JP2008267945A - 電子部品の温度試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子を用いた電子部品の温度試験装置において、低温および高温の槽内状態を効率よく作り出すことにより、被試験物の温度上昇、下降時間を短縮する。
【解決手段】電子部品を格納する恒温槽１，２を２個連結し、向かい合う恒温槽１，２の側壁にそれぞれペルチェ素子３，４を設置し、そのペルチェ素子３，４の外側にそれぞれ熱交換ブロック７，８とこの熱交換ブロック７，８の間に、２個の恒温槽１，２間の熱交換量を制御する熱交換制御用ペルチェ素子９を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子部品の温度試験装置に関するもので、特にペルチェ素子を用いた装置において、低温（例えば、−４０℃）と高温（例えば、＋８０℃）の２つの状態を効率よく生成することにより被試験物である電子部品の温度上昇／下降の時間を短縮した装置に係るものである。

従来のペルチェ素子を用いた電子部品の温度試験装置では、ペルチェ素子により直接温度を可変するブロック上に被試験物を設置し、このブロックの温度を制御することにより、被試験物の温度を可変とする技術が示されている（例えば、特許文献１）。

特開平０７−０１４８９０号公報

このような前記特許文献１に示された温度試験装置では、ペルチェ素子の特性から、素子の片面で低温状態を生成するときに、反対側の高温となる面を十分に放熱しないと冷却能力が発揮できないために、ペルチェ素子に相当する電子冷却装置の下面にヒートシンクである大寸法の熱良導性ブロックを設けている。このような大寸法のブロックを設けているため、試験装置が大型化するという問題がある。
また、ペルチェ素子の上面に設けた熱良導性ブロックに被試験物を搭載しているので、被試験物自身の熱抵抗により、被試験物全体の温度が均一になるまでの時間が長くなるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ペルチェ素子を用いて、被試験物を格納する恒温槽内の気体の温度を制御し、低温と高温の二つの状態を効率よく作り出すことを目的としている。

この発明に係る電子部品の温度試験装置は、電子部品を格納する恒温槽を複数個連結して備え、恒温槽が向き合う側壁にはそれぞれにペルチェ素子が設置されているとともに、ペルチェ素子の外側にはそれぞれに熱交換ブロックが設けられており、さらに熱交換ブロックの間には、恒温槽間の熱交換量を制御するための熱交換制御用ペルチェ素子が設けられ、恒温槽および熱交換ブロックに配置された温度センサの信号を受信する制御機器が、ペルチェ素子および熱交換制御用ペルチェ素子を制御することで恒温槽内を所望の温度とするものである。

この発明に係る電子部品の温度試験装置は、電子部品を格納する恒温槽を複数個連結して備え、恒温槽が向き合う側壁にはそれぞれにペルチェ素子が設置されているとともに、ペルチェ素子の外側にはそれぞれに熱交換ブロックが設けられており、さらに熱交換ブロックの間には、恒温槽間の熱交換量を制御するための熱交換制御用ペルチェ素子が設けられ、恒温槽および熱交換ブロックに配置された温度センサの信号を受信する制御機器が、ペルチェ素子および熱交換制御用ペルチェ素子を制御することで恒温槽内を所望の温度とするので、隣接する槽に対して交互に低温と高温の状態を効率よく短時間で作り出すことが可能となり、被試験物を低温から高温、または高温から低温へとする遷移時間を短くし温度試験時間を短縮できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による電子部品の温度試験装置１００を側断面で示す構成図である。周囲を断熱材２２で囲まれて外部との熱の出入りを抑制され、図示省略の被試験物を格納する直方体の恒温槽１，２を、図示省略した例えば台板上に連結配置している。この恒温槽１，２には、それぞれ２つの恒温槽１，２が向き合う側面に各槽の温度を制御するためのペルチェ素子３，４を配置し、そのペルチェ素子３，４の恒温槽内部側には、両端に吸気と排気の双方向ファン２０を取り付けた空気流入出パイプ１９を組み込んだアルミ、もしくは銅などの熱伝導率の良い部材で形成した温度可変ブロック５，６を装着している。ペルチェ素子３，４の外側には、こちらも熱伝導率の良い部材で形成した熱交換ブロック７，８を装着し、この２つの熱交換ブロック７，８の間に、両方の恒温槽１，２間の熱交換の量を制御するための熱交換制御用ペルチェ素子９を配置する。さらに、二つの恒温槽１，２間には槽間で空気を循環させるためにパイプの両端に吸気と排気用の双方向ファン２３と、パイプ両端面に断熱用のフタ２１を取り付けた槽間空気循環用パイプ１０，１１を上下に取り付けている。各恒温槽１，２内には、内部の空気を撹拌するための空気撹拌用ファン１２，１３を取り付け、槽内の空気を撹拌することで温度を均一化する。さらに恒温槽１，２内の温度を計測する温度センサ１４，１５および熱交換ブロック７，８の温度を計測する温度センサ１６，１７を設置し、この温度センサ１４〜１７からの情報に基づき、３つのペルチェ素子３，４，９を制御する制御機器１８から構成されている。前記各ファンは制御機器１８で制御される。

本構成によれば、各恒温槽１，２は、ペルチェ素子３，４を制御することで、温度可変ブロック５，６の温度が可変し、恒温槽１，２内の気体である空気の温度が可変し、同時に空気撹拌用ファン１２，１３で空気を撹拌することで、恒温槽１，２内を均一的に温度制御できるようになる。さらに、制御シーケンスとして、一方の恒温槽を高温状態と低温状態から、他方を低温状態と高温状態へ変化をさせるように運転し、両方の恒温槽１，２の熱の移動を、熱交換制御ペルチェ素子９と槽間空気循環用パイプ１０，１１の双方向ファン２３の運転や、その運転によりフタ２１を開、閉制御することによって、熱交換が効率化でき、温度の可変時間を大幅に短縮しながら、両方の恒温槽１，２内を任意の所望の温度に可変することが実現できる。

図２は実施の形態１の制御機器１８の制御により恒温槽１を低温から高温に、恒温槽２を高温から低温に変化させる場合の、空気の流れと熱の流れを示している。制御方法として、三つのペルチェ素子３，４，９は、恒温槽２から恒温槽１の向きへ熱を移動するように制御され、槽間熱移動３０を引き起こし、さらに、恒温槽上側では温度の高い空気が溜まることを利用して、槽間空気循環用パイプ１０に設けられた吸排気用の双方向ファン２３をＯＮすることで槽間空気循環用パイプ１０のフタ２１を開けて、低温の空気を高温側の槽へ送り込む向きに、槽間低温空気移動３１を作り出し、逆に恒温槽下側では、槽間空気循環用パイプ１１内に設けられた吸排気用の双方向ファン２３をＯＮすることで槽間空気循環用パイプ１１のフタ２１を開けて、高温の空気を低温側の槽へ送り込む向きに、槽間高温空気移動３２を作り出すよう動作させる。また槽１，２内部では、低温の空気を上側（ＬからＵ）へ、高温の空気を下側（ＵからＬ）へ動かすように温度可変ブロック５，６の双方向ファン２０を制御する。両方の槽１，２が目標とする温度に近づくと槽間空気循環用パイプ１０，１１に設けた双方向のファン２３をＯＦＦし、フタ２１を閉めるとともに、熱交換ブロック７，８に取り付けた温度センサ１６，１７の温度を一定にするようペルチェ素子９を制御し、恒温槽１、２の熱交換をバランスさせることで、両方の槽を目標とする温度に制御することを実現している。
尚、本実施形態では２つの恒温槽１，２を左右に配置しているが、上下に配置しても構わない。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２による電子部品の温度試験装置１００を側断面で示す構成図である。図３に示す符号２５〜２７以外は前記図１に示す構成要素と同一であり、この実施の形態２で追加された主要構成品のみ符号を付した。実施の形態１の温度試験装置１００のうち熱交換ブロック７，８、および、熱交換制御用ペルチェ素子９に対し、外部との空気の出入りをカバー２５を取り付け、そのカバー２５内に乾燥空気や窒素エアなどを注入できるカバーダクト２６を取り付けたものである。本構成により、カバーダクト２６を通じて、熱交換ブロック７，８、熱交換制御用ペルチェ素子９により構成される熱交換部を乾燥空気や窒素で充填することが可能となり、低温制御時に熱交換ブロック７，８、および、熱交換制御用ペルチェ素子９が結露することを防止でき、恒温槽１，２を、より低温に設定することが可能となる。また、恒温槽１，２には外部から不活性ガス、例えば窒素ガス等を導入する槽用ダクト２７を設けることにより、パージ用、あるいは電子部品の酸化防止用雰囲気ガスとしてのガス導入が可能となる。

実施の形態３．
次に実施の形態３を図４、図５に基づいて説明する。
前記した実施の形態１で示した恒温槽２は恒温槽１と向き合う一方の側壁にペルチェ素子４や温度可変ブロック６他を設けていたが、この実施の形態３では図４に示すように恒温槽１と向き合う２つの側壁に前記ペルチェ素子４や、温度可変ブロック６、熱交換ブロック７を設けたものである。そして図４の平面図に平面形状が方形の恒温槽２ａに、恒温槽１を２個連結した状態を示す。なお、この恒温槽２ａは、前述した図２の恒温槽２と同様に、高温から低温への温度遷移を行うものとする。また、この図４の恒温槽１は図２の恒温槽１に相当し、低温から高温への温度遷移を行うものとする。
なお、この実施の形態３は、恒温槽１，２の配置について説明するものであり、図１および図３で示した大部分の構成要素の図示を省略している。
図４に示すように、高温→低温遷移の恒温槽２ａを、低温→高温遷移の恒温槽１を２個ではさむよう図示省略の台板上に連結している。温度遷移の動作は図２と同様である。このような構成を採用することで高温→低温への遷移時間を短縮可能となり、電子部品温度試験のスループットが向上する。
また、図５の平面図に示すように、平面形状が方形の４個の恒温槽１ａ，２ｂをそれぞれ２個ずつ用い、直交する２軸が形成する第１〜第４象限に１個ずつ配置し、互いに隣接する象限で連結したものである。そして、図５に示すように、低温→高温遷移の恒温槽１ａ、高温→低温遷移の恒温槽２ｂとなるように動作させることにより、遷移時間の短縮が可能となり温度試験のスループットが向上する。
ここで恒温槽１ａは連結する恒温槽２ｂに向かい合う２つの側壁に、恒温槽２ｂは連結する恒温槽１ａに向かい合う２つの側壁に実施の形態１で示したペルチェ素子、温度可変ブロック、熱交換ブロックを設けたものである。

なお、実施の形態１では恒温槽１，２内は、空気を用いる場合を述べたが、図３に示す槽用ダクト２７から、不活性ガス、例えば窒素ガスを導入して、雰囲気ガスとすると、試験時の被試験物の結露、および、酸化を防止できる。

この発明は、光通信デバイス等の電子部品の温度試験装置に利用可能である。

実施の形態１による電子部品の温度試験装置を示す側断面構成図である。 実施の形態１による電子部品の温度試験装置の動作状態を示す図である。 実施の形態２による電子部品の温度試験装置を示す側断面構成図である。 実施の形態３による電子部品の温度試験装置の平面配置図である。 実施の形態３による電子部品の試験装置の平面配置図である。

符号の説明

１，１ａ，２，２ａ，２ｂ 恒温槽、３，４ 恒温槽温度可変用ペルチェ素子、
５，６ 温度可変ブロック、７，８ 熱交換ブロック、９ 熱交換制御用ペルチェ素子、
１０，１１ 槽間空気循環用パイプ、１２，１３ 空気撹拌用ファン、
１４〜１７ 温度センサ、１８ 制御機器、２０ ファン、２３ 吸排気用ファン、
２５ カバー、２６ カバーダクト、２７ 槽用ダクト、
１００ 電子部品の温度試験装置。

Claims (8)

1. 電子部品の温度試験装置であって、前記電子部品を格納する恒温槽を複数個連結して備え、前記恒温槽が向き合う側壁にはそれぞれにペルチェ素子が設置されているとともに、前記ペルチェ素子の外側にはそれぞれに熱交換ブロックが設けられており、さらに前記熱交換ブロックの間には、前記恒温槽間の熱交換量を制御するための熱交換制御用ペルチェ素子が設けられ、前記恒温槽および熱交換ブロックに配置された温度センサの信号を受信する制御機器が、前記ペルチェ素子および上記熱交換制御用ペルチェ素子を制御することで前記恒温槽内を所望の温度とすることを特徴とする電子部品の温度試験装置。
2. 前記恒温槽が少なくとも３個以上連結して備えられることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
3. 前記恒温槽は平面形状が方形のものを４個備えるとともに、直交する２軸が形成する第１象限〜第４象限にそれぞれ１個ずつ配置されており、隣接する各象限の前記恒温槽が連結されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
4. 前記恒温槽には、槽内に気体撹拌用ファンが設けられ、前記制御機器によって前記ファンがＯＮ／ＯＦＦ制御されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
5. 前記恒温槽の向き合う側壁間には、両端にフタが配置されているとともに吸排気用ファンを有する槽間気体循環用のパイプが設けられ、前記制御機器によって前記ファンがＯＮ／ＯＦＦ制御されるとともに、前記ファンのＯＮ／ＯＦＦにより前記フタが開閉されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
6. 前記ペルチェ素子の内側には、恒温槽の温度可変ブロックが設けられているとともに、前記温度可変ブロックにはファンを有する槽内の気体の流入出用パイプが組み込まれており、前記制御機器によって前記ファンがＯＮ／ＯＦＦ制御されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
7. 前記熱交換ブロックと熱交換制御用ペルチェ素子とを覆うように、前記連結された恒温槽間にはダクト付きのカバーが設けられており、前記ダクトを介して外部から前記カバー内に結露防止用の気体が導入されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の温度試験装置。
8. 前記恒温槽には、外部から不活性ガスが導入される槽用ダクトが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の温度試験装置。

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