JP2002350378A

JP2002350378A - 熱制御プレート

Info

Publication number: JP2002350378A
Application number: JP2001153682A
Authority: JP
Inventors: Norio Yabe; 範夫谷辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な温度分布の熱制御プレートを提供す
る。【解決手段】複数の熱源を埋設し、上面に載置される
電子部品の熱制御をする熱制御プレートにおいて、電子
部品と上面との接触面の温度分布が均一になるように、
平面方向熱伝導率が垂直方向熱伝導率よりも大きい熱伝
導率異方性プレートとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面プレートを熱
インタフェースとして機器又は部品の熱的特性を評価す
る試験機、大きな設備では人工衛星搭載機器等の性能を
評価する熱真空試験機、部品、ユニットを温度試験、バ
ーイン装置等の機器・部品にインタフェース平面内が均
一な温度で制御する必要がある試験装置又は部品・部材
のロー材の溶融接合、接着剤の加熱重合接合に適用する
ホットプレート等の熱制御プレートの表面温度分布、重
量及び熱応答の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信衛星、移動体通信基地
局等では、情報量の拡大、信号の高速化に伴い、フェイ
ズドアレー方式等半導体デバイスを用いた高周波ユニッ
トが多く使用されるようになった。これらのユニット
は、半導体デバイスが実装される筐体のベース面から熱
放射が行われるために、該ユニットの温度特性測定及び
調整は、ベースプレート面を熱的なインタフェースとし
て行う必要がある。その際、温度雰囲気或いはシュラウ
ド温度を制御する恒温漕或いはスペースチャンバ（熱真
空試験装置）ではベースプレートをインタフェースとす
ることができないために、現実との差異が生じる。ま
た、差異が許容できる範囲の場合でも、ユニット周辺か
ら対流或いは熱輻射による熱交換でインタフェース面の
熱制御に多くの時間が必要で、且つ正確な温度設定が困
難である。このような問題点を配慮したのが熱真空試験
試験装置（スペースチャンバ）或いは専用のユニット試
験装置である。

【０００３】図１１は熱真空試験装置の概念図である。
図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図である。
熱真空試験装置のチャンバ２内に被試験ユニット４のユ
ニットベース面６と接触する熱制御プレート８に、複数
のヒータ１０を埋め込み、外部の冷凍機１２で冷却した
冷媒がループ状にプレート８の下部を循環するように冷
媒管１４を配設する。そして、ヒータ１０で加熱、冷媒
管１４で冷却し、熱制御プレート８を所望に熱制御す
る。このように構成した熱制御プレート８で、特に、高
周波ユニットを試験する設備は、試験信号がフレキシビ
リティの小さい導波管或いは同軸線で高周波ユニットを
接続するために、試験端子のフィードスルーを設けたチ
ャンバー蓋１６と一体で構成した可動測定器台１８がチ
ャンバー２の外側に設けられている。

【０００４】チャンバー２の内側は、熱制御プレート８
との接触を少なくしてヒータ１０や冷媒管１２からの熱
制御プレート８への熱伝導を効率良く行うために、熱制
御プレート８がチャンバー蓋１６からプレート支持部２
０によって、片持ち支持されている。チャンバー蓋１６
のフィードスルーを通して可動測定台１８により支持さ
れた測定器２２と被試験ユニット６が接続される。チャ
ンバー２内の温度による被試験ユニット４への影響を防
止するべく真空排気系２４がチャンバー２の外部に設け
られている。また、雰囲気よりも大幅に高い温度で長時
間の動作試験を行うバーイン試験装置が有る。

【０００５】図１２はバーイン試験装置を示す図であ
る。図１２（ａ）は正面図であり、図１２（ｂ）は側面
図である。バーイン試験装置では、熱制御プレート３０
に複数のヒータ３２を埋め込み、ヒータ３２により熱制
御プレート３０が所望の加熱温度に制御されている。熱
制御プレート３０に載置された被試験モジュール３４に
ＲＦユニット３６からモジュール３４に試験信号を送っ
て、信号取り出し部３７より信号を取り出して試験を行
う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱制御プレートには、以下の問題点があった。

【０００７】図１３は、熱制御プレートの厚みがヒータ
間隔に比べて薄い場合の従来の問題点を示す図である。
熱制御プレートの構成材料が一体材料では、水平方向と
垂直方向の熱伝導率が均一となる。熱伝導率が均一であ
る場合、熱制御プレートの等温度線は、熱源を中心とし
て、同心円となる。そのため、熱制御プレート上におい
ては、熱源からの距離が最も近い熱源の真上が最も温度
が高く、熱源の真上から離れるに従って温度が低くな
る。これを熱流の伝達から見ると、熱流は、近似的に熱
プレート上面へ熱源から９０度（１／４周囲）に伝達す
ると考えられる。

【０００８】熱制御プレート４０の厚みｈがヒータ４２
間の間隔Ｌに比べて薄いとき、図１３に示すように、温
度分布は、ヒータ４２の真上の点Ｐの温度が最大であ
り、ヒータ４２の真上直線から４５度のなす直線の熱制
御プレート４０上の点Ｑでは、ヒータ４２からの熱流が
殆ど伝達されず、温度が最低となる。このような点Ｑで
は、左右の２個のヒータ４２からの熱流が殆ど伝達され
ないため、均一なインタフェースが得られない。このよ
うに、熱制御プレート４０の厚みが薄いと、ヒータ４２
の配置がそのまま温度分布として現れて、均一なインタ
フェースが得られないという問題点があった。

【０００９】図１４は、熱制御プレートの厚みがヒータ
間隔に比べて厚い場合の従来の問題点を示す図である。
図１４に示すように、熱制御プレート４０の厚みｈがヒ
ータ４２間の間隔Ｌと略等しいとき、熱制御プレート４
０上面の任意の点は、下方に配設されている左右の２個
のヒータ４２からの熱流により加熱される。そのため、
その点の温度は２つの熱流の合成となるが、熱流は、近
似的に熱プレート上面へ熱源から９０度（１／４周囲）
に伝達すると考えられるので、温度は図１４に示すよう
に一定となる。しかし、熱制御プレートの厚みを厚くす
ると、重量、熱容量が大きくなり応答速度が遅くなる。
また、重量の増加は設備への制約が大きくなり、設備コ
ストの上昇につながる等の問題があった。同様に熱伝導
率の小さいステンレス鋼等を用いた場合も或程度の均一
化は得られるものの、熱抵抗が大きくなりより大きな熱
源が必要となると共に、重量、熱容量が大きくなり熱制
御応答が遅くなるという問題点があった。

【００１０】また、バーイン試験装置で試験するモジュ
ールは、半導体素子の発生熱を排熱し易いように熱伝導
性の優れたアルミニウム合金で筐体が製作されている。
このため熱制御プレートの温度分布の影響をそのまま受
けて、熱制御プレートの温度分布は半導体への負荷温度
に不具合検出に影響を受ける。そのため、熱制御プレー
トの温度分布が不均一では、試験の信頼性が問題とな
る。

【００１１】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、均一な温度分布の熱制御プレートを提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
あり、熱制御プレート４６の垂直断面図を示している。
図１に示すように、複数の熱源４４＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）
が一定のピッチＬで熱制御プレート４６に埋め込まれて
いる。熱源４４＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、プレート上面４
８を加熱するヒータ等である。熱制御プレート４６は、
プレート上面４８の温度分布を均一にするべく、横方向
の熱伝導率と縦方向の熱伝導率が異なるものである。横
方向の熱伝導率と縦方向の熱伝導率が同じであるとき、
上述したように、熱流は、熱プレート上面４８におい
て、近似的に、熱源４４＃ｉとその真上の熱プレート上
面４８の点とを結ぶ直線から左右９０度（１／４周囲）
まで伝達すると考えられるが、横方向の熱伝導率が縦方
向の熱伝導率より大きいときには、横方向により多くの
熱流が伝達される。即ち、９０度よりも広い範囲の熱プ
レート上面４８まで熱流が伝達される。

【００１３】熱制御プレート４６の垂直断面において、
熱源４４＃ｉの真上に位置するプレート上面４８の点と
熱源４４＃ｉからの熱流が伝達される限界の点との間の
距離に対する熱源４４＃ｉとその真上のプレート上面４
８との間の距離の比率は、近似的に横方向の熱伝導率に
対する縦方向の熱伝導率の比率に等しいものと考えられ
る。図１に示すように、プレート上面４４上で温度分布
が図１に均一となるには、近似的に、各熱源４０＃ｉに
ついて、その熱流が伝達される限界の点が隣接熱源４４
＃（ｉ＋１）の真上に点であれば良いといえる。

【００１４】図２は、プレート上面４８の温度分布を説
明するための図であり、熱制御プレート４６の垂直断面
における熱源４８＃１，４８＃２からの熱流によるプレ
ート上面４８の温度分布を示している。図２に示すよう
に、熱源４４＃１について、その熱流が伝達される限界
の点Ｐ２が隣接熱源４４＃２の真上に点であるとする。
点Ｐ１を熱源４４＃１の真上のプレート上面４８の点と
する。Ｑ１をＰ１の温度とする。Ｑ２をＰ２の温度とす
る。線分Ｑ１，Ｐ２は、熱源４４＃１による温度分布、
線分Ｑ２，Ｐ１は、熱源４４＃２による温度分布、線分
Ｐ１，Ｐ２上の任意の点Ｐの温度分布は、Ｐの真上の線
分Ｑ１，Ｐ２及びＱ２，Ｐ１の交点とＰを結ぶ線分Ｔ
１，Ｔ２の合成となる。熱源４４＃１，４４＃２の温度
は同じなので、三角形Ｑ１，Ｐ１，Ｐ２と三角形Ｑ２，
Ｐ２，Ｐ１と合同である。よって、近似的に点Ｐの温度
は一定であるといえる。これが成り立つには、近似的
に、熱源４４＃１とＰ１との距離ｈ、熱源４４＃１と４
４＃２との距離Ｌ、横方向の熱伝導率Ｒh、縦方向の熱
伝導率Ｒvとすると、次式（１）が成り立てば良い。

【００１５】Ｌ／ｈ≒Ｒh／Ｒv ・・・（１）このように、式（１）が成り立つように、平面方向の熱
伝導率Ｒhと垂直方向熱伝導率を有する熱制御プレート
４６を構成することにより、プレート上面４８の温度分
布が近似的に均一となる。熱制御プレート４６は、横方
向と縦方向の熱伝導率の異なる同一の材料により構成し
ても良いし、異なる部材を積層することにより構成して
も良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】第１実施形態図３は、本発明の第１実施形態による熱真空試験装置の
構成図であり、図１１中の構成要素と実質的に同一の構
成要素には同一の符号を附している。図３（ａ）は正面
図、図３（ｂ）は側面図である。図３（ａ）に示すよう
に、熱真空試験装置のチャンバ２内に熱制御プレート５
０が配設されている。熱制御プレート５０は、ヒータ埋
込部５２及び熱伝導率異方性プレート５４から成る。ヒ
ータ埋込部５２に、複数のヒータ１０が一定のピッチで
埋め込まれている。ヒータ１０は、被試験ユニット４を
加熱するための熱源であり、例えば、丸棒ヒータが図３
（ｂ）に示す紙面に垂直に埋め込まれている。

【００１７】ヒータ埋込部５２は、ヒータ１０を埋め込
み支持するためのものであり、ヒータ１０の熱により
溶融しないこと、熱伝導率が高いこと、加工が容易
なこと等の条件を満足するものである。熱伝導異方性プ
レート５４が上記条件を満足する場合は、ヒータ埋込部
５２は熱伝導異方性プレート５４と同じ材料を使用する
ことにより熱伝導率異方性プレート５４と一体的に形成
することができるが、熱伝導率異方性プレート５４をカ
ーボンより構成していることから、ヒータ埋込部５２
は、熱伝導異方性プレート５４の材料と異なる材料、例
えば、アルミニウム合金を使用している。

【００１８】熱伝導率異方性プレート５４は、被試験ユ
ニット４のユニットベース面６の温度分布が均一になる
ようにヒータ１０からの熱流を制御するものであり、水
平方向熱伝導率と垂直方向熱伝導率とが異なる同一の材
料からなるプレートである。上述したように熱制御プレ
ート５０を厚くすると、重量、熱容量が大きくなり、応
答速度が遅くなること、重量の増加は設備への制約が大
きくなることから、ヒータ１０の間隔Ｌと、ヒータ１０
の中心とユニットベース面６との間の距離ｈには、一般
に、Ｌ＞ｈの関係が成り立つ。Ｌ＞ｈの場合、熱制御プ
レートの熱伝導率が横方向と縦方向で等しいとき、上述
した問題点が生じるため、水平方向の熱伝導率が垂直方
向の熱伝導率よりも大きな熱伝導率異方性材料を熱制御
プレート５０の材料とすることにより、ユニットベース
面６の温度分布が均一になるように制御する。

【００１９】熱伝導率異方性プレート５４の材料とし
て、カーボン（グラファイト）繊維が上げられる。カー
ボン繊維の長繊維方向の熱伝導率は、生成方法、燒結密
度（比重：１．４０〜２．２６；黒鉛単結晶）等によっ
て異なるが５０〜６００Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率を得る
ことができるが、繊維を積層した方向の熱伝導率は１５
〜５０Ｗ／ｍ・Ｋ）で、高い異方性比率（３．３〜１
２）を得ることができる。また、軽量であるがために熱
容量が小さく構成できて温度制御速度が速くなる。上記
カーボン繊維の特性より、本実施形態では、熱伝導率異
方性プレート５４の材料としてカーボン繊維を用いてい
る。

【００２０】図４は、カーボンを材料とする熱伝導率異
方性プレート５４の斜視図である。図４に示すように、
長繊維方向をヒータ埋込部５２と熱伝導率異方性プレー
ト５４との界面と平行になるように、複数のカーボン繊
維６０が厚み方向に織られている。カーボン繊維６０を
厚み方向に織ることにより、熱伝導率異方性プレート５
４の横方向の熱伝導率が５０〜６００Ｗ／ｍ・Ｋ、縦方
向の熱伝導率が１５〜５０Ｗ／ｍ・Ｋの高い異方性比率
（３．３〜１２）を得ることができる。

【００２１】熱伝導率異方性プレート５４の厚みｈ、ヒ
ータ１０の間隔Ｌ、熱伝導率異方性プレート５４の水平
方向の熱伝導率Ｒh、垂直方向の熱伝導率Ｒvとすると、
ユニットベース面６の温度分布が略均一になるには、例
えば、ヒータ埋込部５２を薄くすることにより、ヒータ
埋込部５２の影響を無視したとき、式（１）が成り立て
ば良い。尚、ヒータ埋込部５２の影響を考慮する必要が
ある場合、これを考慮した水平方向の熱伝導率Ｒh、垂
直方向の熱伝導率Ｒvとする。

【００２２】ヒータ１０及び熱伝導率異方性プレート５
４の重さの制限より、ｈ，Ｌが与えられているとき、カ
ーボン繊維の生成方法、燒結密度を変えることにより、
（１）式を満足するＲh，Ｒvとなる熱伝導率異方性プレ
ート５４とすることができる。また、Ｒh，Ｒｖが与え
られているとき、（１）式を満足する熱伝導率異方性プ
レート５４の厚みｈとすることができる。尚、カーボン
繊維の比重は、２前後とアルミニウム合金（比重２．
７）と比較し非常に軽いので、厚みｈを最適にするため
に増減することによる重量増加の影響は少ない。

【００２３】また、カーボン繊維に加圧鋳造によりアル
ミ合金等を含浸するグラファイト強化複合金属は、繊維
配向を水平軸とすることにより、前述の如くカーボン繊
維の燒結密度により異なるが、軸方向が５８５Ｗ／ｍ・
Ｋのグラファイト強化複合金属が開発されている。この
複合材は非常に高い異方性比率（１３）を得ることがで
きる。また、この材料もカーボン繊維と同様に熱伝導率
異方性プレートの軽量化が可能である。よって、熱伝導
率異方性プレート５４として、グラファイト強化複合金
属を用いても良い。

【００２４】図５は、ヒータ埋込部５２と熱伝導率異方
性プレート５４の界面５６を示す図である。熱伝導率異
方性プレート５４がヒータ埋込部５２と一体形成されて
いるときは、界面５６が生じることがないので問題がな
いが、そうでないときは、界面５６に空隙が発生して熱
抵抗が大きくなる恐れがある。そこで、図５に示すよう
に、界面５６に空隙の発生を防止するべく、ヒータ埋込
部５２と熱伝導率異方性プレート５４とを熱伝導率の高
いペースト６２により接着している。ペースト６２は、
例えば、シリコーンにアルミニウムパウダとの混合物に
より形成する。

【００２５】冷媒管１４は、外部の冷凍機１２で冷却し
た冷媒がループ状に熱制御プレート５０の下部を循環す
るように配設する。冷媒管１４は、冷媒を流すことによ
りユニットベース面６の温度が所望になるように制御す
るものであるが、ヒータ１０の場合と同様に、ユニット
ベース面６の温度分布が均一になるように、式（１）に
おいて、Ｈの代わりに、冷媒管１４の中心とユニットベ
ース面９との距離、Ｌの代わりに、冷媒管１４間の距離
として、式（１）が成り立つように、冷媒管１４間の距
離を調節する。

【００２６】試験信号がフレキシビリティの小さい導波
管或いは同軸線で高周波ユニットを接続するために、試
験端子のフィードスルーを設けたチャンバー蓋１６と一
体で構成した可動測定器台１８がチャンバー２の外側に
設けられている。チャンバー２の内側は、熱制御プレー
ト５０との接触を少なくしてヒータ１０や冷媒管１２か
らの熱制御プレート５０への熱伝導を効率良く行うため
に、熱制御プレート５０がチャンバー蓋１６からプレー
ト支持部２０によって、片持ち支持されている。このと
き、熱伝導率異方性プレート５４が比重の軽いカーボン
繊維より形成されているので、プレート支持部２０への
過重な負荷とならない。

【００２７】チャンバー蓋１６のフィードスルーを通し
て可動測定台１８により支持された測定器２２と被試験
ユニット６が接続される。チャンバー２内の温度による
被試験ユニット４への影響を防止するべく真空排気系２
４がチャンバー２の外部に設けられている。ヒータ１０
で加熱又は冷媒管１４で冷却し、熱伝導率異方性プレー
ト５４によりユニットベース面９の温度分布が均一にな
るよう熱制御されるので、高周波ユニット等の被試験ユ
ニット４を実稼動環境に近い環境で試験を行うことがで
き、試験の信頼性が向上する。しかも、熱伝導率異方性
プレート５４が軽量であるために熱容量が小さく構成で
きるので、温度制御速度が速くなる。

【００２８】以上説明した第１実施形態によれば、比重
２前後とアルミニウム合金（比重２．７）と比較し非常
に軽く、垂直方向に対して水平方向の熱伝導比が５倍程
度の積層繊維カーボン製プレートを介在することにより
ユニットベース面９の温度分布を±１℃程度に改善する
ことができると共に重量の負荷が問題となることがな
い。

【００２９】第２実施形態図６は、本発明の第２実施形態によるバーイン試験装置
を示す図であり、図１２中の構成要素と実質的に同一の
構成要素には同一の符号を附している。図６（ａ）は正
面図であり、図６（ｂ）は側面図である。バーイン試験
装置は半導体ジャンクション温度の９０％程度の負荷を
動作状態で加え、不良部品を排除する試験装置である。
高周波モジュールバーイン装置は、モジュール３４を加
熱する熱制御プレート７０と、高周波信号をモジュール
３４に供給するＲＦユニット３６と、特性変化を監視す
る信号取り出し部３７等から構成されている。

【００３０】熱制御プレート７０は、ヒータ埋込部７２
と熱伝導率異方性プレート７４より構成されている。ヒ
ータ埋込部７２の上面に熱伝導率異方性プレート７４が
形成されている。熱伝導率異方性プレート７４は、横方
向と縦方向の熱伝導率の異なる熱伝導率異方性材料を熱
制御プレートの材料とすることにより、モジュールベー
ス面７６の温度分布が均一になるように制御する点にお
いて、第１実施形態の熱伝導率異方性プレート５４と同
じである。

【００３１】熱伝導率異方性プレート７４は、第１実施
形態と同様にカーボン繊維、或いはカーボン繊維に加圧
鋳造によりアルミ合金等を含浸するグラファイト強化複
合金属より構成する。ヒータ３２の間隔Ｌ、ヒータ３２
の中心とモジュールベース面７６との距離ｈ、熱伝導率
異方性プレート７４の水平方向の熱伝導率Ｒh、垂直方
向の熱伝導率Ｒvの関係は式（１）と同様である。ヒー
タ埋込部７２と熱伝導率異方性プレート７４は、熱伝導
性の良好なペーストにより接着されることも第１実施形
態と同様である。

【００３２】バーイン試験では、ヒータ３２により熱制
御プレート７０が加熱されるが、温度に制御されてい
る。熱伝導率異方性プレート７４により熱制御プレート
７０の上面の温度分布が均一になるよう熱制御される。
モジュール３４は、半導体素子の発生熱を排熱し易いよ
うに熱伝導性の優れたアルミニウム合金で筐体が製作さ
れている。このため熱制御プレート７０の温度分布の影
響をそのまま受ける。熱制御プレート７０の温度分布は
半導体への負荷温度に不具合検出に影響を受けるが、熱
制御プレート７０の上面の温度分布が均一になるよう熱
制御されるので、不具合検出に影響を及ぼすことを抑制
でき、試験の信頼性が向上する。

【００３３】第３実施形態図７は、本発明の第３実施形態による熱真空試験装置の
構成図であり、図３中の構成要素と実質的に同一の構成
要素には同一の符号を附している。図７（ａ）は正面
図、図７（ｂ）は側面図である。熱伝導率異方性プレー
トは、入手性の優れた単一金属で大きな垂直／水平異方
性熱伝導の部材は少ないが、熱伝導率の大小の部材を積
層し構成することにより熱伝導率異方性プレート８４を
構成する。

【００３４】図８は、図７中の熱伝導率異方性プレート
８４の一般的な構成を示す図である。図８（ａ）は、熱
伝導率異方性プレート８４の断面図である。図８（ｂ）
は、垂直方向の熱抵抗を示す図である。図８（ｃ）は水
平方向の熱抵抗を示す図である。図８（ａ）に示すよう
に、熱伝導率異方性プレート８４が複数の材料９０＃１
〜９０＃ｎが積層・形成されている。熱伝導率異方性プ
レート８２の垂直方向の熱抵抗は、図８（ｂ）に示すよ
うに、材料９０＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の熱抵抗Ｒｉの直列
接続となり、熱抵抗Ｒｉ（ｉ＝１〜ｎ）の和に等しくな
る。一方、熱伝導率異方性プレート８４の水平方向の熱
抵抗は、図８（ｃ）に示すように、材料９０＃ｉ（ｉ＝
１〜ｎ）の熱抵抗Ｒｉの並列接続となる。よって、異種
材料を積層することにより、熱伝導率が異方性の熱伝導
率異方性プレート８４を構成することができる。

【００３５】しかし、異種材料を積層接合する場合に
は、それぞれの材料の熱／機械特性（膨張率、弾性率、
接合断面、厚さ等）の違いにより反りが発生する。熱伝
導率異方性プレート８４が反ると、被試験ユニット４の
ユニットベース面６が熱伝導率異方性プレート８４の面
上に密着せずに、ユニットベース面６と熱伝導率異方性
プレート８４との間に空隙が発生して、ユニットベース
面６の温度分布が均一とならなくなってしまう。そこ
で、熱伝導率異方性プレート８４の反りを防ぐために、
積層部材を構成する際に、熱伝導率異方性プレート８４
の表裏面に同一品種、厚さの部材を配設することによ
り、熱／機械特性により発生する曲げモーメントを、反
対方向の曲げモーメントが相殺して、熱伝導率異方性プ
レート８２の反りを防止することができる。

【００３６】図９は、熱伝導率異方性プレート８４の一
例を示す図である。図９（ａ）は、断面図である。図９
（ｂ）は、曲げモーメントを示す図である。図９（ａ）
に示すように、熱伝導率異方性プレート８４は、３層の
部材１００＃１〜１００＃３が積層されている。１層目
の部材１００＃１と３層目の部材１００＃３は、同一品
種且つ同一厚さである。部材１００＃１〜１００＃３を
積層接合する場合には、それぞれの材料の熱／機械特性
（膨張率、弾性率、接合断面、厚さ等）の違いにより反
りが発生するが、部材１００＃１と部材１００＃３は、
同一品種且つ同一厚さであるので、部材１００＃１と部
材１００＃２の界面１０２に反対方向の曲げモーメント
Ｍ１，Ｍ２が相殺するので、熱伝導率異方性プレート８
４の反りを防止することができる。

【００３７】部材１００＃１〜部材１００＃３を積層し
た熱伝導率異方性プレート８４の垂直方向の熱抵抗は、
上述したように、部材１００＃１〜１００＃３の熱抵抗
の直列和である。一方、水平方向の熱抵抗は、部材１０
０＃１〜１００＃３の熱抵抗並列接続されたものであ
る。従って、部材１００＃１，１００＃３の熱抵抗が部
材１００＃２の熱抵抗に比べて大きいとき、水平方向へ
の熱抵抗は熱抵抗の小さい部材１００＃２に略等しくな
り、垂直方向の熱抵抗は部材１００＃１，１００＃３の
和に略等しくなる。

【００３８】例えば、部材１００＃１，１００＃３をス
テンレスにすると、その熱伝導率は１６Ｗ／ｍ・Ｋ程
度、部材１００＃２を銅にすると、その熱伝導率は３８
５Ｗ／ｍ・Ｋ程度となるので、部材１００＃１〜１００
＃３の厚みを制御することにより、水平方向と垂直方向
の熱抵抗の比率を所望のものにすることができる。よっ
て、式（１）と同様の議論により、熱伝導率異方性プレ
ート８４の上面の温度分布を均一にすることができる。
また、界面５６に空隙の発生を防止するべく、ヒータ埋
込部８２と熱伝導率異方性プレート８４とを熱伝導率の
高いペーストにより接着する。以上説明した第３実施形
態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる上
に、複数の部材を積層することにより、各種熱伝導率異
方性プレートを使用することが可能となる。

【００３９】第４実施形態図１０は、本発明の第４実施形態によるバーイン試験装
置を示す図であり、図６中の構成要素と実質的に同一の
構成要素には同一の符号を附している。図１０（ａ）は
正面図であり、図１０（ｂ）は側面図である。第４実施
形態は、バーイン試験装置の熱伝導率異方性プレート１
１２に第３実施形態で説明した複数の部材を積層するこ
とにより熱伝導率異方性プレートを形成することを適用
したものである。熱伝導率異方性プレート１１２は、複
数の部材を積層することにより、横方向と縦方向の熱伝
導率の異なる熱制御プレートである。以上説明した第４
実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果がある。

【００４０】本発明は以下の付記を含むものである。

【００４１】（付記１）複数の熱源を埋設し、上面に
載置される電子部品の熱制御をする熱制御プレートにお
いて、前記電子部品と前記上面との接触面の温度分布が
均一になるように、平面方向熱伝導率が垂直方向熱伝導
率よりも大きい熱伝導率異方性プレートとしたとを特徴
とする熱制御プレート。

【００４２】（付記２）前記熱源が同一間隔で埋設さ
れており、前記平面方向熱伝導率に対する前記垂直方向
熱伝導率の比率が、熱源と熱制御プレートの上面との間
の距離に対する前記熱源の間隔の比率に等しいことを特
徴とする付記１記載の熱制御プレート。

【００４３】（付記３）前記熱制御プレートは、熱伝
導率の異なる複数の材料が積層されていることを特徴と
する付記１記載の熱制御プレート。

【００４４】（付記４）前記熱制御プレートは、同一
品種且つ同一厚みの第１及び第２材料並びに前記第１及
び第２材料に挟まれた第３材料からなることを特徴とす
る付記３記載の熱制御プレート。

【００４５】（付記５）前記熱制御プレートは、繊維
積層カーボン板を含むことを特徴とする付記１記載の熱
制御プレート。

【００４６】（付記６）前記熱制御プレートは、カー
ボン繊維強化複合金属を含むことを特徴とする付記１記
載の熱制御プレート。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、横方向と
縦方向の熱伝導率の異なる熱伝導率異方性プレートとす
るので、プレート上面の温度分布を均一にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】プレート上面の温度分布を説明するための図で
ある。

【図３】本発明の第１実施形態による熱真空試験装置の
構成図である。

【図４】図３中の熱伝導率異方性プレートを示す図であ
る。

【図５】ヒータ埋込部と熱伝導率異方性プレートの界面
を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態によるバーイン試験装置
の構成図である。

【図７】本発明の第３実施形態による熱真空試験装置の
構成図である。

【図８】図７中の熱伝導率異方性プレートの一般的な構
成図である。

【図９】図７中の熱伝導率異方性プレートの具体的な構
成図である。

【図１０】本発明の第４実施形態によるバーイン試験装
置の構成図である。

【図１１】従来の熱真空試験装置の構成図である。

【図１２】従来のバーイン試験装置の構成図である。

【図１３】従来の問題点を示す図である。

【図１４】従来の問題点を示す図である。

【符号の説明】

４４＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）熱源４６熱制御プレート４８プレート上面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の熱源を埋設し、上面に載置される
電子部品の熱制御をする熱制御プレートにおいて、前記電子部品と前記上面との接触面の温度分布が均一に
なるように、平面方向熱伝導率が垂直方向熱伝導率より
も大きい熱伝導率異方性プレートとしたとを特徴とする
熱制御プレート。
【請求項２】前記熱源が同一間隔で埋設されており、
前記平面方向熱伝導率に対する前記垂直方向熱伝導率の
比率が、前記熱源の間隔に対する熱源と熱制御プレート
の上面との間の距離の比率に等しいことを特徴とする請
求項１記載の熱制御プレート。
【請求項３】前記熱制御プレートは、熱伝導率の異な
る複数の材料が積層されていることを特徴とする請求項
１記載の熱制御プレート。