JPH021577A - 温度制御装置及びその操作方法 - Google Patents

温度制御装置及びその操作方法

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JPH021577A
JPH021577A JP63272848A JP27284888A JPH021577A JP H021577 A JPH021577 A JP H021577A JP 63272848 A JP63272848 A JP 63272848A JP 27284888 A JP27284888 A JP 27284888A JP H021577 A JPH021577 A JP H021577A
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Paul A Dillon
ポール・アンソニー・ディロン
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Irish Transformers Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被試験電子構成部品、例えば集積回路、プリン
ト回路、ハイブリッド回路以下一般に電子構成部品と称
するその他の電子装置の温度制御装置及びその操作方法
に関する。
（従来技術） 電子部品が試験される温度範囲は、その特定の用途に応
じて様々である。例えば航空電子工学及び多くの民間・
軍事用等の高度な信頼性を必要とする場合には、電子部
品は一５５°Ｃから＋１２５°Ｃの範囲に互って機能す
ることが必要である。
多くのその他の場合では部品が機能しなければならない
温度範囲は幾分狭くなることは言うまでもない。
そのような部品の試験を満足に行うただ一つの方法は、
部品をその中に置いて試験できるような環境を提供する
ことである。どのような形式であっても、被試験部品を
局部的に加熱し及び冷却するのでは十分ではない。即ち
、必要な試験環境を作ることができるような密閉容器内
に部品を収容することが必要である。一般に、そのよう
な環境は電気ヒータによって加熱され、２段階冷却機構
において気体若しくは液体の冷却剤、例えば密閉容器内
で液体窒素の気化等によって冷却される。残念ながら１
つの冷却機構では通常必要な温度領域の範囲内に冷却す
る能力を持たないため、２段階冷却機構を使用しなけれ
ばならない。
（解決すべき問題点） 米国特許４，４２６，６１９号及び４，７３４，８７２
号（テンプトロニック　コーポレイション）には、気体
の冷却剤を用いた環境内で部品の温度管理を行う典型的
な機構が開示されている。これらの発明の装置はニアコ
ンプレッサと乾燥機、大型冷却機、及び電子処理装置と
を有している。冷却装置と電子処理装置、及び冷却ガス
の収容容器の保管場所に大きな空間を必要とするため、
これらの装置は極めてかさ張る。これらの装置の操作に
は複雑な多くの知識が必要とされるため、生産面におい
ても稼働面においてもこれらの装置は極めて高価である
。更に多くのこれらの装置においては、必要とされる正
確な操作を殆ど行うことができない。また更にこれらの
装置は非常に騒音がひどく、シばしば特別な防音室が必
要な程である。別の共通の問題は、空気中の水分の凝結
によって、被試験回路に氷が形成されることである。こ
のような水分は望ましくない電気的な伝導経路を形成す
る。また別の問題として、被試験部品と関係する部品は
被試験部品からかなり離して配置されなければならない
ということである。このことは試験の信号を歪める。更
に杯験から次の試験へ移るのに一般に非常に時間がかか
る。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、従来技術に
おけるガス若しくは液体の取り扱い設備を伴う従来の冷
却装置を必要としない、完全に新しい温度制御装置を提
供することを目的とする。
また本発明は、従来の温度制御装置に伴う水分の凝結の
問題を解決することを目的とする。更に本発明は、優れ
た正確性を備えた温度制御装置を提供することを目的と
する。
更に本発明は、簡単、かつ安価で、携帯可能な小型の温
度制御装置を提供することを目的とする。
また本発明は被試験部品に接続される部品を近接して配
置することを可能にするとともに、一つの試験から速や
かに次の試験に移ることを可能にすることを目的とする
。
（問題点の解決手段） 上記目的を達成するために本発明は、被試験電子部品の
ための温度制御装置であって：部品の受け入れのための
ソケット手段を備えた試験用の密閉容器と； 同容器を加熱若しくは冷却する熱転移手段と；前記容器
内の温度を検知する温度検知手段と；前記熱転移手段の
操作を制御するだめのコントローラと； を有してなる温度制御装置において、 前記熱転移手段が、事実上定温に保たれた熱転移作用面
と基準面とをそなえた熱電装置を有しており、前記コン
トローラによりこの熱電装置に加えられている電流の強
さと方向を変化させることにより、その作用面の温度が
変えられることを特徴とする。
（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
まず第１図ないし第４図において、符号１は、被試験電
子部品用の温度制御装置を示している。
制御装置ｌは携帯型であるとともに独立構造であって、
コントローラを収容する直方体の箱型ケーシング２と、
同コントローラに組み込まれｔ；図示しない制御回路と
、入力インターフェースキーパッド３と、出力インター
フェース液晶デイスプレィ４とを有している。制御装置
１は更にシリコンシール２６によって形成された内表面
６と、熱電装置の作用面９の周囲に形成された部品用の
凹部８とを有しており、この場合３つの背中合わせされ
たペルチェ素子５０がその一方の端部、即ちその基準面
において空冷式ヒートシンク５１に接続されている。ソ
ケット１０は取付板１１上に取り付けられており、更に
同取付板は、一端が開放された交換可能なハウジング内
にスプリング装着されている。ハウジングはグイキャス
ト箱１２によって形成され、同ダイキャスト箱１２は扉
１３上に留め具５２によって女工に取り外し可能に取り
付けられている。扉１３は、ますケーシング２から間隔
を置いて垂直となる位置まで上方向へ回転し、次いで作
用面９に対して垂直に内部に向かって移動し、これによ
って第３図に示されるように熱密閉容器を形成するよう
に構成されている。これを達成するための構成が以下に
詳述される第５図及び第６図に図示されている。
ソケット１０は、符号２０で示されたような集積回路（
ＩＣ）を装着するためのものであり、かつレバー２１に
よって操作される従来のピンロッキング機構を備えてお
り、これによって使用者がこのソケット内に集積回路ビ
ンを固定することができる。取付板１１は、外方向へ付
勢された取り付けばね２２と柱２３とによって弾性的に
グイキャスト箱１２の底面に取り付けられている。前記
■Ｃ２０に接続された部品は、取付板１１の下方におい
て柱２３上に取り付けられた回路基板５４上に装着され
る。プラスチックの絶縁体２５がダイキャスト箱１２内
に挿入されている。ソケット１０用の電気導線３０はダ
イキャスト箱１２の後部側面を通って接続される（第４
図参照）。
使用において、試験される集積回路はソケット１０内に
装着され、次いでダイキャスト箱１２が扉１３内に係止
されるとともに、電気導線３０が集積回路２０の試験に
おいて用いられる図示されない特定の基板に接続される
。回路基板５４に必要な接続が施される。次いで扉１３
が閉じられて、凹部８内において集積回路２０がペルチ
ェ素子５０の作用面と係合する。この閉じられた状態が
第１図及び第３図に図示されている。閉じられた状態に
あるとき、ダイキャスト箱１２とシリコンシール２６と
はこれらの間に断熱容器を形成し、この内部において集
積回路２０は直接ペルチェ素子５０と接触する。この後
に、ペルチェ素子５０の操作を制御するためにキーバッ
ド３が使用され、これによって多様な試験を実施するの
に必要な、いかなる温度でも提供することができる。扉
１３が開いている場合、ペルチェ素子５０は弱く加熱さ
れ、これによって試験下の部品上に空気中の水分が凝固
するのを防ぐ。これは検知機（図示せず）が扉の開くの
を感知すると自動的に実施される。
箱１２のようなダイキャスト箱を用いることによって、
生産費用が低減されるとともに温度制御装置１内で構成
部品の取り外しや挿入が容易に行われることが更に理解
されるであろう。ダイキャスト箱を速やかに交換できる
ので、遅滞なく、形状及び大きさの異なる回路を試験す
ることができる。ダイキャスト箱１２（アースしである
）は、試験中において優れた電気的遮蔽機能を有する。
装置ｌは線形レギュレータ方式の電源に組み込まれ、ま
た密閉容器からできる限り離して配置されているために
、電気的な雑音は一層軽減される。
第５（ａ）図及び５（ｂ）図には、扉１３のための操作
機構が詳細に示されている。同様の部分は同一の符号で
示されている。扉１３は支持部材４０によってケーシン
グ２に取り付けられており、この支持部材４０は扉１３
内の上部ビン４１に枢支され、他の端部はケーシング２
内の上部ガイド溝の中に取り付けられた可動ビン４２に
枢支されている。扉１３はその他に、ケーシング２内の
下部横方向スロットと係合するもう一つの下方固定ビン
４４を有している。この下方ビン４４はケーシング２に
取り付けられたばね４６によって外方向に付勢されてい
る。扉１３は更に上部ピン４１の上方に位置する止め具
４７を有している。
扉１３が開かれた状態において、ばね４６は下部スロッ
ト４５の外側端部に対し下部のビン４４を外方向に付勢
している。扉１３が上方へ押し上げられるにつれて支持
部材４０はスロット４３内で内側へ向けて移動し、扉が
垂直な位置になると、止め具４７の作用によって扉はそ
れ以上上部ピン４１の周囲で回転しない（第５（ｂ）図
参照）。
この状態では扉１３はまだケーシング２から離れており
、密閉容器を形成するために扉はばね４６の付勢力に逆
らいつつ内側に押し込まれる。この方法において被試験
部品と熱電装置の作用面とは均一に接触し、即ち熱伝導
に適切な係合状態となり、またがたつきを防いで固定で
きる。
温度制御装置１の制御回路の機能が第６図においてブロ
ック図に図示されている。同様の部分は同一の符号で示
されている。マイクロプロセッサ３０が制御回路を制御
している。Ｋタイプの熱電対３１がソケット１０に装着
されており、これによって試験下の部品の温度を検知す
る。これらの熱電対３１は、増幅器３２に接続され、同
増幅器３２はアナログ−デジタル変換器、この場合は電
圧−周波数変換器（Ｖ＼Ｆ）３３に接続されている。こ
のＶ′ＸＦ変換器３３はマイクロプロセッサ３０内のカ
ウンタに接続されている。マイクロプロセッサ３０の出
力はデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３７に供給さ
れており、この変換器３７はペルチェ素子５０用のパワ
ー増幅器３８に接続されている。分離した独立の防護回
路３４が設けられており、同防護回路はヒートシンク及
びペルチェ素子５０の作用面の温度を検知するためのに
タイプの熱電対３１を有している。
作動中、Ｖ＼Ｆ変換器３３は約２０ｋ　　のオフセット
周波数で作動されており、このため電圧ゼロで入力する
と、周期４００ミリセカンドの間に約８０００サイクル
がカウントされる。このオフセットの値は、Ｖ＼Ｆ変換
器３３に負の電圧が入力されてもゼロ若しくは負の周波
数の出力が生じないように設定されている。熱電対増幅
器３２は、平行なレジスタＲ１，Ｒ２を介してＶ＼Ｆ変
換器３３に接続されており、Ｒ２は基準電圧供給器に接
続されている。マイクロプロセッサ３０は、Ｖ＼Ｆ変換
器３３・へのアナログ入力がゼロである場合、得られた
値に相当する周波数の値を減じることによって、Ｒ１と
Ｒ２の値の不正確さを許容するようにプログラムされて
いる。またマイクロプロセッサ３０は熱電対の出力にお
ける非線系性を許容できるようにプログラムされている
ことは言うまでもない。パワー増幅器３８はどちらの方
向にも電流を供給できるように構成されており、これに
よって、分離された供給器の切り替え時に生じる歪みを
回避できる。
もしも実際の温度と要求される温度との差異が１２°Ｃ
以上であれば、マイクロプロセッサ３０はペルチェ素子
９（ａ）を許容最大電流で駆動する。ペルチェ素子５０
は加熱と冷却において同じように作動しないため、冷却
に使用される最大電流の値は加熱に使用される最大電流
の値とは異なる。
独立防護回路３４は、ヒートシンク若しくはペルチェ素
子５０の作用面において検知される温度が極端な場合に
温度制御装置１の作動を中止する働きをする。そのよう
な温度異常は、例えば電源が投入される装置内に部品が
装着されていないこと等によって起こりうる。ペルチェ
素子５０は温度異常によって容易に損傷を受けるおそれ
があるので、これは重要な特質であることがわかる。
マイクロプロセッサ３０はＩＥＥＥ−４８８コンピユー
タインターフエースを有しており、これによって、もし
必要な場合には温度試験装置１をリモートコンピュータ
によって操作することができる。利得定数及びアドレス
等の種々の定数がマイクロプロセッサ３０内の不揮発性
メモリ内に記憶されている。温度制御装置１を較正する
ことが必要な場合は、キーバッド３を介して使用者がこ
れらの定数を変更することができる。若しくは、ＩＥＥ
Ｅ−４８８コンピユータインターフエイスを介してこれ
らの定数を変更することも可能である。この機能によっ
て温度制御装置ｌが精密性を維持するため自動的に較正
し、また異なる大きさの試験下の部品に合わせて異なる
制御定数を与えることは明らかである。この機能は更に
、使用者か、あるいはリモートコンピュータによる自動
調整を可能にする。使用者は、目標温度に対する被試験
部品の温度の振動の最大値の平均値と、それらの振動の
周期の平均値を知り、次いでキーバッド３を介してこれ
らの値を入力することにより、この制御装置１を調整す
る。電気的な雑音を回避するために、Ｄ＼Ａ変換器の出
力値において数秒の周期を越える変更は許されない。
液晶デイスプレィ４は、実際の温度と試験下の部品の目
標温度、及び所望温度が最後に変化してからの経過時間
とを表示する。またエラーメツセージも表示される。
マイクロプロセッサ３０をＩＥＥＥ−４８８インターフ
エイスによってリモートコンピュータに接続し、自動試
験を行うことができるので、更に温度制御装置ｌの正面
パネルからオペレータが完全な実験機能を制御すること
ができるので、同温度制御装置１はスタンドアローンユ
ニットでアル必要がないことが理解されるであろう。
熱電装置が加熱及び冷却に用いられているので、温度制
御装置１は従来知られている温度制御装置の大きさのご
く一部にしかあたらない。冷却装置若しくはガス保管用
シリンダの必要はない。この装置の構造は極めて簡単な
ので、本発明に係る制御装置は信頼性に於いて従来の温
度制御装置よりも優れているとともに、メンテナンスも
あまり必要でなくなる。生産の経費もメンテナンス費用
も、従来に比べはるかに軽減されることが予想できる。
この温度試験装置の構造の他の利点は、発生する騒音が
極めて小さいことである。このことは、従来の温度試験
装置の冷却器が非常に大きな騒音を発し、このためこれ
らを収容するための特別室が必要とされたのに比べて大
きく異なる。被試験部品はベルチェ素子５０と直接接触
し、また関連して熱密閉容器が小型であり、これによっ
て誤差を±０．１℃以内にすることができる。更に、被
試験部品に連結される回路が温度異常の被害を被ること
なく被試験部品に近接して配置することができる。
ベルチェ素子５０に通される電流は徐々に変化してゆく
ため１．突然の電圧の変化によってベルチェ素子５０に
生じる問題は避けられる。更にペルチェ素子５０内に一
定電流レベルを流すことにより、電気的な騒音の発生が
防げられる。これらが重要な利点であることは理解され
るであろう。
本発明に係る温度制御装置は蓄冷器を有してもよい。こ
のような蓄冷器はベルチェ素子５０によってかなり長時
間冷却される金属から構成されている。温度の急速な低
下が必要な場合には、密閉容器からの空気が蓄冷器を通
り、再び密閉容器内に戻される。
制御回路は温度を制御するため高い周波数でスイッチン
グされる電流をベルチェ素子５０に供給するスイッチン
グレギュレータを有していてもよい。この場合、ベルチ
ェ素子５０への損傷が防げる。ベルチェ素子５０の電流
は冷たい面温度から直接の保護された状態のもとで維持
され、これによって最大の効果が得られる。
熱電装置が加熱及び冷却の両方に用いられることにより
、この温度制御装置１が作動を開始する際の基本温度は
要求される作動領域の中間の値となるであろう。ここで
図示された構造に拘わらず、個別の加熱要素が密閉容器
を加熱するのに用いられ、また熱電装置が冷却のみに用
いられることが可能であるのは明らかでる。この場合、
作動領域の中間の基本温度から作動を開始するのは不便
である。ヒートシンクが空気若しくは水、その他の手段
によって冷却されうるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による被試験電子部品用の温度制御装置
を上方から見た斜視図； 第２図は容器が開いた状態における同温度制御装置の一
部を示した側断面図： 第３図は同容器が閉じられた状態における第２図で示し
Ｉ；同温度制御装置の一部を示した平断面図； 第４図は同温度制御装置の取り外し部材を上方から見ｔ
；斜視図： 第５（ａ）図及び第５（ｂ）図は同温度制御装置の一部
をより詳細に示した図解的な側面図：第６図は同温度制
御装置の一部の機能を図解的に示したブロック図である
。 １：温度制御装置、２：ケーシング、３：入力インター
フェースキーバツド、４：液晶デイスプレィ、６：内側
表面、８：部品用凹部、９：熱電装置の作用面、１０：
ソケット手段、１１：取付板、１２：グイキャスト箱、
１３：扉、２０：集積回路、２１ニレバー、２２：ばね
、２３：柱。 ２５ニブラスチック絶縁体、２６：シリコンシール、３
０：マイクロプロセッサ、３１：熱電対。 ３２：増幅器、３３：Ｖ″ＸＦ変換器、３４：防護回路
、３７：Ｄ／Ａ変換器、３８：パワー増幅器。 ４０ないし４７：支持部材及びこれに関連する部材、５
０：ベルチェ素子、５１：ヒートシンク。 ５２：留め具、５４：回路基板、Ｒ１，Ｒ２：レシスタ
。 （外４名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、部品を受け入れるためのソケット手段を有する試験
    密閉容器と； 同密閉容器を加熱若しくは冷却する熱転移手段と； 前記密閉容器内の温度を検知する温度検知手段と； 前記熱転移手段を制御するコントローラと を有してなる被試験電子部品のための温度制御装置にお
    いて、 前記熱転移手段が、実質的に一定の温度に維持される熱
    転移作用面及び基準面とを有しており、また前記作用面
    の温度が、前記制御装置に加えられる電流の強さと方向
    を変化させている前記コントローラによって変えられて
    いることを特徴とする温度制御装置。 ２、前記作用面が被試験部品と接触するように構成され
    ていることを特徴とする請求項第１項記載の温度制御装
    置。 ３、前記ソケット手段及び熱電手段が別々に取り付けら
    れているとともに、装着部材によって、同ソケット手段
    と熱電手段とが隣接する閉位置と、同ソケット手段と熱
    電手段とが互いに離間する開位置との間で、互いに移動
    可能であることを特徴とする請求項第１項若しくは第２
    項記載の温度制御装置。 ４、前記ソケット手段と前記熱電装置との間の相互移動
    が実質的に同熱電装置の作用面に対して垂直であること
    を特徴とする請求項第３項記載の温度制御装置。 ５、前記ソケット手段が取り外し可能なハウジング内に
    取り付けられていることを特徴とする請求項第１項ない
    し第４項いずれかに記載の温度制御装置。 ６、前記ソケット手段が前記ハウジング内にスプリング
    取り付けされており、これによって使用最中に前記ソケ
    ット内の部品が前記熱電装置の作用面に対して付勢され
    ることを特徴とする請求項第５項記載の温度制御装置。 ７、前記熱電装置の作用面が前記温度制御装置の内側表
    面部分を形成しており、また前記ハウジングが、前記閉
    位置において前記内側表面と接触する直立した壁面を有
    しており、前記熱電手段の作用面を取り囲んで試験用密
    閉容器を形成することを特徴とする請求項第５項若しく
    は第６項記載の温度制御装置。 ８、前記ハウジングが前記試験密閉容器から分離して回
    路を支持する手段を有しており、これによって被試験部
    品と接続できることを特徴とする請求項第５項ないし第
    ７項のいずれかに記載の温度制御装置。 ９、前記ハウジングが前記温度制御装置の扉上に取り付
    けられていることを特徴とする請求項第５項ないし第８
    項のいずれかに記載の温度制御装置。 １０、前記扉が、前記熱電装置の作用面から離れるよう
    に付勢された回転ヒンジスプリング上に取り付けられて
    おり； 支持部材の一方の端部付近は前記扉上に回転可能に取り
    付けられ、他方の端部は前記作用面と実質的に垂直な長
    細いガイド上に回転可能かつ摺動可能に取り付けられて
    おり； 前記扉が閉じる際に、前記扉が前記作用面に対して実質
    的に平行となる位置に達したならば、止め具が前記支持
    部材がそれ以上回転するのを妨げ、次いで前記扉を前記
    作用面に対して垂直方向に内側に押し込むことにより、
    前記扉の閉鎖が完了することを特徴とする請求項第９項
    記載の温度制御装置。 １１、被試験部品の温度が、検知された実際の前記部品
    の温度と、使用者の目標とする温度、及び予め測定され
    た実際の温度の最大値の間の時間の差異とを比較するこ
    とによって制御されることを特徴とする請求項第１項な
    いし第１０項のいずれかに記載の温度制御装置の操作方
    法。 １２、前記試験密閉容器が開けられているとき、前記容
    器を予め決められた周囲の温度を上回って加熱すること
    を特徴とする請求項第１１項記載の温度制御装置の操作
    方法。
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