JP2008107014A - 冷却装置及びデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造、低コスト、小型化を達成し、かつ所望の低温度の冷気ガスを安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えない冷却装置ならびにハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法を提供する。
【解決手段】 冷却装置の閉鎖容器は、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通されている。空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を被冷却空間に供給する。空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素とを同時に閉鎖容器内に圧送供給し、それらの圧送圧力のみで他の連通路である被冷却空間を送出先として圧送供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の低温設定温度に冷却あるいはその設定温度を維持するために被冷却空間を冷却させる冷却装置及びデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法に関する。

低温環境を必要とする箇所あるいは、断熱層で囲われた空間に冷却媒体を供給して設定された温度まで冷却し、かつ、これを維持させる装置を必要とする場合があり、例えば、モータ、エンジン等の原動機、熱源機器、種々の機械装置に隣接する人の居所空間、コンピュータ、試験装置等の冷却用あるいは冷気供給のための空調機器そのものについて、低温に冷却、維持させる装置が用いられている。特に、半導体デバイス等の特性試験にあっては、ハンドラのデバイステスト用チャンバを恒温槽とし、例えばマイナス６０℃あるいはそれ以下の極低温に槽内を冷却、維持させる必要があり、かつ槽内での結露を生じさせることによるデバイスの不良品化での大きな損害を考慮すると、高精度に設定温度の冷気を生成供給する必要がある。従来、ＩＣテストハンドラのチャンバ内の冷却装置として、例えば特許文献１の装置が提案されている。

特開２００３−２８９１８号

特許文献１のものは、電子部品を上部から昇降自在に把持しながらテスト時にそのデバイスの上面を押圧部材で押圧しテスタ側とのコンタクトを確実に行わせる装置であり、電子部品の上面側に設けた押圧部材の空洞部に、液体窒素を導入させつつ押圧部材に配置させた温度センサでその空洞部の温度を検知し、その温度検出信号により液体窒素を噴射操作させるものである。しかしながら、この特許文献１の装置においては、液体窒素の噴射操作手段は、バルブ５０ｂ、流量調整用の絞り弁５０ｄ等を介在させた噴射管５０ｃの先端開口を押圧部材の空洞部２５ａに対向配置させ、液体窒素の流量を調整しながら液体のままで空洞部２５ａ内に噴射させるものであり、このため、例えば液化窒素の沸点（−）１９６℃程度の超極低温ガスがいきなり押圧部材の空洞部２５ａ内に噴出されることとなり、テスト中のデバイスを急冷させ適正な温度特性試験結果を得にくいばかりでなく、結露や凍結等を生じさせ、押圧部材や昇降アーム、さらには高価なテスター側にも影響を与えて大きな損失を生起させるおそれがあった。また、このような冷却方法では、安定した高精度のチャンバ内の極低温維持は困難であり、実用上の難点があった。さらには、この特許文献１では、液体窒素の流量制御のために瞬間気化手段として、液溜め槽内の液体窒素の噴射管に発信器や電気ヒータ等を介設したものを構成し、これによって、液体の間欠吐出や瞬間気化により窒素ガスを供給するようにしたものを開示しているが、これによっても、結局は（−）１９０℃前後の超極低温ガスを電子部品の上面側の空洞部に直接に吹出すものであり、上述のように安定した高精度の冷却あるいは温度維持制御が困難であるばかりでなく、デバイステストの不安定、テスタマシンの損傷のおそれとともに、気化手段の装置構成で全体がさらに大型化し、しかも高価となる難点があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、簡単な構造で製作コストを大幅に低減するうえに、所望の低温度の冷気ガスを安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる冷却装置ならびにハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、装置を小型化して保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行える冷却装置ならびにハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、低温環境を必要とする被冷却空間を冷却する冷却装置であり、被冷却空間Ｓ側に連通するとともに、液体窒素源１２と、空気供給源１４と、に連通されており、空気供給源１４から圧送される空気と、液体窒素源１２から圧送される液体窒素ＬＮ２と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体ＧＭを生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間Ｓに供給する閉鎖容器２０を含む冷却装置１０から構成される。

液体窒素源１２からの液体窒素ＬＮ２を閉鎖容器２０内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段４０を設けるとよい。温度調整された低温混合ガスを調製するための混合ガス調製手段としての閉鎖容器を利用して、その中空部への液体窒素の導入時にガス化させるから、装置構成を単一化、単純化でき、しかもガスの混合調整による設定温度ガスの調製を簡易な制御で実現することが可能となる。

その際、気化変換手段４０は、液体窒素源１２に通じる液体窒素ＬＮ２の供給管路１５の内径を縮径して下流放出側を閉鎖容器２０内に臨ませたオリフィス部４２からなるようにするとよい。

また、その際、空気供給源１４側から供給される空気は、被冷却空間Ｓにおける設定温度以下の露点温度を有する空気であるようにするとよい。

また、空気供給源１４側からの空気は設定による一定流量が閉鎖容器２０内に供給されるとともに、液体窒素源１２からの液体窒素ＬＮ２の閉鎖容器２０への噴出流量を可変として所望の低温冷却用気体ＧＭを生成させるようにするとよい。

また、被冷却空間Ｓ側の低温冷却気体ＧＭの吹出口８８近傍に設けられた温度センサ９４と、液体窒素源１２からの液体窒素ＬＮ２の流量を調整する流量調整弁装置２６と、温度センサ９４からの温度と、被冷却空間Ｓにおける設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部２２と、を備えるとなおよい。

また、空気供給源１４からの空気の供給圧は、液体窒素源１２からの液体窒素ＬＮ２の供給圧よりも低く設定されるとよい。

さらに、空気供給源１４側から供給される空気は、ドライエアーであるとよい。

また、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間Ｓとし、チャンバ７０内に向けて閉鎖容器２０に連通する吹出口８８が配置された装置構成とすると、ハンドラのデバイステスト用チャンバをテスト対象のデバイス、試験機器等の電子精密機器に好ましくない影響を与えないで、安定した冷却作用を行うことができる。

また、本発明は、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させることを特徴とするハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法から構成される。

本発明の冷却装置によれば、低温環境を必要とする被冷却空間を冷却する冷却装置であり、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通されており、空気供給源から圧送される空気と、液体窒素源から圧送される液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間に供給する閉鎖容器を含む構成であるから、簡単な構造で製作コストを大幅に低減するうえに、所望の低温度の冷気ガスを安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる。また、装置を大幅に小型化し、保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行なうことが可能である。

また、液体窒素源からの液体窒素を閉鎖容器内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段が設けられることにより、閉鎖容器内への液体窒素の導入時にオリフィス等を組み合わせて閉鎖容器内でガス化することができ、同時に導入される空気との混合と、それによる混合ガスの生成を効率よく、しかも複雑な機構を介することなく行うことが可能である。

また、気化変換手段は、液体窒素源に通じる液体窒素の供給管路の内径を縮径して下流放出側を閉鎖容器内に臨ませたオリフィス部からなる構成とすることにより、閉鎖容器内への液体窒素の導入時のオリフィス機能による高圧圧縮、低圧開放作用による液体窒素のガス化をコンパクトな閉鎖容器内で具体的に実現させることができる。

また、空気供給源側から供給される空気は、被冷却空間における設定温度以下の露点温度を有する空気であるから、窒素ガスとの混合調整された低温ガスとして被冷却空間側に吹出した場合に被冷却空間内でそのガスが結露することが防止され、冷却対象に対する結露の要因を除去することができる。

また、空気供給源側からの空気は設定による一定流量が閉鎖容器内に供給されるとともに、液体窒素源からの液体窒素の閉鎖容器への噴出流量を可変として所望の低温冷却気体を生成させる構成とすることにより、閉鎖容器内での設定される低温（あるいは極低温）の温度のガスを混合生成しやすくでき、制御が簡単でしかも正確な温度のガスを生成することができる。

また、被冷却空間側の低温冷却気体の吹出口近傍に設けられた温度センサと、液体窒素源からの液体窒素の流量を調整する流量調整弁装置と、温度センサからの温度と、被冷却空間における設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部と、を備えた構成とすることにより、被冷却対象の空間等を目標低温度まで冷却し、かつその冷却温度を精度良く維持させることが可能である。

また、空気供給源からの空気の供給圧は、液体窒素源からの液体窒素の供給圧よりも低く設定された構成とすることにより、空気が液体窒素側の供給管に逆流して低温度の温度調整を阻害するがなく、安定して所望の設定される低温混合調整ガスを閉鎖容器内で生成させることが可能である。

また、空気供給源側から供給される空気は、ドライエアーであることにより、被冷却空間側での結露防止に向けた露点温度の空気を容易に生成させ閉鎖容器内に供給することができる。

ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、チャンバ内に向けて閉鎖容器に連通する吹出口が配置された構成とすることにより、結露を生じさせずしかも対象空間内での測定電子部品や、測定電子機器に影響をあたえることなく、高精度のデバイステイストを維持、実行することができる。

また、本発明のハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法によれば、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させる構成であるから、所望の低温度の冷気ガスを被冷却空間側に安定して供給し、被冷却空間側への温度変動による影響を与えることなく被冷却空間を冷却することができる。また、装置を大幅に小型化し、保管、運搬が簡単であり、しかもメンテナンスも容易に行なうことが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示しており、図１は、実施形態に係る冷却装置１０の全体構成図である。図１において、本発明の冷却装置１０は、液体窒素を冷熱源とし、被冷却空間Ｓに対して低温の冷却用気体を安定的に供給する冷却手段であり、特に、本実施形態においては、被冷却空間Ｓと、液体窒素源１２と、空気供給源１４と、に同時に連通する閉鎖容器２０を含み、極めて単純で簡単な構成でありながら、低温の冷却用ガスを安定して供給することができる点が特徴の一つである。

本実施形態において、冷却装置１０は、液体窒素源１２と、空気供給源１４と、供給管路１５，１６を介してそれぞれ液体窒素源１２と、空気供給源１４とに連通接続された閉鎖容器２０と、を備えている。閉鎖容器２０は、液体窒素源１２と空気供給源１４から同時に供給されて生成される窒素ガスＧＭを被冷却空間Ｓに供給するように連通している。

本実施形態において、被冷却空間Ｓは、半導体デバイスの特性試験用のテストハンドラの恒温槽内に形成される空間であり、半導体デバイスの使用時の環境温度により動作性能が大きく変化するので、そのデバイス開発時や出荷前に温度特性試験を行い、その良否判定を行う半導体デバイステスト用のチャンバ内が冷却対象とされている。本実施形態において、恒温槽としてのテストチャンバ７０は、周囲を囲まれて内部が閉鎖されており、その底壁７２の下面側には支持台７４を介して試験装置７６が配置されている。テストチャンバ７０の底壁７２には試験装置７６の図示しない接続端子を有するテストソケット７８が固定されており、このテストソケット７８内に例えばテスト対象のパッケージＩＣ８０が位置決めして配置された状態で種々の特性試験が行われる。また、ソケットの上部にパッケージＩＣを把持して昇降自在に移動させる操作装置８２が設けられ、ワーク押さえ８４を介してソケットへの電子部品の装着時に端子間のコンタクトを確実にさせる。ワーク押さえにはパッケージＩＣを直接的または間接的に冷却する局部冷却用の空間８６が形成されており、この空間８６に冷却用ガスを吹き込んでその空間を局部的に冷却させることにより、通電により発熱するテスト対象の半導体デバイスを間接あるいは直接に局部冷却する。本実施形態では、このように、チャンバ内のテスト対象の電子部品を局部的に冷却させるように冷却ガスを供給するようにしているが、これに限ることなく、チャンバ空間全体について冷却用ガスを吹き込むようにしたものでも良い。テストチャンバ７０内にはチャンバを貫通して固定装置９０により冷却用空間８６に向けて吹出口８８を対向させた状態を保持させた第１の供給管路９２が配管されている。第１の供給管路９２は、後述する閉鎖容器で生成された冷却用低温ガスを被冷却空間に導入させる手段であり、例えば銅材等の金属製パイプ部材から構成されている。

本実施形態において、第１供給管路９２の一部をなすチャンバ内配管９２ａの先端寄り吹出口近傍には例えば熱電対や測温抵抗体等からなる温度センサ９４が設置されている。温度センサ９４は、閉鎖容器で生成されて被冷却空間に供給される冷却用低温ガスの出口温度を検出するための低温ガス出口温度検出手段であり、制御装置２２側へ測定温度をフィードバックさせて設定温度に対応する液体窒素の流量を制御装置２２が制御する。

液体窒素源１２としては、例えば空気を分離して窒素を取り出し、製品液体窒素を出力させる公知の液体窒素製造装置が用いられており、低温ポンプ等により常時、送出圧力が加えられている。液体窒素製造装置は、液体窒素を貯留する液体窒素ボンベを含む。なお、液体窒素製造装置としては、例えば工場内ユーティリティーにより生成される液体窒素を用いても良い。液体窒素源１２と閉鎖容器２０とは、液体窒素供給系２４を介して直接に連通されている。液体窒素供給系２４は、液体窒素源（液体窒素製造装置）と、閉鎖容器２０とに両端側をそれぞれ接続されて連通する第２供給管路１５と、第２供給管路１５に介設される流量調整弁装置２６と、流量調整弁装置２６の上流側の第２供給管路に介設された圧力調整器２８と、を含む。圧力調整器２８は液体窒素製造装置からの吐出圧を調整する圧力レギュレータであり、これにより液体窒素製造装置からの一次圧力を調節する。

流量調整弁装置２６は、制御装置２２からの制御信号により被冷却空間を設定された低温値空間とするための冷媒を生成させるための液体窒素の流量を調整する流量調整手段であり、本実施形態では、この流量調整弁装置での圧力は一定に保持した状態で、液体窒素流量を可変として調整設定される。流量調整弁装置２６は、制御装置２２に電気的に接続されて制御装置からの駆動信号を受けて調整弁の絞り量を調整する電磁弁を含む。

空気供給源１４は、例えば常温空気を閉鎖容器２０内に圧送する空気の圧力供給手段であり、本実施形態において、例えば送風ファン等の送風装置が用いられる。空気供給源１４と閉鎖容器２０とは、空気供給系３０を介して直接に連通されている。空気供給系３０は、空気供給源１４と、閉鎖容器２０とに両端側をそれぞれ接続されて連通する第３供給管路１６と、第３供給管路１６に介設される流量調整弁装置３１と、流量調整弁装置３１の上流側の第３供給管路に介設された圧力調整器３３と、を含む。圧力調整器３３で空気供給源１４からの風圧を例えば一定圧力に設定し、また、流量調整弁装置３２によりその際の空気の流量を一定流量に保持させて、設定による定流量の空気を閉鎖容器２０内に供給する。

本実施形態において、空気供給源１４には図示しない加熱、加温、除湿等による空気の乾燥装置が設置されており、ドライエアーＤＡを生成して空気供給系３０を介して閉鎖容器２０内に圧送される。

空気供給源１４から供給される空気は、閉鎖容器２０内で例えばマイナス１９６℃程度の窒素ガスと混合されて被冷却空間Ｓに供給されるが、その際に被冷却空間Ｓにおける設定温度の例えば−６０℃でも結露を生じない特性を有する空気である必要がある。このために、空気供給源１４側から被冷却空間Ｓにおける設定温度以下の露点温度を有する空気を供給し、これを定圧（正圧）、定流量で閉鎖容器２０内に供給する。

この際、空気供給源１４からの空気の供給圧は、液体窒素源１２からの液体窒素の供給圧よりも低く設定されている。液体窒素源１２からの液体窒素の供給圧が空気供給源１４からの空気の供給圧よりも低い場合には液体窒素供給系２４への空気の逆流により閉鎖容器内の生成すべき混合気体のガスの温度を精度良く制御することが困難になるからである。一方、空気供給系の第３供給管路にはチェック弁装置３２が介設されており、閉鎖容器側から空気供給系３０側へガスが逆流しないようにしている。

閉鎖容器２０は、被冷却空間Ｓ、液体窒素源１２、並びに空気供給源１４に連通されて空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を被冷却空間Ｓに供給する冷却用低温ガス生成容器装置であり、中空容器の内部に液体窒素源からの液体窒素と、空気供給源からの空気と、を同時に導入させるための導入口３４、３６が閉鎖容器２０の中空部２０Ｉ内に臨ませて設けられている。特に、本実施形態において、この閉鎖容器２０は、液体窒素源１２からの液体窒素が閉鎖容器内に導入されると瞬時にガス化し、この窒素ガスとドライエアーＤＡとの混合気体を生成する気化混合手段である。

本実施形態において、閉鎖容器は、例えばＳＵＳステンレス材の中空円筒部材からなり、その内部の中空部２０Ｉは、材料の肉厚ぶん小さくした両端壁と胴壁とを有する円柱形の中空となっている。中空部の両端壁はそれぞれ円形の壁面からなり、その一端側を被冷却空間側に連通させると共に他端壁側を液体窒素源１２側に連通させ、さらに円筒胴部に空気供給源１４側に連通させる接続口がそれぞれ接続金具３７，３８，３９を介して形成されている。接続金具３８，３９の接続口はそれぞれ液体窒素及びドライエアーの導入口、さらに、接続金具３７の接続口は、混合気体の被冷却空間側への送出口とされる。

閉鎖容器２０は、実施形態において、例えば直径４ｃｍ程度、長さ１８ｃｍ程度の円筒形状であり、管厚は、１．５ｍｍ程度の極めて小型のサイズで構成されている。しかも、中空の円筒体という極めて簡単な構造である。

図３において、冷却装置１０には、液体窒素源からの液体窒素を閉鎖容器内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段４０が設けられている。本実施形態において、気化変換手段４０は、液体窒素源１２に通じる一端側を液体窒素の供給管路１５に連通し他端側を閉鎖容器２０内に臨ませたオリフィス部４２から構成されている。詳細には、図３においてオリフィス部４２は、一端側を閉鎖容器の中空部に臨ませた接続金具３４に設けてあり、該接続金具３４は、他端側となる供給管路１５の液体窒素源１２側が供給管路１５との連結を行う部分で供給管路１５と略同じかやや小さな内径大きさ部分Ｄ１を有し、一端側となる閉鎖容器２０に臨む部分には内径Ｄ１から大きく絞って縮径した小通路Ｄ２を形成して下流側となる閉鎖容器内に通じるようになっている。これによって、液体窒素供給系２４を通ってきた液体窒素ＬＮ２は、オリフィス部４２で通路断面を小さくして高圧となり、オリフィス部４２を脱して閉鎖容器内に導入される際に低圧に開放される際に液体窒素は分散して霧化し、ガス化する。このとき、窒素分子の沸点―１９５．８℃程度の極低温窒素ガスＧＮ２が閉鎖容器内に放出される。一方で、同時に閉鎖容器内に導入されるドライエアーと極低温窒素ガスが混合し、被冷却空間での設定低温に調整された混合ガスＧＭが第３供給管路１６を介して吹出口８８から所望の被冷却空間に向けて供給される。被冷却空間に供給する際に予め液体窒素をガス化し、同時に空気と混合して温度調整をした状態で被冷却空間に供給させるから、例えばー１９６℃程度の超極低温の窒素ガスが被試験対象のＩＣの外囲器等に接触して結露発生や好ましくない影響を被試験対象に対して与えることがない。

例えば、被冷却空間をある設定温度（極低温）まで冷却するために供給される混合調整ガスＧＭは、閉鎖容器内に供給されるドライエアーを設定温度まで冷却するのに必要な熱量Ｑｎと、液体窒素の冷却能力から算出される液体窒素の流量Ｌｎと、で以下の式により求められる。

ただし、Ｌａ（ｍ^３／ｓｅｃ）：ドライエアー供給量、Ｔａ（℃）：供給ドライエアーの温度、Ｔ１（℃）：吐出させる低温気体の設定温度、Ｃ１（ｋｃａｌ／ｍ^３・℃）

ただし、Ｌｎ：液体窒素の流量、Ａ１（ｍ^３）：第２供給管路断面積、Ａ２（ｍ^３）：噴射口（導入口）断面積、ｐ１（Ｐａ）：液体窒素供給圧力、ｐ２（Ｐａ）：液体窒素噴射口圧力（Ｐａ）、Ｃｑ：流量係数、ρ（ｋｇ／ｍ^３）：流体の密度

ただし、Ｑ１：液体窒素の冷却能力、Ｃ２（ｋｃａｌ／ｍ^３）：液体窒素の気化熱

本実施形態においては、さらに、第２供給管路での液体窒素の流量を制御する制御装置２２が設けられている。制御装置２２は、温度センサ９４からの温度データと設定温度との偏差から必要な液体窒素の閉鎖容器内への噴出量に見合う流量の液体窒素を閉鎖容器に供給する液体窒素供給量の制御手段であり、本実施形態では、マイクロコンピュータ等からなるコントローラが用いられている。制御装置２２は温度センサ９４から温度情報に対応する電気信号を受けて被冷却空間Ｓでの設定温度と比較し、その温度偏差に見合う混合調整低温ガスを生成させるに必要な流量の液体窒素を流すように、流量調整弁装置２６を制御駆動させる。

次に、本実施形態の作用について説明する。例えば被冷却空間Ｓとしてのテストチャンバ７０内で吹出す冷却設定温度を−６０℃とすると、被冷却空間に冷媒を吹出す際に、冷却装置１０で被冷却空間での冷却設定温度に近い温度に設定調整された冷気ガスＧＭを被冷却空間に連通する混合調整低温ガス生成装置としての閉鎖容器２０内で生成させる。閉鎖容器２０内には液体窒素ＬＮ２とドライエアーＤＡが所要の圧力と流量で同時に供給される。その際、圧力は（ドライエアー吐出圧＜液体窒素吐出圧）の関係で供給される。さらに空気供給系３０を介したドライエアーＤＡの閉鎖容器内への流量は設定による一定の流量に維持される。これに対し、液体窒素供給系２４を介して供給される液体窒素は、閉鎖容器２０内に放出される際に低圧開放されてガス化し、窒素ガスとして容器内に充填される。この際、気化熱を周囲から奪ってー１９６℃程度の超低温ガスとして閉鎖容器内に放出される。したがって、常温のドライエアーとこの気化窒素ガスが混合され、例えばー６０℃程度の極低温の混合調整ガスＧＭを生成して、ドライエアーと液体窒素との吐出圧が接続金具３７の送出口からの送出圧となって、テストチャンバ７０側の空間へ吹出される。第１供給管路９２の吹出口の断面積から割り出した流量の低温調整ガスを所要の時間被冷却空間へ供給し続けることにより、設定冷却温度に被冷却空間を冷却させる。空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を被冷却空間に供給する。その際、空気供給源からの空気と、液体窒素源からの液体窒素とを同時に閉鎖容器内に圧送供給し、それらの圧送圧力のみで他の連通路に連通する被冷却空間を送出先として該他の連通路を介して調整低温ガスを圧送供給する。さらに、温度センサ９４により、低温調整ガスの被冷却空間側での出口温度を検出し、制御装置２２がこの温度に対応する電気信号を受けて設定冷却温度との偏差ぶんに見合う低温調整ガスを生成させるに必要な流量の液体窒素を流すように、流量調整弁装置２６を制御駆動させ、被冷却空間側を設定冷却温度に維持させる。これによって、被冷却空間側を所望の低温（理論的には常温以下の生成可能なすべての低温域を含む）ガスを供給して被冷却空間側の他の機器類に影響を与えることなく、高精度に安定して冷却することができる。特に、上記実施形態のように、−６０℃〜−１００℃あるいはそれ以下程度の極低温状態を形成し、それを安定して維持する必要があるＩＣハンドラデバイステスト用チャンバや、その他の精密機械、電子部品製造、医薬品製造その他の装置に有効に適用できる。

また、本発明のハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法の構成としては、ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させる工程から構成され、前記実施形態の装置と同様に、空気と液体窒素と被冷却空間に連通する閉鎖容器という簡単な装置構成を基礎に圧力と流量を制御して低温ガスを安定的かつ高精度に被冷却空間に供給し、被冷却空間側が急激な温度の変動による結露、駆動部分の凍結、動作不具合を生じないようにし、さらにテスト環境の適性を保持することができる。

被冷却空間の設定温度を−６０℃とし、その際の閉鎖容器内への供給ドライエアー及び液体窒素を下記のように設定して９０分間運転し、結果を得た。被冷却空間の冷却前の温度が２６℃で、設定温度までのたち下げ時間は２０分間であった。

なお、上記した実施形態の冷却装置では、閉鎖容器は円筒形状としているが、外形及びその内部中空形状は、これに限らない。また、上記実施形態では、実装組立て後の切断したチップについての特性試験の場合の例を示しているが、本発明の冷却装置は、ウエーハの切断分離前のプローブカードについての試験についても必要に応じて同様に適用しうる。また、ＩＣハンドラの恒温槽に限らず、その他のあらゆる極低温雰囲気を必要とする空間の冷却に有効に用いることができる。

本発明の実施形態に係る冷却装置の全体構成説明図である。 図１の冷却装置の閉鎖容器を含む主要な構成要素の一部省略斜視説明図である。 図１の冷却装置の閉鎖容器を含む主要な構成要素の一部省略断面説明図である。 図１の冷却装置の閉鎖容器を含む主要な構成要素の一部省略の他の断面説明図である。

符号の説明

１０ 冷却装置
１２ 液体窒素源
１４ 空気供給源
１５ 第２供給管路
１６ 第３供給管路
２０ 閉鎖容器
２２ 制御装置
２６ 流量調整弁装置
２８ 圧力調整器
４０ 気化変換手段
４２ オリフィス部
８０ パッケージＩＣ
８８ 吹出口
９２ 第１供給管路
９４ 温度センサ
ＤＡ ドライエアー
Ｓ 被冷却空間
ＬＮ２ 液体窒素
ＧＮ２ 窒素ガス

Claims (10)

1. 低温環境を必要とする被冷却空間を冷却する冷却装置であり、
   被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通されており、空気供給源から圧送される空気と、液体窒素源から圧送される液体窒素と、を同時に受け入れつつ所望の低温度の低温冷却気体を生成させ、生成される低温冷却気体を空気供給源及び液体窒素源からの圧力により被冷却空間に供給する閉鎖容器を含む冷却装置。
2. 液体窒素源からの液体窒素を閉鎖容器内に導入させる際に気体に強制的に変換させる気化変換手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 気化変換手段は、液体窒素源に通じる液体窒素の供給管路の内径を縮径して下流放出側を閉鎖容器内に臨ませたオリフィス部からなることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
4. 空気供給源側から供給される空気は、被冷却空間における設定温度以下の露点温度を有する空気であ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. 空気供給源側からの空気は設定による一定流量が閉鎖容器内に供給されるとともに、液体窒素源からの液体窒素の閉鎖容器への噴出流量を可変として所望の低温冷却気体を生成させ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. 被冷却空間側の低温冷却気体の吹出口近傍に設けられた温度センサと、
   液体窒素源からの液体窒素の流量を調整する流量調整弁装置と、
   温度センサからの温度と、被冷却空間における設定温度と、を比較してその結果により流量調整弁装置による流量を変化させる制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の冷却装置。
7. 空気供給源からの空気の供給圧は、液体窒素源からの液体窒素の供給圧よりも低く設定され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. 空気供給源側から供給される空気は、ドライエアーであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の冷却装置。
9. ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、チャンバ内に向けて閉鎖容器に連通する吹出口が配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の冷却装置。
10. ハンドラのデバイステスト用チャンバを被冷却空間とし、
    被冷却空間側に連通するとともに、液体窒素源と、空気供給源と、に連通する閉鎖容器を用意し、
    空気供給源側から設定による一定流量の空気を圧送供給しつつ液体窒素源からの閉鎖容器流入口を絞って気化窒素ガスとして内部に圧送供給させて空気と気化窒素ガスとによる低温混合ガスを生成し、
    空気供給源と液体窒素源からの圧力のみで被冷却空間に対して低温混合ガスを圧送させつつ冷却させることを特徴とするハンドラのデバイステスト用チャンバ空間の冷却方法。
    

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