觸的散熱器中循環(huán)流體來控制設(shè)備溫度的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于輸入具有第一溫度的冷流體部分的可調(diào)節(jié)冷輸入端；用于輸入具有第二溫度的熱流體部分的可調(diào)節(jié)熱輸入端，其中所述第二溫度高于所述第一溫度；以及與所述冷輸入端以及熱輸入端相連的腔室，冷流體部分與熱流體部分在所述腔室中混合成混合流體沖擊到散熱器上，所述混合流體具有直接影響散熱器溫度的混合溫度；其中，所述冷輸入端以及熱輸入端經(jīng)過調(diào)節(jié)以動(dòng)態(tài)地控制所述混合溫度，從而使得所述散熱器溫度能夠補(bǔ)償設(shè)備溫度的改變并且充分維持設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括 用于將與所述可調(diào)節(jié)冷輸入端輸入的冷流體部分的量相對(duì)應(yīng)的混合流體量輸出的可調(diào)節(jié)冷輸出端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括用于將與所述可調(diào)節(jié)熱輸入端輸入的熱流體部分的量相對(duì)應(yīng)的混合流體 量輸出的可調(diào)節(jié)熱輸出端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一溫度介于相對(duì)于 所述設(shè)定點(diǎn)溫度的大約0攝氏度到大約負(fù)140攝氏度的范圍內(nèi)，所述第二溫度 介于相對(duì)于所述設(shè)定點(diǎn)溫度的大約0攝氏度到大約75攝氏度的范圍內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述設(shè)備包括半導(dǎo)體器件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述冷流體部分隨著設(shè)備 溫度的升高而增加，所述熱流體部分隨著設(shè)備溫度的升高而減少。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述冷流體部分隨著設(shè)備 溫度的降低而減少，所述熱流體部分隨著設(shè)備溫度的降低而增加。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于充分維持所述冷流體部分的第一溫度的冷卻器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括 用于充分維持所述熱流體部分的第二溫度的加熱器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括 用于充分維持所述冷流體部分的第一溫度的第一熱交換器；以及 用于充分維持所述熱流體部分的第二溫度的第二熱交換器。
11、 一種用于控制與散熱器相接觸的設(shè)備的溫度的方法，所述方法使用具 有第一溫度的第一流體以及具有第二溫度的第二流體，其特征在于，所述方法 包括確定所述第一流體和所述第二流體之間的比率以獲得混合溫度介于所述 第一溫度和所述第二溫度之間的混合流體；將所述第一流體與所述第二流體按所確定的比率混合以獲得所述混合流 體；以及將所述混合流體分配到散熱器的至少一部分內(nèi)以調(diào)節(jié)所述散熱器的溫度， 來補(bǔ)償所述設(shè)備溫度的改變并維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將第一流體和第二流體 混合的步驟包括通過對(duì)應(yīng)第一流體的第一輸入端口輸入所述第一流體，通過對(duì)應(yīng)第二流體的第二輸入端口輸入所述第二流體；以及依據(jù)所述確定的比率將所述混合流體通過與第一流體相對(duì)應(yīng)的第一輸出 端口以及與第二流體相對(duì)應(yīng)的第二輸出端口輸出。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一溫度低于目標(biāo) 溫度，所述第二溫度高于目標(biāo)溫度。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一溫度介于相對(duì) 于設(shè)定點(diǎn)溫度的大約0攝氏度到大約負(fù)140攝氏度的范圍內(nèi)，所述第二溫度介 于相對(duì)于設(shè)定點(diǎn)溫度的大約0攝氏度到大約75攝氏度的范圍內(nèi)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一流體對(duì)比所述 第二流體的比率隨著設(shè)備溫度的升高而增加，并且隨著設(shè)備溫度的降低而減小。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通 過冷卻器來維持所述第一溫度。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 通過加熱器來維持所述第二溫度。
18、 一種對(duì)設(shè)備進(jìn)行溫度控制的裝置，其特征在于，所述裝置包括 用于將具有對(duì)應(yīng)的多種流體部分溫度的多個(gè)流體部分進(jìn)行混合以獲得混合溫度的閥門；以及與所述設(shè)備熱耦合的散熱器，所述散熱器具有與所述混合溫度直接相關(guān)聯(lián) 的散熱器溫度；其中，所述多個(gè)流體部分的混合比例經(jīng)調(diào)節(jié)可動(dòng)態(tài)地改變所述混合溫度以 及與之相關(guān)的散熱器溫度，以對(duì)所述設(shè)備溫度的改變進(jìn)行補(bǔ)償。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括設(shè) 置在所述散熱器與所述設(shè)備之間的熱接口材料。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述散熱器通過所述熱接口材料維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫度。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述散熱器包括多個(gè)散熱 片，且所述混合流體以基本垂直于所述散熱片延伸的方向沖擊到所述散熱器 上。
22、 一種通過在與設(shè)備熱接觸的散熱器中進(jìn)行流體循環(huán)來控制設(shè)備的溫度 的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于輸入具有第一溫度的第一流體的可調(diào)第一流體源； 用于輸入具有第二溫度的第二流體的可調(diào)第二流體源，所述第二溫度高于 所述第一溫度；用于輸入具有第三溫度的第三流體的可調(diào)第三流體源，所述第三溫度高于 高于所述第一溫度及第二溫度；以及用于將所述第一流體、第二流體以及第三流體中的至少兩種按可調(diào)節(jié)量排 放，從而混合成混合流體沖擊到所述散熱器上的閥門，其中所述混合流體具有能直接影響散熱器溫度的混合溫度；其中，所述第一流體、第二流體以及第三流體中的至少兩種的可調(diào)節(jié)混合 量是可控的，從而使得所述散熱器的溫度能夠補(bǔ)償設(shè)備溫度的改變并且充分維 持設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)溫度。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述閥門為盤式閥。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第一流體為冷流體， 所述第二流體為具有與所述設(shè)備設(shè)定點(diǎn)溫度基本相同的溫度的設(shè)定點(diǎn)流體，所 述第三流體為熱流體。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述設(shè)定點(diǎn)流體溫度與 所述冷流體的溫度之差小于其與所述熱流體的溫度之差。
26、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第一流體、第二流 體以及第三流體中的至少兩種是同一種流體的一部分。
27、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第一流體、第二流 體以及第三流體均是同一種流體的一部分。
28、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括 第一流體回流管道；以及第二流體回流管道；其中，在所述混合流體沖擊到散熱器上之后，所述混合流體中的一部分通 過所述第一流體回流管道回流至第一流體源，并且，所述混合流體中的余下部 分通過所述第二流體回流管道回流至第二流體源。
29、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于所述設(shè)備包括第一電子器件測(cè)試設(shè)備以及第二電子器件測(cè)試設(shè)備，各自具 有第一閥門和第二閥門，并進(jìn)一步各自具有第一散熱器和第二散熱器； 至少所述第二閥門僅排放第二流體沖擊到所述第二散熱器上； 當(dāng)所述第一電子器件測(cè)試設(shè)備在對(duì)電子器件進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所述第一閥門排 放混合流體沖擊到所述第一散熱器上，所述第二電子器件測(cè)試設(shè)備等待對(duì)下一 個(gè)電子器件進(jìn)行測(cè)試并且所述第二閥門僅排放所述第二流體沖擊到所述第二 散熱器上。
30、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述散熱器包括多個(gè)散熱片，且所述混合流體以基本垂直于所述散熱片延伸的方向沖擊到所述散熱器 上。
31、 一種采用具有第一溫度的第一流體、具有第二溫度的第二流體以及具有第三溫度的第三流體對(duì)與散熱器相接觸的設(shè)備進(jìn)行溫度控制的方法，其中，所述第二溫度高于所述第一溫度，所述第三溫度高于所述第二溫度；所述第一 流體、第二流體和第三流體分別存儲(chǔ)在第一、第二及第三流體容器內(nèi)；其特征 在于，所述方法包括確定所述第一流體、第二流體和第三流體中至少兩種的混合比率以獲得具 有介于所述第一溫度和第三溫度之間的混合溫度的混合流體；依據(jù)所述確定的混合比率，分別從對(duì)應(yīng)的容器中排放出所述第一流體、第 二流體和第三流體中的至少兩種以獲得所述混合流體；將所述混合流體沖擊到散熱器的至少一部分上以調(diào)節(jié)所述散熱器的溫度， 來補(bǔ)償所述設(shè)備溫度的改變并充分維持所述設(shè)備的目標(biāo)溫度。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，排放出所述第一流體、 第二流體和第三流體中的至少兩種的步驟可進(jìn)一步包括通過盤式閥排放所述 第一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種。
33、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一流體為冷流體， 所述第二流體為具有與所述設(shè)備的目標(biāo)溫度基本相同的溫度的設(shè)定點(diǎn)流體，所 述第三流體為熱流體。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述設(shè)定點(diǎn)流體溫度與 所述冷流體的溫度之差小于其與所述熱流體的溫度之差。
35、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一流體、第二流 體以及第三流體中的至少兩種是同一種流體的一部分。
36、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一流體、第二流 體以及第三流體均是同一種流體的一部分。
37、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 在將混合流體沖擊到散熱器上之后將所述混合流體中的一部分通過第一流體回流管道回收至所述第一流體容器；以及在將混合流體沖擊到散熱器上之后將所述混合流體中余下的部分通過第 二流體回流管道回收至所述第二流體容器。
38、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述設(shè)備包括第一電子器件測(cè)試設(shè)備以及第二電子器件測(cè)試設(shè)備，各自具 有第一閥門和第二閥門，且各自具有第一散熱器和第二散熱器；所述排放第一流體、第二流體和第三流體中的至少兩種的步驟發(fā)生在所述第一電子器件測(cè)試設(shè)備上測(cè)試電子器件的過程中，并且所述方法進(jìn)一步包括 在所述第一電子器件測(cè)試設(shè)備排放所述第一流體、第二流體和第三流體中 的至少兩種且所述第二電子器件測(cè)試設(shè)備正等待測(cè)試下一電子器件時(shí)，僅排放 所述第二流體以使所述第二流體沖擊到所述第二散熱器上。
39、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，流體的沖擊方向基本垂直于散熱器的散熱片的延伸方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過在與設(shè)備(406)熱接觸的散熱器(415)中循環(huán)流體來控制設(shè)備(406)溫度的裝置。所述裝置包括用于輸入具有第一溫度的冷流體部分的可調(diào)節(jié)冷輸入端(410)，以及用于輸入具有高于第一溫度的第二溫度的熱流體部分的可調(diào)節(jié)熱輸入端(420)。所述裝置進(jìn)一步包括與冷輸入端(410)以及熱輸入端(420)相連的腔室(417)，冷流體部分與熱流體部分在所述腔室中混合成混合流體沖擊到散熱器(415)上。所述混合流體具有直接影響散熱器(415)溫度的混合溫度。所述冷輸入端(410)以及熱輸入端(420)經(jīng)過調(diào)節(jié)以動(dòng)態(tài)地控制所述混合溫度，從而使得所述散熱器溫度能夠補(bǔ)償設(shè)備(406)溫度的改變并且維持設(shè)備(406)的設(shè)定點(diǎn)溫度。
文檔編號(hào)F25B29/00GK101495819SQ200780028515
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者大衛(wèi)·余, 拉里·斯塔基, 羅伯特愛德華·阿爾代, 阿納斯塔西奧·戈納斯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛德萬測(cè)試