專利名稱：用于自檢測室回收低溫流體或氣體的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過使用低溫流體來迅速改變元件溫度，以實現對元件及電子子系統例如電子元件的檢測。
背景技術：
在電子設備制造中環境檢測(ET)技術的應用正顯著增加，例如環境壓力篩選(ESS)，加速壓力檢測(AST)，高加速壽命檢測(HALT)以及高加速壓力篩選(HASS)。這些類型的檢測經常用于各種產品，范圍包括半導體、已封裝的集成電路(IC)、已裝配好的印刷電路板(PCB)、光纖設備、或最終組裝產品(兩個例子為飛機雷達設備和計算機服務器)。這些技術強迫所制造產品受到外界的壓力，該壓力基本上高于該產品整個壽命中所能經歷到的壓力。這些檢測的目的在于幫助以最少的費用、在最短的時間內發現隱藏缺陷；以最少的費用、在最短的時間內檢測出任何可能的缺陷；如果篩選中發現任何缺陷，提供閉合回路以進行失效分析并采取糾正措施；增強磁場可靠性；以及減少總制造成本、維修費用和抵押成本。在世界上，電子設備是大多數日常活動的基礎，因此，降低成本且增強可靠性是至關緊要的。為此，ET技術得以迅速采用。
作用給電子設備的壓力類型可發生很大變化，但最常見的包括熱檢測。熱檢測包括迅速地加熱和冷卻設備(每分鐘溫度變化ΔT高達100℃)。加熱或冷卻得越快，檢測得越快，同時可越快地對所檢測產品進行分析，于是可越快地將所檢測產品送去維修或在市場上出售。典型的，這樣實現冷卻通過使用基于CFC(氟氯化碳)的機械制冷機組，或通過使用直接與設備接觸的液化氣體蒸發所產生的低溫。所采用的氣體通常為氮氣，因為其相對較安全且其通常在價格上比惰性氣體要便宜得多。在一定情況下也可采用其它種類的氣體，例如二氧化碳。
現有技術基本上是利用液化氣體蒸發所產生的低溫，同時給最終產品的制造過程增加了一項重要成本。盡管通常在成本上是劃算的，但又增加了要減少所使用低溫流體/氣體并優化其使用的壓力。當前系統主要采取一種不可能進行回收的直接噴射方法，或者采取使用冷卻旋管的間接冷卻方法。典型地，在兩種情況下，已加熱的冷卻氣體將被排放到空氣中。
因此，在ET技術中就需要更好地利用低溫流體化氣體，主要為了減少與低溫流體化氣體相關的成本。
發明概述依照本發明，采用間接冷卻方法，換句話說，采用冷卻旋管，低溫流體將流過該冷卻旋管，可回收ET過程中所使用的低溫液化氣體。這些系統可回收該低溫流體，其中，術語“回收”包括當低溫流體實現其在ET過程中的用途后，再利用加熱后的低溫流體。
更具體地，本發明使用高效且經改進的冷卻旋管，其中低溫液化氣體(優選為液化氮、氬、或其混合物)進入該旋管，該旋管被巧妙地設置在一ET室內，低溫流體利用間接熱交換來冷卻該室，從而生成熱低溫流體(這里或者完全是氣體或者是液相與氣相的混合物)。然后將熱低溫流體輸送給回收站。本發明包括熱循環(以交替方式降低和升高溫度)，以及僅冷卻，或僅加熱，但優選的是熱冷卻。熱冷卻可包括以一定速率進行冷卻，該速度可在每分鐘溫度變化ΔT為1℃的非常慢速率至每分鐘溫度變化ΔT高達100℃的非常快速率之間變化。
如在本發明中所使用的，“回收”包括兩種主要方法(a)利用溫差環流冷卻劑槽及相關設備，以及(b)對熱低溫流體進行再壓縮和/或儲存該低溫流體以在其它生產上使用。此處所用的“巧妙設置”及“巧妙地被設置”指以這樣一種方式將待測元件和旋管相對于對方地設置在檢測室內，使該冷卻旋管能充分實現其升高或降低該元件溫度的功能。“充分實現”指按照精確、受控的方式進行冷卻或加熱。
本發明該方法及裝置能極大地降低ET過程成本。當車間內別處需要該氣體時，與使用低溫流體相關的成本接近為零。
本發明的第一方面是一種對元件(優選為IC，PCB，子系統等)進行環境檢測的方法，該方法包括步驟(a)將待測元件放入一室內，該室具有充滿氣體的內部空間；(b)通過在該待測元件附近巧妙地設置一根或多根冷卻旋管來間接冷卻該元件；(c)向該冷卻旋管供應來自低溫流體源的低溫流體，從而冷卻該元件，并生成熱低溫流體；以及(d)以溫差環流方式，利用一種溫差環流導管回路將該熱低溫流體回收至該低溫流體源。
優選的在該方法中，該內部空間內的該氣體是非惰性的(最好循環的)；該方法還包括測量該內部空間內該氣體的溫度；該方法還包括至少部分地基于內部空間的溫度控制該低溫流體的流動；該方法還包括測量流入該旋管內的該低溫流體的溫度；以及該方法還包括至少部分地基于流入該旋管內的該低溫流體的溫度控制該低溫流體的流動。
本發明的第二方面是一種對元件進行環境檢測的裝置，該裝置包括(a)具有內部空間的檢測室，用于容納待檢測的一個或多個元件；(b)至少一個冷卻旋管，其巧妙地設置在該檢測室內；
(c)低溫流體輸送管，其將低溫流體源和該旋管連接起來；以及(d)低溫流體返回管，其使該旋管與該低溫流體源連接起來，其中，該低溫流體輸送管和該低溫流體返回管都被連入一溫差環流回路內。
優選的該裝置中，該檢測室包括用于移動內部空間內氣體的裝置；該裝置還包括用于測量該檢測室的內部空間內溫度的裝置；該裝置還包括用于控制該低溫流體自該低溫流體源的流動的裝置。
本發明的第三方面是一種對元件進行環境檢測的方法，該方法包括步驟(a)將待測元件放入一室內，該室具有充滿氣體的內部空間；(b)通過在該待測元件附近巧妙地設置一根或多根冷卻旋管來間接冷卻該元件；(c)向該冷卻旋管供應來自低溫流體源的低溫流體，從而冷卻該元件，并生成熱低溫流體；以及(d)使該熱低溫流體流至一低壓儲存裝置。
優選的該方法中，還包括壓縮該熱低溫流體以形成壓縮低溫流體，然后將壓縮低溫流體輸入至一高壓儲存裝置；該方法還包括將至少一些壓縮低溫流體用于其它使用點，該使用點自下述組中選出，該組包括現場的其它用途、離開現場的其它用途以及存儲槽；該方法還包括將一部分該熱低溫流體輸入該內部空間內；該方法還包括將干燥氣體輸入該內部空間內；該方法還包括在該低溫流體體存儲槽內蒸發一部分該低溫流體，并將其輸送至其它使用點。
如在此所使用的，術語“干燥”指氣體中所包含的水分不超過1％，較佳的是不超過百萬分之(ppm)一百，更佳的是不超過十億分之(ppb)一百，最好不超過1ppb。
本發明的第四方面是一種對元件進行環境檢測的裝置，該裝置包括
(a)具有內部空間的檢測室，用于容納待檢測的一個或多個元件；(b)至少一個冷卻旋管，巧妙地設置在該檢測室內；(c)低溫流體輸送管，其將低溫流體源和該旋管連接起來；以及(d)用于該熱低溫流體的低壓儲存裝置，以及使該旋管與該低壓儲存裝置相連接的導管。
優選的該裝置中，包括用于壓縮該熱低溫流體以形成壓縮低溫流體的壓縮裝置；該裝置包括獲取來自該壓縮裝置的供料的高壓存儲裝置；該裝置包括將該壓縮低溫流體輸送給其它使用點的導管；該裝置包括使該低溫流體源與一熱交換單元連接的導管，以及使該熱交換單元與給其它使用點供應低溫流體的導管相連接的導管；該裝置包括允許一部分熱低溫流體進入該檢測室的該內部空間內的裝置；該裝置包括在該檢測室上用于感應該內部空間溫度的溫度測量裝置；該裝置包括在該液化低溫流體源上的液位傳感器；該裝置包括用于控制該低溫流體存儲裝置的流出及流入的控制裝置；以及該裝置包括用于給該內部空間輸送干燥氣體的裝置。
參考以下說明書和權利要求書可獲得對本發明的進一步評價及理解。
附圖的簡要說明
圖1，2和3為依照本發明三種優選方法及裝置的示意性流程圖。
優選實施例的說明本發明人在此回顧一下各種用于減少有關ET過程中所使用液化氣體成本的方法。人們已發現可采取利用冷卻旋管的間接冷卻方法。更具體的，為獲得更高效能，冷卻旋管的位置及該旋管自身的設計應能減少所使用低溫流體化氣體的成本。顯而易見，本發明人在此提出的采用具有高效旋管及旋管定位的系統具有某些優點，包括(a)熱交換率幾乎與大多數直接噴射系統一樣高；(b)不存在與將惰性氣體噴入室內有關的安全問題，當將惰性氣體噴入室內時，工人不得不會接觸到一定的惰性氣體；以及(c)如果可以某種方式再利用“熱”低溫流體，將提高效率。
因此，本發明涉及回收間接冷卻系統中所使用的低溫流體化氣體。應認識到的是，本發明方法并不僅限于冷卻，但冷卻是該方法及裝置的優選應用。例如，本發明可再利用已蒸發并與檢測元件接觸以進行冷卻的低溫流體，或者升高先前已冷卻的元件溫度，或者降低需要被冷卻的元件溫度至一更低的冷卻溫度，或者用于惰化目的。再如另一個例子，該方法和裝置可用于在極低溫度與極高溫度之間熱循環該元件。為實現高溫，最好停止流動低溫流體，并最好利用置于室內的加熱單元加熱室內的剩余蒸氣。優選地，該加熱單元為內部陶瓷加熱器，例如現在通常采用的。位于室內部的風扇有助于蒸氣的流通。
現轉至附圖，圖1表示本發明第一種方法及裝置的實施例，被標識為1。該實施例中，裝置1包括環境檢測室2，以及溫差環流裝置4。為了使溫差環流裝置4，更具體的說是低溫流體實現其功能，優選地，將該溫差環流裝置4設置在稍高于冷卻旋管14水平面的位置，以提供足夠的液壓。導管10和12提供了這一點，如圖1所示。溫差環流裝置的操作在液化氣體存儲領域中是公知的，這里幾乎不需要對其進行說明。實質上，較熱液體的密度要小于相同成分較冷液體的密度，因此，較冷液體趨向于在導管系統內如圖1所示移動較熱液體。
圖1表示了例如整齊排列在檢測室2內印刷電路板16下方的冷卻旋管14。環境檢測室2還包括通常具有圖1中18所示把手的一門或者其它開啟裝置，從而可將待檢測設備移入及移出檢測室2。優選地，可具有原動機20和相關的風扇或者鼓風機22，以增大檢測室2內氣體的流動。此外，通常利用已知在溫度周期性變化情況下所采用的絕熱材料，對該檢測室2進行隔熱處理，由于清楚的原因，圖中未表示該絕熱材料。優選的，導管10和12可使用冷卻領域中公知的真空絕熱管，特別地，導管10用以保持低溫流體的低溫度。典型的，環境檢測室2位于支承物8上，例如生產設備的底板或者車間的地面。
為了提高安全性，環境檢測室2和溫差環流裝置4分別具有壓力釋放裝置24和26。壓力釋放裝置也可位于兩導管10和12的任一個或兩個上。
盡管溫差環流裝置像上述這樣已能相當好地完成操作，但在優選實施例中，其最好包括流量計量裝置32以及溫度測量裝置28和30，如圖1所示。優選地，這三個監控裝置分別用于讀取流入冷卻旋管14內的低溫流體的流率，檢測室2內的氣體溫度，以及流入冷卻旋管14內的低溫流體的溫度，這三個監控裝置在任何情況下都不排他。優選地，如6所示的控制單元利用控制閥34來控制低溫流體的流動。優選地，該控制單元6反過來又受到當地或者遠程監控系統(未表示)的控制。
參照圖2，圖2表示本發明第二種方法及裝置的實施例50。所示實施例50包括環境檢測室52，可將一個或多個16指示的制造元件，例如印刷電路板放置在該環境檢測室52內。實施例50還包括低溫流體儲存槽54，熱交換或蒸發單元56，高壓儲存單元58，以及低壓儲存單元60。依據工廠的配置，提供單元4,56,58和60中的一個或多個。低壓儲存單元60向壓縮機62提供低壓冷卻氣體，壓縮機62經由導管89獲取低壓冷卻氣體并壓縮該低壓冷卻氣體，然后經由導管91將高壓冷卻氣體輸送給高壓儲存單元58。
導管64，止回閥66，隔斷閥68，控制閥70，壓力測量裝置72以及壓力控制裝置74用于選擇性地將干燥氣體引入環境檢測室52內。這是希望減少濕氣在檢測室內、在將檢測元件上冷凝的可能性。此外，如果元件16在“濕”狀態下進入檢測室52，如同儲存在潮濕環境中，就希望弄清楚要多長時間才能減少元件16表面的水分。選擇性地引入干燥氣體還可用于除去旋管78和80上的任何結冰冷凝物或液體冷凝物。
選擇性的干燥氣體以及可能漏出旋管78和80的任何低溫流體可經由選擇性的排出管76離開該系統。
低溫流體源54向導管82和流量調節器84供應低溫流體。導管82通常分離為一條或多條管，如圖2中81和83所示，該導管81和83分別向旋管81和78供應低溫流體。旋管81和78“巧妙地設置”在環境壓力篩選室52內，以為該元件16提供最佳冷卻。例如，如圖2的實施例50所示，旋管78和80可直接位于元件16下方和上方。優選地，隔斷閥85在開啟時允許氣體流過室52。例如如果車間其它地方需要更多惰性氣體，這種方式將是優選的。
在經壓縮機62壓縮后，壓力調節器90可使得高壓低溫流體流出高壓儲存單元58，流過導管93，負壓調節器90，以及止回閥92，并進入導管96。導管96接著將高壓低溫流體輸送至同一車間或其它車間的其它終端使用者。導管96內高壓低溫流體的其它用途可以是例如用作低溫流體存儲槽54的壓力源，如果必要的話。流入導管96內的高壓低溫流體的其它用途還可以是氣體覆蓋，例如在波動焊接或回流焊接應用中，或者在化學儲存槽的蒸氣空間內可能具有潛在爆炸性氣體混合物的情況下，用于覆蓋該槽。
還優選地，將低溫流體存儲槽54內已蒸發的低溫流體輸送給導管96。這可利用導管100內的開式隔斷閥98來實現，該閥98允許液化的低溫流體經由導管100流入熱交換器或蒸發器56內。已蒸發的氣體經由導管104，負壓調節器106，止回閥108流入導管96。優選的，導管102內的液流提供熱量以蒸發低溫流體，例如空氣或低壓蒸氣。可替換地，采取外部加熱板或電加熱盤管。
如上所述，本發明的兩個關鍵方面在于旋管78和80在室52內的巧妙設置，用以提供最大的冷卻效力并減少進行給定檢測所需要的低溫流體量；以及已蒸發低溫流體的明智利用，或者經由溫差環流裝置進行回收，或者經由圖2所示的“回收”設備60，62，58及96用于車間的其它部分或廠區外。圖2中分別用94，110和72標識的壓力指示器P1，P2和P3用于監控該實施例50。優選的，將P2的壓力設置成低于P1。這兩處的壓力可通過調節負壓調節器90和106的設定來進行調節。
圖2所示實施例的另一優選特征是提供水位測量裝置112。控制器114接收來自水平傳感器112和室52上溫度傳感器124的信號。可利用監控系統(未表示)來控制該控制器114。優選地，控制器114控制著控制閥84和116。控制閥84允許低溫流體如前所述流過導管82。選擇性的，控制閥116允許經由導管118流入新鮮低溫流體，以再次注滿低溫流體槽54。優選的，壓力釋放裝置120和122分別位于環境壓力篩選室52和低溫流體源54上。將該壓力釋放裝置設置成如果室52和54內的壓力增大到超過一定的設計壓力規格，該壓力釋放裝置就釋放氣體。
圖3表示了本發明另一優選實施例200。實施例200包括檢測箱202，該箱202內放有待檢測的一個元件204，這里待測元件為雷達子系統。子系統204位于擱板206上，擱板206反過來又位于支承物208上或與該支承物208連接，優選的，元件例如子系統204經由支承物208與一動力源(未表示)電連接。優選的以這種方式，在模擬環境下給該元件204加電，并操作該元件204。檢測箱202位于平板210或其它支撐面上。實施例200包括氣室212，已蒸發的冷卻劑如多個箭頭216所示流過該氣室212。氣體流過氣室212，然后再流過噴嘴214(圖3表示了六個，但該數目可以改變)。噴嘴214將氣體導向并環繞著子系統204，以實現所檢測元件的溫度變化。該實施例中風扇218和220位于箱202的頂部附近，有助于流通已蒸發的冷卻劑，或經由加熱單元222和224加熱的熱氣體。低溫流體經由導管226進入，經過蛇形管228，然后從蛇形管228出來并進入另一導管230。經由控制閥232來控制低溫流體流，控制閥232反過來又被一控制器，優選為一PID控制器234所操縱。控制器234自單元236接收一個或多個溫度測量結果，如圖3所示。
在圖3所示優選實施例200中，可替換的實施例可包括多個蛇形管228，以及相應的多個輸入及輸出導管和多個控制閥。可提供多于二個的風扇，且可以改變風扇在箱202內的位置，例如一個風扇位于頂部且一個風扇位于底部，或者箱的每側都具有一風扇。
盡管以上本發明優選方法及裝置的說明代表本發明，但它們決不是用于限制所附權利要求書。
權利要求
1.一種對元件進行環境檢測的方法，所述方法包括步驟(a)將待測元件放入一室內，所述室具有充滿氣體的內部空間；(b)通過在所述待測元件附近巧妙地設置一根或多根冷卻旋管來間接冷卻所述元件；(c)向所述冷卻旋管供應來自低溫流體源的低溫流體，從而冷卻所述元件，并生成熱低溫流體；以及(d)以溫差環流方式，利用一種溫差環流導管回路將所述熱低溫流體回收至所述低溫流體源。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述內部空間內的所述氣體是非惰性的。
3.如權利要求1所述的方法，還包括步驟測量所述內部空間內的所述氣體的溫度。
4.如權利要求3所述的方法，還包括步驟至少部分地基于所述溫度來控制所述低溫流體的流動。
5.如權利要求1所述的方法，還包括步驟測量流入所述旋管內的所述低溫流體的溫度。
6.如權利要求5所述的方法，還包括步驟至少部分地基于所述溫度來控制所述低溫流體的流動。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，依靠將干燥氣體輸入所述內部空間內，從而所述氣體氣氛是干燥的。
8.一種對元件進行環境檢測的裝置，所述裝置包括(a)具有內部空間的檢測室，用于容納待檢測的一個或多個元件；(b)至少一個冷卻旋管，其巧妙地設置在所述檢測室內；(c)低溫流體輸送管，其將低溫流體源和所述旋管的進口連接起來；以及(d)低溫流體返回管，其將所述旋管的出口與所述低溫流體源連接起來，其特征在于，所述低溫流體輸送管和所述低溫流體返回管都被連入一溫差環流回路內。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述檢測室包括用于移動所述內部空間內的氣體的裝置。
10.如權利要求8所述的裝置，還包括用于測量所述檢測室的內部空間的溫度的裝置。
11.如權利要求8所述的裝置，還包括用于控制所述低溫流體自所述低溫流體源流動的裝置。
12.一種對元件進行環境檢測的方法，所述方法包括步驟(a)將待測元件放入一室內，所述室具有充滿氣體的內部空間；(b)通過在所述待測元件附近巧妙地設置一根或多根冷卻旋管來間接冷卻所述元件；(c)向所述冷卻旋管供應來自低溫流體源的低溫流體，從而冷卻所述元件，并生成熱低溫流體；以及(d)使所述熱低溫流體流至一低壓儲存裝置。
13.如權利要求12所述的方法，還包括步驟壓縮所述熱低溫流體以形成壓縮低溫流體，然后將壓縮低溫流體輸送入一高壓儲存裝置。
14.如權利要求12所述的方法，還包括步驟將至少一些壓縮低溫流體輸送到其它使用點，所述使用點自下述組中選出，所述組包括現場的其它用途、離開現場的其它用途以及存儲槽。
15.如權利要求12所述的方法，還包括步驟將一部分所述熱低溫流體輸送入所述內部空間內。
16.如權利要求12所述的方法，還包括步驟將干燥氣體輸送入所述內部空間內。
17.如權利要求12所述的方法，還包括步驟在所述低溫流體存儲槽內蒸發一部分所述低溫流體，并將其輸送至其它使用點。
18.一種對元件進行環境檢測的裝置，所述裝置包括(a)具有內部空間的檢測室，用于容納待檢測的一個或多個元件；(b)至少一個冷卻旋管，其巧妙地設置在所述檢測室內；(c)低溫流體輸送管，其將低溫流體源和所述旋管的進口連接起來；以及(d)用于所述熱低溫流體的低壓儲存裝置，以及使所述旋管的出口與所述低壓儲存裝置相連接的導管。
19.如權利要求18所述的裝置，還包括壓縮裝置，用于壓縮所述熱低溫流體以形成壓縮低溫流體。
20.如權利要求19所述的裝置，還包括高壓存儲裝置，其自所述壓縮裝置獲取供料。
21.如權利要求20所述的裝置，還包括將所述壓縮低溫流體輸送給其它使用點的導管。
22.如權利要求21所述的裝置，還包括使所述低溫流體源與一熱交換單元相連接的導管，以及使所述熱交換單元與所述用于給其它使用點供應低溫流體的導管相連接的導管。
23.如權利要求18所述的裝置，還包括允許一部分熱低溫流體進入所述檢測室的所述內部空間內的裝置。
24.如權利要求18所述的裝置，還包括在所述檢測室上用于感應所述內部空間溫度的溫度測量裝置。
25.如權利要求18所述的裝置，還包括在所述液態的低溫流體源上的液位傳感器。
26.如權利要求18所述的裝置，還包括用于控制所述低溫流體存儲裝置的流出及流入的控制裝置。
27.如權利要求18所述的裝置，還包括用于給所述內部空間輸送干燥氣體的裝置。
全文摘要
本發明提供了幾種方法和裝置，這些方法和裝置可對元件例如印刷電路板、集成電路、子系統或其它元件進行有效的環境檢測。在本發明的一種方法中，可將待測元件放入一室內，該室具有充滿氣體的內部空間。通過在該待測元件附近巧妙地設置一根或多根冷卻旋管來間接冷卻該元件，以及向該冷卻旋管供應來自低溫流體源的低溫流體；熱低溫流體可通過一種或兩種裝置進行回收溫差環流回路，以及用于再利用熱低溫流體的存儲和壓縮裝置；所述內部空間內最好填充有干燥氣體。
文檔編號G01R31/28GK1535383SQ01817917
公開日2004年10月6日 申請日期2001年10月22日 優先權日2000年10月24日
發明者馬丁·泰里奧, 菲利普·布洛斯坦, 布洛斯坦, 馬丁 泰里奧 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監督和管理委員會的有限公司, 液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具