JP2007003152A - 冷却装置及びそれを備えた電子部品ハンドラ - Google Patents

Abstract

【課題】加熱時の応答性に優れた冷却装置を簡易な構成により得ること。
【解決手段】流体が通る中空部４１が形成された構造体４２を有した少なくとも１つの熱交換器４と、冷媒送出流路２から熱交換器４の中空部４１に冷媒を供給する冷媒供給流路５と、冷媒戻り流路３に熱交換器４の中空部４１から冷媒を回収する冷媒回収流路６と、圧空の供給源である圧空源７と、圧空源７から圧空を中空部４１の冷媒取込側へ供給する圧空供給流路９と、冷媒供給流路５と圧空供給流路９との２つの流路の間で流路の切換を行う流路切換弁１１と、構造体４２を加熱するヒータ４３又は中空部４１へ供給される空気を加熱するヒータ８の少なくとも一方とを備えた冷却装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、自己発熱を生じる電子部品（各種電子デバイスを含む）の温度制御、特にそのような電子部品の検査や製造の過程で要求される温度制御のために使用される冷却装置、及びそれを備えた電子部品ハンドラに関する。

自己発熱を生じる電子部品、特にＣＰＵ、ＭＰＵなどにおいては、その検査や製造時、あるいは装置に組み込まれた状態で、それらを高精度かつ一定に保つ環境が求められてきている。そのために従来から、様々な冷却装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
実開平７−２７１６１号公報 実開平６−２３２５９号公報

特許文献１は、使用した水冷方式の電子部品冷却装置である。冷却水は二枚の金属板の間を流れる。金属板には貫通孔が形成され、その貫通孔部分にダイアフラムとバネと伝熱板とからなる電子備品との熱交換部が設けられている。
特許文献２は、ＩＣ冷却用のコールドブロックと称する熱交換部の内部に冷却水を通してＩＣを冷却する。コールドブロックは複数設置することが可能で、熱交換器同士がベローズと呼ばれる蛇腹式ゴムで直列に結合されている。
これらの冷却装置において、冷却しすぎた場合などには、ヒータなどを利用して熱交換部を加熱する必要がある。しかしながら、従来の装置の場合、ヒータによる加熱が、熱交換部を通過する冷媒の影響を受けるため、加熱時における熱交換器の温度上昇の応答性の点で問題があった。これを避けるため、熱交換器から冷媒流路とヒータとを物理的に切り離す対応も可能であるが、それは冷却装置の構造を複雑にする。

本発明は上記課題に対応してなされたもので、加熱時の応答性に優れた冷却装置を簡易な構成により得ることを目的とし、併せて冷却能力、加熱能力にも優れた冷却装置、並びにそれを備えた電子部品ハンドラを提案するものである。

本発明の冷却装置は、冷媒の供給源である冷媒供給源と、前記冷媒供給源から冷媒を外部へ送り出す冷媒送出流路と、外部から前記冷媒供給源へ冷媒を戻す冷媒戻り流路と、流体が通る中空部が形成された構造体を有した少なくとも１つの熱交換器と、前記構造体を加熱する加熱手段と、前記冷媒送出流路から前記熱交換器の中空部に冷媒を供給する冷媒供給流路と、前記冷媒戻り流路に前記熱交換器の中空部から冷媒を回収する冷媒回収流路と、圧空の供給源である圧空源と、前記圧空源から圧空を前記中空部の冷媒取込側へ供給する圧空供給流路と、前記冷媒供給流路と前記圧空供給流路との２つの流路の間で流路の切換を行う流路切換装置と、前記構造体を加熱する構造体加熱手段又は前記中空部へ供給される空気を加熱する空気加熱手段の少なくとも一方とを、備えたものである。

上記冷却装置によれば、流路切換装置の流路切換により、熱交換器の中空部への冷媒の供給を停止するのとほぼ同時に中空部に圧空を流入させ、熱交換器の中空部内にある冷媒を素早くその外に排出させることが可能となる。このため、熱交換器の加熱時における応答性の改善が可能となった。また、熱交換器を加熱する際の加熱手段の負荷が軽減されるため、熱交換器の加熱能力が向上するとともに、冷媒の温度も低くできそれにより冷却能力も向上する。したがって、熱交換器の温度制御範囲も拡大する。
なお、この装置において、構造体加熱手段だけを備えた場合にはそれにより熱交換器が加熱され、空気加熱手段だけを備えた場合にはそれにより熱交換器が加熱されるが、構造体加熱手段と空気加熱手段の両方を備えた場合にはそれらの何れか一方を利用して又はそれらを適宜に組み合わせて熱交換器を加熱できる。

上記冷却装置は、前記熱交換器が前記構造体の温度を検出する温度検出装置を備えるのが好ましい。温度制御の対象となる電子部品には内部に温度検出装置相当物を備えているものもあるが、それを有さないものもある。そのため、熱交換器に温度検出装置を備えておくことで、電子部品の種類にかかわらず温度制御の際の温度管理が容易に可能となる。

なお、前記冷媒回収流路にその流路を開閉する流路開閉装置を備えることが好ましい。この流路開閉装置を利用して、中空部から排出した冷媒の中空部への逆流を防止することが可能となる。
また、前記熱交換器の前記構造体に、一端が真空源の真空引き流路に接続され他端が前記構造体の外面側に開口した貫通孔が形成されており、前記貫通孔の前記開口部周囲に吸着パッドが設けられていることが好ましい。これによれば、吸着パッドを利用して、温度制御の対象となる電子部品を熱交換器に密着保持することが可能となる。

前記冷媒供給源は冷媒の温度制御が可能なチラーシステムとすることが好ましい。これによれば、冷媒の温度を適宜調整することができる。
また、前記冷媒供給源の冷媒として工場内を循環する冷却水を利用してもよい。これによれば、冷却装置専用の冷媒供給源が不要となるので、その分の置き場所が節約でき、また低コスト化も可能となる。

前記熱交換器の加熱時、前記流路切換装置の流路切換により前記熱交換器の中空部への冷媒の供給を停止するとともに前記中空部に圧空を流入させて前記中空部内にある冷媒をその外に排出するようにしていることが好ましい。このようにすることで、熱交換器の加熱時には、流路切換装置の流路切換が行われて、熱交換器の中空部内にある冷媒を圧空により素早くその外に排出させることが確実に実行されることとなる。これにより、熱交換器の温度を上昇させるための過熱時、冷媒の影響が低減されて熱交換器の加熱の応答性が改善される。また、熱交換器を加熱する際の加熱手段の負荷が軽減されるため、熱交換器の加熱能力が向上するとともに、冷媒の温度も低くできそれにより冷却能力も向上する。したがって、熱交換器の温度制御範囲も拡大する。

なお、前記流路切換装置は、前記熱交換器の構造体の温度又は前記熱交換器で制御される電子部品の温度に基づいて間欠的に作動させてもよい。このようにすることで、熱交換器の温度を所定温度に保持することが可能となる。

本発明の電子部品ハンドラは、電子部品を保持して該電子部品を所定位置に位置決めするアームを備えた電子部品ハンドラに、上記いずれかの冷却装置を備え、前記アームの電子部品保持部に前記熱交換器を配して、前記電子部品を前記熱交換器の構造体に接触させて保持することを可能にしたものである。これによれば、電子部品保持部を構成している熱交換器の応答性が改善されているため、この電子部品ハンドラを利用した電子部品の検査の精度が向上する。

実施形態１
図１は本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成図である。この冷却装置は、冷媒の供給源である冷媒供給源１と、冷媒供給源１から冷媒を外部へ送り出す冷媒送出流路２と、外部から冷媒供給源１へ冷媒を戻す冷媒戻り流路３と、流体が通る中空部４１が形成された構造体４２を有した少なくとも１つの熱交換器４と、冷媒送出流路２から熱交換器４の中空部４１に冷媒を供給する冷媒供給流路５と、冷媒戻り流路３に熱交換器４の中空部４１から冷媒を回収する冷媒回収流路６とを備える。各流路２，３，５，６は配管で構成されており、冷媒送出流路２と冷媒供給流路５、冷媒戻り流路３と冷媒回収流路６とは、それぞれ管継手１３を介して接続されている。なお、熱交換器４が１個だけの場合には、管継手１３を用いることなく、接続冷媒送出流路２と冷媒供給流路５とをそれらが連続した１つの配管路から構成し、冷媒戻り流路３と冷媒回収流路６とをそれらが連続した１つの配管路から構成してもよい。

冷媒供給源１は、水などの冷媒を外部へ供給できるものであればよいが、冷媒の温度制御が可能なチラーシステムや冷凍サイクル装置などを利用した冷媒供給源１とするのが好ましい。また、工場内を循環する冷却水などがある場合には、専用の冷媒供給源１に代えて、その循環冷却水を冷媒供給源１として利用してもよい。その場合には、チラーシステムなどの冷却装置に専用の冷媒供給源が不要となるので、設置スペースの削減やコストの低減が図れる。

この冷却装置は、また、圧空の供給源である圧空源７と、圧空源７内の空気を加熱する加熱手段としてのヒータ８と、圧空源７から圧空を熱交換器４の中空部４１の冷媒取込側へ供給する圧空供給流路９とを備える。圧空供給流路９は配管で構成されており、熱交換器４が複数ある場合には、管継手１０を介して、各熱交換器４へ圧空供給流路９が分岐されている。なお、圧空源７から送出される空気（圧空）の圧力は、それが中空部４１の内にある冷媒を中空部４１の外へ押し出すことができる圧力とする。

さらに、冷媒供給流路５と圧空供給流路９との２つの流路の間で流路の切換を行う流路切換装置である流路切換弁１１が、冷媒供給流路５の途中に設けられ、その流路切換弁１１に圧空供給流路９の一端が接続されている。なお、冷媒供給流路５と圧空供給流路９との２つの流路の間で流路の切換が可能な構成となっていればよく、冷媒供給流路５、圧空供給流路９及び流路切換弁１１の配置態様は特に問わない。また、冷媒回収流路６には、その流路を開閉可能なできる封止弁１２が備えられている。これらの流路切換弁１１や封止弁１２は、温度制御の対象となる電子部品の検査や製造中に必要とされる設定温度に基づいて予め設定されたプログラムと、実際の温度とを基に、それらの動作が制御される。ここでは、流路切換弁１１と封止弁１２のそのような制御のために、上記プログラムを備えたプログラマブルコントローラ１５を備えている。流路切換弁１１又は封止弁１２とプログラマブルコントローラ１５とは信号線１６により接続されている。

ところで、熱交換器４が複数設けられる場合には、中空部４１を通過する冷媒の流量を調節する流量制御装置（図示なし）を、冷媒供給流路５あるいは冷媒回収流路６に設けるのが好ましい。それは、この流量制御装置により、各熱交換器４毎に冷媒の供給量を調整して、各熱交換器４毎に冷却制御が可能となるからである。

図２は熱交換器４の一例を示す構成図である。熱交換器４は、中空部４１が形成された構造体４２からなり、中空部４１の一端は冷媒供給流路５に連通し、中空部４１の他端は冷媒回収流路６に連通する構造となっている。また、構造体４２にはその構造体４２を加熱する手段としてヒータ４３が組み込まれている。この構造体４２の外面に温度制御の対象である電子部品が接触、特に好ましくは密着接触されて、その電子部品が構造体４２を介して、冷却又は加熱される。したがって、構造体４２は金属などの熱伝導率の良好な材料から構成されるのが好ましい。さらに、構造体４２の電子部品との接触部分には、その部分の温度を検出する温度検出装置としての温度センサ１７が設けられているのが好ましい。温度センサ１７の検出温度は、信号線１６を介してプログラマブルコントローラ１５にフィードバックされている。また、構造体４２を加熱するヒータ４３の動作は、信号線１６を介してプログラマブルコントローラ１５により制御される。

熱交換器４の構造体４２には、一端が真空源１８の真空引き流路１４に接続され、他端が構造体４２の外面側に開口した貫通孔４４が形成されており、貫通孔４４の開口部周囲には柔軟性を有する吸着パッド４５が設けられている。このようにしておくことで、温度制御対象の電子部品を貫通孔４４の開口を塞ぐように構造体４２に接触させた状態で、真空源１８を利用して貫通孔４４の真空引きを行うと、吸着パッド４５を介して電子部品が真空吸着されて、熱交換器４にその電子部品が密着保持される。この真空吸着の動作制御も、プログラマブルコントローラ１５を利用して真空源１８を制御して行うようにしてよい。図２は、吸着パッド４５を介して被検査電子部品２５が熱交換器４に密着保持されている状態を示している。

次に、上記冷却装置の作用について説明する。熱交換器４を冷却する場合には、圧空を停止させ冷媒を通過させるように流路切換弁１１が制御され、封止弁１２は作動させない。これにより、冷媒供給源１からの冷媒が、冷媒送出流路３、冷媒供給流路５、中空部４１、冷媒回収流路６、冷媒戻り流路３を介して冷媒供給源１に戻る流路を循環し、それによって、熱交換器４の構造体４２が冷却される。

これに対して、熱交換器４を加熱する場合（熱交換器４の温度を上昇させる場合を意味し、本明細書では単に熱交換器４の加熱時ともいう）には、冷媒を停止させ圧空を通過させるように流路切換弁１１が制御される。これにより、熱交換器４の中空部４１への冷媒の供給が停止されるとともに、圧空源７から中空部４１に圧空が流入されて中空部４１内にある冷媒がその外に排出される。これに加えて、（１）ヒータ４３により構造体４２を加熱して、（２）中空部にヒータ８で加熱された空気を送ることにより、あるいは（３）ヒータ４３により構造体４２を加熱するとともに中空部にヒータ８で加熱された空気を送ることによって、熱交換器４の構造体４２が加熱される。

なお、上記（１）の加熱方法を採用する場合には、封止弁１２を作動させて冷媒回収流路６を塞いでおくと、冷媒の中空部４１への逆流が防止され、冷媒の影響を確実に低減できる。（２）又は（３）の加熱方法を採用する場合には、中空部４１への流入空気によって冷媒の中空部４１への逆流が防止されるため、封止弁１２を作動させる必要はない。

また、熱交換器４の構造体４２の温度を所定の温度に保つために、熱交換器４の構造体４２の温度又は熱交換器で制御される電子部品の温度に基づいて、流路切換弁１１を間欠的に作動させるように制御してもよい。この場合の流路切換弁１１の間欠作動は、構造体４２に組み込まれた温度センサ１７の検出値又は熱交換器４で制御される電子部品が備える温度センサの情報をプログラマブルコントローラ１５で監視し、それらが所定の許容値になったら、流路切換弁１１により冷却と加熱、又は加熱と冷却を切換ることで行う。

以上のような作用を果たす実施形態１の冷却装置は、以下のような効果を奏する。
・加熱時に、構造体加熱用のヒータ４３が受ける冷媒からの負荷を軽減されるため、その分、熱交換器４の加熱能力が向上する。
・構造体加熱用のヒータ４３が受ける冷媒からの負荷を軽減されて加熱能力が向上したことで、冷媒の温度を低く設定でき、熱交換器４の加熱能力が向上する。
・構造体加熱用のヒータ４３の負荷が軽減されるので、ヒータ４３の容量を小さくできサイズも小型化できる。
・熱交換器４を、加熱空気により加熱することが可能であり、構造体加熱用のヒータ４３をなくした熱交換器４が利用できる。
・冷媒の負荷の軽減が流路切換弁１１の切換だけで行えるので、冷媒の負荷軽減機構が単純で信頼性が向上する。
・冷媒供給流路５と冷媒回収流路６とを利用して、複数の熱交換器４を冷媒送出流路２と冷媒戻り流路３に対して並列に配置しているので、各熱交換器４にほぼ同じ条件で冷媒を供給することができ、各熱交換器４の冷却能力を均一化できる。

上記実施形態の冷却装置においては、熱交換器４の構造体４２を加熱するヒータ４３と、熱交換器４の中空部４１に供給される空気を加熱するヒータ８とを両方備える構成としたが、それらのいずれか一方が備えられていればよい。また、熱交換器４の中空部４１に供給される空気を加熱するヒータ８を圧空源７に設けたが、ヒータ８は圧空供給流路９に設けてもよい。更に、ヒータ８，４３は基本的には電気ヒータを想定しているが、火力を利用したヒータの利用も可能である。
また、上記実施形態の冷却装置において用いられた流路切換弁１１、封止弁１２は、それと同等の作用を果たす、流路切換装置や封止装置で代用してもよい。

実施形態２
図３は本発明の実施形態２に係る電子部品ハンドラを説明する電子部品検査装置の全体構成図である。この電子部品検査装置は、本発明に係る冷却装置、例えば実施形態１の冷却装置を備えた電子部品ハンドラ（一般的にはＩＣハンドラと称されている）と、電子部品の検査を行う検査装置３０とからなる。図３中における図１及び図２中の符号と同じ符号は、各図で説明したのと同一物又は相当物を表している。なお、符号１５で示されたコントローにより、実施形態１において説明した温度管理の制御を含めて、この電子部品検査装置の動作の全体を一元的にコントロールさせるようにしてもよい。

この電子部品ハンドラは、ロボットアーム２０の先端の被検査デバイス保持部に熱交換器４を配し、被検査電子部品２５を熱交換器４の構造体４３の底面に接触させて保持可能としたものである。被検査電子部品２５を構造体４３の底面に接触させて保持する方法としては、既に実施形態１で示した真空吸着法がある。なお、図３では、熱交換器４の構造体４３に接触保持された被検査電子部品２５を、検査装置３０のソケット３１に位置決めしている状態を示している。

次に、この電子部品ハンドラによる被検査電子部品２５の温度制御について説明する。被検査電子部品２５の冷却は、冷媒供給源１の冷媒を、冷媒送出流路２、冷媒供給流路５、熱熱交換器４の中空部４１、冷媒回収流路６、及び冷媒戻り流路３を介して循環させることにより、熱交換器４の構造体４３を冷却することで行われる。
一方、被検査電子部品２５の加熱は既に説明した以下のような態様で行うことができる。すなわち、（１）構造体加熱用のヒータ４３を利用して構造体４２を加熱することにより、（２）構造体加熱用のヒータ４３により構造体４２を加熱するとともに、空気加熱用のヒータ８で加熱された空気を中空部４１内に送ることにより、（３）空気加熱用のヒータ８で加熱された空気を中空部４１内に送ることにより、それぞれ構造体４３を加熱して行うことができる。
なお、上記（１）による加熱の場合には、中空部４１内へ冷媒が逆流するのを防止するために、封止弁１２により冷媒回収流路６を遮断するのが好ましい。

上記構成の電子部品ハンドラは、被検査電子部品２５を保持している熱交換器４の冷却の応答性とともに、熱交換器４の加熱の応答性が改善されているため、被検査電子部品２５の検査や製造の際にそれを応答性良く温度管理でき、電子部品の検査や製造の精度及び効率が向上する。
また、加熱時に冷媒の影響が低減されるため、使用するヒータの負荷が軽減されて、熱交換器の加熱能力が向上するとともに、冷媒の温度も低くできそれにより冷却能力も向上する。したがって、熱交換器ひいては被検査電子部品２５の温度制御範囲も拡大する。
なお、本発明の電子部品ハンドラに備えられる冷却装置は、図３に示したものに限定されることなく、実施形態１中で説明したような様々の形態の冷却装置が採用できる。

本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成図。 図１の冷却装置を構成する熱交換器の一例を示す構成図。 本発明の実施形態２に係る電子部品ハンドラを説明する電子部品検査装置の全体構成図。

符号の説明

１ 冷媒供給源、２ 冷媒送出流路、３ 冷媒戻り流路、４ 熱交換器、５ 冷媒供給流路、６ 冷媒回収流路、７ 圧空源、８ ヒータ（空気加熱用）、９ 圧空供給流路、１０ 管継手、１１ 流路切換弁、１２ 封止弁、１３ 管継手、１４ 真空引き流路、１５ プログラマブルコントローラ、１６ 信号線、１７ 温度センサ、１８ 真空ポンプ、２０ ロボットアーム、２５ 被検査電子部品、３０ 検査装置、３１ ソケット、４１ 中空部、４２ 構造体、４３ ヒータ（構造体加熱用）、４４ 貫通孔、４５ 吸着パッド。

Claims (9)

1. 冷媒の供給源である冷媒供給源と、
   前記冷媒供給源から冷媒を外部へ送り出す冷媒送出流路と、
   外部から前記冷媒供給源へ冷媒を戻す冷媒戻り流路と、
   流体が通る中空部が形成された構造体を有した少なくとも１つの熱交換器と、
   前記冷媒送出流路から前記熱交換器の中空部に冷媒を供給する冷媒供給流路と、
   前記冷媒戻り流路に前記熱交換器の中空部から冷媒を回収する冷媒回収流路と、
   圧空の供給源である圧空源と、
   前記圧空源から圧空を前記中空部の冷媒取込側へ供給する圧空供給流路と、
   前記冷媒供給流路と前記圧空供給流路との２つの流路の間で流路の切換を行う流路切換装置と、
   前記構造体を加熱する構造体加熱手段又は前記中空部へ供給される空気を加熱する空気加熱手段の少なくとも一方とを、
   備えたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記熱交換器が前記構造体の温度を検出する温度検出装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記冷媒回収流路にその流路を開閉する流路開閉装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却装置。
4. 前記熱交換器の前記構造体に、一端が真空源の真空引き流路に接続され他端が前記構造体の外面側に開口した貫通孔が形成されており、前記貫通孔の前記開口部周囲に吸着パッドが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却装置。
5. 前記冷媒供給源は冷媒の温度制御が可能なチラーシステムであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 前記冷媒供給源の冷媒が工場内を循環する冷却水であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却装置。
7. 前記熱交換器の加熱時、前記流路切換装置の流路切換により前記熱交換器の中空部への冷媒の供給を停止するとともに前記中空部に圧空を流入させて前記中空部内にある冷媒をその外に排出するようにしていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の冷却装置。
8. 前記流路切換装置は、前記熱交換器の構造体の温度又は前記熱交換器で制御される電子部品の温度に基づいて間欠的に作動することを特徴とする請求項７記載の冷却装置。
9. 電子部品を保持して該電子部品を所定位置に位置決めするアームを備えた電子部品ハンドラに、前記請求項１ないし８のいずれかに記載の冷却装置を備え、
   前記アームの電子部品保持部に前記熱交換器を配して、前記電子部品を前記熱交換器の構造体に接触させて保持することを可能にしたことを特徴とする電子部品ハンドラ。
   

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