(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱冷却対象の電子部品が接触状態に載置され、前記電子部品に熱を伝える熱伝導ブロックと、
前記熱伝導ブロックが接触状態に載置され、前記熱伝導ブロックを介して前記電子部品を加熱・冷却する熱電素子と、
前記熱電素子が接触状態に載置され、前記熱電素子からの放熱を行うフィンと、
前記熱伝導ブロック及び前記熱電素子を内包するように前記フィンの上方を覆い、前記電子部品を外気から隔離するカバーと、
前記カバーの内部空間に、前記電子部品及び前記熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体を供給するエアドライヤと、
前記電子部品を前記熱伝導ブロックに接触させて固定するソケットとを有し、
前記ソケットは、低熱伝導部材により形成されるとともに、低熱伝導部材により形成された柱を介して前記熱伝導ブロックに装着されることを特徴とする電子部品の加熱冷却装置。
【請求項２】
前記フィンに冷却風を供給し前記フィンを強制冷却するファンを有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の加熱冷却装置。
【請求項３】
前記熱電素子への必要電流を供給すると共に、加熱・冷却を切り替えるための電流極性の変換機能を備えた熱電素子用駆動電源と、
前記熱電素子への必要電流を設定する制御部と、
熱電対によって得られた前記熱伝導ブロックの温度検出値に基づき、前記熱伝導ブロックの温度を調節する温度調節器とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の加熱冷却装置。
【請求項４】
前記フィンに冷却風を供給し前記フィンを強制冷却するファンと、
前記熱電素子への必要電流を供給すると共に、加熱・冷却を切り替えるための電流極性の変換機能を備えた熱電素子用駆動電源と、
前記熱電素子への必要電流を設定する制御部と、
熱電対によって得られた前記熱伝導ブロックの温度検出値に基づき、前記熱伝導ブロックの温度を調節する温度調節器とを有し、
前記制御部は、前記電子部品の加熱時、前記熱電素子の低温面が外気温度より高い場合は前記ファンを停止し低い場合は前記ファンを駆動して、前記フィンを温め、前記電子部品の冷却時、前記熱電素子の高温面が外気温度より低い場合は前記ファンを停止し高い場合は前記ファンを駆動して、前記フィンを冷やすことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の加熱冷却装置。
【請求項５】
前記温度調節器は、Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）制御方法により制御され、自動的にＰＩＤ最適定数計算、演算、設定を行うオートチューニング機能を有することを特徴とする請求項３または４に記載の電子部品の加熱冷却装置。
【請求項６】
供給された前記気体を、前記電子部品に直接当たることなく前記フィンの天面部から前記カバーの内部上方へ向かって吹き上げる、空気吹き出し口を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子部品の加熱冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品の加熱冷却装置に関し、特に、電子部品に対し製品として温度環境試験を行うための電子部品の加熱冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製品として温度環境試験を行うために、任意の温度環境を形成する電子部品の加熱冷却装置が知られている。温度環境試験は、半導体精密電子部品等の使用環境温度を保証する目的で行われ、任意に形成した温度環境の下で製品の性能を検査し、製品の良・不良を判別する。この温度環境試験は、恒温槽を使用し、恒温槽内のトレー等に電子部品をセットして行われていた。
【０００３】
図３は、従来の温度環境試験に使用される恒温槽の概略構成を示す断面図である。図３に示すように、恒温槽１は、上面に乾燥空気Ｇの取り入れ口２を有する密閉型の容器からなり、槽内に立て配置された複数のトレー３のそれぞれに、電子部品４が上下方向に並べられている。
【０００４】
恒温槽１を代表とする温度環境設定装置の中でも、ペルチェサーモモジュールを代表とする熱電素子を用いた温度環境設定装置は、設定温度到達時間が早く、また加熱冷却媒体である熱電素子自体の形状が小さいため、極めて生産性が高く省スペース化を進めた設計が可能になる。
【０００５】
このような熱電素子を用いた温度環境設定装置として、例えば、特開平７−１４８９０号公報に開示された、電子部品の環境試験用温度設定装置およびこれを用いた電子部品の環境試験装置ならびに方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平７−１４８９０号公報に開示された電子部品の環境試験用温度設定装置のような設計であると、低温度環境下（冷却時）においては電子部品の表面に結露が発生するため、温度設定及び温度測定の妨げとなってしまう。
【０００７】
この発明の目的は、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない電子部品の加熱冷却装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る電子部品の加熱冷却装置は、加熱冷却対象の電子部品が接触状態に載置され、前記電子部品に熱を伝える熱伝導ブロックと、前記熱伝導ブロックが接触状態に載置され、前記熱伝導ブロックを介して前記電子部品を加熱・冷却する熱電素子と、前記熱電素子が接触状態に載置され、前記熱電素子からの放熱を行うフィンと、前記熱伝導ブロック及び前記熱電素子を内包するように前記フィンの上方を覆い、前記電子部品を外気から隔離するカバーと、前記カバーの内部空間に、前記電子部品及び前記熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体を供給するエアドライヤとを有することを特徴としている。
【０００９】
上記構成を有することにより、加熱冷却対象の電子部品は、接触状態に載置された熱伝導ブロックにより熱が伝えられ、熱伝導ブロックが接触状態に載置された熱電素子により、熱伝導ブロックを介して加熱・冷却され、熱電素子が接触状態に載置されたフィンにより、熱電素子からの放熱が行われ、熱伝導ブロック及び熱電素子を内包するようにフィンの上方を覆うカバーにより、電子部品が外気から隔離され、このカバーの内部空間には、エアドライヤから、電子部品及び熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体が供給される。これにより、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態に係る電子部品の加熱冷却装置の断面図である。図１に示すように、電子部品の加熱冷却装置１０は、加熱冷却の対象となる電子部品Ｓを載置する熱伝導ブロック１１を有している。
【００１２】
この熱伝導ブロック１１は、上面に、電子部品Ｓを直接接触させた状態で載置し、下面に、ペルチェサーモモジュール等の熱電素子１２を接触させている。この熱電素子１２により、熱伝導ブロック１１を介して電子部品Ｓが加熱・冷却される。熱伝導ブロック１１には、一般的に、電子部品Ｓの特性を評価する際の回路基板が必要であり、回路基板と電子部品Ｓを共に固定するためのソケット１３が、柱１４を介して装着されている。
【００１３】
なお、熱伝導ブロック１１の上面に載置された電子部品Ｓには、熱伝導ブロック１１との接触面以外に熱伝導があってはいけないため、ソケット１３と熱伝導ブロック１１とが直接熱伝導しないように、ソケット１３及び柱１４は、全て樹脂等の低熱伝導部材により形成されている。
【００１４】
上面を熱伝導ブロック１１の下面に接触させている熱電素子１２は、電子部品Ｓを冷却する際、下面から放熱する必要がある。このため、熱電素子１２の下面には、熱電素子１２の最大使用温度を越えないように熱電素子１２の下面を冷却する機構として、フィン１５が設けられている。このフィン１５は、天面部となるフィンベース１５ａを熱電素子１２に接触させており、フィン１５の下部には、フィン１５を強制冷却するためのファン１６が設置されている。
【００１５】
電子部品Ｓを加熱する際は、設定温度及び目標温度到達時間等の条件により、ファン１６を駆動させたほうが好ましい場合とそうでない場合が出てくる。そのため、条件により、ファン１６の駆動電源入切スイッチを設け、或いは、プログラム制御されたパソコン（パーソナルコンピュータ）等の制御部１７によってファン１６の駆動電源入切の操作を行う。
【００１６】
熱伝導ブロック１１に載置されソケット１３で固定された電子部品Ｓは、電子部品Ｓの周辺を外気から隔離するように、カバー１８により覆われている。即ち、カバー１８は、熱伝導ブロック１１及び熱電素子１２を内包するように、フィン１５の上方を覆っている。このカバー１８の内部には、エアドライヤ１９からフィンベース１５ａを介して乾燥空気Ｇが供給される。
【００１７】
乾燥空気Ｇが供給されることにより、熱電素子１２の上面が低温のとき、例えば、電子部品Ｓの温度が０℃のときでも、電子部品Ｓ及び熱伝導ブロック１１の周辺部に結露が発生するのを防止することができる。このように、低温時には、電子部品Ｓ等に付着する結露を防ぐため、温度環境領域内へ、乾燥空気Ｇ或いは乾燥空気Ｇと代替可能な気体を供給することが必要である。
【００１８】
熱電素子１２への必要電流は、熱電素子用の駆動電源ケーブル２０を介して、熱電素子用駆動電源２１から供給される。熱電素子用駆動電源２１は、供給電流値を任意の値に設定できる可変式構造を有しており、熱電素子１２の性能に応じて最適な電流値に合わせることが可能である。
【００１９】
また、熱電素子用駆動電源２１は、熱電素子１２の加熱冷却を切り替えるため、電流の極性を変える機能も備えている。熱電素子１２の駆動時の電流値をパソコン等の制御部１７で表示できるが、必要に応じ、熱電素子用駆動電源２１に電流表示計を取り付けることも可能であり、作業効率にあった選択ができる。
【００２０】
更に、熱電素子１２への必要電流は、制御部１７で設定が可能である他、当然のことながら、熱電素子用駆動電源２１に、例えばトグルダイヤル等の電流調整用ダイヤルを設け、手動により電流値の設定を行うことも可能である。
【００２１】
このような機能を備えることにより、可変電流式の熱電素子用駆動電源２１は、熱電素子１２の性能に応じて最適な電流値に合わせられるだけでなく、異品種の熱電素子を検査して電子部品Ｓに最適な熱電素子を選択することもできる。
【００２２】
制御部１７は、通信ケーブル２２により温度調節器２３に接続され、温度調節器２３は、接続ケーブル２４により熱電素子用駆動電源２１に接続されている。温度調節器２３は、熱電対２５によって得られた熱伝導ブロック１１の温度検出値に基づき、熱伝導ブロック１１の温度を調節する。また、熱電素子用駆動電源２１からは、ファン用の電源ケーブル２６によりファン１６の駆動電力が供給される。
【００２３】
図２は、乾燥空気の供給方向を説明する図１のフィンの部分拡大図である。図２に示すように、フィン１５のフィンベース１５ａには、供給された乾燥空気Ｇが、電子部品Ｓに直接当たることなくフィンベース１５ａからカバー１８の内部上方へ向かって吹き上げるように、空気吹き出し口２７が設けられている。これは、乾燥空気Ｇの供給に際し、乾燥空気Ｇが直接電子部品Ｓに当たって温度測定に影響を与えることがないようにするためである。
【００２４】
次に、この発明に係る電子部品の加熱冷却装置１０の動作を説明する。先ず、熱電素子用駆動電源２１と熱電素子１２を、導線等からなる駆動電源ケーブル２０で接続し、熱電素子１２へ供給する電流を確保する。熱電素子１２は、電流の極性を変えることにより加熱機能と冷却機能に変換されるため、熱電素子用駆動電源２１は、電流の極性を変更する極性変換機能を有している。
【００２５】
加熱冷却装置１０が稼働状態になった際、温度調節器２３にＰ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）の最適定数値を設定する。ＰＩＤ最適定数値は、温度調節器２３のオートチューニング機能により自動的に設定される。
【００２６】
設定に際しては、実際に使用する環境下においてＰＩＤ最適定数値を設定する必要があるため、乾燥空気Ｇがエアドライヤ１９によってカバー１８内に供給されている状態で、オートチューニングにより行われる。更に、加熱冷却装置１０は、加熱後に冷却する機能を備えているため、ＰＩＤ最適定数値は、温度調節器２３を設定温度にしオートチューニングにより行われる。
【００２７】
実際の使用例として、電子部品Ｓを２５℃から０℃へ冷却させる際、電子部品Ｓを０℃に安定させるときは、０℃に温度を設定しオートチューニングを行う。また、電子部品Ｓを２５℃から０℃へ素早く温度を達成させるには、２５℃と０℃の平均温度である１２．５℃に温度を設定しオートチューニングを行う。
【００２８】
上述したように、電子部品の加熱冷却装置１０の温度調節器２３は、ＰＩＤ制御方法により制御されているものであり、自動的にＰＩＤ最適定数計算、演算、設定を行うオートチューニング機能を有している。このオートチューニング機能により、目標温度に素早く到達させる際、オーバーシュートやアンダーシュート等が起こらず、目標温度に向かってスムーズに制御することができる。
【００２９】
例えば、２５℃から０℃へ素早く温度を移行させるには、オートチューニング機構により、２５℃と０℃の平均温度である１２．５℃を設定温度とするため、アンダーシュートを起こすことなく制御することができる。
【００３０】
また、温度設定、オートチューニング、手入力によるＰＩＤ定数、熱電素子１２へ供給される電流値等のパラメータ入力等は、通信ケーブル２３で接続されている制御部１７により行われる。当然のことながら、上記各種操作は、制御部１７を使用することなく手動で操作することもできる。
【００３１】
このように、この発明によれば、電子部品の加熱冷却装置１０は、加熱冷却源である熱電素子１２と熱伝導ブロック１１が完全に接触しており、熱伝導ブロック１１の反対面は電子部品Ｓに接触している。よって、熱伝達方法が、従来の恒温槽（図３参照）の雰囲気加熱から直接加熱になり、また、電子部品Ｓが直接熱伝導ブロック１１に設置されているので、トレー（図３参照）等の部品を必要としない。
【００３２】
従って、恒温槽を使用する場合に行っていた、恒温槽内を環境温度にするためにトレー等や雰囲気の加熱冷却を必要としない。加熱冷却を行う場合、恒温槽自体の容積が大きい分、内部の乾燥空気や低高温ガスの交換容量が大きくなって経済的でなく、また、電子部品の温度環境試験は、雰囲気加熱であるため電子部品の加熱冷却効率が悪かったが、これらを改善することができる。
【００３３】
また、この加熱冷却装置１０は、加熱冷却源として熱電素子１２を採用しているので、装置設置の際の大幅な省スペース化を図ることができ、電子部品Ｓを周辺環境から隔離する空間を最小限にすることができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、恒温槽自体が大型であるため広い作業スペースを取ってしまうことを、改善することができる。
【００３４】
また、この加熱冷却装置１０は、工程間仕掛かりを大幅に削減するため一個流し方式を採用し、品種切替時に素早い対応を取ることができる。同時に、直接加熱により、大気から隔離されている空間を迅速に設定温度環境にすることが可能になり、試験中の待ち時間等の無駄時間を省くことができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、温度変更に時間がかかり試験中の仕掛かり品が多く発生し、品種切替の柔軟性に乏しいこと、作業や試験時間で待ち時間が多く無駄時間が発生してしまうことを、改善することができる。
【００３５】
また、この加熱冷却装置１０は、安価な熱電素子１２により温度調整をするため、周辺機器を含め装置全体のコストを大幅に削減することができる。つまり、それ自体高価である恒温槽を使用せずに済む。
【００３６】
また、この加熱冷却装置１０は、乾燥空気Ｇがフィンベース１３の上面から吹き上がって直接電子部品Ｓに当たり、低温時に電子部品Ｓ等が結露するのを防止しており、必要に応じ、低温時並びに高温時において、低温窒素ガスや高温ガス等が供給される。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、冷却時、電子部品に結露が発生し温度制御の妨げとなってしまうことを、改善することができる。
【００３７】
また、この加熱冷却装置１０は、熱電素子用駆動電源２１を定電流式ではなく可変電流式電源を採用し、ペルチェサーモモジュール等の熱電素子品種切替の際、異品種の熱電素子に最適な電流値を設定し供給することができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、熱電素子異品種への切り替えの際に、供給電流を最適な電流値に合わせるのが非常に困難であったのを、改善することができる。
【００３８】
このため、電子部品Ｓの加熱冷却効率が良くリードタイムを大幅に短縮することになり、生産性の向上が可能である。また、加熱冷却装置１０を小型に形成することができるため、省スペース化が実現できる。更に、生産コストを大幅に削減することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、加熱冷却対象の電子部品は、接触状態に載置された熱伝導ブロックにより熱が伝えられ、熱伝導ブロックが接触状態に載置された熱電素子により、熱伝導ブロックを介して加熱・冷却され、熱電素子が接触状態に載置されたフィンにより、熱電素子からの放熱が行われ、熱伝導ブロック及び熱電素子を内包するようにフィンの上方を覆うカバーにより、電子部品が外気から隔離され、このカバーの内部空間には、エアドライヤから、電子部品及び熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体が供給されるので、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る電子部品の加熱冷却装置の断面図である。
【図２】乾燥空気の供給方向を説明する図１のフィンの部分拡大図である。
【図３】従来の温度環境試験に使用される恒温槽の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  加熱冷却装置
１１  熱伝導ブロック
１２  熱電素子
１３  ソケット
１４  柱
１５  フィン
１５ａ  フィンベース
１６  ファン
１７  制御部
１８  カバー
１９  エアドライヤ
２０  駆動電源ケーブル
２１  熱電素子用駆動電源
２２  通信ケーブル
２３  温度調節器
２４  接続ケーブル
２５  熱電対
２６  電源ケーブル
２７  空気吹き出し口
Ｇ  乾燥空気
Ｓ  電子部品
【図１】
0004797275.tif 000002
【図２】
0004797275.tif 000003
【図３】
0004797275.tif 000004