(57)【要約】試験中の電子デバイス（１０）の温度制御装置は、電子デバイス（１０）と熱接触するための温度制御された表面（１６）を有するサーマルヘッド（１４）を備えている。このサーマルヘッド（１４）は、冷媒流体の通過のための流路（３６）を構成し、電子デバイス（１０）及びサーマルヘッド（１４）との間で熱エネルギーを伝達させる。冷却システムは、サーマルヘッド（１４）の流路（３６）と流体連通して接続され、そこに冷媒流体を供給する。冷却システムは、サーマルヘッド（１４）への冷媒流体の導入の調整を実施できる計量バルブ（４６）を備えている。コントローラ（２２）は、温度制御された表面（１６）において所定の温度を維持するために、計量バルブ（４６）の制御を実施する。
2004527764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスと熱接触するための温度制御された表面を有し、前記電子デバイスとの間の熱エネルギーの伝達を起こさせるために、冷媒流体が通過するための流路を構成するサーマルヘッドと、
該サーマルヘッドの前記流路と流体連通して前記冷媒流体を供給し、該冷媒流体の流れの調整を実施できる計量バルブを、前記サーマルヘッドの前記流路に隣接して動作可能に設置して、前記冷媒流体の前記サーマルヘッドへの導入を調整するようにした冷却システムと、
前記温度制御された表面において所定の温度を維持するために、前記計量バルブの制御を実施するコントローラと
を備えたことを特徴とする電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２】
前記冷却システムは、第１端及び第２端を有する導管を備え、該導管の前記第２端は、前記サーマルヘッドの前記流路の入口と流体連通することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項３】
前記計量バルブは、前記導管の前記第１端に位置することを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記所定の温度をユーザが変更できるように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項５】
前記計量バルブは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号で作動される脈動バルブであることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項６】
前記脈動バルブは、少なくとも毎秒１回起動されることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、ＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項８】
前記サーマルヘッドは、少なくとも１つのヒータデバイスを有し、該ヒータデバイスの作動は、前記コントローラによって制御されることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのヒータデバイスは、複数のカートリッジヒータを備えていることを特徴とする請求項８に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１０】
圧縮機と凝縮器とを有し、流体流ループを介して冷媒流体の循環を実施することができ、前記冷媒流体を気体状態と液体状態の間で変化させて交互に熱エネルギーを吸収し、放出するようにした冷却システムと、
温度制御された表面を有し、前記冷媒流体が通過するための流路を構成し、前記冷却システムにおいて蒸発器として機能するサーマルヘッドと、
前記流体流ループ内の前記蒸発器に隣接して動作可能に設置され、前記温度制御された表面で所定の温度を維持するために、前記サーマルヘッドの前記流路への前記冷媒流体の導入の調整を実施する前記計量バルブと
を備えたことを特徴とする電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１１】
前記冷却システムは、第１端及び第２端を有する導管を備え、該導管の前記第２端は、前記サーマルヘッドの前記流路の入口と流体連通することを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１２】
前記計量バルブは、前記導管の前記第１端に位置することを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１３】
前記計量バルブは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号で作動される脈動バルブであることを特徴とする請求項１２に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１４】
前記ＰＷＭ信号を生成するためのコントローラを有し、該コントローラは、前記所定の温度をユーザが変更できるように適合されていることを特徴とする請求項１３に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１５】
前記コントローラは、ＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項１４に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１６】
前記サーマルヘッドは、前記所定の温度を維持するのに必要なときに、前記温度制御された表面に熱エネルギーの供給を実施する少なくとも１つのヒータデバイスを有することを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１７】
前記ヒータデバイスは、複数のカートリッジヒータを備えたことを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１８】
圧縮機と凝縮器とを有し、流体流ループを介して冷媒流体の循環を実施することができ、前記冷媒流体を気体状態と液体状態の間で変化させて熱エネルギーを交互に吸収し、放出するようにした冷却システムと、
温度制御された表面を有し、前記冷媒流体が通過するための流路を構成し、前記冷却システムにおいて蒸発器として機能するサーマルヘッドと、
該サーマルヘッドに熱エネルギーの供給を実施する少なくとも１つのヒータデバイスと、
前記流体流ループ内で、前記圧縮機と前記凝縮器との間に設置され、前記サーマルヘッドの前記流路への前記冷媒流体の導入を調整可能とする計量バルブと、
前記温度制御された表面における所定の温度を維持するために、前記計量バルブ及び前記ヒータデバイスの制御を実施するコントローラと
を備えたことを特徴とする電子デバイスの温度制御装置。
【請求項１９】
前記冷却システムは、第１端及び第２端を有する導管を備え、該導管の前記第２端は、前記サーマルヘッドの前記流路の入口と流体連通することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記計量バルブは、前記導管の前記第１端に位置することを特徴とする請求項１９に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２１】
前記計量バルブは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号で作動される脈動バルブであることを特徴とする請求項１８に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記所定の温度をユーザが変更できるように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２３】
前記コントローラは、ＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項２２に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２４】
前記ヒータデバイスは、複数のカートリッジヒータを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の電子デバイスの温度制御装置。
【請求項２５】
（ａ）冷却機能と加熱機能の両方を有し、電子デバイスと熱接触する温度制御された表面を有するサーマルヘッドを提供するステップと、
（ｂ）前記電子デバイスによる瞬時電力消費の変化率を測定するステップと、
（ｃ）前記変化率と所定の閾値を比較するステップと、
（ｄ）前記変化率が、瞬時電力消費が減少していることを示して前記閾値を超える場合には、前記サーマルヘッドの前記加熱機能を選択的に起動するステップと、
（ｅ）前記変化率が、瞬時電力消費が増加していることを示して前記閾値を超える場合には、前記サーマルヘッドの前記冷却機能を選択的に起動するステップと
を備えたことを特徴とする電子デバイスの温度制御方法。
【請求項２６】
前記冷却機能及び前記加熱機能が、所定の時間の間、全開作動で起動されることによって、前記ステップ（ｄ）及び（ｅ）において、それぞれ選択的に起動されることを特徴とする請求項２５に記載の電子デバイスの温度制御方法。
【請求項２７】
流体流ループを介して冷媒流体の循環を実施させることができ、前記冷媒流体を気体状態と液体状態の間で変化させて交互に熱エネルギーを吸収し、放出するようにした冷却装置において、
前記気体状態において前記冷媒流体の圧力を増大させることのできる圧縮機と、
前記冷媒流体が通過するときに熱エネルギーを放出し、液体状態に変化する凝縮器と、
前記冷媒流体が通過するときに熱エネルギーを吸収し、気体状態に変化する蒸発器と、
前記流体流ループ内で前記蒸発器に隣接して動作可能に設置され、前記蒸発器への前記冷媒流体の導入の調整を実施する計量バルブと、
前記蒸発器における所定の温度を維持するために前記計量バルブの制御を実施するコントローラと
を備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２８】
前記冷却システムは、第１端及び第２端を有する導管を備え、該導管の前記第２端は、前記サーマルヘッドの前記流路の入口と流体連通することを特徴とする請求項２７に記載の冷却装置。
【請求項２９】
前記計量バルブは、前記導管の前記第１端に位置することを特徴とする請求項２８に記載の冷却装置。
【請求項３０】
前記計量バルブは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号で作動される脈動バルブであることを特徴とする請求項２７に記載の冷却装置。
【請求項３１】
前記コントローラは、ＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項３０に記載の冷却装置。
【請求項３２】
前記コントローラは、前記所定の温度をユーザが変更できるように適合されていることを特徴とする請求項２７に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの温度制御装置及び温度制御方法に関し、より詳細には、試験中に電子デバイスの温度を所定の温度に維持するための温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子業界では、試験装置を利用して、所定の温度に維持された集積回路及びその他の電子デバイスの動作を試験している。一般に、試験装置は、試験中の電子デバイスに接触させるための温度制御された表面を有するサーマルヘッドを備えている。このサーマルヘッドは、所定の温度を維持するために同時に加熱かつ冷却される。この試験装置ユーザ（すなわち電子デバイス製造業者）は、一般に、サーマルヘッドがすべての条件下で±３℃のばらつきで所定温度を維持できることを規定している。
【０００３】
そのような試験装置のあるものを用いると、試験手順を実行する技術者によって、所定の温度を変更することができる。したがって、電子デバイスを、複数の温度で試験して、多種多様な動作条件をシミュレートすることができる。サーマルヘッドにおいて所望の温度を生成するために、これらの電子デバイスでは、水またはエチレングリコールなどの冷却された液体を、サーマルヘッドを介して循環していた。
【０００４】
この液体自体は、別個の冷却システムの蒸発器を備えた熱交換器内で冷却される。言い換えると、蒸発器が、冷却システムによって冷却され、この蒸発器が循環液体を冷却する役割を果たす。加熱は、所定の温度を維持するのに必要なときにサーマルヘッドの内部に組み込まれた加熱エレメントによって行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、別個の液体ループ（liquid loop）を使用するこのような従来技術には、多数の欠点がある。例えば、付加的なメンテナンス要求は、液体ループの存在によってもたらされる。さらに、液体ループの「低温側」全体が、露点以下であることが多く、このために大規模な断熱を必要とするという問題がある。また、液体ループを使用するシステムは、所望の温度に達して試験を開始できるまでに、１時間もかかるという問題がある。さらに、液体ループは、試験システムの寸法と電力消費を増大させるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、試験中に電子デバイスの温度を所定の温度に維持するための温度制御装置及び温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の電子デバイスの温度制御装置、電子デバイスと熱接触するための温度制御された表面を有し、前記電子デバイスとの間の熱エネルギーの伝達を起こさせるために、冷媒流体が通過するための流路を構成するサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記流路と流体連通して前記冷媒流体を供給し、該冷媒流体の流れの調整を実施できる計量バルブを、前記サーマルヘッドの前記流路に隣接して動作可能に設置して、前記冷媒流体の前記サーマルヘッドへの導入を調整するようにした冷却システムと、前記温度制御された表面において所定の温度を維持するために、前記計量バルブの制御を実施するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
つまり、本発明の電子デバイスの温度制御装置は、電子デバイスと熱接触させるための温度制御された表面を有するサーマルヘッドを備えている。このサーマルヘッドは、冷媒流体が通過するための流路を構成し、それによって電子デバイスとサーマルヘッドとの間で熱エネルギーが伝達される。
【０００９】
また、本発明の電子デバイスの温度制御装置は、サーマルヘッドの流路と流体連通して、そこに冷媒流体を供給する冷却システムを備えている。この冷却システムは、冷媒流体の流れの調整を実施できる計量バルブを有する。この計量バルブは、サーマルヘッドの流路に動作可能に隣接して位置し、それによってサーマルヘッドへの冷媒流体の導入を調整する。温度制御された表面での所定の温度を維持するために、コントローラが計量バルブの制御を実施する。
【００１０】
冷却システムは、第１端及び第２端を有する導管（capillary tube）を備えている。導管の第２端は、サーマルヘッドの流路の入口と流体連通して接続されている。そのような実施形態における計量バルブは、導管の第１端に設置することができる。
【００１１】
コントローラは、好ましくは、所定の温度をユーザが変更できるように適合される。これに関して、計量バルブは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号によって動作する脈動バルブにしてもよい。例えば、脈動バルブは少なくとも毎秒１回、起動させるのが好ましい。コントローラ自体は、ＰＩＤ（Proportional and Integral and Derivative）コントローラとしてもよい。
【００１２】
サーマルヘッドには、やはりコントローラによって制御される、少なくとも１つのヒータデバイスを備えるのが望ましいことが多い。例えば、サーマルヘッドには、複数のカートリッジヒータを備えてもよい。
【００１３】
本発明のその他の実施態様は、試験中の電子デバイスの温度制御装置によってもたらされる。この電子デバイスの温度制御装置は、圧縮機（compressor）と凝縮器（condenser）とを有する冷却システム（refrigeration system）を備えている。この冷却システムは、流体流ループを介して冷媒流体を循環させることができ、この冷媒流体が、気体状態と液体状態との間で変化し、熱エネルギーを交互に吸収し、放出する。
【００１４】
また、本発明の電子デバイスの温度制御装置は、温度制御された表面を有するサーマルヘッドを備えている。このサーマルヘッドは、冷媒流体が通過するための流路を構成し、それによって冷却システムにおける蒸発器（evaporator）として機能する。計量バルブが、流体流ループ内に蒸発器と隣接して動作可能に設置される。この計量バルブは、温度制御された表面の所定温度を維持するために、サーマルヘッドの流路への冷媒流体の導入の調整を実施する。
【００１５】
本発明のさらに他の実施態様は、試験中の電子デバイスの温度制御装置によって提供される。本発明の電子デバイスの温度制御装置は、圧縮機と凝縮器を有する冷却システムを備えている。この冷却システムは、流体流ループを介して冷媒流体を循環させることができ、その結果、冷媒流体が気体状態と液体状態の間で変化して、それによって熱エネルギーを交互に吸収し、放出する。
【００１６】
また、本発明の電子デバイスの温度制御装置は、温度制御された表面を有するサーマルヘッドを備えている。このサーマルヘッドは、冷媒流体が通過するための流路を構成し、それによって冷却システムにおいて蒸発器として機能する。少なくとも１つのヒータデバイスが、サーマルヘッドに熱エネルギーを供給する機能を有する。
【００１７】
また、計量バルブが、流体流ループ内の蒸発器に隣接している。この計量バルブは、サーマルヘッドの流路への冷媒流体の導入の調整を実施する。また、コントローラが、温度制御された表面での所定温度を維持するために、計量バルブとヒータデバイスの制御を実施する。
【００１８】
本発明の電子デバイスの温度制御方法は、冷却機能と加熱機能の両方を有し、電子デバイスと熱接触する温度制御された表面を有するサーマルヘッドを提供するステップと、前記電子デバイスによる瞬時電力消費の変化率を測定するステップと、前記変化率と所定の閾値を比較するステップと、前記変化率が、瞬時電力消費が減少していることを示して前記閾値を超える場合には、前記サーマルヘッドの前記加熱機能を選択的に起動するステップと、前記変化率が、瞬時電力消費が増加していることを示して前記閾値を超える場合には、前記サーマルヘッドの前記冷却機能を選択的に起動するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
つまり、本発明の電子デバイスの温度制御方法は、冷却機能及び加熱機能の両方を有するサーマルヘッドを提供する。このサーマルヘッドは、電子デバイスと熱接触する温度制御された表面を有する。次いで、電子デバイスによる瞬時電力消費の変化率を測定して、所定の閾値と比較する。変化率が、瞬時電力消費が低下していることを示してその閾値を超える場合には、サーマルヘッドの加熱機能が選択的に起動される。前記変化率が、瞬時電力消費が増大していることを示して閾値を越える場合には、サーマルヘッドの冷却機能が選択的に起動される。例えば、冷却及び加熱機能を、所定の時間の間、全開作動に起動することによって選択的に起動してもよい。
【００２０】
本発明の他の実施態様は、流体流ループ中に冷媒流体を循環させることができ、それによって、冷媒流体が気体状態と液体状態の間で変化して、熱エネルギーを交互に吸収し、放出する冷却装置によって提供される。この冷却装置は、気体状態の冷媒流体の圧力を増大させることのできる圧縮機を備える。また、凝縮器も設けられて、冷媒流体は、そこを通過する間に熱エネルギーを吸収し、液体状態に変化する。冷媒流体は、蒸発器を通過する間に熱エネルギーを吸収し、それによって気体状態に変化する。
【００２１】
また、計量バルブが、流体流ループ内の蒸発器に隣接して動作可能に位置する。この計量バルブは、蒸発器への冷媒流体の導入の調整を実施する。また、コントローラは、蒸発器において所定の温度を維持するために計量バルブの制御を実施する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。
なお、本明細書及び図面における参照記号の反復使用は、本発明の同一または類似の特徴または構成要素を表すためのものである。
【００２３】
また、当業者であれば、本明細書における記載は、例示的な実施形態のみの記載であり、本発明の広い意味の実施態様を限定することを意図するものではなく、その広義の実施態様は例示的な構成において具現化されていることを理解されたい。
【００２４】
図１は、本発明の電子デバイスの温度制御装置の一実施形態を説明するための構成図で、試験中の電子デバイス１０（ＤＵＴ；Device Under Test）の温度制御装置を示している。この場合に、電子デバイス１０は、適当な試験設備１２に装着された集積回路デバイスである。この試験設備１２は、電子デバイス１０に給電するためのエネルギーを供給するとともに、それによって電子デバイス１０の性能が評価されるさまざまなリード／ライト命令を供給する。
【００２５】
サーマルヘッド１４は、電子デバイス１０と熱接触する温度制御された表面１６を有する。この場合には、サーマルヘッド１４は、可動ロッド１８の端部に取り付けられており、この可動ロッド１８が、温度制御された表面１６を移動させて、（矢印Ａで示すように）電子デバイス１０と係合させたり、離脱させたりする。例えば、可動ロッド１８は、空気シリンダのピストンロッドを形成し、このピストンは、起動されてサーマルヘッド１４を試験しようとする電子デバイスに隣接して配置する。
【００２６】
図１に示されているように、熱電対２０、またはその他の適切なセンサが、温度制御された表面１６に設けられて、電子デバイス１０の温度を検出する。この情報は、サーマルヘッド１４の動作を制御するプロセッサ２２に供給されて所定の温度が維持される。例えば、維持すべき温度は、温度セレクタ２４から、ユーザによって入力される。当業者であれば、プロセッサ２２及びび温度セレクタ２４の機能は、単一のディジタルコンピュータなどによって実行できることを認識するであろう。
【００２７】
サーマルヘッド１４は、好ましくは、広範囲の可能な温度を正確に維持するために、冷却及び加熱機能の両方を有するように構成される。この場合には、例えば、サーマルヘッド１４は、温度制御された表面１６と加熱部分２８との間に位置する冷却部分２６を有する。加熱部分２８は、電子デバイス１０の温度が所望の温度よりも低くなるときに、熱エネルギーの供給を実施できる１つまたは複数の加熱エレメント３０を備えている。適切なドライバ３２は、プロセッサ２２によって制御され、加熱エレメント３０を作動させるのに必要な電力を供給する。
【００２８】
サーマルヘッド１４の冷却部分２６は、やはり圧縮機３２及び凝縮器３４を備え、冷却システムの蒸発器を形成する。この冷却システムは、Ｒ１３４ａのような冷媒流体を利用し、これが循環されて熱エネルギーを交互に吸収し、放出する。これは、周知の冷凍サイクルに従って、冷媒流体が、気体状態と液体状態の間で変化するときに生じる。
【００２９】
特に、冷媒流体が液体状態から気体状態へと「蒸発」するときに、冷媒流体は電子デバイス１０の位置で、過剰の熱エネルギーを吸収する。この蒸発は、サーマルヘッド１４内に構成された、流体流路３６内で発生する。サーマルヘッド１４から出る低圧ガスが、次いで、パイプ３８に沿って圧縮機３２に供給される。結果として得られる高圧ガスが、パイプ４０によって凝縮器３４に送られ、ここで蓄積された熱エネルギーが消散する。結果として、冷媒流体が液体形態に凝縮される。
【００３０】
凝縮器３４からの高圧液体は、パイプ４２及び導管（capillary tube）４４に沿ってサーマルヘッド１４に向かって逆に送られる。この場合には「膨張弁（expansion valve）」は、導管４４と流体流路３６とのインタフェースによって形成される。より具体的には、液体形態の冷媒は、導管４４の小さな内径から出て、流路３６の入口にある、より大きな密封体積に入るときに、その圧力が低下する。この圧力低下によって、理想気体の法則によって予測されるように、温度の低下を引き起こす。
【００３１】
図１に示した電子デバイスの温度制御装置は、温度制御された表面１６において選択された温度の高精度な維持を実施できる。一般に、この温度は、指定された範囲において±３℃の要求基準内で容易に制御することができる。例えば、この電子デバイスの温度制御装置は、現在の好ましい実施形態において、設定された範囲、−１００℃から＋２００℃の範囲において、±０．５℃の精度で作動する能力がある。
【００３２】
選択された温度を緊密に制御するために、計量バルブ４６を、サーマルヘッド１４に隣接して動作可能に設置し、それによって流路３６への冷媒流体の流入を調整する。さまざまな比例バルブを使用することが考慮されるが、図示した実施形態では、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号によって制御される、通常は閉止されたソレノイド脈動バルブが使用される。ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、所望の温度を維持するように、プロセッサ２２によって選ばれる。
【００３３】
計量バルブ４６は、好ましくは、流路３６の入口から１８インチ以内に配置して、そこへの冷媒流体の流れを実質的な遅れ時間なしに調整する。図示した実施形態においては、例えば、計量バルブ４６は、導管４４への入口に配置してもよい。導管４４は、１２インチ以下の長さの場合が多い。導管４４の長さを比較的短く、内径を小さくすることによって、計量バルブ４６の動作と温度制御された表面１６における温度との間の迅速な反応時間が保証される。
【００３４】
本発明の譲受人であるＫｒｙｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．は、以前に、サーマルヘッドが冷却システム内での蒸発器として構成されている試験装置を開発したことがある。冷媒流体は、液体形態でサーマルヘッドへと通過し、そこで膨張する。結果として生じる温度低下によって、試験されている電子デバイスの熱エネルギーが吸収されて、所定の温度が維持される。そのようなシステムの１つでは、比例制御器の制御下で動作する、凝縮器の出口に隣接するバルブが使用された。本発明の多くの実施形態と同様に、圧縮機及び凝縮器は、冷媒流体流ループ内で、サーマルヘッドから数フィート（例えば、４〜５フィート（１．２２から１．５２ｍ））離れて設置された。一部には、バルブが遠く位置することが理由で、このシステムは、選択された温度を、約±１０℃の精度でのみ制御することが可能である。
【００３５】
図２は、図１に示した電子デバイスの温度制御装置によって提供される閉ループ制御システムの全体ブロック図である。この場合に、この閉ループ制御システムは、ディジタル制御システムとして記載してあるが、当業者であれば、さまざまなアナログシステムも、本発明に従って構築できることを認識するであろう。
【００３６】
図２に示すように、熱電対２０が連続温度信号ｙ（ｔ）を提供して、この連続温度信号ｙ（ｔ）が、符号４８で示すようにサンプリングされてディジタル化されて、サンプル温度信号ｙ（ｋＴ）をもたらす。次いで、符号５０で示すように信号ｙ（ｋＴ）を理想温度信号ｒ（ｋＴ）と比較して、エラー信号ｅ（ｋＴ）を生成する。
【００３７】
符号５２に示すように、プロセッサ２２が、エラー信号ｅ（ｋＴ）についての制御アルゴリズムを実施し、補正信号ｕ（ｋＴ）を生成する。現在の好ましい実施形態においては、制御アルゴリズムは、図２に示すように、比例プラス積分プラス微分（ＰＩＤ；Proportional and Integral and Derivative）制御アルゴリズムとすることができる。補正信号ｕ（ｋＴ）は、温度制御装置（または「プラント」）５６を作動させるために、符号５４で示すように、パルス幅変調されるか、またはその他の方法で適当なアナログ信号ｕ（ｔ）に変換される。例えば、補正信号ｕ（ｋＴ）は、閉ループ制御システムの冷却機能及び加熱機能の両方を作動させるための命令を含むことができる。
【００３８】
図２に示した閉ループ制御システムは、定常状態作動条件下において所望の温度を維持するには非常に効率的であることが理解されるであろう。好ましくは、この閉ループ制御システムは、少なくとも毎秒１回、温度信号をサンプリングして、所望の補正信号を生成する。例えば、現在の好ましい実施形態においては、表面１６における温度は、少なくとも３００ミリ秒毎に閉ループ制御システムの閉ループ部分によってサンプリングされる。
【００３９】
しかしながら、電子デバイスの質量が小さいために、これらの電子デバイスの温度は、純粋に閉ループ制御システムが効率的に補償できるよりも速く、急激に変化する可能性がある。そのような温度の変化は、実質的に常に（わずかな温度遅れを伴う）電力消費の変化が原因であるために、電子デバイスの瞬時電力消費を使用することで、電子デバイスの温度の急速な変化を直接的に予測することができる。したがって、図１に示すように、プロセッサ２２が、電子デバイス１０の電力消費を示す信号５８を試験設備１２から受け取るのが好ましい。
【００４０】
図３は、図１に示した電子デバイスの温度制御装置の精度をさらに向上させるために使用することのできる追加の開ループ制御方法を説明するためのフローチャートを示す図で、プロセッサ２２が、試験設備１２からの電力信号を使用できるようにする開ループ制御方法の一例を示している。
【００４１】
まず、（符号６０で示す）プロセスの開始後に、（符号６２で示すように）デバイス１０の瞬時電力消費がサンプリングされる。予測される温度変化に迅速に応答するためには、プロセッサ２２は、毎秒、多数回、電力消費をサンプリングするのが好ましい。例えば、本発明の現在の好ましい実施形態によれば、電力消費は、毎秒２０〜５０回、またはそれ以上サンプリングすることができる。
【００４２】
次いで、（符号６４で示すように）電力消費の変化率（すなわち、電力消費の１次微分）を、所定の閾値に対して比較する。変化率が閾値を超えない場合には、処理はループを作り次のサンプルに戻る。
【００４３】
電力消費率が、所定の閾値を超える場合には、プロセッサ２２は、（符号６６で示すように）電力消費が増加しているか、または減少しているかを判定する。正符号の電力変化は、電子デバイスの温度が増加しようとしていることを示す。同様に、負符号の電力変化は、電子デバイスの温度が低下しようとしていることを示す。これらの予測された温度変化の発生中に、直ちに処置をして、それらを打ち消すことができる。
【００４４】
例えば、電力消費率が正方向に閾値を超えるときに、開ループ制御システムを（符号６８で示すように）全開冷却モードに起動することができる。同様に、電力消費率が負方向に閾値を超えるときには、（符号７０で示すように）全開加熱モードを起動することができる。好ましくは、この開ループ制御システムは、全開冷却または加熱を、急激な温度変化を打ち消すのに十分なほど長く維持する。現在の好ましい実施形態においては、例えば、加熱または冷却の全開「オン」動作は、約２００ミリ秒維持される。次いで、閉ループ制御システムが、通常どおりに継続して、電子デバイス１０の温度を維持する。
【００４５】
図４〜図６は、図１に示した電子デバイスの温度制御装置と共に使用できるサーマルヘッドアセンブリを示す図で、図４は側面図、図５は平面図、図６は分解図を示している。
【００４６】
アセンブリ７２は、加熱部分７８と一体化された冷却部分７６を有するサーマルヘッド７４を備えている。冷媒流体は、導管８０を介して冷却部分７６に入り、排出パイプ８２を経由して出る。この場合に、加熱部分７８は、複数の横断穴８４を構成し、この中に、それぞれのカートリッジヒータが挿入されている。熱電対からのリード線が中央垂直穴８６を通って出ている。
【００４７】
サーマルヘッド７４は、（試験設備の一部である）ソケットカバー８８の特定の構成と噛み合うように適合させてもよい。この場合には、例えば、ソケットカバー８８は、一対の直立芯出しピン９０を有している。ピン９０は、サーマルヘッド７４の下部周辺に位置する、隣接する一対の耳部９２の間の領域に受容される。
【００４８】
好ましくは、サーマルヘッド７４は、ナイロン６／６などの適当な絶縁性材料で形成されたハウジングブロック９４に収容される。ジンバルアセンブリ９６がハウジングブロック９４に取り付けられて、サーマルヘッド７４と試験中のデバイスとの平坦な噛み合いを容易にする。この場合に、アセンブリ９６は、ポスト１０２のような、複数のコーナーポストで相互接続された下部プレート９８及び上部プレート１００を有している。コーナーポストのそれぞれは、スプリング１０４のような螺旋スプリングによって包囲されて、プレート９８及び１００を互いに離れる方向に常時付勢している。
【００４９】
図７は、図４に示したアセンブリのサーマルヘッドの構成要素の温度制御された表面を示す底面図である。
温度制御された表面１０６は、サーマルヘッド７４の底面上に形成されている。表面１０６は、好ましくは、研磨するか、その他の方法で、卓越した平面度と、それによって比較的高い反射率を示すように形成されている。熱電対は、表面１０６に、図示したように構成された中央穴１０８内に収容される。
【００５０】
図８は、図７の線分８−８で切断した横断面図である。
当業者であれば理解するように、サーマルヘッド７４は、好ましくは、高い熱伝導度を示す材料で製造される。同時に、サーマルヘッド７４は、熱エネルギーの迅速な伝達を可能にするために、小さな質量を有するように構成される。この関係で、冷却部分７６は銅で形成し、加熱部分７８は真鍮で形成される。この２つの部品は、蝋付けなどによって互いに接合して、一体構造をもたらすことができる。
【００５１】
図９は、図８の線分９−９で切断した横断面図で、流路１１０を示している。この流路１１０は、冷却部分７６の中に構成することができる。この場合に、冷媒流体は、入口１１２を介して入り、曲がりくねったパターンの流路１１０に沿って移動する。吸収された熱エネルギーによって、冷媒は、出口１１４から出る前に蒸発する。この実施形態においては、流路１１０は、経路の長さ方向に沿って接続された、別個のドリル穴によって形成される。
【００５２】
本発明は、試験中の電子デバイスを選択された温度に維持するための電子デバイスの温度制御装置及び電子デバイスの温度制御方法を提供することがわかる。この温度制御システムは、液体ループの代わりに循環冷媒流体を使用するので、液体ループシステムのさまざまな欠点が解消される。例えば、蒸発器及び圧縮機に戻る吸引管を除くすべての部品が、室温のままとなるので、液体ループシステムでは必要とされる、パイプの断熱の必要がない。同じ理由で、液体ループ設計によって提示される凝縮問題の多くが、やはり解消される。設定時間及びエネルギー効率も、従来技術の液体ループシステムと比較して改善される。
【００５３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について説明したが、当業者であれば、本発明の要旨と技術的範囲から逸脱することなく、それらに修正及び変更を加えることが可能である。また、さまざまな実施形態の態様は全部ならびに一部交換可能であることを理解されたい。
【００５４】
さらに、当業者であれば、上述した実施形態の一例を示したに過ぎず、請求項に記載された本発明を限定しようとするものではないことを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の電子デバイスの温度制御装置の一実施形態を説明するための構成図である。
【図２】図１に示した電子デバイスの温度制御装置によって提供される閉ループ制御システムの全体ブロック図である。
【図３】図１に示した電子デバイスの温度制御装置の精度をさらに向上させるために使用することのできる追加の開ループ制御方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図４】図１に示した電子デバイスの温度制御装置と共に使用できるサーマルヘッドアセンブリを示す図で、側面図を示している。
【図５】図１に示した電子デバイスの温度制御装置と共に使用できるサーマルヘッドアセンブリを示す図で、平面図を示している。
【図６】図１に示した電子デバイスの温度制御装置と共に使用できるサーマルヘッドアセンブリを示す図で、分解図を示している。
【図７】図４に示したアセンブリのサーマルヘッドの構成要素の温度制御された表面を示す底面図である。
【図８】図７の線分８−８で切断した横断面図である。
【図９】図８の線分９−９で切断した横断面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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