加熱器裝置及測定裝置以及熱傳導率推定方法
2023-04-23 19:51:56 5
專利名稱：加熱器裝置及測定裝置以及熱傳導率推定方法
技術領域：
本發明涉及使用於傳熱儀器的性能評價的加熱器裝置及測定裝置。
背景技術：
熱管是在封入了動作液的容器的一端吸熱，使所述動作液蒸發，在所述容器的另一端使所述動作液凝結並放熱的裝置，該熱管被利用於電子儀器的冷卻。例如，在專利文獻 1及2中提出了一種冷卻器(該說明書中，將其稱為「帶熱管冷卻器」)的方案，該冷卻器為了將IC晶片那樣的電子元件和熱管熱連接、通過熱管將電子元件所產生的熱輸送至散熱片(heat sink)並放熱，而使熱管和散熱片組合。通過下式中表示的總熱阻&對帶熱管冷卻器的性能進行評價。Rt = (T1-T2) /W (式 1)不過，W是熱管的單位時間的熱輸送量，T1是帶熱管冷卻器的吸熱部的溫度(=冷卻對象物的表面為度)，T2是帶熱管冷卻器的周圍環境的溫度。或者，有時取代總熱阻&而使用工作熱阻&。工作熱阻&通過下式表示。Rff = (T1-T2' )/ff (式 2)不過，T2'是帶熱管冷卻器的放熱部的溫度。另外，在帶熱管冷卻器的製作中，通過以下的方法，逐一對帶熱管冷卻器的總熱阻 Rt進行計測，確認其滿足規定的基準。(1) 一邊測定帶熱管冷卻器的吸熱部的溫度(=冷卻對象物的表面溫度)T1，一邊以電熱加熱器進行加熱。(2)隨著時間的經過，1\緩慢上升，不久放熱量與發熱量實現平衡，1\成為恆定(穩定狀態)。(3)對，T1成為恆定時的周圍環境的溫度T2、及電熱加熱器的消耗電力進行測定， 算出帶熱管冷卻器的總熱阻& (成為穩定狀態時的帶熱管冷卻器的熱輸送量W與電熱加熱器的發熱量相等，電熱加熱器的發熱量可以根據消耗電力算出)。專利文獻1 日本特開2007-20擬62號公報專利文獻2 日本特開2005-136117號公報
發明內容
但是，基於上述方法的總熱阻&的測定存在下述的問題。為了使電熱加熱器的發熱量與帶熱管冷卻器的熱輸送量(=放熱量)相等，需要進行隔熱，以確保電熱加熱器的熱不會從帶熱管冷卻器以外逃逸。因此，存在電熱加熱器的尺寸、重量變大的問題。另外，將電熱加熱器完全隔熱是困難的，由於沒有對逃逸至外部的熱量進行測定及修正的方法，存在無法進行準確的測定的問題。另外，在IC晶片等中，存在發熱部位偏置的情況。也就是說，存在IC晶片的特定部位成為高溫的情況。要求對這樣的現象進行再現並進行帶熱管冷卻器的性能評價，但在這樣的情況下，需要準備專用的電熱加熱器。本發明是為解決這一課題而做出的，提供一種加熱器裝置，該加熱器裝置適於帶熱管冷卻器的熱阻的測定。另外，本發明提供一種測定裝置，該測定裝置適於帶熱管冷卻器的熱阻的測定。另外，本發明提供一種簡易地推定帶熱管冷卻器的有效熱傳導率的方法。為實現上述目的，本發明的加熱器裝置，具有基板，對形成在所述基板的上表面上的加熱器薄膜通電而發熱，其特徵在於，該加熱器裝置具有多個加熱器薄膜；對各個所述多個加熱器薄膜分別獨立供電的供電端子。另外，可以將所述供電端子形成在所述基板的下表面上，並且，具有將所述供電端子和所述加熱器薄膜電連接的通孔。另外，可以具有形成在所述基板的下表面上的多個傳感器薄膜。另外，可以具有安裝基板，該安裝基板載置保持所述基板，並且，在該安裝基板的上表面上形成配線圖形，該配線圖形將所述加熱器薄膜及所述傳感器薄膜與外部儀器電連接。另外，可以所述配線圖形針對所述供電端子的每一個具有多個供電路，該供電路將與所述供電端子接觸的始端和位於所述安裝基板的緣部且與所述外部儀器連接的終端連結，並且，所述多個供電路的長度全部相等。另外，本發明的測定裝置，其特徵在於，包括權利要求3所述的加熱器裝置；和控制裝置，並且，所述控制裝置具有電力控制機構，其對所述加熱器薄膜供給規定的電力； 傳感器控制機構，其計測所述傳感器薄膜和所述加熱器薄膜的溫度；運算機構，其根據所述傳感器控制機構所計測的、所述傳感器薄膜和所述加熱器薄膜的溫度，算出從所述基板的下表面流出的流出熱量。另外，所述運算機構可以根據所述傳感器控制機構所計測的所述傳感器薄膜的溫度，算出所述基板的下表面的溫度分布。另外，所述運算機構可以根據所述電力控制機構供給至所述加熱器薄膜的電力， 算出從所述加熱器薄膜產生的產生熱量。另外，所述運算機構可以在從所述加熱器薄膜產生的產生熱量中減去從所述基板的下表面流出的流出熱量，算出從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量。另外，可以具有環境溫度檢測機構，其測定所述測定裝置的周圍的環境的溫度，並且，所述運算機構根據所述環境溫度檢測機構所檢測的溫度、所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度、以及從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量，算出載置在所述加熱器薄膜之上的供熱試驗體的熱阻。另外，可以具有放熱部檢測機構，其測定載置在所述加熱器薄膜之上的供熱試驗體的放熱部的表面溫度，並且，所述運算機構根據所述放熱部檢測機構所檢測的溫度、所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度、以及從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量，算出所述供熱試驗體的熱阻。另外，可以具有溫度監視機構，其監視所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度的時間變化，並且，所述運算機構，當所述加熱器薄膜的溫度的時間變化消失時，算出所述供熱試驗體的熱阻。
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本發明的熱傳導率推定方法，其特徵在於，具有預備計測階段，將已知熱傳導率的放熱物體載置在熱源之上，對所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述放熱物體的溫度分布進行計測；計算階段，解關於所述放熱物體和所述熱源的熱傳導方程式，計算所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述放熱物體的溫度分布；邊界條件決定階段，對通過所述預備計測階段得到的溫度分布和通過所述計算階段得到的溫度分布進行比較，決定兩者一致的所述熱傳導方程式的邊界條件；穩定溫度推定階段，改變所述放熱物體的熱傳導率來解利用了通過所述邊界條件決定階段決定的邊界條件的所述熱傳導方程式，推定所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述熱源的溫度；近似式決定階段，根據通過所述穩定溫度推定階段得到的所述放熱物體的熱傳導率與所述熱源的溫度的關係，決定表示兩者的關係的近似式；供熱試驗體計測階段，將供熱試驗體載置在所述熱源之上，計測所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定時的、所述熱源的溫度；熱傳導率推定階段，根據通過所述供熱試驗體計測階段得到的所述熱源的溫度和通過所述近似式決定階段得到的近似式，求出所述供熱試驗體的熱傳導率。所述熱源可以是前述任一結構的加熱器裝置。發明的效果由於本發明的加熱器裝置能夠獨立控制多個加熱器薄膜，因而能夠對發熱偏置特定的部位上的熱源進行模擬。另外，由於本發明的加熱器裝置能夠檢測基板的上表面及下表面的溫度，因而能夠算出流出至基板的下表面的熱量。本發明的測定裝置，從通過加熱器薄膜產生的熱量中減去出至基板的下表面的熱量，能夠算出供熱試驗體導熱的熱量的淨值。另外，能夠自動計測供熱試驗體的熱阻。根據本發明的熱傳導率推定方法，只需將供熱試驗體載置在熱源之上，並計測熱源的溫度成為穩定狀態時的溫度，即可獲知供熱試驗體的熱傳導率。
圖1是表示本發明的加熱器裝置的概念性結構的側視圖。圖2是所述加熱器裝置的加熱器基板的外形圖，(a)為上表面的俯視圖，(b)為具有加熱器薄膜的部位的放大圖，(c)為部分剖視圖。圖3是表示所述加熱器裝置的加熱器基板的下表面的俯視圖，(a)為整體圖，(b) 為傳感器薄膜的放大圖。圖4是表示所述加熱器裝置的安裝基板的上表面的俯視圖，(a)為單體圖，(b)為表示搭載放置有加熱器基板的狀態的圖。圖5是對使用加熱器裝置來測定帶熱管冷卻器的總熱阻的原理進行說明的示意圖。圖6是加熱器基板的下表面的等溫線圖的例子。圖7是表示本發明的計測裝置的概念性結構的構成圖。圖8是表示通過所述檢查裝置執行的程序的例子的流程圖。圖9是是表示放熱物體的熱傳導率與熱源的穩定溫度的關係的圖。附圖標記的說明
1加熱器裝置2帶熱管冷卻器3加熱器基板4安裝基板5熱管6散熱片7加熱器薄膜8供電端子9傳感器薄膜10供電用配線薄膜11傳感器用配線薄12加熱器面13通孔14傳感器端子15電極極板16連接極板17電極極板18連接極板21計測裝置22控制裝置23電力控制裝置24傳感器控制裝置25溫度傳感器26溫度傳感器
具體實施例方式以下，說明用於實施本發明的最佳實施方式。[加熱器裝置的整體結構]圖1是表示本發明的加熱器裝置的概念性結構的側視圖。如圖1所示，加熱器裝置1是對帶熱管冷卻器2進行加熱的裝置，包括加熱器基板3和安裝基板4。其中，帶熱管冷卻器2具有熱管5和散熱片6，是與未圖示的IC晶片接觸、將從IC 晶片產生的熱通過熱管5輸送至散熱片6並放熱的冷卻器。加熱器基板3由具有耐熱性的陶瓷構成，在其上表面形成有多個加熱器薄膜7。另外，在加熱器基板3上設有未圖示的通孔，供電端子8貫通所述通孔並在加熱器基板3的下表面上突出。供電端子8是對加熱器薄膜7供給電力的端子，加熱器薄膜7通過供電端子 8倍供電並發熱。另外，若測定供電端子8之間的電阻，則能夠知曉加熱器薄膜7的溫度。另外，在加熱器基板3的下表面上，具有多個傳感器薄膜9。若測定傳感器薄膜9 的電阻，則能夠知曉加熱器基板3的下表面的溫度。安裝基板4是對加熱器基板3進行載置及固定的石英基板，加熱器基板通過未圖示的緊固件固定在安裝基板上的規定位置上。另外，在安裝基板4的上表面上，形成有供電用配線薄膜10及傳感器用配線薄膜11。供電用配線薄膜10是用於從未圖示的外部儀器對加熱器薄膜7供電的配線圖形，傳感器用配線薄膜11是將外部儀器和傳感器薄膜9電連接的配線圖形。[加熱器基板的上表面]圖2是加熱器基板3的外形圖，(a)為上表面的俯視圖，(b)為具有加熱器薄膜7 的部位的放大圖，(c)為部分剖視圖。如圖2 (a)所示，加熱器基板3呈一邊的長度為50mm的正方形，在中央形成有一邊 IOmm的正方形的加熱器面12。加熱器面12是模擬帶熱管冷卻器2的冷卻對象的IC晶片的部分，具有5面加熱器薄膜7。另外，如圖2(b)所示，在加熱器面12上，在配置在其中央的正方形的加熱器薄膜 7的周圍，配置有4面L字形的加熱器薄膜7。另外，在加熱器薄膜7的端部上各具有2個供電端子，供電端子8通過從加熱器基板3的上表面貫通至下表面的通孔13，而在加熱器基板3的下表面上突出(參照圖2(c))。另外，加熱器基板3的厚度為約Imm的程度。這樣，由於在5面加熱器薄膜7的各個上具有供電端子8，因此能夠對5面加熱器薄膜7分別獨立控制。也就是說，由於能夠對5面加熱器薄膜7的一部份通電、或增減特定的加熱器薄膜7的發熱量，因此，能夠模擬發熱部位偏置的IC晶片。另外，關於加熱器薄膜7的材料，可以從因通電而發熱、且電阻伴隨溫度變化而變化的物質中選擇適當的材料，在本實施方式中使用白金。[加熱器基板的下表面]圖3是表示加熱器基板3的下表面的俯視圖，(a)為整體圖，(b)為傳感器薄膜9 的放大圖。如圖3(a)所示，在加熱器基板3的下表面上，在橫方向及斜(對角線)方向上配列有9面傳感器薄膜9。如後述那樣，為了根據從9面傳感器薄膜9獲得的溫度數據推定傳感器基板3的下表面整體的溫度分布，而選擇這樣的配列。另外，傳感器薄膜9的配置選擇不與加熱器薄膜7的供電端子8幹涉(不重疊)的位置。另外，傳感器薄膜9呈一邊的長度約為2. 4mm的正方形，描繪如圖3 (b)所示那樣的圖形。另外，在傳感器薄膜9的圖形的兩端設有傳感器端子14，若計測傳感器端子14之間的電阻，則能夠獲知傳感器薄膜9的溫度。另外，關於傳感器薄膜9的材料，可以從電阻伴隨溫度變化而變化的物質中選擇適當的材料，在本實施方式中使用白金。[安裝基板]圖4是表示安裝基板4的上表面的俯視圖，(a)表示安裝基板4單體，(b)表示在安裝基板4上搭載有加熱器基板3的狀態。如圖4所示，安裝基板4是呈一邊的長度為150mm的正方形的石英基板，在上表面上形成有10根供電用配線薄膜10和18根傳感器用配線薄膜11。供電用配線薄膜10是將配置在安裝基板4的緣部上的電極極板15和配置在安裝基板4的中央部的連接極板16連結的導電體的薄膜。電極極板15是與未圖示的外部儀器電連接的連接部，連接極板16是與在加熱器基板3的下表面上突出的供電端子8接觸的連接部。也就是說，供電用配線薄膜10作為將所述外部儀器和加熱器薄膜7電連接的配線發揮作用。此外，10根供電用配線薄膜10的電極極板15與連接極板16的相對位置關係各不相同，不過，通過根據電極極板15與連接極板16的相對位置關係使路徑折曲，而使從電極極板15到連接極板16的路徑的長度，對於全部供電用配線薄膜10相等。這是為了消解起因於供電用配線薄膜10的配線電阻的不同的發熱量及計測誤差。傳感器用配線薄膜11是將配置在安裝基板4的緣部上的電極極板17和配置在安裝基板4的中央部的連接極板18連結的導電體的薄膜。電極極板17是與未圖示的外部儀器電連接的連接部，連接極板18是與配置在加熱器基板3的下表面上的傳感器薄膜9的傳感器端子14接觸的連接部。也就是說，傳感器用配線薄膜11作為將所述外部儀器和傳感器薄膜7電連接的配線發揮作用。此外，由於與供電用配線薄膜10相同的理由，傳感器用配線薄膜11也通過使路徑折曲，而使從電極極板17到連接極板18的路徑的長度對於全部傳感器用配線薄膜11相寸。[熱阻的測定方法]圖5是對使用加熱器裝置1來測定帶熱管冷卻器2的總熱阻&的原理進行說明的示意圖。在圖5中，Wp是單位時間內通過加熱器薄膜7產生的熱量，Wf是單位時間內帶熱管冷卻器2從加熱器薄膜7吸收並排出至外部環境的熱量，即帶熱管冷卻器2的單位時間的熱輸送量。另外，Wb是單位時間從加熱器薄膜7的背面通過加熱器基板3排出至外部環境的熱量。另外，T1是加熱器薄膜7的溫度，T2是外部環境的溫度，T3是加熱器基板3的下表面的溫度。帶熱管冷卻器2的總熱阻&通過下式給出。Rt = (T1-T2) /Wf (式 3)由於T1是加熱器薄膜7的溫度，因此能夠根據加熱器薄膜7的電阻的值算出。另外，由於T2是外部環境的溫度，因此能夠通過公知的各種溫度計測機構計測。因此，只要知道Wf，便能夠求出總熱阻&。在此，考慮T1的時間變化消失的狀態即穩定狀態的情況。在穩定狀態下，由於通過加熱器薄膜7產生的熱量完全排出至外部，因此由下式成立。Wp = WF+WB(式 4)Wf = Wp-Wb (式 5)由於Wp是單位時間內通過加熱器薄膜7產生的熱量，因此可以對加熱器薄膜7的消耗電力乘以熱電轉換效率來求出。另一方面，Wb通過以下步驟算出。設加熱器薄膜7的面積為A、加熱器基板3的板厚為t，則由於t比A小，因此可以認為，從加熱器薄膜7的背面流動至加熱器基板3的下表面的熱垂直於加熱器基板3地流動。因此，有下式成立。另外，k是加熱器基板3的熱傳導率。Wb = A · k · (T1-T2)/t (式 6)如前所述，T1可以根據加熱器薄膜7的電阻的值算出。但是，T3不能直接使用基於傳感器薄膜9的測定值。這是因為傳感器薄膜9不位於加熱器薄膜7的正下方(為避免加熱器薄膜7的供電端子8與傳感器薄膜9的幹涉而這樣配置)。因此，根據配置在加熱器基板3的下表面上的9面傳感器薄膜9的測定值，推定加熱器基板3的下表面的溫度分布，求出加熱器薄膜7的正下方的加熱器基板3的下表面的溫度，即T3。若與預想的溫度分布相對應地、適當地配置加熱器薄膜7，則可以認為，鄰接的傳感器薄膜9之間的點的溫度，相對於距一個傳感器薄膜9的距離線形變化。另外，本實施方式中，由於傳感器薄膜9不是相對於加熱器基板3均等分布的，因此，遠離傳感器薄膜9的部位的溫度的推定精度成為問題，但由於加熱器薄膜7配置在加熱器基板3的中央附近，因此可以認為，加熱器基板3的下表面的溫度相對於加熱器基板3的中心對稱分布。因此，如圖6所示，可以認為部位A D的溫度與基於配置在部位A' D'的傳感器薄膜9的測定值相等，並繪製等溫線圖。根據這樣得到的加熱器基板3的下表面的溫度分布，若令加熱器薄膜7正下方的加熱器基板3的下表面的溫度為T3，則根據式6能夠得出WB。[計測裝置]下面，對使用加熱器裝置1、自動計測帶熱管冷卻器2的總熱阻&或工件熱阻&的計測裝置21進行說明。圖7是表示計測裝置21的概念性結構的結構圖。如圖7所示，計測裝置21包括加熱器裝置1、控制裝置22、電力控制裝置23、傳感器控制裝置M及溫度傳感器25、26。控制裝置22是支配全部計測裝置21的計算機，電力控制裝置23及傳感器控制裝置M接受控制裝置22的指令而動作。電力控制裝置23是依照控制裝置22的指令將規定的電力供給至加熱器裝置1的加熱器薄膜7的裝置。傳感器控制裝置M是依照控制裝置22的指令，測定傳感器薄膜9的傳感器端子 14間的電阻並算出傳感器薄膜9的溫度的裝置。另外，傳感器控制裝置M依照控制裝置 22的指令，測定加熱器薄膜7的供電端子8間的電阻並算出加熱器薄膜7的溫度。溫度傳感器25是檢測外部環境(帶熱管冷卻器2放熱的空間)的溫度的傳感器。 另外，溫度傳感器26是檢測帶熱管冷卻器2的放熱部(散熱片6)的表面溫度的傳感器。[控制程序]在控制裝置22中安裝有控制程序，控制裝置22依照控制程序運轉電力控制裝置 23等，並進行自動計測。圖8是表示通過控制裝置22執行的控制程序的例子的流程圖。以下，對該控制程序追加圖中所附的步驟編號並進行說明。(步驟1)電力控制裝置23對加熱器薄膜7供給規定的電力並開始加熱。如前所述，例如，也可以對5面加熱器薄膜7的一部分供電，模擬發熱位置偏置的IC晶片。(步驟2)開始加熱後，傳感器控制裝置M測定加熱器薄膜7的供電端子8間的電阻並監視加熱器薄膜7的溫度T1的變化，等待直至變化消失(直至達到穩定狀態)。變化消失後進入步驟3。(步驟幻在傳感器控制裝置M中算出傳感器薄膜9的溫度，根據該結果推定加熱器基板3的下表面的溫度分布，求出加熱器薄膜7的正下方的加熱器基板3的下表面溫度T3。(步驟4)根據T1及T3求出單位時間內從加熱器基板3的下表面流出的熱量WB。(步驟5)電力控制裝置23根據供給至加熱器薄膜7的電力，求出單位時間內通過加熱器薄膜7產生的熱量WP。(步驟6)根據Wb及％，求出單位時間內帶熱管冷卻器2輸送(放熱)的熱量WF。(步驟7)根據溫度傳感器25檢測的外部環境的溫度T2及I\、WF，求出帶熱管冷卻器2的總熱阻&。此外，在步驟7中，若取代T2而使用溫度傳感器沈檢測的帶熱管冷卻器2的放熱部(散熱片6)的表面溫度T2'，則能夠算出帶熱管冷卻器2的工件熱阻 。[傳熱儀器單體的性能評價]以上，對使用具有加熱器裝置1的計測裝置21，對帶熱管冷卻器2的熱阻進行計測的步驟進行了說明。熱阻作為對將傳熱儀器安裝在特定的熱源上時的傳熱性能進行評價的指標是有效的。但是，根據發明人們所進行的實驗，使2X7mm尺寸的平面加熱器(熱源1)和帶熱管冷卻器2組合時的工件熱阻&為0. 35 (Κ/ff)，而使3 X 5mm尺寸的平面加熱器(熱源2) 和帶熱管冷卻器2組合時的工件熱阻&為0. 80 (Κ/ff)。這樣，由於熱阻因根據熱源的尺寸、 形狀而變化，因此存在難以作為對傳熱儀器單體的傳熱性能進行計測的指標進行使用的問題。因此，發明人們考慮，使用計測裝置21推定傳熱儀器的有效熱傳導率，並使用有效熱傳導率對傳熱儀器單體的傳熱性能進行評價。以下，對將傳熱儀器置於熱源之上並根據熱源的發熱量和基於傳熱儀器的傳熱量獲得平衡且熱源的溫度變得穩定時的熱源的溫度推定傳熱儀器的有效熱傳導率的方法、以及有效熱傳導率作為對帶熱管冷卻器2單體的傳熱性能進行評價的指標的優勢進行說明。[熱傳導方程式的邊界條件的決定]為了計算將熱傳導率已知的物體置於熱源之上、熱源的發熱量和基於傳熱儀器的傳熱量獲得平衡時的溫度(穩定溫度)，以如下的步驟決定熱傳導方程式的邊界條件。(1)將熱傳導率已知的放熱物體(例如銅板)置於熱源之上，對所述熱源的溫度變得穩定時的所述放熱物體的溫度分布(例如，使用紅外熱成象法)進行計測。(2)對所述放熱物體和所述熱源建立三維熱傳導方程式，並用有限體積法來解這一方程式。(3)比較(1)的計測值和( 的計測值，決定兩者一致的三維熱傳導方程式的邊界條件(所述放熱物體與所述熱源之間的熱油脂(thermo grease)的厚度、所述放熱物體的上表面的熱傳遞係數)。[熱傳導率和熱源的穩定溫度的關係式的決定]利用通過前述方法決定的邊界條件，並對所述放熱物體的熱傳導率進行各種各樣的變化，解所述三維熱傳導方程式，計算對應於所述放熱物體的熱傳導率的所述熱源的穩
定溫度。關於所述熱源1及所述熱源2，發明人們通過前述方法，決定熱傳導方程式的邊界條件，計算熱傳導率與穩定溫度的關係，繪製將所述放熱物體的熱傳導率取為橫軸、將所述
11熱源1及所述熱源2的穩定溫度取為縱軸的曲線圖，則能夠得到圖9所示的結果。在此，令所述熱源1或所述熱源2的穩定溫度為Y，令所述放熱物體的熱傳導率為 X，兩者的關係近似於下式。Y = Y0+P · exp (_X/Q)(式 7)若以熱傳導率X和穩定溫度Y的相關係數成為最大的方式選擇式7的常數，則得到以下結果。S卩，能夠得到以下的值關於所述熱源1，Y0 = 345. 8，P = 32. 51，Q = 580. 4(式 8)關於所述熱源2，Y0 = 347. 2，P = 26. 18，Q = 580. 6 (式 9)此外，圖9所示的曲線，是將式8或式9的值代入式7而得到的曲線。[傳熱儀器的有效熱傳導率的推定]根據式7能夠得到下式。X = Q · Ln {P/ (Y-Y0)}(式 10)將帶熱管冷卻器2置於所述熱源1及所述熱源2之上而求出所述熱源1及所述熱源2的穩定溫度時，能夠得到349. 4 (K)和350. 6 (K)。將這些值和式8及式9代入式10中， 求出帶熱管冷卻器2的有效熱傳導率X則得到以下結果。即，能夠得到以下的值關於所述熱源1，X = 1270(1.111-1.^1) (式 11)關於所述熱源2，X=ImCW-Iir1-Ir1) (式 12)這樣，無論是以所述熱源1還是以所述熱源2來計測帶熱管冷卻器2的有效熱傳導率，結果幾乎沒有差別。也就是說，能夠知道有效熱傳導率X是不受熱源的大小及尺寸的影響、帶熱管加熱器2所固有的傳熱性能的指標。因此，在加熱器裝置1上放置已知熱傳導率的放熱物體，對加熱器裝置1達到穩定溫度時的、所述放熱物體的溫度分布進行計測，便能夠決定加熱器裝置1的穩定溫度與載置在加熱器裝置1上的物體的熱傳導率的關係式。另外，關於加熱器裝置1，若能夠決定所述關係式，只需計測加熱器裝置1的穩定溫度，即可推定所述物體的有效熱傳導率。以上，對將本發明適用於帶熱管冷卻器的傳熱性能的測定的例子進行了說明，但本發明的適用範圍不限於此。本發明能夠廣泛適用於各種傳熱儀器的傳熱特性的測定。工業實用性本發明作為用於各種傳熱儀器的傳熱特性的測定的裝置及方法是有用的。
權利要求
1.一種加熱器裝置，具有基板，對形成在所述基板的上表面上的加熱器薄膜通電而發熱，其特徵在於，該加熱器裝置具有多個加熱器薄膜；對各個所述多個加熱器薄膜分別獨立供電的供電端子。
2.如權利要求1所述的加熱器裝置，其特徵在於， 將所述供電端子形成在所述基板的下表面上，並且，具有將所述供電端子和所述加熱器薄膜電連接的通孔。
3.如權利要求2所述的加熱器裝置，其特徵在於， 具有形成在所述基板的下表面上的多個傳感器薄膜。
4.如權利要求3所述的加熱器裝置，其特徵在於，具有安裝基板，該安裝基板載置保持所述基板，並且，在該安裝基板的上表面上形成配線圖形，該配線圖形將所述加熱器薄膜及所述傳感器薄膜與外部儀器電連接。
5.如權利要求4所述的加熱器裝置，其特徵在於，所述配線圖形針對每一個所述供電端子具有多個供電路，該供電路將與所述供電端子接觸的始端和位於所述安裝基板的緣部且與所述外部儀器連接的終端連結， 並且，所述多個供電路的長度全部相等。
6.一種測定裝置，其特徵在於，包括權利要求3所述的加熱器裝置；和控制裝置，並且，所述控制裝置具有電力控制機構，其對所述加熱器薄膜供給規定的電力； 傳感器控制機構，其計測所述傳感器薄膜和所述加熱器薄膜的溫度； 運算機構，其根據所述傳感器控制機構所計測的、所述傳感器薄膜和所述加熱器薄膜的溫度，算出從所述基板的下表面流出的流出熱量。
7.如權利要求6所述的測定裝置，其特徵在於，所述運算機構根據所述傳感器控制機構所計測的所述傳感器薄膜的溫度，算出所述基板的下表面的溫度分布。
8.如權利要求6所述的測定裝置，其特徵在於，所述運算機構根據所述電力控制機構供給至所述加熱器薄膜的電力，算出從所述加熱器薄膜產生的產生熱量。
9.如權利要求8所述的測定裝置，其特徵在於，所述運算機構在從所述加熱器薄膜產生的產生熱量中減去從所述基板的下表面流出的流出熱量，算出從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量。
10.如權利要求9所述的測定裝置，其特徵在於，具有環境溫度檢測機構，其測定所述測定裝置的周圍的環境的溫度， 並且，所述運算機構根據所述環境溫度檢測機構所檢測的溫度、所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度、以及從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量，算出載置在所述加熱器薄膜之上的供熱試驗體的熱阻。
11.如權利要求9所述的測定裝置，其特徵在於，具有放熱部檢測機構，其測定載置在所述加熱器薄膜之上的供熱試驗體的放熱部的表面溫度，並且，所述運算機構根據所述放熱部檢測機構所檢測的溫度、所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度、以及從所述加熱器薄膜的上表面放出的放出熱量，算出所述供熱試驗體的熱阻。
12.如權利要求10或11所述的測定裝置，其特徵在於，具有溫度監視機構，其監視所述傳感器控制機構所計測的所述加熱器薄膜的溫度的時間變化，並且，所述運算機構，當所述加熱器薄膜的溫度的時間變化消失時，算出所述供熱試驗體的熱阻。
13.一種熱傳導率推定方法，其特徵在於，具有預備計測階段，將已知熱傳導率的放熱物體載置在熱源之上，對所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述放熱物體的溫度分布進行計測；計算階段，解關於所述放熱物體和所述熱源的熱傳導方程式，計算所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述放熱物體的溫度分布；邊界條件決定階段，對通過所述預備計測階段得到的溫度分布和通過所述計算階段得到的溫度分布進行比較，決定兩者一致的所述熱傳導方程式的邊界條件；穩定溫度推定階段，改變所述放熱物體的熱傳導率來解利用了通過所述邊界條件決定階段決定的邊界條件的所述熱傳導方程式，推定所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定的穩定狀態下的、所述熱源的溫度；近似式決定階段，根據通過所述穩定溫度推定階段得到的所述放熱物體的熱傳導率與所述熱源的溫度的關係，決定表示兩者的關係的近似式；供熱試驗體計測階段，將供熱試驗體載置在所述熱源之上，計測所述熱源的發熱量和放熱量均衡且所述熱源的溫度成為恆定時的、所述熱源的溫度；熱傳導率推定階段，根據通過所述供熱試驗體計測階段得到的所述熱源的溫度和通過所述近似式決定階段得到的近似式，求出所述供熱試驗體的熱傳導率。
14.如權利要求13所述的熱傳導率推定方法，其特徵在於，所述熱源是權利要求1至權利要求5的任一項所記載的加熱器裝置。
全文摘要
本發明提供一種加熱器裝置(1)，具有加熱器基板(3)，對形成在加熱器基板(3)的上表面上的加熱器薄膜(7)通電而發熱，該加熱器裝置具有多個加熱器薄膜(7)；對多個加熱器薄膜(7)的各個獨立供電的供電端子(8)。另外，具有形成在加熱器薄膜(7)的下表面上的多個傳感器薄膜(9)。另外，具有安裝基板(4)，該安裝基板載置保持加熱器基板(3)，並且，在該安裝基板的上表面上形成有供電用配線薄膜(10)及傳感器用配線薄膜(11)，其將加熱器薄膜(7)及加熱器薄膜(7)與外部儀器電連接。
文檔編號H05B3/20GK102217414SQ20088012898
公開日2011年10月12日 申請日期2008年2月27日 優先權日2008年2月27日
發明者上田享, 大沢健治, 小谷俊明, 水田敬, 鶴田克也 申請人:莫列斯日本有限公司, 鹿兒島大學