JP4698431B2 - プレート温調型の環境試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子などの電気、電子部品に対して様々な温度環境の下で通電などの環境試験を行うために用いるプレート温調型の環境試験装置に関するものである。

電気、電子部品などのワークを所望の温度に保持した状態で各種の環境試験を行うために用いる環境試験装置としては、独立した恒温槽にワークを入れて環境試験を行うものや、複数の試験槽を経由する搬送ラインに沿ってワークを搬送して、各試験槽において異なる温度状態で各種の環境試験を行う、所謂ライン型環境試験装置と呼ばれるものが知られている。被試験品を所定の試験温度に到達させるための方式として、プレート温調方式が知られている。

プレート温調方式を採用した環境試験装置では、試験槽内に配置されているワーク載置用のプレートを直接に冷却機構あるいは加熱機構によって冷却あるいは加熱して所定の温度状態に保持し、このプレートによって、そこに載せたワークが冷却あるいは加熱され所定の試験温度状態に保持される。特許文献１（特公平６−２７６９８号公報）、特許文献２（特開平１１−２８４０３７号公報）には、このようなプレート温調型の環境試験装置が開示されている。

プレート温調型の環境試験装置では、被試験品を載せた冷却あるいは加熱プレートにより直接に被試験品を冷却あるいは加熱するので、空気温調方式に比べ、被試験品を冷却あるいは加熱して所定の試験温度状態にするための所要時間が短くて済む。
特公平６−２７６９８号公報 特開平１１−２８４０３７号公報

しかしながら、プレート温調型の環境試験装置では、加熱用あるいは冷却用のプレートに載せた試験対象のワークを均一に加熱あるいは冷却できない場合がある。例えば、冷却用のプレートでは、その裏面に取り付けたペルチエ素子などの冷却源によって冷却される。したがって、冷却源から離れているプレートの外周部分が充分に冷却されずに、温度ムラが発生しやすい。

温度ムラのあるプレートにワークを載せると、ワークの全体を均一な温度状態にすることができない。また、１枚のプレートの表面に多数個のワークを載せて所定の温度状態にする場合には、プレートの温度ムラによって、各ワーク間で温度状態にばらつきが発生してしまう。

本発明の課題は、プレートのワーク載置面の各部分をムラなく所定の温度状態となるように加熱あるいは冷却することのできるようにしたプレート温調型の環境試験装置を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、所定の温度状態に保持されたプレートに試験対象のワークを載せて当該ワークを所定の試験温度状態となるように加熱あるいは冷却する環境試験装置において、前記プレートは、その表面にワークを載せるワーク載置面を備え、その裏面に当該プレートを加熱するための加熱源あるいは当該プレートを冷却するための冷却源に接している接触部を備えており、前記接触部から前記ワーク載置面の各部位への熱伝導が均一に行われるように、前記プレートの内部に、独立した複数の空隙部あるいは連続した空隙部を形成したことを特徴としている。

空隙部を適切に配置することにより、プレート断面において、加熱源あるいは冷却源と、これに近いワーク載置面の部位との間の空隙率を高くし、加熱源あるいは冷却源と、これから離れているワーク載置面の部位との間の空隙率を低くすることができる。このようにすれば、加熱源あるいは冷却源に近いワーク載置面の部位への熱伝導が抑制され、ワーク載置面の各部位への熱伝導が全体として均一に行われるので、ワーク載置面を全体として均一に加熱あるいは冷却することができる。

また、本発明は、前記プレートは積層固定された第１プレート片および第２プレート片から構成されており、前記第１プレート片の表面が前記ワーク載置面とされ、前記第２プレート片の裏面が前記接触部とされており、前記第１プレート片および前記第２プレート片の合わせ面の少なくとも一方に複数個の凹部あるいは連続した凹部を形成しておき、これらの凹部によってプレート内部に空隙部を形成することを特徴とする。プレートを積層構造とすることにより、空隙部を簡単に形成することができる。

さらに、本発明は、積層固定されている第１プレート片および第２プレート片の合わせ面における接触面積の割合が、前記接触部から遠ざかるに連れて多くなるように前記凹部を形成することを特徴とする。

例えば、前記第２プレート片の裏面の中央部が前記接触部とされている場合には、同一形状の前記凹部を、前記合わせ面における前記接触部に対応する部位を中心として同心円状に配列すればよい。

次に、本発明はプレート温調方式の環境試験装置に用いるプレートに関するものであり、本発明によるプレートは上記構成を備えていることを特徴としている。

本発明では、プレート温調型の環境試験装置に用いるプレートとして、その加熱源あるいは冷却源が接触している接触部位からワーク載置面の各部分への熱伝導が均一に行われるように、当該プレートの内部に、独立した複数の空隙部あるいは連続した空隙部を形成してある。したがって、加熱源あるいは冷却源に近いワーク載置面の部分の加熱あるいは冷却が抑制され、結果として、ワーク載置面の全体がムラ無く均一に加熱あるいは冷却された状態になる。よって、ワークの全体を均一な温度状態にすることができる。また、複数個のワークを加熱あるいは冷却する場合には、各ワークをばらつき無く均一な温度状態に加熱あるいは冷却することができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した環境試験装置の実施の形態を説明する。

図１は本発明を適用したプレート温調型の環境試験装置を示す概略構成図である。本例の環境試験装置１は、断熱パネルで形成された断熱箱２と、この断熱箱２の内部に区画形成されている試験槽３と、試験槽３内に設置されたワーク載置台４と、ワーク載置台４を所定の温度状態に冷却するための冷却機構５を有している。冷却機構５は例えばペルチエ素子を備え、これを冷却するための冷媒の供給・回収を行う冷媒供給・回収部６が冷却機構５に接続されており、温度制御回路７は、ワーク載置台４の温度状態に基づきペルチエ素子の駆動制御および冷媒の供給制御を行う。冷却機構５によって所定の温度状態に冷却されているワーク載置台４に試験対象のワーク８を載せ、ワーク８を試験温度となるように冷却して、通電検査などの低温環境試験が行われる。

図２（ａ）はワーク載置台４および冷却機構５を示す平面図、図２（ｂ）はその側面図、および図２（ｃ）はその端面図である。ワーク載置台４は、一定の間隔で水平に配列した２枚の長方形の冷却プレート１１からなる。各冷却プレート１１の表面がワーク載置面１１ａであり、例えば、１個ずつ試験対象のワーク８を載せて冷却するようになっている。各冷却プレート１１は、ペルチエ素子が多段に積層されたカスケード構造の冷却機構５によって支持されている。

冷却機構５は、２個の第１ペルチエ素子２１、第１放熱板２２、４個の第２ペルチエ素子２３、第２放熱板２４、８個の第３ペルチエ素子２５、および第３放熱板２６を備え、これらが上からこの順序で積層された状態で、ベース２７によって支持されている。各冷却プレート１１は、それぞれ、第１ペルチエ素子２１を挟み、第１放熱板２２に固定されている。各第１ペルチエ素子２１は各冷却プレート１１の裏面中央部に冷却面側を向けて配置されている。第１放熱板２２は、第２ペルチエ素子２３を挟み、第２放熱板２４に固定されている。第２放熱板２４は第３ペルチエ素子２５を挟み第３放熱板２６に固定されており、当該第３放熱板２６がベース２７に固定されている。

第３放熱板２６の一方の端面には冷却液供給用の一対の供給管２８ａ、２８ｂが接続されており、当該第３放熱板２６の内部に形成されている冷却液循環路（図示せず）を介して冷却液が循環して、第３放熱板２６を冷却するようになっている。この第３放熱板２６によって上側の第３ペルチエ素子２５が冷却され、第３ペルチエ素子２５によって上側の第２放熱板２４が冷却される。同様にして、第２放熱板２４によって上側の第２ペルチエ素子２３が冷却され、当該第２ペルチエ素子２３によって上側の第１放熱板２２が冷却され、第１放熱板２２によって上側の第１ペルチエ素子２１が冷却される。そして第１ペルチエ素子２１によって各冷却プレート１１が冷却される。冷却プレート１１には温度測定用のプローブ２９が取り付けられており、ここから検出される温度に基づき、冷却機構５によって冷却プレート１１が試験に適した温度状態に保持されるようになっている。なお、図２（ｂ）に示すように、冷却機構５は断熱材３０によって覆われている。

図３（ａ）および（ｂ）は冷却プレート１１を示す斜視図および分解斜視図である。冷却プレート１１は、ほぼ同一形状をした２枚のプレート片１２、１３を締結ボルト１４を用いて積層固定した積層体である。上側のプレート片１２の表面がワーク載置面１１ａであり、下側のプレート片１３の裏面が第１ペルチエ素子２１が取り付けられる裏面１１ｂである。本例では、プレート片１２、１３の各合わせ面１２ａ、１３ａのうち、プレート片１２の合わせ面１２ａに複数の円形凹部１５が形成されており、他方のプレート片１３の合わせ面１３ａは平坦面とされている。したがって、これらを積層固定した構造の冷却プレート１１には、内部に独立した複数個の空隙部１６が形成されている。

図４（ａ）〜（ｃ）は上側のプレート片１２の平面図、側面図および端面図であり、図５（ａ）〜（ｃ）は下側のプレート片１３の平面図、側面図および端面図である。これらの図も参照して説明すると、上側のプレート片１２の合わせ面１２ａに形成されている円形凹部１５は、当該合わせ面１２ａの中心１２ｂを中心として同心円状に配列されている。すなわち、中心１２ｂに１個の円形凹部１５が形成され、これを取り囲む内側の円上に等角度間隔で６個の円形凹部１５が形成されており、外側の円上にも等角度間隔で６個の円形凹部１５が形成されている。これに加えて、本例では、さらに２個の円形凹部１５が合わせ面１２ａの長辺方向の両側の部位における短辺方向の中央に形成されている。

なお、合わせ面１２ａの四隅にはボルト挿入穴１２ｃが形成されており、一方の側面からは温度測定用のフローブ装着穴１２ｄが形成されている。

下側のプレート片１３には、その四隅にネジ穴１３ｂが形成されている。また、両側面には、取付フランジ１３ｃが突出しており、ここにネジ挿入穴１３ｄが形成されている。これらのネジ挿入穴１３ｄに通した締結ネジ(図示せず）により、冷却プレート１１が下側の第１放熱板２２に固定されるようになっている。

このように、本例の冷却プレート１１では、円形凹部１５が、中心１２ｂから遠ざかるに連れて、形成密度が低くなるように配列されている。したがって、両プレート片１２、１３の合わせ面１２ａ、１３ａの接触面積の割合は中心１２ｂから遠ざかるに連れて多くなっている。この結果、双方のプレート片１２、１３の間においては、それらの中心部分の熱伝導が抑制され、外周側の熱伝導が促進される。

ここで、第１ペルチエ素子２１の冷却面は下側のプレート片１３の裏面中央部に接触している。したがって、上側のプレート片１２の上面であるワーク載置面１１ａにおいては、ペルチエ素子２１の接触部に最も近い中心部分に比べて、そこから離れている外周部分の冷却効率が悪く、ワーク載置面１１ａの中心部分と外周部分との間に温度ムラが発生するおそれがある。

本例では、円形凹部１５によって形成されているプレート内部の空隙部１６が、冷却プレート１１の中心部分で多く、外周部分に向けて少なくなっている。よって、第１ペルチエ素子２１から冷却プレート１１のワーク載置面１１ａの中心部分よりも、その外周部分への熱伝導の効率が良い。このため、ワーク載置面１１ａが、全体として温度ムラなく均一に冷却される。

したがって、かかる冷却プレート１１を用いて試験対象のワーク２０を冷却する環境試験装置１では、ワーク２０の全体を温度ムラなく均一に所定の温度状態となるように冷却できる。よって、低温試験を適切な温度状態の下で行うことができる。

（その他の実施の形態）
なお、上記の例では、冷却プレート１１を２枚のプレート片１２、１３からなる二層の積層体とし、プレート片１２の合わせ面１２ａに円形凹部１５を形成しておくことにより、冷却プレート１１の内部に独立した複数個の空隙部１６を形成している。双方のプレート片１２、１３の合わせ面１２ａ、１３ａにそれぞれ円形凹部１５を形成してもよい。円形凹部１５の形成位置は、合わせ面１２ａ、１３ａの双方において同一位置としてもよいし、異なる位置としてもよい。また、凹部は円形以外の形状のものであってもよい。さらに、本例では独立した円形凹部を形成しているが、連続した凹部、例えば、合わせ面１２ａの中心から渦巻き状に延びる連続した凹部を形成してもよい。

また、上記の例は低温試験用の環境試験装置についてのものであるが、本発明は高温試験用の環境試験装置の加熱プレートに対しても同様に適用できる。勿論、異なる温度条件で試験を行う複数の試験槽あるいは検査部を備えたライン型の環境試験装置におけるワークの加熱あるいは冷却用のプレートに対しても適用可能である。

本発明を適用したプレート温調方式の環境試験装置の概略構成図である。 （ａ）はワーク載置台および冷却機構を示す平面図、（ｂ）はその側面図、および（ｃ）はその端面図である。 （ａ）は冷却プレートを示す斜視図であり、（ｂ）はその分解斜視図である。 （ａ）は上側のプレート片の平面図、（ｂ）はその側面図、および（ｃ）はその端面図である。 （ａ）は下側のプレート片の平面図、（ｂ）はその側面図、および（ｃ）はその端面図である。

符号の説明

１ 環境試験装置
２ 断熱箱
３ 試験槽
４ ワーク載置台
５ 冷却機構
６ 冷媒供給・回収部
７ 温度制御回路
８ ワーク
１１ 冷却プレート
１２、１３ プレート片
１２ａ、１３ａ 合わせ面
１２ｂ 合わせ面の中心
１５ 円形凹部
１６ 空隙部
２１ 第１ペルチエ素子
２２ 第１放熱板
２３ 第２ペルチエ素子
２４ 第２放熱板
２５ 第３ペルチエ素子
２６ 第３放熱板
２７ ベース

Claims (3)

1. 所定の温度状態に保持されたプレートに試験対象のワークを載せて当該ワークを所定の試験温度状態となるように加熱あるいは冷却する環境試験装置において、
   前記プレートの表面は、ワークを載せるワーク載置面であり、
   前記プレートの裏面には、当該プレートの加熱源あるいは冷却源が接触している接触部が設けられており、
   前記プレートの内部には、前記接触部から前記ワーク載置面の各部位への熱伝導が均一に行われるように、独立した複数の空隙部あるいは連続した空隙部が形成されており、
   前記プレートは積層固定された第１プレート片および第２プレート片から構成されており、
   前記第１プレート片の表面が前記ワーク載置面とされ、
   前記第２プレート片の裏面が前記接触部とされており、
   前記第１プレート片および前記第２プレート片の合わせ面の少なくとも一方には、前記第１プレート片および前記第２プレート片の合わせ面における接触面積の割合が、前記接触部から遠ざかるに連れて多くなるように、前記空隙部を形成するための複数個の凹部あるいは連続した凹部が形成されていることを特徴とする環境試験装置。
2. 請求項１に記載の環境試験装置において、
   前記第２プレート片の裏面の中央部が前記接触部とされており、
   同一形状の前記凹部が、前記合わせ面における前記接触部に対応する部位を中心として同心円状に配列されていることを特徴とする環境試験装置。
3. 請求項１または２に記載の環境試験装置の前記プレート。

Images