(57)【要約】熱生成機能を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、流入口と、流出口と、前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックと、熱伝達率を向上するように、前記貫通孔の各々の断面積を低減するために、前記貫通孔の各々の中に設けられた挿入部材と、を備える熱伝達装置。
2010532918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、
流入口と、
流出口と、
前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックと、
熱伝達率を向上するように、前記各貫通孔の断面積を低減するために、前記各貫通孔の中に設けられた複数の挿入部材と、を備える熱伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱伝達装置において、前記各貫通孔の中に設けられた前記複数の挿入部材は、前記各挿入部材が前記各貫通孔の断面の中心に対して固定した位置に規制されないように配置されている、熱伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱伝達装置において、前記複数の挿入部材は実質的に長尺状であり、前記各挿入部材の長手軸が前記貫通孔に対して実質的に平行となるように前記各貫通孔の中に設けられている、熱伝達装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記流入口及び前記流出口は、熱伝達モジュールを形成するように前記伝達ブロックの互いに反対側の端部に固定され、熱伝達が主として前記熱伝達モジュール内で生じる、熱伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記熱伝達モジュールはハウジングの内側に設けられ、
前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に設けられたバルブを更に備え、
前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する、熱伝達装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックは実質的にＴ字形状であるとともに茎部及び分岐部を備え、前記分岐部は前記複数の貫通孔を備え、前記茎部は前記試験対象デバイスと接触する表面を備える、熱伝達装置。
【請求項７】
請求項６に記載の熱伝達装置において、前記流入口及び前記流出口は、前記複数の貫通孔を通じて流体が流れ易くするために前記伝達ブロックの前記分岐部の互いに反対側の端部に固定される、熱伝達装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックの前記分岐部の表面上に設けられたヒーター層は、前記試験対象デバイスと接触する伝達ブロックの前記茎部の表面と反対側に位置する、熱伝達装置。
【請求項９】
請求項８に記載の熱伝達装置において、前記ヒーター層は、ヒーター固定具によって前記伝達ブロックに固定され、真空シールが前記伝達ブロックと前記ヒーター固定具との間に設けられる、熱伝達装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロック内に設けられ、前記試験対象デバイスの温度を計測するための温度センサを更に備える熱伝達装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記温度センサに接続され、前記試験対象デバイスの温度を前記所定温度に維持するための制御装置を更に備える熱伝達装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記制御装置は、前記ヒーター層に対して供給される電源及び前記流体の流れの少なくとも一方を制御することにより、前記試験対象デバイスの温度を前記所定温度に維持する、熱伝達装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載の熱伝達装置において、動作時に、流体が実質的に飽和した液体状態で前記複数の貫通孔に進入し、前記試験対象デバイスからの熱を受けて実質的に気体状態へ遷移し、実質的に気体状態で前記複数の貫通孔から出る、熱伝達装置。
【請求項１４】
請求項５に記載の熱伝達装置において、構造的な剛性を提供し、かつ前記ハウジングの内側における高圧のスパイクに耐えるように、前記ハウジングは高強度の材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１５】
請求項５〜１４の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記ハウジング上における局所的な凝縮を防止するために、前記ハウジングは高い熱伝達性を有する材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記複数の貫通孔は、前記伝達ブロック内で複数の行及び列に配列されている、熱伝達装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れか一項に記載の熱伝達装置において、一以上の挿入素子を備え、各挿入素子は前記複数の貫通孔のうち一以上の貫通孔を通じて挿通されている、熱伝達装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の熱伝達装置において、有効な熱伝達を向上するために、前記複数の挿入部材は高い熱伝達性を有する材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１９】
請求項１〜１６の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックは、有効な熱伝達を向上するために高い熱伝達性を有する材料からなる単一の一体部品からなる、熱伝達装置。
【請求項２０】
熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、
流入口と、
流出口と、
前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックとを備え、
前記伝達ブロック、前記流入口、及び前記流出口は、ハウジングの内側に配置される熱伝達モジュールを形成し、
前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に配置されるバルブを更に備え、
前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する、熱伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本発明は、熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発送前に全ての高性能電子デバイスに対して１００％機能試験が製造者によって行われる。デバイスの有効動作速度を判定するために、例えば、高電力マイクロプロセッサに対して一般に分類試験が行われる。分類試験中、デバイスの電力が所定の試験手順で電力比約０％から約１００％まで変更される間、マイクロプロセッサ・デバイスのダイの温度を単一の所定温度で維持することが重要である。
【０００３】
試験中にダイを所定温度に維持するために、温度制御ユニット（ＴＣＵ）として知られる装置が設計されている。概して、加熱工程は、温度制御ユニット内にヒーターを設置することによって実現される。冷却工程を実現するために、温度制御ユニットは閉ループ系に接続される。閉ループ系では、試験デバイス、例えば、マイクロプロセッサによって生成される熱を除去するために、冷却媒体が温度制御ユニットを通じて配送される。冷却媒体は、単相流又は二相流の何れであってもよい。単相流媒体は、その状態を変化させることなく強制的な対流によって熱を除去する。
【０００４】
単相流を用いた冷水温度制御ユニット技術がマイクロプロセッサ試験で一般に使用されている。パッケージ化されたマイクロプロセッサ・デバイス内の電力密度は約５０Ｗ／ｃｍ２から約１００Ｗ／ｃｍ２のレベルに達したことが分かった。マイクロプロセッサ・デバイスの電力密度のレベルが高まるにつれて、マイクロプロセッサをより低温で試験する点において、単相流技術はその限界に達することになる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、上述した少なくとも１つの問題に対処する新規な温度制御ユニットを提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の一態様に従い、熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、流入口と、流出口と、前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックと、熱伝達率を向上するように、前記各貫通孔の断面積を低減するために、前記各貫通孔の中に設けられた複数の挿入部材と、を備える熱伝達装置が提供される。
【０００７】
前記各貫通孔の中に設けられた前記複数の挿入部材は、前記各挿入部材が前記各貫通孔の断面の中心に対して固定した位置に規制されないように配置されている。
前記複数の挿入部材は実質的に長尺状であり、前記各挿入部材の長手軸が前記貫通孔に対して実質的に平行となるように前記各貫通孔の中に設けられている。
【０００８】
前記流入口及び前記流出口は、熱伝達モジュールを形成するように前記伝達ブロックの互いに反対側の端部に固定され、熱伝達が主として前記熱伝達モジュール内で生じる。
前記熱伝達モジュールはハウジングの内側に設けられ、前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に設けられたバルブを更に備え、前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する。
【０００９】
前記伝達ブロックは実質的にＴ字形状であるとともに茎部及び分岐部を備え、前記分岐部は前記複数の貫通孔を備え、前記茎部は前記試験対象デバイスと接触する表面を備える。
【００１０】
前記流入口及び前記流出口は、前記複数の貫通孔を通じて流体が流れ易くするために前記伝達ブロックの前記分岐部の互いに反対側の端部に固定される。
前記伝達ブロックの前記分岐部の表面上に設けられたヒーター層は、前記試験対象デバイスと接触する伝達ブロックの前記茎部の表面と反対側に位置する。
【００１１】
前記ヒーター層は、ヒーター固定具によって前記伝達ブロックに固定され、真空シールが前記伝達ブロックと前記ヒーター固定具との間に設けられる。
前記熱伝達装置は、前記伝達ブロック内に設けられ、前記試験対象デバイスの温度を計測するための温度センサを更に備える。
【００１２】
前記熱伝達装置は、前記温度センサに接続され、前記所定温度で前記試験対象デバイスの温度を維持するための制御装置を更に備える。
前記制御装置は、前記ヒーター層に対して供給される電源及び前記流体の流れの少なくとも一方を制御することにより、前記所定温度で前記試験対象デバイスの温度を維持する。
【００１３】
動作時に、流体が実質的に飽和した液体状態で前記複数の貫通孔に進入し、前記試験対象デバイスからの熱を受けて実質的に気体状態へ遷移し、実質的に気体状態で前記複数の貫通孔から出る。
【００１４】
構造的な剛性を提供し、かつ前記ハウジングの内側における高圧スパイクに耐えるように、前記ハウジングは高強度の材料からなる。
前記ハウジング上における局所的な凝縮を防止するために、前記ハウジングは高い熱伝達性を有する材料からなる。
【００１５】
前記複数の貫通孔は、前記伝達ブロック内で複数の行及び列に配列されている。
一以上の挿入素子を備え、各挿入素子は前記複数の貫通孔のうち一以上の貫通孔を通じて挿通されている。
【００１６】
有効な熱伝達を向上するために、前記複数の挿入部材は高い熱伝達性を有する材料からなる。
前記伝達ブロックは、有効な熱伝達を向上するために高い熱伝達性を有する材料からなる単一の一体部品からなる。
【００１７】
前記流入口、前記流出口、及び前記ヒーター固定具は、前記流入口、前記流出口、及び前記ヒーター固定具の各上面通路部上における凝縮を防止するために、低い熱伝達性を有する材料からなる。
【００１８】
本発明の第二の態様に従い、熱生成能力を用いて試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、流入口と、流出口と、前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックとを備え、前記伝達ブロック、前記流入口、及び前記流出口は、ハウジングの内側に配置される熱伝達モジュールを形成し、前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に配置されるバルブを更に備え、前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する、熱伝達装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】温度制御ユニット（ＴＣＵ）の形態にある熱伝達装置の断面を示す概略図。
【図２】図１の温度制御ユニットの熱伝達（ＨＴ）モジュールの断面を示す概略図。
【図３】温度制御ユニットの形態にある熱伝達装置の別の断面を示す概略図。
【図４】図１の温度制御ユニットの平断面を示す概略図。
【図５】試験対象のデバイスと接触して配置された図１の温度制御ユニットの熱伝達モジュールを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態は、例として図面とともに以下の詳細な説明を参酌してより良く理解され、かつ当業者にとって容易に明らかとなるであろう。
ここで説明する例示的な実施形態は、二相流工程を採用する新規な温度制御ユニットを提供する。二相流媒体は、蒸発の潜熱によって熱を除去するために、液体から蒸気へと状態を変化する。
【００２１】
図１は、温度制御ユニット（ＴＣＵ）１００の形態にある熱伝達装置の断面の概略図を示す。温度制御ユニット１００はハウジング１０２を備え、同ハウジング１０２はハウジング基部１０４及び主ハウジング本体１０６をそれぞれ備える。チェック弁１０８は、主ハウジング本体１０６に取り付けられている。
【００２２】
熱伝達（ＨＴ）モジュール１１０は、ハウジング１０２内に設けられている。主ハウジング本体１０６は熱伝達モジュール１１０の上に配置されており、ハウジング基部１０４は熱伝達モジュール１１０の下方に配置されている。熱伝達モジュール１１０の一部は、ハウジング基部１０４に突出する。熱伝達モジュール１１０の表面１１２は、温度制御ユニット１００の周辺環境に晒されている。熱伝達モジュール１１０は、温度の迅速な上昇及び低下を含む高速な熱応答用に設計され、かつデバイス試験中に単一の設定温度に維持するために設定されている。従って、熱伝達モジュール１１０は適切に断熱されていることが重要である。熱伝達モジュール１１０の設計は、周辺環境の熱流束の侵入について考慮している。周辺環境と熱伝達モジュール１１０との間の熱伝達は効果的に打ち消され、熱伝達モジュール１１０を取り囲む制御された近接環境が効果的に達成される。
【００２３】
電子冷却では、任意の形態にある水のいかなる存在も非常に望ましくない。温度制御ユニット１００が水蒸気の存在する開放された環境で動作する場合、温度制御ユニット１００の表面における凝縮が問題である。温度制御ユニット１００のハウジング１０２上における凝縮を防止するために、熱伝達モジュール１１０は断熱される。温度制御ユニット１００の内側に収容される空気は、チェック弁１０８を用いて吐き出される。温度制御ユニット１００の内側の空気を吐き出すことにより、部分的な真空の環境が温度制御ユニット１００の内部に生成される。良好な断熱である温度制御ユニット１００内の部分的な真空を伴い、周辺環境に面するハウジング１０２の表面温度は露点温度よりも高く維持される。この露天温度は、相対的な湿度及び温度の要因である。熱伝達モジュール１１０の表面における凝縮も有効に防止可能である。加えて、加熱工程中、部分的な真空領域は熱伝達モジュール１１０からのあらゆる熱損失を防止する断熱部としても機能する。
【００２４】
上述した凝縮防止方法にも関わらず、温度制御ユニット１００のハウジング１０２は全体に凝縮がなくなるわけではない。熱伝達モジュール１１０とハウジング１０２との間における局所的な熱伝達に起因するハウジング１０２上の局所的な冷却領域において、凝縮がまだ生じことがある。従って、凝縮が生じ得る、全ての局所的な冷却領域を防止する良好な熱拡散を確保すべく、温度制御ユニット１００のハウジングを製造するために高い伝達性を有する材料が使用される。一例の実施形態において、アルミニウム合金が使用されるが、別の実施形態において他の高い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。
【００２５】
ハウジング１０２上の局所的な冷却領域を最少化するために、熱伝達モジュール１１０とハウジング１０２との間の直接的な接触を回避又は最少化することが好ましい。これは、ハウジング１０２の内側で熱伝達モジュール１１０を懸架することにより、例示的な実施形態において達成される。低い熱伝達性を有する断熱材料からなる真空シール１１６が、熱伝達モジュール１１０とハウジング１０２との間の残りの熱伝達を低減するために、ハウジング１０２と熱伝達モジュール１１０との間の間隙を充填するために使用される。これにより、局所的な冷却領域効果の最少化が達成される。真空シール１１６は周辺環境から温度制御ユニット１００へ流れる可能性のある全ての空気の流れを効果的に防止する。また、温度制御ユニット１００内の部分的な真空領域は、真空シール１１６を定位置に保持するような吸引効果を効果的に提供する。熱伝達モジュール１１０の上方における部分的な真空領域に起因して、熱伝達モジュール１１０を垂直に横切る圧力差により、熱伝達モジュール１１０の外部の表面１１２上に作用する大気圧下で、熱伝達モジュール１１０はハウジング１０２内で持ち上げられる。これにより、ハウジング１０２の内側にある熱伝達モジュール１１０が懸架される。熱伝達を低減して局所的な冷却領域を最少化するとともに、熱伝達モジュール１１０をハウジング１０２に対して整列させるために、断熱材料からなるハード・ストッパ１１４が熱伝達モジュール１１０と主ハウジング本体１０６との間で挟持される。例示的な実施形態において、低い熱伝達性を有する金属、例えばステンレス鋼、又は高強度プラスチック、例えばポリカーボネートがハード・ストッパ１１４として使用されるが、別の実施形態において、他の低い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。
【００２６】
温度制御ユニット１００内の気密環境を確保するために、ハウジング１０２は例示的な実施形態において適切にシールされる。温度制御ユニット１００内へ侵入する空気漏れを防止するために、真空シール１２０は、ハウジング基部１０４と主ハウジング本体１０６との間、及び伝達ブロック２０２とヒーター固定具２１０との間に挿入される。工程ラインに沿って配置された不良装置によって熱伝達モジュール１１０内へ高圧の流体が侵入する場合、ハウジング１０２は熱伝達モジュール１１０の補強として作用するように設計されている。動作中の圧力スパイクに耐えるように、ハウジング１０２は構造的な剛性を提供する高強度材料で製造されている。一例の実施形態において、アルミニウム合金が使用されるが、別の実施形態において他の高強度材料が使用されてもよいことは自明である。
【００２７】
図２は、図１の温度制御ユニットの熱伝達モジュールの断面の概略図を示す。熱伝達モジュール１１０は、伝達ブロック２０２、流入口２０５、流出口２０６、ヒーター層２０８の形態にあるヒーター、及びヒーター固定具２１０を備える。伝達ブロック２０２は、上部２０３の形態にある分岐部及び下部２０４の形態にある茎部を有する実質的にＴ字形状である。上部２０３は、茎部よりも広い幅を有する。有効な熱伝達を向上するために、伝達ブロック２０２は、良好な熱伝達性を有する材料から製造され、かつ単一の一体部品として製造される。一例の実施形態において、銅合金が使用されるが、別の実施形態において他の高い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。
【００２８】
周辺環境の熱流束の侵入を通じた熱伝達を最少化し、かつ開放された空間環境に晒されている、流入口２０５、流出口２０６、及びヒーター固定具２１０の各上面通路部２２８，２３０，２３２における凝縮を防止するために、流入口２０５、流出口２０６、及びヒーター固定具２１０は低い熱伝達性を有する材料から製造されている。例えば、ステンレス鋼のような低い熱伝達性を有する材料、又はポリカーボネートのような高強度プラスチックが使用される。
【００２９】
流入口２０５及び流出口２０６は、伝達ブロック２０２の上部２０３の互いに反対側の端部に配置されている。流入口２０５及び流出口２０６は、流入口２０５及び流出口２０６上の各締結具２１２を用いて伝達ブロック２０２の上部２０３に固定されている。伝達ブロック２０２の上部２０３は、流入口２０５及び流出口２０６によって取り囲まれている。当業者には自明であるが、伝達ブロック２０２、流入口２０５及び流出口２０６が温度制御ユニット１００内の部分的な真空環境内で取り囲まれているため、上述したような凝縮の問題は伝達ブロック２０２上、流入口２０５上及び流出口２０６上では生じない。
【００３０】
ヒーター層２０８は、伝達ブロック２０２の下部２０４の表面１１２と対向する、伝達ブロック２０２の上部２０３の表面２０９上に配置されている。ヒーター層２０８は、締結具２１４及び真空シール１２０を用いたヒーター固定具２１０によって伝達ブロック２０２の上部２０３に固定されている。例示的な実施形態において、ヒーター層２０８は、商業的に入手可能な平型の抵抗ヒーターであるが、別の実施形態において他のヒーター層の設計が使用されてもよいことは自明である。真空シール１２０は、熱伝達を最少化すべく、良好な断熱性を有する材料から製造される。例示的な実施形態において、低い熱伝達性を有する金属、例えばステンレス鋼、又は高強度プラスチック、例えばポリカーボネートが使用されるが、別の実施形態において、他の低い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。シール２１６は、流体の漏出を防止するために、伝達ブロック２０２の上部２０３と流入口２０５及び流出口２０６との間に設けられている。シール２１６は、高温及び低温下で耐久性を有する材料からなる。例示的な実施形態において、バイトン（登録商標）又はシリコンが使用されるが、別の実施形態において、他の低い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。
【００３１】
スプリング取付型の熱電対２１８の形態である温度センサは、伝達ブロック２０２の実質的に中心に位置する空洞２８０内に配置されている。スプリング取付型の熱電対２１８は、外部の制御装置２２２に接続されている。スプリング取付型の熱電対２１８は、試験対象デバイス５０２の温度を計測し、計測した温度を制御装置２２２へフィードバックする。また、制御装置２２２は、熱伝達モジュール１１０を通じた流体の流れ、特に圧力、温度、流速を監視及び制御するとともに、試験対象デバイス５０２の温度を所定温度に維持するために、ヒーター層２０８に供給される電源を制御する。制御装置２２２は、電源／制御装置２２４、及び貯蔵部／制御装置２２６に接続されている。ヒーター層２０８に供給される電源を制御するための電源／制御装置２２４は、ヒーター層２０８に接続されている。流体の流れを向上させるための貯蔵部／制御装置２２６は、流入口２０５及び流出口２０６に接続されている。
【００３２】
図３は、温度制御ユニット１００の形態にある熱伝達装置の別の断面の概略図を示す。図３に示すように、熱伝達モジュール１１０の伝達ブロック２０２は、伝達ブロック２０２の上部２０３に流路３０２の形態にある複数の貫通孔を備える。流路３０２は、伝達ブロック２０２の空洞２２０内に配置された熱電対２１８の両側において複数の行及び列に配列されている。
【００３３】
温度制御ユニット１００の伝達ブロック２０２における熱伝達性能に影響する２つの要因は、伝達ブロック２０２を通じて流体に伝わる有効な熱伝達、及び伝達ブロック２０２の流路３０２を通じて配送される流体の量である。流路内で沸騰する流れは、非常に高い熱伝達機能を提供する。流体の熱伝達係数を高めるために、流路３０２はより小さな水力直径Ｄｈを有することが好ましい。しかしながら、より小さな水力直径Ｄｈによって、従来の加工を通じて流路３０２を有する伝達ブロック２０２を製造する場合に問題が生じる。
【００３４】
長尺状の挿入部材、例えば、ワイヤ３０４が、流路３０２の断面積を低減すべく、各流路３０２内の流路面積の一部を塞ぐように、伝達ブロック２０２の流路３０２の中に挿入されている。従って、より小さな水力直径Ｄｈが得られる。そのため、流路３０２を通じて流れる流体の熱伝達係数の総和は増大する。これにより、流体による更に有効な熱の除去が効果的に行われる。例えば、ワイヤ３０４を用いて流路３０２の水力直径Ｄｈを柔軟に制御すれば、流路３０２の直径を効果的に拡大可能である。その結果、伝達ブロック２０２の製造が容易となる。従って、効果的な熱の除去を可能としながら試験中に所定温度を維持するという基本的な機能をやめることなく、温度制御ユニット１００の伝達ブロック２０２を製造するために従来の加工を使用することができる。各流路３０２の中に設けられた挿入部材、例えばワイヤ３０４は、各挿入部材が各流路３０２の断面の中心に対して固定した位置に規制されないように配置されている。熱伝達の効果を更に向上するために、挿入部材、例えばワイヤ３０４は、高い熱伝達性を有する材料からなる。一例の実施形態において、挿入部材、例えばワイヤ３０４は銅又はアルミニウム合金ワイヤとして提供されるが、別の実施形態において他の高い熱伝達性を有する材料が使用されてもよいことは自明である。
【００３５】
貫通孔及びワイヤの直径は、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。当業者には自明であるが、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲内では、流路は、一般にミニチャネルと呼ばれ、断面積を実質的に低減すべく挿入部材を使用する例示的な実施形態の技術には現在のところ最も適している。温度制御ユニット１００において、貫通孔に対するワイヤの直径比率は、０．７よりも大きい範囲内であることが好ましい。これにより、断面積が５０％よりも大きく低減され、かつ水力直径が７０％よりも大きく低減される。同じ圧力勾配が適用される場合、結果として流速が８５％よりも大きく低減される。
【００３６】
図４は、図１の温度制御ユニット１００の熱伝達モジュール１１０平断面の概略図を示す。挿入部材、例えばワイヤ３０４の一端は流路３０２の一端の中に挿入され、同じ流路３０２の反対の端部から引き出され、同じ列に隣接する流路３０２の隣接端部に挿入される。図４に示すように、伝達ブロック２０２の空洞２２０（図３）内に配置された熱電対２１８（図３）の各側における各列の流路３０２について、挿入部材、例えばワイヤ３０４の挿通が、熱電対２１８（図３）から最も離れた位置にある始点４０２で開始し、熱電対２１８（図３）に近接する終点４０４で終了する。当業者には自明であるが、挿通方法及び挿通パターンの少なくとも１つはこの実施形態で記載されたものに限定されるものではない。挿入部材、例えばワイヤ３０４の両端は、始点４０２及び終点４０４において、例えば溶接によって固定される。流路３０２及び挿入部材、例えばワイヤ３０４は、流入口２０５及び流出口２０６によって取り囲まれている。
【００３７】
図５は、試験対象デバイス５０２と接触して配置された図１の温度制御ユニットの熱伝達モジュールの概略図を示す。試験対象デバイス５０２は、支持台上に搭載されている。試験対象デバイス５０２を上方に移動させるか、或いは熱伝達モジュール１１０を下方に移動させることにより、試験対象デバイス５０２は、試験のために伝達ブロック２０２の表面１１２と接触させられる。試験対象デバイス５０２と伝達ブロック２０２の表面１１２との間の積極的な接触は、アクチュエータ（図示しない）によって行われる。試験中の試験対象デバイス５０２と露出した表面１１２との間の接触は図示されていない。
【００３８】
試験対象デバイス５０２は、熱生成能力を有する。冷却工程中、試験対象デバイス５０２の温度を所定温度に維持するために、試験対象デバイス５０２から伝達ブロック２０２へ伝達によって伝わる熱は、伝達ブロック２０２の流路３０２を通じて流れる冷却媒体流体によって対流により除去される。実質的に飽和した液体の状態にある流体は、矢印５０６で示されるように流入口２０５の中へ配送される。流体は、矢印５０８で示される方向で伝達ブロック２０２の流路（図３の３０２）を通じて流れる。熱伝達工程中、流路（図３の３０２）内の流体は、実質的に飽和した液体の状態から実質的に気体の状態へと変化する。実質的に気体の状態にある流体は、矢印５１０で示されるように伝達ブロック２０２から出て流出口２０６を通じて配送される。熱は、伝達ブロック２０２の流路３０２を通じて流れる流体によって対流により伝達ブロック２０２から除去される。例示的な実施形態において、冷媒ガス、例えばＲ２２、Ｒ４０４Ａ、及び二酸化炭素が使用されるが、別の実施形態において複数の流体が使用されてもよいことは当業者には自明である。
【００３９】
加熱工程中、試験対象デバイス５０２の温度を上昇させるには、試験対象デバイス５０２に熱を供給するために、ヒーター層２０８に電力が供給される。供給される熱は、伝達ブロック２０２から試験対象デバイス５０２へ伝達によって伝わる。
【００４０】
上述したように、温度制御ユニット１００は、二相流工程を用いて所望の試験温度を効果的に実現し、急速な加熱及び冷却を効果的に提供する。上述したように、温度制御ユニット１００は、製造及び組み立てが容易である簡素な設計を有する。温度制御ユニット１００の全部品は、特別な技術及び工具を要することなく製造可能な簡素な幾何学的構成品である。これにより、加工費用が効果的に低減される。また、温度制御ユニット１００の小型の設計により、温度制御ユニット１００は試験取り扱いシステムに一体化することも容易である。
【００４１】
更に、温度制御ユニット１００の設計は、耐久性及び信頼性に関して広範な考慮を包含している。例えば、全体的な性能に影響を及ぼす材料における疲労を生じ得る急速な加熱及び冷却は、適切な材料選択によって最小化される。温度制御ユニット１００の構造的な配置は、いかなる高圧スパイクにも耐える剛性を確保する安全性を有するように設計される。従って、温度制御ユニット１００の設計は、非常に信頼できるものである。
【００４２】
加えて、温度制御ユニット１００は、所望の結果を得るために冷却システムに接続され、かつ試験デバイスの加熱及び冷却の適用を必要とする試験取り扱いシステムで使用されるように設計される。
【００４３】
広範囲に説明された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態で示されるような本発明に対して、多数の変更及び改変の少なくとも１つが行われてもよいことは当業者には自明である。従って、本発明は、あらゆる面において例示的であり限定的なものとして理解されるべきある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月8日(2008.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、
流入口と、
流出口と、
前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックと、
熱伝達率を向上するように、前記各貫通孔の断面積を低減するために、前記各貫通孔の中に設けられた複数の挿入部材と、を備え、
前記各貫通孔の中に設けられた前記複数の挿入部材は、前記各挿入部材が前記各貫通孔の断面の中心に対して固定した位置に規制されないように配置されている、熱伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱伝達装置において、前記複数の挿入部材は実質的に長尺状であり、前記各挿入部材の長手軸が前記貫通孔に対して実質的に平行となるように前記各貫通孔の中に設けられている、熱伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱伝達装置において、前記流入口及び前記流出口は、熱伝達モジュールを形成するように前記伝達ブロックの互いに反対側の端部に固定され、熱伝達が主として前記熱伝達モジュール内で生じる、熱伝達装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記熱伝達モジュールはハウジングの内側に設けられ、
前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に設けられたバルブを更に備え、
前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する、熱伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックは実質的にＴ字形状であるとともに茎部及び分岐部を備え、前記分岐部は前記複数の貫通孔を備え、前記茎部は前記試験対象デバイスと接触する表面を備える、熱伝達装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱伝達装置において、前記流入口及び前記流出口は、前記複数の貫通孔を通じて流体が流れ易くするために前記伝達ブロックの前記分岐部の互いに反対側の端部に固定される、熱伝達装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックの前記分岐部の表面上に設けられたヒーター層は、前記試験対象デバイスと接触する伝達ブロックの前記茎部の表面と反対側に位置する、熱伝達装置。
【請求項８】
請求項７に記載の熱伝達装置において、前記ヒーター層は、ヒーター固定具によって前記伝達ブロックに固定され、真空シールが前記伝達ブロックと前記ヒーター固定具との間に設けられる、熱伝達装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロック内に設けられ、前記試験対象デバイスの温度を計測するための温度センサを更に備える熱伝達装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記温度センサに接続され、前記試験対象デバイスの温度を前記所定温度に維持するための制御装置を更に備える熱伝達装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記制御装置は、前記ヒーター層に対して供給される電源及び前記流体の流れの少なくとも一方を制御することにより、前記試験対象デバイスの温度を前記所定温度に維持する、熱伝達装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の熱伝達装置において、動作時に、流体が実質的に飽和した液体状態で前記複数の貫通孔に進入し、前記試験対象デバイスからの熱を受けて実質的に気体状態へ遷移し、実質的に気体状態で前記複数の貫通孔から出る、熱伝達装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の熱伝達装置において、構造的な剛性を提供し、かつ前記ハウジングの内側における高圧スパイクに耐えるように、前記ハウジングは高強度の材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１４】
請求項４〜１３の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記ハウジング上における局所的な凝縮を防止するために、前記ハウジングは高い熱伝達性を有する材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記複数の貫通孔は、前記伝達ブロック内で複数の行及び列に配列されている、熱伝達装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の熱伝達装置において、一以上の挿入素子を備え、各挿入素子は前記複数の貫通孔のうち一以上の貫通孔を通じて挿通されている、熱伝達装置。
【請求項１７】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の熱伝達装置において、有効な熱伝達を向上するために、前記複数の挿入部材は高い熱伝達性を有する材料からなる、熱伝達装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の熱伝達装置において、前記伝達ブロックは、有効な熱伝達を向上するために高い熱伝達性を有する材料からなる単一の一体部品からなる、熱伝達装置。
【請求項１９】
熱生成能力を有する試験対象デバイスの温度を所定温度に維持するための熱伝達装置であって、
流入口と、
流出口と、
前記流入口から流体を受容してその流体を前記流出口へ配送するための複数の貫通孔を有する伝達ブロックとを備え、
前記伝達ブロック、前記流入口、及び前記流出口は、ハウジングの内側に配置される熱伝達モジュールを形成し、
前記熱伝達装置は、前記ハウジングの内側の空気を除去するとともに前記熱伝達モジュールの周りに部分的な真空の環境を生成するために前記ハウジング上に配置されるバルブを更に備え、
前記部分的な真空の環境は、前記ハウジング内の前記伝達ブロックが懸架されることを補助するとともに、前記ハウジング上の凝縮を防止するために前記熱伝達モジュールと前記ハウジングとの間における断熱を提供する、熱伝達装置。
【国際調査報告】
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