(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱制御器および熱交換器を用いて熱交換器と伝熱状態で接触しているテスト中の装置の温度を制御する温度制御方法であって、
前記装置による電力消費量に関するパラメータを測定するステップと、
Ｋthetaを前記装置と前記熱交換器の間の熱抵抗から得られる定数とし、Ｐedを前記装置の電力消費量とし、Ｔfssを前記熱交換器の、前記装置に伝熱状態で接触している表面での温度とする下記式
装置の温度＝Ｋtheta・Ｐed＋Ｔfss
を用いて前記装置の温度を実質的に決定するステップと、
決定された前記装置の温度を使用して前記熱制御器により前記熱交換器を制御して前記装置の温度を制御するステップと
からなる温度制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の温度制御方法であって、
前記装置による電力消費量に関する前記パラメータの測定において、
テスト中の前記装置にプログラマブル電源により供給される電力についての実時間情報を含むデータ信号を前記プログラマブル電源から連続して受信する、温度制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記装置は集積回路である温度制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記装置は電子デバイスである温度制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記装置の電力消費量に関するパラメータの測定において、前記装置の少なくとも部分的な電力消費量を監視する、温度制御方法。
【請求項６】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記電力消費量に関するパラメータの測定において、前記装置に電力を供給する電源を監視し、前記電源から電圧と電流を測定する、温度制御方法。
【請求項７】
請求項１に記載の温度制御方法であって、
測定される前記装置による電力消費量に関する前記パラメータは、測定中の前記装置の瞬間電力消費量である、温度制御方法。
【請求項８】
請求項５に記載の温度制御方法であって、前記少なくとも部分的な電力消費量の監視において、前記装置の全電力消費量を監視し、この監視された全電力消費量が前記装置の温度制御に使用される、温度制御方法。
【請求項９】
請求項１に記載の温度制御方法であって、
さらに、決定された前記温度に基づいて、前記熱交換器の温度を制御するステップを含み、
前記パラメータの測定において、１以上の電源により前記装置に供給される電力に関連する前記装置の電力消費量を監視することを含む、温度制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の温度制御方法であって、前記熱交換器の温度の制御において、前記装置の前記監視された電力消費量を前記熱交換器の温度に反映する、温度制御方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記熱交換器は、前記装置に伝熱状態で結合され、前記熱交換器は、前記装置の決定された温度の変化に応答して前記装置の温度を制御する、温度制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の温度制御方法であって、前記熱交換器は、加熱素子が組み込まれている表面を備えるヒートシンクを含み、前記ヒートシンクは、前記装置の温度が予め決められた設定点温度を超えるときに前記装置から熱を取り去り、前記加熱素子は、決定された前記装置の温度に基づいて、前記設定点近傍に前記装置を維持するように、熱を選択的に供給するように制御される、温度制御方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記装置の電力消費量に関するパラメータの測定において、
前記装置の第１電流消費量を表す信号を生成し、
前記装置の前記第１電流消費量に対応する第１電圧を表す信号を生成し、
第１電圧を表す前記信号で第１電流消費量を表す前記信号を乗算して、前記装置の第１電力消費量を表す信号を生成する、温度制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の温度制御方法であって、前記装置による電力消費量に関するパラメータの測定において、さらに、
前記装置の第２電流消費量を表す信号を生成し、
前記装置の前記第２電流消費量に対応する第２電圧を表す信号を生成し、
第２電圧を表す信号で第２電流消費量を表す信号を乗算して、前記装置の第２電力消費量を表す信号を生成し、
前記第１電力消費量を表す前記信号を、前記装置の第２電力消費量を表す前記信号に加算して、前記装置の合計電力消費量を表す信号を生成する、温度制御方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の温度制御方法であって、
前記装置による電力消費量に関する測定パラメータに基づく前記装置の温度の制御において、
前記熱交換器を制御して前記装置の温度を制御するステップを含み、
前記熱交換器の設定を、少なくとも部分的には前記装置による電力消費量に関する測定パラメータに基づいて制御する、温度制御方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の温度制御方法であって、前記熱交換器の温度を制御するステップを含み、この熱交換器の制御において、前記熱交換器を制御するために利用される信号を生成するために、Ｖtestを熱交換器を制御するのに利用する信号とし、Ｖspを前記装置の設定点温度を表す電圧とし、Ｖk-thetaを前記Ｋthetaを表す電圧とし、値ＶPedを前記装置の前記電力消費量を表す電圧とし、Ｖfstを前記温度Ｔｆｓｓを表す電圧とし、ＶIROを前記熱交換器の精確な一定電流と可変抵抗との積の値を表す電圧とし、Ｖalphaを前記熱交換器の可変抵抗の曲線の温度に対する傾きを表す電圧とする下記式
Ｖtest＝ｄ(Ｖsp−((Ｖk-theta・ＶPed)＋(Ｖfst−ＶIRO)/Ｖalpha))/ｄt
を使用する、温度制御方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の温度制御方法であって、前記装置の電力消費量に関する前記装置の温度の制御において、さらに、
前記装置の第１電流消費量を表す前記信号を処理し、
前記装置の前記第１電流消費量に対応する第１電圧を表す前記信号を処理し、
２つの前記信号は、前記乗算の前に処理される、温度制御方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の温度制御方法であって、
前記熱交換器の温度の制御において、アナログ回路を用いる、温度制御方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の温度制御方法であって、
え前記熱交換器の温度の制御において、ＰＩＤ制御を用いる、温度制御方法。
【請求項２０】
テスト中の装置の温度を制御する温度制御システムであって、
前記テスト中の装置による電力消費量に関するパラメータを測定する測定装置と、
前記装置と伝熱状態で接触している熱交換器と、
前記テスト中の装置による前記電力消費量の測定値を用いて前記熱交換器を制御して、前記熱交換器と前記装置の温度を制御する熱制御器とからなり、
前記熱交換器の設定を制御する前記熱制御器は、Ｋthetaを前記装置と前記熱交換器の間の熱抵抗から得られる定数とし、Ｐedを前記装置の電力消費量とし、Ｔfssを前記熱交換器の前記装置に伝熱状態で接触している側の表面での温度とする下記式
装置の温度＝Ｋtheta・Ｐed＋Ｔfss
を使用して前記装置の温度を決定する、
温度制御システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、
前記測定装置は瞬間熱消費量を測定する、温度制御システム。
【請求項２２】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、前記測定装置が、前記装置の電力消費量を監視する監視装置を含む、温度制御システム。
【請求項２３】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、前記監視装置が全電力消費量を監視する、温度制御システム。
【請求項２４】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、
前記測定装置が、
一つかそれ以上の電力供給源から前記装置に供給された電流を監視する少なくとも一つの電流測定装置と、
一つかそれ以上の電力供給源から前記装置に供給された電圧を監視する少なくとも一つの電圧測定装置と、
前記少なくとも一つの電流測定装置と前記少なくとも一つの電圧測定装置とに接続されて、監視された電流と電圧とから電力消費量信号を出力する監視回路とからなり、
また、熱交換器の設定を制御する熱制御器が、前記装置の温度の予測において前記式
前記装置の温度＝Ｋtheta・Ｐed +Ｔfss
を使用する熱制御回路を含む、温度制御システム。
【請求項２５】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、さらに、
テスト中の前記装置に電力を供給すると共に、テスト中の前記装置により使用される電力についての情報を含むデータ信号を供給するプログラマブル電源と、
前記プログラマブル電源と接続されていて、前記プログラマブル電源から前記データ信号を受け取って、テスト中の前記装置により使用される電力についてのデータを取得するデータ取得装置と
を含む、温度制御システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の温度制御システムであって、さらに、前記プログラマブル電源と前記データ取得装置との間に第２の監視回路が配置され、前記第２の監視回路は、前記プログラマブル電源からのデータ信号を受信し、前記データ取得装置に電力消費量信号を供給し、テスト中の前記装置が集積回路である、温度制御システム。
【請求項２７】
請求項２５に記載の温度制御システムであって、さらに、前記データ取得装置に接続されたコンピュータを備え、前記コンピュータは、デジタル記憶媒体と表示装置とを備え、前記コンピュータが前記データ取得装置からデジタル電力消費量信号を受信し、前記デジタル電力消費量信号からの情報を前記デジタル記憶媒体に記憶すると共に、前記デジタル電力消費量信号からの情報を前記表示装置に表示する、温度制御システム。
【請求項２８】
請求項２０に記載の温度制御システムであって、さらに、
テスト中に半導体装置を保持するテストヘッドを備え、前記テストヘッドは、前記装置が熱交換器と伝熱状態で接触していて前記熱交換器の設定値が熱制御器により定められる間に前記装置が試験されることを可能にする、温度制御システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の温度制御システムであって、前記熱交換器が半導体装置の第１テスト中に前記装置を第１温度もしくはその近傍に維持し、その後、前記装置の第２テスト中に第２温度もしくはその近傍に維持するように、前記熱制御器は前記熱交換器を制御する、温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して温度制御の分野に関し、詳述すれば、電力追従帰還作用を利用して電子装置の温度の制御を行う改良された装置と方法とに関する。
【０００２】
（背景技術）
本発明は、電子装置が動作中、または、試験中に当該装置の温度を一定の設定点温度もしくはその近傍に維持する温度制御システムに関するものである。温度が一定か、または、その近傍にあるときに最適動作を奏する電子装置の一例を二つあげれば、パッケージ型集積チップと非パッケージ型、即ち、裸出型チップとがある。動作中または試験中でのチップの電力消費量が一定であるか、または、少ししか変動しないのであれば、チップ温度を一定の設定値に維持することは困難ではない。このような状況に対処する一方法としては、チップを一定の熱抵抗体を介して定温度の熱質量に伝熱することがある。しかし、チップの瞬間電力消費量がチップの動作中または試験中に広範囲にわたって変動するのであれば、チップ温度を定設定値、ないしその近傍の温度に設定することは非常に困難になる。
【０００３】
広範囲にわたるチップの電力消費量変動に起因するチップ温度の変動に対処するために種々の温度強制システム(temperature forcing systems)が利用されている。帰還法も変動する温度を検出するのに一般に使われているところである。一般には、熱電対の如くの温度検出装置をチップのパッケージまたはチップそのものに取り付けているのが通常である。他の方法としては、熱ダイオードの如くの温度検出装置をチップ回路に集積させている。このような温度検出装置は、チップの温度の変化を検出して温度強制システムを適切に調整するように使われる。
【０００４】
温度検出装置の利用に関しては幾つかの問題点がある。パッケージ型チップの場合では、外装した熱電対がパッケージ内のチップの温度ではなくて、パッケージの表面温度を検出することがある。電力消費量があるレベルにあると、この温度差が試験結果に有意なものとなることがある。従って、温度検出器をチップそのものに集積化することで斯かる問題に対処しているが、それがかえって別の問題をもたらしている。チップ製造業者としてはチップに温度検出器を集積化するのは通常のやり方ではない。チップに集積化すれば、チップごとの温度検出器にはそれなりの較正要件が付随することになる。以上のことが大量チップ生産に問題をもたらしている。
【０００５】
挿入式熱電対(thermocouple probe)の如くの、自動試験処置装置に含まれている脱着式温度検出器はこのような問題点の一部に対処すべく工夫されたものである。しかしながら、パッケージ温度とダイ温度との関係については依然と問題が残る。また、脱着式温度検出器の信頼性についても、大量チップ生産試験結果に有意な誤差を伴うと言った問題がある。しかも、温度制御に使われる表面が、脱着式温度検出器に必要な表面と同じであるから、問題が余計に複雑になっている。
【０００６】
従って、パッケージではなくて、電子装置の温度に応答しうる電子装置用温度制御装置と方法とが望まれている。また、大量チップ生産に都合よく利用できる電子装置用温度制御装置と方法も望まれているところである。それに、信頼性のよい電子装置用温度制御装置と方法も望まれている。更に、電子装置のために大きな表面面積が取られるようなことのない電子装置用温度制御装置と方法も望まれている。また、温度検出装置がチップに集積化されている必要にない、また、着脱式でチップと接触させる必要のない電子装置用温度制御装置と方法も望まれている。その上、チップの電力プロファイルを収集したり、維持管理したり、利用する必要もなく、また、自動試験装置、温度強制システム、試験ソフトなどでそのような機能を行う必要のない電子装置用温度制御装置と方法もまた望まれている。
【０００７】
本発明は、前述した諸問題点の一つかそれ以上によりもたらされる影響を回避、または、少なくとも減少するためになされている。
【０００８】
(発明の要旨)
本発明によれば、電子装置用温度制御装置と方法とは、以前に開発されている電子装置用温度制御装置に付随する諸問題を解消ないし減少するものである。
【０００９】
本発明の一つの利点は、パッケージでなくて電子装置の温度に応答する電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにある。
本発明のもう一つの利点は、大量チップ生産に都合よく利用できる電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにある。
【００１０】
本発明のまたもう一つの利点は、信頼性のよい電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにある。
本発明の更にもう一つの利点は、電子装置のために大きな表面面積が取られるようなことのない電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにある。
【００１１】
温度検出装置がチップに集積化されている必要にない、また、着脱式でチップと接触させる必要のない電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにも、本発明の別の利点がある。
また、チップの電力プロファイルを収集したり、維持管理したり、利用する必要もなく、また、自動試験装置、温度強制システム、試験ソフトなどでそのような機能を行う必要のない電子装置用温度制御装置と方法とが提供されるところにも、本発明のまた別の利点がある。
【００１２】
簡単に説明すると、本発明の一面によれば、装置の温度を制御する方法が提供されている。この方法では、装置の電力消費量に関するパラメータを測定し、測定されたパラメータをデバイスの温度の制御に利用する。パラメータの測定および温度の制御は同時に行われる。上記パラメータは装置の温度以外のパラメータであって、相当する電力消費量は、信号接続線とは対照的に、電力接続線を介して上記装置が消費する電力である。
【００１３】
簡単に説明すると、本発明のある一面によれば、装置の実時間温度を算出する方法が提供されている。この方法では、装置の実時間電力消費量を測定し、測定した装置の実時間電力利用量を、その装置の実時間温度に利用しうる値を判定するのに利用している。電力消費量は、信号接続線とは違って、一つかそれ以上の電力接続線を介して装置が利用した電力に関係している。
【００１４】
簡単に説明すると、本発明の別の面によれば、装置と連結した温度強制システムを含むシステムにおいて装置の温度を制御する方法が提供されている。この方法では、装置の電力消費量をも監視し、監視した装置の電力消費量に部分的に基づいて温度強制システムの温度を調節し、温度強制システムで装置温度を制御している。電力消費量は、一つかそれ以上の電力供給源により装置に供給された電力に関係している。
【００１５】
簡単に説明すると、本発明のもう一つの面によれば、装置の温度を制御するシステムが提供されている。このシステムは、装置による電力消費量に関係のあるパラメータを測定する測定装置と、装置に連結するようになっている熱交換器と、この熱交換器の設定値を判定する熱制御器とで構成されている。設定値は、部分的には、装置による電力消費量に関係のある測定パラメータを利用することにより定めている。熱制御器は測定装置に連結されていて、それと同時に動作する。パラメータは、装置の温度以外のものであり、電力消費量は、信号接続線とは違って電力接続線を介して装置が消費した電力である。
【００１６】
簡単に説明すると、本発明のもう一つの別の面によれば、装置の温度を制御するシステムが提供されている。このシステムは、装置による電力消費量に関するパラメータを測定する構造体と、部分的には装置による電力消費量に関する測定パラメータに基づいて装置の温度を制御する構造体とで構成されている。装置による電力消費量に関するパラメータの測定と装置の温度の制御とは同時に行われる。パラメータは、装置の温度以外のものであり、電力消費量は、信号接続線とは違って電力接続線を介して装置が消費した電力である。
【００１７】
簡単に説明すると、本発明のまたもう一つの面によれば、試験中の半導体装置に利用するデータ発生システムが提供されている。このデータ発生システムは、プログラマブル電力供給源とデータ取得装置とで構成されている。プログラマブル電力供給源は、試験中の半導体装置に電力を供給すると共に、試験中の当該半導体装置が利用する電力についての情報が含まれているデータ信号を供給するものである。データ取得装置は、プログラマブル電極供給源からデータ信号を受信することで、試験中の半導体装置が利用している電力についてのデータを取得するものである。
【００１８】
簡単に説明すると、本発明の更に別の面によれば、試験中の半導体装置に利用するデータ発生方法が提供されている。この方法では、プログラマブル電極供給源からデータ信号を連続供給している。データ信号には、プログラマブル電力供給源から試験中の半導体装置に供給されている電力についての実時間情報が含まれている。また、この方法では、プログラマブル電力供給源からのデータ信号をデータ取得装置で連続受信するようにしている。
【００１９】
簡単に説明すると、本発明の更にもう一つの面によれば、試験中に半導体装置が利用する温度制御システムが提供されている。この温度制御システムは、測定装置、熱交換器、熱制御器、試験ヘッドとで構成されている。測定装置は、試験中の半導体装置による電力消費量に関するパラメータを測定するものである。パラメータは、半導体装置の温度以外のものであり、電力消費量は、信号接続線とは違って電力接続線を介して半導体装置が消費した電力である。熱交換器は半導体装置と連結されるようになっている。熱制御器は、熱交換器の設定値を判定するようになっており、斯かる設定値は、部分的には装置による電力消費量に関する測定パラメータを利用することにより定められるようにしている。この熱制御器は測定装置に連結されていて、それと同時に動作する。試験ヘッドは、試験中に半導体装置を保持するものである。この試験ヘッドは、当該半導体装置が熱交換器と伝熱状態で接触している間に半導体装置が試験されるようにしており、熱交換器の設定値はこの熱制御器により定められる。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
実施の形態の詳細な説明
上記の、及びその他の本発明の態様は、添付の図面を参照しつつなされる実施形態の説明により、さらに明確となるであろう。図面は、本発明の１つの実施形態を示している。これらの図において、同一の部材は同一の参照番号を有している。
【００２１】
１．中枢的な理論
あるデバイスが検査されるときには、該検査は、設定点（set point）と呼ばれる特定の温度で実行されることが必要である。このデバイスは、検査時デバイス（「ＤＵＴ」）とも呼ばれるが、典型的にはいくつかの異なる設定点で検査され、各設定点における性能（performance）に注意が向けられる。ＤＵＴの性能は、しばしば、ある与えられた設定点における最大操作周波数ｆｍａｘでもって評価される。ＤＵＴは、典型的には、より低い温度ではより高速であり（ｆｍａｘが高い）、他方より高い温度では低速である（ｆｍａｘが低い）。より高いｆｍａｘは、性能がより良好なＤＵＴ、ひいてはより価値の高いＤＵＴであることを示す。
【００２２】
ある与えられた設定点を維持することは、極めて困難となっている。その理由の１つは、検査時に起こるＤＵＴの自己加熱（self-heating）である。ＤＵＴは、検査時に電力を取り込むので、自己発熱する。もし、ＤＵＴが、一連の検査の際に、設定点に維持されずに温度上昇すれば、前に指摘したとおり、ＤＵＴの性能は低下するであろう。もし、その温度が所望の低い温度に保持されていたなら、その性能はより良好であったであろうから、これはＤＵＴの性能をより低く報告する結果となる。同一のデバイスは、この後、より高い価格で販売されることができたであろう。この価格は、典型的には、デバイスが高速であるほど、指数関数的（exponentially）に高くなる。この影響は、低く報告された性能を甘受しなければならない製造者にとっては大きいということが理解できるであろう。
【００２３】
影響されるデバイスの数はまた、自己加熱による温度上昇と、指数関数的な関連性をもつ。図８に示すように、ある与えられた数のデバイスにおける性能の分布は、典型的には、ある中心周波数まわりでの正規分布である。図８中の最も右側の曲線では、その中心周波数はおおむね４５０ＭＨｚである。この具体例では、高性能デバイスは、４８０ＭＨｚ又はこれより高いｆｍａｘを有するものであると考えられる。
【００２４】
もし設定点を維持することができれば、最も右側の曲線の４８０ＭＨｚより右側の末端部（tail）にあるすべてのデバイスが、高性能デバイスとなるであろう。しかしながら、もし自己加熱により設定点を維持することができなければ、曲線は移行し、その結果、例えば、最も左側の曲線となるであろう。この具体例では、デバイスの実際の結合温度（junction  temperature）は、２０℃だけ上昇するものと予測され、これにより性能がおおむね４％低下する結果となるであろう。それゆえ、このロット（lot）におけるデバイスの分布は、左に移行させられ、その結果、中心はおおむね４３２ＭＨｚとなる（４５０の４％＝１８）。この移行させられた曲線は、最も左側の曲線であらわされる。しかしながら、高性能デバイスは、依然、４８０ＭＨｚ又はこれより高いｆｍａｘを有することが必要である。かくして、この曲線の高性能領域は、さらにこの分布の末端部に移行する。この曲線の下側の領域から明らかなとおり、ここでは高性能デバイスの数は指数関数的に小さくなっている。
【００２５】
この問題は、より悪くなる一方であろう。産業上の傾向は、より高い周波数で動作し、かつ占有面積が小さいデバイスに向かっている。これは、デバイスに、より大きい電力を消費させ、より大きい電力のスパイク（power  spike）ないしは変化（transition）をもたせ、それらが生成する熱を放散させにくくするであろう。
【００２６】
多くの半導体は相補型金属酸化物半導体（「ＣＭＯＳ」）技術を利用する。ＣＭＯＳの特徴の１つは、状態を切り替えるときに大きな電力スパイクを引き込むことである。さらに、ＣＭＯＳデバイスがより高速で動作させられるほど、該デバイスは典型的にはより迅速にかつよりしばしば切り替わるであろう。これは、より多くの電力を必要とし、かつ同時に生じる電力消費に大きく急激な変化を生じさせる結果となるであろう。かくして、より多くの熱が生成されるであろう。
【００２７】
この状態は、デバイスのサイズが小さくなり、その熱容量が小さくなったことで悪化している。このため、デバイスの熱を分散させ、拡散させるための「空間(space)」がほとんどない。最終的な結果としては、デバイスの自己発熱によるＤＵＴ温度の変動よりも大きくなり、また、そのためにＤＵＴの性能の過小報告が増えるであろう。
【００２８】
対流システムは、その改良が存在するように、有効でないことが証明されている。図５には、デバイスの接合温度と、デバイスによって生じる(drawn)電力とに関して分析した強制空気システム(forced air system)の性能が示されている。デバイスによって生じる電力が増加するにつれて、要求される設定点温度と接合温度との偏差が増加する。図からわかるように、その偏差は、いくつかの遷移温度で２０℃を超えている。
【００２９】
対流システムよりは潜在的な有利さはあるものの、伝導システムもまた有効でないことが証明されている。図６には、フリップチップデバイスの単純伝導の性能が示されている。デバイスによる電力が増加すると共に、温度は所定温度より約６０℃も超えて増加している。
【００３０】
本当に必要とされているのはＤＵＴの温度を迅速に検出する能力や、ＤＵＴ温度に迅速に応答し、ＤＵＴ温度を有効に変化させる能力である。
【００３１】
この明細書に記載しているように、開示された発明によってこれら２つの要求に近づくことができる。これにより新しく開発された電力追従フィードバック法を用いてＤＵＴ温度を迅速に測定する機構を提供する。また、これにより、ＤＵＴの自己発熱に迅速に反応し、有効に補償することができる熱源／ヒートシンク（一般に熱交換器「Ｈｘ」という）を提供する。図７には、測定されたＤＵＴ温度への迅速な対応によってＤＵＴ温度の上がり過ぎ(overshoot)をある程度有効に減らした結果が示されている。この応答は、ＤＵＴへの電力を、逆のイメージで、反映する熱交換器の温度によって示されている。
【００３２】
また、ＤＵＴ温度を測定するために用いられる電力追従型フィードバック法は、リアルタイムで機能する利点があり、そのため、熱条件を変更する必要がなく、しかもテストプログラムの融通性を制限するような熱条件を用いることなくテストシーケンスを最適化することができる。鍵となる特徴は、電力値からＤＵＴ温度を導く単純化された関係式の開発とその利用である。
【００３３】
また、ＤＵＴで利用された全電力の測定や計算が必要とされているが、本明細書の開示を考慮すると、関連する当業者にとってこれは必ずしも必要でないことがわかる。明らかに電力の一部は概算され、無視されている場合がある。これによって、以下の場合に制限されるわけではないが、例えば、デバイスの電力変動の全てが特定の電圧又は電源と分離されたり、特定の電源がデバイスにいくぶん少ない電力しか提供しないことが生じる。
【００３４】
さらに、電源のモニタは、ＤＵＴから分離されており、瞬間的な電力変動を実際に自己発熱が生じる前に感知できるので、使用電力をモニタする便利な方法である。なお、これらの電力変動は、大きくなることも小さくなることもあり、自己発熱を大きくすることも小さくすることもある。しかし、当業者は電力、電流及び／又は電圧をモニタする別の方法があることを理解するであろう。
【００３５】
２．電力追従型システム
図１Ａには本発明の一実施形態を示している。モニタ回路１０によってテスト中又は動作中の電子デバイス（不図示）に電力を供給している一以上の電源１５から使用電力をモニタしている。複数の電源１５がある場合、モニタ回路１０において全使用電力を合計する。電気的接点１６でモニタ回路１０と各電源１５を接続している。この電気的接点１６からモニタ回路１０に電子デバイスの使用電力の値を、電子デバイスを流れる電流の電圧イメージや電子デバイスが動作しているか又はテストされている電圧レベルとして提供する。電子デバイスをテストするために使用される自動テスト設備に電力を供給するために電気的接点１６を利用する。モニタ回路１０から熱制御回路２５に使用電力信号２０（使用電力値の電圧表示）が送られる。
【００３６】
与えられた半導体チップの設定点温度すなわち設定点温度３０を示す信号を基準として、及び強制システムの表面温度すなわち強制システム表面温度３２を示す信号を基準として、熱制御回路２５で使用電力信号２０を温度制御信号３５に変換する。この温度制御信号３５は、熱制御回路２５から熱交換器温度制御４０に送られる。熱交換器温度コントロール４０には、パワーアンプを備えた熱交換器電源（不図示）を備え、熱交換器電源の出力電流を調整することによってテスト中又は動作中の電子デバイスについての熱交換器４５の温度を制御する。その結果、熱交換器の温度は強制システム表面温度３２となる。
【００３７】
図１Ｂに示すように、熱制御回路２５は熱制御ボード２７上にある。また、熱制御ボード２７には、他の構成要素との間に精確な第１定電流源２８と精確な第２定電流源２９を備えている。この第１定電流源によって熱制御ボード２７から熱交換器４５内の可変抵抗デバイス（「ＲＴＤ」）に精確な一定電流が送られる。このＲＴＤは強制システム表面温度に反応して、この強制システム表面温度３２に対応する電圧を出力する。強制システム表面温度に対応する電圧３３は熱制御回路２５にフィードバックされる。精確な第１定電流源２８を熱交換器４５の外部に配置することで、熱交換器を簡単に取り替えることができる利点が生じる。
【００３８】
精確な第２定電流源２９によってＤＵＴに一定電流を送ることができる。さらに、熱交換器４５は、後述の温度制御ユニットについてのセクションに記載されている。
【００３９】
本発明は、同時係属中のジョーンズらの暫定特許出願であるＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．（米国シリアル番号）の60/092,715に記載されている方法及び装置と共に用いることができる。
【００４０】
本発明と包含される記載を考慮すると、関連する当業者が直ちに理解するように、全システムの機能を様々な方法で実行することができる。モニタ回路と熱制御回路については電気回路で記載しているが、同様に電流、電圧、温度及び電力を示す信号を生成するような別の手段でこれらの機能を実行しうる別の形態であってもよい。
【００４１】
本発明のある態様によれば、ここに記載されている機能はハードウエア、ソフトウエア、及び／又はその両方の組み合わせによって実現できる。ソフトウエアによる実現では、Ｃ＋＋のような高レベルプログラミング言語に限定されることなく、中レベル言語、低レベル言語、アセンブリ言語、それにアプリケーション固有言語やデバイス固有言語を含む適当な言語で記載されていてもよい。このソフトウエアは、４８６やPentium（商標）、特殊用途のハードウエア、又は適当なデバイス等を備えた汎用コンピュータ上で実行することができる
【００４２】
それに加えて、論理回路で分離しているハードウエア部材を用いているが、また、必要とされる論理は、特殊用途集積回路（「ＡＳＩＣ」）や他のデバイスによって実行されてもよい。その技術としては、アナログ回路、デジタル回路又はその両方の組み合わせを用いてもよい。また、システムには、コネクタ、ケーブル、その他の当業者に周知のハードウエア部材を含んでいてもよい。さらに、本発明によれば、この機能の少なくとも一部を、情報処理装置をプログラミングするために用いられる磁気記録媒体、光磁気記録媒体、及び光記録媒体等のコンピュータ読取り可能な媒体（また、コンピュータプログラムプロダクツとも呼ばれている）に格納していてもよい。またこの機能は、コンピュータ読取り可能な媒体、又は、情報又は機能を搬送するために用いられる伝送されている搬送波(transmitted waveform)等のコンピュータプログラムプロダクツに格納されていてもよい。
【００４３】
さらに、この開示内容から、本発明を別の技術分野、別の用途、産業、技術の様々な態様に適用できることは当業者にとって明らかである。本発明は、制限されることなく、温度をモニタするか、又は、温度を制御しなければならないあらゆる電力供給システムに用いることができる。これは、制限されることなく、半導体の製造、テスト、それに動作に関係する多くの異なる過程や用途を含んでいる。
【００４４】
加えて、好ましい実施の形態では、電源回路からＤＵＴに供給される電力を計算し、または監視する。この電力は、ＤＵＴ内の１以上の電源線（power connection）を経て、典型的にはＤＵＴ上の電力板またはある種のグリッドに与えられる。これは、どの信号の固有の電力とも異なるものである。デバイス上の信号回路は、明らかに、当該信号（例えばクロック信号）の特定の電力を受け取るように設計されている。しかし好ましい実施の形態が監視する電力は、電源回路から電源線に対して与えられる電力であり、信号に固有の電力ではない（信号に固有の電力も信号線には与えられるであろうが）。上で用いられる電源回路とは、デバイスを動作させるために特定の電圧で電力を供給できる標準的な工業デバイスを指す。しかし本発明の技術は、電源信号、クロック信号およびデータ信号を含み、これらに限定されることのない任意の信号に対して適用できることが明らかであろう。これらの技術はまた、非標準的な電源回路に対しても適用できる。
【００４５】
３．監視回路合計機能
図２は、本発明の実施例における監視回路１０の計算機能を示すブロック図である。ここでは、電子デバイスは複数の電源デバイス１５から電力を与えられる。電子回路１６の各々（図２には示されない。図１Ａに示す）は、対応する電源デバイス１５（図２には示されない。図１Ａに示される）から監視回路１０へ、電流２１０および電圧信号２１５を送る。電流および電圧信号２１０，２１５の各々は、第１の増幅器２２０のそれぞれを経て低域通過フィルタ２２５に入る。第１の増幅器２２０は、電流および電圧信号２１０，２１５を増幅する。低域通過フィルタ２２５は、信号の広帯域雑音および高周波成分を除去する。電流および電圧信号２１０，２１５は、電流または電圧のそれぞれの値を表す電圧である。
【００４６】
システムの熱成分は、テスト中の電子デバイスに供給された電力の応答（例えば、ナノ秒）よりも遅く（例えば、ミリ秒）応答する。したがって、電流および電圧信号２１０，２１５の高周波成分は、何らの値を加えることはない。電流および電圧信号２１０，２１５の高周波成分を除去すると、電流および電圧信号２１０，２１５の帯域幅は制御回路の残りの帯域幅に一致し、温度制御の安定化作業を簡略化できる。
【００４７】
特定の電源回路に対する電流および電圧信号２１０，２１５は、その後、第１の乗算回路２３０に入る。第１の乗算回路２３０は、電流および電圧信号２１０，２１５を用いて、その特定の電源回路についての電力使用量を計算する。
【００４８】
すべての電源回路について、監視回路１０は、以下の等式を用いて電流および電圧信号２１０，２１５から電力使用量を計算する。
Ｐ＝Ｉ＊Ｖ                                            （式１）
ここで、Ｐは電力使用量（ワット）、Ｉは電流信号（アンペア）、Ｖは電圧信号（ボルト）である。
【００４９】
電源回路１５が、電子デバイスに流れる電流の電圧イメージを与えると、電圧イメージ信号のボルト−アンペア関係を記述するスケーリングファクタが必要になる。電子デバイスがテストされていると、スケーリングファクタは電源回路の特性から得られ、その電子デバイスをテストするのに使われている自動テスト装置に送られる。自動テスト装置もまた、動作中またはテスト中の電子デバイスに電力を与える。例えば、SchlumbergerのVHCDPSのスケーリングファクタは１．０であるのに対し、SchlumbergerのHCDPSのスケーリングファクタは０．８７である。スケーリングファクタは監視回路に対して利用可能にされ、それにより、ボルトで表された信号を、対応するアンペアで表された電流値に変換できる。
【００５０】
スケーリングファクタはまた、経験的に以下の公式によっても決定できる。すなわち、
スケーリングファクタ  ＝  信号のボルト／測定されたアンペア  である。
【００５１】
スケーリングファクタの決定は、実際の電流と信号電圧を同時に測定し、電圧を測定されたアンペア数で除算することにより求められる。ある実施例ではまた、１以上の特定の電流出力を設定し、信号電圧を測定することによっても求められる。
【００５２】
すべての第１の乗算回路２３０からの出力は、単一の合計回路２３５に入る。合計回路２３５は、すべての電力供給源から電力使用量を合計し、電力使用量信号２０を出力する。電力使用量信号２０は、使用量の値を表す電圧であり、監視回路から出力される前に第２の増幅器２４０を通過し、電力使用量信号２０として熱制御回路に入る。
【００５３】
４．熱制御回路
図３は、本発明の熱制御回路のブロック図を示す。テスト中の、または動作中の電子デバイスの温度は、以下の等式を用いて得ることができる。
チップ温度  ＝  Ｋｔｈｅｔａ  ＊Ｐｅｄ＋Ｔｆｓｓ              （式２）
【００５４】
ここで、チップ温度（℃）は、ワット損から生じたチップの温度を表す。
【００５５】
Ｋｔｈｅｔａは、温度強制システム（temperature forcing system）の能力、および、電子デバイスと熱交換器の間の媒体の熱抵抗から得られる定数（℃／ワット）である。ここで、媒体とは、複数の熱拡散器、リッド（lid）または他のデバイスが、当該電子デバイス自体の上部に取り付けられている場合は、複数の媒体をいう。
【００５６】
Ｐｅｄ（ワット）は、監視回路１０から得られた電力使用量信号２０で表された総電力使用量である（図１Ａを参照されたい）。
【００５７】
Ｔｆｓｓ（℃）は、システム表面強制温度（system surface forcing temperature）であり、温度制御システムの表面に埋め込まれた温度センサにより計測された、チップと接触する媒体の絶対温度である。
【００５８】
Ｋｔｈｅｔａはまた、ＤＵＴとの接触時において熱制御システムの総効率からも得られる。例えば、外界よりも十分高い設定点温度において、ＤＵＴはその周辺へ比例的により多くの熱を失う。そして熱制御システムはより激しく動作して、ＤＵＴ温度を減少させよりも上昇させなければならない。ＤＵＴの自己加熱に応答する熱制御システムの見地からは、総合的な効果は、外界の設定点において動作するＤＵＴと熱交換器の間のより低い熱抵抗と同じである。同様に、外界の温度よりも十分低い設定点温度では、ＤＵＴは周辺から熱を得て、熱制御システムは、温度を上昇させるよりも減少させなければならない。ＤＵＴの自己加熱に応答する熱制御システムの見地からは、総合的な効果は、外界の設定点において動作するＤＵＴと熱交換器間のより高い熱抵抗と同じである。両方の場合では、Ｋｔｈｅｔａを調整して、電力エクスカーション（power excursion）の間、ＤＵＴを取り巻く環境へ熱伝達する効果を反映できる。
【００５９】
Ｋｔｈｅｔａは、媒体の有効熱抵抗または微調整された熱抵抗と考えることができる。異なる媒体の熱抵抗は、標準的な化学の参考書（例えば、CRC Handbook of Chemistry and Physics, 77th Edition; David R. Lide, Editor-in-Chief）で説明されているが、外界の湿度、圧力、温度などのファクタは、実際の熱抵抗に影響を与える。熱抵抗はまた、テストの物理的な状態によっても影響を受ける。Ｋｔｈｅｔａを決定するために、較正プロセスを用いて媒体の予想される熱抵抗の値を調整し、その結果が改善されたか否かを確かめることができる。較正プロセスの別の利点は、ＤＵＴから温度制御システムへの熱伝達の「有効ファクタ」を、設定点温度の関数として自動的に説明してくれることにある。
【００６０】
上述のように、Ｋｔｈｅｔａには、様々な変数の効果を１項に取り込んだ利点がある。好ましい実施の形態では、Ｋｔｈｅｔａは所与の応用、またはＤＵＴのタイプを最適にする際にのみ必要であり、同じタイプの多くの異なるデバイスをテストするのに用いることができる。加えて、Ｋｔｈｅｔａの実用的な効果は、監視されたデバイスの電力消費を温度強制システム（図７参照）の温度に反映する際に、Ｋｔｈｅｔａは、相対的な反映の程度を増幅し、または小さくすることができる。
【００６１】
熱加算回路３３０では、熱制御信号３５が、次式を用いて決定される。
Ｖtcs＝ｄ（Ｖsp−（（Ｖk-theta＊ＶPed）＋（Ｖfsst−ＶIRO）／Ｖalpha））／ｄｔ
（式３）
ここで、
Ｖtcsは温度制御信号である。
Ｖspは設定点温度電圧３７５、電子デバイスについての設定点温度をあらわす電圧である。
Ｖk-thetaはKtheta値をあらわす電圧３１５である。Ktheta値は、デジタル−アナログ変換器へ入力される。該デジタル−アナログ変換器は、入力値に対応する電圧を生じるものである。
ＶPedはモニタ回路１０（図１Ａ参照）から取得される総電力使用量信号２０であり、それはＤＵＴにより消費されるワット数をあらわす。
Ｖfsstはデジタル−アナログ変換により生成される強制システム（forcing system）の表面温度電圧３２であり、強制システムの表面温度をあらわす。
ＶIRO３４５は、デジタル−アナログ変換により生成される電圧であり、熱制御基盤２７中の第１の定電流源２８からの定電流に、摂氏０度で熱交換器中の可変抵抗デバイスにより示される抵抗を掛けてなる値に等しい電圧をあらわす。
Ｖalpha３６０はデジタル−アナログ変換により生成される電圧であり、熱交換器における可変抵抗デバイスについての、温度対抵抗の曲線の勾配をあらわす。
【００６２】
図３を参照すれば、モニタ回路１０（図３には不図示）からの電力使用量信号２０は、第３の増幅器３１０を通過して、熱制御回路２５に入力する。その後、電力使用量信号２０は、第２の乗算回路３２０に入力し、そこで、第１の修正信号を生成すべく、Ｖk-thetaが掛けられる。修正された電力使用量信号は、その後、第４の増幅器３２５に入力し、更に、熱加算回路３３０に入力する。強制システム表面温度Ｖfsst３２をあらわす電圧もまた、第５の増幅器３３５を通過して、熱制御回路２５に入力する。その後、Ｖfsst３２は減算回路３４０に入力し、そこで、較正Ｖfsstを得るために、Ｖfsst３２からＶＩＲＯが引かれる。較正Ｖfsstは、第６の増幅器３５０を通過し、除算回路３５５に入力し、そこで、較正ＶfsstがＶalphaによって割られる。（（Ｖfsst−ＶＩＲＯ）／Ｖalpha）をあらわす結果は、第５の増幅器３６５を通過し、その後、熱加算回路３３０に入力する。熱加算回路３３０は、その結果が、合計を生成するために、修正電力使用量信号と足される。その合計は、差分回路（つまり減算回路）３７５に入力する。そして、そこでは、最終結果の信号を生成するために、設定点温度電圧３７０から上記合計が引かれる。この信号が、瞬間温度エラーをあらわす。
【００６３】
上記結果の信号は、微分回路３８０に入る。微分回路は、この回路の時間に関する導関数を取得し、それを平滑化する。微分信号は、温度制御信号Ｖtcs３５として熱制御回路を出る前に、第２の増幅器３９０により増幅される。
【００６４】
微分回路３８０は、熱制御回路２５の総合的な制御セクションに相当するものである。これは、瞬間信号のレベル変化に対する回路の応答時間が決定されるところである。制御回路２５は、微分回路３８０によって特徴付けられるが、ＰＩスタイルの制御ループとして記述され得る。これは、制御回路２５に、比例及び積分の利得ステージが存在するためである。
【００６５】
他の実施の形態では、例えば、注文システムを設計する、又は、規格品である市販のサーボコントローラを用いることにより、真のＰＩＤ制御を用いるようにしてもよい。かかるシステムは、連続的なランピング（ramping），ｓ曲線プロファイリング，最小の正及び負の行き過ぎ量のためのサーボチューニング等の能力、及び、改良された閉ループ制御安定性を加えるものである。使用される特定のコントローラに依存して、ＰＩＤコントローラは、温度信号及び電力信号をある種の熱状態信号へ変換し、それを市販のサーボモータコントローラへフィードバックすることを必要とする。幾つかのコントローラもまた、終末処理にて同じ変換を行なうことを要する。これらの例が示すように、必要とされる制御機能は、アナログ及び／又はデジタル回路により実行され得る。
【００６６】
５．グラフの例
図４は、本発明の温度制御の結果としてもたらされる電力の例をあらわすグラフである。このグラフは、電子デバイス４１０の温度が、電子デバイスにより用いられる電力量４２０中に比較的幅広の振幅を備えつつも、一定に維持され得る様子を示している。
【００６７】
６．テスト制御及び温度決定
上記開示にて記載されるように、制御システムは、所定の公差の範囲内で指定された設定点にて、ＤＵＴ温度を維持する。制御システムは、そのため、ＤＵＴ温度についての情報を有する必要がある。直接的な温度追従（temperature following）などの幾つかの制御システムは、繰返しのＤＵＴ温度情報を必要とする。設定点からの導出を制御する、電力追従などの他の制御システムは、繰返しのＤＵＴ温度情報を必要とせず、温度維持プロセスがいつ開始するかを知る必要とするのみである。
【００６８】
１つの実施の形態では、電力追従プロセスが、ＤＵＴが設定点温度に到達した後に開始される。この情報は、例えばソークタイマ（soak timer）が終了した後に、間接的に決定されてもよい。それはまた、例えば熱的構造を監視することにより、直接的に決定されてもよい。熱的構造は、初期のＤＵＴ温度情報を付与するために用いられ、それらはまた、テスト中に、それらが適正に較正されているかどうか監視され得る。本発明の１つの実施の形態では、電力追従温度制御方法を始める前に、初期のＤＵＴ温度を決定すべく、熱的構造が監視される。
【００６９】
好ましくは、特徴付け及び確認プロセスが、特定タイプのＤＵＴの電力追従温度制御用に実行される。このプロセスは、ダイ温度情報を用いる。もし適切に関連するサンプルの組みが、較正プロセスの間に、真のダイ温度情報を用いて取得されれば、ダイ中の温度検出デバイスは、大容量の製造及びテストの間に全く必要とされない。
【００７０】
本発明の実施の形態では、温度を制御し、また、テストの順序を制御するために、別個の制御セクションを有してもよい。図９を参照すれば、テスト制御システム１３０及び温度制御システム１３２をあらわす一般的な高レベルのブロック図が示される。これらシステム１３０，１３２は共に、ＤＵＴ１３４に接続され、それと通信可能である。この開示は、主として温度制御システム１３２の記述に関連している。テスト制御システム１３０は、温度制御システム１３２がＤＵＴ温度を制御する一方、ＤＵＴ１３４上で、適正なテストを運転する。
【００７１】
これら２つの制御システム１３０，１３２は、通信する若しくはそれらの仕事を調整することを要する。温度制御システム１３２又はテスト制御システム１３０は、熱的構造を監視することができる。本発明の１つの実施の形態では、テスト制御システム１３０が、ＤＵＴ１３４の熱的構造を監視し、スケーリングされた電圧などの信号を、ＤＵＴ温度をあらわす温度制御システム１３２へ送る。図９では、かかる実施形態の通信経路が、テスト制御システム１３０と温度制御システム１３２との間の破線を用いて示されている。制御システム及びそれらのアーキテクチャの形態は、任意に変更可能である。１つの実施の形態では、２つの制御システム１３０，１３２が分離しており、直接的な通信手段を有しない。両方の制御手段１３０，１３２は、それらの仕事を調整するために、必要なＤＵＴ温度情報を取得すべく、ＤＵＴ１３４を監視する。また別の実施の形態では、２つの制御システム１３０，１３２が、完全に統合されている。
【００７２】
７．データ取得
前述した電力追従システムが使用する情報は、ＤＵＴのパワードロー（power draw）についての情報である。記述された１つの実施の形態では、この情報は、図１Ａに表されるように、電流及び電圧信号のスケーリングされた電圧のイメージである。これらの信号は、図１Ａの電源装置１５により供給される。この情報は、また、データ生成システムを用いて、他の目的に利用可能とすることが可能である。かかるデータ生成システムは、僅かな可能性を指定するために、例えばプロット又はグラフを用いて電力情報を表示し、それに基づき、種々のアプリケーション，モニタ性能又は効率に関する計算を行ない、そして、そのデータを格納する。種々のデータ生成システムが、図１０Ａ−１０Ｃに示される。
【００７３】
図１０Ａを参照すれば、ＤＵＴ１３４へ電力を供給する電源装置１５が示される。電源装置は、好ましくは、プログラム可能な電源装置である。また、より一般的にはデータ取得デバイスと呼ばれるデータ取得カード１３６が示される。データ取得カード１３６は、電源装置１５からの電流及び電圧信号のスケーリングされた電圧のイメージなどの電力情報を受け取る。ある実施の形態では、データ取得カード１３６が、図１Ａのモニタ回路１０が受け取るものと同じ情報を受け取ることが可能である。（図１Ａにおいて、電源装置１５を接続器１６を介してモニタ回路１０へ接続している）信号は、これに限定されることはないが、ラインを分割する方法、若しくは、データ取得カード１３６をモニタ回路１０に対してデイジーチェーン式に繋ぐ方法を含む、この業界で知られる種々の方法により、データ取得カード１３６へ供給され得る。
【００７４】
図１０Ｃを参照すると、モニタ回路（monitoring circuit）１０は、好ましくは、電源１５とデータ収集カード１３６との間に配置される。次いで、データ収集カード１３６は、モニタ回路１０から電力使用量信号２０を受信する。この実施形態において、データ収集カード１３６は、それ自身で複数の計算を実行するか、それらを実行するためにもう一つの装置又はプロセッサに依存するかのいずれかを実行しなければならない代わりに、電力使用量信号２０を直接に要求する。電力の電圧イメージ（voltage image）で測定されたさまざまな電力使用量信号２０が、図４（チップ電力）と、図５（実際の電力；Actual Pwr）と、図６（電力モニタ；Power Mon）と、図７（ＤＵＴに対する電力）とに図示されている。これらの図面において、複数の信号は複数のデータ収集カード１３６において要求された。
【００７５】
データ収集カード１３６は、アナログ及び／又はディジタル回路を利用してもよい。好ましくは、データ収集カード１３６は、複数のチャネルを備えたアナログ・ディジタル変換器を含む。１つの実施形態は、データ収集カード１３６のために、ナショナルインスツルメンツ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）によって製造された型番ＰＣＩ−６０３１Ｅの既製品のボードを用いる。
【００７６】
また、データ収集カード１３６は、サンプリングレート及び他のパラメータの設定のような、さまざまな制御機能を実行してもよい。しかしながら、好ましい実施形態において、データ収集カード１３６はもう１つのコントローラへデータを送信する。図１０Ｂと図１０Ｃの各々において、データ収集カード１３６に対して、コントローラとして機能し、さまざまな値を設定する汎用パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」）１３８が図示されている。１つの実施形態において、ＰＣ１３８は、データ収集カード１３６からディジタル化されたデータを受信し、次いでＰＣ１３８は上記データを用いてさまざまなサービス及び機能を実行することができる。１つの実施形態において、データは、例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、光ディスク、ＺＩＰディスク、又はベルヌイドライブ（Bernoulli drive）のようなディジタル記憶媒体上に記憶することができる。また、データは、送信されるか、コンピュータスクリーンのような表示装置上に表示されるか、又は処理されることができる。また、他の実施形態は、データを利用する、アナログ装置を含む、付加的なプロセッサ又は装置を包含してもよい。
【００７７】
好ましくは、ＰＣ１３８は、ペンティアム（Pentium）プロセッサと、ウィンドウズＮＴ（Windows NT）オペレーティングシステムを含む。汎用非同期送受信機（ＵＡＲＴ）、汎用送受信機（ＵＲＴ）、及びＲＳ−２３２規格を含むが、それらに制限されないさまざまな通信カード及びプロトコルを、ＰＣ１３８とデータ収集カード１３６との間で用いることができる。
【００７８】
好ましい実施形態において、データ収集カード１３６はまた、ＤＵＴ温度情報、熱交換器パワー情報、冷却材流量、及び流体の吸込み及び吹出しの温度を含むが、それらに制限されない他のさまざまな情報を要求する。
【００７９】
８．温度制御ユニット
図１１は、本発明に係るシステム１１０の概略図を示す。図示されているように、ユーザは、システム１１０をオペレータインターフェースパネル１１２において操作する。オペレータインターフェースパネル１１２は、システムコントローラ１１４に対するインターフェースとして機能する。システムコントローラ１１４は、熱制御シャシー１１６の中に設けられ、熱交換器１２０と、液体冷却及び再循環のシステム１２２とを制御する。
【００８０】
熱交換器１２０は、好ましくはヒータとヒートシンクとを含む。しかしながら、他の熱交換器も可能である。上記ヒートシンクは、好ましくは、液体がくみ出される室（chamber）を含む。他のヒートシンクもまた可能である。熱伝導性が十分高いならば、液体を用いないヒートシンク又はヒートシンクシステムを実現することもできる。特に、当該技術において、温度及び温度勾配を制御するために材料を介して電気信号を用いる、ペルティエ装置のような固体のヒートシンクが知られている。また、ヒートシンクは、等価なものとして、熱伝達ユニットと呼ばれ、それによって、ヒートシンクがまた熱源として機能してもよいという事実に注意を集中させる。
【００８１】
熱交換器１２０のヒータは、好ましくは、最初の２つの層の間にヒータトレースを備え、最後の２つの層の間にＲＴＤトレースを備えた、３層同時焼成アルミニウム窒化物ヒータ基板である。上記ヒータトレースは加熱を実行し、上記ＲＴＤトレースは温度情報を提供する。上記２つのトレースは、アルミニウム窒化物の層の熱伝導性のために本質的に同一の熱的位置に存在するのと同時に、電気的に絶縁されている。
【００８２】
ヒータ、又はヒートシンク又は他の装置の温度を議論する際に、装置上の単一の地点の温度が議論されているということを理解するべきである。これは、典型的なヒータ、又はヒートシンク又は他の装置が、その表面をわたって温度勾配を有するという事実より従う。ヒータの場合には、勾配の存在は、部分的には、加熱素子が普通はヒータの一部分だけを占めているという事実による。
【００８３】
液体冷却及び再循環のシステム１２２は、ブームアーム１１８を介して、熱交換器１２０に、特にヒートシンクに液体を供給する。また、ブームアーム１１８は、システムコントローラ１１４からヒータへ制御信号を伝送する。
【００８４】
テストヘッド１２１は、熱交換器１２０の下に位置するように適応される。テストヘッド１２１は、好ましくは、チップのようなテスト対象デバイス（「ＤＵＴ」）と結合させるために用いられるテストソケットを含む。次いで、ＤＵＴのテストはテストヘッド１２１を介して実行され、またＤＵＴの温度をテストの間に調節していることもできる。温度の調節の間、好ましくは、ＤＵＴは熱交換器と伝導性の接触状態にある。
【００８５】
９．変形及び利点
本発明の複数の実施形態は、電力使用量信号２０に対する時間遅延又はフィルタリングを含み、又は他の場合には、時間に対する電力補償の効果を調整することを含む。これは、例えば、大きなセラミック基板又は他の大きな熱ヒートシンクの効果を相殺するために用いてもよく、又は、高周波電力信号の効果を、それらを除去することなく、平均することに用いてもよい。テスタ及びマイクロプロセッサがさらに高速になるとき、時間遅延又はフィルタはさらに重要になる。
【００８６】
また、他の複数の実施形態は、テスタインターフェースボード又はＤＵＴ自身の上の大きなバイパス容量を補償する。バイパス容量は、誘導負荷又は物理的距離のために電源が十分高速に補充することができない、瞬間的なチャージを供給するために用いられる。バイパス容量が増大するとき、電源信号とＤＵＴ自己加熱との間の時間は減少する。
【００８７】
上述の実施形態がアナログの設計技術を用いるのに対し、ディジタルシグナルプロセッサ及びソフトウェアを本発明のそれに代わる実施形態において用い、これにディジタル的に作用することができる。
【００８８】
本発明の利点は、パッケージではなく電子装置の温度に応答可能な、電子装置用温度制御装置及び方法を提供することを含む。本発明の別の利点は、大きな体積のチップを製造するために従来のように使用可能な、電子装置用温度制御装置及び方法を提供することである。本発明の別の利点は、信頼性のある、電子装置のための温度制御の装置及び方法を提供することである。
【００８９】
本発明の別の利点は、システムは伝導のための表面面積を要求するが、装置温度の検出のために電子装置の大きな表面面積を要求しない、電子装置用温度制御装置及び方法を提供することである。本発明のもう１つの利点は、温度検出装置がチップの中に集積化されるか、又は一時的にチップに接続される必要性を、それが除去することである。
【００９０】
さらにもう１つの利点は、本発明がまた、チップ電力プロファイルの使用を収集し、保持し、かつ適用することの必要性を除去するとともに、自動化されたテスト装置、温度強制システム（temperature forcing system）及びテストソフトウェアにおける、チップ電力概観図を収集及び適用する能力に対する必要性を除去することである。
【００９１】
本発明の原理、好ましい実施形態及び動作のモードは本明細書の先行する部分において記述された。開示された特定の形式は限定よりはむしろ説明として理解されるので、本発明はこれらの形式に制限されるように解釈されるべきではない。さらに、本発明の精神及び範囲から離れることなく、本技術分野における通常の知識を有するものによって、複数の変形例及び変更例が作られてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明の１つの実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】  本発明の１つの実施形態にかかる熱制御盤中のいくつかの基本要素を示すブロック図である。
【図２】  本発明の１つの実施形態にかかる電力計算・監視回路を示すブロック図である。
【図３】  本発明の１つの実施形態にかかる熱制御回路を示すブロック図である。
【図４】  本発明の１つの実施形態にかかる電力追従温度制御の結果を示すグラフである。
【図５】  強制空気システムの性能を示すグラフを含む図である。
【図６】  単純な伝導システムの性能を示すグラフを含む図である。
【図７】  本発明の１つの実施形態にかかる電力追従温度制御の性能を示すグラフを含む図である。
【図８】  デバイスロットの性能の分布において、自己加熱を制御する場合と、自己加熱を制御しない場合との効果を対比して示すグラフを含む図である。
【図９】  テスト制御システム、温度制御システム及びデバイスの間での相互関係を示す高水準のブロック図である。
【図１０Ａ】  デバイス電力情報の取得及び使用を示す高水準のブロック図である。
【図１０Ｂ】  デバイス電力情報の取得及び使用を示す高水準のブロック図である。
【図１０Ｃ】  デバイス電力情報の取得及び使用を示す高水準のブロック図である。
【図１１】  熱制御ユニットを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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