(57)【要約】テスト中の装置（ＤＵＴ）の電力は、半導体テストユニットから利用可能な、専用の電流および電圧のモニタリング信号に頼ることなくモニターされる。１つ以上の磁気抵抗電流センサが、ＤＵＴと電源の外部および両者の間に提供される。電流センサは、電源から装置によって引き出された電流に比例する、検出信号を提供する。モニタリング回路は、検出電流にＤＵＴへのコア電圧供給を掛けて、装置の電圧を表す信号を得る。電力信号は、装置の電圧を表す信号に基づいて装置の温度を調整するために、アクティブな伝導性熱交換器などの熱交換器を操作する、制御回路に提供される。このようにして、ＤＵＴの温度を、一定のセットポイント、もしくは、ほぼ一定のセットポイントに維持することが出来る。
2004507765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置の有効電力のモニター装置は、以下を含む：
電子装置と電源の外部および間に設けられ、電源から電子装置によって引き出される電流に比例する検出信号を提供する、少なくとも１つの磁気抵抗電流センサ；および
入力として、磁気抵抗電流センサからの検出信号、および電源から装置に供給される電圧を表す信号を受け取り、電子装置の電力を表す信号を得るために、その検出信号と、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号とを乗算するモータリング回路。
【請求項２】
電子装置は、テスト中の半導体装置である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのために接続される半導体テストユニットのボード上に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
モニタリング回路は、少なくとも１つの電流センサからの信号を伝送するインタフェースケーブルによって半導体テストユニットのボードに接続されたプリント回路基板上に設けられ、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのためにソケット接続された半導体テストユニットのボードから分離したボード上に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
モニタリング回路は、インタフェースケーブルによって少なくとも１つの電流センサに接続されたプリント回路基板上に設けられ、そのインタフェースケーブルが、少なくとも１つの電流センサから信号を送る、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの電流センサは、並列に配置された複数の電流センサから成り、それによって、電源から電子装置へ供給される電流を分割し、各電流センサは検出電流に比例した対応する検出信号を出力する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
モニタリング回路は、電子装置により引き出された総電流に対応する信号を得るために、複数の電流センサからの各出力を合計する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
モニタリング回路は、電源から装置に供給される電圧を表す信号に基づく絶縁信号を提供する絶縁増幅器を含み、その絶縁信号は、少なくとも１つの電流センサによって検出されたとき、電子装置により引き出された総電流に対応する信号と乗算される請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
電子装置の電力を表す信号は、電子装置の温度を制御する熱制御回路に提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
熱制御回路は、電子装置をほぼ一定のセットポイントで維持するために、電子装置により引き出された検出電力に応答して、装置を選択的に加熱もしくは冷却する熱交換器を制御する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
電気装置の電力検出方法は、以下を含む：
電子装置と電源の外部および間に設けられた電源から電子装置によって引き出される電流に比例した検出信号を提供する少なくとも１つの磁気抵抗電流センサで、電子装置により電源から引き出される電流を検出すること；および、
磁気抵抗電流センサからの検出信号、および電源から電子装置に供給される電圧を表す信号に基づいて装置の瞬時電力を計算すること。
【請求項１３】
電子装置はテスト中の半導体装置である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのために接続される半導体テストユニットのボード上に位置する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
モニタリング回路は、少なくとも１つの電流センサからの信号を伝えるインタフェースケーブルによって半導体テストユニットボードに接続された、プリント回路ボード上に設けられる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのために接続された半導体テストユニットのボードから分離したボード上に位置する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
モニタリング回路は、少なくとも１つの電流センサからの信号を提供するインタフェースケーブルによって少なくとも１つの電流センサに接続されたプリント回路基板上に設けられる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの電流センサは、並列に配置された複数の電流センサから成り、それによって、電源から電子装置へ供給される電流を分割し、各電流センサは検出電流に比例した対応する検出信号を出力する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
モニタリング回路は、電子装置により引き出された総電流に対応する信号を得るために、複数の電流センサからの各出力を合計する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
モニタリング回路は、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号に基づく絶縁信号を提供する絶縁増幅器を含み、その絶縁信号は、少なくとも１つの電流センサによって検出されたとき、電子装置により引き出された総電流に対応する信号と乗算される請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
電子装置の電力を表す信号を、電子装置の温度を制御する熱制御回路に提供するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
熱制御回路は、電子装置をほぼ一定のセットポイントに維持するために、電子装置により引き出された検出電力に応答して、装置を選択的に加熱もしくは冷却する熱交換器を制御する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
電子装置の温度を制御するシステムは、以下を含む：
電子装置と電源の外部および間に設けられ、電源から電子装置によって引き出される電流に比例した検出信号を提供する少なくとも１つの磁気抵抗電流センサからなる有効電力測定回路、その検出信号は、電子装置の電力を表す信号を得るために、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号と乗算される；
電子装置の温度を調整するために、作動可能に結合された熱交換器；
電子装置の電力を表す信号に基づいて、電子装置の温度を調整するために、熱交換器を操作する制御回路。
【請求項２４】
電子装置はテスト中の半導体装置である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのために接続される半導体テストユニットのボード上に位置する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
モニタリング回路は、電子装置の電力を表す信号を得るために、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号を乗算する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
モニタリング回路は、少なくとも１つの電流センサからの信号を提供するインタフェースケーブルにより、少なくとも１つの電流センサに接続されている、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
少なくとも１つの電流センサは、電子装置がテストのために接続された半導体テストユニットボードから分離したボード上に位置する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２９】
少なくとも１つの電流センサは、並列に配置された複数の電流センサから成り、それによって、電源から電子装置へ供給される電流を分割し、各電流センサは検出電流に比例した対応する検出信号を出力する、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３０】
電子装置により引き出された総電流に対応する信号を得るために、複数の電流センサの各々からの出力が合計される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項３１】
モニタリング回路は、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号に基づく絶縁信号を提供する絶縁増幅器を含み、その絶縁信号は、少なくとも１つの電流センサによって検出されたとき、電子装置により引き出された総電流に対応する信号と乗算される、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３２】
制御回路は、装置を一定のセットポイント付近に維持するために、熱交換器を制御する、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
この出願は、１９９９年７月１４日に出願された、トム　ジョーンズ（Ｔｏｍ　Ｊｏｎｅｓ）他による、共通に譲渡された米国特許出願第０９／３５２，７６０号に関し、その開示は、本願明細書において完全に明らかにされるように、参照により組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、テスト中の装置（ＤＵＴ）の電力をモニターするための装置および方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体テストユニットからの利用可能な専用の電流および電圧のモニタリング信号に頼ることなく、テスト中の半導体装置の電力をモニターする装置および方法に関する。
【０００３】
（発明の背景）
上で特定した、共通に所有された米国特許出願第３５２，７６０号は、その装置の電力消費量を決定するために、装置の電流および電圧をモニターするための技術に関連する。計算された電力消費量は、その後、例えば、装置の温度を一定のセットポイント、もしくは、ほぼ一定のセットポイントに維持するために、装置の熱的調整に用いられる。こうした技術は、より一般的な適用性を持つと同時に、メモリ装置やマイクロプロセッサなどの半導体装置の性能テストに関連して、有利に利用されることもある。
【０００４】
通常、性能テストは、その後半導体装置に対して様々なテストを実行するテスト装置のロードボードに、半導体装置を接続することにより達成される。テスト装置は、例えば、半導体装置の最大動作周波数を測定する場合もある。しかし、テスト中の装置（ＤＵＴ）が自己発熱し、結果として、温度上昇が起こり、ＤＵＴの性能を低下させる可能性が知られている。これは、ＤＵＴの性能を過少報告する原因になりかねない。ＤＵＴの温度を一定のセットポイント付近に維持するために、様々な温度強制技術が用いられる場合がある。しかし、瞬時に起こる電力変動は、多くの現在の半導体装置で、非常に激しく劇的なものとなり得るため、現行の温度強制システムでは、多くの場合、自己発熱の効果を正確に相殺するに至らない。
【０００５】
出願第３５２，７６０号の電力モニター技術は、自己発熱における変化を、それが起こる前に予測するために瞬時電力変動を測定することを備えている。測定された電力変動は、一定のセットポイントにＤＵＴを維持する、自己発熱を相殺するための温度強制システムの制御に利用される。この技術は、ＤＵＴに供給される電力を決定するために、テストユニットの電源からの信号を用いることも可能である。しかし、現在は、設計が異なる様々なタイプのテストユニットが利用可能である。多くのテストユニットは、電源モニター信号を提供する出力端末を用意せず、電源は、多くの場合、容易にアクセス出来ない。さらに、ＤＵＴへの電力信号の特性を妨げ、あるいは低下させる電源の中断は、いかなる方法によっても避ける必要がある。このようにして、ＤＵＴに供給される電力への悪影響を避ける方法で、ＤＵＴによって利用される電圧および電流を測定する技術が必要とされている。
【０００６】
（発明の概要）
本発明の実施例では、装置は、テスト中の半導体装置のような電子装置の、電力のアクティブなモニタリングを提供する。本発明に従う装置は、装置および電源の外部に設けられた、少なくとも１つの磁気抵抗電流センサを含んでいる。本電流センサは、装置への電流を検出し、電源から装置によって引き出された電流に比例する検出信号を提供する。モニタリング回路は、入力として、磁気抵抗電流センサからの検出信号、および電源から装置に供給される電圧を表す信号を受け取り、これらの信号を掛け合わせて、装置の電力を表す信号を得る。
【０００７】
本発明の他の実施例では、テスト中の半導体装置などの、電子装置の電力の検出方法は、装置および電源の外部に設けられた少なくとも１つの磁気抵抗電流センサで、電源から装置によって引き出された電流を検出することを含む。電流センサは、装置への電流を検出し、電源から装置によって引き出された電流に比例する検出信号を提供する。装置の瞬時電力は、磁気抵抗電流センサからの検出信号と、電源から装置に供給される電圧を表す信号に基づいて計算される。
【０００８】
本発明の他の実施例では、システムは電子装置の温度を制御する。システムは、装置と電源の外部および間に設けられた、少なくとも１つの磁気抵抗電流センサから成る有効電力測定回路を含む。電流センサは、電源から電子装置によって引き出された電流に比例する、検出信号を提供する。検出信号は、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号と掛けられ、結果として、電子装置の電圧を表す信号が得られる。熱交換器は、装置の検出された電力消費量に基づき、熱交換器を調整する制御回路に応答して、電子装置の温度を調整する。
【０００９】
本発明の１つの態様では、電源および電流センサは、半導体テストユニットのコモンボード（例えば、ロードボード）に配置される。あるいは、電流センサは、装置への電源と装置自体との間の、別々のボードに配置される。モニタリング回路は、インタフェースケーブルによりロードボードに接続された、プリント回路基板上に設けられ、少なくとも１個の電流センサから信号を送信する。
【００１０】
本発明のもう１つの態様では、複数の電流センサが並列に配置され、それによって、電源から電子装置へと供給される電流を分割し、各電流センサは、検出電流に比例する、対応する検出信号を出力する。モニタリング回路は、複数の電流センサからの各出力を合計して、電子装置によって引き出された総電流に対応する信号を得る。
【００１１】
本発明のもう１つの態様では、モニタリング回路は、電源から電子装置に供給される電圧を表す信号に基づき、絶縁信号を提供するアイソレーション増幅器を含む。絶縁信号は、少なくとも１個の電流センサにより検出されるように、電子装置によって引き出された総電流に対応する信号に掛けられる。
【００１２】
本発明のもう１つの態様では、電子装置の電圧を表す信号が、電子装置の温度を制御する熱制御回路に提供される。熱制御回路は、ほぼ一定のセットポイントに装置を維持するために、電子装置によって消費された検出電力におうとうして、電子装置を選択的に加熱もしくは冷却する熱交換器を制御する。
【００１３】
本発明のもう１つの態様では、熱交換器は、アクティブで、伝導性のヒーターから成る。
【００１４】
（詳細な説明）
本発明の、上述の、および、その他の態様は、本発明の実施例の説明を、添付図面と関連して読むことにより、より明らかになるだろう。
【００１５】
（電力追従システム）
図１は、テスト中、もしくは操作中のＤＵＴ装置（本願明細書では、「ＤＵＴ」と称する）に供給される電力が、温度強制システムにフィードバックを提供するためにモニターされる、米国特許出願第３５２，７６０号で説明されているようなシステムを示す。そのフィードバックに基づき、温度強制システムが、ＤＵＴの温度を維持する。この例では、ＤＵＴは半導体装置または「チップ」を備えていてもよい。１つ以上の電源が、コア電圧電力信号をＤＵＴに供給する。
【００１６】
モニタリング回路１０は、ＤＵＴ電力をモニターする。２つ以上の電源１５がある場合は、モニタリング回路１０は、総電力使用を合計する。この例では、電気的接続ポイント１６は、モニタリング回路１０を各電源１５にリンクする。電気的接続ポイント１６は、モニタリング回路１０に、電子装置を流れる電流の電圧イメージ、および電子装置が操作もしくはテストされる電圧レベルなど、電子装置の電力使用の表示を提供する。従って、この例は、電気的接続ポイント１６が、ＤＵＴをテストするテストユニットの電源から利用可能となるシステムを示している。しかし、上で議論したように、こうした接続ポイント１６が、常に利用可能であるというわけではない。本願明細書で説明される本発明は、こうした問題を処理している。
【００１７】
図１にさらに示されるように、モニタリング回路１０は、熱制御回路２５に電力使用信号２０（電力使用の値を表す電圧）を送る。強制システム表面温度、もしくは強制システム表面温度３２を表す信号のみならず、所与のチップセットポイント温度、もしくはセットポイント温度３０を表す信号に基づいて、熱制御回路２５は、電力使用信号２０を温度制御信号３５へと換算する。熱制御回路２５は、温度制御信号３５を、熱交換器温度制御４０へ提供する。熱交換器温度制御４０は、電力増幅器を備えた熱交換器電源（図示せず）を含んでおり、熱交換器に供給される電力の出力電流を４５に調整することにより、テスト（または、操作）中の電子装置の温度を制御する。熱交換器の結果温度は、強制システム表面温度３２である。
【００１８】
この例では、熱制御回路２５は、熱交換器４５内の可変抵抗装置（”ＲＴＤ”）に供給される電流を調整する信号を提供する。ＲＴＤは、強制システム表面温度に応答し、強制システム表面温度３２を表す電圧を出力する。強制システム表面温度電圧３３は、熱制御回路２５へとフィードバックする。
【００１９】
図２は、２つ以上の装置が電子装置に電力を供給するモニタリング回路１０の、計算機能を示すブロック図である。図１に示されるように、各電気的接続１６は、電流信号２１０および電圧信号２１５を、その対応する電源１５からモニタリング回路１０へ提供する。各電流および電圧信号２１０、２１５は、各信号を増幅するそれぞれの第１アンプ２２０を通過し、信号の広帯域雑音および高周波成分を除去するローパスフィルタ２２５へ入る。電流信号２１０および電圧信号２１０は、それぞれの電流もしくは電圧の値を表す、電圧形式であってもよい。
【００２０】
システムの熱構成要素は、テスト中の電子装置に供給される電力（例えば、ナノセカンドのレンジで）よりゆっくり（例えば、ミリセカンドのレンジで）反応する。従って、電流および電圧信号２１０、２１５の高周波成分は、全く値を加えない。電流および電圧信号２１０、２１５の高周波成分を取り除くと、電流および電圧信号２１０、２１５の帯域幅が、制御回路の残りの帯域幅にマッチし、温度制御を安定させるタスクは簡略化される。特定の電源のための電流および電圧信号２１０、２１５は、その後、電流および電圧信号２１０、２１５を用いてその特定電源のための電力使用を計算するために、共に第１乗算回路２３０を通過する。
【００２１】
あらゆる電源のために、モニタリング回路１０は、電流および電圧信号２１０、２１５から電力使用を計算するために、以下の式を用いる：
2004507765.tif 000003
ここで、
Ｐ＝ワットでの電力消費
Ｉ＝アンペアでの電流信号
Ｖ＝ボルトでの電圧信号
電源１５が電子装置によって引き出される電流の電圧イメージを提供する場合、電圧イメージ信号のボルト‐アンペア関係を記述した換算係数が必要となる。電子装置がテスト中の場合、換算係数は、電子装置のテストに用いられる（さらには、操作中もしくはテスト中の電子装置を動かす）テスターへの電源の特性から引き出される。例えば、シュルンベルガー（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）のＨＣＤＰＳテスターの換算係数は０．８７であるが、シュルンベルガー（Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇｅｒ）のＶＨＣＤＰＳテスターの換算係数は１．０である。換算係数は、ボルト表示の信号を、対応するアンペア表示の電流値へ変換出来るようにモニタリング回路へ利用可能とされる。換算係数はまた、実際の電流および信号電圧を同時に測定し、次に電圧を測定したアンペア数によって除算することにより、経験的に決定可能である。また、それは、１つ以上の特定の電流出力を設定し、測定された信号電圧で除算することによって決定してもよい。
【００２２】
すべての第１乗算回路２３０からの出力は、すべての電源からの電力使用を合計して電力使用信号２０にする、単一の加算回路２３５へと進む。電力使用信号２０は、その値を表す電圧形式でもよく、第２アンプ２４０を通過した後、モニタリング回路を出て、その後、電力使用信号２０として熱制御回路へ進む。
【００２３】
図３は、図１のモニタリング回路１０の電力計算部分を、さらに詳細に示すブロック図である。テスト中、もしくは操作中の電子装置の温度は、以下の式を用いて決定可能である：
2004507765.tif 000004
ここで、
チップの温度（℃）は、その電力散逸から引き出されたチップ温度を表す。
Ｋｔｈｅｔａは、温度強制システムの容量および電子装置と熱交換器との間の、媒体（または、熱拡散器、ふた、もしくは他の装置が、装置自体の先端に取り付けられる場合の媒体）の熱抵抗から引き出された定数（℃／ワット）である。
Ｐｅｄ（ワット）は、モニタリング回路１０から得た電力使用信号２０に反映された、総電力使用である。
Ｔｆｓｓ（℃）は、システム表面強制温度であり、チップに接触する媒体の絶対温度であり、熱制御システムの表面に埋め込まれた温度センサによって測定される。
【００２４】
Ｋｔｈｅｔａはまた、ＤＵＴに接触する場合の、熱制御システムの一般効率から引き出される。例えば、周囲のかなり上のセットポイント温度では、ＤＵＴは、その環境に対し、比例してより多くの熱を失い、熱制御システムは、ＤＵＴの温度を下げるよりも、上げるために、より強く作動しなければならない。ＤＵＴの自己発熱に応答する熱制御システムの見地からは、総合的効果は、ＤＵＴと周囲のセットポイントで作動する熱交換器の間のより低い熱抵抗と同じである。同様に、周囲のかなり下のセットポイント温度では、ＤＵＴは、その環境から熱を得て、熱制御システムは、温度を上げるよりも、下げるために、より強く作動しなければならない。ＤＵＴの自己発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、ＤＵＴと周囲のセットポイントで作動する熱交換器の間のより高い熱抵抗と同じである。いずれの場合も、Ｋｔｈｅｔａは、電力エクスカーションの間、ＤＵＴの周囲の環境への熱伝達効果を反映するよう調整される。
【００２５】
Ｋｔｈｅｔａは、媒体の有効な、もしくは微調整された熱抵抗と考えてもよい。異なる媒体の熱抵抗は、（化学と物理のＣＲＣハンドブック（ＣＲＣ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）第７７版；編集主任デビッド　Ｒ．ライド（Ｄａｖｉｄ　Ｒ．Ｌｉｄｅ）などの標準的な化学参考図書で述べられているが、周囲の湿度、気圧、温度などのファクターが、実際の熱抵抗に影響することもある。熱抵抗はまた、テストの物理的構成により影響されることもある。Ｋｔｈｅｔａを決定するために、当業者は、媒体の予期された熱抵抗の値を調整し、結果が改良されたか否かを確認するために、キャリブレーションプロセスを使用可能である。キャリブレーションプロセスの他の利点は、セットポイント温度の関数として、自動的にＤＵＴから熱制御システムへの熱伝達の「効率ファクター」の原因となるということである。
【００２６】
上で説明したように、Ｋｔｈｅｔａは、さまざまな変数の効果を、１つの項に組み入れるという利点を提供する。好ましい実施例では、Ｋｔｈｅｔａは、所与のアプリケーション、もしくはＤＯＴのタイプに最適化される必要があるだけで、その後は、同タイプの多くの異なる装置のテストに使用可能となる。さらに、Ｋｔｈｅｔａの１つの実用的な効果は、温度強制システムの温度での装置のモニターされた電力消費であるミラーリングにおける、Ｋｔｈｅｔａは、ミラーリングの相対的な大きさを、拡大もしくは圧縮する。
【００２７】
熱加算回路３３０では、温度制御信号３５は、以下の式を用いて決定される：
2004507765.tif 000005
ここで、
Ｖｔｃｓは、温度制御信号である。
Ｖｓｐは、セットポイント温度電圧３７５、電子装置のためのセットポイント温度を表す電圧である。
Ｖｋ−ｔｈｅｔａはＫｔｈｅｔａ値を表す電圧３１５である。Ｋｔｈｅｔａ値は、入力の値に対応する電圧を発生する、デジタル‐アナログ変換器に入力される。
Ｖｐｅｄは、モニタリング回路１０（図１Ａ参照）から得られる総電力使用信号２０であり、ＤＵＴによって消費されたワット数を表す。
Ｖｆｓｓｔは、デジタル‐アナログ変換により生成される、強制システム表面温度電圧３２であり、強制システム表面温度を表す。
ＶＩＲＯ３４５は、０℃において熱交換器内の可変抵抗装置で示された抵抗により乗算された、熱制御ボード２７内の第１精密定電流源２８からの精密定電流の値と等しい電圧を表す、デジタル‐アナログ変換により生成される電圧である。これは、熱交換器内に埋め込まれた温度センサがキャリブレートされるとき、決定されてもよい。
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、抵抗対温度の熱交換器内の可変抵抗装置のためにカーブの傾きを表している。これは、熱交換器内に埋め込まれた温度センサがキャリブレートされるとき、決定されてもよい。
【００２８】
図３を参照すると、モニタリング回路１０（図１参照）からの電力使用信号２０は、第３増幅器３１０を通過して、熱制御回路２５に入る。電力使用信号は、第２乗算回路３２０へ提供され、そこで、第１修正信号を生成するためにＶｋ−ｔｈｅｔａ３１５と乗算される。修正電力使用信号は、第４増幅器３２５を経由し、そこから、熱加算回路３３０へと提供される。強制システム表面温度Ｖｆｓｓｔ３２を表す電圧は、また、第５増幅器３３５を通過し、熱制御回路２５に入る。そこから、Ｖｆｓｓｔ３２は、減算回路３４０へ入り、キャリブレートされたＶｆｓｓｔのために、Ｖｆｓｓｔ３２からＶＩＲＯ３４５が減算される。キャリブレートされたＶｆｓｓｔは、第６増幅器３５０を通過して、除算回路３５５に入り、そこで、キャリブレートされたＶｆｓｓｔは、Ｖａｌｐｈａ３６０により除算される。（Ｖｆｓｓｔ−ＶＩＲＯ）／Ｖａｌｐｈａを表す結果は、そこから第７増幅器３６５を通過して、熱加算回路３３０に入り、合計を出すために、そこで修正電力使用信号と加算される。合計は、差回路（もしくは、減算回路）３７５に入り、セットポイント温度電圧３７０から合計を減算して、派生信号を生じさせる。この信号は、瞬時温度エラーを表す。
【００２９】
派生信号は、微分回路３８０に提供され、それは、時間に対応して、微分回路の微分を行い、それをスムーズにする。微分信号は、第６増幅器３９０によって増幅された後、温度制御信号Ｖｔｃｓ３５として熱制御回路を出る。
【００３０】
微分回路３８０は、熱制御回路２５の総合制御部を示す。これは、瞬時信号レベル変化への回路応答時間が決定される場所である。微分回路３８０により特徴づけられるが、制御回路２５は、比例および積分のゲインステージが制御回路内２５にあるため、ＰＩスタイルコントロールループとして記述可能である。
【００３１】
他の制御回路は、例えば、カスタムシステムを設計したり、あるいは既成の商業サーボコントローラを用いたりすることにより、真のＰＩＤコントロールを使用してもよい。こうしたシステムは、連続ランピング、ｓ曲線プロファイリング、最小量のオーバーシュートもしくはアンダーシュートのためのサーボチューニング、および改良された閉ループ制御安定性のような性能を加えている。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、温度信号および電力信号を、ある種の熱ポジション信号に変換し、それを商業サーボモータコントローラにフィードバックする必要が生じる場合もある。コントローラの中にはまた、バックエンドにおける何らかの変換を必要とするものもあるだろう。これらの例が示すように、アナログおよび／またはディジタル回路は、必要とされる制御機能を遂行することができる。
【００３２】
図１の制御システムは、ＤＵＴの温度を、所与の誤差内の特定のセットポイントに維持する。従って、制御システムには、ＤＵＴ温度に関する何らかの情報がなければならない。制御システムの中には、以下の直接温度を利用するもののように、反復されるＤＵＴ温度情報を必要とするものがある。他の制御システムは、以下の電力を利用するもののように、セットポイントからの逸脱を制御し、反復されるＤＵＴ温度情報を必要とすることはない；むしろ、それらは、いつ温度維持プロセスを開始するかを知るだけでよい。
【００３３】
制御処理に追従する電力は、ＤＵＴがセットポイント温度に達した後に開始されてもよい。この情報は、例えばソークタイマが切れた後など、間接的に決定してもよい。また、例えば熱構造をモニターするなどして、直接的に決定してもよい。熱構造は、初期ＤＵＴ温度情報を提供するために使用可能であり、さらに、それらが適切にキャリブレートされるなら、テスト全般にわたってそれらをモニターすることも可能である。熱構造は、温度制御方法に追従する電力の開始前に、初期ＤＵＴ温度を決定するためにモニターしてもよい。
【００３４】
特性決定および妥当性確認のプロセスは、特定タイプのＤＵＴの温度制御に追従する電力のために実行されるのが望ましい。このプロセスはダイ温度情報を利用する。キャリブレートプロセスの間に、統計的に関連したサンプルセットが、真のダイ温度情報を用いて取られるなら、量産およびテストの間、ダイ内にいかなる温度感知装置も必要ではない。
【００３５】
（外部設置電流センサを用いる有効電力モニタリングを伴うテストシステム）上述の電力追従システムが利用する情報は、ＤＵＴの電力引き出しに関する情報である。具体的には、図１のシステムでは、この情報は、電源１５により供給される、電流および電圧信号の縮尺電圧イメージである。最初に言及したように、これらの信号は、特定のテストユニットでは、容易に利用出来ない場合もある。ここでは、本発明の実施例により、こうした場合に、こうしたモニター信号を得ることが出来ることを説明する。
【００３６】
図４は、本発明の実施例に従うシステム１１０の斜視図である。このシステムでは、ＤＵＴ１２４は、テストユニット１２１に接続されている。例えば、ＤＵＴ１２４は、テストユニット１２１のロードボード（一般的に、インターフェース・ボードとしても知られている）１２５に動作可能な形で接続された、テスト・ソケット１２７内に位置している。具体的には、ロードボード１２５内へのテスト・ソケット１２７の挿入により、テストユニット１２１とＤＵＴ１２４との電気的接続が確立される。これらの接続を通して、テストユニット１２１は、ＤＵＴ１２４にコア供給電圧を供給する。代表的なアプリケーションでは、テストユニット１２１はまた、ＤＵＴのＩ／Ｏポートに信号を送受し、それによって、テストユニットは、ＤＵＴに様々なテストを実行することになる。上で説明された技術に従って、ＤＵＴ１２４の電力は、コア電圧供給から計算された電力消費量に基づいてモニターされる。
【００３７】
以下にさらに詳細に説明されるように、１つ以上の電流センサが、テストユニット１２１により供給されるコア電圧を伴って、インラインでロードボード１２５上に提供される。しかし、電流センサは、必ずロードボード１２５上に位置しなければならないわけではなく、代替的な位置に置くことも可能であることは理解されるだろう。例えば、センサは、電源の出力とロードボードの入力との間に位置する、中間プラットホーム上に配置可能であった。電流センサを用いて、ＤＵＴにより引き出された電流を示す電圧信号が得られる。
【００３８】
この例では、電流信号は、ＤＵＴ接地および一次電圧の信号と同様に、コントロールボード１１７へインタフェースケーブル１２６経由で提供される。この特定の実施例でのコントロールボード１１７は、熱制御シャーシ１１６に設けられている。熱制御シャーシ１１６は、システムコントローラ１１４を含む。システムコントローラ１１４は、他の機能の中で熱交換器１２０を制御する、様々な制御回路を備えている。熱交換器１２０は、テストの間、ＤＵＴ１２４の温度をほぼ一定のセットポイントに維持する。図４に示されるように、オペレータ制御は、オペレータインタフェース・パネル１１２において提供され、それは、システムコントローラ１１４にインタフェースとして与えられる。これらの構成要素の他の構成は、当業者にとって明らになるだろう。
【００３９】
本発明が、様々なタイプのヒーター制御システムと共に利用され得ることが認められる一方で、この実施例では、ＤＵＴ１２４の温度は、その開示が、本願明細書において完全に明らかにされるように参照により組み込まれている、米国特許第５，８２１，５０５号明細書で、全体として説明されているタイプの、伝導熱交換器１２０により維持される。このタイプの熱交換器は、ＤＵＴの温度変化に著しく急速に反応可能であることが分かっている。こうした熱交換器１２０は、ヒーターとヒートシンクを含んでいる。ヒーターは、ＤＵＴとヒートシンクとの間に配置される。システムコントローラ１１４は、ＤＵＴの温度をヒートシンクの温度より上の定温の上に維持するために、選択的にヒーターを作動させる。液体冷却および再循環システム１２２は、液体を、ブームアーム１１８を経由して熱交換器１２０、特にヒートシンクへ供給する。ブームアーム１１８はまた、制御信号をシステムコントローラ１１４からヒーターまで運ぶ。
【００４０】
図５は、本発明に従う、有効電力モニタリング回路の簡単化ブロック図である。図示されているように、電源１３２は、例えば半導体テストユニットから、コア電圧供給１３３をＤＵＴ１２４に提供する。電流センサ１３５は、電源１３２とＤＵＴ１２４の間に、インラインで挿入される。電流センサ１３５は、ＤＵＴ１２４への電流を、ＤＵＴコア電圧の実質的ゼロ挿入損失で検出する。電流センサ１３５は、ＤＵＴ１２４への電流を示す、電圧信号１３９を供給する。
【００４１】
本発明の態様では、電流センサに関するゼロ挿入損失は、従来の受動電流検出より優れた電気的絶縁を提供する、磁気抵抗電流センサを用いて達成される。実際に電流を運ぶ電流センサ部分は、センサに取り付けられたブスバーから成る。ブスバーは、ＤＵＴコア電圧のゼロ挿入損失を提供する。電流検出回路は、いかなる電圧降下もない。
【００４２】
好ましい実施例の電流センサは、磁気抵抗（ＭＲ）の効果を利用出来るよう、パーマロイ（ニッケル鉄合金など）および他の強磁性体を用いている。本発明のこの態様に用いられるＭＲ装置は、磁場に著しく敏感で、ホール効果センサをかなり上回っている。例えば、それぞれ最大２５アンペアもしくは５０アンペアの感度範囲を提供する、Ｆ．Ｗ．ベル（Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ）からのＭＲ電流センサ、パート番号ＮＴ−２５もしくはＮＴ−５０は、有利に利用可能である。こうしたセンサは、改良された感度およびオフセット可変性を実現する、ホイートストンブリッジ構成に配置された、高度に対称な４つのＭＲ装置を用いている。これにより、電流センサは、磁気コアなしで組み立て可能となる。バーバーポール（Ｂａｒｂｅｒｐｏｌｅ）バイアス技術は、ＭＲ装置の直線領域を広げている。
【００４３】
図５に示されるように、インタフェースケーブル１２６は、モニタリング回路１４０に、ＤＵＴの共通参照電圧と同様に、電流信号１３９、コア電圧信号１３３を提供する。モニタリング回路１４０は、ＤＵＴコア電圧を受け取り、それをアイソレーション増幅器に通す。増幅器の出力は、電流センサ１３５からの比例電流モニター電圧と乗算され、電力信号１４２が得られる。ＤＵＴ温度コントローラ１５０は、例えば、上述のように熱交換器の制御によって、ＤＵＴ１２４の温度を制御するよう、電力信号を使用している。
【００４４】
本発明の他の特徴では、電流センサ１３５は、ＤＵＴ１２５により引き出される予測最大電流に基づいて選択される。例えば、単一のＦ．Ｗ．ベル（Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ）ＮＴ−２５センサは、２５アンペアの最大検出範囲を提供する。単一のＦ．Ｗ．ベル（Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ）ＮＴ−５０センサは、５０アンペアの最大検出範囲を提供する。以下に議論するように、同タイプのセンサ（例えば、５０Ａセンサ）を２つ以上の並列配置し、各センサを通るよう電流経路を均等に分割し、その後、各センサから検出された電流信号を合算することにより、より大きな範囲が得られることになる。
【００４５】
図６Ａは、２５Ａもしくは５０Ａセンサなどの単一の電流センサ１３５Ａが、ＤＵＴ１２４を伴ったロードボードに配置された第１の例を示している。電流センサ１３５Ａは、ＤＵＴ１２４に、コア電圧供給１３２と直列に配置されている。電流センサ１３５Ａは、ＤＵＴ１２４へ、検出電流に比例する出力電圧１３９Ａを、コア電圧供給ライン経由で提供する。その出力１３９Ａは、ロードボード上の表面設置コネクタ１４９へ供給されてもよい。コネクタはまた、ＤＵＴコア電圧１３３およびＤＵＴ共通参照電圧１３７を受け取る。
【００４６】
図６Ｂは、２つの電流センサ１３５Ａ、１３５Ｂ（例えば、２つの５０Ａセンサ）が、それぞれテスターコア電圧電源１３２とＤＵＴ１２４との間で、ロードボード上に並列に配置された第２の例のブロック図である。ＤＵＴ１２４への電流は、２つのセンサ１３５Ａ、１３５Ｂの間で均等に分割される。センサ１３５Ａ、１３５Ｂにより検出した電流を表す電圧信号１３９Ａ、１３９Ｂは、別々に表面設置コネクタ１４２に提供される。このようして、センサの出力は、その後、総電流を表す単一の信号を得るために合計されることになる。従って、センサ１３５Ａ、１３５Ｂの最大範囲は、単一センサのそれの倍になる。例えば、２つの５０Ａセンサは、１００Ａまでの範囲を提供する。
【００４７】
図６Ｃは、３つの電流センサ１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃ（例えば、３つの５０Ａセンサ）が、それぞれテスターコア電圧電源１３２とＤＵＴ１２４との間で、ロードボード上に並列に配置された第３の例のブロック図である。ＤＵＴ１２４への電流は、３つのセンサ１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃの間で均等に分割される。センサ１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃにより検出した電流を表す電圧信号１３９Ａ、１３９Ｂ、１３９Ｃは、別々に表面設置コネクタ１４２に提供される。このように、センサ出力は、図６Ｂについて議論したように合計されることになる。結果として、センサ１３５Ａ、１３５Ｂ、１３５Ｃの最大範囲は、単一センサのそれの３倍となる。例えば、２つの５０Ａセンサは、１５０Ａまでの範囲を提供する。
【００４８】
図６Ａから図６Ｃは、異なる範囲の電流が検出可能となる、本発明に従った様々な例を示している。しかし、本願明細書に明確に特定されたものを除き、電流センサが、本発明と関連して使用され得ることは、理解されるであろう。例えば、ゼロ挿入を提供する他のタイプのセンサは、検出可能な異なる範囲の電流を供給する。さらに、図６Ａから図６Ｃの例では、電流センサがテストユニットのロードボードに位置しているが、様々なテストユニット装置の構成によりよく従うよう、電流センサを代替位置に配置してもよい。こうした代替的実施例の１つを、ここで説明する。
【００４９】
図７では、電流センサ１３５’は、別々の拡張ボード１７５に配置されている。センサは、テストユニットデジタル電源１３２と、テストソケット内にＤＵＴが位置しているテストユニットロードボード１２５との間に、電気的に接続される。この電気的接続は、例えば、コア電圧供給および共通電圧（１３３、１３７）を、テストユニット電源からＤＵＴに供給するケーブルにより成されてもよい。図示のように、コア電圧および共通参照電圧は、センサ１３５’の出力１３９と同様に、表面設置接続１４２に供給される。これらの信号は、インタフェースケーブル１２６経由で、表面設置コネクタ１４２から、モニタリング回路１４０へと提供される。この例には３つのセンサＡ、Ｂ、Ｃが示されているが、上で議論した方法により、１つ以上のセンサが利用可能であることは理解されるであろう。
【００５０】
図８は、モニタリング回路１４０のより詳細なブロック図である。図示された、この実施例の回路は、増幅１４８Ａ、１４８Ｂ、１４８Ｃを経由して、最大３個の別々の電流センサからの信号１３９Ａ、１３９Ｂ、１３９Ｃを受け取る。複数の電流信号は、ＤＵＴに供給される総電流を決定するために、加算回路１４１により加算される。３つのチャンネルが示されているが、追加されたセンサ出力が、同様に受け取られ、処理されることは、理解されるであろう。
【００５１】
モニタリング回路１４０はまた、ＤＵＴコア電圧信号１３３を入力として受け取る、アイソレーション増幅器１４３を含んでいる。こうした増幅器は、例えば電気光学増幅器を備えていてもよい。リアルタイムアナログ計算ユニット１４５は、アイソレーション増幅器１４３と加算回路１４１の出力を乗算して、ＤＵＴ電力信号を得る。図示されているように、出力信号は、増幅器１４６によって増幅されてもよい。
【００５２】
この例では、モニタリング回路１４０は、ロードボード上に設置された電流センサ、もしくは、テスター電源とロードボードとの間の拡張プラットホームのいずれかに直接接続している、別々のプリント回路基板上に設けられる。モニタリング回路基板は、用いられる電流センサの数を決定する、マイクロコントローラ１４７を含む。これは本技術での公知技術を用いて達成される。例えば、３ビットコードを、コードが電流センサの数に対応する、ロードボードもしくは拡張プラットホームに配線するなどがあるだろう。マイクロコントローラ１４７は、このコードを用いて、加算プロセスの部分として、複数の入力チャネルのうちいずれを稼動させるかを自動的に選択する。
【００５３】
電力信号は、本技術での公知技術を用いて得てもよい。例えば、データ取得カードは、アナログおよび／またはデジタル回路を利用してもよい。データ取得カードは、複数チャンネルの、アナログ‐デジタル変換器を含んでいることが望ましい。ナショナルインスツルメンツ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製の型番ＰＣＩ−６０３１Ｅなどの既製のボードが、データ取得カードとして使用されよう。データ取得カードはまた、サンプリング・レートや他のパラメタの設定などの、さまざまな制御機能を実行してもよい。しかし、好ましい実施例では、データ取得カードは、データを別のコントローラに送る。汎用パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」）が、コントローラとして役立つ可能性があることは、認識されるであろう。ＰＣによって受け取られるデータは、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、またはベルヌーイ・ドライブなどのデジタル記憶媒体に格納可能である。また、データは、送信、コンピュータスクリーンなどのディスプレイ装置に表示、もしくは処理されることが可能である。他の実施例はまた、データを利用するアナログ設備を含む、追加のプロセッサもしくは設備を包含している。
【００５４】
ＰＣベースのコントローラは、ペンティアムプロセッサを含み、Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴオペレーティングシステムを使用していてもよい。汎用非同期式送受信機構（「ＵＡＲＴ」）、汎用送受信機（“ＵＲＴ”）、およびＲＳ−２３２規格を無制限に含む、様々なコミュニケーションカードおよびプロトコルが、ＰＣとデータ取得カードとの間で、使用可能である。好ましい実施例では、データ取得カードはまた、ＤＵＴ温度情報、熱交換器電力情報、冷媒流速、流体注入口および排出口温度を無制限に含む、他の様々な情報を取得する。
【００５５】
（変更および利点）
当業者は、本願および組み込まれた開示の見地から、さまざまな技術を用いて全システムの機能が実行可能であることは、容易に理解するであろう。本願明細書では、モニタリング回路と熱制御回路のための電気回路が開示されているが、電流、電圧、温度、および電力を表す信号を生成するなどの他の機能と同様に、これらの機能のための他のインプリメンテーションが可能である。
【００５６】
本願明細書に開示された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、および／または双方の組み合わせによりインプリメント可能である。ソフトウェアインプリメンテーションは、Ｃ＋＋などの高レベルプログラミング言語、中レベルおよび低レベル言語、アセンブリ言語、アプリケーション専用もしくは装置専用言語を無制限に含む、いかなる適切な言語でも表記可能である。こうしたソフトウェアは、４８６もしくはペンティアムなどの汎用コンピュータ、アプリケーション専用ハードウェア、もしくは他の適当な装置で作動可能である。
【００５７】
論理回路内で離散的ハードウェア構成要素を用いることに加えて、必要とされる論理はまた、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）もしくは他の装置により実行されてもよい。本技術は、アナログ回路、デジタル回路、または双方の組み合わせを使用してもよい。本システムはまた、コネクタ、ケーブルなど、本技術で公知の様々なハードウェア構成要素を含むことになるだろう。さらには、少なくともこの機能の一部は、本発明に従って働くように、情報処理装置をプログラムする際に用いられる、磁気、磁気光学、および、光メディアなどの、コンピュータ読込み可能メディア（コンピュータプログラム製品とも呼ばれる）内に実装されてもよい。この機能はまた、情報もしくは機能を伝送する際に用いる伝送波形など、コンピュータ読込み可能メディア、もしくはコンピュータプログラム製品内に実装されてもよい。
【００５８】
さらに、本開示は、本発明が、様々な異なる分野、アプリケーション、産業、および技術に適用可能であることを、当業者に明らかにするものである。本発明は、温度をモニターもしくは制御しなければならない、いかなる電動システムにも、無制限に使用可能である。これは、半導体の製作、テスト、および操作にかかわる、多くの異なる処理およびアプリケーションを無制限に含んでいる。
【００５９】
さらに、好ましい実施例は、電源からＤＵＴに供給される電力を、計算もしくはモニターする。この電力は、通常、ＤＵＴ内の１つ以上の電力接続を通して、ＤＵＴ上のある種の電力平面もしくは格子に提供される。これは、どんな信号にも内在する電力と、区別されることになる。明らかに、装置上のいかなる信号接続も、その信号、例えば、クロック信号の特定の電力を受けるように設計される。しかし、好ましい実施例がモニターする電力は、信号接続に供給される、信号に固有の電力ではなく、電源から電力接続へと提供される電力である。上で用いられる電源とは、装置を操作するために、特定電圧で電力を供給可能な、標準産業装置を指している。しかし、本発明の技術は、電力信号、クロック信号、およびデータ信号を無制限に含む、いかなる信号にも、適用可能であることは明白である。これらの技術はまた、非標準的な電源にも適用可能であった。
【００６０】
本発明の利点は、上で説明された電力追従技術との関連に基づいて、異なるタイプの電源装置とのコンパチブル技術を用いてテスト中もしくは作動中の装置に供給される電力を決定可能な電子装置のための温度制御装置および方法の提供を含み、本発明は、高ボリュームチップ製造に好都合に使用可能な、電子装置のための温度制御装置および方法を提供する。本発明のさらなる利益は、信頼性のある電子装置のための温度制御装置および方法を提供することである。
【００６１】
本発明の他の利点は、システムは伝導用表層領域を必要とするが、装置温度検出用電子装置の有意な表層領域を必要としない、電子装置のための温度制御装置および方法を提供することである。本発明のさらなる他の利点は、温度検出装置が、チップと統合される、もしくは一時的にチップと接続される必要性を排除することである。
【００６２】
さらなる他の利点は、本発明が、チップ電力プロフィールを収集および適用するための、自動化されたテスト設備、温度強制システム、およびテストソフトウェアの供給能力の必要性を排除するのみならず、チップ電力プロフィールの使用の収集、維持、および適用の必要性をも排除することである。
【００６３】
本発明の原理、好ましい実施例、および操作モードは、以上の明細書において説明されてきた。本発明は、開示された特定の形に制限されるものとして解釈されることを意図していない。なぜなら、これらは、限定的というより、むしろ説明に役立つと考えられたためである。さらには、本発明の精神と範囲から外れることなく、当業者により変更および変化が施されることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＵＴの温度を維持する温度強制システムへ、フィードバックを提供するため、テスト中の装置に供給される電力をモニターするシステムのブロック図である。
【図２】図１のモニタリング回路の電流加算部分を示すブロック図である。
【図３】図１のモニタリング回路の電力計算部分を、さらに詳細に示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に従う、熱制御テストシステムの斜視図である。
【図５】本発明に従う有効電力モニタリング回路のブロック図である。
【図６Ａ】本発明のセンサ回路の第１の例に従う、単一の電流センサの配置のブロック図である。
【図６Ｂ】本発明のセンサ回路の第２の例に従う、二つの電流センサの配置のブロック図である。
【図６Ｃ】本発明のセンサ回路の第３の例に従う、三つの電流センサ配置のブロック図である。
【図７】電流センサが、テストユニット電源とテスト中の装置との間の、別の拡張ボード上に設けられる、他の実施例を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施例に従う、モニタリング回路のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004507765.tif 000051
2004507765.tif 000052
【国際調査報告】
2004507765.tif 000053
2004507765.tif 000054
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