(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その熱的挙動が監視されることになる、１つまたは複数の能動的または受動的な電子部品を含む関心領域（４）を含む表面（３）を備える基板（２）と、
前記関心領域（４）に位置するホット・スポットを検出するためのシステムとを含む電子デバイスであって、
前記検出システムが、
温度勾配に敏感であり、前記関心領域（４）でのホット・スポット（Ｐ）によって生成される熱流量を表す値を測定することを目的とする少なくとも３つの熱流計（５）であって、前記熱流計（５）が、前記関心領域（４）の外側の、前記基板（２）の前記表面（３）に別々に配置されている、少なくとも３つの熱流計（５）と、
前記異なる熱流計（５）の前記値を解析し、前記関心領域（４）におけるホット・スポット（Ｐ）の位置を決定するように構成された計算ユニットと、
を含み、
前記各熱流計（５）が、スポット（Ｐ）の熱波ベクトル（ＵＴ）の方向が前記熱流計（５）による検出の最良の精度および感度を得るためにそれと混同されるべき直線であると規定される検出軸（Ｄ）を備えること、ならびに
前記検出軸（Ｄ）が、前記関心領域（４）の重心（Ｇ）および前記熱流計（５）を通り抜ける直線に対して、−π／４からπ／４ラジアンを含めた範囲の方向角αを有することを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記計算ユニットが、三角測量によって前記関心領域（４）におけるホット・スポット（Ｐ）の位置を決定することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記各熱流計（５）が、前記基板（２）の平面に平行に配置される、熱電材料でできた２つの脚部（ＢＮ、ＢＰ）を備える少なくとも１つの平面熱電対（ＴＣ）を含むことを特徴とする、請求項１および２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項４】
前記熱流計（５）が、前記熱電対（ＴＣ）が形成された前記基板（２）の平面内で移動する熱流を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記熱流計（５ＴＣ）が、前記熱電対（ＴＣ）が前記関心領域（４）の近位にある第１の端部、および前記関心領域（４）の遠位にある第２の端部を含むように配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ホット・スポット検出システムが、前記検出軸（Ｄ）の方向角αを調整するために前記熱流計（５）を回転させるための手段を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記熱流計（５）が、前記関心領域（４）の重心（Ｇ）から実質的に等しい距離に位置することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記熱流計（５）が、熱流計（５）と関連付けられた各頂点を有する多角形（Ａ’）の形で配置され、前記多角形（Ａ’）が、正多角形であり、前記関心領域（４）の重心（Ｇ）と一致する中心を有する円（Ｃ）内に内接する可能性が高いことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記熱流計（５）が、その中に前記関心領域（４）を包含する長方形の、２つの隣接する辺を形成する２つの直交する軸に沿って分配されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記関心領域（４）におけるホット・スポットを検出するための前記システムが、測定分解能ｒＶを持つ前記熱流計（５ＴＣ）から電気信号を取得するためのシステムを含むこと、および前記各熱流計（５）が、ｍ個の熱電対を含み、各熱電対が、次式、
【数１】
0006055473.tif 000009
によって規定される高さＨＮＰを有する、熱電材料でできた２つの脚部（ＢＮ、ＢＰ）を備え、ただしＲが、前記関心領域（４）に外接する円の半径であり、Ｓｎｐが、前記脚部（ＢＮ、ＢＰ）の前記熱電材料の差分ゼーベック係数であり、λｓｕｂが、前記基板（２）の熱伝導率であり、ｅが、前記基板（２）の厚さであり、Φｍｉｎが、前記関心領域（４）における前記ホット・スポットによって消散される、検出すべき最小熱出力であることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記関心領域（４）におけるホット・スポットを検出するための前記システムが、測定分解能ｒＶを持つ前記熱流計（５ＴＣ）から電気信号を取得するためのシステムを含むこと、および前記各熱流計（５）が、ｍ個の熱電対を含み、前記各熱電対が、次式、
【数２】
0006055473.tif 000010
によって規定される高さ、
【数３】
0006055473.tif 000011
を有する、熱電材料でできた２つの脚部（ＢＮ、ＢＰ）を備え、ただしＲが、前記関心領域（４）に外接する円の半径であり、Ｓｎｐが、前記脚部（ＢＮ、ＢＰ）の前記熱電材料の差分ゼーベック係数であり、λｓｕｂが、前記基板（２）の熱伝導率であり、ｅが、前記基板（２）の厚さであり、Φｍｉｎが、前記関心領域（４）における前記ホット・スポットによって消散される、検出すべき最小熱出力であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記熱電対（ＴＣ）の前記脚部（ＢＮ、ＢＰ）が、第１および第２の端部を有し、前記第１の端部が、前記関心領域（４）の近位にあり、前記第２の端部が、前記関心領域（４）の遠位にあること、ならびに、小型放熱器（１０−１）および／またはマイクロ・ヒート・パイプ（１０−２）が、前記脚部（ＢＮ、ＢＰ）の前記第２の端部に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に配置される関心領域と前記関心領域に位置するホット・スポットを検出するためのシステムとを含むデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積密度が増加するにつれて、電子デバイス内で消散（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）される電力が止むことなく増え続けている。消散される電力の増加は、いわゆる自己発熱現象を生じさせることがある。そのような現象は、電子デバイスのある物理的特性および電気的特性の劣化を引き起こすことがある。
【０００３】
現在、電子回路は、ますます多くの熱出力管理システムを含む。電子回路内の温度が、所与のしきい値を超えると、熱出力管理システムは、例えばファンを起動する、またはある部品もしくは二次回路の活動を一時停止することがある。この種のシステムの効率は、電子回路の加熱条件に関連して、温度センサによって収集される情報に依存する。温度センサは一般に、電子回路に近接して置かれ、熱出力管理システムに接続される。
【０００４】
最適効率のために、温度センサは、過熱を受けやすい重要な部品にできるだけ近接して配置される。したがって、温度センサは一般に、侵襲的であり、すなわち、重要な電子部品を含む調査対象の領域内に形成される。集積規則はその結果、ますます制約的なものになる。特に、ダイオード型の温度センサの場合、ダイオードでの電流フローは、調査対象の電子部品の動作を妨げることがある。
【０００５】
米国特許出願第２００７／０２９６０７１号は、カプセル化された電子回路でのホット・スポットを検出することを目的とする温度センサを備えるカプセル化パッケージを述べる。一般に、カプセル化パッケージは、電子回路を含む基板とは異なる基板に形成される。したがって、この種の温度センサは、特定の方法に従って形成され、そのことが、それらの製造をさらに複雑にする。さらに、温度センサは、この特許出願では、電子回路の下に置かれる。温度センサのそのような配置は、パッケージ基板の利用できる表面積ならびに温度センサおよび熱出力管理回路を接続する電気的接続部のレイアウトなどの、いくつかの要因に依存するので、達成するのが困難である。さらに、そのようなデバイスは、非常に小さな観察領域を有し、アクセスの困難なホット・スポットを検出することができない。さらに、米国特許出願第２００９／２８８４２５号は、ホット・スポットの発生に関して集積回路の熱的挙動を調節するためのデバイスを開示する。監視すべき集積回路は、第１の基板に形成され、一方熱調節デバイスは、第１の基板の裏面に置かれた第２の基板に形成される。調節デバイスは、格子を形成するように第２の基板に分配された複数の熱電デバイスを含む。各熱電デバイスは、第１の基板に配置された集積回路の一部分での温度を評価するためのサーミスタを含む。この種の熱調節デバイスの形成はその結果、複雑になる。
【０００６】
米国特許出願第２００９／３１２８８７号は、ＰＣＢ基板に組み立てられた電子部品を熱的に安定化させるためのデバイスを述べる。熱安定化デバイスは、熱感知デバイスの配列、熱電デバイスの配列、およびＭＩＭＯ（多重入力、多重出力）型のコントローラを含む。熱伝導ペーストは、前記電子部品とＰＣＢ基板との間に挿入される。さらに、熱安定化デバイスは、電子部品の上に配置された熱電デバイスを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、基板表面に高集積密度で形成された電子デバイスを使用するある種の応用では、基板のこの表面に現れるホット・スポットの位置を突き止め、ホット・スポットの温度を定量化（数値化）することを可能にする、非侵襲的で、信頼でき、形成するのが容易なシステムが、必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この必要性は、その熱的挙動が監視されることになる関心領域を含む表面を備える基板と、前記関心領域に位置するホット・スポットを検出するためのシステムとを含む電子デバイスを提供することによって満たされる傾向がある。検出システムは、計算ユニットと、関心領域の外側の基板表面に配置される少なくとも３つの別々の熱流計とを含む。
【０００９】
他の利点および特徴は、非制限的な例のためだけに与えられかつ添付の図面で表される本発明の特定の実施形態の次の説明からよりはっきりと明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の特定の実施形態による電子デバイスを斜視図で概略的に示す図である。
【図２】図１の電子デバイスによって使用される熱流計の例を上面図で概略的に示す図である。
【図３】冷却手段を使用する本発明の特定の実施形態を横断面図で概略的に示す図である。
【図４】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを斜視図で概略的に示す図である。
【図５】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを斜視図で概略的に示す図である。
【図６】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを斜視図で概略的に示す図である。
【図７】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを斜視図で概略的に示す図である。
【図８】図２の熱流計の近くに位置する３つの異なるホット・スポットを上面図で概略的に示す図である。
【図９】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを上面図で概略的に示す図である。
【図１０】本発明の他の特定の実施形態による電子デバイスを上面図で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
基板表面の関心領域でのホット・スポットを検出するための実用的でかつ信頼できる方法は、熱流計に基づくシステムを使用することを含む。より具体的には、ホット・スポット検出システムは、監視すべき熱的挙動を有する関心領域の外側に配置される熱流計を含む非侵襲的システムである。
【００１２】
特定の実施形態によれば、電子デバイス１が図１に示されている。電子デバイス１は、好ましくは厚さｅを有する基板２を含む。基板２は、好ましくは実質的に平面で、監視すべき熱的挙動を有する関心領域４を含む表面３を備える。
【００１３】
基板２の関心領域４は、例えば基板２の前面、すなわち表面３に形成された１つまたは複数の能動部品もしくは受動部品を含んでもよい。これらの部品は、所与の電力を消散させることによって、関心領域での温度上昇を引き起こし、したがってホット・スポットを生じさせることがある。「監視」は、可能性のある熱的異常、より詳しくは現れる可能性があるホット・スポットを検出することを意味する。これを達成するために、電子デバイス１は、関心領域４に位置するホット・スポットを検出するためのシステムを含む。
【００１４】
ホット・スポット検出システムは、関心領域４の外側の基板２の表面３に配置される少なくとも３つの異なる熱流計５を含む。「熱流計」は、温度勾配に敏感で、この温度勾配によって生成される熱流量を表す値を測定することを目的とするデバイスを示す。熱流計５のために、関心領域４でのホット・スポットＰの位置または前記ホット・スポットＰの熱出力および温度もまた決定することが可能である。
【００１５】
ホット・スポットＰによって生成される熱流は、基板２の中を伝搬され、その熱流は、ホット・スポットＰから様々な距離に位置する異なる熱流計５に達する。各熱流計５は、それに達する熱流に対して、好ましくは電気的な応答を生じさせ、その応答は特に、熱流計５をホット・スポットＰから隔てる距離に依存する。
【００１６】
熱流計５をあらかじめ校正し、それらの応答を使用することによって、関心領域４で発生しかねない１つまたは複数のホット・スポットの位置を突き止めることが可能である。実際、簡単な数学アルゴリズム、例えば三角測量（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）を使用するアルゴリズムによって、関心領域４でのホット・スポットは、熱流計５の応答を利用することにより位置を突き止められてもよい。したがって、検出システムは有利には、異なる熱流計の値を解析して、好ましくは三角測量によって、関心領域４のホット・スポットの位置、熱出力、および温度を決定するようにプログラムされた計算ユニットを含む。好ましくは、関心領域４、熱流計５および計算ユニットは、基板２の表面３に形成される。そのような構成は有利には、位置合わせ問題を避けることを可能にする。実際、一例として、位置合わせ問題は、検出システムおよび関心領域の要素が、２つの異なる接合基板に形成されるときに起こることがある。さらに、これらの２つの基板を貼り付けて一緒にすることは、時間に沿った接合の挙動に起因して信頼性問題を引き起こし、したがってデバイスの熱的性能の劣化を引き起こすことがある。
【００１７】
上で示されたように、ホット・スポット検出システムは、ホット・スポットＰの熱出力を決定することができる。熱出力の概念は、熱流量に密接に結び付けられる。実際、所与の等温面を通る熱出力は、定義により、前記等温面を通る熱流量密度の合計である。それによって、関心領域４内で消散（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）されるホット・スポットＰの熱出力は、次の関係、
【数１】
0006055473.tif 000002
に従って熱流計５から生じる応答の合計との相関によって決定されてもよい。ただしΦは、関心領域４で消散される熱出力であり、Ｎは、熱流計５の数であり、ΔＶは、各熱流計５の応答であり、ｋは、関心領域４に関する熱流計５の設置および熱流計５の物理的特性に従って決定される定数である。定数ｋは、計算または校正によって決定されてもよい。
【００１８】
関心領域４のホット・スポットＰの温度は、侵襲的としないために関心領域４の外側の基板２のレベルに置かれた基準温度センサＳを使用することによって決定されてもよい。例えば、ホット・スポットＰの温度は、特に前記基準温度センサＳによって測定される温度値、熱流計５から決定されるホット・スポットの熱出力Φ、基準温度センサＳをホット・スポットＰから隔てる距離ｄを組み合わせることによって計算されてもよい。ホット・スポットＰの温度ＴＣは、例えば次の関係、ＴＣ＝Ｔｒｅｆ＋Φ×ＲＳＰによって決定されてもよい。ただしＲＳＰは、ホット・スポットＰを基準温度センサＳから隔てる基板部分の熱抵抗である。
【００１９】
デバイス１のホット・スポット検出システムは、任意の周知の種類の熱流計を使用してもよい。一例として、熱流計５は、周知の熱抵抗Ｒｔｈ−ｓを有する基板、例えば基板２に配置される、第１および第２の隣接温度センサを含んでもよい。そのような配置は、２つの温度センサ間で前記基板を横切る熱流量を決定することを可能にする。実際、熱流量φは、次の関係、
φ＝（ＴＳ１−ＴＳ２）×Ｒｔｈ−ｓ          （１）
によって決定されてもよい。ただしＴＳ１およびＴＳ２は、それぞれ第１および第２の温度センサによって測定される温度である。しかしながら、この種の熱流計は、複雑な接続システムを必要とする。
【００２０】
接続およびプログラムされた計算ユニットによる応答処理を容易にするために、熱流計５は好ましくは、「ゼーベック」効果のために熱エネルギーを電気エネルギーに変換することを可能にする熱電流量計である。熱流計５は、例えば平面熱電対を含んでもよい。「平面熱電対」は、基板の平面に平行に形成された脚部を含む熱電対を意味する。この基板は好ましくは、関心領域４を支持する基板２である。検出すべき熱流は、熱電対を含む基板２の平面内で移動し、その熱流は、基板２全体にわたって準排他的に伝搬する。それによって、この種の熱流計を最適化し、校正するために、主に考慮すべき熱抵抗および熱容量は、基板２のそれらである。
【００２１】
熱電流量計５ＴＣの例が図２に示されている。熱流計５ＴＣは、ｍ個の熱電対ＴＣを含んでもよく、ｍは、最大可能整数（ｌａｒｇｅｓｔ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｉｎｔｅｇｅｒ）である。熱電流量計の感度を改善するために、熱電対の数ｍは、利用できる表面積およびそれらの製造に使用される技術の分解能によって制限される。現在、２０から４０μｍの範囲の長さおよび１００ｎｍよりも小さい厚さを有する６から２０個の脚部を含む熱電流量計が、よく見られる可能性がある。図２に示されている場合では、熱流計５ＴＣは、相互接続部ＢＣを介して電気的に直列接続されるために、互いに隣接して並べられてもよい５つの熱電対ＴＣを含む。一般に、熱電流量計は、効率的な電気的応答を熱流計から得るために、検出すべき熱流に関して平行に熱的に配置される、いくつかの電気的に直列接続された熱電対を含む。各熱電対ＴＣは好ましくは、Ｕ字形であり、それは、２つの実質的に平行な脚部ＢＮおよびＢＰを含む。言い換えれば、ホット・スポット検出システムの各熱流計５ＴＣが、熱電材料でできた２つの脚部ＢＮおよびＢＰを備える少なくとも１つの熱電対ＴＣを含むことが、望ましい。
【００２２】
所与の熱電対ＴＣの脚部ＢＮおよびＢＰは、熱電接合部を形成するために、要素ＢＪによってそれらの端部の１つのレベルで相互接続される。言い換えれば、熱電流量計５ＴＣは、実質的に平行で、交互に配置されるｍ個の脚部ＢＮおよびｍ個の脚部ＢＰを含み、１つの脚部ＢＮが１つの脚部ＢＰの次にある。脚部ＢＮおよびＢＰは、高さＨＮＰを有する。脚部ＢＮおよびＢＰはまた、２つの隣接熱電対ＴＣを電気的に接続するために要素ＢＣを介して相互接続されもする。
【００２３】
脚部ＢＮおよびＢＰは、異なる熱電的性質を有する材料、すなわちゼーベック効果を生じさせることができる材料で形成される。好ましくは、脚部ＢＮおよびＢＰは、それぞれＮ型およびＰ型にドープされる。実際、２つの異なるＮ型およびＰ型にドープされた熱電材料の会合は、２つの材料間の差分ゼーベック係数を増加させることを可能にする。したがって、熱電対ＴＣの感度が、改善される。
【００２４】
脚部ＢＮおよびＢＰは、任意の周知の方法によって、例えば製造コストの観点から利点を有するインクジェットまたはシルク・スクリーン印刷などの印刷方法を用いて形成されてもよい。熱電対ＴＣはまた、ＣＶＤと記される化学的気相堆積法またはＰＶＤと記される物理的気相堆積法などの、マイクロエレクトロニクスで使用される薄膜堆積法によって形成されてもよい。一例として、イオン注入ステップを堆積ステップの後に使用し、熱電対ＴＣの温度勾配に対する感度を改善するために、脚部ＢＮおよびＢＰをドープしてもよい。
【００２５】
動作時には、熱流計５ＴＣは、温度勾配の中に配置される。好ましくは、熱電対ＴＣの片方の端部は、第１のソース、例えば熱源に近接して配置される第１の側６、または「高温側」に位置付けられ、熱電対ＴＣのもう一方の端部はそれによって、熱源から遠い第２の側７、または「低温側」に位置付けられる。今の場合、熱源は、関心領域４のホット・スポットによって形成される。したがって、熱流計５ＴＣの感度を高めるためには、「高温側」６が、監視すべき熱的挙動を有する関心領域４にできるだけ近接して配置されることが、望ましい。図２の熱流計５ＴＣについては、要素ＢＪは、「高温側」６を形成し、ＢＣは、「低温側」７を形成する。好ましくは、熱電対ＴＣの脚部ＢＮおよびＢＰは、第１および第２の端部を有する。第１の端部は、関心領域４の近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）にある。脚部ＢＮおよびＢＰの第２の端部は、関心領域４の遠位（ｄｉｓｔａｌ）にある。
【００２６】
図３で例示される実施形態によれば、冷却手段１０は、図２に示されているのと同じ種類の熱流計５ＴＣと関連付けられる。冷却手段１０は、脚部ＢＮおよびＢＰの第２の端部に配置される。冷却手段１０は、小型放熱器１０−１および／または冷却流体を運ぶことを目的とするマイクロ・ヒート・パイプ１０−２を含んでもよい。小型放熱器１０−１は好ましくは、脚部ＢＮおよびＢＰの端部にそれらの第２の端部において配置される。マイクロ・ヒート・パイプ１０−２は、基板２の中に形成されてもよい。好ましくは、マイクロ・ヒート・パイプ１０−２は、脚部ＢＮおよびＢＰの第２の端部の下に形成される。冷却手段は、関心領域４の遠位にある第２の端部に位置する熱電対ＴＣの端部の温度を低下させることを可能にする。それによって、冷却手段は有利には、脚部ＢＮおよびＢＰの第１の端部と第２の端部との間の温度差を増加させ、したがって熱電流量計５ＴＣの感度を改善することを可能にする。
【００２７】
図４に示されている代替実施形態によれば、関心領域４は、第１の領域４−１および第２の領域４−２を含む。図４に示されているように、第１の組の少なくとも３つの熱流計５−１は、第１の領域４−１でのホット・スポットを検出するために第１の領域４−１の外側の基板２の表面３に配置される。第２の組の少なくとも３つの熱流計５−２もまた、第２の領域４−２でのホット・スポットを検出するために第２の領域４−２の外側の基板２の表面３に配置される。関心領域４でのホット・スポット検出のシステムは、この代替実施形態によれば、第１および第２の組の熱流計５−１および５−２を含む。熱流計５−１および５−２のそのような配置は有利には、その幾何学的形状に従って関心領域４をより良く覆うように熱流計５−１および５−２を分配することを可能にする。
【００２８】
図５で例示される特定の実施形態によれば、関心領域４は、長方形の形状１１を有し、熱流計５は、長方形１１の１つの辺に沿って配置される。好ましくは、熱流計５は、長方形１１の少なくとも２つの直交する辺に沿って交互に配列される（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）。言い換えれば、熱流計５は、関心領域４を包含する長方形の２つの隣接する辺を形成する２つの直交する軸に沿って分配される。接続およびそれらの形成を容易にするために、熱流計５は、相互接続されてもよい。この場合、熱流計５は、差分応答を供給し、その応答は次いで、ホット・スポット検出システムの計算ユニットに送られることになる。ホット・スポット検出システムの空間分解能は、長方形１１の１つの辺に沿って配置される熱流計５の数の増加とともに向上する。
【００２９】
図６に示されている特定の実施形態によれば、表面３は、基板２の容積部Ｖを含む閉じた面である。関心領域４は、容積部Ｖ内に含まれる容積部である。少なくとも３つの熱流計５は、関心領域４の外側の表面３に配置される。関心領域４は、デバイスおよび／または電子回路の三次元組立て品を含んでもよい。そのような電子回路は好ましくは、積み重ねられ、ビアによって接続され、いわゆる「３Ｄ−ＩＣ」技術に従って形成されてもよい。そのような技術は、非常に高度な集積を提供するので、ますますよく使用される。しかしながら、そのような技術は、自己発熱問題に苦労する。熱流計５のその配置は有利には、関心領域４の容積部内に温度センサを一体化する必要がなく、関心領域４の熱管理を可能にする。前記熱管理は、関心領域４のホット・スポットの位置、熱出力、または温度もまた決定することによって実行される。
【００３０】
図７に示されている特定の実施形態によれば、各熱流計５は、有利には、関心領域４の重心Ｇの方へ向けられる検出面５ｄを含む。言い換えれば、各熱流計５は、好ましくは検出面５ｄに垂直で、関心領域４の重心Ｇおよび熱流計５を横切る直線に対して、−π／４からπ／４の間を含めた範囲にその方向角αを有する検出軸Ｄを含む。熱流計５の「検出軸」Ｄは、ホット・スポットＰの熱波ベクトル
【数２】
0006055473.tif 000003
の方向が有利には、熱流計５によるホット・スポットＰの検出の最良の精度および感度を得るためにそれと混同されるべき直線を示す。
【００３１】
一例として、図２に示されているのと同じ種類の熱流計５ＴＣが、図７で例示される実施形態で使用されてもよい。熱流計５はその時（ｔｈｅｎ）、長さＬに沿って交互に配列され、一定距離だけ互いに隔てられた、同一の熱電対ＴＣを含む。熱流計５の検出軸Ｄは、脚部ＢＮおよびＢＰに平行で、熱流計５の中央Ｍを通り抜ける直線である。「熱流計５の中央」は、軸（ｏｙ）に沿って熱流計５の端部に位置する２つの熱電対から約Ｌ／２の距離に位置する点Ｍを意味する。したがって、上で規定される検出面は実際には、図２の高温側６に対応する。
【００３２】
方向角αは、検出軸Ｄならびに関心領域４の重心Ｇおよび熱流計５を横切る直線によって形成される鋭角であり、検出軸Ｄはさらに、交点Ｉで関連する熱流計と交わる。すべての熱流計５について−π／４からπ／４の間の方向角αを有するという事実は有利には、関心領域４の所与のホット・スポットの方へ効率良く向けられる熱流計５の数を増加させることを可能にする。この場合、熱流計５の応答は、より正確でかつより敏感である。より良好な精度および感度は、関心領域４でのホット・スポットＰの位置を突き止める精度を改善することを可能にする。
【００３３】
図８で示される例のように、３つのホット・スポットＰ１、Ｐ２、およびＰ３は、図２に示されている熱流計５ＴＣに関して異なる位置に置かれ、ここでは同じ参照数字は、同じ対象を示す。一般に、熱電対を形成する脚部は、典型的には数十μｍ程度、さらには数百μｍ程度のそれらの高さＨＮＰに対して十分に小さい、典型的には数μｍ程度の幅Ｉを有する。
【００３４】
ホット・スポットＰ１は、検出軸Ｄ１上に置かれる。したがって、「高温側」６に配置されるすべての熱電対端部は、ホット・スポットＰ１によって生成される同じ等温プロファイル上に位置付けられる。それによって、ほとんどすべての熱電対は、ホット・スポットＰ１によって生成される熱流への応答として実質的に同じ電気信号を生成する。熱電流量計５の感度および精度はその結果、改善される。
【００３５】
ホット・スポットＰ２は、熱流計５を横切る軸Ｄ２上に置かれる。軸Ｄ２はまた、脚部ＢＮおよびＢＰに垂直でもある。脚部ＢＮおよびＢＰの端部はその結果、ホット・スポットＰ２によって生成される同じ等温プロファイル上に位置付けられる。したがって、ほとんどすべての熱電対ＴＣは、ホット・スポットＰ２によって生成される熱流への応答としてゼロに近い実質的に同じ電気信号を生成する。
【００３６】
ホット・スポットＰ３は、熱流計５を横切る軸Ｄ３上に置かれる。軸Ｄ３は、軸Ｄ１と鋭角α’を形成する。したがって、「高温側」６に配置されるすべての熱電対端部は、ホット・スポットＰ３によって生成されるわずかに異なる等温プロファイル上に位置付けられてもよい。熱電対ＴＣの高さＨＮＰが大きいと、熱流計５に関するホット・スポットＰ３の位置は、熱電対ＴＣの応答間にわずかな差を生じさせることがある。
【００３７】
３つのホット・スポットＰ１、Ｐ２およびＰ３の位置の上記解析は、ホット・スポットの検出を改善するためには熱流計５の方向を適合させる必要性があることを示す。この必要性は、ホット・スポット検出システムが、検出軸Ｄの方向角αを調整するために熱流計５を回転させるための手段を含む、代替実施形態によって満たされてもよい。各熱流計５は例えば、熱流計の検出面が関心領域４のレベルで基板２の表面を走査することを可能にするために、関連する熱流計５に回転運動を課すことを目的とする電気機械システムを備えてもよい。この回転運動は有利には、熱流計５を軸（ｏｚ）の周りで旋回させて関心領域４のホット・スポットの方へそれらをより良く向けることを可能にする。前記電気機械システムは有利には、計算ユニットの数学アルゴリズムと相互作用し、その計算ユニットは、熱流計の応答を利用して、熱流計５の感度および精度を最適化することを可能にする回転角を見いだす。典型的には、図２および図５での種類の熱流計について、熱電流量計によって提供される電圧が、最大であるとき、検出軸は、ホット・スポットを通り抜けると考えられることになる。
【００３８】
図９で例示される特定の実施形態によれば、熱流計５ａ、５ｂ、および５ｃは有利には、監視すべき熱的挙動を有する関心領域４の重心Ｇから実質的に等しい距離に位置付けられる。言い換えれば、熱流計５は実質的に、関心領域４の重心Ｇと一致する中心を有する円上に配置される。熱流計５のそのような配置は、関心領域４の任意のホット・スポットＰを熱流計５ａ、５ｂ、および５ｃからそれぞれ隔てる距離ｄ１、ｄ２およびｄ３の間の差を減少させることを可能にする。それによって、各熱流計５の応答は、同程度の精度および感度で利用されてもよい。したがって、ホット・スポット検出システムの計算ユニットによって使用される数学アルゴリズムは、熱流計５の最大数の正確な応答を利用することができる。関心領域４のホット・スポットの座標および前記ホット・スポットの熱出力の信頼できる計算がその結果、行われる。
【００３９】
図１０で例示される特定の実施形態によれば、５つの熱流計５が、その５つの熱流計５によって形成される頂点を有する五角形Ａ’の形で配置される。五角形Ａ’は、正五角形であり、関心領域４の重心Ｇと一致する中心を有する円Ｃ内に内接されてもよい。そのような配置は、五角形Ａ’の角度および辺長を均一にすることを可能にする。したがって、これが制限となることなく、熱流計５は好ましくは、関心領域４の重心と一致する中心を有する円Ｃ内に内接されてもよい、正多角形Ａ’の形で配置される。前記多角形Ａ’の各頂点は、熱流計５と関連付けられる。そのような配置は、熱流計５間の角度を最大化し、熱流計５を円Ｃ上に均一に分配することを可能にする。したがって、関心領域４は、この実施形態によればより良く覆われる。
【００４０】
熱流計５が、図２に示されているのと同じ種類の熱電流量計である、特定の実施形態によれば、検出システムはその時（ｔｈｅｎ）、測定分解能ｒＶを有する熱流計５の電気信号を取得するためのシステムを含む。各熱流計５は、ｍ個の熱電対ＴＣを含み、各熱電対ＴＣは、高さＨＮＰを有する、熱電材料でできた２つの脚部ＢＮおよびＢＰを備える。
【００４１】
ホット・スポット検出システムが最適に動作するためには、熱量計５ＴＣが、関心領域４でのホット・スポット検出システムの熱電流量計５ＴＣの電気信号を取得するためのシステムの分解能ｒＶよりも大きい十分な電気信号を供給することが、望ましい。有利には、熱電流量計５ＴＣの感度は、電気的分解能ｒＶ、監視すべき関心領域４のサイズ、および検出すべきホット・スポットの最小出力Φｍｉｎを考慮することによって調整される。一般に、電気的分解能ｒＶは、０．５ｍＶ程度の値を有し、検出すべき最小熱出力Φｍｉｎは、１０ｍＷ程度である。
【００４２】
熱電流量計５ＴＣの形成において、熱電対ＴＣの高さＨＮＰおよび数ｍは、感度に影響を及ぼす、容易に調整できるパラメータを形成する。有利には、これらのパラメータは、熱電流量計５ＴＣの感度を調整するために考慮されることになる。熱電対ＴＣの脚部ＢＮおよびＢＰの高さＨＮＰは有利には、次式、
【数３】
0006055473.tif 000004
によって規定され、ただしＲは、関心領域４に外接する円の半径であり、Ｓｎｐは、前記脚部ＢＮおよびＢＰの熱電材料の差分ゼーベック係数であり、λｓｕｂは、基板２の熱伝導率であり、ｅは、前記基板２の厚さであり、Φｍｉｎは、関心領域４でのホット・スポットによって消散される、検出すべき最小熱出力である。そのような条件では、ホット・スポットによって消散される出力Φは、次式、
【数４】
0006055473.tif 000005
によって推定されてもよい。ただしΦは、関心領域４で消散される熱出力であり、Ｎは、熱流計５ＴＣの数であり、ΔＶは、各熱流計５ＴＣの応答であり、ｋは、次式、
【数５】
0006055473.tif 000006
によって規定される定数である。
【００４３】
代替実施形態によれば、脚部ＢＮおよびＢＰの高さＨＮＰの調整はまた、熱電流量計５ＴＣの方向角αに依存することがある。有利には、関心領域４の重心Ｇおよび熱電流量計５ＴＣを通り抜ける直線に対して、−π／４からπ／４の間を含めた範囲の方向角αを持つ検出軸Ｄを有する熱電流量計５ＴＣについて、熱電流量計５ＴＣの熱電対ＴＣの脚部ＢＮ、ＢＰの高さ、
【数６】
0006055473.tif 000007
は、次式、
【数７】
0006055473.tif 000008
によって規定される。使用される変数は、上で規定されたのと同じである。
【図１】
0006055473.tif 000012
【図２】
0006055473.tif 000013
【図３】
0006055473.tif 000014
【図４】
0006055473.tif 000015
【図５】
0006055473.tif 000016
【図６】
0006055473.tif 000017
【図７】
0006055473.tif 000018
【図８】
0006055473.tif 000019
【図９】
0006055473.tif 000020
【図１０】
0006055473.tif 000021