KR20220044235A - 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법 Download PDF

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KR20220044235A
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Abstract

기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법은 하기를 포함한다: 기지의 소모품을 테스트될 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계; 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 단계; 주기적 사인파 입력에 응답하여 열 센서로부터 온도 출력들을 측정하는 단계; 온도 출력들을 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각 이위상 성분 Y를 결정하는 단계; tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계; 및 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계.

Description

기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법
관련 출원
본 출원은 2019년 8월 16일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Method for Measuring Thermal Resistance at Interface between Consumable and Thermocycler"인 미국 가특허 출원 제62/887,901에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 출원은 또한, 2019년 9월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Method for Measuring Thermal Resistance at Interface between Consumable and Thermocycler"인 네덜란드 특허 출원 제2023792에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
다양한 생화학적 프로토콜들은 지지 표면들 상에서 또는 지정된 반응 챔버들 내에서 다수의 제어된 반응들을 수행하는 것을 수반한다. 제어된 반응들은 생물학적 샘플을 분석하도록 또는 후속 분석을 위해 생물학적 샘플을 준비하도록 수행될 수 있다. 제어된 반응들 동안 또는 그들 사이에, 반응 챔버 및/또는 그의 컴포넌트들은 상이한 반응들을 수행하고/하거나 반응 속도들을 개선하도록 열적으로 제어될 수 있다.
분석은 반응들에 수반된 화학물질들의 속성들을 식별하거나 밝힐 수 있다. 예를 들어, 어레이 기반 사이클 서열분석 검정(예컨대, 합성에 의한 서열분석(sequencing-by-synthesis, SBS))에서, 데옥시리보핵산(DNA) 피처들(예컨대, 주형 핵산들)의 조밀한 어레이가 효소 조작(enzymatic manipulation)의 반복 사이클들을 통해 서열분석된다. 각각의 사이클 후에, 이미지가 캡처되고, 후속적으로, 다른 이미지들로 분석되어 DNA 피처들의 서열을 결정하도록 할 수 있다. 다른 생화학적 검정에서, 식별가능한 라벨(예컨대, 형광 라벨)을 갖는 미지의 분석물이, 어레이 내의 미리결정된 어드레스들을 갖는 기지의 프로브들의 어레이에 노출될 수 있다. 프로브들과 미지의 분석물 사이에서 발생하는 화학 반응들을 관찰하는 것은 분석물의 속성들을 식별하거나 밝히는 것을 도울 수 있다.
하기는 본 발명의 소정 실시예들의 개요를 제공한다. 이러한 개요는 광범위한 개요가 아니며, 본 발명의 핵심 또는 중대한 태양들 또는 요소들을 식별하거나 그의 범주를 기술하고자 의도되지 않는다.
본 명세서에는, 예를 들어 플로우 셀(flow cell) 과 같은 소모성 물품과, 예를 들어 열전 냉각기(thermoelectric cooler, TEC)와 같은 기기 또는 그의 열 컴포넌트(예컨대, 펠티에(Peltier) 구동식 열 시스템) 사이의 계면에서의 열 저항을 측정하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 방법들이 기술된다. 기술된 방법은 또한, 소모성 플로우 셀에 대한 열 계면(thermal interface) 저항을 결정하기 위한 과도 응답 테스트로 지칭될 수 있다. 개시된 방법의 구현예들은 TEC와 같은 열 컴포넌트에 주기적 정현파 구동 입력을 사용하여 열 컴포넌트 자체의 열 응답을 측정한다. 본 명세서에 제공된 일부 예들이 TEC들을 참조하여 기술될 수 있지만, 그러한 열 컴포넌트는 단지 일례일 뿐이고, 본 명세서에 기술된 방법들은, 예를 들어 저항성 히터들 및 열 블록들과 같은 다른 열 컴포넌트들에 적용가능할 수 있다. 이러한 방법의 이점들은 하기를 포함할 수 있다: (i) 계단식 방식으로 TEC로의 전력 입력을 변화시키지 않음으로써 TEC에 의해 경험되는 열 응력을 감소시키는 것; (ii) 데이터의 다수의 사이클들을 획득하는 데 필요한 시간을 감소시키는 것; (iii) 위상 감지 검출 기법들이 테스트를 위한 여기 레벨들을 비교적 낮게 허용하면서 매우 높은 감도를 달성할 수 있게 하는 것; 및 (iv) 소모품 상에 열 센서를 요구하지 않고서 소모품에 대한 열 접촉을 추론하는 것. 주기적 구동 입력에 대한 열 컴포넌트의 열 응답은 주파수 의존적일 수 있다. TEC와 같은 열 컴포넌트의 특정 거동은 전기적 등가 회로를 사용하여 SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 소프트웨어로 모델링될 수 있다. 개시된 방법은, 플로우 셀과 같은 열적으로 제어될 컴포넌트와, TEC와 같은 열 컴포넌트 사이의 불완전한 또는 감소된 열 계면들을 식별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 방법은, 완전히 맞물리지 않은 스프링들과 같은, 기기의 TEC를 사용한 플로우 셀들의 적절한 로딩에 따른 다양한 문제들을 식별하는 데 사용될 수 있는데, 이는 하나 이상의 열적으로 제어된 반응들의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 개시된 방법은, 자동화된 현장 진단 및 예비 실행 테스트로서 전개되어 더러운 또는 오염된 소모품들 또는 기기 열 컴포넌트들을 식별할 수 있다. 본 방법은 또한, 열 컴포넌트를 테스트하기 위한 품질 관리 프로세스로서, 소모품을 테스트하기 위한 품질 관리 프로세스로서, 그리고/또는 기기로의 소모품의 로딩 동안 테스트하기 위한 진단 프로세스로서 사용될 수 있다.
일 구현예는 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본 방법은 하기를 포함한다: 기지의 소모품을 테스트될 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계; 미리결정된 질의 주파수(interrogation frequency)에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 단계; 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 주기적 사인파 입력과 동위상(in-phase)인 기준 신호와 곱하고 생성된 직류(direct current, DC) 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이(phase-shift)된 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각(quadrature) 이위상(out-of-phase) 성분 Y를 결정하는 단계; tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계; 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계; 및 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계. 본 방법은 열 컴포넌트를 테스트하기 위한 품질 관리 프로세스로서 사용될 수 있다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 열 컴포넌트가 열 계면 표면에 결함을 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 미리결정된 저항 임계 값 미만이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여, 열 컴포넌트가 수용가능하다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 열 컴포넌트는 열전 냉각기를 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 소모품은 플로우 셀을 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 미리결정된 질의 주파수는 기지의 소모품 및 열 기기의 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정된다.
일 구현예는 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본 방법은 하기를 포함한다: 테스트될 소모품을 기기의 기지의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계; 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 단계; 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각 이위상 성분 Y를 결정하는 단계; tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계; 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계; 및 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계. 본 방법은 소모품을 테스트하기 위한 품질 관리 프로세스로서 사용될 수 있다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 소모품이 열 계면 표면에 결함을 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 미리결정된 저항 임계 값 미만이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여, 소모품이 수용가능하다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 열 컴포넌트는 열전 냉각기를 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 소모품은 플로우 셀을 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 미리결정된 질의 주파수는 소모품 및 기기의 기지의 열 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정된다.
일 구현예는 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본 방법은 하기를 포함한다: 소모품을 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계; 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 단계; 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계; 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱하고 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각 이위상 성분 Y를 결정하는 단계; tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계; 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계; 결정된 저항 값을 제1 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계; 결정된 저항 값을 제2 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계; 및 결정된 저항 값과 제1 및 제2 미리결정된 저항 임계 값들의 비교에 기초하여 열 계면의 특성을 결정하는 단계. 본 방법은, 기기로의 소모품의 로딩 동안 테스트하기 위한 진단 프로세스로서 사용될 수 있다.
상기 구현예들 중 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 제1 미리결정된 저항 임계 값 미만이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 제1 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여, 열 계면 표면이 수용가능하다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 제2 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 제2 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 소모품이 기기 내에 삽입되지 않는다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 결정된 저항 값은 제2 미리결정된 저항 임계 값 미만 및 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 본 방법은, 결정된 저항 값이 제2 미리결정된 저항 임계 값 미만 및 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여 열 계면 표면에 결함 또는 잔해물이 있다고 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 열 컴포넌트는 열전 냉각기를 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 소모품은 합성에 의한 서열분석에 사용되는 플로우 셀을 포함한다.
상기 구현예들 중 임의의 하나 이상의 구현예들에 대한 변형예들이 존재하며, 여기서 미리결정된 질의 주파수는 소모품 및 기기의 기지의 열 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정된다.
일 구현예는 기기로 하여금 상기 구현예들 중 임의의 구현예의 방법을 실행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다.
하기에 더 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가의 개념들의 모든 조합은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 요지의 일부인 것으로 고려됨이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 끝부분에 나타나는 청구된 발명 요지의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 요지의 일부인 것으로 고려된다.
하나 이상의 구현예들의 세부 사항들이 첨부 도면 및 하기의 설명에 기재되어 있다. 다른 특징들, 태양들, 및 이점들이 설명, 도면, 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 기기의 열 컴포넌트(예컨대, TEC)와 소모품(예컨대, 플로우 셀) 사이의 포지션 관계를 예시하고, 포지션 관계의 품질 및 무결성을 확립 및 유지하는 것에 관하여 개시된 방법이 관련되는 조립체의 정면 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 조립체의 측면도를 도시하는데, 여기서 열 센서가 기기 내에서 가시적이다.
도 3은 도 2의 조립체를 도시하는데, 여기서 오염물이 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 포지션 관계를 방해했다.
도 4는 TEC 플로우 셀 시스템의 전기적 등가 모델을 나타내는 개략도를 도시한다.
도 5는 고속 측정들을 생성하기 위해, 그리고 R*C에 대한 코너 주파수 근처에 있는 측정가능 신호를 산출하기 위해 주파수의 식별을 용이하게 하는 Bode 플롯을 도시하는데, 여기서 x-축은 주기적 여기 주파수를 나타내고, y-축은 크기/위상을 나타낸다.
도 6은 기술된 방법들에서 사용하기 위한 TEC 구동 및 열 응답 구동 신호들을 예시하는 그래프를 도시한다.
도 7은 열 저항으로의 위상 변이의 변환을 보여주는 일련의 그래프들을 도시한다.
도 8은 사용된 0.3 ㎐ 여기 주파수에 특정적인 그리고 테스트된 TEC 시스템 내의 컴포넌트들의 비열 용량에 특정적인 응답 곡선을 도시하는 그래프를 도시한다.
도 9는 기술된 테스트 방법들과 함께 사용하기 위한 교정 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 10은 열 컴포넌트를 테스트하기 위한 품질 관리(QC) 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 11은 소모품을 테스트하기 위한 QC 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 12는 기기로의 소모품의 로딩 동안 테스트하기 위한 진단 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 13은 기술된 테스트 방법들을 사용하여 측정 반복성을 입증하는 표를 도시한다.
도 14는 기기 변화를 예시하는 표를 도시한다.
도 15는 소모품 변화를 예시하는 표를 도시한다.
도 16은 열 계면과 간섭하는 예시적인 잔해물을 개략도 및 이러한 간섭으로 인한 열 저항(R)의 45% 초과의 증가를 나타내는 표를 포함한다.
도 17은 열 저항에 기초한 플로우 셀 램프업 시간(ramp-up time)들의 예들을 예시하는 그래프를 도시한다.
일부 경우들에 있어서, 합성에 의한 서열분석과 같은 프로세스들에서 사용되는, 플로우 셀들과 같은, 소모품들의 온도 제어는, 소모품이, 그 소모품이 기기 내에서 접촉하는 열 컴포넌트, 예컨대 TEC의 열 블록에 대한 기지의 오프셋에 도달한다는 가정에 의존할 수 있다. 초기에, 그 오프셋은 공장 교정(factory calibrate)될 수 있다. 그러나, 소모품과 TEC의 열 블록 사이의 접촉이 공장 교정 동안 상이한 경우, 예컨대 개재 잔해물로부터, 이는 정상 상태 온도 오차들을 초래할 수 있다. 그러한 오차들은 주변 온도에 대한 TEC의 열 블록의 온도에 따라 크기가 조정(scale)될 수 있다. 비교적 낮은 온도들에서, 정상 상태 오프셋 오차들은 미리결정된 오차 값들 내에 있을 수 있다. 그러나, 그러한 오차들은 열 오차 예산의 유의미한 분율을 나타낼 수 있다.
기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 계면에서의 열 저항의 차이들은 또한, 소모품이 원하는 온도에 도달하기 위한 기간의 차이들을 초래할 수 있다. TEC의 열 블록의 질량이 기기의 소모품의 질량보다 유의미하게 더 큰 구현예들에서, 정상 상태를 달성하기 위한 기간은 TEC의 열 블록의 질량을 가열 및 냉각하는 데 수반되는 기간에 의해 좌우될 수 있다. 추가적으로, 열 동작들에 허용되는 기간이 충분히 긴 기간인 경우, TEC의 열 블록 뒤의 소모품의 열 지연(thermal lag)의 변동들은 무시해도 될 정도일 수 있거나 주목되지 않을 수 있다.
그러나, 더 빠른 열 램핑(ramping)(즉, 제1 온도로부터 제2 온도로 전이할 시간을 감소시키는 것)을 달성하기 위해, TEC의 열 블록의 질량은 그것이 소모품의 질량과 실질적으로 동일하거나 그보다 작도록 감소될 수 있다. 추가로, TEC들의 일부 열 엔진들은 또한 매우 높은 열 펌핑 능력을 가질 수 있다. 그 결과, TEC의 그러한 더 낮은 질량의 열 블록은 온도를 매우 빠르게 램핑시킬 수 있고, 열 전달에 기초하여 소모품 온도가 뒤따라가는 속도는 열 계면의 품질에 의존할 것이다. 또한, 사용자 오류가 소모품이 기기 내에 부적절하게 로딩되게 하는 경우, TEC의 열 블록은, 열 계면 품질이 검출되지 않는 경우에 빠르게(예컨대, 수 초 내에) 손상을 야기할 수 있는 온도들에 신속하게 도달할 수 있다. 따라서, 본 명세서에는, TEC와 같은 기기의 열 컴포넌트와, 플로우 셀과 같은 열 제어 컴포넌트 사이의 열 계면의 품질을 측정하기 위한 시스템들 및 방법들이 기술된다.
소모품이 TEC의 열 블록과 접촉함을 확인하기 위해 그리고/또는 소모품과 열 블록 사이의 열 계면의 품질을 결정하기 위해, 열 블록은 가열되거나 냉각될 수 있다. 열을 펌핑할 때 열 블록이 온도를 변화시키는 속도는 열 블록과 소모품 사이의 열 저항 및 소모품과 열 블록의 상대적 열 커패시턴스들에 의존한다. 상대적 열 커패시턴스들이 알려져 있기 때문에, 열을 펌핑할 때 열 블록이 온도를 변화시키는 속도의 측정이 열 블록과 소모품 사이의 열 저항을 결정하는 데 사용될 수 있다.
그러한 시스템을 특성화하기 위한 하나의 기법은 계단 응답이며, 여기서 시스템이 계단식 변화로 여기되고, 응답이 시간 도메인에서 측정된다. 시간 도메인 응답은 시상수 타우(τ)에 의해 특징지어질 수 있다. TEC와 같은 실제 펠티에 구동식 열 시스템에 대해 그러한 테스트를 수행하는 것은 여러 요인들에 의해 복잡해질 수 있다. 예를 들어, TEC에 의해 펌핑된 열은 TEC를 가로지르는 온도 차이(ΔT) 및 TEC 자체의 저항에 의존하여, 이에 의해, 기지의 입력 계단 높이의 적용을 복잡하게 한다. 또한, TEC의 열 엔진이 TEC의 열 블록의 온도를 변화시키기 위한 시간은 TEC의 0이 아닌 질량으로 인해 0이 아닐 수 있고, 주변 또는 히트 싱크 온도, 열 블록의 시작 온도, 및 TEC 전기 저항에 따라 변할 수 있고, 따라서, 진정한 계단 함수는 구현하기가 어려울 수 있고/있거나 주변 조건들의 임의의 변화에 대한 재계산을 요구할 수 있다. 게다가, TEC로의 계단식 전력 입력들은 TEC에 기계적, 열적, 또는 전기적 응력이 클 수 있으며, 반복적으로 수행될 때 TEC의 감소된 수명으로 이어질 수 있다.
따라서, 본 발명은 소모품과 기기의 열 컴포넌트 사이의 계면에서의 열 저항을 측정하기 위한 방법을 제공하며, 이는, 열 컴포넌트에 대한 기계적, 열적, 및/또는 전기적 응력을 감소시킬 수 있고/있거나, 감소된 기간 내에 여러 데이터 포인트(datapoint)들을 획득할 수 있고/있거나, TEC에 인가되는 여기 레벨들을 비교적 낮게 허용하면서 열 계면에서의 저항의 고감도 검출을 달성할 수 있고/있거나, 열 컴포넌트의 온도를 검출하기 위해 열 컴포넌트의 내부 온도계 또는 외부 열 센서의 교정 또는 사용을 요구하지 않고서 응답의 시간 도메인 성분을 사용함으로써 더 적은 입력들을 활용하여 열 계면에서의 저항을 결정할 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예들이 이제 도면을 참조하여 기술된다. 도면 부호들은 다양한 요소들 및 구조물들을 지칭하기 위해 상세한 설명 전체에 걸쳐 사용된다. 하기의 상세한 설명은 예시의 목적을 위해 많은 세부 사항을 포함하지만, 당업자는 하기의 세부 사항에 대한 많은 변형들 및 변경들이 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 하기의 실시예들은 청구된 발명에 대한 일반성의 어떠한 손실도 없이 그리고 그에 대한 제한들을 부과하지 않고서 기술된다.
본 명세서에는, 예를 들어 플로우 셀과 같은 소모성 물품과, 예를 들어 TEC 또는 히터와 같은 기기의 컴포넌트 사이의 계면에서의 열 저항을 측정하기 위한 디바이스들, 시스템들, 및 방법들이 기술된다. 본 명세서에는, 또한, 소모성 플로우 셀에 대한 열 계면 저항을 결정하기 위한 과도 응답 테스트가 기술된다.
도면을 참조하면, 도 1 내지 도 3은 TEC와 같은 기기의 열 컴포넌트 및 소모성 열 조립체(100)의 다양한 예시들을 제공한다. 기기의 열 컴포넌트만이 묘사되어 있지만, 기기는 추가적인 컴포넌트들, 예컨대 카트리지 계면들, 유체공학 관리 컴포넌트들, 분석물 계산 엔진들 등을 포함할 수 있다. 소모품이 장착된 TEC를 간단한 방식으로 묘사하는 도 1에서, 플로우 셀(110)이 캐리어 플레이트(112)의 상단 상에 포지셔닝될 수 있고, 캐리어 플레이트(112)는 TEC(114)의 상단 상에 놓일 수 있고, TEC(114)는 히트 싱크(120)의 상단 상에 포지셔닝될 수 있다. 일부 구현예들에서, 캐리어 플레이트(112) 및 플로우 셀(110)은 플로우 셀 카트리지(122)의 일부를 형성할 수 있고, TEC(114) 및 히트 싱크(120)는 베이스 기기 내의 TEC 조립체(123)로서 조합될 수 있다. 다른 구현예들에서, 캐리어 플레이트(112), TEC(114), 및 히트 싱크(120)는 베이스 기기 내의 TEC 조립체(123)로서 조합될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 추가적인 캐리어 플레이트(도시되지 않음) 또는 다른 개재 컴포넌트들이 본 명세서에 묘사된 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트들 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 플레이트(112)와 플로우 셀(110) 사이의, 캐리어 플레이트(112)와 TEC(114) 사이의, 그리고/또는 TEC(114)와 히트 싱크(120) 사이의 열 전도성 접착제들이, 컴포넌트들 사이의 열 전도를 개선하고/하거나 보조하면서 전술한 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트들을 함께 접착시키도록 활용될 수 있다(예컨대, 열 전도성 접착제는 열 전도를 감소시킬 수 있는 하나 이상의 컴포넌트들의 임의의 결함들을 채우도록 적용될 수 있음).
일부 구현예들에서, 도 2 및 도 3에 도시된 열 센서(예컨대, 온도계)(116)가 동작 동안 TEC(114)의 온도를 검출하기 위해 TEC(114) 내에 장착될 수 있다. 캐리어 플레이트(112)가 TEC(114)의 상부 표면과 접촉하는 곳에 열 계면(118)이 발생하고, 이러한 열 계면은 새로운 플로우 셀(110)이 TEC(114)에 정합될 때마다 변할 수 있다. 열 계면(118)의 품질은 플로우 셀(110)의 열 제어에 영향을 미칠 수 있다. TEC(114)의 상부 표면은 소모성 열 조립체(100)의 사용자에게 보이지 않을 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀(110)을 운반하는 카트리지(도시되지 않음) 및/또는 플로우 셀(110) 자체가 베이스 기기 내로 삽입될 때, 플로우 셀(110), 및 플로우 셀(110)이 플로우 셀(110)의 열 제어를 위해 인터페이싱하는 TEC 조립체(123)는 베이스 기기의 하우징 내측에 있을 수 있고, 뷰로부터 가려질 수 있다. 베이스 기기의 하우징은 그 내부에서의 프로세스들에 오염물들이 영향을 미치는 것을 제한하거나 감소시킬 수 있다. 그러나, 캐리어 플레이트(112)의 표면(113)에 티끌, 먼지, 액체 등과 같은 잔해물이 없음을 보장하는 것은 표면(113)을 시각적으로 검사하기 위해 하우징 및/또는 기기의 일부분들의 분해 없이 수행하기가 어려울 수 있다.
열 컴포넌트들을 포함하는 TEC들(114) 및/또는 조립체들과 같은 기기들 또는 이들의 컴포넌트들에서 또는 그들을 이용한, DNA 서열분석에서 그리고 다른 목적들을 위해 사용되는 소모품들, 예컨대 플로우 셀들(110)을 사용하는 일부 구현예들의 경우에, 플로우 셀 카트리지(122)의 플로우 셀(110) 및/또는 캐리어 플레이트(112)가 TEC 조립체(123)와의 충분한 또는 수용가능한 열 접촉을 행했는지 여부에 관한 결정이 이루어진다. 도 2는, 플로우 셀(110)이 캐리어 플레이트(112)의 상단 상에 포지셔닝되고, 캐리어 플레이트(112)가 TEC(114)의 상단 상에 놓여 있고, TEC(114)가 히트 싱크(120)의 상단 상에 포지셔닝된 것을 보여주는 도 1의 조립체의 측면도를 도시한다. 일부 구현예들에서, 온도계들 또는 다른 열 센서들이 플로우 셀(110) 내에 그리고/또는 플로우 셀 캐리어 플레이트(112) 상에 포함되지 않을 수 있다. 열 센서의 포함은 복잡성 및/또는 추가적인 다른 기술적 구현 문제들을 추가할 수 있다. 게다가, 1회용 소모품들의 경우, 열 센서의 추가는 비용을 증가시킬 수 있고/있거나, 신뢰성을 감소시킬 수 있고/있거나, 소모품에 추가적인 미지의 것들을 도입할 수 있다.
그러나, 원하는 화학 반응들을 도모하기 위해 민감한 온도 제어들에 의존할 수 있는 화학적, 기계적, 및/또는 생체기구적 소모품들의 경우, 소모품과의 열 계면의 품질을 결정하는 것은 소모품 내에서의 신뢰성있고 반복가능한 반응들을 보장하는 데 유용할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 열 계면은, 소모품이 사용자 오류 또는 기기 로딩 오차들 중 어느 하나에 의해 부적절하게 로딩되는 경우에 완전히 부재할 수 있다.
플로우 셀(110)과 같은 소모품의 부적절한 삽입, 및/또는 기기 내의 소모품의 부적절한 장착에 더하여, 플로우 셀(110) 및/또는 캐리어 플레이트(112)와 열 컴포넌트, 예컨대 TEC 조립체(122) 사이의 열 계면(118)에서 발생하는 오염, 또는 계면의 TEC 조립체 측의 마모, 예컨대 캐리어 플레이트(112) 상의 마모는 또한, 소모품과 기기의 열 컴포넌트 사이의 열 접촉 및 열 전달을 방해할 수 있다. 도 3은, 플로우 셀(110)이 캐리어 플레이트(112)의 상단 상에 포지셔닝되고, 캐리어 플레이트(112)가 TEC(114)의 상단 상에 놓여 있고, TEC(114)가 히트 싱크(120)의 상단 상에 포지셔닝된 것을 보여주는 도 2의 조립체를 도시한다. 도 3에서, 티끌, 먼지, 탈수 반응물들, 잔해물 등과 같은 오염물(130)이 소모품과 기기 사이의 열 계면(118)을 방해했다. 따라서, 열은 2개의 물품들 사이에서 적절하게 전달되지 않을 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 그러한 방해들은 신중하게 제어되는 구동 입력에 대한 TEC(114)의 열 센서(116)의 응답 속도로 검출될 수 있다.
개시된 방법은, 기기의 컴포넌트(예컨대, TEC(114)) 내에 또는 그에 근접하게 위치되는 열 센서(예컨대, 열 센서(116))를 사용하여, 기기와 소모품 사이의 계면(예컨대, 열 계면(118))에서의 열 저항을 검출하기 위해, 열이 기기의 컴포넌트로부터 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))로 흐르는 속도를 검출한다. 이러한 방법은 소모품의 온도의 어떠한 측정도 요구하지 않으며, 샘플들 및 시약들을 플로우 셀(110) 내로 분배하기 전에 열 접촉의 품질을 검증하는 데 사용되어, 이에 의해, 오염된 계면으로 인해 낭비되는 자원들, 사용자 오류로부터의 부적절한 정합, 또는 하드웨어 오작동을 방지할 수 있다. 본 방법은 또한, 공장 기기 품질 관리 동안 계면 관련 품질 문제들을 식별하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 본 방법은, TEC(114), 플로우 셀(122), 또는 다른 컴포넌트들과 같은 컴포넌트들에 존재하는 제조 결함들을 식별하는 데 사용될 수 있는데, 여기서 제조 시의 결함들은 열 계면(118)에서의 열 저항에 악영향을 미칠 수 있거나, 이들 컴포넌트들에 의도치 않은 열 커패시턴스를 추가할 수 있거나, 또는 TEC(114)에 걸친 해로운 열적 단락을 생성할 수 있다.
일부 구현예들에서, 본 방법은 하기를 포함한다: 주기적 사인파 입력으로 TEC(114)를 구동시키는 단계; 사인파 입력에 대한 TEC(114) 내의 열 센서(116)의 주기적 열 응답을 측정하는 단계; 사인파 입력의 주파수에 있는 열 응답 신호의 성분을 격리시키고 구동 신호에 대한 그의 위상 변이를 결정하는 단계; 및 위상 변이(지연)를 사용하여 TEC(114)와 플로우 셀 카트리지(122) 사이의 열 계면(118)의 열 저항을 계산하는 단계. 이러한 방법은 빠르게 완료될 수 있다. 단지 예로서, 약 10개의 여기 사이클들이 0.3 ㎐에서 30초 내에 모여 있을 수 있다. 대안적으로, 더 적은 여기 사이클들이 더 짧은 기간 내에 모여 있을 수 있다.
주기적 사인파 입력으로 TEC(114)(또는 기기의 다른 열 컴포넌트)를 구동시키기 위해, 이러한 방법의 일부 구현예들에서, TEC 구동 전자장치에 위치된 펌웨어는 주기적 구동 신호를 개시한다. 이것이 발생함에 따라, TEC(114)는 실온에서 안정된 채로 유지되고, 낮은 입력 전력(예컨대, 저진폭 구동)이 활용된다. 적합한 구동 주파수는, 전기적 등가 회로의 SPICE 모델로부터 Bode 플롯을 생성하고 유용한 응답 특성들에 대한 플롯을 분석함으로써 선택될 수 있다. SPICE는, 회로 설계들의 무결성을 분석하고 회로 거동을 예측하기 위해 집적 회로 및 보드 레벨 설계에서 사용되는 범용, 오픈-소스(open-source), 아날로그 전자 회로 시뮬레이터이다. 구동 주파수는 열 시스템에 대한 RC 코너 주파수에 기초할 수 있다. RC 코너 주파수는, 위상 오프셋의 기울기 또는 변화가 저항 값들의 작은 변화들에 대해 최대인 주파수를 제공한다. 즉, 열 시스템에 대한 RC 코너 주파수에서의 또는 그 근처에서의 주파수를 선택하는 것은 열 계면(118)에서의 저항의 작은 변화들에 기초하여 더 큰 감도를 제공할 수 있다.
도 4는 TEC 플로우 셀 시스템의 전기적 등가 모델을 나타내는 전기적 개략도(400)를 도시한다. 개략도(400)에서, I1(402)은 TEC(114)에 의해 펌핑된 교번하는 열(alternating heat)이다. 이러한 주기적 입력의 진폭은 TEC(114)의 능력들에 기초하여 추정된다. 그러나, 선택된 메트릭(위상 지연)은 구동 진폭에 독립적이다. TEC(404)는 열 회로에 최소 열 저항을 제공하기 위해 TEC(114) 온도가 C_TEC_Ceramic(406)과 매우 밀접하게 접촉하여 배치될 수 있는 통합된 열 센서(116)로 측정하는 노드이다. C_TEC_Ceramic(406)은 (개시된 구현예들과 관련하여) TEC 상단 세라믹의 열 커패시턴스, 또는 더 대체적으로, 소모품과 열 엔진(TEC 요소들) 사이의 모든 질량이다. C_TEC_Ceramic(406)은 컴포넌트(들)의 기하학적 구조 및 재료의 열 용량에 기초하여 제1 원리들로부터 계산된다. Interface_Res(408)는 TEC(114)와 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122)) 사이의 열 저항이며, 이는 개시된 방법에 의해 결정되는 값이다. Interface_Res(408)는 초기 관찰들에 기초한 추정치로 모델링되고, 위상 지연이 이러한 값에 어떻게 의존하는지를 결정하기 위해 이러한 초기 추정치 근처의 범위에서 변화된다. 소모품(410)은 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))의 온도를 나타내는 노드이고, 열 센서(들)가 외장(outfit)된 소모품을 사용하여 모델 성능을 검증하는 데 사용될 수 있는 모델의 출력이다. C_Consumable(412)은 그의 기하학적 구조 및 재료 열 용량에 의해 결정되는 바와 같은 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))의 열 커패시턴스이다. Consumable_Convec/Conduc(414)는 대류 및 전도 손실들로 인한 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))의 주변에 대한 열 저항이다.
Consumable_Convec/Conduc(414)는 기하학적 구조, 기류 가정들, 및 온도 가정들에 기초하여 추정될 수 있고; 추정치는 시스템의 작동 조건들에 근사하도록 설계된 측정치들로 검증될 수 있다. 추정치들이 일부 레벨의 불확실성을 유지하는 경우, 이러한 값은 열 센서(116) 응답에 대한 영향을 결정하기 위해 잠재적인 동작 범위에 걸쳐 변화될 수 있고, 질의 주파수에서 무시해도 될 정도의 영향을 미칠 수 있다. 주변(416)은 주변 온도를 나타낸다. 전기적 등가 모델에서, 이는 열 접지이고, 모든 다른 온도들은 주변에 대해 상대적이다. C_Heatsink(418)는 기하학적 구조 및 재료 열 용량으로부터의 계산에 의해 결정되는 바와 같은 열 엔진 히트 싱크(예컨대, 히트 싱크(120))의 열 커패시턴스이다. HS_Therm_Res(420)는 대류로 인한 주변에 대한 히트 싱크(예컨대, 히트 싱크(120))의 열 저항이다. HS_Therm_Res(420)는 시스템 내의 기지의 조건들에 기초하여 추정되고, 실험적으로 검증되고, 질의 주파수에서 관심 신호에 대한 무시할 수 있는 정도의 영향을 입증하기 위해 모델에서 변화된다.
도 5는 고속 측정들을 생성하기 위해 주파수의 식별을 용이하게 하는 Bode 플롯을 도시하며, R*C에 대한 코너 주파수 근처에 있는 측정가능 신호를 산출한다. 도 5에서, TEC(114)의 열 센서(116)의 예측된 응답(500)은 그래프 상에 플로팅되며, 여기서 x-축(502)은 주기적 여기 주파수를 나타내고 y-축(504)은 크기/위상을 나타낸다. 실선(512)은, 다양한 주파수들에서 구동될 때의 그리고 (직류(DC) 여기에 대한) 감쇠의 dB 단위로 측정되는 바와 같은, TEC(114)의 열 센서(116)의 응답의 크기를 나타낸다. 점선(514)은 다양한 주파수들에서 구동될 때의 그리고 도(degree) 단위로 측정되는 바와 같은, 구동 신호 뒤의 열 센서(116)의 위상 지연을 나타낸다. RC 코너 근처의 질의 주파수가 516으로 도시되어 있다.
온-보드 열 센서(116)를 사용하여 사인파 입력에 대한 TEC(114)의 주기적인 열 응답을 측정하기 위해, 본 방법의 일부 구현예들에서, TEC 구동 전자장치에 위치된 펌웨어는 열 응답 신호를 로그(log)한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 열 응답 신호는 전적으로 구동 주파수에 있는 것이 아니라, 추가적인 저주파 및 고주파 성분들(예컨대, 열 드리프트 및 전자 잡음)을 나타낸다. 도 6은 기술된 방법들에서 사용하기 위한 TEC 구동 및 열 응답 구동 신호들의 일례를 예시하는 그래프를 도시한다. 도 6에서, 구동 및 열 응답(600)은 x-축(602)이 시간을 나타내는 그래프 상에 플로팅되며, 여기서 좌측 y-축(604)은 TEC(114) 구동 신호 레벨을 나타내고, 우측 y-축(606)은 열 센서(116)의 신호 레벨을 나타낸다. 구동 신호(620)는 TEC(114) 구동 레벨의 시간 트레이스이다. TEC 열 센서 신호(630)는, TEC(114)가 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))과 접촉하는 동안, 도시된 구동 신호(620)로 구동될 때의 TEC(114) 내의 열 센서(116)의 실제 응답이다. 개시된 방법은, 구동 신호와 동일한 주파수에 있는 이러한 신호의 성분을 격리시키고 그의 위상 변이를 결정하는 데 사용된다.
사인파 입력의 주파수(ω)에 있는 열 응답 신호의 성분을 격리시키고 구동 신호에 대한 그의 위상 변이를 결정하기 위해, 본 방법의 일부 구현예들에서, 응답 신호는 시간 도메인에서 기준 신호와 곱해진다. 그 결과의 DC 성분은 동위상 신호의 진폭 Ain이다. 응답 신호는 또한, 시간 도메인에서 90° 위상 변이된 기준과 곱해질 수 있다. 그 결과의 DC 성분은 직각(이위상) 신호의 진폭 AQ이다. 이들 신호들의 DC 성분은 사인파에 대한 최소 제곱 피팅(least-squares fit)을 사용하여 얻어질 수 있다. DC 성분은 또한, 다수의 사이클들에 걸쳐 신호를 적분함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 적분은 아날로그 회로로, 예컨대 로크인(lock-in) 증폭기에서; 또는 디지털 방식으로, 예컨대 마이크로프로세서로 수행될 수 있다. 응답 신호의 위상은 tan-1(AQ/ Ain) 또는 atan2(Ain, Aq)이다. DC 성분들 A in 및 A Q 는 주기적 진폭 A에 비해 작다.
열 센서(116)의 응답의 위상 변이를 결정하기 위한 일부 대안적인 방법들은 피크 찾기 알고리즘(peak-finding algorithm)을 사용하여 구동 및 응답 신호들의 피크들을 찾는 단계, 및 피크들 사이의 평균 지연을 계산하는 단계를 포함한다. 열 센서(116)의 응답의 위상 변이를 결정하기 위한 일부 다른 대안적인 방법들은 구동 신호에 그리고 응답 신호에 사인파를 피팅하는 단계, 및 최상의 피팅 함수(best fit function의 위상을 사용하여 위상 변이를 확립하는 단계를 포함한다. 열 센서(116)의 응답의 위상 변이를 결정하기 위한 일부 다른 대안적인 방법들은 응답 신호를 동위상 및 직각 기준 신호들과 곱하는 로크인 기법을 사용하지만, 하기에 의해 이들 신호들의 DC 성분을 찾는 단계를 포함한다: (i) 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform) 및 디지털 저역 통과 필터를 사용하는 것; 또는 (ii) 생성된 신호들을 정수 개의 사이클들에 걸쳐 평균화하는 것.
위상 변이(지연)를 사용하여 TEC(114)와 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122)) 사이의 계면(118)의 열 저항을 계산하기 위해, 본 방법의 일부 구현예들에서, 열 저항은, 도 4에 도시된 것과 같은 전기적 등가 회로로 열 시스템을 모델링하고 특정 질의 구동 주파수에서 일련의 저항 값들에 대해 곡선 피팅을 생성함으로써 추정될 수 있다. 저항(R)이 변화함에 따라, 반응의 위상이 또한 변한다. 전술한 모델은 특정 질의 구동 주파수에서의 위상(φ) 대 저항(R) 관계를 생성한다. 0.2 내지 0.5 K/W의 저항 범위에 걸쳐 도 4에서 모델링된 열 시스템에 대한 그러한 위상(φ) 대 저항(R) 관계의 일례가
Figure pct00001
의 곡선 피팅을 생성한다(도 7 및 도 8 참조). 도 7은 열 저항이 증가함에 따른 특정 질의 구동 주파수에서의 위상 변이를 보여주는 일련의 그래프들을 포함한다. 도 8은 사용된 0.3 ㎐ 여기 주파수를 사용하는 구현예에 특정적인, 그리고 도 4의 모델링된 전기적 등가 회로 TEC 시스템의 컴포넌트들의 비열 용량에 특정적인 응답 곡선을 보여주는 그래프를 제공한다.
도 7에서, 그래프(700)는, 선택된 질의 주파수에서 측정될 때, Interface_Res(408)(도 4에 도시됨)가 증가함에 따른 절대 위상 지연의 증가를 보여주는 3개의 Bode 플롯들(710, 720, 730)을 도시한다. Bode 플롯(710)에서, 실선(712)은 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때의 그리고 y-축(704)을 따른 (DC 여기에 대한) 감쇠의 dB 단위로 측정되는 바와 같은 열 센서(116)의 응답의 크기를 나타내고; 점선(714)은, 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때 그리고 y-축(706)을 따라 도 단위로 측정되는 바와 같이 구동 신호 뒤의 열 센서(116)의 위상 지연을 나타내고; 점(716)은 질의 주파수에서의 점선(714)의 위상 지연을 나타낸다.
도 7의 Bode 플롯(720)에서, 계면(118)에서의 저항, 예컨대 Interface_Res(408)가 증가하였다. 따라서, 실선(722)은 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때의 그리고 y-축(704)을 따른 (DC 여기에 대한) 감쇠의 dB 단위로 측정되는 바와 같은 열 센서(116)의 응답의 크기를 나타내고; 점선(724)은, 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때의 그리고 y-축(706)을 따라 도 단위로 측정되는 바와 같은 구동 신호 뒤의 열 센서(116)의 위상 지연을 나타내고; 점(726)은 계면(118)에서의 이러한 증가된 저항에 대한 질의 주파수에서의 점선(724)의 위상 지연을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 절대 위상 지연(즉, 점들(716, 726)이 놓이는 y-축 값)은, y-축(708)을 따라 동일한 질의 주파수에서 -90을 향해 더 멀리 변이함으로써 저항이 증가함에 따라 증가한다.
도 7의 Bode 플롯(730)에서, 계면에서의 저항, 예컨대 Interface_Res(408)가 추가로 증가하였다. 따라서, 실선(732)은 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때의 그리고 y-축(704)을 따른 (DC 여기에 대한) 감쇠의 dB 단위로 측정되는 바와 같은 열 센서(116)의 응답의 크기를 나타내고; 점선(734)은, 다양한 주파수들(702)에서 구동될 때의 그리고 y-축(706)을 따라 도 단위로 측정되는 바와 같은 구동 신호 뒤의 열 센서(116)의 위상 지연을 나타내고; 점(736)은 계면(118)에서의 이러한 추가로 증가된 저항에 대한 질의 주파수에서의 점선(734)의 위상 지연을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 절대 위상 지연(즉, 점들(716, 726, 736)이 놓이는 y-축 값)은, y-축(708)을 따라 동일한 질의 주파수에서 -90을 향해 더 멀리 변이함으로써 저항이 증가함에 따라 증가한다.
도 8에서, 그래프(800)는 변화하는 계면 저항을 갖는 질의 주파수에서의 예측된 온도 위상 지연을 묘사한다. 온도계 위상 지연들(블랙 도트들(810, 812, 816, 818, 820, 822, 824, 826, 828))은 다양한 열 계면(118) 저항들에 대한 질의 주파수에서의 열 모델에 의해 예측되고, 이들 데이터 포인트들에 대한 3차 다항식 피팅(점선(830))이 질의 주파수에서 구동될 때 60° 내지 90° 범위의 임의의 위상 지연을 보이는 유사한 현실 세계 회로 내의 열 저항을 추정하는 데 사용될 수 있다.
후술되는 바와 같이, 다양한 구현예들에서, 기술된 방법들은 교정 프로세스, 열 컴포넌트(예컨대, TEC 조립체(123))를 테스트하기 위한 품질 관리(QC) 프로세스, 소모품(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122))을 테스트하기 위한 QC 프로세스, 및 기기로의 소모품 로딩 동안 테스트하기 위한 진단 프로세스를 포함할 수 있다.
도 9는 하기를 포함하는 교정 프로세스(900)의 흐름도를 도시한다: 블록(902)에서, 소모성 컴포넌트(예컨대, 플로우 셀 카트리지(122)) 및 열 컴포넌트(예컨대, TEC 조립체(123))에 대한 열 회로 모델을 결정하는 것; 블록(904)에서, 소모성 컴포넌트 및 열 컴포넌트에 대한 기지의 열 커패시턴스들 및 열 회로 모델에 기초하여 RC 코너 값 근처의 질의 주파수를 추정하는 것; 블록(906)에서, 추정된 질의 주파수를 사용하여 복수의 저항 값들에 대한 복수의 위상 오프셋 데이터 포인트들을 생성하는 것; 및 블록(908)에서, 복수의 저항 값들에 대해 복수의 위상 오프셋들을 곡선 피팅하는 것.
소모성 컴포넌트 및 열 컴포넌트에 대한 열 회로 모델을 결정하는 것(블록(902))은, 열 시스템의 각각의 컴포넌트에 대한 열 커패시턴스 및/또는 열 저항 컴포넌트 중 하나 이상을 갖는 전기적 등가 회로를 생성하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 저항 컴포넌트는 계면(예컨대, 열 계면(118))에서의 열 저항을 예시한다. 본 명세서에 기술된 구현예에서, 소모성 컴포넌트 및 열 컴포넌트는 각각 도 4에 도시된 것과 같은 열 커패시턴스를 갖는 것으로 모델링된다. 일부 구현예들에서, 소모성 컴포넌트에 대한 열 커패시턴스는 제조자로부터의 데이터로부터, 또는 (재료 비열 용량(J/g-K 단위) × 재료 질량)에 의해 또는 (재료 체적 열 용량(J/cc-K 단위) × 재료 체적)에 의해 열 커패시턴스를 계산하는 것과 같은 테스팅을 통해 결정될 수 있다. 유사하게, 소모성 컴포넌트에 대한 열 커패시턴스는 제조자로부터의 데이터로부터, 또는 기지의 열량이 샘플에 추가될 때 온도 증가를 측정하는 것을 대체적으로 수반하는 열량 측정 기법들로 열 커패시턴스를 측정하는 것과 같은 테스팅을 통해 결정될 수 있다. 일부 구현예들에서, 일부 모델링된 컴포넌트들은, 그들이 모델링된 시스템으로부터 효과적으로 제거되는 것으로 간주될 수 있도록 다른 컴포넌트들에 비해 무시할 수 있을 정도의 값들을 가질 수 있다.
일단 열 시스템에 대한 전기적 등가 회로가 결정되면, 소모성 컴포넌트 및 열 컴포넌트에 대한 기지의 열 커패시턴스들 및 열 회로 모델에 기초하여 RC 코너 값 근처의 질의 주파수의 추정이 수행될 수 있다(블록(904)). 즉, 계면 저항을 제외한 전기적 등가 회로의 모든 컴포넌트들은 제조자로부터의 데이터로부터 또는 테스팅으로부터 결정될 수 있고, 열 회로는, 예컨대 SPICE 모델링을 사용하여, 모델링되거나 시뮬레이션될 수 있다.
본 명세서에 기술된 구현예에서, 도 4의 전기적 등가 회로는 도 5에 도시된 Bode 플롯을 생성하는 데 사용되며, 이러한 Bode 플롯은 512에서의 시스템 응답 및 상이한 구동 주파수들(㎐ 단위)에서의 위상 응답(도 단위)의 크기를 보여준다. 정확한 구동 진폭이 모델에 사용되는 경우, 응답 출력 크기는 섭씨온도 C 또는 절대 온도 K 중 어느 하나로 보여질 수 있거나; 또는 그것은 구동 진폭 아래의 감쇠의 dB일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 위상 응답 곡선(514)에 대한 Bode 플롯은 TEC 자체의 시상수(즉, 주변에 대한 대류 손실과 조합되는 그의 열 커패시턴스)로 인한 초기 위상 강하를 묘사하는데, 이는 열이 환경으로 얼마나 빠르게(또는 느리게) 전달될 수 있는지의 예시이다. 질의 주파수는, 열 시스템의 전기적 등가 회로의 RC 코너에 대응하는, 기울기가 가장 큰 주파수로서 Bode 플롯에 기초하여 추정될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, RC 코너는 대략 0.3 ㎐로서 추정될 수 있다. 일부 구현예들에서, 질의 주파수의 추정은 RC 코너 및 대응하는 질의 주파수를 결정하기 위해 모델을 최적화하거나 수렴시키기 위한 저항 값들을 통하여 반복하는 것을 포함할 수 있다.
일단 질의 주파수가 추정되거나 달리 결정되면, 복수의 위상 오프셋 데이터 포인트들이 추정된 질의 주파수를 사용하여 복수의 저항 값들에 대해 생성될 수 있다(블록(906)). 즉, 계면 저항에 대한 복수의 저항 값들이 도 7에 도시된 것들과 같은 복수의 대응하는 모델링된 시스템 응답들을 결정하기 위해 모델에 입력될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 저항 값에서의 위상 응답은 포인트들(716, 726, 736)에 의해 보여진 바와 같이, 계면에 대한 열 저항 값들을 증가시킴에 따라 네거티브로 증가한다. 복수의 위상 오프셋 데이터 포인트들은 모델에 대한 복수의 대응하는 저항 값들에 대해 플로팅될 수 있으며, 복수의 저항 값들에 대한 복수의 위상 오프셋들에 대해 곡선 피팅(블록(908))이 수행되어 위상 대 저항 모델 방정식을 생성할 수 있다.
프로세스(900)가 열 컴포넌트(예컨대, TEC 조립체(123))에 대한 위상 대 저항 모델을 생성하는 데 사용될 수 있지만, 도 10은 열 컴포넌트를 테스트하기 위한 QC 프로세스(1000)에 대한 위상 대 저항 모델을 활용하는 구현예의 흐름도를 도시한다. TEC(114) 자체 또는 TEC 조립체(123)와 같은 열 컴포넌트를 테스트하기 위한 QC 프로세스(1000)는 기지의 소모품을 테스트될 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다(블록(1002)). 기지의 소모품은 플로우 셀(110), 캐리어 플레이트(112), 플로우 셀 조립체(123), 또는 기지의 수용가능한 계면 저항을 갖는 다른 소모성 컴포넌트와 같은 사전테스트된 소모성 컴포넌트일 수 있다.
이러한 예의 QC 프로세스(1000)는 블록(1004)에서 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것을 추가로 포함한다. 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것은 신호 생성기를 사용하여, 교정 프로세스(900) 동안 추정된 질의 주파수에서 사인파 입력을 출력하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 다른 질의 주파수들이 사용될 수 있다.
이러한 예의 QC 프로세스(1000)는, 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것에 응답하는 열 센서(예컨대, 열 센서(118))로부터의 복수의 온도 출력을 측정하는 것을 추가로 포함한다(블록(1006)). 일부 구현예들에서, 온도 출력들은 로그 파일 또는 데이터 표에 로그인될 수 있고/있거나 프로세스(1000) 동안 미리결정된 횟수만큼 주기적으로 폴링(poll)될 수 있다.
복수의 온도 출력들은 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱해질 수 있고, 생성된 DC 신호 성분이 동위상 성분 X를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1008)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체를 포함하는, 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 동위상 성분 X인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 온도 출력들은 동위상 성분 X로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
복수의 온도 출력들은 또한, 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱해질 수 있고; 생성된 DC 신호 성분이 직각 이위상 성분 Y를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1010)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체의 90° 위상 변이된 신호를 포함하는, 90° 위상 변이되는 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 이위상 성분 Y인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들은 이위상 성분 Y로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
주기적 사인파 입력에 응답하는 위상 오프셋은 tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 계산될 수 있으며(블록(1012)), 여기서 Y는 이위상 성분이고, X는 동위상 성분이다. 이어서, 위상 오프셋은 교정 프로세스(900)에 의해 결정된 교정된 저항-위상 오프셋 방정식과 같은 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 대응하는 저항 값을 계산하거나 결정하는 데 사용될 수 있다(블록(1014)). 일부 구현예들에서, 저항 값 결정(블록(1014))은 생략될 수 있고, QC 프로세스(1000)는, 하기에서 추가로 상세히 기술되는 블록들(1016, 1018, 1020)에 대한 미리결정된 위상 오프셋 임계치에 비해 위상 오프셋 값을 직접 활용할 수 있다.
결정된 저항 값을 사용하여, 본 예의 QC 프로세스(1000)는 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 것을 추가로 포함한다(블록(1016)). 미리결정된 저항 임계 값은, 열 컴포넌트 내의 결함 때문에, 테스트되는 열 컴포넌트와 기지의 소모품 사이에서 불충분한 열 전달이 발생하는 저항 값으로서 설정될 수 있다. 도 14에 도시된 값들과 같은 미리결정된 저항 임계 값은 여러 열 컴포넌트들 및 소모품들의 테스팅에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 미리결정된 저항 임계 값은, 예를 들어 도 14를 참조하여 기술된 특정 배열에서, 예컨대 0.45 K/W의 값과 같은, 열 컴포넌트들의 변화를 고려하기 위한 오차 마진을 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현예들에서, 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 대응하는 저항 값을 결정하는 것(블록(1014))은, 1016에 대한 위상 오프셋 임계 값과 비교하여 직접 위상 오프셋을 사용함으로써 생략될 수 있다.
이러한 예의 QC 프로세스(1000)는, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여 열 컴포넌트가 열 계면 표면(예컨대, 계면 표면(118))에서 결함을 갖는다고 결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다(블록(1018)). 열 계면에서의 결함은 임의의 결함, 예컨대 티끌, 먼지, 건조 시약들, 및/또는 열 컴포넌트 내의 결함, 예컨대 TEC(114) 자체 내의 결함, TEC(114)의 표면 내의 결함, 또는 임의의 다른 결함일 수 있다. 일부 구현예들에서, QC 프로세스(1000)는, 자동화된 품질 관리 시스템이 열 컴포넌트를 이동시킬 수 있거나 또는 달리, 열 컴포넌트를 결함을 갖는 것으로서 플래깅할 수 있도록 열 컴포넌트가 결함을 가짐을 나타내는 플래그를 설정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 열 컴포넌트가 결함을 가짐을 사용자에게 나타내는 적색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 열 컴포넌트가 결함을 갖는다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1018)). 일부 구현예들에서, 열 컴포넌트가 열 계면 표면에서 결함을 갖는다고 결정하는 것(블록(1018))은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 이상인 것에 기초할 수 있다.
결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과(또는 이상)가 아닌 경우, 본 예의 QC 프로세스(1000)는, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여 열 컴포넌트가 수용가능하다고 결정한다(블록(1020)). 열 컴포넌트가 수용가능하다는 결정에 응답하여(블록(1020)), 본 예의 QC 프로세스(1000)는, 자동화된 품질 관리 시스템이 열 컴포넌트를 이동시킬 수 있거나 또는 달리, 열 컴포넌트를 QC 프로세스(1000)를 통과하는 것으로 플래깅할 수 있도록 열 컴포넌트가 수용가능함을 나타내는 플래그를 설정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 열 컴포넌트가 수용가능함을 사용자에게 나타내는 녹색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 열 컴포넌트가 수용가능하다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1020)). 일부 구현예들에서, 열 컴포넌트가 수용가능하다고 결정하는 것(블록(1020))은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 이하인 것에 기초할 수 있다.
도 11은 소모품을 테스트하기 위한 QC 프로세스(1100)에 대한 위상 대 저항 모델을 활용하는 구현예의 흐름도를 도시한다. QC 프로세스(1100)는 플로우 셀(110), 캐리어 플레이트(112), 플로우 셀 조립체(123), 또는 기지의 수용가능한 계면 저항을 갖는 다른 소모성 컴포넌트와 같은 소모품을 테스트하는 데 사용될 수 있다. QC 프로세스(1100)는 테스트될 소모품을 기기의 기지의 열 컴포넌트와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다(블록(1102)). 기지의 열 컴포넌트는 TEC(114), TEC 조립체(123), 또는 기지의 수용가능한 계면 저항을 갖는 다른 열 컴포넌트와 같은 사전테스트된 열 컴포넌트일 수 있다.
본 예의 QC 프로세스(1100)는 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것을 포함한다(블록(1104)). 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것은 신호 생성기를 사용하여, 교정 프로세스(900) 동안 추정된 질의 주파수에서 사인파 입력을 출력하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 다른 질의 주파수들이 사용될 수 있다.
본 예의 QC 프로세스(1100)는, 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것에 응답하는 열 센서(예컨대, 열 센서(118))로부터의 복수의 온도 출력을 측정하는 것을 추가로 포함한다(블록(1106)). 일부 구현예들에서, 온도 출력들은 로그 파일 또는 데이터 표에 로그인될 수 있고/있거나 프로세스(1100) 동안 미리결정된 횟수만큼 주기적으로 폴링될 수 있다. 복수의 온도 출력들은 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱해질 수 있고, 생성된 DC 신호 성분이 동위상 성분 X를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1108)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체를 포함하는, 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 동위상 성분 X인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 온도 출력들은 동위상 성분 X로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
복수의 온도 출력들은 또한, 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱해질 수 있고; 생성된 DC 신호 성분이 직각 이위상 성분 Y를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1110)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체의 90° 위상 변이된 신호를 포함하는, 90° 위상 변이되는 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 이위상 성분 Y인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들은 이위상 성분 Y로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
주기적 사인파 입력에 응답하는 위상 오프셋은 tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 계산될 수 있으며(블록(1112)), 여기서 Y는 이위상 성분이고, X는 동위상 성분이다. 이어서, 위상 오프셋은 교정 프로세스(900)에 의해 결정된 교정된 저항-위상 오프셋 방정식과 같은 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면(예컨대, 열 계면(118))에 대한 대응하는 저항 값을 계산하거나 결정하는 데 사용될 수 있다(블록(1114)). 일부 구현예들에서, 저항 값 결정(블록(1114))은 생략될 수 있고, QC 프로세스(1100)는, 하기에서 추가로 상세히 기술되는 블록들(1116, 1118, 1120)에 대한 미리결정된 위상 오프셋 임계치에 비해 위상 오프셋 값을 직접 활용할 수 있다.
결정된 저항 값을 사용하여, 이러한 예의 QC 프로세스(1100)는 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 것을 추가로 포함한다(블록(1116)). 미리결정된 저항 임계 값은, 소모품 내의 결함 때문에, 테스트되는 소모품과 기지의 열 컴포넌트 사이에서 불충분한 열 전달이 발생하는 저항 값으로서 설정될 수 있다. 도 15에 도시된 값들과 같은 미리결정된 저항 임계 값은 여러 열 컴포넌트들 및 소모품들의 테스팅에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 미리결정된 저항 임계 값은, 예를 들어 도 15를 참조하여 기술된 특정 소모품 배열들에서, 예컨대 0.45 K/W 또는 0.375 K/W의 값과 같은, 열 컴포넌트들의 변화를 고려하기 위한 오차 마진을 포함할 수 있다.
이러한 예의 QC 프로세스(1100)는, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여 소모품이 열 계면 표면(예컨대, 계면 표면(118))에서 결함을 갖는다고 결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다(블록(1118)). 열 계면에서의 결함은 임의의 결함, 예컨대 티끌, 먼지, 건조 시약들, 및/또는 소모품 자체 내의 결함, 예컨대 소모품의 기판 내의 결함, 소모품의 접착 본드 내의 결함, 또는 임의의 다른 결함일 수 있다. 일부 구현예들에서, QC 프로세스(1100)는, 자동화된 품질 관리 시스템이 소모품을 이동시킬 수 있거나 또는 달리, 소모품을 결함을 갖는 것으로서 플래깅할 수 있도록 소모품이 결함을 가짐을 나타내는 플래그를 설정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 소모품이 결함을 가짐을 사용자에게 나타내는 적색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 소모품이 결함을 갖는다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1118)). 일부 구현예들에서, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 응답하여 소모품이 열 계면 표면에서 결함을 갖는다고 결정하는 것(블록(1118))은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 이상인 것에 기초할 수 있다.
결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 초과가 아닌 경우(또는 그 이상이 아닌 경우), 본 예의 QC 프로세스(1100)는, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여 소모품이 수용가능하다고 결정한다(블록(1120)). 소모품이 수용가능하다는 결정에 응답하여, 프로세스(1100)는, 자동화된 품질 관리 시스템이 소모품을 이동시킬 수 있거나 또는 달리, 소모품을 QC 프로세스(1100)를 통과하는 것으로 플래깅할 수 있도록 소모품이 수용가능함을 나타내는 플래그를 설정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 소모품이 수용가능함을 사용자에게 나타내는 녹색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 소모품이 수용가능하다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1120)). 일부 구현예들에서, 소모품이 수용가능하다고 결정하는 것(블록(1120))은, 결정된 저항 값이 미리결정된 저항 임계 값 이하인 것에 기초할 수 있다.
도 12는 QC 목적을 위해 기기(1200)로의 소모품의 로딩을 테스트하기 위한 진단 프로세스의 흐름도를 도시한다. 일부 구현예들에서, 그러한 기기들은 소모품과 기기의 열 컴포넌트 사이의 열 계면(예컨대, 열 계면(118))의 시각적 검사를 가릴 수 있는 인클로저(enclosure)들 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, TEC(114) 또는 TEC 조립체(123)의 상부 표면은 기기의 사용자에게 보이지 않을 수 있다. 소모품, 예컨대 플로우 셀 카트리지(122), 및/또는 플로우 셀(110) 자체가 기기 내로 삽입될 때, 소모품, 및 소모품이 열 제어를 위해 인터페이싱하는 TEC(112) 또는 TEC 조립체(123)와 같은 대응하는 열 컴포넌트는 기기의 하우징 내측에 있을 수 있고, 뷰로부터 가려질 수 있다. 기기의 하우징은 대체적으로, 그 내부에서의 프로세스들에 오염물들이 영향을 미치는 것을 제한하거나 감소시킬 수 있다. 그러나, 소모품과 열 컴포넌트 사이의 열 계면이 티끌, 먼지, 액체 등과 같은 잔해물이 없음을 보장하는 것은 열 계면의 표면들을 시각적으로 검사하기 위해 하우징 및/또는 기기의 일부분들의 분해 없이 수행하기가 어려울 수 있다. 따라서, 이러한 예의 진단 프로세스(1200)는, 열 컴포넌트에 의한 소모품의 충분한 열 제어가 달성가능하도록 소모품이 기기 내로 로딩되고 소모품과 기기 사이의 열 계면이 수용가능하게 낮은 열 저항을 갖는다고 결정하기 위해 사전구동 품질 관리 체크의 일부로서 기기에 의해 구현될 수 있다.
일부 구현예들에서, 진단 프로세스(1200)는 먼저 소모품을 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다(블록(1202)). 상기에서 언급된 바와 같이, 열 컴포넌트는 TEC(114), TEC 조립체(123), 또는 기기가 제조되었을 때 기지의 수용가능한 계면 저항을 갖는 다른 열 컴포넌트와 같은 사전테스트된 열 컴포넌트일 수 있다. 일부 구현예들에서, 소모품을 열 컴포넌트와 접촉시키는 것은, 사용자가 플로우 셀 카트리지(123) 및/또는 플로우 셀(1120)을 기기 내로 삽입하는 것, 및 기기가 자동화 프로세스를 실행하여 플로우 셀 카트리지(123) 및/또는 플로우 셀(110)을 열 컴포넌트와 맞물리게 하는 것을 포함할 수 있다.
본 예의 진단 프로세스(1200)는 미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것을 추가로 포함한다(블록(1204)). 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것은 신호 생성기를 사용하여, 교정 프로세스(900) 동안 추정된 질의 주파수에서 사인파 입력을 출력하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 다른 질의 주파수들이 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 주기적 사인파 입력에 대한 데이터는 기기의 메모리 또는 저장 디바이스에 저장될 수 있다.
본 예의 진단 프로세스(1200)는, 주기적 사인파 입력을 사용하여 열 컴포넌트를 구동시키는 것에 응답하는 열 센서(예컨대, 열 센서(118))로부터의 복수의 온도 출력을 측정하는 것을 추가로 포함한다(블록(1206)). 일부 구현예들에서, 온도 출력들은 로그 파일 또는 데이터 표에 로그인될 수 있고/있거나 프로세스(1200) 동안 미리결정된 횟수만큼 주기적으로 폴링될 수 있다. 복수의 온도 출력들은 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱해질 수 있고, 생성된 DC 신호 성분이 동위상 성분 X를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1208)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체를 포함하는, 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 동위상 성분 X인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 온도 출력들은 동위상 성분 X로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
복수의 온도 출력들은 또한, 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱해질 수 있고; 생성된 DC 신호 성분이 직각 이위상 성분 Y를 결정하기 위해 계산될 수 있다(블록(1210)). 기준 신호는, 예를 들어, 주기적 사인파 입력 자체의 90° 위상 변이된 신호를 포함하는, 90° 위상 변이되는 질의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 임의의 신호일 수 있다. 생성된 DC 신호는 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들의 사인 곡선 피팅에 기초하여 계산되어, 이위상 성분 Y인 오프셋을 결정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 기준 신호와 곱해진 생성된 온도 출력들은 이위상 성분 Y로서 평균 오프셋을 결정하기 위해 미리결정된 기간에 걸쳐 평균화될 수 있다.
주기적 사인파 입력에 응답하는 위상 오프셋은 tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 계산될 수 있으며(블록(1212)), 여기서 Y는 이위상 성분이고, X는 동위상 성분이다. 이어서, 위상 오프셋은 교정 프로세스(900)에 의해 결정된 교정된 저항-위상 오프셋 방정식과 같은 교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면(예컨대, 열 계면(118))에 대한 대응하는 저항 값을 계산하거나 결정하는 데 사용될 수 있다(블록(1214)). 교정된 저항-위상 오프셋 방정식은 기기의 메모리 또는 저장 디바이스에 저장되는 기기들의 무리(fleet)에 대한 단일 방정식일 수 있다. 다른 구현예들에서, 교정된 저항-위상 오프셋 방정식은 기기에 특정적일 수 있고, 기기의 제조 및/또는 최종 교정 동안 계산될 수 있다. 일부 구현예들에서, 저항 값 결정(블록(1214))은 생략될 수 있고, 진단 프로세스(1200)는, 하기에서 추가로 상세히 기술되는 블록들(1216, 1218, 1220, 1222)에 대한 미리결정된 위상 오프셋 임계치에 비해 위상 오프셋 값을 직접 활용할 수 있다.
결정된 저항 값을 사용하여, 이러한 예의 진단 프로세스(1200)는 결정된 저항 값을 제1 미리결정된 저항 임계 값 및 제2 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 것을 추가로 포함한다(블록(1216)). 제1 미리결정된 저항 임계 값은 소모품과 열 컴포넌트 사이의 열 계면에서의 결함 또는 잔해물 때문에, 소모품과 기기의 열 컴포넌트 사이에서 불충분한 열 전달이 발생하는 저항 값으로서 설정될 수 있다. 제1 미리결정된 저항 임계 값은 여러 열 컴포넌트들 및 소모품들의 테스팅, 예컨대 도 13 내지 도 16에 도시된 값들에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다.
일부 경우들에 있어서, 진단 프로세스(1200)에서 활용되는 제1 미리결정된 저항 임계 값은 열 컴포넌트들 및/또는 소모품들의 변화를 고려하기 위한 오차 마진을 포함할 수 있다. 제2 미리결정된 저항 임계 값은 열 컴포넌트와 소모품 사이에 최소 열 전달이 발생하거나 어떠한 열 전달도 발생하지 않을 정도로 값이 충분히 높은 저항 값으로서 설정될 수 있는데, 그 이유는 소모품이 기기 내로 로딩되지 않거나 또는 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 계면이 높은 저항을 갖기 때문이다. 어떠한 소모품도 로딩되지 않고 저항 값이, 예를 들어 1.313 K/W인 도 13에 도시된 값과 같은, 제2 미리결정된 저항 임계 값은, 로딩되고 특정 기기에 대한 수용가능한 열 계면이 테스트되게 한 소모품들의 경우에 0.359454의 평균 값과 비교하여, 여러 기기들의 테스팅에 기초하여 경험적으로 결정될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 제2 미리결정된 저항 임계 값은 열 컴포넌트들 및/또는 소모품들의 변화를 고려하기 위한 오차 마진을 포함할 수 있다.
결정된 저항 값과 제1 미리결정된 저항 임계 값 및 제2 미리결정된 저항 임계 값의 비교에 기초하여, 이러한 구현예에서의 진단 프로세스(1200)가 진행되어, 소모품이 기기 내에 적절하게 삽입되지 않는지 여부(블록(1218)); 열 계면에서의 결함 또는 잔해물이 기기의 동작에 영향을 미칠 것인지 여부(블록(1220)); 또는, 기기의 추가 프로세스들로 진행하기 위해 열 계면에서의 저항이 수용가능한지 여부(블록(1222))를 결정한다.
진단 프로세스(1200)는, 결정된 저항 값이 제2 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 소모품이 기기 내에 적절하게 삽입되지 않다고 결정할 수 있다(블록(1218)). 진단 프로세스(1200)가, 소모품이 기기 내에 적절하게 삽입되지 않는다고 결정하는 경우(블록(1218)), 진단 프로세스(1200)는, 소모품이 기기의 동작을 일시정지시키기 위해 로딩되지 않음을 나타내고/내거나 달리, 소모품이 적절하게 로딩되지 않음을 사용자에게 나타내는 플래그를 설정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 소모품이 적절하게 로딩되지 않음을 사용자에게 나타내는 적색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 소모품이 적절하게 로딩되지 않는다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1218)). 일부 구현예들에서, 소모품이 기기 내에 적절하게 삽입되지 않는다고 결정하는 것(블록(1218))은, 결정된 저항 값이 제2 미리결정된 저항 임계 값 이상인 것에 기초할 수 있다.
진단 프로세스(1200)는, 결정된 저항 값이 제2 미리결정된 저항 임계 값 미만 및 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 열 계면에서의 결함 또는 잔해물이 기기의 동작에 영향을 미칠 것이라고 결정할 수 있다(블록(1220)). 열 계면에서의 결함 또는 잔해물은 임의의 결함, 예컨대 티끌, 먼지, 건조 시약들, 및/또는 소모품 내의 결함, 예컨대 소모품의 기판 내의 결함, 소모품의 접착제 본드 내의 결함, 또는 임의의 다른 결함, 및/또는 열 컴포넌트 자체 내의 결함, 예컨대 TEC(114) 자체 내의 결함, TEC(114)의 표면 내의 결함, 또는 임의의 다른 결함일 수 있다.
진단 프로세스(1200)가, 열 계면에서의 결함 또는 잔해물이 기기의 동작에 영향을 미칠 것이라고 결정하는 경우(블록(1220)), 진단 프로세스(1200)는 기기의 동작을 일시정지시키고/시키거나 달리, 소모품과 기기의 열 컴포넌트 사이의 열 계면이 막힘을 사용자에게 나타내기 위해 열 계면에 잔해물 또는 결함이 있음을 나타내는 플래그를 설정할 수 있다. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 열 계면에서의 잔해물 또는 결함을 사용자에게 나타내는 적색 또는 황색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 열 계면에서의 결함 또는 잔해물의 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1220)). 일부 구현예들에서, 진단 프로세스(1200)는 사용자가 소모품을 세정할 수 있고/있거나 열 컴포넌트를 점검할 수 있고/있거나 부적절하게 삽입 또는 오정렬된 경우에 소모품을 재삽입할 수 있도록 소모품을 배출하기 위해 배출 동작을 개시할 수 있다. 일부 구현예들에서, 열 계면에서의 결함 또는 잔해물이 기기의 동작에 영향을 미칠 것이라고 결정하는 것(블록(1220))은, 결정된 저항 값이 제1 미리결정된 저항 임계 값 이상인 것에 기초할 수 있다.
결정된 저항 값이 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과가 아닌 경우, 진단 프로세스(1200)는 열 계면이 수용가능하다고 결정할 수 있다(블록(1222)). 열 계면이 수용가능하다는 결정에 기초하여, 진단 프로세스(1200)는 하기를 추가로 포함할 수 있다: 기기가 실행하는 것으로 진행할 수 있거나; 또는 달리, 열 계면을 진단 프로세스를 통과하는 것으로 플래깅할 수 있도록 열 계면이 수용가능함을 나타내는 플래그를 설정하는 것. 다른 구현예들에서, 조명이 켜질 수 있고/있거나(예컨대, 열 계면이 수용가능함을 사용자에게 나타내는 녹색 램프가 켜질 수 있음), 팝업 표시자가 론칭될 수 있고/있거나, 열 계면이 수용가능하다는 결정에 응답하여 다른 프로세스가 론칭될 수 있다(블록(1222)). 일부 구현예들에서, 열 계면이 수용가능하다고 결정하는 것(블록(1222))은, 결정된 저항 값이 제1 미리결정된 저항 임계 값 이하인 것에 기초할 수 있다.
도 13은 측정 반복성을 입증하기 위해 기술된 기법을 사용한 반복된 측정들의 예들을 예시하는 표를 도시한다. 데이터는, 측정이 계면 저항에서 단지 수 퍼센트만의 변동들을 용이하게 해결할 것임을, 그리고 따라서, 규격 범위가 예상된 측정치의 약 +20%/-0%만큼 좁은 경우에 양호한 계면과 불량한 계면 사이를 구별하기 위해 수용가능한 정밀도를 가질 수 있음을 나타낸다. 표는 또한, 어떠한 소모품도 설치되지 않을 때의 측정의 결과의 일례를 열거한다. 측정치는 > 3.6 배 더 높으며, 이는 누락된 소모품이 이러한 측정에 의해 용이하게 검출됨을 나타낸다.
도 14는 기술된 측정치가 동일한 소모품의 2개의 상이한 경우들을 사용하여 여러 프로토타입 기기들에 걸쳐 상이한 결과들을 어떻게 생성하는지를 예시하는 표를 도시한다. 기기 변화는 측정 반복성보다 유의미하게 더 높으며, 이는 실제 부분-대-부분 변화가 측정되고 있음을 나타낸다.
도 15는 기술된 측정치가 동일한 기기 내의 여러 소모품들에 걸쳐 상이한 결과들을 어떻게 생성하는지를 예시하는 표를 도시한다. 소모품 변화는 측정 반복성보다 단지 약간 더 높다.
도 16은 TEC(114)와 플로우 셀 캐리어 플레이트(112) 사이의 계면에서 이론적으로 나타날 수 있는 카드보드 오염물(원으로 그려짐)을 도시한다. 기술된 측정 기법은 오염물에 의한 계면 저항의 45% 증가를 측정하여, 현실 세계 오염이 측정 반복성보다 유의미하게 크고 기기 및 소모품 변화보다 큰 측정 결과를 생성할 수 있음을 입증할 수 있다.
도 17은 열 계면(118)에서 다양한 종류의 결함들을 갖는, 열 저항에 기초한 플로우 셀(122) 램프업 시간들의 예들을 보여주는 그래프(1300)를 도시한다. 그러한 결함들은 열 계면(118)에서의 오염물(130)(예컨대, 티끌, 먼지, 탈수 반응물들, 잔해물 등)의 존재로부터, TEC 조립체(123) 상에 부적절하게 로딩되는 플로우 셀 카트리지(112)로부터, 플로우 셀 카트리지(112) 또는 TEC 조립체(123)의 컴포넌트 내의 제조 결함으로부터, 또는 일부 다른 조건으로부터 비롯될 수 있다. 그러나, 본 예에서, 다양한 데이터 포인트들(1332, 1334, 1336)은 오염물(130)이 열 계면(118)에 위치되는 조건을 나타내는 한편; 데이터 포인트들(1330)은 어떠한 오염물(130)도 열 계면(118)에 존재하지 않는 조건들을 나타낸다.
이러한 그래프(1300)에서, y-축(1302)은 초 단위의 플로우 셀(122)의 램프업 시간을 나타내는 한편; X-축(1304)은 본 명세서에 기술된 방법에 의해 결정되는 바와 같은 K/W 단위들로 열 계면(118)에서의 열 저항을 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "램프업 시간"은, 플로우 셀(110) 내에 배치되는 열 센서(도시되지 않음)가, TEC(114)에 의해 구동될 때 규정된 시작 온도로부터 규정된 타깃 온도까지 변화하는 데 걸리는 시간이다.
도 17에서, 수평선(1310)은 임계 램프업 시간 값의 예를 나타내며, 여기서 플로우 셀(122)에 대한 램프업 시간이 수평선(1310)에 의해 표현되는 임계 값 미만인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 수평선(1310)에 의해 표현되는 임계 값을 초과하는 램프업 시간 값들은 수용불가능한 것으로 간주될 수 있다. 이러한 예에서, 임계 램프업 시간 값은 대략 12초이다. 대안적으로, 임계 램프업 시간 값은 대략 9초 내지 대략 30초 범위일 수 있다. 수직선(1320)은 임계 열 저항 값의 예를 나타내며, 여기서 열 계면(118)에서의 열 저항이 수직선(1320)에 의해 표현되는 임계 값 미만인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 수직선(1320)에 의해 표현되는 임계 값을 초과하는 열 저항 값들은 수용불가능한 것으로 간주될 수 있다. 이러한 예에서, 임계 열 저항 값은 대략 0.66 K/W이다. 대안적으로, 임계 열 저항 값은 대략 0.36 K/W 내지 대략 0.91 K/W 범위일 수 있다.
도 17의 데이터 포인트들(1330, 1332)은, 플로우 셀(122)의 램프업 시간이 수평선(1310)에 의해 표현되는 임계치 미만이도록; 그리고 열 저항 값이 수직선(1320)에 의해 표현되는 임계치 미만이도록 열 계면(118)이 수용가능한 조건들을 보여준다. 상기에서 언급된 바와 같이, 데이터 포인트들(1330)은 어떠한 오염물(130)도 열 계면(118)에 존재하지 않는 조건들을 나타낸다. 데이터 포인트들(1332)은 오염물(130)이 열 계면(118)에 존재하는 조건들을 나타내지만; 그러한 오염물들(130)은 수평선(1310)에 의해 표현되는 임계 값을 넘어 플로우 셀(122)의 램프업 시간을 증가시키거나 수직선(1320)에 의해 표현되는 값을 넘어 열 저항을 증가시키기에 충분할 정도로 열 계면(118)에 영향을 미치지는 않는다.
데이터 포인트(1334)는 계면 결함으로 인해 열 계면(118)이 수용불가능한(또는 적어도 수용가능하지만 바람직하지 않은) 조건을 보여준다. 데이터 포인트(1334)에 의해 표현되는 조건에서, 열 계면(118)에서의 열 저항이 수용가능하게는, 수직선(1320)에 의해 표현되는 임계 값 미만이더라도, 플로우 셀(122)에 대한 램프업 시간은 수용불가능하게는(또는 바람직하지 않게는) 수평선(1310)에 의해 표현되는 임계 값을 초과한다. 일부 시나리오들에서, 데이터 포인트(1334)에 의해 표현되는 조건은 공장 품질 관리와 관련하여 수용불가능한 것으로 간주될 수 있지만; 현장에서의, 사용 중 품질 관리와 관련하여 (바람직하지 않다 하더라도) 수용가능한 것으로 간주될 수 있다. 다시 말하면, 공장에서의 데이터 포인트(1334)와 연관된 조건을 제시하는 열 계면(118)이 거절될 수 있는 한편; 현장에서의 데이터 포인트(1334)와 연관된 조건(즉, 마지막의 최종 사용자에 의한 동작)을 제시하는 열 계면(118)은 (바람직하지 않다 하더라도) 수용가능한 것으로 간주될 수 있다.
데이터 포인트들(1336)은, 열 계면(118)이 플로우 셀(122)에 대한 수용불가능하게 높은 램프업 시간들을 야기하는 계면 결함 및 따라서 열 계면(118)에 대한 허용불가능하게 높은 열 저항 값들을 야기하는 계면 결함으로 인해 수용불가능하다는 조건들을 보여준다.
전술한 설명은 당업자가 본 명세서에 기술된 다양한 구성들을 실시할 수 있게 하도록 제공된다. 본 기술이 특히 다양한 도면들 및 구성들을 참조하여 기술되었지만, 이들은 단지 예시 목적들을 위한 것이며, 본 기술의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태로 언급되고 단수 표현 단어("a" 또는 "an")가 선행되는 요소 또는 단계는, 그러한 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 상기 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, "하나의 구현예"에 대한 언급들은 언급된 특징부들을 또한 포함하는 추가적인 구현예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 게다가, 명백히 반대로 기술되지 않는 한, 특정 속성을 갖는 요소 또는 복수의 요소들을 "포함하는" 또는 "갖는" 구현예들은 그들이 그 속성을 갖든 갖지 않든 간에 추가적인 요소들을 포함할 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은, 예를 들어 처리에 있어서의 변화들로 인한 작은 변화를 기재하고 설명하는 데 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하, 및/또는 0%를 지칭할 수 있다.
본 기술을 구현하는 많은 다른 방식들이 있을 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 기능들 및 요소들은 본 기술의 범주로부터 벗어남이 없이 도시된 것들과는 상이하게 분할될 수 있다. 이들 구현예들에 대한 다양한 수정들이 당업자들에게 용이하게 명백할 수 있고, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 다른 구현예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 기술의 범주로부터 벗어남이 없이, 당업자에 의해 본 기술에 대해 많은 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상이한 수들의 주어진 모듈 또는 유닛이 채용될 수 있거나, 상이한 유형 또는 유형들의 주어진 모듈 또는 유닛이 채용될 수 있거나, 주어진 모듈 또는 유닛이 추가될 수 있거나, 또는 주어진 모듈 또는 유닛이 생략될 수 있다.
밑줄친 및/또는 이탤릭체로 쓰인 제목들 및 부제목들은 단지 편의를 위해 사용되고, 본 기술을 제한하지 않으며, 본 기술의 설명의 해석과 관련하여 언급되지 않는다. 당업자에게 알려져 있거나 나중에 알려지게 되는, 본 명세서 전체에 걸쳐 기술된 다양한 구현예들의 요소들에 대한 모든 구조적 및 기능적 등가물들이 본 명세서에 명백히 참조로 포함되고, 본 기술에 의해 포괄되도록 의도된다. 게다가, 본 명세서에 개시된 어떠한 것도 그러한 개시가 상기 설명에서 명시적으로 언급되어 있는지에 관계없이 공중에게 전용되는 것으로 의도되지 않는다.
하기에 더 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가의 개념들의 모든 조합은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려됨이 이해되어야 한다. 특히, 본 명세서의 끝부분에 나타나는 청구된 발명 요지의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려된다.

Claims (20)

  1. 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법으로서,
    기지의 소모품을 테스트될 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계;
    미리결정된 질의 주파수(interrogation frequency)에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시키는 단계;
    상기 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 상기 주기적 사인파 입력과 동위상(in-phase)인 기준 신호와 곱하고 생성된 직류(direct current, DC) 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이(phase-shift)된 기준 신호와 곱하고 상기 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각(quadrature) 이위상(out-of-phase) 성분 Y를 결정하는 단계;
    tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 상기 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계;
    교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 상기 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면(thermal interface)에 대한 저항 값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 상기 열 컴포넌트가 상기 열 계면 표면에 결함을 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 미리결정된 저항 임계 값 미만이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여, 상기 열 컴포넌트가 수용가능하다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 컴포넌트는 열전 냉각기(thermoelectric cooler)를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소모품은 플로우 셀(flow cell)을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리결정된 질의 주파수는 상기 기지의 소모품 및 상기 기기의 상기 열 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정되는, 방법.
  7. 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법으로서,
    테스트될 소모품을 기기의 기지의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계;
    미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시키는 단계;
    상기 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 상기 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱하고 생성된 직류(DC) 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱하고 상기 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각 이위상 성분 Y를 결정하는 단계;
    tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 상기 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계;
    교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 상기 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 저항 값을 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 상기 소모품이 열 계면 표면에 결함을 갖는다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 미리결정된 저항 임계 값 미만이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 미리결정된 저항 임계 값 미만인 것에 기초하여, 상기 소모품이 수용가능하다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 컴포넌트는 열전 냉각기를 포함하는, 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소모품은 플로우 셀을 포함하는, 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리결정된 질의 주파수는 상기 소모품 및 상기 기기의 상기 기지의 열 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정되는, 방법.
  13. 기기의 열 컴포넌트와 소모품 사이의 열 저항을 측정하기 위한 방법으로서,
    소모품을 기기의 열 컴포넌트와 접촉시키는 단계;
    미리결정된 질의 주파수에 기초하여 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시키는 단계;
    상기 주기적 사인파 입력을 사용하여 상기 열 컴포넌트를 구동시킨 것에 응답하여 열 센서로부터 복수의 온도 출력들을 측정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 상기 주기적 사인파 입력과 동위상인 기준 신호와 곱하고 생성된 직류(DC) 신호 성분을 계산하여 동위상 성분 X를 결정하는 단계;
    상기 복수의 온도 출력들을 90° 위상 변이된 기준 신호와 곱하고 상기 생성된 DC 신호 성분을 계산하여 직각 이위상 성분 Y를 결정하는 단계;
    tan-1 (Y/X) 또는 atan2(X,Y)에 기초하여 상기 주기적 사인파 입력에 응답하여 위상 오프셋을 계산하는 단계;
    교정된 저항-위상 오프셋 방정식 및 상기 계산된 위상 오프셋을 사용하여 열 계면에 대한 저항 값을 결정하는 단계;
    상기 결정된 저항 값을 제1 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계;
    상기 결정된 저항 값을 제2 미리결정된 저항 임계 값과 비교하는 단계; 및
    상기 결정된 저항 값과 상기 제1 및 제2 미리결정된 저항 임계 값들의 비교에 기초하여 상기 열 계면의 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 제2 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 제2 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여, 상기 소모품이 상기 기기 내에 삽입되지 않는다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 결정된 저항 값은 상기 제2 미리결정된 저항 임계 값 미만 및 상기 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과이고, 상기 방법은, 상기 결정된 저항 값이 상기 제2 미리결정된 저항 임계 값 미만 및 상기 제1 미리결정된 저항 임계 값 초과인 것에 기초하여 열 계면 표면에 결함 또는 잔해물이 있다고 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 컴포넌트는 열전 냉각기를 포함하는, 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소모품은 플로우 셀을 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 플로우 셀은 합성에 의한 서열분석에 사용되는, 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리결정된 질의 주파수는 상기 소모품 및 상기 기기의 상기 기지의 열 컴포넌트에 대한 추정된 RC 코너 값에 기초하여 결정되는, 방법.
  20. 기기로 하여금 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 실행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체.
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