JP2001526837A - 電子装置用温度制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 温度制御システムは：電子装置（１１）に接触する第１の面（１３ａ）と、第１の面に対向する第２の面（１３ｂ）とを有する電気ヒータ（１３）と；ヒータの第２の面に結合され、ヒータの第２の面を介して電子装置（１１）から熱を吸収するヒートシンク（１４）と；電子装置に結合され、装置温度Ｔ_dを感知する温度センサ（１２ｃ）とを含む。制御回路（１５）は装置温度センサおよびヒータに結合され、電子装置の感知された温度が設定された点を上回る場合にはヒータへのパワーを減少させ、逆の場合にはその逆を行なう。ヒータ温度Ｔ_hがＴ_d未満である場合には、熱は電子装置からヒータを介してヒートシンクに流れ、熱の流れの割合はＴ_d−Ｔ_hが増大するにつれて増大する。Ｔ_hがＴ_dを上回る場合には、熱はヒータから電子装置へ流れ、熱の流れの割合はＴ_h−Ｔ_dが増大するにつれて増大する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称：電子装置用温度制御システム発明の背景 この発明は、電子装置がテストされている最中にその装置の温度を一定の設定 された点の温度近くに維持する温度制御システムに関し、そのような温度制御シ ステムの鍵となる部分を含むサブアセンブリに関するものである。 一定温度付近でテストされるべき必要がある電子装置の２つの具体例として、 パッケージングされた集積チップ、またはパッケージングされていない露出した チップが挙げられる。それらのチップには、デジタル論理回路系またはメモリ回 路系またはアナログ回路系といった任意のタイプの回路系が集積され得る。さら に、それらチップ内の回路系には、電界効果トランジスタまたはバイポーラトラ ンジスタといった任意のタイプのトランジスタが含まれ得る。 チップがテストされる間にそのチップの温度を一定に保とうとする１つの理由 は、そのチップが動作する速度が温度依存性であるかもしれない、というもので ある。たとえば、相補電界効果トランジスタ（ＣＭＯＳトランジスタ）からなる チップは、典型的には、チップの温度が１℃下がるごとに約０．３％その動作速 度を増大させる。 特定のタイプのチップを大量生産し、次いでそれらを高速で仕分けして、より 高速に動作するチップをより高価格で販売することは、チップ産業界における１ つの慣習となっている。ＣＭＯＳメモリチップおよびＣＭＯＳマイクロプロセッ サチップはこのような態様で処理される。しかしながら、このようなチップの速 度を適切に決定するためには、速度テストが行なわれている間に各チップの温度 を一定近くに保たなければならない。 チップ温度を一定の設定された点付近に保つことは、速度テストが行なわれて いる最中にそのチップの瞬間的パワー散逸が一定であるかまたは狭い範囲内で変 動する場合には、極めて容易である。その場合には、そのチップを、固定された 温度にある熱マスに、固定された熱抵抗を介して結合することが必要であるにす ぎない。たとえば、最大チップパワー変動が１０ワットであり、チップと熱マス との間が結合が０．２℃／ワットである場合、そのチップの温度は最大２℃変動 する。 しかしながら、速度テストを行なっている最中にそのチップの瞬間パワー散逸 が幅広い範囲で上下変動する場合には、チップの温度を一定の設定された点付近 に維持することは非常に困難である。装置パワー散逸が大きく変化するたびに、 その温度およびその速度も大きく変化する。 上記の問題はＣＭＯＳチップにおいて特に深刻であり、なぜならば、それらの 瞬間パワー散逸は、ＯＮまたはＯＦＦに切換わるＣＭＯＳトランジスタの数が増 大するにつれて、増大するからである。あるＣＭＯＳチップの速度テスト中では 、切換わるトランジスタの数は常に変動し、したがって、そのチップのパワー散 逸および温度および速度は常に変化している。さらに、これら変化の大きさはよ り多くのトランジスタが１つのチップに集積されるに従って増大し、なぜならば 、任意の特定の瞬間に切換わるトランジスタの数はそのチップ上の０個からすべ てのトランジスタの範囲まで変動するからである。 先行技術において、集積回路チップ用のいくつかの温度制御システムが以下の 米国特許に開示されている： ５，４２０，５２１ ５，２９７，６２１ ５，１０４，６６１ ５，３１５，２４０ ５，２０５，１３２ ５，１２５，６５６ ５，３０９，０９０ ５，１７２，０４９ ４，７３４，８７２ しかしながら、上記の特許に開示されるいずれの温度制御システムにも、テス ト中にパワー散逸を大きく変動させるチップにおいて速度テストを実行し得る能 力はない。これは、上記の温度制御システムは、上述したような瞬間パワー変動 を補償するほど十分高速には反応し得ないからである。 上記の特許’６５６および’６６１および’０９０および’２４０では、チッ プから熱を除去するための手段は全く与えられておらず、それらはチップに熱を 加えるためのさまざまなヒータを含むにすぎない。これらの制御システムは、「 バーンイン」テストが行なわれる２００℃を越えるような上昇されたレベルにま でチップの温度を上昇させる場合に対してのみ好適である。任意の上昇された温 度で、チップ内の弱いまたは欠陥のある構成要素の障害が促進され、その「バ ーンイン」テストによってそのような構成要素は数時間の後動作しなくなる。 上記の特許’８７２および’１３２および’６２１では、温度制御されるガス 噴射をチップに向けるか、または、温度制御された液体にチップを浸漬すること によって、そのチップの温度を上昇または低下させる。しかしながら、これらの 制御システムは、ガス噴射または液体の温度を上昇または低下させ得る速度によ り制限される。 特許’５２１では、チップを加熱するためのヒータと、チップを冷却するため の、液体により冷却されるアルミニウムブロックとの両方を含む制御システムが 図７に開示されている。しかしながら、この図７の制御システムも、テスト中に パワー散逸を大きく変動させるチップにおいて速度テストを行なうことを可能に する能力はなく、なぜならば、このシステムもそのようなパワー変動を補償する ど十分に素早くには反応し得ないからである。このような欠点が生ずる理由につ いては、図８、図９および図１０に関連して詳細に述べる。 したがって、ここに開示されるこれら発明の主な目的は、電子装置がテストさ れている最中にその装置内におけるパワー散逸の大きな変動に迅速に反応しした がってその装置の温度を一定の設定された点の温度に維持する新規な温度制御シ ステムおよびそのようなシステムのための新規なサブアセンブリを提供すること である。発明の概要 ドケット番号５５０，５７７の発明に従うと、電子装置の温度をある設定され た点付近に維持する温度制御システムは：電子装置と接触する第１の面と、その 第１の面に対向する第２の面とを有する電気ヒータと；ヒータの第２の面に結合 され、電子装置からの熱をヒータの第２の面を介して吸収するヒートシンクと； 電子装置に結合され、装置温度Ｔ_dを感知する温度センサと；温度センサおよび ヒータに結合され、感知された電子装置の温度が設定された点を超えるとヒータ へのパワーを減少させ、逆の場合にはその逆を行なう制御回路とを含む。ヒータ 温度Ｔ_hがＴ_dよりも低い場合、熱は電子装置からヒータを介してヒートシンクに 流れ、熱の流れの割合はＴ_d−Ｔ_hが増大するにつれ増大する。Ｔ_hがＴ_dよりも高 い場合には、熱は電子装置からヒータに流れ、熱の流れの割合はＴ_h−Ｔ_dが増大 するにつれて増大する。ヒータのパワーのみを電気的に制御することによって、 電子装置への／からの熱の流れは迅速に調整され、次いでそれによつて装置温度 が迅速に調節される。図面の簡単な説明 図１は、ドケット番号５５０，５７７を有する発明の好ましい実施例を構成す る温度制御システムを示す。 図２は、図１の温度制御システムの動作を説明する一助となる概略図である。 図３は、図２の概略図を模したものであり、電子装置におけるパワー散逸が段 階的に増大した場合の図１の制御システムの動作を示す。 図４は、図２の概略図を模したものであり、電子装置におけるパワー散逸が段 階的に減少した場合の図１の制御システムの動作を示す。 図５は、図１の制御システムの動作を正確に定義する微分方程式の組である。 図６は、図１の制御装置が図５の方程式を介してシミュレーションされた場合 にいくつかのパラメータがそのシステムにおいてどのように変動するかを示す。 図７は、図１の制御装置が図５の方程式を介してシミュレーションされた場合 にいくつかのさらなるパラメータがそのシステムにおいてどのように変動するか を示す。 図８は、米国特許第５，４２０，５２１号に記載される先行技術の温度制御シ ステムの動作を説明する一助となる、図２の概略図と同様の概略図である。 図９は、図８の温度制御システムの動作を正確に定義し、図１の制御システム の動作と図８の制御システムの動作とを区別する特徴を説明する一助となる、微 分方程式の組である。 図１０は、図１の制御システムの動作と図８の制御システムの動作とを区別す る別の特徴を説明する一助となる微分方程式の組である。 図１１は、ドケット番号５５０，５７８を有する温度制御システムの基礎をな す微分方程式の組である。 図１２は、図１１の方定式に基づく温度制御システムの好ましい実施例を示す 。 図１３は、図１２の温度制御システムのシミュレーションにより得られる曲線 の組である。 図１４は、特定のパラメータが誤差を伴って注入される図１２の温度制御シス テムの第２のシミュレーションにより得られる別の曲線の組である。 図１５は、図１４のパラメータにおける誤差を検出および訂正し得るプロセス のステップをリスト化する。 図１６は、図１５のプロセスがどのように実行されるかを示す。 図１７は、ドケット番号５５０，５７９を有する発明を構成するサブアセンブ リの製造の最初の段階を示す。 図１８は、どのようにして図１７のアセンブリが完成され図１および図１２の 温度制御システムに組入れられるかを示す。 図１９は、図１８のサブアセンブリ内の電子装置上の膜がどのように除去され るかを示す。 図２０は、図１および図１２の温度制御システム内におけるヒータ構成要素に 対する変形例を示す。 図２１は、図１８のサブアセンブリに対する変形例を示す。詳細な説明 図１において、参照番号１１は、一定の設定された点付近にその温度が維持さ れる間にテストを受ける電子装置を示す。この電子装置１１の２つの具体例とし ては、セラミックまたはプラスチックでパッケージングされた集積チップ、また は、パッケージングされていない露出したチップが挙げられる。この電子装置１ １には、デジタル論理回路系またはメモリ回路系またはアナログ回路系といった 、テストされる必要がある任意のタイプの回路系を集積し得、その回路系は、任 意のタイプのトランジスタ、たとえば、Ｎチャネル電界効果トランジスタまたは Ｐチャネル電界効果トランジスタまたは相補電界効果トランジスタまたはバイポ ーラトランジスタを含み得る。 電子装置１１上に含まれるのは何十もの入力／出力端子１１ａであるが、図１ においては、単純化のため、それら端子のうちいくつかのみを示す。これらの端 子１１ａは信号線１２ａ、１２ｂおよび１２ｃからなる３つの組に結合される。 信号線１２ａ上では、電子装置１１をテストする入力信号「ＴＥＳＴ−ＩＮ」が 受取られ、信号線１２ｂ上では、出力信号「ＴＥＳＴ−ＯＵＴ」が電子装置１１ からそのテストへの応答として送られる。従来のテスト設備（図示せず）を信号 線１２ａおよび１２ｂに結合することにより、それらの信号をそれらの線上でそ れぞれ授受する。信号線１２ｃ上では、電子装置１１の温度を示す出力信号「Ｔ ＥＭＰ」が電子装置１１から送られる。これらＴＥＭＰ信号は、その電子装置に 組込まれる、たとえば温度に対し感度を有する抵抗器またはダイオードのような 、温度センサから発生する。 図１の他の構成要素１２〜１７は、すべて、電子装置１１がテストされている 間その装置の温度を設定された点付近に保つ温度制御システムを構成する。その 制御システムにおける各構成要素を以下に表１において説明する。 表１ 構成要素 説 明 12..． 構成要素１２は、構成要素１１、１６、１７および１８を物理的に 保持するプリント基板である。さらに、このプリント基板１２は、 信号およびパワー線１２ａ〜１２ｇからなるいくつかの組を含む。 13..． 構成要素１３は、構成要素１１および１４にそれぞれ抗する２つの 主面１３ａおよび１３ｂを有する薄い平坦な電気ヒータである。可 変量の電力Ｐ_hがヒータ１３に２本のワイヤ１３ｃを介して供給さ れ、その電力はそのヒータ内で熱として散逸する。ヒータ１３の一 実施例は、導体１３ｃからの電力を熱に変換するために電気抵抗器 （図示せず）が一様に集積された窒化アルミニウムセラミックを含 む。 14..． 構成要素１４は、冷却フィン（図示せず）が中に配される中空の基 部１４ａを有する、液体により冷却されるヒートシンクである。液 体冷媒１４ｂはチューブ１４ｃから基部１４ａに入り、別のチュー ブ１４ｄを介してその基部から出る。この冷媒１４ｂは、ポンプ（ 図示せず）によって、一定の流量で基部１４ａを通って循環し、一 定温度Ｔ_Lに保持される。 15..． 構成要素１５は、可変量の電力Ｐ_hを電気ヒータ１３に送る電子制 御回路である。この制御回路は、パワー調節器１６と、可変電源１ ７とからなる。 16..． 構成要素１６は、信号線１２ｃ、１２ｄおよび１２ｅからなる３つ の組に結合されるパワー調節器である。電子装置１１の現在の温度 Ｔ_dを示すＴＥＭＰ信号が信号線１２ｃ上で受取られ、装置１１に 対する設定された点温度を示すＳＥＴ−ＰＯＩＮＴ信号が信号線１ ２ｄ上で受取られる。これら２つの温度およびそれらの変化割合に 基づいて、装置１１の温度がその設定された点付近に留まるように ヒータ１３に送られるべき パワー量を示す制御信号ＣＴＬがパワー調節器１６によって信号線 １２ｅ上に発生される。 17..． 構成要素１７は、信号線１２ｅと、パワー線１２ｆおよび１２ｇか らなる２つの組とに結合される可変電源である。信号線１２ｅ上に おいてはパワー調節器１６からの制御信号ＣＴＬが受取られ、パワ ー線１２ｆ上では供給電圧＋Ｖおよび接地が受取られる。ＣＴＬ信 号に応答して、電源１７は、供給電圧＋Ｖから利用可能なパワーの 一部としてパワー線１２ｇ上において可変量のパワーＰ_hを送る。 18..． 構成要素１８は、ヒータワイヤ１３ｃを可変電源に相互結合するコ ネクタである。 動作において、電子装置１１は、信号線１２ａ上にて受取られるＴＥＳＴ−Ｉ Ｎ信号によってテストされている最中、そのパワー散逸が変動する。このパワー 変動が生ずるのは、ＴＥＳＴ−ＩＮ信号に応答して電子装置１１内のトランジス タがオンおよびオフになり、したがってそれらのパワー散逸において変動するか らである。その結果、電子装置１１の温度はそのパワー散逸が増大するにつれて 増大する傾向となり、逆の場合にはその逆が生ずる。 電子装置１１内では、温度センサによって、その装置の現在の温度を示すＴＥ ＭＰ信号が、信号線１２ｃ上にて発生される。それらＴＥＭＰ信号はパワー調節 器１６に送られ、そこでそれらは信号線１２ｄ上のＳＥＴ−ＰＯＩＮＴ信号と比 較される。装置１１の温度が設定された点温度よりも低い場合、調節器１６は、 ヒータ１３への可変パワーＰ_hを増大するように制御信号ＣＴＬを発生する。逆 に、装置１１の温度が設定された点温度よりも高い場合には、調節器１６は、ヒ ータ１３への可変パワーＰＷＲを減少させるように制御信号ＣＴＬを発生する。 ここで、図２、図３および図４を参照して、図１の制御装置の動作をさらに詳 細に説明する。これらの図は図１の制御装置の概略図であり、そこでは、電子装 置１１は熱抵抗θ_d-hを介して電気ヒータ１３に結合され、ヒータ１３は熱抵抗 θ_h-Sを介してヒートシンクの基部１４ａに結合され、ヒートシンクの基部は熱 抵抗θ_S-Lを介して冷媒に結合される。さらに、図２〜図４においては、電子装 置１１は可変量のパワーＰ_dを受取って散逸し、電気ヒータは可変量のパワーＰ_h を受取り散逸する。さらに 図２〜図４では、電子装置１１は温度Ｔ_dおよび熱マスＭ_Dを有し、ヒータ１３ は温度Ｔ_hおよび熱マスＭ_hを有し、ヒートシンク基部１４ａは温度Ｔ_Sおよび熱 マスＭ_Sを有する。 好ましくは、ヒータの熱マスＭ_hは実用的である程度に小さくされる。この制 約は、以下に示されるように、ヒータ１３がその温度を上げ下げし得る速度を改 善し、したがって、電子装置の温度Ｔ_dを設定された点付近に維持する一助とな る。熱マスＭ_hに対する１つの好適な上限は、それが電子装置の熱マスＭ_dのせい ぜい３倍であることであり、好ましくはＭ_hはＭ_dよりも小さい。 さらに好ましくは、ヒータの熱抵抗θ_d-hも実用的である程度に小さくされる 。この制約は、下に示されるように、ヒータ１３から電子装置１１へ伝達される 熱の量を、ヒータ１３からヒートシンク１４に伝達される熱の量に比して増大さ せる一助となる。熱抵抗θ_d-hに対す好適な上限は、それがヒータとヒートシン ク基部との間の熱抵抗θ_h-Sのせいぜい３倍であることであり、好ましくはθ_d-h はθ_h-Sよりも小さい。 安定した状態条件下では、図２に示されるように、熱は装置１１から熱経路２ １に沿って液体冷媒に流れ、図２に示されるように、熱は熱経路２２に沿ってヒ ータ１３から液体冷媒に流れる。さらに、安定した状態条件下では、装置温度は 設定された点温度に等しく、ヒータ温度は装置温度からＰ_dθ_d-hを引いたものに 等しい。装置パワー散逸が０である場合には、経路２１上の熱の流れは０であり 、Ｔ_dはＴ_hに等しい。 ここで、電子装置１１がそのパワー散逸Ｐ_dを増大させ、それによってその温 度Ｔ_dを設定された点を超えて上昇させると考える。これは、図３において、時 点ｔ１およびｔ２にて生ずるとして示される。設定された点を超える装置温度Ｔ_d における上昇に応答して、ヒータ１３へのパワーＰ_hは調節器１６によって低減 され、これは図３においては時間ｔ３で生ずるとして示される。ヒータ１３は低 い熱マスＭ_hを有し、したがって、時間ｔ４にて示されるように、ヒータのパワ ーが低減されるとヒータの温度Ｔ_hは急激に降下する。 ヒータ温度が低減されるにつれ、装置１１から熱経路２１に沿って冷媒へ伝達 される熱の量が増大する。したがって、装置温度Ｔ_dは時間ｔ５にて示されるよ うに冷却され始める。装置温度Ｔ_dが設定された点に近づくにつれ、ヒータのパ ワーＰ_hは時間ｔ６にて示されるように勾配をなして上昇する。したがって、ヒ ータ温度Ｔ_hは上昇し、それによって、装置１１から熱経路２１に沿った熱の流 れを低減する。ヒータのパワーＰ_hを適切なレベルにまで上昇させることによっ て、安定した状態が戻り、熱の流れは図２に示されるようになり、装置温度Ｔ_d は設定された点になる。 逆に、電子装置１１がそのパワー散逸Ｐ_dを減少させ、それによってその温度 Ｔ_dを設定された点より下に降下させる場合を考える。これは、図４において、 時点ｔ１およびｔ２で生ずるとして示される。設定された点を下回る装置温度Ｔ_d の降下に応答して、ヒータ１３へのパワーＰ_hが調節器１６によって増大され、 これは図４においては時間ｔ３にて生ずるように示される。ヒータ１３は低い熱 マスＭ_hを有し、したがって、ヒータの温度Ｔ_hは、時間ｔ４にて示されるように 、ヒータのパワーが増大すると急激に上昇する。 ヒータ温度Ｔ_hが上昇して装置温度Ｔ_dを超えると、ヒータからの熱の一部が図 ４の熱経路２２ａに沿って電子装置１１に伝わり、ヒータからの熱の別の一部が 熱経路２２ｂに沿って液体冷媒に伝わる。さらに、経路２２ａ上において電子装 置１１に伝わる熱の量は、θ_d-hがθ_h-Sに相対して減少するにつれ増大する。 上昇間ｔ４におけるヒータ温度の上昇に応答して、装置温度Ｔ_dは時間ｔ５に て示されるように上昇し始める。装置温度Ｔ_dが設定された点に近づくにつれ、 ヒータのパワーＰ_hは時間ｔ６にて示されるように勾配をなして下降する。した がって、ヒータ温度Ｔ_hは勾配をなして下降し、したがって、熱経路２２ａに沿 ったヒータから装置１１への熱の流れを低減する。ヒータのパワーＰ_hを適切な レベルに降下させることによって、安定した状態が戻り、熱の流れは図２に示さ れるようになり、装置温度Ｔ_dは設定された点温度になる。 図２〜図４の上記の説明から、ヒータ１３は経路２１および２２ａ上を流れる 熱の量を制御することがわかる。Ｔ_hがＴ_dに等しい場合、経路２１および２２ａ 上には熱は全く流れない。Ｔ_hがＴ_dよりも小さい場合には、熱は経路２１上を電 子装置からヒータ１３を介してヒートシンクに流れ、熱の流れの割合はＴ_d−Ｔ_h が増大するにつれ増大する。Ｔ_hがＴ_dよりも大きい場合には、熱は経路２２ａ上 をヒータ１３から電子装置へ流れ、熱の流れの割合はＴ_h−Ｔ_dが増大するにつれ 増大する。ヒータのパワーＰ_hを制御することによって、電子装置への／からの 熱の流れが調節され、次いでそれによって装置温度が調節される。 図１の制御システムが動作する速度をさらに説明するために、ここで図５、図 ６および図７を参照する。図５においては、等式１、等式２および等式３と符号 付される３つの微分方程式が与えられる。これらの方程式は、ある物体によって 受取られる熱パワーの和はその物体の熱マスにその物体の温度の変動割合を掛け たものに等しいという原理に基づいている。 等式１は、参照番号３１ａ、３１ｂおよび３１ｃで識別される３つの項を含む 。項３１ａはＴＥＳＴ−ＩＮ信号に応答して電子装置１１が受取り散逸するパワ ーであり、項３１ｂは電子装置１１に熱抵抗θ_d-hを介して伝達されるパワーで あり、項３１ｃは電子装置１１の熱マスにその温度の変化割合を掛けたものであ る。 同様に、等式２は参照番号３２ａ、３２ｂ、３２ｃおよび３２ｄで示される４ つの項を含む。項３２ａは可変電源１７から電気ヒータ１３に供給されるパワー であり、項３２ｂは電気ヒータ１３に熱抵抗θ_h-sを介して伝達されるパワーで あり、項３２ｃはヒータ１３に熱抵抗θ_d-hを介して伝達されるパワーであり、 項３２ｄはヒータの熱マスにヒータの温度の変化割合を掛けたものである。 同様に、等式３は参照番号３３ａ、３３ｂおよび３３ｃで示される３つの項を 含む。項３３ａはヒートシンク基部１４ａに熱抵抗θ_s-Lを介して伝達されるパ ワーであり、項３３ｂはヒートシンク基部に熱抵抗θ_h-sを介して伝達されるパ ワーであり、項３３ｃはヒートシンク基部のマスにその温度の変化割合を掛けた ものである。 図５のこれら３つの等式を用いることにより、デジタルコンピュータ上でのシ ミュレーションを実行し、そのシミュレーションの結果を図６および図７に示す 。このシミュレーションを実行するにあたり、図５の等式のさまざまなパラメー タは下の表２に示される値を有した。 表２ θ_d-h=0.1℃／ワット M_d=0.478ジュール／℃ θ_h-s=0.05℃／ワット M_h=0.80ジュール／℃ θ_s-L=0.1℃／ワット M_s=5.60ジュール／℃ 最大P_h=500ワット Ｔ_L=設定された点より40℃下 さらに、このシミュレーションでは、電子装置１１はまず設定された点温度に され、パワーを全く散逸していないものと仮定された。その後、２秒に等しい時 間で、電子装置１１のパワー散逸がＴＥＳＴ＿ＩＮ信号に応答して１００ワット のパワーにまで上昇された。このパワー散逸は電子装置１１において３秒間一定 のままにされ、その時間で装置１１におけるパワー散逸は０に戻った。 上述した１００ワットステップの対で電子装置１１のパワー散逸を変化させる ことによって、設定された点付近に装置温度を維持する図１の制御システムの能 力を最悪の場合の条件下でテストする。さらに、表２の熱マスＭ_dは露出した集 積回路チップの熱マスであり、したがって、それはもう１つの最悪の場合のテス ト条件を構成するものであり、なぜならば、その温度は（より大きな熱マスを本 質的に有する）パッケージングされたチップの温度よりも速く変化するからであ る。 図６の曲線４１は、上述したように、電子装置１１におけるパワー散逸が時間 とともにどのように変化するかを示す。さらに、図６および図７において、曲線 ４２は電子装置１１の温度が時間とともにどのように変化するかを示し、曲線４ ３はヒータのパワーが時間とともにどのように変化するかを示し、曲線４４はヒ ータの温度が時間とともにどのように変化するかを示し、曲線４５はヒートシン ク基部の温度が時間とともにどのように変化するかを示す。 曲線４２を調べると、２秒に等しい時間で、電子装置１１の温度における最大 偏差がその装置内のパワー散逸におけるステップ状の増大により約４℃であるこ とがわかる。最大温度偏差に到達した後、電子装置１１の温度は次いで勾配をな して下降し、設定された点に約０．４秒以内に戻る。 同様に、曲線４２を調べると、５秒に等しい時間で、電子装置１１の温度にお ける最大偏差がその装置内のパワー散逸における負のステップにより約３．６℃ であることがわかる。この最大温度偏差に到達した後、電子装置１１の温度は勾 配をなして上昇し、設定された点に０．３秒以内に戻る。 上述の制御システムの１つの主な特徴は、その制御システムによって、装置温 度の設定された点からの偏差が訂正される速度であり、それによって、最大偏差 を相対的に小さく保つことである。この動作速度がどのように達成されるかは図 ５の等式から以下のように理解され得る。 装置温度における設定された点からの各偏差は、等式２の項３２ａで与えられ るヒータのパワーＰ_hにおける変更によって訂正される。項３２ａが変化すると 、ヒータの温度は等式２の項３２ｄで示されるように変化する。ヒータ温度の変 化は次いで等式１において項３１ｂを変化させる。次いで、項３１ｂにおけるこ の変更によって、装置温度が等式１の項３１ｃによって示されるように変化する 。図５においては、上記事象の連鎖は下線５１で示される。 これに比して、先行技術特許第５，４２０，５２１号では、ヒータのパワーに おける変化と装置温度における結果的な変化との間に生ずる事象の連鎖ははるか により長く、これを図８および図９に示す。図８は、先行技術特許’５２１の図 ７および図８の制御システムに対する概略図である。この概略図では、参照番号 １４０、１１６、１２４、１２６および８２は、特許’５２１の図７の同じ参照 番号である。 構成要素１４０は冷却されることになる電子装置１１に接するヒータブロック であり、構成要素１１６はヒータブロックに接するアルミニウムブロックであり 、構成要素８２は温度Ｔ_Lで液体冷媒を運ぶ冷媒チューブであり、構成要素１２ ４はアルミニウムブロック１１６に接するヒータアセンブリであり、構成要素１ ２６はヒータアセンブリ内にある加熱素子である。図８における各構成要素は図 に示されるようにそれぞれの熱マスＭおよびそれぞれの温度Ｔを有する。さらに 、図８の構成要素はすべて図示されるようにそれぞれの熱抵抗θを介して相互結 合される。 図８の概略図から、６つの微分方程式１１〜１５の組が図９に示されるように 導き出され得る。これらの図９の等式は図５の等式と同様であり、なぜならば、 それらは、ある物体によって受取られる熱パワーの和はその物体の熱マスにその 物体の温度の変化割合を掛けたものに等しいという原理に基づいているからであ る。 等式１５においてヒータのパワーＰ_hが変化すると、それによって、温度Ｔ₃が 等式１５の項６１によって示されるように変化する。温度Ｔ₃における変化は、 次いで、項６２を等式１４にて変化させる。次いで、項６２におけるこの変化に よって、温度Ｔ₂が等式１４の項６３によって示されるように変化する。温度Ｔ₂ における変化は、次いで、項６４を等式１３にて変化させる。次いで、項６４に おけるこの変化によって、温度Ｔ₁が等式１３の項６５によって示されるように 変化する。温度Ｔ₁における変化によって、次いで、項６６が等式１２において 変化する。次いで、この項６６における変化によって、温度Ｔ_hが等式１２の項 ６７によって示されるように変化する。温度Ｔ_hにおける変化は、次いで、項６ ８を等式１１にて変化させる。次いで、項６８におけるこの変化によって、装置 温度Ｔ_dが等式１１の項６９によって示されるように変化する。 図９において、上記の事象の連鎖は参照番号５１’で示される。この事象の連 鎖５１’では、ヒータのパワーＰ_hを変動させることによって装置温度を調節す るために温度Ｔ₃、Ｔ₂、Ｔ₁、Ｔ_hおよびＴ_dの各々はシーケンスで変化しなけれ ばならない。その結果、ヒータのパワーを変動させることは装置温度を間接的に 変化させるにすぎない。これに比して、図５の事象の連鎖５１では、ヒータのパ ワーを変動させることによって装置温度を調節するために温度Ｔ_h、およびＴ_dの みをシーケンスで変化させればよい。したがって、図１の制御システムにおいて ヒータのパワーを変動させることは、特許’５２１においてそうするよりも、は るかにより直接的に、およびしたがってより速やかに装置温度に影響する。 図１の制御システムにおいてヒータのパワーを変動させることが特許’５２１ においてそうするよりもより速やかに装置温度に影響するもう１つの理由は、図 １０の等式２０および２１から理解され得る。等式２０は、図５の等式２および ３を加算し、その結果得られた項を、項３２ｄのみが＝記号の左側に来るように 並べ替えることによって得られたものである。同様に、等式２１は、図９の等式 １２〜１６を加算し、その結果得られた項を、項６７のみが＝記号の左側に来る ように並べ替えることによって得られたものである。 等式２０の項３２ｄにおいて、熱マスＭ_hは、冷却されるべき電子装置１１に 直接接触している図１のヒータ１３の熱マスである。同様に、等式２１の項６７ では、熱マスＭ_hは、冷却されるべき電子装置１１に直接接触している図８のヒ ータブロック１４０の熱マスである。したがって、電子装置１１の温度を速やか に調節するためには、ヒータのパワーＰ_hを変動させることによってマスＭ_hの温 度Ｔ_hを速やかに変化させ得ることが重要である。 ヒータのパワーＰ_hが等式２０にて増大すると、マスＭ_hの温度Ｔ_hに対するそ のパワー増大の影響は、等式２０の右手側に生ずる負の項３３ｃによって減少さ れる。これに比して、等式２１においてヒータのパワーＰ_hが増大されると、マ スＭ_hの温度Ｔ_hに対するそのパワー増大の影響は、等式２１の右手側にある負の 項６０、６１、６３および６５によって減少される。 等式２１の項６０は等式２０の項３３ｃと同様であり、したがって、ヒータの パワーＰ_hを変動させることによって温度Ｔ_hを変化させることに対するそれらの 負の影響は同様である。しかしながら、等式２１における残りの負の項６１、６ ３および６５は等式２０においては完全に除去される。したがって、ヒータのパ ワーＰ_hを変化させることは、特許’５２１においてそうするよりも、図１の制 御システムにおける温度Ｔ_hの変化割合に対してはるかにより大きな影響を有す る。 ここで図１１および図１２を参照して、第２の温度制御システムについて説明 する。図１のシステムに対するこの第２の温度制御システムにおける大きな相違 点は、温度センサを含まない電子装置１１’の温度をこのシステムによって調節 するという点である。したがって、電子装置１１’は、信号線１２ａ上のＴＥＳ Ｔ＿ＩＮ信号に応答してその温度がどのように変動しているかを示す温度信号Ｔ ＥＭＰを発生させることはできない。この相違点は非常に重要であり、なぜなら ば先行技術におけるほとんどではないとしても多くの集積回路チップは温度セン サを含まないからである。 等式２は、先に説明したように、この第２の温度制御システムが基づく原理を 与えるものであり、便宜上、等式２は図１１に再生される。等式２の項を代数学 的に再配列することによって、＝記号の右側にあるいくつかのパラメータの項で 装置温度Ｔ_dが表現される別の等式３１が得られる。 等式３１では、各特定の装置１１’がテストされている最中、パラメータＴ_h 、 _h-sは本質的に一定である。したがって、装置１１’をテストする前にそれら一 定のパラメータθ_d-h、Ｍ_hおよびθ_h-sを測定し、装置１１がテストされている 間 置温度Ｔ_dが評価され得る。次いで、その評価された装置温度が設定された点よ りも上である場合にはヒータ温度を減少させ、逆の場合にはその逆を行なう。 図１２は上記の原理で動作する温度制御システムのすべての構成要素を示す。 図１２において、ヒータ１３’は、ヒータ温度Ｔ_hを感知するセンサ１３ｄを含 む点を除き、図１のヒータ１３と同じである。同様に、図１２においては、ヒー トシンク１４’は、ヒートシンク温度Ｔ_Sを感知するセンサ１４ｆを含む点を除 き、図１のヒートシンク１４と同じである。 図１２の構成要素１２’は、信号線１２ｃ’、１２ｅ’、１２ｈ、１２ｉおよ び１２ｊからなる５つの異なる組に２つのコネクタ７１および７２を加えたもの を含むことを除き、図１のプリント基板１２と同じである。信号線１２ｈは感知 されたヒータ温度Ｔ_hを搬送し、信号線１２ｉは感知されたヒートシンク温度Ｔ_S を搬送し、信号線１２ｊは測定されたパラメータθ_d-h、Ｍ_h、θ_h-sを搬送し、 信号性１２ｅ’はヒータのパワーＰ_hを示す制御信号ＣＴＬを搬送し、信号線１ ２ｃ’は評価された装置温度Ｔ_dを搬送する。 図１２の構成要素７３は、等式３１および信号線１２ｅ’、１２ｉ、１２ｊお よび１２ｈ上にて受取られるパラメータのすべてに基づいて装置温度を評価する 。構成要素７３は等式３１から装置温度をデジタルで計算するデジタルマイクロ プロセッサチップであってもよく、または代替的に、構成要素７１はアナログ態 様で等式３１から装置温度を計算するアナログ回路であってもよい。 構成要素１６、１７および１８は同じ参照番号を有する図１の構成要素と同一 である。構成要素１６、１７および１８は、ともに、信号線１２ｃ’上の評価さ れた装置温度を受取りかつ信号線１２ｄ上の設定された点温度を受取る制御回路 １５’を構成する。評価された装置温度が設定された点温度を超える場合には、 制御回路１５’はヒータ１３’へのパワーＰ_hを低減し、逆の場合にはその逆を 行なう。 図２の温度制御システムのデジタルシミュレーションを図１３に示す。このシ ミュレーションでは、シミュレーション時間が３秒に等しかったときに、電子装 置１１’はパワーにおいてステップ状の増大を有し、シミュレーション時間が６ 秒に等しかったとき、パワーにおいてステップ状の減少を有した。図１３の曲線 ９１（一連の小さな円からなる）は、そのシミュレーションの間にその評価され た装置温度が時間とともにどのように変動したかを示し、図１３の曲線９２（実 線である）は、装置が温度センサを有する場合に実際の装置温度がどのように感 知されるであろうかを示す。 図１３の上述のシミュレーションが実行されたとき、等式３１の右側のパラメ ータはすべて誤差を全く伴わずに感知または測定されるものとされた。これはθ_h-s およびＭ_hに対しては有効な仮定であり、なぜならば、それらは本質的に固定 されるものであり正確に測定され得るからである。さらに、Ｔ_hおよびＴ_Sは適切 な温度センサを用いることによって所望されるように正確にされ得、Ｐ_hは制御 信号ＣＴＬから既知である。しかしながら、数多くの電子装置が一度に１つテス トされる大量生産環境では、ヒータ１３’と各装置１１’との間の物理的接触に おける微視的変動のため、パラメータθ_d-hは平均値からいくらかの範囲内で変 動するかもしれない。 θ_d-hの平均値が評価器構成要素７３に送られる一方で、θ_d-hの実際の値はそ の平均値とは異なる場合、その評価された装置温度において誤差が生ずる。この 結果、図１２の制御システムによって調節された装置１１’の実際の温度と設定 された点温度との間にずれが生ずる。このことは図１４から明らかであり、曲線 ９１’（一連の小さな円からなる）は、実際のθ_d-hが平均θ_d-hより２０％小さ い場合に評価された装置温度が時間とともにどのように変動するかを示し、曲線 ９２’（実線である）は、実際の装置温度が時間とともにどのように変動するか を示す。 あるタイプの装置１１’がテストされる場合、実際の装置温度と設定された点 温度との間におけるいくらかのずれは受入れ可能であってもよく、その場合には 、θ_d-hの平均値を評価器７３に送れば十分である。しかしながら、そのずれ量 が受入れ可能でない場合には、テストされる各装置ごとに実際のθ_d-hを測定す ることによってそのずれを低減し得る。 実際のθ_d-hが各装置ごとに測定され得る１つの好ましい方法を図１５および 図１６に示す。ステップ１〜３を含むこの方法は、これも図１５に再生される等 式２に基づく。θ_d-hがその平均値よりも小さい場合、Ｔ_d−Ｔ_hは減少する。し た がって、項３２ｃは減少し、したがって、項３２ｄにおけるヒータ温度の変化割 合も減少する。逆に、θ_d-hがその平均値よりも大きい場合には、項３２ｄにお けるヒータ温度の変化割合が増大する。 図１５のプロセスのステップ１において、装置１１’のパワー散逸は０にセッ トされる。次いで、ステップ２において、ヒータのパワーＰ_hをある所定の態様 にて変動させる。好適には、ヒータのパワーは、段階的に増大されるか、または 段階的に減少されるか、または正弦波として変動される。次に、ステップ３にお _d-hに相関付ける。 は図１６において曲線９３、９４および９５により示される。曲線９３は、θ_{d- h} をその平均値に等しくセットし、Ｐ_hを設定された点にまで上昇させて装置温度 がその設定された点に到達するまで待機し、次いでＰ_hを０に降下させることに よって得られた。曲線９４および９５も同様にして得られたが、実際のθ_d-hは 平均θ_d-hから２０％偏差した。 平均からの任意の偏差に対してθ_d-hの実際の値を測定するために、ヒータ温 度を、Ｐ_hが０に降下した後のある時間、たとえば０．０４秒に等しい時間にて 感知する。次いで、曲線９３、９４および９５からの外挿によって実際のθ_d-h を得る。 次に、図１７〜図１９を参照して、図１および図１２の温度制御システムにお いて熱抵抗θ_d-hを最小限にするための好ましいプロセスを説明する。このプロ セスは重要なものであり、なぜならば、θ_d-hを減少させるにつれ、ヒータから 電子装置に伝達され得る熱の量は、ヒータからヒートシンクに伝達される熱の量 に対して増大するからである。このような熱伝達は、図１４に関連して先に説明 されたように、ヒータ温度が装置温度を超える場合に生ずる。 電子装置１１（または１１’）とヒータ１３（または１３’）との間に乾接点 がなされ、その接触面が非常に平坦（つまり完全な面から５μｍ未満の偏差）で ある場合、それら接触面間にて得られうる抵抗率は約１．３℃ ｃｍ²／ワット である。この抵抗率は、接触面がより平坦でない場合にはより大きくなる。２つ の平坦でない面の間に熱パッドを置くことによって、それらの間の抵抗率は低減 されるが、熱パッドを介して得られ得る実際的な抵抗率は約１．０℃ ｃｍ²／ ワットである。これに比して、図１７〜図１９の方法を用いると、電子装置から ヒータへの抵抗率は０．０７℃ ｃｍ²／ワットにまで低減された。これは、１ ．０÷０．０７、つまり１０００％を超える改善である。 まず、図１７〜図１９のプロセスにおいて、ヒータ１３（または１３’）に接 触させられる電子装置１１（または１１’）の表面に、特定のタイプの液体１０ １を１滴滴下する。このステップを図１７に示す。液体１０１の２つの制限的特 性は、ａ）空気に対して十分な熱導体であること、およびｂ）電子装置に損傷を 与えない非常に低い温度でいかなる残渣も残さず蒸発すること、である。好まし くは、液体１０１は摂氏２００度未満の温度で蒸発する。 液体１０１の１つの好ましい例は水である。液体１０１の第２の例は、水と揮 発性原料（たとえばエチレングリコール）との混合物であり、この揮発性原料は その混合物の沸点を水の沸点を超えて上昇させるような原料である。液体１０１ の第３の例は、水と揮発性原料（たとえばメタノール）との混合物であって、そ の揮発性原料はその混合物の凝固点を水の凝固点より下に抑えるような原料であ る。液体１０１の第４の例は、水と揮発性原料（たとえばエタノール）との混合 物であって、その揮発性原料はその混合物の湿潤度が水の湿潤度を超えるように 高められるような原料である。 液体１０１が上述のように電子装置上に滴下された後、ヒータの表面１３ａを その液体に押付ける。このステップを図１８に示す。この結果、もともと滴下さ れた液体１０１のうちいくらかは絞り出され、残りの液体１０１’は電子装置と ヒータとの間に本質的に存在する微視的な隙間を満たす。これらの隙間は、ヒー タの表面１３ａとそれに係合する電子装置の面とが完全に平坦でないために生ず るものである。 液体１０１’の存在により、ヒータ１３（または１３’）から電子装置１１（ または１１’）への熱抵抗率は、液体が存在しない他の態様におけるよりも実質 的に低減される。液体１０１’が水であり、係合する面の平坦度が５μｍ未満 である場合、上述した約０．０７℃ ｃｍ²／ワットの抵抗率が得られる。 電子装置とヒータとの係合面の間の隙間の大きさを低減する１つの方法は、そ れら２つの面が押付け合わされる圧力を増大させることであり、次いで、これに よってθ_d-hを減少させることになる。しかしながら、あまりに大きな圧力が与 えられると、電子装置またはそれへの相互接続がひび割れ得る。したがって、電 子装置が露出した集積回路ダイである場合に対しては、それとヒータとの間の圧 力は好ましくは１０ｐｓｉ未満である。 図１８も、ヒータとヒートシンクとの間の係合面が完全に平坦ではないことを 示す。しかしながら、それら２つの面は、好ましくは、永久的な態様、たとえば 熱伝導性エポキシからなる層１０２によって接合される。層１０２に対する好適 な厚みは５０μｍ〜８０μｍである。 電子装置とヒータとヒートシンクとがすべて図１８に示されるようにともに結 合される一方で、電子装置がテストされ、その温度が図１または図１２の制御シ ステムによって設定された点付近に保たれる。この後、テストが完了すると、電 子装置はヒータから分離される。次いで、液体１０１’が電子装置から蒸発によ って除去され、これを図１９において矢印１０３で示す。 液体１０１’のすべてを蒸発させるのにかかる総時間は、露出される液体１０ １’の面積に比例する。電子装置が寸法Ｌを各辺に伴う方形である場合、図１９ における露出した面積はＬ²である。これに比して、電子装置が図１８の構造に てテストされている最中である場合、液体１０１’の露出した面積は（４Ｌ）（ ５μｍ）に大きく低減される。 電子装置が典型的な集積回路チップである場合には、Ｌは２分の１インチ未満 である。この場合、液体１０１’は、図１８の構造において、図１９におけるよ りも５００倍以上遅く蒸発する。したがって、短いテストの間では（つまり１時 間未満）、蒸発によって図１８の構造から有意な量の液体１０１’が失われるこ とはない。 上述のプロセスの１つの特徴は、液体１０１’を蒸発させた後、電子装置上に 残渣が全く残らないという点である。この結果、その電子装置はいかなる付加的 な清浄工程も伴うことなく最終製品に組込まれ得る。 上記のプロセスのもう１つの特徴は、それが非常に容易かつ安価に実行される という点である。図１７に示されるように、電子装置上に液体１０１を１滴滴下 するのにはわずか１つの工程を必要とするにすぎず、図１８に示されるように、 ヒータを電子装置に押付けるにはわずか１つの工程しか必要としない。 これら別個ではあるが関連した発明を、ここで、より詳細に、それぞれ、図１ 〜図１０、図１１〜図１６、および図１７〜図１９に関連して説明した。これに 加えて、これら図の詳細に対し、これらの発明の性質および精神から逸脱するこ となく、さまざまな変更および修正をなすことも可能である。 たとえば、図２０は、レーザを用いることによって、電子装置１１（または１ １’）の温度を、設定された点付近に保つ変形例を示す。この図２０の変形例は 、先に説明した図１、図１２および図１８の温度制御システムに組入れられ得る 。 図２０において、参照番号１３"は変形された電気ヒータを示し、参照番号１ ４"は変形されたヒートシンクを示す。変形されたヒータ１３"に含まれるのは、 赤外線レーザビーム１３ｂ"を発生するレーザ１３ａ"と、一片の薄い平らな赤外 線レーザビーム吸収材料１３ｃ"である。この材料１３ｃ"は、電子構成要素１１ （または１１’）およびヒートシンク１４"にそれぞれ抗する２つの主面１３ｄ" および１３ｅ"を有する。 変形されたヒートシンク１４"は、基部１４ａ"が２つの窓１４ｅ"および１４ ｆ"を含み、その基部においてそれら窓の間には冷却フィンが配されないという 点を除き、図１または図１２の先に記載されたヒートシンクと同じである。窓１ ４ｅ"は赤外線レーザビーム１３ｂ"に対して透過性があり、熱伝導性を有する。 窓１４ｆ"もレーザビーム１３ｂ"に対して透過性を有するが、熱伝導性を有する 必要はない。好適には、これらの窓は単結晶シリコンからなる。 動作において、電子装置１１（または１１’）の温度は、図１の制御装置のよ うに直接感知されるか、または図１２の制御装置のように評価される。次いで、 装置温度Ｔ_dが設定された点を上回る場合には、線１３ｆ"上におけるレーザへの パワーＰ_hが、図１の制御回路１５または図１２の制御回路１５’によって低減 される。逆に、装置温度が設定された点を下回る場合には、レーザへのパワーＰ_h を増大させる。 もう１つの変形例として、図１８に示される向上した熱インタフェースを、図 １および図１２以外の温度制御システム内に組込み得る。この変形例の一例を図 ２１に示す。図１の制御システムにおいては、ヒータ１３（または１３’または １３"）およびヒータのパワーＰ_hを制御するための対応の回路系を除去し、ヒー トシンク１４（または１４’）を液体膜１０１’が間に配される状態で電子装置 に押付ける。 図２１の変形例では、電子装置１１（または１１’）の温度は、ヒータ１３（ または１３’または１３"）が存在する場合よりも、設定された点から実質的に より大きく変動する。しかしながら、一方では、電子装置の温度は、図２１の変 形例では、液体膜１０１’が存在しない場合に生ずる変動よりも実質的に小さく 変動する。パワー散逸において小さな変動を伴うチップなどのような特定の電子 装置に対する特定のテストに対しては、図２１の変形例で達成される温度調整量 で十分であり、ヒータおよびその制御回路に関連付けられるすべての費用が削減 される。 もう１つの変形例として、図１の温度制御システムを変化させることにより、 電子装置１１がパワー調節器１６にＴＥＭＰ信号を全く送らない開ループ制御シ ステムを与えることができる。この変形例では、テスタが電子装置１１に送る各 特定のＴＥＳＴ＿ＩＮ信号ごとに、テスタがパワー調節器１６に信号線１２ｄで 一連の予測される温度をシーケンスで送る。これに応答して、パワー調節器１６ は予測される電子装置１１の温度を設定された点温度と比較する。予測される温 度が設定された点温度未満である場合には、調節器１６は、ヒータ１３への可変 パワーＰ_hを増大するように制御信号ＣＴＬを発生する。逆に、予測される温度 が設定された点温度を超える場合には、調節器１６は、ヒータ１３への可変パワ ーＰ_hを減少するように制御信号ＣＴＬを発生する。 さらに別の変形例として、赤外線レーザビーム吸収材料１３ｃ"を除去するよ うに図２０の電気ヒータ１３"を変更し得る。この変形例では、窓１４ｅ"が電子 装置１１（または１１’）に抗して配され、レーザビーム１３ｂ"は電子装置に よって直接吸収される。 別の変形例として、図１の温度制御システムは、電子装置１１の外表面に取付 けられる温度センサから信号線１２ｃ上のＴＥＭＰ信号が発生するように変更さ れ得る。この変形例は、温度センサが電子装置１１内に集積されない場合に有用 である。 別の変形例として、図１および図１２の温度制御システムは、信号線１２ｄ上 の設定された点温度が時間とともに変動するように変更され得る。たとえば、設 定された点温度は１つのレベルから他のレベルにステップ状に進んでもよく、ま たは勾配を伴うかもしくは正弦波態様で連続的に変動してもよい。 したがって、これらの発明は任意の１つの図における任意の１つの実施例の詳 細に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されるものであることを理 解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／８３３，３６９ (32)優先日 平成９年４月４日(1997．4．4) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ (72)発明者 タスタニウスキ，ジェリー・イホー アメリカ合衆国、92691 カリフォルニア 州、ミッション・ビエホ、アベニダ・ドミ ンゴ、26822

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子装置（１１）の温度を設定された点温度付近に維持する温度制御システ ム（図１）であって、 前記電子装置と接触するための第１の面（１３ａ）と、前記第１の面（１３ａ ）に対向する第２の面（１３ｂ）とを有する電気ヒータ（１３）と、 前記ヒータ（１３）の前記第２の面（１３ｂ）に結合され、前記ヒータ（１３ ）の前記第２の面（１３ｂ）を介して前記電子装置（１１）から熱を吸収するヒ ートシンク（１４）と、 前記電子装置（１１）に結合される温度センサ（１２ｃ）と、 前記温度センサ（１２ｃ）と前記ヒータ（１３）とに結合され、前記電子装置 （１１）の感知された温度が前記設定された点を上回る場合には前記ヒータ（１ ３）へのパワーを低減し、逆の場合にはその逆を行なう、温度制御システム。 ２．前記温度センサは前記電子装置に集積される、請求項１に記載の温度制御シ ステム。 ３．温度センサは前記電子装置の外部に取付けられる、請求項１に記載の温度制 御システム。 ４．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第２ の面上に電気抵抗器を含み、前記制御回路は前記抵抗器に電流を送る、請求項１ に記載の温度制御システム。 ５．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第２ の面上にレーザ吸収材料を含み、前記制御回路はレーザで前記材料を加熱する、 請求項１に記載の温度制御システム。 ６．前記ヒータは前記第１の面から前記第２の面までにわたって薄い、請求項１ に記載の温度制御システム。 ７．前記ヒータは平坦でありかつ４分の１センチメートルの厚みである、請求項 １に記載の温度制御システム。 ８．前記ヒータの熱マスは前記電子装置の熱マスの３倍以下である、請求項１に 記載の温度制御システム。 ９．前記ヒータの熱マスは前記電子装置の熱マス未満である、請求項１に記載の 温度制御システム。 １０．前記ヒータから前記電子装置への熱抵抗は前記ヒータから前記ヒートシン クへの熱抵抗の３倍未満である、請求項１に記載の温度制御システム。 １１．前記ヒータから前記電子装置への熱抵抗は前記ヒータから前記ヒートシン クへの熱抵抗未満である、請求項１に記載の温度制御システム。 １２．前記電子装置のパワー散逸は、前記電子装置においてトランジスタをオン およびオフ切換し同時に前記電子装置をテストする入力信号を前記電子装置に送 ることによって変動される、請求項１に記載の温度制御システム。 １３．前記ヒータの前記第１の面と前記電子装置との間に配されるのは、電子装 置に損傷を与えない低い温度でいかなる残渣も残すことなく蒸発する液体からな る膜である、請求項１に記載の温度制御システム。 １４．電子装置の温度を調節する温度制御システムにおいて用いられる温度制御 サブアセンブリであって、 前記電子装置と接触するための第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面 とを有する電気ヒータと、 前記ヒータの前記第２の面に結合され、前記ヒータを介して前記電子装置から 熱を吸収することによって前記電子装置を冷却するヒートシンクとを含む、温度 制御サブアセンブリ。 １５．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第 ２の面上に電気抵抗器を含む、請求項１４に記載の温度制御アセンブリ。 １６．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第 ２の面上にレーザ吸収材料を含む、請求項１４に記載の温度制御アセンブリ。 １７．電子装置の温度を調節する温度制御システムにおいて用いるための温度制 御サブアセンブリであって、 赤外線レーザビームを発生する電気ヒータと、 前記電子装置と接触し、前記レーザビームを前記ヒートシンクを介して前記電 子装置に送る窓を有するヒートシンクとを含む、温度制御アセンブリ。 １８．電子装置の温度を設定された点温度付近に維持する温度制御システムであ って、 前記電子装置と接触するための第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面 とを有する電気ヒータと、 前記ヒータの前記第２の面に結合され、前記ヒータの前記第２の面を介して前 記電子装置から熱を吸収するヒートシンクと、 前記ヒータおよび前記ヒートシンクに結合されるそれぞれの温度センサと、 前記温度センサに結合され、前記電子装置の温度を、感知されたヒータ温度お よび感知されたヒートシンク温度の関数として評価する、評価器回路と、 前記評価器回路および前記ヒータに結合され、前記電子装置の評価された温度 が前記設定された点を上回る場合には前記ヒータへのパワーを減少させ、逆の場 合にはその逆を行なう制御回路とを含む、温度制御システム。 １９．前記評価器回路が装置温度Ｔ_dを評価する前記関数はＴ_d＝Ｔ_h＋θ_d-h［Ｍ_h θ_d-hは電子装置とヒータとの間の熱抵抗であり、θ_h-sはヒータとヒートシンク との間の熱抵抗であり、Ｐ_hはヒータへのパワーであり、Ｍ_hはヒータの熱マスで ある、請求項１８に記載の温度制御システム。 ２０．前記評価器回路は、熱抵抗に対する大きさを、前記電子装置と前記ヒータ の第１の面との間において、ヒータパワーに変化が生ずる場合に前記ヒータの温 度が変化する割合に基づいて選択し、前記評価器回路は選択された熱抵抗を前記 関数において前記装置温度を評価するために用いる、請求項１８に記載の温度制 御システム。 ２１．前記評価器回路は、（ａ）前記ヒータの第１の面から前記装置への熱抵抗 、（ｂ）前記ヒータの第２の面から前記ヒートシンクへの熱抵抗、および（ｃ） 前記ヒータの熱マスのそれぞれの値を記憶するメモリを含み、前記評価器回路は 前記記憶される値を前記関数において装置温度を評価するために用いる、請求項 １８に記載の温度制御システム。 ２２．前記評価器回路はデジタルマイクロプロセッサである、請求項１８に記載 の温度制御システム。 ２３．前記評価器回路はアナログ回路である、請求項１８に記載の温度制御シス テム。 ２４．前記ヒートシンクは０．１℃ ｃｍ²／ワットより大きい熱抵抗率を介し て前記ヒータの前記第２の面に結合される、請求項１８に記載の温度制御システ ム。 ２５．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第 ２の面上に電気抵抗器を含み、前記制御回路は前記抵抗器に電流を送る、請求項 １８に記載の温度制御システム。 ２６．前記ヒータは前記第１の面と前記第２の面との間または前記第１および第 ２の面上にレーザ吸収材料を含み、前記制御回路はレーザで前記材料を加熱する 、請求項１８に記載の温度制御システム。 ２７．前記ヒータから前記電子装置への熱抵抗は前記ヒータから前記ヒートシン クへの熱抵抗の３倍未満である、請求項１８に記載の温度制御システム。 ２８．前記ヒータの熱マスは前記電子装置の熱マスの３倍以下である、請求項１ ８に記載の温度制御システム。 ２９．前記ヒータは前記第１の面から前記第２の面にわたって薄い、請求項１８ に記載の温度制御システム。 ３０．前記ヒータの前記第１の面と前記電子装置との間に配されるのは、電子装 置に損傷を与えない低い温度でいかなる残渣も残すことなく蒸発する液体からな る膜である、請求項１８に記載の温度制御システム。 ３１．電子装置の温度を調節する温度制御システムにおいて用いるための温度制 御サブアセンブリであって、 前記電子装置に接触する電気ヒータと、前記ヒータに接触するヒートシンクと 、 前記ヒータおよび前記ヒートシンクに結合される温度センサの対と、 前記温度センサに結合され、前記電子装置の温度を、感知されるヒータ温度お よび感知されるヒートシンク温度の関数として評価する評価器回路とを含む、温 度制御サブアセンブリ。 ３２．改善された熱インタフェースを有する電子機械的サブアセンブリであって 、 熱を散逸する面を有する電子装置と、 前記電子装置上にて前記面と係合する面を有する熱交換部材と、 前記熱交換部材と前記電子装置との前記係合面間にあり、前記電子装置に損傷 を与えない低い温度で残渣を残さずに蒸発する液体の膜とを含む、電子機械的サ ブアセンブリ。 ３３．前記液体は水である、請求項３２に記載のシステム。 ３４．前記液体は水と揮発性原料との混合物であり、前記揮発性原料は、水の沸 点を超えるように前記混合物の沸点を上昇させる、請求項３２に記載のシステム 。 ３５．前記液体は水と揮発性原料との混合物であって、前記揮発性原料は、水の 凝固点を下回るように前記混合物の凝固点を抑制する、請求項３２に記載のシス テム。 ３６．前記液体は水と揮発性原料との混合物であり、前記揮発性原料は水の湿潤 度を上回るように前記混合物の湿潤度を向上させる、請求項３２に記載のシステ ム。 ３７．前記液体は摂氏２００度未満の温度で蒸発する、請求項３２に記載のシス テム。 ３８．前記熱交換部材は前記電子装置よりも温度が低い、請求項３２に記載のシ ステム。 ３９．前記熱交換部材は液体で冷却される、請求項３２に記載のシステム。 ４０．前記熱交換部材は前記電子装置よりも温度が高い、請求項３２に記載のシ ステム。 ４１．前記熱交換部材は電子ヒータである、請求項３２に記載のシステム。 ４２．前記熱交換部材は、前記電子装置の熱マスより少なくとも１０倍大きい熱 マスを有する、請求項３２に記載のシステム。 ４３．電子装置を熱交換部材に熱結合する方法であって、 前記電子装置の対応面と係合する面を前記熱交換部材に設けるステップと、 前記電子装置に損傷を与えない低い温度で残渣を残さずに蒸発する液体の膜を 、前記熱交換部材と前記電子装置との前記係合面間に与えるステップとを含む、 方法。 ４４．前記電子装置が前記熱交換部材に結合されている間に所定の時間間隔の間 パワーを散逸した後に、前記電子装置から前記液体を完全に蒸発させるステップ をさらに含む、請求項４３に記載の方法。 ４５．前記所定の時間間隔は１時間未満である、請求項４３に記載の方法。 ４６．前記蒸発ステップは、前記係合面を分離して、制御電子装置に損傷を与え ない低い温度に液体膜をさらすサブステップによって実行される、請求項４３に 記載の方法。 ４７．前記液体は水である、請求項４３に記載の方法。 ４８．前記液体は揮発性混合物である、請求項４３に記載の方法。