冷却装置及び半導体試験装置のテストヘッド

【目的】平行配列したプリント基板であっても、騒音が少なく均一冷却を可能とする。
【構成】冷却をヒートパイプ方式とする。面状のヒートパイプ２は、平行配列された複数のプリント基板１に、各プリント基板１に実装したＭＣＭ４と接触するように取り付けられ、各発熱部品４で発生した熱を受熱して両側の放熱部７から放熱する。冷却板１０は各ヒートパイプ２の両側の放熱部７にそれぞれ取り付けられ、冷却板内部の流路８に液体９を流して放熱部７を冷却してヒートパイプ２を機能させる。管路１１は、各冷却板１０の流路８に分配主管１２から支管１３を通じて冷却用の液体９を供給し、各冷却板１０の流路８を流れた冷却処理後の液体９を支管１３を通じて集合主管１４に戻すように構成される。各支管１３の抵抗を均一とするために、分配主管１２、集合支管１４の管径Ｄと支管１３の管径ｄとの比ｄ／Ｄを０．２以下に設定するとよい。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷却装置及び半導体試験装置のテストヘッドに係り、特に平行配列されたプリント基板をヒートパイプを用いて冷却するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電子機器内には多数のプリント基板が収納されているが、収納スペースまたは冷却効率の点から、基板配列は主として放射状配列と平行配列との２種類に分けられる。
【０００３】放射状配列は径方向外方にいくにしたがって基板間が開いていくため収納効率の点では不利であるが、中央から空気を吸引することで基板間に均等な冷却空気を流すことができるためブロアによる均一冷却ができるという利点がある。
【０００４】これに対して平行配列は基板間の隙間の均一化が図れるので収納効率の点で優れているが、一側から空気を吸引すると吸引に近い方と吸引から遠い方とでは空気抵抗が大きく異なるためブロア吸引による均一冷却ができないというデメリットがある。そこで、平行配列のプリント基板を冷却するには、専らファンによる冷却方式が採用されており、設置台数を増加することにより均一な冷却を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】比較的小型の電子機器、たとえば半導体試験装置のテストヘッドなどでは、従来、基板密度がそれ程高く要求されていなかったため、冷却効率の点から、基板配列に放射状配列を採用している場合が多かった。しかし、ＩＣの集積度の飛躍的アップや、高機能化にともなうテストヘッドの多ピン化、大型化により、基板の収納密度を更に上げることが要請されるようになっており、もはや放射状配列にはその収納密度に限界がきている。そこで、平行配列が再び注目されるようになってきた。
【０００６】しかし、平行配列で採用されているファン冷却方式は、騒音が大きいという欠点がある。特に、基板上に搭載されるＭＣＭ（ＭｕｌｔｉＣｈｉｐＭｏｄｕｌｅ）と呼ばれる発熱電子部品は発熱量が大きく、これを冷却するには大きなファンを必要とするため騒音が一層大きくなるという問題があった。また、ファンの上流側と下流側とで温度差が生じ、発熱電子部品を均一に冷却することができないという欠点も生じてきた。
【０００７】本発明の目的は、ヒートパイプを用いて冷却することによって、上述した従来技術の欠点を解消し、平行配列したプリント基板であっても、騒音が少なく、均一冷却を可能とする冷却装置を提供することにある。
【０００８】しかしながら、このヒートパイプを用いた冷却装置を半導体試験装置のテストヘッドに組込んだ場合に、テストヘッドを旋回させたときに冷却能力が落ちるという問題がある。そこで本発明の目的は、テストヘッドを旋回させても、冷却能力が低下しない半導体試験装置のテストヘッドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明の冷却装置は、平行に配列された複数のプリント基板をそれぞれ覆うように取り付けられ、各プリント基板に実装された各発熱部品と接触して発熱部品で発生した熱を受熱して両側の放熱部から放熱する面状のヒートパイプと、各ヒートパイプの両側の放熱部にそれぞれ取り付けられ、内部の流路に液体を流してヒートパイプの放熱部を冷却する冷却板と、各冷却板の流路に分配主管から支管を通じて冷却用の液体を供給し、各冷却板の流路を流れた冷却処理後の液体を支管を通じて集合主管に戻すように構成した管路とを備え、上記分配主管及び集合主管の管径Ｄと支管の管径ｄとの比ｄ／Ｄを０．２以下に設定したものである。
【００１０】第２の発明の冷却装置は、第１の発明において、上記分配主管が平行に配列された複数のプリント板の周囲を略一周した後、Ｕターンして集合主管と接続され、集合主管が分配主管に沿って戻るように配設されているものである。
【００１１】第３の発明の冷却装置は、第１の発明において、上記分配主管と上記集合主管とが互いに非接続で１組となり、平行に配列された複数のプリント基板の両端部に沿って１組づつ配設されているものである。
【００１２】第４の発明の冷却装置は、第１の発明において、上記分配主管と上記集合主管とが互いに非接続で１組となり、平行に配列された複数のプリント基板の両端部の任意の一点に１組づつ配設され、そこから上記支管が各プリント基板に取り付けられた各冷却板に同一長さで延びているものである。
【００１３】第５の発明の冷却装置は、第１の発明ないし第４の発明において、さらに、ヒートプレートと接触していない発熱部品を冷却する冷却ファンを備えたものである。
【００１４】第６の発明のテストヘッドは、第１の発明ないし第５の発明の冷却装置を組込んだ半導体試験装置のテストヘッドであって、回転軸を中心に垂直面に沿って旋回し、旋回前の正常位置で、内部に設けたヒートパイプが、その両側の放熱部の向きを水平方向に向けるように、平行配列のプリント基板に取り付けられるものにおいて、上記ヒートパイプを上記回転軸の軸方向に対して平行に配設して、テストヘッドの旋回によってもヒートパイプの両側の放熱部の向きが水平方向に維持されるようにしたものである。
【００１５】
【作用】第１の発明のように、平行配列された複数のプリント基板にヒートパイプ冷却方式を適用すると、中心が狭くて中心側を冷却できない放射状配列のプリント基板の場合と異なり、各ヒートパイプの両側からヒートパイプを冷却できるので、各ヒートパイプが受熱した熱を効率よく放熱させることができ、プリント基板に実装した発熱部品を有効に冷却することができる。また、管路を構成する支管と主管との管径比を０．２以下にしたので、各支管の抵抗が均一になり、各プリント基板に取り付けた各冷却板に均一に液体を流すことができ、各ヒートパイプの放熱部を均一に冷却することができる。さらに、騒音の発生源は流体を循環させるポンプ音となるから、冷却ファンに比べて、騒音を大幅に低減することができる。
【００１６】第２の発明のように、主管を、複数のプリント板の周囲を略一周した後、Ｕターンして戻すように配設すると、各冷却板に一層均一に液体を流すことができるので、各ヒートパイプをより均一に冷却することができる。
【００１７】第３の発明のように、分配主管と集合主管とを複数のプリント基板の両端部に沿って互いに非接続で１組づつ配設すると、管路長を短くでき、構成の簡素化を図ることができる。
【００１８】第４の発明のように、分配主管と集合主管とを非接続で一点に配設して、そこから支管を延ばすようにすると、一層構成の簡素化を図ることができる。
【００１９】第５の発明のように、ヒートパイプでの冷却に加えて、さらに、冷却ファンでも冷却するようにすると、ヒートパイプで冷却し得ない発熱部品も有効に冷却することができる。また、ヒートパイプ方式がメインとなるから冷却ファン単独での冷却に比して騒音を小さくすることができる。
【００２０】第６の発明のように、ヒートパイプを回転軸の軸方向に対して平行に配設すると、テストヘッドの旋回によってもヒートパイプの両側放熱部の向きが常に水平に維持され、ヒートパイプの放熱部が上下方向を向くことがなくなるから、トップヒートやボトムヒートを生じることがなく、ヒートパイプの冷却能力を安定して発揮できる。
【００２１】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２はプリント基板１にこれを覆うように面状のヒートパイプ２を取り付けた状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。プリント基板１には、比較的発熱量が小さく寸法も小さい発熱電子部品３と、発熱量が大きく寸法も大きい発熱電子部品例えばＭＣＭ４とが主に搭載されており、これらのうちＭＣＭ４は面状のヒートパイプ２で冷却し、発熱量の小さい発熱電子部品３は必要に応じて冷却ファン５で冷却する。
【００２２】ＭＣＭ４をヒートパイプ２で冷却するために、面状のヒートパイプ２の受熱部６をねじ止め等の手段により複数のＭＣＭ４に密着して取り付ける。ヒートパイプ２はプリント基板１よりも長目に形成され、その両側をプリント基板１の両端よりはみ出させ、受熱部６で受熱した熱を放散する放熱部７としている。ヒートパイプ２をＭＣＭ４に密着させて取り付けると、背の低い電子部品はヒートパイプ２と接触できなくなる。したがって、プリント基板１とヒートパイプ２との間に形成される隙間に、プリント基板１の端部側に設けた冷却ファン５からの風を送って、発熱量の小さい発熱電子部品３を冷却してやることができる。
【００２３】図１は、本実施例の冷却装置の基本構造を示したもので、同図に示すように、ヒートパイプ２の両側の放熱部７に、内部の流路８に冷却水などの液体９を流してヒートパイプ２の放熱部７を冷却してヒートパイプ２を機能させる冷却板１０を着脱自在に取り付ける。着脱手段はねじ止め、挾着、圧着など任意である。冷却板１０に液体を流すために冷却板１０に管路１１が接続される。管路１１は、分配主管１２、この分配主管より枝別れした複数の支管１３、および支管１３が一緒になる集合主管１４とから構成され、冷却板１０の流路８に分配主管１２から支管１３を通じて冷却用の液体９を供給し、冷却板１０の流路８を流れた冷却処理後の液体９を支管１３を通じて集合主管１４に戻すようにしている。
【００２４】分配主管１２、集合主管１４の直径Ｄと支管１３の直径ｄとの比ｄ／Ｄは０．２以下に設定する。このようにすると、各支管１３より各冷却板１０に供給される冷却水の流量が均一となり、各冷却板１０における冷却が均一となる。
【００２５】次に、このような冷却装置の基本構造を、平行配列された複数のプリント基板を冷却する冷却装置に適用した３つの態様について説明する。
【００２６】図３は、管路がループ型をしたものである。管路２０は、マザーボード２５上に起立して搭載された複数のプリント板２２の周囲を分配主管２１が略一周した後、Ｕターンして集合主管２３に接続され、集合主管２３は分配主管２１に沿って再び戻るように配設されることにより構成されている。Ｕターン部分は、往復の圧力を等しくするために断面積を狭くしてある。各主管２１、２３の途中から各プリント基板２２の冷却板に支管２４が出て両者を連結している。
【００２７】図４は、いわばマニホールド型と呼ばれるものであって、管路２０は、互いに非接続の分配主管２６と集合主管２７とで１組となり、これが平行配列された複数のプリント基板２２の両端部に沿って並行に１組づつ配設されている。これは、主管が途中で行き止まりになっている点で図３のものと異なる。主管が行き止まりになっていない図３の方が幾分圧力が均一になりやすい傾向にある。
【００２８】図５は、マニホールド型の変形であり、分配主管及び集合主管を線状ではなく点状にしたもので、平行配列の複数のプリント基板２２の両端部近傍において、１箇所から各プリント基板２２の冷却板に支管２８を延ばし、また逆に各冷却板から１箇所に支管２８が集まるように構成したものである。各支管２８の抵抗を同じにするために各支管２８の長さは同一長さとする必要がある。
【００２９】本実施例によれば、全長にわたって基板間の隙間を同一に保てる平行配列のプリント基板にヒートパイプ冷却方式を適用したので、中心部に隙間を取れない放射状配列のプリント基板と違って、プリント基板の両側部に同じ能力の冷却プレートを取り付けることができ、この冷却プレートを介してヒートパイプが受熱した熱を有効に外部に逃がすことができる。
【００３０】また、冷却の必要な発熱電子部品の全てをヒートパイプにより冷却した場合には、騒音をほとんどなくすことができ、仮にヒートパイプでカバーできなかった発熱部品を冷却ファンで冷却する場合でも、冷却ファンに要求される冷却能力は極端に少なくてすむから、ファンを併用しても騒音を大幅に小さくすることができる。また、ヒートパイプに接触させたＭＣＭをヒートパイプの両側から冷却するので、プリント基板上のＭＣＭの配置にかかわらず、ＭＣＭを均一に冷却することができる。
【００３１】ところで、ヒートパイプには方向性があり、その向きによっては下側にある発熱電子部品が冷却されやすいボトムヒートと呼ばれる現象、あるいは上側にある発電子部品が冷却されにくいトップヒートと呼ばれる現象が存在することが知られている。ヒートパイプ内の冷媒の移動が重力により左右されるからであると考えられる。ヒートパイプを取り付けたプリント基板を組込んだ装置を動かさなければ問題はないが、例えば、半導体試験装置のテストヘッドのように、ハンドラやプローバと接続してテストヘッドを回転させるような場合に問題が生じる。
【００３２】図６に示すように、このようなテストヘッド３０は、その外側に回転軸３１を有し、回転軸３１を中心に垂直面に沿って旋回できるようになっている。このテストヘッド３０内に、平行配列のプリント基板３２を図示するような向き、すわなちに回転軸３１の軸方向と直交する向きにプリント基板３２を組込むと、テストヘッド３０内に設けたヒートパイプ３３が、テストヘッド３０の旋回前の正常位置（ａ）または旋回後の反転位置（ｃ）で、ヒートパイプ３３の両側の放熱部の向きが水平方向になるようにプリント基板３２に取り付けられていても、旋回途中の中間位置（ｂ）でトップヒート、ボトムヒートが起きてしまう。
【００３３】そこで、これを回避するために本実施例では、図７に示すように、テストヘッド３０の旋回前の正常位置（ａ）または旋回後の反転位置（ｃ）で、ヒートパイプ３３の面が回転軸３１の軸方向に対して平行に配設されるように、プリント基板３２の向きを回転軸３１の軸方向と平行となるように向けてテストヘッド内に組込む。このようにすることにより、テストヘッド３０の旋回によってもヒートパイプ３３の両側の向きが常に水平方向に維持され、トップヒート、ボトムヒートが起きず、安定した冷却能力を発揮できる。
【００３４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ヒートパイプ冷却方式を用いたから、冷却ファン方式に比して騒音を大幅に低減できる。また、ヒートパイプ冷却方式を平行配列された複数のプリント基板に適用したから、構造的に中心側が冷却できない放射状配列のプリント基板に適用した場合に比して、各ヒートパイプの両側から冷却できるので、プリント基板を有効に冷却することができる。また、管路を構成する支管と主管との管径比を０．２以下にしたので、各ヒートパイプを均一に冷却することができる。
【００３５】請求項２に記載の発明によれば、主管を、複数のプリント板の周囲を略一周した後、Ｕターンして戻すようにしたので、各ヒートパイプを一層均一に冷却することができる。
【００３６】請求項３に記載の発明によれば、主管を複数のプリント基板の両端部に沿って互いに非接続で並行に配設したので、管路長を短くでき、構造の簡素化を図ることができる。
【００３７】請求項４に記載の発明によれば、主管を非接続で一点に配設して、そこから支管を延ばすようにしたので、一層構造の簡素化を図ることができる。
【００３８】請求項５に記載の発明によれば、冷却ファンをヒートパイプと併用したので騒音を低減することができる。
【００３９】請求項６に記載の発明によれば、ヒートパイプを回転軸の軸方向に対して平行に配設したので、テストヘッドの旋回によってもヒートパイプの両端の向きが水平方向に常に維持され、ヒートパイプの両端が上下を向くことがないからトップヒートやボトムヒートが生じず、安定したヒートパイプ能力を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による冷却装置の基本構造を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例によるプリント基板にヒートパイプを取り付けた状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の実施例によるループ型の冷却装置の平面図である。
【図４】本発明の他の実施例によるマニホールド型の冷却装置の平面図である。
【図５】マニホールド型の変形例を示す平面図である。
【図６】従来のトップヒート、ボトムヒート現象がヒートパイプに起きることを説明するテストヘッドの旋回図である。
【図７】本実施例のトップヒート、ボートヒート現象が起きない向きにヒートパイプを組込んだテストヘッドの旋回図である。
【符号の説明】
１プリント基板
２ヒートパイプ
４ＭＣＭ（発熱電子部品）
７放熱部
８流路
９液体
１０冷却板
１１管路
１２分配主管
１３支管
１４集合主管

【特許請求の範囲】
【請求項１】平行に配列された複数のプリント基板をそれぞれ覆うように取り付けられ、各プリント基板に実装された各発熱部品と接触して発熱部品で発生した熱を受熱して両側の放熱部から放熱する面状のヒートパイプと、各ヒートパイプの両側の放熱部にそれぞれ取り付けられ、内部の流路に液体を流してヒートパイプの放熱部を冷却する冷却板と、各冷却板の流路に分配主管から支管を通じて冷却用の液体を供給し、各冷却板の流路を流れた冷却処理後の液体を支管を通じて集合主管に戻すように構成した管路とを備え、上記分配主管及び集合主管の管径Ｄと支管の管径ｄとの比ｄ／Ｄを０．２以下に設定した冷却装置。
【請求項２】上記分配主管が平行に配列された複数のプリント板の周囲を略一周した後、Ｕターンして集合主管と接続され、集合主管が分配主管に沿って戻るように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】上記分配主管と上記集合主管とが互いに非接続で１組となり、平行に配列された複数のプリント基板の両端部に沿って１組づつ配設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】上記分配主管と上記集合主管とが互いに非接続で１組となり、平行に配列された複数のプリント基板の両端部の任意の一点に１組づつ配設され、そこから上記支管が各プリント基板に取り付けられた各冷却板に同一長さで延びていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却装置において、さらに、上記ヒートプレートと接触していない発熱部品を冷却する冷却ファンを備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】上記請求項１ないし５のいずれかに記載の冷却装置を組込んだ半導体試験装置のテストヘッドであって、回転軸を中心に垂直面に沿って旋回し、旋回前の正常位置で、内部に設けたヒートパイプが、その両側の放熱部の向きを水平方向に向けるように、平行配列のプリント基板に取り付けられるものにおいて、上記ヒートパイプを上記回転軸の軸方向に対して平行に配設して、テストヘッドの旋回によってもヒートパイプの両側の放熱部の向きが水平方向に維持されるようにしたことを特徴とする半導体試験装置のテストヘッド。

【図１】