JP2012109342A - 基板アセンブリおよび半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングに着脱可能に装着される基板を高効率で冷却し、且つ交換作業を容易にすることを目的とする。
【解決手段】本発明の基板アセンブリ１は、複数の基板２を着脱可能に装着するケーシング３と、ケーシング３に着脱可能に装着され、ケーシング３の両端に形成した開口部８に対向した位置の複数箇所に通風部１５を形成し、一方の通風部１５側から流入し他方の通風部１５側に流出する空気流が流れる箱状の整流ユニット１０と、を備え、ケーシング３の基板２が装着されていない箇所に整流ユニット１０を装着したことを特徴としている。本発明により、高い冷却効率が得られると共に、基板２を交換するときの作業が容易になる。また、基板２を装着したときに近い空気流を形成することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ケーシングに基板を装着して構成した基板アセンブリおよびこの基板アセンブリを適用した半導体試験装置に関するものである。

各種の機能を持つデジタル回路基板或いはアナログ回路基板といった基板をケーシングに複数枚装着して構成した基板アセンブリがある。基板には所定の回路や素子が搭載されており、これらは使用時に発熱をする。基板アセンブリを構成する隣接する基板の間は狭小な空間であることが多く、各基板が発熱することにより、基板およびケーシングの内部空間は高温状態になる。

このため、適宜の冷却手段を用いて冷却を行う。例えば、基板にヒートシンクを搭載し、ケーシングの内部空間から吸風或いは内部空間に向けて送風することで、ヒートシンクから効率的に放熱し、基板を冷却する。この種の技術が特許文献１に開示されている。

図７は従来の基板アセンブリ１０１を示している。基板アセンブリ１０１はケーシング１０２に複数枚の基板１０３を装着して構成している。ケーシング１０２はボックス状のケージであり、基板１０３を並べるようにして装着することが可能になっている。そして、基板１０３はケーシング１０２から脱着することもできるようになっている。図中ではケーシング１０２の全ての箇所に基板１０３を装着している。

基板１０３はこの基板１０３の１方向に延在した細長の放熱フィン１０４を複数搭載して構成しており、また基板１０３が所定の機能を果たすための所定の回路素子を搭載している。放熱フィン１０４は前記の回路素子が発熱することにより高温状態となった熱を放出するために設けたアルミニウムや銅等のヒートシンクである。また、基板１０３には電源を供給するための電源部１０５を設けている。

ケーシング１０２における放熱フィン１０４の延在方向の両端には複数箇所に細長の開口部１０６を形成している。開口部１０６は１枚の基板１０３に対応して例えば２つを設けている。よって、ケーシング１０２の一端側に形成した開口部１０６に対応して他端側の同じ位置に開口部１０６が形成されている。

ケーシング１０２の一端側と他端側とのうち何れかの外部（ここでは、他端側の外部）に図示しない吸風手段を配置する。この吸風手段により一端側（入口側）から他端側（出口側）に向けて空気流が形成される。基板１０３をケーシング１０２に装着したときに、この空気流の流路に放熱フィン１０４が位置している状態になる。よって、この空気流により放熱フィン１０４が冷却され、基板１０３の高い冷却効率が得られる。図８は、基板１０３を装着したときの空気の流れを示している。

ところで、図８に示すように、ケーシング１０２の入口側および出口側には基板１０３を固定保持する基板保持部１０７を複数箇所に形成している。この基板保持部１０７に基板１０３を固定保持させ、或いは取り外すことで、基板１０３を着脱することが可能になる。

基板アセンブリ１０１を構成したときに、全ての基板保持部１０７に基板１０３を保持させるとは限らず、敢えて一部の基板保持部１０７に基板１０３を保持させない場合がある。これは、後に新たな基板１０３を追加することで、基板アセンブリ１０１の機能を自由に拡張・変更することを可能にするためである。よって、ケーシング１０２には空きスペースが形成され、これが図９に示すような広範な空間１０８を形成する。

図９では、ケーシング１０２の両端の２箇所にそれぞれ基板１０３を装着しているが、その内側の箇所は非装着状態としている。従って、ケーシング１０２の中央部分には広範な空間１０８が形成される。１枚の基板１０３に対応して入口側および出口側の４箇所に開口部１０６を形成しているが、基板１０３を非装着状態としている空間１０８に対応する箇所にも開口部１０６が形成されている。

このとき、基板１０３を非装着状態としている箇所の開口部１０６はブランクパネル１０９により閉塞する。ブランクパネル１０９は基板保持部１０７に着脱可能になっており、装着状態のときに開口部１０６を閉塞する。そして、入口側および出口側の２箇所にそれぞれ装着する。これにより、吸風手段の吸風力を基板１０３が設けられている箇所の開口部１０６に集中させ、基板１０３が装着されていない箇所に不要な吸風力を作用させないようにしている。

特開２００３−４６２８７号公報

図１０は図９の上面図を示している。なお、ケーシング１０２の上部側および下部側も閉塞がされるが、図１０は閉塞していない状態の上面図を示している。この図に示すように、基板１０３と基板１０３との間を流れる空気流は狭小な間隔を１方向に流れ、且つ所定の吸風力が作用するため、高い冷却効率が得られる。

一方、空間１０８は広範な空間であるため空気抵抗が低い。このため、空間１０８に面した基板１０３に対応する開口部１０６から流入した空気流は空間１０８に向けて分散する。従って、当該基板１０３に対して作用する空気流の風量が減少するため、基板１０３の冷却効率が低下する。

また、ブランクパネル１０９は開口部１０６を閉塞するために使用される部材であり、基板１０３の１枚に対応する箇所につき入口側と出口側との２箇所に装着しなければならない。基板１０３は装着および脱着の両者を行って交換するが、その度に入口側と出口側との２箇所のブランクパネル１０９を装着および脱着を行わなければならず、交換作業が煩雑になる。

そこで、本発明は、ケーシングに着脱可能に装着される基板を高効率で冷却し、且つ交換作業を容易にすることを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の第１の基板アセンブリは、複数の基板を着脱可能に装着するケーシングと、前記ケーシングに着脱可能に装着され、前記ケーシングの両端に形成した開口部に対向した位置の複数箇所に通風部を形成し、一方の通風部側から流入し他方の通風部側に流出する空気流が流れる箱状の空気流形成部材と、 を備え、前記ケーシングの前記基板が装着されていない箇所に前記空気流形成部材を装着したことを特徴とする。

この基板アセンブリによれば、基板と空気流形成部材との間を狭小な空間とすることができ、高い冷却効率を得ることができる。空気流形成部材には通風部を設けることで、基板間を流れる空気流に近い空気流を形成して、冷却の分布をできる限り偏在しないようにすることができる。また、空気流形成部材を一体の部材として着脱可能に構成したことで、交換作業が容易になる。

本発明の第２の基板アセンブリは、第１の基板アセンブリであって、前記基板にはこの基板を冷却するための細長の放熱フィンを複数配列して形成し、前記通風部の前記放熱フィンの配列方向における長さを、隣接または離間した前記放熱フィンの間の間隔と一致させたことを特徴とする。

この基板アセンブリによれば、通風部の長さを放熱フィン間の間隔と一致させており、基板間を流れる空気流と同等の空気流を形成することができる。これにより、冷却の分布をより均一なものにすることができるようになる。

本発明の第３の基板アセンブリは、第１または第２の基板アセンブリであって前記空気流形成部材を前記ケーシングと電気的に接続したことを特徴とする。

この基板アセンブリによれば、ケーシングと空気流形成部材を電気的に接続することで、空気流形成部材にシールド機能を持たせることができるようになる。

本発明の第４の半導体試験装置は、第１乃至第３の何れか１つに記載の基板アセンブリを備えたことを特徴とする。

この基板アセンブリは半導体試験装置に適用できる。半導体試験装置はデジタル回路基板やアナログ回路基板等を複数搭載して構成するため、前述した基板アセンブリを適用することができる。

本発明は、空気流形成部材をケーシングに装着することにより高い冷却効率を得ることができ、空気流形成部材を一体の部材として着脱可能に構成していることから交換作業の容易性が向上する。空気流形成部材には複数箇所に通風部を設けて空気流が流れるようにしているため、冷却の分布に偏在しないようにすることができる。

基板およびケーシングの斜視図である。 整流ユニットの構成を示す斜視図である。 基板および整流ユニットをケーシングに装着するときの説明図である。 図３の上面図である。 基板と整流ユニットとの関係を説明するための側面図である。 基板と整流ユニットとの他の関係を説明するための側面図である。 従来技術の基板をケーシングに装着したときの斜視図である。 図７の上面図である。 一部の基板を非装着状態としたときのケーシングの斜視図である。 図９の上面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の基板アセンブリ１は、半導体試験装置に適用するものとして説明する。ただし、半導体試験装置以外の装置に適用してもよい。図１に示すように、基板アセンブリ１は複数枚の基板２をケーシング３に着脱可能に構成している。

基板２は種々の機能を持つ回路基板であり、ここではデジタル回路基板（半導体試験装置におけるピンエレクトロニクスカード）やアナログ回路基板（アナログ回路を搭載した基板）等を適用している。勿論、他の種類の基板を基板２として適用してもよい。基板２はＸ方向（長手方向）に延在した細長の放熱フィン４をＺ方向（短手方向：放熱フィン４の配列方向）に複数配列して構成している。また、基板２には電源を供給するための電源部５を搭載して構成している。

また、基板２には所定の機能を果たすためのデジタル回路やアナログ回路等の回路素子が搭載されており、使用時には発熱をする。放熱フィン４はアルミニウムや銅等といった熱伝導性が高い金属材料であり、基板２から突出するように設けられている。これにより、広範な放熱面積を確保して、放熱効率を向上させている。放熱フィン４および電源部５は基板２のＸ方向における両端にまで搭載するのではなく、その両端に所定の露出部分を確保している。この露出部分がケーシング３に保持される被保持部６を形成する。

ケーシング３はボックス形状をしており、複数枚の基板２を着脱可能に構成している。基板２はケーシング３のＹ方向（基板配列方向）に並べて装着されるようになっている。ケーシング３のＸ方向の両端の面（ＹＺ平面）には複数箇所に基板保持部７が設けられている。

基板保持部７は基板２の厚み分を挟持するようになっており、この基板保持部７に基板２の被保持部６を挿入することにより基板２がケーシング３に装着された状態になる。また、基板保持部７から基板２をＺ方向に抜去することにより基板２がケーシング３から脱着された状態とすることができる。

隣接する基板保持部７の間には開口部８を形成している。図１ではＺ方向に分割しているが、分割しないものであってもよい。開口部８はケーシング３の内部空間と外部空間とを連通しており、基板２をケーシング３に装着したときに、基板２に搭載された放熱フィン４の端部は開口部８に対向するようにしている。

図２は空気流形成部材としての整流ユニット１０を示している。整流ユニット１０は２つの同一構成の整流部材１１Ａ、１１Ｂを表裏で一体化して構成している。整流部材１１Ａと１１Ｂとの一体化はネジ止めや溶接等の任意の手段を用いてよい。ここでは、ネジ止めにより整流部材１１Ａと１１Ｂとを一体化しているものとする。

整流部材１１Ａ、１１Ｂ（以下、整流部材１１）はそれぞれ平板状のベース板１２Ａ、１２Ｂ（以下、ベース板１２）とカバー部材１３Ａ、１３Ｂ（以下、カバー部材１３）とを備えている。整流部材１１は板金加工等により箱状に形成する。ベース板１２はカバー部材１３とＺ方向（Ｚ方向）において同じ長さに構成しており（ベース板１２の方を長く構成してもよい）、Ｘ方向（Ｘ方向）においてベース板１２の方を長く構成している。

そして、Ｘ方向においてカバー部材１３とベース板１２との中央位置を一致させるようにする。これにより、ベース板１２のＸ方向の両端にベース板１２が露出している部位（カバー部材１３が設けられていない部位）が形成される。この露出している部位が基板保持部７に保持される被保持部１４Ａ、１４Ｂ（以下、被保持部１４）を構成する。

２枚のベース板１２は接合されるが、この２枚のベース板１２の厚みの合計が基板２の厚みと一致させるようにして構成する。これにより、ベース板１２の両端に形成された被保持部１４はケーシング３の基板保持部７に挿入および抜去される。よって、整流ユニット１０をケーシング３に装着および脱着することが可能になる。

カバー部材１３とベース板１２との間は隙間が生じないように一体的に構成する。よって、カバー部材１３を取り付けることにより、整流部材１１には密閉的な空間が形成される。そして、カバー部材１３のＸ方向における両端の複数箇所に通風部１５を設ける。各通風部１５はカバー部材１３の両端のＺ方向の複数箇所を開口することで形成される。これにより、整流部材１１の内部の密閉された空間が外部と連通する。また、カバー部材１３の一端側に設けられる通風部１５と他端側に設けられる通風部１５とはＺ方向において同じ位置に設けるようにする。

図３はケーシング３のＹ方向両端のそれぞれ２箇所に基板２を装着（合計４枚の基板２を装着した状態）し、その内側に整流ユニット１０を装着する状態を示している。この図に示すように、Ｚ方向から基板２および整流ユニット１０をケーシング３に装着する。そして、基板２が装着されていない基板保持部７の箇所に全て整流ユニット１０を装着する。

ケーシング３の両端の面には開口部８が形成されている。一端の面の外部側から図示しない吸風手段により吸風力を作用させる。これにより、開口部８から吸風力が作用し、開口部８から開口部８に向けて流れる空気流が形成される。従って、ケーシング３の一端の面（開口部８が形成されている面）が入口側を構成し、他端の面（開口部８が形成されている面）が出口側を構成する。そして、入口側から出口側に向けて空気流が形成される。

ケーシング３の内部に装着された４枚の基板２には放熱フィン４が搭載されており、吸風手段により形成された空気流により放熱フィン４が冷却される。これにより、基板２の搭載されているデジタル回路やアナログ回路等の回路素子が冷却される。なお、放熱フィン４の冷却には吸風力を用いているが、入口側から出口側に向けて強制的に送風するものであってもよい。

ケーシング３に装着されている４枚の基板２のうち内側の基板２については、一面側が基板２に隣接しているが、反対面側には基板２と隣接していない。ただし、その位置に整流ユニット１０が装着されている。整流ユニット１０は箱状のカバー部材１３を有して構成しており、基板２とカバー部材１３との間に狭小な空間を形成する。よって、基板２を装着したときと同じく、整流ユニット１０を基板２が装着される部位に装着することで、空気流がケーシング３の内部に分散されることを抑制できる。このため、基板２に対して所定の空気流を作用させることができ、高い冷却効率を得ることができる。

図４は、図３の上面図を示している。ただし、ケーシング３の上面（ＸＹ平面）および下面（同じくＸＹ平面）は、実際は閉塞されている。この図に示すように、隣接する基板２の間に流れる空気流は狭小な空間を流れるため分散をすることなく、所定の空気流が流れる。これにより、基板２の放熱フィン４の冷却効率が向上する。

また、内側の基板２に隣接する基板保持部７には整流ユニット１０を装着しており、基板２とカバー部材１３との間は狭小な空間を形成する。これにより、空気流が分散することなく、放熱フィン４に高い冷却効率を作用させることができる。しかも、一体化した整流ユニット１０を基板保持部７に挿抜するだけで、着脱可能になる。これにより、入口側と出口側との２箇所にそれぞれブランクパネルを装着する必要がなく、整流ユニット１０を交換するときにも、その着脱作業が簡単になる。且つ、整流ユニット１０は箱状のカバー部材１３とベース板１２とにより構成することができるため、単純な板金加工により構成することが可能になる。

整流ユニット１０はベース板１２とカバー部材１３とにより箱状になり、狭小な内部空間が形成される。そして、カバー部材１３には複数の通風部１５を形成している。通風部１５を形成する方向を放熱フィン４の配列方向（Ｙ方向）とすることで、隣接する基板２の間に流れる空気流と通風部１５から整流ユニット１０の内部を流れる空気流との風量分布を近づけることができるようになる。

次に、図５および図６を用いて、通風部１５の配置態様について説明する。基板２および整流ユニット１０はケーシング３に装着されて固定的に保持される。ケーシング３に装着したときの基板２および整流ユニット１０を図５および図６に示している。図５は基板２の隣接した放熱フィン４の間の間隔（Ｌ１）と整流ユニット１０の通風部のＺ方向の長さ（Ｌ１）とを一致させたものになる。図６は基板２の離間した（間に３つの放熱フィン４を挟んだ）放熱フィン４の間の間隔（Ｌ２）と整流ユニット１０の通風部のＺ方向の長さ（Ｌ２）とを一致させたものになる。

まず、図５について説明する。基板２については、ケーシング３に作用させた吸風力により放熱フィン４と放熱フィン４との間の空間２１を空気流が流れるようになる。整流ユニット１０については、ケーシング３に作用させた吸風力により複数の通風部１５から空気流が整流ユニット１０の内部に空気が流入して、通風部１５から空気が流出する。

図５の例では、１つの空間２１と１つの通風部１５とを対応させるようにしている。つまり、ケーシング３に装着したときに、Ｚ方向において空間２１と通風部１５とが同じ位置となるように通風部１５をカバー部材１３に形成する。換言すれば、Ｚ方向において放熱フィン４が位置する箇所に通風部１５と通風部１５との間の部位（空気流を遮断する遮風部１６）を位置させるようにカバー部材１３を形成する。且つ、Ｚ方向における長さが一致している。

これにより、基板２と整流ユニット１０とに流れる空気流をほぼ均一にすることができる。つまり、空気流の分布に偏在がなくなりほぼ一様な空気流がケーシング３の内部に作用する。よって、冷却効率に偏りのない均一な冷却を行うことができるようになる。

図５は空間２１と通風部１５とを１対１に対応させたものになるが、放熱フィン４の断面は狭小になっており、空間２１の断面も狭小になる。よって、カバー部材１３に微小な通風部１５を多数箇所に形成しなければならなくなる。整流ユニット１０は単純な板金加工によって生成することができるが、この場合には通風部１５を開口させるための加工が煩雑になる。

そこで、１つの通風部１５に複数の空間２１を対応させたものが図６になる。この図に示すように、通風部１５のＺ方向の長さ（Ｌ２）は前記のＬ１よりも長く構成している。そして、間に２つの空間２１を挟んで離間した放熱フィン４と放熱フィン４との間の間隔（Ｌ２）と一致するように通風部１５の長さを構成している。

これにより、基板２と整流ユニット１０とに作用する空気流の分布を近づけることができる。そして、通風部１５は図５の場合と比べて広い開口とし、且つ形成する個数が少なくなることから、加工性が容易になる。

なお、図５および図６に示すように、放熱フィン４のＹ方向における幅（Ｌ３）と通風部１５のＹ方向における幅（Ｌ３）とを一致させている。基板２とほぼ等しい空気流を整流ユニット１０に作用させるためには、Ｙ方向における幅も等しくすることが望ましい。ただし、厳格に一致させなくても、擬似的に均一化することは可能になる。

また、整流ユニット１０にシールド機能を持たせることもできる。ケーシング３を金属素材で構成し、且つ基板保持部７との間にガスケットを設ければ、整流ユニット１０とケーシング３との間が電気的に接続される。前述したように、基板２としてはデジタル回路基板やアナログ回路基板等を適用できるが、デジタル回路基板はノイズを発生する。このノイズがアナログ回路基板に作用して、影響を及ぼすおそれがある。

そこで、デジタル回路基板とアナログ回路基板との間にケーシング３に電気的に接続された整流ユニット１０を装着する。整流ユニット１０はノイズを遮断するシールド機能を発揮するため、デジタル回路基板が発生したノイズをアナログ回路基板に作用させないように遮断することができるようになる。

１ 基板アセンブリ
２ 基板
３ ケーシング
４ 放熱フィン
５ 電源部
６ 被保持部
７ 基板保持部
８ 開口部
１０ 整流ユニット
１１ 整流部材
１１ ベース部材
１２ ベース板
１３ カバー部材
１４ 被保持部
１５ 通風部

Claims (4)

1. 複数の基板を着脱可能に装着するケーシングと、
   前記ケーシングに着脱可能に装着され、前記ケーシングの両端に形成した開口部に対向した位置の複数箇所に通風部を形成し、一方の通風部側から流入し他方の通風部側に流出する空気流が流れる箱状の空気流形成部材と、
   を備え、
   前記ケーシングの前記基板が装着されていない箇所に前記空気流形成部材を装着したこと
   を特徴とする基板アセンブリ。
2. 前記基板にはこの基板を冷却するための細長の放熱フィンを複数配列して形成し、
   前記通風部の前記放熱フィンの配列方向における長さを、隣接または離間した前記放熱フィンの間の間隔と一致させたこと
   を特徴とする請求項１記載の基板アセンブリ。
3. 前記空気流形成部材を前記ケーシングと電気的に接続したこと
   を特徴とする請求項１または２記載の基板アセンブリ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の基板アセンブリを備えたこと
   を特徴とする半導体試験装置。

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