JP2015501935A - 高温加熱システム - Google Patents
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Abstract
Description
この特許出願は、2011年11月28日に出願された、発明の名称“HIGH TEMPERATURE MICROSAMPLE HEATING SYSTEM,”の米国仮特許出願シリアル番号61/564,188号について、優先権の利益を主張し、この特許出願の全体は、参照文献として、ここに組み込まれる。
本発明は、米国空軍によって許可された、(FA8650-11-M-5178)の下における政府のサポートによってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
本文書は、一般に、ミクロン以下のスケールにおけるサンプルの機械的テストと加熱に関するが、これには限定されない。
例1は、ミクロン以下のスケールでのテストに用いられるテストアセンブリのような主題を含むことができ、テストシステムは、サンプルとプローブを加熱するように構成された加熱システムを含み、加熱システムは、ステージ平面と、ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子とを有するステージヒータを含み、ステージヒータは、ステージ平面上に配置されたサンプルを加熱するように構成されており、ステージ平面と結合するサンプルをテストするように構成されたプローブと結合するプローブ加熱素子を有するプローブヒータを含み、プローブヒータは、プローブを加熱するように構成されており、ステージヒータと結合したステージと、プローブヒータと結合するトランスデューサアセンブリとを含む。
(付記1)
ミクロン以下のスケールでテストを行うのに使用されるテストアセンブリであって、
サンプルとプローブを加熱するように構成された加熱システムを備え、前記加熱システムは、
ステージ平面と、前記ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子とを有し、前記ステージ平面上に配置されたサンプルを加熱するように構成されたステージヒータと、
前記ステージ平面と結合した前記サンプルをテストするように構成されたプローブに結合されたプローブ加熱素子を有し、前記プローブを加熱するように構成されたプローブヒータと、
前記ステージヒータと結合したステージと、
前記プローブヒータと結合したトランスデューサアセンブリと、を含むことを特徴とするテストアセンブリ。
(付記2)
装置と結合するように構成されたテストアセンブリプラットフォームを備え、前記ステージと前記トランスデューサアセンブリは、前記テストアセンブリプラットフォームに結合されていることを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記3)
前記ステージは、複数自由度に従って、前記ステージ平面を移動させるように構成された複数自由度ステージであることを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記4)
前記複数自由度ステージは、回転あるいは傾きステージの少なくとも1つを含み、前記ステージヒータは、前記回転あるいは傾きステージの1つに結合していることを特徴とする付記3に記載のテストアセンブリ。
(付記5)
トランスデューサアセンブリは、
トランスデューサインタフェースプロファイルを有する湾曲アクチュエータと、
アクチュエータインタフェースプロファイルを有するトランスデューサとを含み、前記トランスデューサは、前記トランスデューサとアクチュエータインタフェースプロファイルにおいて、前記湾曲アクチュエータに、取り外し可能に結合される、ことを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記6)
前記ステージヒータは、前記ステージ加熱素子に沿って広がる検出素子を含む、ことを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記7)
前記ステージアダプタをステージアセンブリと結合するように構成されたステージアセンブリ結合フィーチャと、
前記ステージヒータを前記ステージアダプタと結合するように構成されたステージヒータ結合フィーチャとを含み、前記ステージヒータ結合フィーチャは、前記ステージヒータの前記ステージ平面から奥まっている、
ステージアダプタを備える
ことを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記8)
前記ステージヒータ結合フィーチャは、圧縮テスト構成において、前記ステージ平面を、前記プローブに直交するように方向付けることを特徴とする付記7に記載のテストアセンブリ。
(付記9)
前記ステージヒータ結合フィーチャは、引っ張りテスト構成において、前記ステージ平面を、前記プローブに平行になるように方向付けることを特徴とする付記7に記載のテストアセンブリ。
(付記10)
前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと、前記ステージ平面を覆うことを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記11)
前記ステージヒータは、
前記ステージ平面の対向する側の2以上の支持マウントと、
前記ステージ平面から、前記2以上の支持マウントの第1のマウントへ広がる第1のブリッジと、
前記ステージ平面から、前記2以上の支持マウントの第2のマウントへ広がる第2のブリッジと、を含むことを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記12)
前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、前記2以上の支持マウント、及び、前記第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれる、ことを特徴とする付記11に記載のテストアセンブリ。
(付記13)
前記ステージ平面は、400℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記14)
前記ステージ平面は、1100℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記15)
前記ステージヒータと前記プローブヒータと結合するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ステージヒータと前記プローブヒータの加熱を制御するように構成されていることを特徴とする付記1に記載のテストアセンブリ。
(付記16)
ミクロン以下のスケールでテストするのに使うための加熱システムであって、
ステージ平面と、
前記ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子と、
前記ステージ平面の対向する側の2以上の支持マウントと、
前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントの第1のマウントへ広がる第1のブリッジと、
前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントの第2のマウントへ広がる第2のブリッジと、
を含むステージヒータを備えることを特徴とする加熱システム。
(付記17)
前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、ステージ加熱素子、前記2以上の支持マウント及び前記第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記18)
前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと、前記ステージ平面を覆うことを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記19)
前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと広がる蛇状に、前記ステージ平面に渡って分布されていることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記20)
前記ステージヒータは、前記ステージ加熱素子と共に配置される温度検出素子を含むことを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記21)
前記2以上の支持マウントは、前記第1と第2のブリッジによって、前記ステージ平面から横方向に隙間をあけて配置されており、前記第1と第2のブリッジは、熱伝達の方向に、前記ステージ平面あるいは、前記2以上の支持マウントのいずれかの断面積より小さい、前記2以上の支持マウントに向かう熱伝達の方向に直交する断面における断面積を有することを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記22)
前記第1と第2のブリッジの少なくとも1つは、複数のブリッジと、前記複数のブリッジの前記ブリッジの間に配置された空隙とを含み、前記複数のブリッジは、前記2以上の支持マウントから、前記ステージ平面への3点以上の支持を提供することを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記23)
前記ステージ平面は、400℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記24)
前記ステージ平面は、1100℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記25)
前記2以上の支持マウントは、前記ステージ平面が少なくとも1100℃の温度の間、150℃より低い温度であるように構成されていることを特徴とする付記24に記載の加熱システム。
(付記26)
ステージアダプタを備え、前記ステージアダプタは、
アダプタ体と、
前記アダプタ体と結合され、前記ステージアダプタをステージアセンブリに結合するように構成されたステージアセンブリ結合フィーチャと、
前記アダプタ体と結合され、前記ステージヒータを前記ステージアダプタに結合するように構成されたステージヒータ結合フィーチャと、を含むことを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記27)
サンプルを前記サンプル平面上に固定するように構成されたサンプル固定フィーチャを備えることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記28)
少なくとも前記ステージ加熱素子は、パッシベーションレイヤによってコーティングされていることを特徴とする付記16に記載の加熱システム。
(付記29)
ミクロン以下のスケールで、テストアセンブリでサンプルをテストする方法であって、
ステージヒータ上のサンプルを加熱することを含み、前記サンプルを加熱することは、ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子で、前記ステージ平面を加熱することを含み、前記ステージ平面は、前記サンプルと結合され、
プローブヒータで、プローブを加熱することを含み、前記プローブヒータは、前記プローブと結合され、
前記加熱されたプローブを前記加熱されたサンプルと結合することによって、前記サンプルをテストすることを備える、ことを特徴とする方法。
(付記30)
前記サンプルを加熱することは、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと広がる前記ステージ加熱素子で、前記ステージ平面を加熱することを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記31)
前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面に渡って分布される前記ステージ加熱素子に従って、前記ステージ平面の全体に渡って熱を分布させることを含む、ことを特徴とする付記30に記載の方法。
(付記32)
前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、400℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記33)
前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、1100℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記34)
前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、2以上の支持マウントが、150℃以下の温度に受動的に加熱される間、1100℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記35)
前記ステージ平面から、前記ステージ平面の対向する側に配置された2以上の支持マウントへの熱伝達を抑制することを備え、前記2以上の支持マウントは、前記ステージ平面から横方向に隙間をあけて配置されていることを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記36)
前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントへの熱伝達を抑制することは、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの1つとの間に広がる第1のブリッジを介した熱伝達を抑制し、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの他方との間に広がる第2のブリッジを介した熱伝達を抑制することを含む、ことを特徴とする付記35に記載の方法。
(付記37)
前記ステージヒータをステージに搭載することを備え、前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、2以上の支持マウント及び、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの間に広がる第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれる、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記38)
前記サンプルと前記プローブの加熱を、テストの前に実質的に同じ温度に制御することを備える、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記39)
テストすることは、前記加熱されたプローブで、前記サンプルの、インデンテーションテストあるいは引っかきテストの1以上を行なうことを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記40)
テストすることは、前記加熱されたプローブで、前記サンプルの、圧縮テストあるいは引っ張りテストの1以上を行なうことを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記41)
テストすることは、前記サンプルの複数の位置で機械的にテストすることを含み、前記複数の位置は、前記サンプル平面に渡って広がっていることを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記42)
前記サンプルを、前記プローブに対し、前記ステージヒータと前記サンプルに結合するステージで方向付けることを備える、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
(付記43)
前記サンプルを前記プローブに対して方向付けることは、2以上の自由度で、前記サンプルを移動することを含む、ことを特徴とする付記42に記載の方法。
(付記44)
前記サンプルを前記プローブに対して方向付けることは、前記サンプルの回転あるいは傾きを含む1以上の自由度で、前記サンプルを移動することを含む、ことを特徴とする付記42に記載の方法。
(付記45)
テストすることは、前記サンプルと電気的に繋がる2以上の電気的コンタクトで、前記サンプルを電気的にテストすることを含む、ことを特徴とする付記29に記載の方法。
Claims (45)
- ミクロン以下のスケールでテストを行うのに使用されるテストアセンブリであって、
サンプルとプローブを加熱するように構成された加熱システムを備え、前記加熱システムは、
ステージ平面と、前記ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子とを有し、前記ステージ平面上に配置されたサンプルを加熱するように構成されたステージヒータと、
前記ステージ平面と結合した前記サンプルをテストするように構成されたプローブに結合されたプローブ加熱素子を有し、前記プローブを加熱するように構成されたプローブヒータと、
前記ステージヒータと結合したステージと、
前記プローブヒータと結合したトランスデューサアセンブリと、を含むことを特徴とするテストアセンブリ。 - 装置と結合するように構成されたテストアセンブリプラットフォームを備え、前記ステージと前記トランスデューサアセンブリは、前記テストアセンブリプラットフォームに結合されていることを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージは、複数自由度に従って、前記ステージ平面を移動させるように構成された複数自由度ステージであることを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記複数自由度ステージは、回転あるいは傾きステージの少なくとも1つを含み、前記ステージヒータは、前記回転あるいは傾きステージの1つに結合していることを特徴とする請求項3に記載のテストアセンブリ。
- トランスデューサアセンブリは、
トランスデューサインタフェースプロファイルを有する湾曲アクチュエータと、
アクチュエータインタフェースプロファイルを有するトランスデューサとを含み、前記トランスデューサは、前記トランスデューサとアクチュエータインタフェースプロファイルにおいて、前記湾曲アクチュエータに、取り外し可能に結合される、ことを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。 - 前記ステージヒータは、前記ステージ加熱素子に沿って広がる検出素子を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージアダプタをステージアセンブリと結合するように構成されたステージアセンブリ結合フィーチャと、
前記ステージヒータを前記ステージアダプタと結合するように構成されたステージヒータ結合フィーチャとを含み、前記ステージヒータ結合フィーチャは、前記ステージヒータの前記ステージ平面から奥まっている、
ステージアダプタを備える
ことを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。 - 前記ステージヒータ結合フィーチャは、圧縮テスト構成において、前記ステージ平面を、前記プローブに直交するように方向付けることを特徴とする請求項7に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージヒータ結合フィーチャは、引っ張りテスト構成において、前記ステージ平面を、前記プローブに平行になるように方向付けることを特徴とする請求項7に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと、前記ステージ平面を覆うことを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージヒータは、
前記ステージ平面の対向する側の2以上の支持マウントと、
前記ステージ平面から、前記2以上の支持マウントの第1のマウントへ広がる第1のブリッジと、
前記ステージ平面から、前記2以上の支持マウントの第2のマウントへ広がる第2のブリッジと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。 - 前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、前記2以上の支持マウント、及び、前記第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれる、ことを特徴とする請求項11に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージ平面は、400℃より高い温度に届くように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージ平面は、1100℃より高い温度に届くように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- 前記ステージヒータと前記プローブヒータと結合するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ステージヒータと前記プローブヒータの加熱を制御するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のテストアセンブリ。
- ミクロン以下のスケールでテストするのに使うための加熱システムであって、
ステージ平面と、
前記ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子と、
前記ステージ平面の対向する側の2以上の支持マウントと、
前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントの第1のマウントへ広がる第1のブリッジと、
前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントの第2のマウントへ広がる第2のブリッジと、
を含むステージヒータを備えることを特徴とする加熱システム。 - 前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、ステージ加熱素子、前記2以上の支持マウント、及び、前記第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと、前記ステージ平面を覆うことを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記ステージ加熱素子は、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと広がる蛇状に、前記ステージ平面に渡って分布されていることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記ステージヒータは、前記ステージ加熱素子と共に配置される温度検出素子を含むことを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記2以上の支持マウントは、前記第1と第2のブリッジによって、前記ステージ平面から横方向に隙間をあけて配置されており、前記第1と第2のブリッジは、熱伝達の方向に、前記ステージ平面あるいは、前記2以上の支持マウントのいずれかの断面積より小さい、前記2以上の支持マウントに向かう熱伝達の方向に直交する断面における断面積を有することを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記第1と第2のブリッジの少なくとも1つは、複数のブリッジと、前記複数のブリッジの前記ブリッジの間に配置された空隙とを含み、前記複数のブリッジは、前記2以上の支持マウントから、前記ステージ平面への3点以上の支持を提供することを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記ステージ平面は、400℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記ステージ平面は、1100℃より高い温度に達するように構成されていることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 前記2以上の支持マウントは、前記ステージ平面が少なくとも1100℃の温度の間、150℃より低い温度であるように構成されていることを特徴とする請求項24に記載の加熱システム。
- ステージアダプタを備え、前記ステージアダプタは、
アダプタ体と、
前記アダプタ体と結合され、前記ステージアダプタをステージアセンブリに結合するように構成されたステージアセンブリ結合フィーチャと、
前記アダプタ体と結合され、前記ステージヒータを前記ステージアダプタに結合するように構成されたステージヒータ結合フィーチャと、を含むことを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。 - サンプルを前記サンプル平面上に固定するように構成されたサンプル固定フィーチャを備えることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- 少なくとも前記ステージ加熱素子は、パッシベーションレイヤによってコーティングされていることを特徴とする請求項16に記載の加熱システム。
- ミクロン以下のスケールで、テストアセンブリでサンプルをテストする方法であって、
ステージヒータ上のサンプルを加熱することを含み、前記サンプルを加熱することは、ステージ平面に渡って分布されたステージ加熱素子で、前記ステージ平面を加熱することを含み、前記ステージ平面は、前記サンプルと結合され、
プローブヒータで、プローブを加熱することを含み、前記プローブヒータは、前記プローブと結合され、
前記加熱されたプローブを前記加熱されたサンプルと結合することによって、前記サンプルをテストすることを備える、ことを特徴とする方法。 - 前記サンプルを加熱することは、第1のステージ平面エッジから第2のステージ平面エッジへと、及び、第1のステージ平面端から第2のステージ平面端へと広がる前記ステージ加熱素子で、前記ステージ平面を加熱することを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面に渡って分布される前記ステージ加熱素子に従って、前記ステージ平面の全体に渡って熱を分布させることを含む、ことを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、400℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、1100℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルを加熱することは、前記ステージ平面を、2以上の支持マウントが、150℃以下の温度に受動的に加熱される間、1100℃より高い温度に加熱することを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記ステージ平面から、前記ステージ平面の対向する側に配置された2以上の支持マウントへの熱伝達を抑制することを備え、前記2以上の支持マウントは、前記ステージ平面から横方向に隙間をあけて配置されていることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記ステージ平面から前記2以上の支持マウントへの熱伝達を抑制することは、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの1つとの間に広がる第1のブリッジを介した熱伝達を抑制し、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの他方との間に広がる第2のブリッジを介した熱伝達を抑制することを含む、ことを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記ステージヒータをステージに搭載することを備え、前記ステージヒータは、ヒータ体パネルを含み、前記ステージ平面、2以上の支持マウント及び、前記ステージ平面と前記2以上の支持マウントの間に広がる第1と第2のブリッジは、前記ヒータ体パネルに含まれる、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルと前記プローブの加熱を、テストの前に実質的に同じ温度に制御することを備える、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- テストすることは、前記加熱されたプローブで、前記サンプルの、インデンテーションテストあるいは引っかきテストの1以上を行なうことを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- テストすることは、前記加熱されたプローブで、前記サンプルの、圧縮テストあるいは引っ張りテストの1以上を行なうことを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- テストすることは、前記サンプルの複数の位置で機械的にテストすることを含み、前記複数の位置は、前記サンプル平面に渡って広がっていることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルを、前記プローブに対し、前記ステージヒータと前記サンプルに結合するステージで方向付けることを備える、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記サンプルを前記プローブに対して方向付けることは、2以上の自由度で、前記サンプルを移動することを含む、ことを特徴とする請求項42に記載の方法。
- 前記サンプルを前記プローブに対して方向付けることは、前記サンプルの回転あるいは傾きを含む1以上の自由度で、前記サンプルを移動することを含む、ことを特徴とする請求項42に記載の方法。
- テストすることは、前記サンプルと電気的に繋がる2以上の電気的コンタクトで、前記サンプルを電気的にテストすることを含む、ことを特徴とする請求項29に記載の方法。
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