量測治具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種量測治具，用以量測計算待測物體的熱阻所需的參數，包括：加熱器模組，與待測物體以一接觸面互相接觸，并產生熱源以對待測物體進行加熱，加熱器模組偵測并輸出接觸面的溫度的值；調壓器，分別耦接交流電壓源以及加熱器模組，以接收并調節一交流電壓后，提供具有交流電態樣的加熱電源予加熱器模組；控制器，分別耦接加熱器模組以及調壓器，并控制調壓器以進行調節交流電壓，控制器并且從加熱器模組接收接觸面的溫度的值。
【專利說明】量測治具 【【技術領域】】
[0001] 本發明關于一種治具，特別是關于一種可用于量測熱阻的治具。 【【背景技術】】
[0002] -般而言，W電力驅動的裝置或元件，輸入的電能會有相當一部分W熱能的型式 散逸到所述裝置或元件的周遭使用環境中，因此造成所述裝置或元件的操作溫度高于周 遭使用環境的溫度。而若所述裝置或元件的散熱設計又不甚理想，則將造成操作溫度過 高，而導致不正常動作甚至損毀，又或者周遭使用環境的溫度有所限制，因而造成產品競爭 力的不足。例如在積體電路（integrated circuit, 1C)的實現當中，一般會利用一封裝 (package)將積體電路包覆，并露出所需的針腳（pin) W進行與外部應用電路的電性連接。 而由于目前單一積體電路當中所包含的電晶體（transistor)數目愈來愈多，因此單一積體 電路的功耗也愈來愈大，因而造成內部晶片的操作溫度有過高的風險，而導致不正常動作 甚至損毀的可能性。為了使內部晶片的操作溫度能維持正常，必須進行散熱設計，例如利用 散熱片貼合于封裝之上W增加散熱效率。然而加上散熱片將導致硬體尺寸W及成本增加的 缺點，因此，了解散熱片的散熱特性是相當重要的。
[0003] 一般而言，與散熱有關的部件，是W熱阻（thermal resistance)來衡量其散熱 能力的強弱。熱阻的定義是為當一定量的熱能通過一散熱部件時，熱能流入面與流出面 的溫度差，除W熱能的大小。W散熱片為例，當散熱片所應用的積體電路消耗大小為P的 功率，并轉為熱能由散熱片與封裝的貼合面流入，并通過一流出面逸散到周遭環境中。假 設熱能的流入面的溫度為Tj，熱能的流出面的溫度，亦即周遭環境的溫度為Ta，則熱阻 Theta (ja)的大小定義如下：
[0004] n別ai!a)二- P ……（1)
[0005] 由第（1)式可知，當散熱片的散熱能力愈強，上述的溫度差也就愈小，熱阻的值也 就愈小。W熱阻的規格出發，便可進行散熱上的設計，使系統的散熱能力、尺寸大小W及成 本之間達到最佳平衡點。
[0006] 而在進行散熱片本身的設計時，若能有一個測試治具，能夠很輕易地進行熱阻的 量測，則將大大地增加開發散熱片設計的效率W及便利性。圖1為習知的量測治具100及 其應用線路的方塊圖。量測治具100用W量測計算一待測物體的熱阻所需的參數。量測治 具100包括交流轉直流穩壓器102、加熱器模組101、控制器103。量測治具100為目前業界 所普遍采用的熱阻測試方法，亦即將一交流電壓源110所提供的交流電壓，通過交流轉直 流穩壓器102轉為一直流電源后，對加熱器模組101進行加熱。而待測物體120,例如待測 的散熱片，則與加熱器模組101 W接觸面105互相接觸，使加熱器模組101所產生的熱能， 能由圖1中待測物體120的左面流入。加熱器模組101更偵測接觸面105的溫度，并輸出 所述溫度值。另外，控制器103則用W控制交流轉直流穩壓器102的輸出直流電源的功率， 并且從加熱器模組101接收接觸面105的溫度，然后將數據輸出至測試終端130 W計算待 測物體120的熱阻值。
[0007] 然而，習知的量測治具100至少有下列的立項缺點。第一，成本過高，因為交流轉 直流穩壓器102的價格相對昂貴。第二，功率轉換效率低，因交流轉直流穩壓器102的功 率轉換效率約50%，亦即其輸入的功率有大約只有一半能轉換成輸出的功率予加熱器模組 101，造成耗電損失。第H，可攜性差，因為交流轉直流穩壓器102的體積鹿大，又具有一定 重量，并不適合隨身攜帶或是出差的用。由上述說明可知，目前習知的量測治具100,在交流 轉直流穩壓器102的部分仍有進步的空間。 【發明實用新型內容】
[0008] 鑒于W上的問題，本發明提供一種可量測熱阻的治具，特別是關于一種具有低成 本、高功率轉換效率W及便于攜帶的量測熱阻的治具。
[0009] 本發明提出一種量測熱阻的治具，治具包括加熱器模組、調壓器W及控制器。加熱 器模組接收受調節的加熱電源，并產生熱源W對待測物體進行加熱。待測物體與加熱器模 組W接觸面互相接觸。接觸面具有加熱溫度，加熱器模組偵測并輸出加熱溫度的值。調壓 器分別禪接交流電壓源W及加熱器模組。交流電壓源提供交流電壓予調壓器，且調壓器接 收控制訊號W調節交流電壓并提供具有交流電態樣的加熱電源予加熱器模組，使加熱器模 組消耗一目標功率。控制器分別禪接于加熱器模組W及調壓器，W輸出控制訊號予調壓器。 控制器并且從加熱器模組接收所述的加熱溫度的值。控制器并且輸出加熱溫度的值予測試 終端，用W計算待測物體的熱阻。
[0010] 本發明的功效在于，通過取代習知技術中的交流轉直流穩壓器部件，本發明所掲 露的量測熱阻的治具，可W達到降低成本、提高功率轉換效率、增加可攜性W及維持精確的 消耗功率控制的優點。
[0011] 有關本發明的特征、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。 【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0012] 圖1為習知的量測治具及其應用線路的方塊圖。
[0013] 圖2為本發明第一實施例的量測治具及其應用線路的方塊圖。
[0014] 圖3為本發明第二實施例的量測治具及其應用線路的方塊圖。
[0015] 主要組件符號說明：
[0016] 100、200、300 量測治具 110、210、310 交流電壓源
[0017] 101、201、301 加熱器模組 120、220、320 待測物體
[0018] 102交流轉直流穩壓器 130、230、330測試終端
[0019] 103、203、303 控制器 202、302 調壓器
[0020] 105、205、305接觸面 304功率偵測器 【【具體實施方式】】
[0021] 在說明書及后續的申請專利范圍當中，「禪接」一詞在此包含任何直接及間接的電 氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置禪接于一第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣 連接于第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
[0022] 圖2為本發明第一實施例的量測治具200及其應用線路的方塊圖。量測治具200 用W量測計算一待測物體的熱阻所需的參數。量測治具200包括加熱器模組201、調壓器 202 W及控制器203。
[0023] 加熱器模組201接收受調節的加熱電源，并產生熱源W對待測物體220進行加熱， 待測物體220可W是散熱片、散熱模組、或是積體電路的封裝等等。待測物體220與加熱器 模組201 W接觸面205互相接觸。接觸面205具有加熱溫度，加熱器模組201偵測并輸出 加熱溫度的值。例如加熱器模組201包括一熱電偶（thermocouple,圖中未示)，用W偵測加 熱溫度并輸出電性的加熱溫度的值。
[0024] 調壓器202分別禪接交流電壓源210 W及加熱器模組201。交流電壓源210提供 交流電壓予調壓器202,且調壓器接收控制訊號W調節交流電壓并提供具有交流電態樣的 加熱電源予加熱器模組201，使加熱器模組201消耗一目標功率。例如調壓器202包括一 開關（圖中未示)，且開關的通道禪接于交流電壓源210 W及加熱器模組201之間，且開關的 控制端接收控制訊號，用W控制開關的通道的導通或截止，使加熱器模組接收加熱電源并 消耗所述目標功率。
[00巧]進一步說明，例如交流電壓源210是為一般家庭中所使用的市電，提供60赫茲 (Hertz)、方均根（root-mean-square，RMS)值為110伏特（Volts)的弦波交流電壓，調壓器 202偵測當此一弦波交流電壓高于一上限閥值或低于一下限閥值時，開關的通道即截止，否 則開關的通道則導通，據此產生一個受調節的加熱電源W供電予加熱器模組201。
[0026] 控制器203分別禪接于加熱器模組201 W及調壓器202, W輸出控制訊號予調壓 器202。控制器203并且從加熱器模組201接收所述的加熱溫度的值。控制器203并且 輸出加熱溫度的值予測試終端230,用W計算待測物體220的熱阻。控制器203也可W 根據接收到的相關參數之后，進行熱阻值的計算，再將結果輸出予測試終端230。控制器 203可W是W半導體制程（semicon化ctor process)形成的具有積體電路態樣的微控制 器（micro-controller),但并不W此為限。測試終端230可W是一部個人電腦（personal computer, PC),或是專為測試用途所開發的電子裝置，可供設定、監控、傳輸資料及數據的 用。
[0027] 進一步說明，測試終端230可設定加熱器模組201的目標功耗，測試終端230并通 過與控制器203之間的控制介面，例如為一符合通用序列匯流排（universal serial bus, USB)標準的介面，通知控制器203關于目標功耗的設定，控制器203則據W輸出控制訊號予 調壓器202。而加熱器模組201回傳給控制器203的加熱溫度的值，亦通過所述的控制介面 回傳給測試終端230。另外，量測治具200更可W進一步包括溫度感測器（圖中未示)，用W 偵測環境溫度，并將環境溫度的值輸出至控制器W回傳予測試終端230 ;或是測試終端230 亦可通過其他管道得知此一環境溫度。最后，測試終端230便可通過目標功耗、加熱溫度 的值W及環境溫度的值，代入第（1)式中W得到待測物體220的熱阻值。
[002引再者，與習知的量測治具100相比，本發明所掲露的量測治具200至少具有下列優 點。第一，成本較低，因調壓器202的成本約為交流轉直流穩壓器的百分之一。第二，功率 轉換效率高，因為調壓器202可W用簡單的開關電路實現，其功率損失可W被忽略，因此調 壓器202的輸入功率幾乎等于輸出功率。第H，尺寸較小，重量較輕，因此便于攜帶，適合出 差或是臨時使用的場合。
[0029] 圖3為本發明第二實施例的量測治具300及其應用線路的方塊圖。量測治具300 用W量測計算一待測物體的熱阻所需的參數。量測治具300包括加熱器模組301、調壓器 302、控制器303 W及功率偵測器304。圖3中的加熱器模組301、調壓器302、控制器303、 交流電壓源310、待測物體320 W及測試終端330的實施方式W及連接方式，可參考圖2中 所掲露的量測治具200的對應單元的相關說明，其中待測物體320與加熱器模組301 W接 觸面305互相接觸，且調壓器302通過功率偵測器304禪接至交流電壓源310, W接收交流 電壓源310所提供的交流電壓。而功率偵測器304禪接于交流電壓源310、調壓器302 W及 控制器303。功率偵測器304用W即時地偵測輸入調壓器302的電壓大小W及電流大小， 并將偵測結果輸出至控制器303,用W計算加熱器模組301消耗的功率，并據W調整控制訊 號，使加熱器模組在穩態時消耗目標功率。
[0030] 舉例說明，功率偵測器304包括電壓偵測電路W及電流偵測電路，用W即時 (real-time)地量測輸入調壓器302的電壓大小W及電流大小。功率偵測器304消耗的功 率可W被忽略，因此交流電壓源310可視為通過功率偵測器304禪接至調壓器302。而當控 制器303發出的控制訊號使調壓器302中的開關的通道截止時，調壓器302的輸入電流亦 即輸出電流為0 ;而當控制器303發出的控制訊號使調壓器302中的開關的通道導通時，力口 熱器模組301通過調壓器302 W及功率偵測器304禪接至交流電壓源310。而控制器303 則即時地接收功率偵測器304所量測的電壓大小W及電流大小，并由控制器303本身處理 或輸出至測試終端330進行后處理，例如將同一時間點上的電壓W及電流相乘，并將所有 的乘積對時間做積分后，再除W觀察的時間，即為所述段時間內調壓器302的平均輸入功 率。而又由于調壓器302的輸入功率幾乎等于輸出功率，因此此值亦可視為加熱器模組301 的消耗功率。此時W此消耗功率與目標功率相比，據W調整控制訊號。例如當消耗功率大 于目標功率時，調整控制訊號使得調壓器302中開關的通道截止的時間加長；而當消耗功 率小于目標功率時，調整控制訊號使得調壓器302中開關的通道截止的時間縮短。最終于 穩態時，加熱器模組301的消耗功率即等于所設定的目標功率。再配合加熱溫度W及環境 溫度，即可得到待測物體320的熱阻值。
[0031] 與圖2所掲露的量測治具200相比，量測治具300不僅具有量測治具200所有的 優點，更由于量測治具300具有功率消耗的回授控制機制，使得量測治具300中加熱器模組 301的消耗功率更接近所設定的目標功率，而得到更精確的結果。
[0032] 雖然本發明的實施例掲露如上所述，然并非用W限定本發明，任何熟習相關技藝 者，在不脫離本發明的精神和范圍內，舉凡依本發明申請范圍所述的形狀、構造、特征及數 量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護范圍須視本說明書所附的申請專利范圍所界 定者為準。
【權利要求】
1. 一種量測治具，用以量測計算一待測物體的熱阻所需的參數，其特征在于，所述量測 治具包含： 一加熱器模組，與所述待測物體以一接觸面互相接觸，并產生一熱源以對所述待測物 體進行加熱，所述加熱器模組偵測并輸出所述接觸面的溫度的值； 一調壓器，分別耦接一交流電壓源以及所述加熱器模組，所述調壓器接收并調節一交 流電壓后，提供具有交流電態樣的一加熱電源予所述加熱器模組；以及 一控制器，分別耦接所述加熱器模組以及所述調壓器，并控制所述調壓器以進行調節 所述交流電壓，所述控制器并且從所述加熱器模組接收所述接觸面的溫度的值。
2. 根據權利要求1所述的量測治具，其特征在于，其中更包含一功率偵測器，分別耦接 于所述交流電壓源、所述調壓器以及所述控制器，所述功率偵測器用以即時地偵測輸入所 述調壓器的電壓大小以及電流大小，并將偵測結果輸出至所述控制器。
3. 根據權利要求1或2所述的量測治具，其特征在于，其中所述加熱器模組更包含一熱 電偶，用以偵測所述接觸面的溫度并輸出電性的所述接觸面的溫度的值。
4. 根據權利要求1或2所述的量測治具，其特征在于，其中所述調壓器更包含一開關， 且所述開關的通道耦接于所述交流電壓源以及所述加熱器模組之間，且所述開關的控制端 耦接所述控制器，以控制所述開關的通道的導通或截止。
5. 根據權利要求1或2所述的量測治具，其特征在于，其中更包括一溫度感測器，偵測 一環境溫度，并將所述環境溫度的值輸出至所述控制器。
6. 根據權利要求1或2所述的量測治具，其特征在于，其中所述控制器為以半導體制程 形成的具有積體電路態樣的微控制器。
【文檔編號】G01N25/18GK104422710SQ201310379910
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】黃順治, 毛黛娟 申請人:技嘉科技股份有限公司