KR101996561B1 - 열풍장치 - Google Patents

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KR101996561B1
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장인재
황학원
전민호
양민혁
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주식회사 제이에스티
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Abstract

본 발명은 열풍장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 테스트 샘플이 배치되는 제1 공간을 갖는 내함 및 내함과 사이에 제2 공간이 마련되도록 내함을 둘러싸는 외함을 포함하는 챔버부; 내함의 온도를 소정 범위 내에서 유지시키기 위한 제1 에어를 제1 공간으로 공급하기 위한 에어 공급부; 및 냉매와의 열 교환 방식으로, 제1 에어의 온도를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하며, 챔버부는 제1 에어보다 높은 온도를 갖는 제2 에어를 제2 공간으로 공급하기 위한 공급 포트를 갖는 열풍장치가 제공된다.

Description

열풍장치{Apparatus using thermal-stream}
본 발명은 열풍장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 열풍장치(1)를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 열풍장치(1)는 테스트 샘플이 배치되는 챔버부(11)를 포함하며, 챔버부(11) 내에 배치된 테스트 샘플에 열 충격을 가함으로써, 냉열/온열 테스트를 수행하기 위한 장치다.
상기 챔버부(11)는 온도가 미리 조절된 에어(air)가 유입되는 유입포트(12) 및 내부 에어가 외부로 배출되는 배기포트(13)를 갖는다.
또한, 테스트 샘플은, 예를 들어, 테스트 보드(2) 상에 마련된 패키지 칩(3)일 수 있다.
이러한 종래 열풍장치(1)로는 미리 온도가 제어된 에어(air)가 챔버부(11) 내부로 공급되며, 패키지 칩(3) 상에 고/저온 에어로 열 충격을 가해서 반도체 특성 테스트를 수행한다.
한편, 이와 같이, 비접촉식 열풍장치는 고가의 외산 장비임에도 불구하고, 챔버부(11)의 하단부(L)에 냉열 에어 누출로 인해 온도 균일도가 저하되고, 결로, 결빙이 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명은 테스트 시 온도 균일도를 향상시킬 수 있는 열풍장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 결로/결빙을 방지할 수 있는 열풍장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버부, 에어 공급부, 및 냉각부를 포함하는 열풍장치가 제공된다.
상기 열풍장치는, 테스트 샘플이 배치되는 제1 공간을 갖는 내함 및 내함과 사이에 제2 공간이 마련되도록 내함을 둘러싸는 외함을 포함하는 챔버부를 포함한다.
또한, 열풍장치는 내함의 온도를 소정 범위 내에서 유지시키기 위한 제1 에어를 제1 공간으로 공급하기 위한 에어 공급부를 포함한다.
또한, 열풍장치는 냉매와의 열 교환 방식으로, 제1 에어의 온도를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함한다.
또한, 챔버부는 제1 에어보다 높은 온도를 갖는 제2 에어를 제2 공간으로 공급하기 위한 공급 포트를 갖는다.
또한, 열풍장치는 내함 내에 배치되며, 테스트 샘플 측으로 향하여 유동하는 제1 에어를 분배시키기 위한 복수 개의 유동홀을 갖는 하나 이상의 분배 플레이트를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제1 공간은 분배 플레이트를 기준으로 상부 공간과 하부 공간으로 구분될 수 있다. 이때, 테스트 샘플은 하부 공간에 배치될 수 있다. 또한, 제1 에어는 외함을 관통하여 상부 공간으로 공급되도록 마련될 수 있다.
또한, 챔버부는 하부 공간의 제1 에어를 외부로 배기시키기 위한 배기 포트를 가질 수 있다. 또한, 배기 포트는 외부의 진공 장치와 연결될 수 있다.
또한, 제1 에어 및 제2 에어는 각각 CDA(Clean Dry Air)일 수 있으며, 상기 CDA는 유틸리티 라인으로부터 인출될 수 있다.
또한, 냉각부는, 냉매를 압축하기 위한 압축기, 압축기로부터 토출된 냉매를 응축시키기 위한 응축기, 냉매를 팽창시키기 위한 하나 이상의 팽창밸브 및 냉매와 제1 에어를 열 교환시키기 위한 증발기를 포함할 수 있다.
또한, 냉각부는, 냉매가 증발기로 공급되는 제1 모드 또는 냉매가 증발기로 공급되지 않고 압축기로 회수되는 제2 모드로 작동하도록 마련될 수 있다.
또한, 에어 공급부는, 제1 에어를 가열시키기 위한 히터를 포함할 수 있다. 이를 통해, 에어 공급부는 증발기를 통해 냉각된 제1 에어를 내함으로 공급할 수도 있고, 히터를 통해 가열된 제1 에어를 내함으로 공급할 수도 있다.
또한, 냉각부가 제1 모드로 작동 시 히터는 오프(Off)되고, 제2 모드로 작동 시 히터는 온(On)될 수 있다.
또한, 냉각부는 응축기와 팽창밸브 사이에 배치되는 다단 팽창 열교환기를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 다단 팽창 열교환기는 응축기를 통과한 냉매가 유입되는 제1 냉매 라인과 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제2 냉매 라인을 포함할 수 있다.
또한, 다단 팽창 열교환기를 통과하는 과정에서 제1 냉매라인의 냉매 중 응축된 냉매는 제2 냉매 라인 측으로 합류되도록 마련될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
챔버부는 내함과 외함으로 2중으로 구성함에 따라, 내함의 결로/결빙을 방지할 수 있고, 온도 균일도를 향상시킬 수 있따.
또한, 내함의 배기 포트를 진공 장치와 연결하여, 외부 누설 에어로 인한 결로를 방지(제거)할 수 있다.
도 1은 종래 열풍장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치의 구성도이다.
도 4는 도 3의 상세 구성도이다.
도 5는 다단 팽창 열교환기를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치의 구성도이며, 도 4는 도 3의 상세 구성도이다.
또한, 도 5는 다단 팽창 열교환기를 나타내는 구성도이다.
본 문서에서, 상기 열풍장치는 테스트 샘플에 열 충격을 가하기 위한 열충격 테스트 챔버일 수 있고, 테스트 샘플은 열 충격(냉열, 온열)에 대한 신뢰성 충격 테스트가 필요한 시료로서, 예를 들어, 반도체 칩, 모바일 장치, 우주선 부품, 2차 전지 등이 있다. 이하, 설명이 편의를 위하여, 테스트 샘플은 테스트 보드(2) 상에 마련된 패키지 칩(3)으로 설명한다.
본 문서에서, 열풍장치(1)는 광대역의 온도범위(예를 들어, -60℃ ~ + 150℃)에 대한 온도 제어가 가능하다.
또한, 열풍장치(1)는 냉열, 온열 테스트 전환 시, 고속 사이클링 온도 테스트가 가능하다. 예를 들어, 테스트 전환 시, 5분 이내 안정화가 가능하다. 즉, 고속 열 충격 회로로서, 온열 테스트 시 히터를 통해 온도를 상승(예를 들어, 최고 온도 150℃)시키고, 고온 제어 중, 최저온으로 고속 냉각체제로 변환이 가능하다. 즉, 고온 테스트 시에도 냉각부를 정지시키지 않고, 계속 작동시켜 냉매의 온도를 최저온 상태로 유지시킨 상태에서, 저온 테스트로 전환 시, 냉매와의 열 교환을 통해 냉각 공기의 온도를 극저온으로 신속하게 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 열풍장치(1)(이하, '테스트 챔버'라고 함)는 챔버부(100), 에어 공급부(200), 및 냉각부(300)를 포함한다.
구체적으로, 챔버부(100)는, 테스트 샘플(2, 3)이 배치되는 제1 공간(111)을 갖는 내함(110) 및 내함(110)과 사이에 제2 공간(121)이 마련되도록 내함(110)을 둘러싸는 외함(120)을 포함한다.
또한, 열풍장치(1)는 내함(110)의 온도를 소정 범위 내에서 유지시키기 위한 제1 에어를 제1 공간으로 공급하기 위한 에어 공급부(200)를 포함한다.
내함(110)은 에어 공급부(200)로부터 제1 에어가 공급되는 유입 포트(112) 및 내함(110) 내부 에어가 외부로 배기되는 배기 포트(113)를 갖는다. 제1 에어는 외함(120)을 관통하여 유입포트(112)를 통해 제1 공간(111)으로 공급된다.
또한, 열풍장치(1)는 냉매와의 열 교환 방식으로, 제1 에어의 온도를 냉각시키기 위한 냉각부(300)를 포함한다. 예를 들어, 상기 냉각부(300)를 통해 냉각된 후, 내함(110)의 제1 공간(111)으로 공급되는 제1 에어의 온도는 대략 -50℃ 내지 -40℃(또는 -43℃)일 수 있다.
한편, 챔버부(100)는 제1 에어보다 높은 온도를 갖는 제2 에어를 제2 공간으로 공급하기 위한 공급 포트(123)를 갖는다. 상기 공급 포트(123)는 제2 에어 공급부와 연결될 수 있다. 이때, 제2 에어는 CDA로서, 유틸리티 설비로부터 인출될 수 있다. 상기 제2 에어는 상온(25℃)으로 유지될 수 있다. 즉, 내함(110)과 외함(120) 사이의 제2 공간(121)은 제2 에어의 유동에 의해 상온으로 유지될 수 있다. 한편, 내함(110)의 제1 공간(111) 및 외함(120)의 제2 공간(121)은 유체 이동 가능하지 않도록 분리될 수 있으며, 이에 따라, 제1 에어 및 제2 에어는 분리된 제1 및 제2 공간을 각각 유동할 수 있다.
한편, 제1 에어와 제2 에어 각각의 온도를 일정하게 유지시킴에 따라, 제1 에어와 제2 에어의 온도 차이를 일정하게 유지시킬 수 있다. 즉, 내함(110)의 제1 공간(111)의 온도와 외함(120)의 제2 공간(121)의 온도 차이를 필요로 하는 만큼 일정하게 유지시킬 수 있다.
챔버부(100)는 내함(110)과 외함(120)의 2중 구조를 가지며, 이에 따라 내함의 결로/결빙을 방지할 수 있고, 온도 불균일을 방지할 수 있다.
또한, 열풍장치(1)는 내함(110) 내에 배치되며, 유입 포트(112)를 통해 유입된 후 테스트 샘플(3) 측으로 향하여 유동하는 제1 에어를 분배시키기 위한 복수 개의 유동홀을 갖는 하나 이상의 분배 플레이트(130)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제1 에어는 분배 플레이트(130)의 분배홀을 통과하여 테스트 샘플 측으로 유동하며, 이러한 분배 플레이트(130)에 의해 온도 균일도가 향상된다. 예를 들어, 온도 상승/하강 후 온도 안정 및 부하량에 따른 온도 안정을 유지시킬 수 있다. 또한, 분배 플레이트(130)는 제1 에어의 통과방향을 따라 내함(110) 내에 복수로 구비될 수 있다.
한편, 내함(110)의 제1 공간(111)은 분배 플레이트(130)를 기준으로 상부 공간(S1)과 하부 공간(S2)으로 구분될 수 있다. 이때, 테스트 샘플(3)은 하부 공간(S2)에 배치될 수 있다. 또한, 제1 에어는 외함(110)을 관통하여 상부 공간(S1)으로 공급되도록 마련될 수 있다. 즉, 유입 포트(112)는 상부 공간(S1)과 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 챔버부(100)는 하부 공간(S2)의 제1 에어를 외부로 배기시키기 위한 배기 포트(113)를 가질 수 있다. 또한, 배기 포트(113)는 외부의 진공 장치(도시되지 않음)와 연결될 수 있다.
또한, 제1 에어 및 제2 에어는 각각 CDA(Clean Dry Air)일 수 있으며, 상기 CDA는 유틸리티 라인으로부터 인출될 수 있다. 또한, 제1 에어 및 제2 에어는 단일의 에어 공급부를 통해 각각 제1 공간(111) 및 제2 공간(121)으로 공급될 수도 있고, 별개의 에어 공급부를 통해 각각 제1 공간(111) 및 제2 공간(121)으로 공급될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 냉각부(300)는, 냉매를 압축하기 위한 압축기(310), 압축기(310)로부터 토출된 냉매를 응축시키기 위한 응축기(320), 냉매를 팽창시키기 위한 하나 이상의 팽창밸브(331, 332, 333) 및 냉매와 제1 에어를 열 교환시키기 위한 증발기(340)를 포함할 수 있다. 한편, 본 문서에서, '팽창밸브'라 함은 후술할 제1 전자팽창밸브만을 지칭하는 것으로 사용될 수도 있다.
한편, 에어 공급부(200)는 제1 에어 공급원(210) 및 내함의 유입 포트(112)와 각각 연결된 공급 라인을 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급 라인에는 밸브 및 레귤레이터가 하나 이상 마련될 수 있다.
또한, 에어 공급부는, 제1 에어를 가열시키기 위한 히터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 또한, 상기 공급 라인에는 히터(220)가 마련될 수 있다. 이를 통해, 에어 공급부는 증발기를 통해 냉각된 제1 에어를 내함으로 공급할 수도 있고, 히터를 통해 가열된 제1 에어를 내함으로 공급할 수도 있다.
고온 테스트 시, 히터(220)가 작동함에 따라 제1 에어의 온도가 상승하며, 고온의 제1 에어가 내함(110)의 제1 공간(111)으로 공급될 수 있다. 또한, 공급 라인을 증발기(340)를 통과하도록 마련된다. 이때, 증발기(340)를 통과하는 과정에서, 제1 에어 및 냉매의 열 교환이 이루어지면, 제1 에어의 냉각이 이루어진다.
또한, 냉각부(300)는, 냉매가 증발기(340)로 공급되는 제1 모드 또는 냉매가 증발기(340)로 공급되지 않고 압축기(310)로 회수되는 제2 모드로 작동하도록 마련될 수 있다. 또한, 냉각부(300)가 제1 모드로 작동 시 히터(220)는 오프(Off)되고, 제2 모드로 작동 시 히터(220)는 온(On)될 수 있다.
제1 모드는 저온 테스트 모드이고, 제2 모드는 고온 테스트 모드이다. 이때, 제2 모드에서도, 냉각부(300)는 계속 작동을 하는 과정에서, 냉매가 증발기(340)로 공급되지 않고 압축기(310)로 회수되도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 냉각부(300)에서 증발기(340)로 유입되는 유입 라인 측에 제1 전자팽창밸브(331)가 마련되고, 증발기(340)의 유입 라인 및 증발기(240)를 통과한 냉매가 토출되는 토출 라인을 연결하는 제1 바이패스 라인에 제3 전자 팽창 밸브(333)가 마련될 수 있다. 이때, 토출 라인은 압축기(310)의 유입 단 측으로 연결된다. 한편, 제1 바이패스 라인이 분지되는 영역의 상류 측에는 솔레노이드 밸브(334)가 마련될 수 있다.
제1 모드에서, 제1 전자팽창밸브(331)는 개방되고, 제3 전자 팽창 밸브(333)는 닫힐 수 있다. 이러한 경우, 냉매는 증발기(340)로 유입되고, 증발기(340)에서 제1 에어와 냉매의 열 교환이 이루어질 수 있다. 이와는 다르게, 제2 모드에서, 제1 전자팽창밸브(331)는 닫히고, 제3 전자 팽창 밸브(333)는 개방될 수 있다. 이러한 경우, 냉매는 증발기(340)로 유입되지 않고, 제1 바이패스 라인을 따라 제3 전자팽창밸브(333)를 통과하여 토출 라인을 통해 압축기(310)로 공급된다.
한편, 냉각부(300)는 압축기(310)와 응축기(320) 사이에서 분지되어, 제1 전자팽창밸브(331)와 증발기(340) 사이의 유입 라인으로 합류되는 제2 바이패스 라인을 추가로 포함할 수 있고, 제2 바이패스 라인에는 제2 전자팽창밸브(332)가 마련될 수 있다. 제2 전자 팽창 밸브(332)는 제1 모드에서 개방되거나 개도가 조절되며, 제2 모드에서 닫히게 된다.
한편, 상기 냉각부(300)는 압축기로부터 토출된 냉매에서 오일을 분리시키기 위한 오일 분리기(351), 냉매를 선택적으로 저장하기 위한 버퍼 탱크(352), 듀얼 프레스 스위치(354), 필터 드라이어(353), 하나 이상의 압력 게이지를 포함할 수 있다.
또한, 냉각부(300)는 응축기(320)와 팽창밸브(331) 사이에 배치되는 다단 팽창 열교환기(400)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 다단 팽창 열교환기(400)는 응축기(320)를 통과한 냉매가 유입되는 제1 냉매 라인(A)과 증발기(340)를 통과한 냉매가 유입되는 제2 냉매 라인(B)을 포함할 수 있다. 다단 팽창 열교환기는 제1 냉매 라인과 제2 냉매 라인의 냉매 간의 열 교환이 이루어지는 복수 개의 열교환부(410, 420, 430, 440)를 포함한다.
또한, 각각의 열교환부(410, 420, 430, 440)에는 열교환부를 통과하여 응축된 냉매를 분리시키기 위한 기액 분리기(421, 431, 441)가 마련되고, 다단 팽창 열교환기를 통과하는 과정에서 제1 냉매라인(A)를 유동하는 냉매 중 응축된 냉매는 제2 냉매 라인(B) 측으로 합류되도록 마련될 수 있다. 이때, 응축된 냉매가 제2 냉매 라인으로 합류하는 라인(422, 432, 442)에는 팽창밸브가 마련될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1: 열풍장치
100: 챔버부
200: 에어 공급부
300: 냉각부

Claims (8)

  1. 테스트 샘플이 배치되는 제1 공간을 갖는 내함 및 내함과 사이에 제2 공간이 마련되도록 내함을 둘러싸는 외함을 포함하는 챔버부;
    내함의 온도를 소정 범위 내에서 유지시키기 위한 제1 에어를 제1 공간으로 공급하기 위한 에어 공급부; 및
    냉매와의 열 교환 방식으로, 제1 에어의 온도를 냉각시키기 위한 냉각부를 포함하며,
    챔버부는 제1 에어보다 높은 온도를 갖는 제2 에어를 제2 공간으로 공급하기 위한 공급 포트를 가지며,
    냉각부는, 냉매를 압축하기 위한 압축기, 압축기로부터 토출된 냉매를 응축시키기 위한 응축기, 냉매를 팽창시키기 위한 하나 이상의 팽창밸브 및 냉매와 제1 에어를 열 교환시키기 위한 증발기를 포함하고,
    에어 공급부는, 제1 에어공급원과 내함을 연결하는 공급라인 및 제1 에어를 가열시키기 위해 공급라인에 마련된 히터를 포함하며,
    냉각부는, 냉매가 증발기로 공급되는 제1 모드 또는 냉매가 증발기로 공급되지 않고 압축기로 회수되는 제2 모드로 작동하도록 마련되며,
    공급라인은 증발기를 통과하도록 마련되고,
    냉각부가 제1 모드로 작동 시 증발기에서 제1 에어와 냉매의 열교환이 이루어지고, 히터는 오프(Off)되며, 제2 모드로 작동 시 히터는 온(On)되는 열풍장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내함 내에 배치되며, 테스트 샘플 측으로 향하여 유동하는 제1 에어를 분배시키기 위한 복수 개의 유동홀을 갖는 하나 이상의 분배 플레이트를 추가로 포함하며,
    제1 공간은 분배 플레이트를 기준으로 상부 공간과 하부 공간으로 구분되며, 테스트 샘플은 하부 공간에 배치되고, 제1 에어는 외함을 관통하여 상부 공간으로 공급되도록 마련된 열풍장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    챔버부는 하부 공간의 제1 에어를 외부로 배기시키기 위한 배기 포트를 가지며,
    배기 포트는 진공 장치와 연결되는 열풍장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제1 에어 및 제2 에어는 각각 CDA(Clean Dry Air)인 열풍장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    증발기로 유입되는 유입 라인 측에 제1 전자팽창밸브가 마련되고,
    응축기와 제1 전자팽창밸브 사이에 배치되는 다단 팽창 열교환기를 추가로 포함하며,
    다단 팽창 열교환기는 응축기를 통과한 냉매가 유입되는 제1 냉매 라인과 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제2 냉매 라인을 포함하고,
    증발기의 유입 라인 및 증발기를 통과한 냉매가 토출되는 토출 라인을 연결하는 제1 바이패스 라인에 제3 전자 팽창 밸브가 마련되며, 토출 라인은 압축기의 유입 단 측으로 연결되는 열풍장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제1 모드에서, 제1 전자팽창밸브는 개방되고, 제3 전자 팽창 밸브는 닫히며, 냉매는 증발기로 유입되고, 증발기에서 제1 에어와 냉매의 열 교환이 이루어지며,
    제2 모드에서, 제1 전자팽창밸브는 닫히고, 제3 전자 팽창 밸브는 개방되며, 냉매는 증발기로 유입되지 않고, 제1 바이패스 라인을 따라 제3 전자팽창밸브를 통과하여 토출 라인을 통해 압축기로 공급되는 열풍장치.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    다단 팽창 열교환기는 제1 냉매 라인과 제2 냉매 라인의 냉매 간의 열 교환이 이루어지는 복수 개의 열교환부를 포함하며,
    각각의 열교환부에는 열교환부를 통과하여 응축된 냉매를 분리시키기 위한 기액 분리기가 마련되고, 다단 팽창 열교환기를 통과하는 과정에서 제1 냉매라인를 유동하는 냉매 중 응축된 냉매는 제2 냉매 라인 측으로 합류되도록 마련되며, 응축된 냉매가 제2 냉매 라인으로 합류하는 라인에는 팽창밸브가 마련된 열풍장치.
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