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CN101495821A - 集成电路插座中的温度感测与预测 - Google Patents

集成电路插座中的温度感测与预测 Download PDF

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CN101495821A CNA2006800078014A CN200680007801A CN101495821A CN 101495821 A CN101495821 A CN 101495821A CN A2006800078014 A CNA2006800078014 A CN A2006800078014A CN 200680007801 A CN200680007801 A CN 200680007801A CN 101495821 A CN101495821 A CN 101495821A
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heater
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克里斯托弗·A·洛佩斯
布赖恩·J·登海尔
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Wells CTI LLC
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Wells CTI LLC
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Abstract

提供了一种装置和方法，其优选地结合温度感测和预测，用来对集成电路进行更精确的温度控制。IC温度感测和预测设备(20)包括电流感测设备(26)和温度控制装置(28)，该电流感测设备(26)用来测量通过IC(24)的电流的，该温度控制装置(28)用来测量该IC(24)的表面温度。该设备还包括电子控制器(30)，该电子控制器(30)根据所测得的电流计算被IC(24)消耗的功率并且响应于测得的表面温度和功率损耗调节加热器或冷却器(28)的温度。

Description

集成电路插座中的温度感测与预测
技术领域
本发明涉及集成电路，更具体地涉及用于对集成电路进行更精确的温度控制的温度感测与预测。
背景技术
集成电路(IC)封装在其被制造后必须被测试，通常以提高的温度进行，这通常是预烧(burn-in)处理。在该处理过程中，经常须要控制IC、传感器和其它元件的温度。这方面的技术已经被广泛实践了很多年。系统一般包括加热器(或冷却器)、温度传感器和比较器，该比较器向加热器施加与在温度传感器上测得的电压与参考电压的差值成比例的能量。该能量在适当的方向被施加以使该电压的差值减小。为此，许多类型的温度传感器和温度控制模块被广泛出售。由于IC的温度敏感性，一种典型的应用是在预烧处理中对IC进行温度控制。
为了获得更精确的测试结果，期望能控制被测试的每个单独的IC的温度。在没有单独温度控制的测试炉中，每个IC的实际温度可能因炉中不同速率的对流、散热或辐射而改变。可通过感测各个IC的温度并通过使用单独加热器改变导向各个IC的热来实现单独温度控制。
对单独IC进行感测和加热的两个这样的示例可以在授予Jones(琼斯)的No.5,164,661美国专利和授予Hamilton(汉密尔顿)的No.5,911,897美国专利中找到。琼斯和汉密尔顿的该两个专利都公开了一种带有传感器的测试插座，该传感器与IC直接接触来感测该IC的外壳温度(casetemperature)。
如汉密尔顿的专利的图10所示，温度传感器110被设置在绝缘的传感器壳体112内，使得该传感器110从该壳体112伸出以与正在被测试的集成电路的外壳接触。汉密尔顿专利公开了对测试中的IC的表面温度(外壳温度)进行测量，但是没有公开用于确定IC中心温度(结温)的任何装置或方法。
琼斯专利公开了通过根据感测到的IC的外壳温度和IC的预定热特性来计算结温从而确定测试中的IC的结温。IC的结温度的确定受由材料的热时间常数引起的IC外壳表面上的温度传感器和IC的结之间的时间延迟的影响。
因此，一种更快确定测试中的IC的结温度的系统和方法的是有利的。
发明内容
本发明的一方面是控制集成电路(IC)的温度的方法。该方法包括：感测该IC的表面温度，预测结温度，并基于预测的结温度调节表面温度。优选地，预测结温度包括：测量IC的功耗并基于该功耗和IC的热特性来计算针对测量的表面温度的温度调节值。
本发明的另一方面是IC温度感测和预测设备。该设备包括用来测量通过IC的电流的感测设备和改变IC表面温度的温度控制装置。该设备还包括电子控制器，其从感测设备接收表示测量的通过IC的电流的第一信号并从温度控制装置接收表示IC表面温度的第二信号。优选地，该温度控制装置包括温度传感器和加热器或冷却器，该温度传感器与IC热接触并测量该IC的表面温度，该加热器或冷却器直接接触该IC。
附图说明
通过参考以下详细描述并结合随后的附图，本发明的实施例的以上和其它特征及优势将是显而易见的。
图1是根据本发明的原理的IC温度感测和预测设备的示例实施例的示意性框图。
图2是图1中IC温度感测和预测设备20的一个实施例的简化框图。
图3是根据本发明的另一实施例的位于测试或预烧室内的测试板系统的简化的平面图。
具体实施方式
根据以下的公开内容，对本领域的技术人员明显的是，在此描述的本发明可以被具体化为许多不同的形式而不应该被限制到在此提出的特定实施例，而提供这些实施例使得本公开内容将完全地向本领域的技术人员传达本发明的原理。
图1示出了根据本发明的原理，用来提供精确的IC温度控制的集成电路(IC)温度感测和预测装置20的简化框图。集成电路包括单独晶片和IC封装，贯穿本说明书的术语“集成电路(IC)”包括所有形式的集成电路。IC温度感测和预测装置20可以用于包括了IC预烧、测试和编程的测试中，或用于需要对IC进行精确温度控制的应用中。
温度控制装置28优选地设置在测试中的设备(DUT)24上。温度控制器包括用来感测DUT24的表面(或外壳)温度的传感器以及用于将热引向或引离该DUT24的加热器或冷却器。该温度控制装置28可以与在共同拥有的序列号为No.10/920,531的、标题为“Integrated CircuitTemperature Sensing Device and Method(集成电路温度感测设备和方法)”的、以US2005/0189957A1公开的美国申请中所描述的装置类似，该申请在此通过引用被结合。
为了对DUT24进行更精确的温度控制，结(或晶片)温度优选地同表面温度一起被测量。如本领域所公知的，结温度是IC操作和长期稳定的关键特征。然而由于DUT24中的中间材料(intervening material)(例如封装外壳材料(即IC封装))，结温度不能被直接测量。该中间材料导致DUT24的结温度和表面温度之间的热时间延迟。
一种确定DUT24的结温度的方法是基于一个类似欧姆定律(V＝IR，其中V是电压，I是电流，R是电阻)的简单模型(T＝Pθ，其中T是温度，P是功耗，θ是热阻)。该热模型将温度等同为电压，将功率等同为电流。封装热阻是对从晶片的有效表面(结)到特定参考点(外壳，板，周围环境等)的热耗散能力的量度。例如，结到壳热阻(θjc)度量设备从晶片表面到封装的顶部或底部表面耗散热的能力。IC制造商通常提供关于他们的元件的热阻信息。商用的例如
Figure A20068000780100071
的热分析软件封装在预测设备热性能时也是有用的。
电源22向DUT24供电。电流感测设备26优选地耦合在电源22和DUT24之间，并且测量通过DUT24的电流。在一个实施例中，可通过使用与电源22串联的低阻抗电流感测电阻器26(例如，0.015欧姆的电阻器)来测量通过DUT24的电流。
系统控制器30优选地连接到温度控制装置28和电流感测设备26。系统控制器30从温度控制装置接收指示感测到的DUT24的外壳温度的信号。系统控制器30也从电流感测设备26接收信号。通过测量电流感测电阻器26上的电压降值来确定被DUT24消耗的电流。系统控制器然后可以计算被DUT24消耗的功率量。DUT24的功耗通过等式P＝IV给定，其中P是功耗，I是电流消耗，V是电压。
一旦知道了DUT24消耗的功率量，结温度即可被预测，从而被控制。因为外壳温度是被温度控制装置28测量的，系统控制器30然后可以使用下式计算结温度：
Tj＝Tc+Pθjc，其中
Tj是结或晶片的温度；
Tc是外壳或封装的温度；以及
P是被设备耗散的功率(单位为瓦特)。
因此，为确定DUT24应该被加热还是冷却来获得期望的测试温度，系统控制器30可以通过与来自温度控制装置28的被感测到的外壳温度一起使用计算得到的功耗来控制DUT24的结温度，从而更精确地控制DUT24的温度。因为测量电流感测电阻器26上的电压降值不受与测量外壳温度相关的时间延迟影响，温度感测和预测设备20还向系统控制器30提供加速的温度反馈回路。
而且，对于给定功耗级，如果被感测到的外壳温度与预期结温度相差太大，给定DUT24的问题可以被更容易地识别。例如，给定设备类型的热特性可以被预测。如果设备被错误地制造，从而其实际的热特性与期望的热特性不同(例如误封装在结和外壳之间产生了较大的热阻)，那么对于给定的某功耗级，测量到的外壳温度可能低于预期值。因此，测量外壳温度并计算DUT24的功耗提供了可以识别有缺陷的IC的额外信息。
图2示出图1中的IC温度感测和预测设备20的一个实施例的简化框图。在所示的实施例中，DUT24被设置在测试板42上的IC测试插座23里。测试插座23可以是被设计成用来接收一个IC进行测试的插座，所述测试包括DUT24的预烧、测试和编程。需要理解的是，使用测试插座的IC测试仅仅是本发明的创造性原理可应用的一个例子。本发明也可以被应用到直接被固定到印刷电路板(PCB)的设备。
IC测试插座23通常包括连接到测试板42的基底40和插座盖44。IC测试插座23包括温度控制装置28，用来在测试中直接控制IC的温度。温度控制装置28中的温度传感器48测量DUT24的顶表面温度。
温度控制装置28被设置在插座盖44中，使得当IC测试插座23在闭合的位置时，温度控制装置28与DUT24热接触。然后温度控制装置28通过将热引向或引离DUT24使DUT24的温度产生变化。因此温度控制装置28包括加热器或冷却器。
图2也包括一个简单的电路图，其示出系统控制器30与温度传感器48和温度控制装置28通信。系统控制器30还连接到电流感测设备26，该电流感测设备26可以位于板42上。在一个实施例中，系统控制器30可以嵌入到插座盖44中。
图3示出了根据本发明的另一个实施例，在测试或预烧室内的测试板42的系统的简化平面图。由DUT24和温度感测和预测设备20组成的矩阵位于各个测试板42上。测试板42与外部电源和驱动器电子设备70通信。该电源和驱动器70借助于数据/电源总线71与测试板42进行通信。该电源和驱动器电子设备70充当系统控制器，其允许用户来决定针对各个DUT24的期望的测试温度。
典型的测试室68是预烧室，其中来自通风机或其他源的气流67维持在整个测试板42上。气流67优选地保持在足够高的速率以使得在施加来自单独加热器28的热之前将IC封装保持在选定的温度之下。加热器28然后能更容易地将各个IC封装24单独地保持在选定的温度。用于测试IC的、本发明可以被合并到其中的系统的更详细描述记录在共同拥有的序列号为No.11/069,589的、标题为“Burn-In Testing Apparatus andMethod(预烧测试装置和方法)”、公布为US2005/0206368A1的美国专利中。
尽管已描述了本发明的示例实施例，很明显，在上述教导的启发下，本领域的技术人员可作出修改和变化。因此，需要理解的是，可以作出的对公开的本发明的实施例的改变仍然落在权利要求的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种控制集成电路IC(24)的温度的方法，包括：
感测所述IC(24)的表面温度；
预测所述IC(24)的结温度；
根据预测的所述IC(24)的结温度调节所述IC(24)的表面温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中感测所述IC(24)的表面温度包括：
将温度传感器(48)热连接到所述IC(24)。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述温度传感器位于IC插座盖中。
4.如权利要求1所述的方法，其中预测所述结温度包括：
测量被所述IC消耗的功率量；以及
根据测量得到的功耗和所述IC的热特性来计算针对测量得到的表面温度的温度调节值。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述热特性包括所述IC的热阻抗值。
6.如权利要求4所述的方法，还包括：
将所述测量得到的表面温度与所述测量得到的功耗进行比较；
根据所述IC的所述热特性，如果所述测量得到的表面温度与所述测量得到的功耗不一致时，判断所述IC是有缺陷的。
7.如权利要求1所述的方法，其中调节所述IC的表面温度包括：
将加热器或冷却器热连接到所述IC；
8.如权利要求7所述的方法，其中所述加热器或冷却器位于所述IC的插座盖中。
9.如权利要求7所述的方法，其中一温度传感器设置在所述加热器或冷却器中，使得绝缘材料将所述温度传感器与所述加热器或冷却器热隔离开。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述IC设置在测试插座中；
热连接所述IC来测量温度；
测量所述IC的电流；以及
基于所测得的电流调整测量得到的IC温度。
11.一种用于预测集成电路IC(24)中的结温度的方法，包括：
测量被所述IC(24)消耗的功率量；
感测所述IC(24)的表面温度；以及
根据测量得到的功耗和所述IC(24)的热特性来确定针对所感测的表面温度的温度调节值。
12.如权利要求11所述的方法，其中计算被所述IC消耗的功率包括：
将电流感测设备耦合到所述IC；
测量所述电流感测设备上的电压降。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述热特性包括所述IC的热阻值。
14.一种集成电路IC温度感测和预测设备(20)，包括：
电流感测设备(26)，其被设置用来测量通过IC封装(24)的电流量；
电子控制器(30)，从所述电流感测设备(26)接收第一信号，所述第一信号表示通过所述IC封装(24)的电流量；
温度控制装置(28)，用来改变所述IC封装(24)的表面温度，其中所述电子控制器(30)还从所述温度控制装置(28)接收第二信号，所述第二信号表示所述IC封装(24)的表面温度。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述温度控制装置包括：
温度传感器，其被设置用来热接触所述IC封装并测量所述IC封装的表面温度；以及
加热器或冷却器，其被设置与所述IC封装直接接触。
16.如权利要求14所述的设备，其中所述电子控制器根据所述电流感测设备上的电压降的量来计算被所述IC封装消耗的功率。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述控制器被编程来响应于测量得到的表面温度和计算得到的被所述IC封装消耗的功率而改变加热器或冷却器的温度。
18.一种用来测试IC封装的系统，包括：
测试室(68)；
测试板(42)，其设置在所述测试室(68)中；
IC封装(24)，其设置在所述测试板(42)上；
温度传感器(48)，其被设置来热接触所述IC封装(24)；
加热器或冷却器(28)，其被设置来直接接触所述IC封装(24)；
电流感测设备(26)，其被设置来感测通过所述IC封装(24)的电流量；
电子控制器(30)，其被设置用来从所述温度传感器(48)和所述电流感测设备(26)接收信号，其中所述电子控制器(30)被编程来响应于被所述IC封装(24)消耗的功率量和测量得到的所述IC封装(24)的表面温度而改变所述加热器或冷却器(28)的温度。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述电子控制器通过测量所述电流感测设备上的电压降来计算被所述IC封装消耗的功率。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述电子控制器还被编程来根据被所述IC封装消耗的功率量与测量得到的所述IC封装的表面温度的比较来确定IC封装是否有缺陷。
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