JP4797275B2 - 電子部品の加熱冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品の加熱冷却装置に関し、特に、電子部品に対し製品として温度環境試験を行うための電子部品の加熱冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、製品として温度環境試験を行うために、任意の温度環境を形成する電子部品の加熱冷却装置が知られている。温度環境試験は、半導体精密電子部品等の使用環境温度を保証する目的で行われ、任意に形成した温度環境の下で製品の性能を検査し、製品の良・不良を判別する。この温度環境試験は、恒温槽を使用し、恒温槽内のトレー等に電子部品をセットして行われていた。
【0003】
図3は、従来の温度環境試験に使用される恒温槽の概略構成を示す断面図である。図3に示すように、恒温槽1は、上面に乾燥空気Gの取り入れ口2を有する密閉型の容器からなり、槽内に立て配置された複数のトレー3のそれぞれに、電子部品4が上下方向に並べられている。
【0004】
恒温槽1を代表とする温度環境設定装置の中でも、ペルチェサーモモジュールを代表とする熱電素子を用いた温度環境設定装置は、設定温度到達時間が早く、また加熱冷却媒体である熱電素子自体の形状が小さいため、極めて生産性が高く省スペース化を進めた設計が可能になる。
【0005】
このような熱電素子を用いた温度環境設定装置として、例えば、特開平7−14890号公報に開示された、電子部品の環境試験用温度設定装置およびこれを用いた電子部品の環境試験装置ならびに方法が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平7−14890号公報に開示された電子部品の環境試験用温度設定装置のような設計であると、低温度環境下(冷却時)においては電子部品の表面に結露が発生するため、温度設定及び温度測定の妨げとなってしまう。
【0007】
この発明の目的は、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない電子部品の加熱冷却装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る電子部品の加熱冷却装置は、加熱冷却対象の電子部品が接触状態に載置され、前記電子部品に熱を伝える熱伝導ブロックと、前記熱伝導ブロックが接触状態に載置され、前記熱伝導ブロックを介して前記電子部品を加熱・冷却する熱電素子と、前記熱電素子が接触状態に載置され、前記熱電素子からの放熱を行うフィンと、前記熱伝導ブロック及び前記熱電素子を内包するように前記フィンの上方を覆い、前記電子部品を外気から隔離するカバーと、前記カバーの内部空間に、前記電子部品及び前記熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体を供給するエアドライヤとを有することを特徴としている。
【0009】
上記構成を有することにより、加熱冷却対象の電子部品は、接触状態に載置された熱伝導ブロックにより熱が伝えられ、熱伝導ブロックが接触状態に載置された熱電素子により、熱伝導ブロックを介して加熱・冷却され、熱電素子が接触状態に載置されたフィンにより、熱電素子からの放熱が行われ、熱伝導ブロック及び熱電素子を内包するようにフィンの上方を覆うカバーにより、電子部品が外気から隔離され、このカバーの内部空間には、エアドライヤから、電子部品及び熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体が供給される。これにより、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0011】
図1は、この発明の一実施の形態に係る電子部品の加熱冷却装置の断面図である。図1に示すように、電子部品の加熱冷却装置10は、加熱冷却の対象となる電子部品Sを載置する熱伝導ブロック11を有している。
【0012】
この熱伝導ブロック11は、上面に、電子部品Sを直接接触させた状態で載置し、下面に、ペルチェサーモモジュール等の熱電素子12を接触させている。この熱電素子12により、熱伝導ブロック11を介して電子部品Sが加熱・冷却される。熱伝導ブロック11には、一般的に、電子部品Sの特性を評価する際の回路基板が必要であり、回路基板と電子部品Sを共に固定するためのソケット13が、柱14を介して装着されている。
【0013】
なお、熱伝導ブロック11の上面に載置された電子部品Sには、熱伝導ブロック11との接触面以外に熱伝導があってはいけないため、ソケット13と熱伝導ブロック11とが直接熱伝導しないように、ソケット13及び柱14は、全て樹脂等の低熱伝導部材により形成されている。
【0014】
上面を熱伝導ブロック11の下面に接触させている熱電素子12は、電子部品Sを冷却する際、下面から放熱する必要がある。このため、熱電素子12の下面には、熱電素子12の最大使用温度を越えないように熱電素子12の下面を冷却する機構として、フィン15が設けられている。このフィン15は、天面部となるフィンベース15aを熱電素子12に接触させており、フィン15の下部には、フィン15を強制冷却するためのファン16が設置されている。
【0015】
電子部品Sを加熱する際は、設定温度及び目標温度到達時間等の条件により、ファン16を駆動させたほうが好ましい場合とそうでない場合が出てくる。そのため、条件により、ファン16の駆動電源入切スイッチを設け、或いは、プログラム制御されたパソコン(パーソナルコンピュータ)等の制御部17によってファン16の駆動電源入切の操作を行う。
【0016】
熱伝導ブロック11に載置されソケット13で固定された電子部品Sは、電子部品Sの周辺を外気から隔離するように、カバー18により覆われている。即ち、カバー18は、熱伝導ブロック11及び熱電素子12を内包するように、フィン15の上方を覆っている。このカバー18の内部には、エアドライヤ19からフィンベース15aを介して乾燥空気Gが供給される。
【0017】
乾燥空気Gが供給されることにより、熱電素子12の上面が低温のとき、例えば、電子部品Sの温度が0℃のときでも、電子部品S及び熱伝導ブロック11の周辺部に結露が発生するのを防止することができる。このように、低温時には、電子部品S等に付着する結露を防ぐため、温度環境領域内へ、乾燥空気G或いは乾燥空気Gと代替可能な気体を供給することが必要である。
【0018】
熱電素子12への必要電流は、熱電素子用の駆動電源ケーブル20を介して、熱電素子用駆動電源21から供給される。熱電素子用駆動電源21は、供給電流値を任意の値に設定できる可変式構造を有しており、熱電素子12の性能に応じて最適な電流値に合わせることが可能である。
【0019】
また、熱電素子用駆動電源21は、熱電素子12の加熱冷却を切り替えるため、電流の極性を変える機能も備えている。熱電素子12の駆動時の電流値をパソコン等の制御部17で表示できるが、必要に応じ、熱電素子用駆動電源21に電流表示計を取り付けることも可能であり、作業効率にあった選択ができる。
【0020】
更に、熱電素子12への必要電流は、制御部17で設定が可能である他、当然のことながら、熱電素子用駆動電源21に、例えばトグルダイヤル等の電流調整用ダイヤルを設け、手動により電流値の設定を行うことも可能である。
【0021】
このような機能を備えることにより、可変電流式の熱電素子用駆動電源21は、熱電素子12の性能に応じて最適な電流値に合わせられるだけでなく、異品種の熱電素子を検査して電子部品Sに最適な熱電素子を選択することもできる。
【0022】
制御部17は、通信ケーブル22により温度調節器23に接続され、温度調節器23は、接続ケーブル24により熱電素子用駆動電源21に接続されている。温度調節器23は、熱電対25によって得られた熱伝導ブロック11の温度検出値に基づき、熱伝導ブロック11の温度を調節する。また、熱電素子用駆動電源21からは、ファン用の電源ケーブル26によりファン16の駆動電力が供給される。
【0023】
図2は、乾燥空気の供給方向を説明する図1のフィンの部分拡大図である。図2に示すように、フィン15のフィンベース15aには、供給された乾燥空気Gが、電子部品Sに直接当たることなくフィンベース15aからカバー18の内部上方へ向かって吹き上げるように、空気吹き出し口27が設けられている。これは、乾燥空気Gの供給に際し、乾燥空気Gが直接電子部品Sに当たって温度測定に影響を与えることがないようにするためである。
【0024】
次に、この発明に係る電子部品の加熱冷却装置10の動作を説明する。先ず、熱電素子用駆動電源21と熱電素子12を、導線等からなる駆動電源ケーブル20で接続し、熱電素子12へ供給する電流を確保する。熱電素子12は、電流の極性を変えることにより加熱機能と冷却機能に変換されるため、熱電素子用駆動電源21は、電流の極性を変更する極性変換機能を有している。
【0025】
加熱冷却装置10が稼働状態になった際、温度調節器23にP(比例)I(積分)D(微分)の最適定数値を設定する。PID最適定数値は、温度調節器23のオートチューニング機能により自動的に設定される。
【0026】
設定に際しては、実際に使用する環境下においてPID最適定数値を設定する必要があるため、乾燥空気Gがエアドライヤ19によってカバー18内に供給されている状態で、オートチューニングにより行われる。更に、加熱冷却装置10は、加熱後に冷却する機能を備えているため、PID最適定数値は、温度調節器23を設定温度にしオートチューニングにより行われる。
【0027】
実際の使用例として、電子部品Sを25℃から0℃へ冷却させる際、電子部品Sを0℃に安定させるときは、0℃に温度を設定しオートチューニングを行う。また、電子部品Sを25℃から0℃へ素早く温度を達成させるには、25℃と0℃の平均温度である12.5℃に温度を設定しオートチューニングを行う。
【0028】
上述したように、電子部品の加熱冷却装置10の温度調節器23は、PID制御方法により制御されているものであり、自動的にPID最適定数計算、演算、設定を行うオートチューニング機能を有している。このオートチューニング機能により、目標温度に素早く到達させる際、オーバーシュートやアンダーシュート等が起こらず、目標温度に向かってスムーズに制御することができる。
【0029】
例えば、25℃から0℃へ素早く温度を移行させるには、オートチューニング機構により、25℃と0℃の平均温度である12.5℃を設定温度とするため、アンダーシュートを起こすことなく制御することができる。
【0030】
また、温度設定、オートチューニング、手入力によるPID定数、熱電素子12へ供給される電流値等のパラメータ入力等は、通信ケーブル23で接続されている制御部17により行われる。当然のことながら、上記各種操作は、制御部17を使用することなく手動で操作することもできる。
【0031】
このように、この発明によれば、電子部品の加熱冷却装置10は、加熱冷却源である熱電素子12と熱伝導ブロック11が完全に接触しており、熱伝導ブロック11の反対面は電子部品Sに接触している。よって、熱伝達方法が、従来の恒温槽(図3参照)の雰囲気加熱から直接加熱になり、また、電子部品Sが直接熱伝導ブロック11に設置されているので、トレー(図3参照)等の部品を必要としない。
【0032】
従って、恒温槽を使用する場合に行っていた、恒温槽内を環境温度にするためにトレー等や雰囲気の加熱冷却を必要としない。加熱冷却を行う場合、恒温槽自体の容積が大きい分、内部の乾燥空気や低高温ガスの交換容量が大きくなって経済的でなく、また、電子部品の温度環境試験は、雰囲気加熱であるため電子部品の加熱冷却効率が悪かったが、これらを改善することができる。
【0033】
また、この加熱冷却装置10は、加熱冷却源として熱電素子12を採用しているので、装置設置の際の大幅な省スペース化を図ることができ、電子部品Sを周辺環境から隔離する空間を最小限にすることができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、恒温槽自体が大型であるため広い作業スペースを取ってしまうことを、改善することができる。
【0034】
また、この加熱冷却装置10は、工程間仕掛かりを大幅に削減するため一個流し方式を採用し、品種切替時に素早い対応を取ることができる。同時に、直接加熱により、大気から隔離されている空間を迅速に設定温度環境にすることが可能になり、試験中の待ち時間等の無駄時間を省くことができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、温度変更に時間がかかり試験中の仕掛かり品が多く発生し、品種切替の柔軟性に乏しいこと、作業や試験時間で待ち時間が多く無駄時間が発生してしまうことを、改善することができる。
【0035】
また、この加熱冷却装置10は、安価な熱電素子12により温度調整をするため、周辺機器を含め装置全体のコストを大幅に削減することができる。つまり、それ自体高価である恒温槽を使用せずに済む。
【0036】
また、この加熱冷却装置10は、乾燥空気Gがフィンベース13の上面から吹き上がって直接電子部品Sに当たり、低温時に電子部品S等が結露するのを防止しており、必要に応じ、低温時並びに高温時において、低温窒素ガスや高温ガス等が供給される。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、冷却時、電子部品に結露が発生し温度制御の妨げとなってしまうことを、改善することができる。
【0037】
また、この加熱冷却装置10は、熱電素子用駆動電源21を定電流式ではなく可変電流式電源を採用し、ペルチェサーモモジュール等の熱電素子品種切替の際、異品種の熱電素子に最適な電流値を設定し供給することができる。従って、恒温槽を使用する場合に生じていた、熱電素子異品種への切り替えの際に、供給電流を最適な電流値に合わせるのが非常に困難であったのを、改善することができる。
【0038】
このため、電子部品Sの加熱冷却効率が良くリードタイムを大幅に短縮することになり、生産性の向上が可能である。また、加熱冷却装置10を小型に形成することができるため、省スペース化が実現できる。更に、生産コストを大幅に削減することが可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、加熱冷却対象の電子部品は、接触状態に載置された熱伝導ブロックにより熱が伝えられ、熱伝導ブロックが接触状態に載置された熱電素子により、熱伝導ブロックを介して加熱・冷却され、熱電素子が接触状態に載置されたフィンにより、熱電素子からの放熱が行われ、熱伝導ブロック及び熱電素子を内包するようにフィンの上方を覆うカバーにより、電子部品が外気から隔離され、このカバーの内部空間には、エアドライヤから、電子部品及び熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体が供給されるので、低温度環境下においても、電子部品の表面に温度設定及び温度測定の妨げとなる結露を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る電子部品の加熱冷却装置の断面図である。
【図2】乾燥空気の供給方向を説明する図1のフィンの部分拡大図である。
【図3】従来の温度環境試験に使用される恒温槽の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
10 加熱冷却装置
11 熱伝導ブロック
12 熱電素子
13 ソケット
14 柱
15 フィン
15a フィンベース
16 ファン
17 制御部
18 カバー
19 エアドライヤ
20 駆動電源ケーブル
21 熱電素子用駆動電源
22 通信ケーブル
23 温度調節器
24 接続ケーブル
25 熱電対
26 電源ケーブル
27 空気吹き出し口
G 乾燥空気
S 電子部品
Claims (6)
- 加熱冷却対象の電子部品が接触状態に載置され、前記電子部品に熱を伝える熱伝導ブロックと、
前記熱伝導ブロックが接触状態に載置され、前記熱伝導ブロックを介して前記電子部品を加熱・冷却する熱電素子と、
前記熱電素子が接触状態に載置され、前記熱電素子からの放熱を行うフィンと、
前記熱伝導ブロック及び前記熱電素子を内包するように前記フィンの上方を覆い、前記電子部品を外気から隔離するカバーと、
前記カバーの内部空間に、前記電子部品及び前記熱伝導ブロックの周辺部に結露が発生するのを防止するための気体を供給するエアドライヤと、
前記電子部品を前記熱伝導ブロックに接触させて固定するソケットとを有し、
前記ソケットは、低熱伝導部材により形成されるとともに、低熱伝導部材により形成された柱を介して前記熱伝導ブロックに装着されることを特徴とする電子部品の加熱冷却装置。 - 前記フィンに冷却風を供給し前記フィンを強制冷却するファンを有することを特徴とする請求項1に記載の電子部品の加熱冷却装置。
- 前記熱電素子への必要電流を供給すると共に、加熱・冷却を切り替えるための電流極性の変換機能を備えた熱電素子用駆動電源と、
前記熱電素子への必要電流を設定する制御部と、
熱電対によって得られた前記熱伝導ブロックの温度検出値に基づき、前記熱伝導ブロックの温度を調節する温度調節器とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の電子部品の加熱冷却装置。 - 前記フィンに冷却風を供給し前記フィンを強制冷却するファンと、
前記熱電素子への必要電流を供給すると共に、加熱・冷却を切り替えるための電流極性の変換機能を備えた熱電素子用駆動電源と、
前記熱電素子への必要電流を設定する制御部と、
熱電対によって得られた前記熱伝導ブロックの温度検出値に基づき、前記熱伝導ブロックの温度を調節する温度調節器とを有し、
前記制御部は、前記電子部品の加熱時、前記熱電素子の低温面が外気温度より高い場合は前記ファンを停止し低い場合は前記ファンを駆動して、前記フィンを温め、前記電子部品の冷却時、前記熱電素子の高温面が外気温度より低い場合は前記ファンを停止し高い場合は前記ファンを駆動して、前記フィンを冷やすことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の加熱冷却装置。 - 前記温度調節器は、P(比例)I(積分)D(微分)制御方法により制御され、自動的にPID最適定数計算、演算、設定を行うオートチューニング機能を有することを特徴とする請求項3または4に記載の電子部品の加熱冷却装置。
- 供給された前記気体を、前記電子部品に直接当たることなく前記フィンの天面部から前記カバーの内部上方へ向かって吹き上げる、空気吹き出し口を設けたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電子部品の加熱冷却装置。
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