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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
eines Parameters von einer elektronischen Komponente, wobei die
Messung in einem Ofen mit Heizmitteln bei einer Messungstemperatur ausgeführt wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Zuverlässigkeit
von elektronischen Komponenten ist von entscheidender Wichtigkeit
in der modernen Industrie. Es gibt eine steigende Nachfrage nach
realistischen Vorhersagen der Lebensdauer von elektronischen Komponenten
und nach der Variation der Komponentenparameterwerte über ihrer
Lebensdauer. Die Komponenten von Interesse für derartige Parametervorhersagen
umfassen Dioden, Transistoren, passive Komponenten wie etwa Metallisierungslinien,
Kabelverbunde, Widerstände,
Kondensatoren, Dielektrika etc.
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EP 0 523 729 beschreibt
ein Verfahren zum Durchführen
eines Hochtemperatur-Arbeitstests, wobei der Test bei einer Messungstemperatur
in einem Ofen mit Heizmitteln ausgeführt wird. Die Anschlussstellentemperatur
von Halbleiterchips wird über
eingebaute Sensoren im Test gemessen und Temperatureinstellmittel stellen
die Temperatur des Ofens ein, um die Anschlussstellentemperatur
in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
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Ein
anderes Verfahren zum Vorhersagen des Wertes von einem Alterungsparameter
einer Komponente über
die Zeit ist, die Komponente in einer Umgebung mit einer erhöhten Temperatur
zu platzieren, eine Messung des Parameters durchzuführen und
dann den Zyklus zu wiederholen, bis ausreichende Messungen ausgeführt sind,
um eine zuverlässige
Vorhersage des Parameterwertes über
die Zeit zu ermöglichen.
Jedoch ist es aufgrund der benötigten
Zeit für
die Durchführung
dieses Verfahrens insbesondere für
Systeme unvorteilhaft, in denen eine kleine Änderung des Parameterwertes
auftritt.
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In
EP-A-0395149 wird eine In-Situ Alterungstechnik beschrieben, wobei
es möglich
ist, einen Komponentenparameterwert bei einer erhöhten Temperatur
während
einer relativ kurzen Zeitperiode zu messen, typischerweise innerhalb
von 48 Stunden. In einem derartigen Fall, ist es notwendig, dass
die experimentellen Fehler in den gesammelten Daten minimiert werden,
wenn eine Extrapolation der Ergebnisse auf reale Arbeitsbedingungen
gewünscht
ist. In dieser Technik hat der Ofen, in dem die erhöhte Temperatur
erreicht wird, eine hohe Temperaturstabilität, zum Beispiel im Bereich
von ±0,01°C oder sogar
so gar so klein wie ±0.001°C.
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Eine
derart hohe Temperaturstabilität
ist schwierig zu erreichen und wird manchmal bewerkstelligt durch
Beschränken
der physikalischen Größe des Ofens,
was im Allgemeinen eine bessere Kontrolle der Temperaturverteilung
in dem Ofen zulässt.
Jedoch ist ein Nachteil des Beschränkens der physikalischen Größe des Ofens,
dass nur eine oder wenige Komponenten zur gleichen Zeit bewertet
werden können.
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Was
gewünscht
ist, ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schaffen von hochpräzisen Messungen von
einem Komponentenparameter, bei denen Temperaturfluktuationen korrigiert
werden, die in einem Ofen auftreten, in dem die Messungen ausgeführt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Ein
Temperaturkoeffizient wird anschließend verwendet, um die gemessenen
Eigenschaftswerte zu korrigieren und beim Isolieren der Variation
der gemessenen Eigenschaften über
die Zeit zu assistieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Ofen oder Heizofen offenbart,
in dem derartige Zuverlässigkeitstests
und Parametermessungen ausgeführt
werden können.
Dieser betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7.
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Weitere
Details, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden klar werden,
wenn die folgende Beschreibung mit Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen gelesen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform von einer Vorrichtung
zum Umsetzen der örtlichen
Temperaturerfassung und des hochauflösenden Messungsverfahrens der
Erfindung.
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2 ist
ein Datenausdruck, der die Temperaturdifferenz und die korrigierte
Temperaturdifferenz für Messungen
zeigt, die unter Verwendung der Vorrichtung aus 1 erhalten
wurden.
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3 ist
eine detaillierte Darstellung der Daten aus 2.
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4 ist
ein Datenausdruck von nicht-korrigierten Temperaturdaten, die unter
Verwendung der Vorrichtung aus 1 erhalten
wurden.
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5 ist
ein Datenausdruck der Messungsergebnisse, die in 4 gezeigt
sind, nach einer Korrektur unter Verwendung von Daten, die gemäß dem Verfahren
der Erfindung erzielt wurden.
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6 ist
eine Schnittansicht eines ersten Ofens oder Heizofens, der bei der
Durchführung
des Verfahrens der Erfindung für
den Gebrauch geeignet ist.
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7 ist
eine Schnittansicht eines zweiten Ofens oder Heizofens, der bei
der Durchführung
des Verfahrens der Erfindung für
den Gebrauch geeignet ist.
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8 ist
eine Schnittansicht eines dritten Ofens oder Heizofens, der bei
der Durchführung
des Verfahrens der Erfindung für
den Gebrauch geeignet ist.
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9 ist
eine schematische Ansicht eines vierten Ofens oder Heizofens, der
bei der Durchführung
des Verfahrens der Erfindung für
den Gebrauch geeignet ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform von einer Vorrichtung
zum Umsetzen der örtlichen
Temperaturerfassung und des hochauflösenden Messverfahrens der Erfindung.
In Vorrichtung 1 der Erfindung ist eine elektronische Komponente
C (in der Figur als "DUT" (device under test)
beschriftet) in einem Vorherd oder Ofen 2 angeordnet, der
mit Heizmitteln 3 ausgestattet ist. Die Heizmittel 3 sind
mit einer Steuerungseinheit 4 verbunden, mit der ein erster
Temperatursensor 5 verbunden ist, der in dem Ofen 2 angeordnet
ist. In der Nähe
der Komponente C ist ein zweiter Temperatursensor 6 angeordnet.
Der Temperatursensor 6 ist so angeordnet, dass er in gutem
thermischen Kontakt mit der Komponente C ist. Die Komponente C ist
mit einem Mess-Schaltkreis 7 zum Messen des gewünschten
Alterungsparameters oder der Alterungseigenschaft der Komponente
verbunden. Der zweite Temperatursensor 6 ist mit einem
zweiten Mess-Schaltkreis 8 für die Erfassung von Daten bezüglich der
Temperatur der Komponente verbunden. Beide Messschaltkreise 7 und 8 sind
mit dem gleichen Triggerschaltkreis 9 verbunden, welcher
ebenfalls mit der Steuerungseinheit 4 verbunden ist. Durch
Triggern der Messschaltkreise 7 und 8 zur gleichen
Zeit wird eine Datei mit der Information (P, T, t) gespeichert,
wobei t die Zeit der Messung ist, T die durch den zweiten Sensor 6 gemessene
Temperatur ist und P die Eigenschaft der gemessenen Komponente ist.
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Wie
beschrieben werden wird, werden diese Daten (P, T, t) anschließend verarbeitet,
um die Stabilität des
Datensatzes zu verbessern. Dieses macht das Leistungsniveau (bezüglich der
Fähigkeit
der genauen Vorhersage des Wertes von dem gemessen Parameter über der
Zeit) des korrigierten Datensatzes besser als oder zumindest vergleichbar
zu dem, der erzielt werden kann, unter Verwendung eines Heizofens
mit hoher Temperaturpräzision
(geringe Variation der Temperatur innerhalb des Ofens). Das Datenverarbeitungsverfahren
der Erfindung wird nun erläutert.
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Die
Temperaturabhängigkeit
eines elektrischen Parameters P, d. h. P(T) kann ausgedrückt werden
als: P(T) = P(T*)·(1 + α(T – T*)) [1] wobei α der Temperaturkoeffizient
der Komponente im Bezug auf den gemessenen Parameter ist, T* die
gewünschte
Temperatur ist, bei welcher der Parameterwert bestimmt werden soll
und T die Temperatur ist, die durch den Sensor 6 gemessen
wird, d. h. die Temperatur von oder in nächster Nähe der Komponente, die in dem
Ofen platziert ist.
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Wenn
ein Datensatz (Pi, Ti)
vorhanden ist, wobei i = 1 .. N ist, und angenommen wird, dass α bekannt ist,
kann ein korrigierter Datensatz unter Verwendung der folgenden Gleichung
berechnet werden: Pc(T*) = P(T)/(1 + α(T – T*)) ≈ P(T)·(1 – α(T – T*)) [2]
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Die
Gleichung 2 ist anwendbar unter der Annahme, das α(T – T*) << 1 ist, was der Fall ist. Merke, dass diese
Annahme nützlich
für das
Erleichtern der mathematische Formulierung ist. Pc(T*)
ist der berechnete Wert von P bei einer gewünschten Temperatur T*.
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Der
Temperaturkoeffizient α kann
aus den (P, t) Daten unter Verwendung einer Minimalisationsprozedur
bestimmt werden. Eine Anzahl von mathematischen Verfahren ist geeignet
für diesen
Zweck.
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Wenn
das Verfahren von Cook verwendet wird, wobei ein Glättungsparameter
S im Verhältnis
zu den berechneten Daten definiert wird, wird der optimale Wert
von α für eine maximale
Glättung
wie folgt bestimmt:
S = Σ(Pci+1 – Pci )2 -
Andere,
komplexere Glättungsparameter
können
selbstverständlich
verwendet werden. Aufgrund der obigen Gleichungen wird gezeigt,
dass der Temperaturkoeffizient α unter
Verwendung der gemessenen (P, T) Daten bestimmt werden kann. Es
ist maßgeblich,
anzumerken, dass die Anwesenheit der Temperaturfluktuationen ΔT verwendet
werden, um die Größe α zu bestimmen.
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Die
Minimalisationsprozedur kann auf einzelne Teile des Datensatzes
angewendet werden und nicht auf den ganzen (P, T) Datensatz gleichzeitig.
Auf diese Weise kann eine Temperaturkoeffizient-(α)-Kurve als Funktion
der Alterungszeit erreicht werden. Diese Information kann in die
Temperaturstabilitäts-Verbesserungsroutine
durch Bilden von α als
Funktion der Zeit eingesetzt werden. Dies führt zu einer komplexeren mathematischen
Formel als der obigen zum Bestimmen von Pc(T*).
Diese Technik wird als die Δ – α Dekonvolutionstechnik
bezeichnet, da es möglich
ist, zwischen der Tendenz der Eigenschaftswerte ΔP und der Temperatur T zu unterscheiden,
der Charakterisierung während
der Alterung als ein Ergebnis eines einzelnen isothermische Alterungsexperiments.
Neben der Möglichkeit,
das Änderungen
im Prozess während
der Alterung auftreten, ist die obige Technik auch für theoretische
Studien und Verifikationszwecke nützlich.
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Es
wurde durch die Erfinder der Erfindung gezeigt, dass das oben beschriebene
Konzept ferner die effektive Temperaturstabilität der gemessenen P-Daten verbessert.
Präzisions-Ofensysteme
machen Gebrauch von Messgeräten
mit einer Temperatur-Einleseauflösung
von ±0,0002°C. Wenn das
oben beschriebene Konzept verwendet wird, wird es möglich, eine
effektive Temperaturstabilität
zu haben, die diese Größe erreicht.
Jedoch ist es durch Verwenden der Daten, die gemäß der Erfindung erlangt wurden,
möglich,
das angesprochene Leistungsniveau mit einem Ofensystem zu erreichen,
das eine Temperaturstabilität
von nur ±0,5°C aufweist.
Als ein Ergebnis wird das erfinderische Konzept Kosten reduzieren
und macht Alterungsexperimente weniger empfindlich auf Umgebungsfluktuationen
der Temperatur und anderen Parametern.
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Ein
weiteres förderliches
Merkmal der beschriebenen Erfindung ist die Fähigkeit, die Parameter von einer
Anzahl von Komponenten zur gleichen Zeit in einem mittelmäßig präzisen Ofen
mit hoher Aufnahmefähigkeit
zu messen, wie etwa einem klassischen Kasten-Ofen. Aufgrund der hohen Volumenaufnahmefähigkeit eines
derartigen Systems ist es möglich,
ein hohes Niveau der Temperatur-Stabilität und/oder -Gleichmäßigkeit
für eine
Anzahl von Komponenten gleichzeitig in einer vergleichbaren Art
und Weise zu erzielen, wie der von einem Hochpräzisionsofen. In einer derartigen
Ausführungsform
der Erfindung wird jede Komponente mit einem individuellen Temperatursensor
ausgestattet. Viele Messungen können
zur gleichen Zeit mit einem hohen Maß an Genauigkeit ausgeführt werden,
sogar in dem Fall, in dem die lokale Temperatur variiert.
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2 ist
ein Datenausdruck, der die Temperaturdifferenz ΔT und die korrigierte Temperaturdifferenz ΔTcorr (ausgedrückt in °C) als eine Funktion der gemessenen
Zeit (ausgedrückt
in Sekunden) für
Messungen zeigt, die unter Verwendung der Vorrichtung aus 1 erlangt
wurden. Die verstreuten Punkte in der Figur repräsentieren die Temperatur, wie
sie an der aktiven Zone in der Nähe
einer Komponente gemessen wurden. Wie durch die Streubreite der
Daten angezeigt, wurde eine Temperaturstabilität von ungefähr ±0,05°C erreicht. Die Punkte, die
auf einer flachen Linie (korrespondierend zu dem Wert von 0,00°C) liegen,
ergeben sich aus der Anwendung des oben beschrieben Algorithmus.
In 3 (und 2) ist dargestellt, dass ΔTcorr, d. h. die Punkte, die auf einer flachen
Linie liegen, eine effektive Temperaturstabilität von ungefähr ±0,0005°C aufweisen. Dieser Wert ist
eine Verbesserung mit einem Faktor von 100 zu den verstreuten Daten.
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Die
Messungen, die in den 2 und 3 ausgedruckt
sind, wurden mit einem Kasten-Ölbadofen bei
einer Temperatur von 75°C
erreicht. Ein Pt-100-Widerstand wurde als der Temperatursensor verwendet.
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Eine
ein/aus Temperatursteuerung wurde in dem Kasten-Öl-Bad Ofen verwendet. Die Temperaturstabilität des Ofens
bei T = 150°C
liegt im Bereich von ±6°C und Temperaturanstiege
mit einer Rate in der Höhe von
20°C/min
können
auftreten.
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Nach
dem Anwenden des oben beschriebenen Temperaturkorrektur-Konzept kann eine
Temperatur-Stabilität
in der Größenordnung
von ±0,01°C erreicht
werden. Dieses Ergebnis ist in 5 dargestellt.
Es wird angemerkt, dass die Messungen, welche die in 5 dargestellten
Daten erzeugt haben, in einem Kessel zum Zubereiten von Pommes Frites
ausgeführt
wurden. Die Spitzen in den in 5 ausgedruckten
Daten sind auf Grund der Einschaltcharakteristik dieses Kessels
entstanden und können
durch Verwenden einer PID-Steuerung entfernt werden. Vermutlich
würde das
Entfernen der Datenspitzen eine Temperatur-Stabilität von ungefähr ±0,002°C ergeben,
wodurch ein Verbesserungsfaktor von 3000 gegenüber den verteilten Daten, die
in 4 gezeigt sind, geschaffen würde.
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Ein
Gasofen 20 (in 6 gezeigt), der verwendet werden
kann, um das Verfahren der Erfindung auszuführen, besteht aus einem doppelisolierten
zylindrischen Metall-Herd, der hermetisch verschlossen ist. Der Ofen
besteht aus einer zylindrischen inneren Wand 21, einer
Zwischenwand 22 und einer äußeren Wand 23 aus
Metall. Zwischen der inneren Wand 21 und der mittleren
Wand 22 ist eine Schicht aus isolierendem verdichtetem
Mineralpulver, z. B. Aluminiumoxid angeordnet. Es wird angemerkt,
das andere Isolationsmaterialien, die in der Lage sind, den angewendeten
Temperaturbereich auszuhalten, verwendet werden können. Zwischen
der Zwischenwand 22 und der äußeren Wand 23 ist
eine weitere isolierende Schicht angeordnet, welche das Anbringen
einer Kühlspirale 26 darin
ermöglicht.
Die Atmosphäre
im Innern 27 des Ofens ist gasförmig, wobei für diesen
Zweck ein Gaseinlass 28 und ein Gasauslass 29 vorgesehen
sind. Der Flussratendruck und die Zusammensetzung der gasförmigen Atmosphäre können variiert
werden. Die schematisch dargestellte Komponente C ist mit Verbindungsleitungen 33 ausgestattet,
die sich durch eine Isolationskappe 30 zu einer Steuerungseinheit 31 zum
Temperaturerfassen und zur Heizleistungseingabe erstreckten. Die
Temperaturmessung wird unter Verwendung von nicht dargestellten
Platinwiderständen
durchgeführt.
Die Temperaturregelung wird durch eine PID-Steuerung (nicht dargestellt)
durchgeführt,
obwohl andere Steuerungsverfahren und Vorrichtungen eingesetzt werden
können.
Ein Heizelement 32 ist gewunden und passt zu der inneren Wand
des Ofens. Der Abstand zwischen den Windungen der Heizspule ist
klein gemacht, z. B. etwa ein Millimeter, um eine gute thermische
Verbindung zwischen dem Heizelement 32 und der umgebenden
Gasatmosphäre
sicherzustellen. Ein Abstand von wenigen Millimetern wird zwischen
dem Heizelement 32 und der Innenwand 21 bereitgestellt.
Die Heizspule 32 ist vorzugsweise aus Thermocoax-Typ-Heizdraht hergestellt.
Die geringe thermische Masse des Heizelementes und die direkte Verbindung
zu dem umgebenden Gas schafft eine schnelle Antwort auf Eingangsleistungs-Änderungen,
was für
schnelle dynamische Temperatursteuerung wünschenswert ist. Die austenitische
Stahlbeschichtung von dem Thermocoax-Draht ist inert gegen Sauerstoff und
Wasserdampf bis zu 600°C.
Die Innenwand 21 ist vorzugsweise vollständig reflektierend,
um die thermische Isolation zu verbessern. Der Gaseinlass 28 ist
zwischen der Innenwand 21 und der Heizspule 32 angeordnet.
Der Gasfluss kann extern gesteuert werden. Der Gasauslass 29 ist
in dem Raum angeordnet, der durch die Heizspule 32 umschlossen
wird. In dem dargestellten Beispiel ist das verwendbare Volumen
von dem Innenraum des Ofens annäherungsweise
0,25 Liter. Andere Ofendimensionen können verwendet werden, solange
wie das Design einen gleichmäßigen Gasfluss
ermöglicht,
um eine gleichmäßige Temperaturverteilung
zu erzielen. In der Praxis wird das Höhen-Weiten-Verhältnis des Ofens zwischen 2
: 1 und 1 : 1 gewählt. Die
Temperatur kann im Bereich zwischen Raumtemperatur und etwa 500°C sein. Durch
das Verwenden der gezeigten Vorrichtung kann eine Temperaturstabilität von annäherungsweise ±0,001°C bei einer
Arbeitstemperatur von 200°C
erreicht werden. Um niedrigere Temperaturen als Raumtemperatur zu
ermöglichen,
wird das Kühlsystem
verwendet. Die Kühltemperatur
muss in etwa stabilisiert sein und die letztendliche Temperatur des
Vorherds kann durch das Verwenden der Heizelemente innerhalb gesteuert
werden. Der geeignete Temperaturbereich für diesen Ofen liegt zwischen
minus 150°C,
wobei flüssiges
Stickstoffgas als Medium verwendet werden kann, und plus 300°C oder mehr.
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Der
oben beschriebene Gasflussofen aus 6 erzielt
ein hohes Niveau der Temperaturstabilität. Das beschriebene Temperaturkorrekturverfahren
kann verwendet werden, um die Temperaturstabilität sogar weiter zu verbessern,
bis zur Grenze der Datenerfassungsfähigkeit. Es wird angemerkt,
dass durch das Verwenden des beschriebenen Temperaturkorrekturverfahrens
das Design des Ofens weniger kritisch wird.
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Ein
in 7 dargestellter Röhren-Ölbad-Ofen kann verwendet werden,
um die Erfindung anzuwenden. Der Ofen aus 7 macht
Gebrauch von einem zirkulierenden Fluid mit leichter thermisch wirksamer Masse
in einem Metallvorherd oder einem leichtgewichtigen Ofen 41,
der thermisch von externen Einflüssen isoliert
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
wurde Siliziumöl
als Fluid verwendet, obwohl alle anderen inerten und elektrisch
isolierenden Fluide verwendet werden können. Der Boden des inneren
Ofens 41 ist mit einem Propeller 42 für die Zirkulation
des Fluids, einem Temperatursensor 43 und mit Verbindungen 44 und 45 für ein Heizelement 46 ausgestattet.
Zwischen der Innenwand 47 und der Außenwand 48 ist Isolierschaum 49 vorgesehen.
Die Komponente, deren Parameter gemessen werden soll (nicht dargestellt)
wird durch Entfernen des Deckels 50, welcher vorzugsweise
aus Teflon hergestellt ist, und des oberen Deckels 51 in
den Ofen eingeführt.
Mit dem Röhren-Ölbadofen
aus 7 ist eine Temperaturerhöhungsrate von 30°C pro Minute möglich. Die
Abkühlrate
ist annäherungsweise
1°C pro
Minute. Für
die Temperatursteuerung wird vorzugsweise eine PID-Steuerung verwendet.
Das geeignete Volumen dieses Ofens ist annäherungsweise 380 mm3, während
der maximale Durchmesser etwa 56 mm und die Tiefe etwa 120 mm ist.
Die Temperatur kann zwischen Raumtemperatur und 250°C variieren.
Die Temperatur Stabilität
ist besser als ±0,005°C bei T =
200°C. Die
verwendete Energie ist niedriger als 300 Watt bei 200°C, und 700
Watt während
des schnellen Aufheizens.
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Das
oben beschriebene Temperaturkorrekturverfahren kann in dieser Art
von Ofen verwendet werden, um die Temperaturstabilität bis zur
Grenze des Datenerfassungs-Analyseverfahrens weiter zu verbessern.
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Ein
Kasten-Ofen 80 des in 8 gezeigten
Typs hat ein großes
Volumen und schafft die Möglichkeit, die
Parameter von einer Anzahl von Komponenten gleichzeitig zu messen.
Der Ofen 80 besteht aus einer Außenwand 81 und einer
Innenwand 82, zwischen denen eine erste isolierende Schicht 83 angeordnet
ist. Zwischen der Innenwand und der Außenwand ist ferner die Schicht 84 aus
isolierendem Material angeordnet. Die Dimensionen des Innenraums 85 des
Ofens 80 sind etwa kubisch, um das Verhältnis zwischen der Ofenfläche und
des verwendbaren Volumens zu optimieren. Das Volumen des Innenraums 85 ist
etwa 300 Liter. Obwohl andere isolierende Materialien eingesetzt
werden können,
besteht in einer bevorzugten Ausführungsform die isolierende
Schicht aus einer 10 cm dicken Schicht aus Schaumglas, welches zwischen
der Innen und der Außenwand
angebracht ist. Die Oberfläche
der Innenwand 82 ist wärmereflektierend,
um einen Wärmeverlust
zu reduzieren. Der Ofen 80 ist mit einem Ventilationssystem 86 ausgestattet,
um einen kontinuierlichen Gasfluss innerhalb des Ofenvolumens zu
schaffen. Das Heizen des Innenraums wird durch vier oder mehr elektrische Heizelemente
bereitgestellt, die aus Thermocoax-Draht hergestellt sind, der in
rechteckigen flachen Windungen gewunden ist. Die Heizleistung reicht
bis zu 700 Watt (10 A bei 70 V) mit einer wärmeaufrechterhaltenden Leistung
von etwa 500 Watt bei 200°C.
Die Heizelemente sind innerhalb des Ofens parallel zu den Innenwänden angebracht.
Ein Abstand von wenigen Zentimetern zwischen den Heizelementen und
der Innenwand 82 ist angeordnet, um einen freien Luftfluss
zu ermöglichen.
Diese Anordnung der Heizelemente führt zu einer annähernd gleichmäßigen Heizleistungs-Verteilung.
Der Temperatur-Gradient innerhalb des Ofens ist minimiert und der
Wärmetransport
ist durch den erzwungenen Luftfluss verbessert. Die Ofentemperatur wird
mit einem Platin-Widerstand (nicht dargestellt) gemessen, der in
der Nähe
des Zentrums des Ofenvolumens angeordnet ist. Die Temperaturdaten
werden mit einer digitalen PID-Steuerung verarbeitet, die vorzugsweise eine
16 Bit Auflösung
oder eine höhere
aufweist. Andere Temperatursteuerungen können ebenfalls verwendet werden.
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Der
geeignete Temperaturbereich des Kasten-Ofens aus 8 erstreckt
sich von Raumtemperatur bis zu 250°C, während weitere Temperaturbereiche
ebenfalls realisierbar sind. Mit dieser Art von Ofen wird eine Temperaturstabilität von etwa ±0,05°C mit einem
Temperaturgradient über
Alles von 0,2°C
erreicht. Wie es bekannt ist, besteht ein Thermocoax-Draht aus Ni/Fe-Kernheizdraht
coaxial mit einer austenitischen Stahlummantelung und elektrisch
isoliert durch verdichtetes Mineralpulver. In Luft kann die sichere
Arbeitstemperatur 600°C
erreichen.
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Der
in 8 gezeigte Kastenofen schafft ein mittleres Niveau
der Temperaturstabilität.
Dieser Ofen schafft jedoch den Vorteil, Dank seines Innenvolumens,
für das
gleichzeitige Bearbeiten einer groben Anzahl von Komponenten geeignet
zu sein.
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Wenn
die oben beschriebene Temperaturkorrektur verwendet wird, kann die
Temperaturstabilität
auf ein ausgeführtes
Niveau von etwa ±0,001°C verbessert
werden, während
etwa 100 Komponenten in dem Ofen anwesend sein können.
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Ein
kastenartiger Ölbadofen 90 der
in 9 gezeigten Art hat ebenfalls ein großes Innenvolumen
von mehr als 4 Litern. Dies ermöglicht
die Messung von einer großen
Anzahl von Komponenten zur gleichen Zeit. Der Ofen besteht aus einer
Innenwand 91 und einer Außenwand 92, zwischen
denen Isolationsmaterial 93 (z. B. Schaumglas) eingesetzt
ist. Andere Isolationsmaterialien können auch verwendet werden.
Der Ofen 90 ist mit einem Propeller 95 ausgestattet,
der durch einen Motor 94 angetrieben wird, um einen kontinuierlichen Fluss
des Fluids innerhalb des Ofens zu bilden. In der Ausführungsform
der 9 ist ein Heizen mit metallabgeschirmten elektrischen
Heizelementen 96 vorgesehen, die am Boden des Ofenvolumens
angeordnet sind. Die Heizleistung reicht bis zu 2000 Watt. Die Heizleistung
wird durch eine Modulation der Leistungspulslänge gesteuert. Ein Abstand
von wenigen Zentimetern ist zwischen den Heizelementen 96 und
dem Ofenboden vorgesehen, um eine Fluidzirkulation zu verbessern.
Der Propeller 95 verbessert den Fluidfluss und den Wärmetransport.
Die Ofentemperatur wird mit einem Platin-Widerstand (nicht dargestellt)
gemessen, der in der Nähe des
Zentrums des Ofenvolumens angeordnet ist. Temperaturdaten werden
mit einer PID-Steuerung verarbeitet. Andere Steuerungsarten können auch
eingesetzt werden. Der Temperaturbereich eines Kasten-Ölbadofen aus 9 liegt
zwischen Raumtemperatur und 250°C,
abhängig
unter anderem von der Art des verwendeten Fluids. Eine Temperaturstabilität von etwa ±0,1°C wird mit
einem Temperaturgradient von ±0,1°C erreicht.
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Der
Ofen aus 9 erzielt ein mittleres Niveau
der Temperaturstabilität.
Die Temperaturgleichmäßigkeit
ist jedoch gut und vergleichbar mit dem Rohr-Ölbadsystem, wie etwa das des
beschriebene Typs. Das vorne beschriebene Temperaturkorrekturverfahren
kann verwendet werden, um die Temperaturstabilität auf ein Niveau zu verbessern,
das vollständig
mit dem anderer Arten von Öfen
vergleichbar ist. Eine Temperaturstabilität von etwa ±0,001°C kann mit einer hohen Anzahl
(100 oder mehr) von Komponenten erzielt werden, die gleichzeitig
vermessen werden.
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Die
Bezeichnungen und Ausdrücke,
die hier eingesetzt wurden, sind als Bezeichnungen der Beschreibung
verwendet worden und nicht darauf beschränkt, und es gibt keine Absicht
bei der Verwendung von derartigen Ausdrücken und Bezeichnungen Äquivalente
von Merkmalen oder Teilen davon auszuschließen, die dargestellt und beschrieben
sind, wobei es anerkannt ist, dass verschiedene Modifikationen innerhalb
des Umfangs der beanspruchten Erfindung möglich sind.
