CN108168705A - 一种变温测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成式测试系统领域，公开了一种变温测试系统，包括第一壳体、设置于所述第一壳体内的背景组件、第二壳体以及设置于所述第二壳体内的测试组件，所述第一壳体的第一端与所述第二壳体的第一端气密连接，所述测试组件的测试面与所述背景组件的辐射发射面相对设置，所述第一壳体或所述第二壳体上设置有真空接口，所述背景组件用于向所述测试组件提供背景辐射。本发明实现了将背景组件以及测试组件的集成，从而可以达到更低的背景温度、工作温度以及真空度，从而保证了芯片测试的准确率以及系统的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于集成式测试系统领域，更具体地，涉及一种变温测试系统。
背景技术
红外探测器是红外应用系统中最为重要的光电转换前端产品，也是红外武器装备中的核心部件，它在国防军事领域的主要应用有夜视装备、周视搜索、热像观瞄、前视预警、武器导引、防空监视和红外识别等。红外制冷探测器的杜瓦封装提供成像光学系统、探测器、电子信号处理、制冷机机械安装连接基准，保护探测器和实现电气连接，维持制冷器低温工作所需要的真空绝热，保证探测器稳定工作在低温环境中。红外探测器的芯片是其核心部件，探测器芯片在封装成探测器组件前，国内外公司均会对探测器芯片进行初步封装测试筛选，以挑选出各项性能指标合格的芯片。
目前，红外探测器芯片测试系统主要由分立的两部分组成，一端是将芯片贴装在液氮制冷的大腔室真空杜瓦内，而背景辐射则由另外的黑体测试系统组成。此类测试系统存在以下一些问题：
1、测试系统的腔室很大且气密性较差，通过真空泵组抽真空后的真空度仅能达到10-2Pa，而无法达到超高真空度；
2、此类测试系统制冷采用液氮制冷方式，背景温度仅能达到零下190℃(即80K)左右，若要低于液氮的温度，此类设备本身很难达到；
3、该测试系统采用液氮制冷，由于采用较大腔室且真空保持时间不够长而会需要较多液氮维持低温，测试完成后液氮会挥发成氮气而消耗，从而产生较高的测试成本；
4、该系统体积大，不易操作，安装调试均不是很方便。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种变温测试系统，其目的在于将芯片测试组件以及背景组件集成到一个真空腔室内，由此解决目前测试系统的真空度范围及温度范围较小的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种变温测试系统，包括第一壳体、设置于所述第一壳体内的背景组件、第二壳体以及设置于所述第二壳体内的测试组件，所述第一壳体的第一端与所述第二壳体的第一端气密连接，所述测试组件的测试面与所述背景组件的辐射发射面相对设置，所述第一壳体或所述第二壳体上设置有真空接口，所述背景组件用于向所述测试组件提供背景辐射。
优选地，所述测试组件用于测试芯片的性能，且所述测试组件提供有适合芯片工作的低温环境，所述背景组件用于向所述芯片提供背景辐射，所述测试组件以及所述背景组件可以通过真空接口处于真空环境中，以防止外界干扰。
优选地，所述背景组件的辐射发射面为所述背景组件与所述第一壳体的第二端位于同一端的面，所述测试组件的测试面为所述测试组件与所述第二壳体的第二端位于同一端的面。
优选地，所述背景组件包括第一冷指气缸和黑体平面，所述第一冷指气缸为两端开口的筒状结构，所述黑体平面的第一表面覆盖所述第一冷指气缸的第一端，所述黑体平面的第二表面作为所述背景组件的辐射发射面，所述黑体平面用于提供均匀的背景辐射。
作为进一步优选地，所述黑体平面表面涂有均匀的黑色涂层，可以辐射均匀的背景信号。
作为进一步优选地，所述黑体平面的材料为金属材料。
优选地，所述测试组件包括第二冷指气缸以及与所述第二冷指气缸同轴设置的冷盘、装载机、去噪组件，所述第二冷指气缸为两端开口的筒状结构，所述冷盘的第一表面覆盖所述第二冷指气缸的第一端，所述冷盘的第二表面与所述装载机的第一表面相对，所述装载机的第二表面与所述去噪组件的第一表面相对，所述去噪组件的第二表面作为所述测试组件的测试面。
作为进一步优选地，所述冷盘用于提供低温环境，所述装载机用于装载测试芯片，所述去噪组件用于去除噪声辐射。
作为进一步优选地，所述去噪组件包括冷屏和滤光片，所述冷屏的第一端作为所述去噪组件的第一表面，所述冷屏的第二端连接所述滤光片的第一表面，所述滤光片的第二表面作为所述去噪组件的第二表面，所述滤光片用于过滤所述背景组件的噪声辐射，所述冷屏用于吸收包括所述测试组件的噪声辐射。
作为更进一步优选地，所述冷屏还用于吸收背景组件以及外界的噪声辐射。
作为更进一步优选地，所述冷屏的内外表面均涂有均匀的涂层以吸收噪声辐射。
作为进一步优选地，所述变温测试系统还包括输出端设置于所述第二壳体外侧的信号传输装置，所述信号传输装置的输入端与所述装载机的输出端电连接，所述信号传输装置的输出端作为所述变温测试系统的输出端，所述装载机用于获得测试的电信号，所述信号传输装置用于向外界传输电信号。
作为更进一步优选地，所述信号传输装置的材料为金丝、铝丝或铂铱丝。
优选地，所述变温测试系统还包括与所述第一壳体的第二端气密连接的第一制冷装置以及与所述第二壳体的第二端气密连接的第二制冷装置，所述第一制冷装置的出口端连接所述背景组件，所述第二制冷装置的出口端连接所述测试组件。
作为进一步优选地，所述第一制冷装置可向背景组件提供40K～380K的背景温度；所述第二制冷装置可向测试组件提供40K～150K的测试温度。
优选地，所述变温测试系统还包括与所述真空接口气密连接的真空维持设备。
作为进一步优选地，所述真空维持设备可使所述变温测试系统的真空度达到10- 2Pa～10-7Pa。
优选地，所述变温测试系统为一密闭空间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于本发明将背景组件与测试组件集成到一个真空腔室内，能够取得下列有益效果。
1、本发明通过第一壳体与第二壳体气密连接，且在第一壳体或第二壳体上设置有真空接口，以便向所述第一壳体与第二壳体组成的腔室内提供真空，以使所述测试组件和所述背景组件处于同一真空中，从而实现了将测试组件与背景组件的高度集成，使得变温测试系统体积小，且拆装方便，能手持，存储方便，价格便宜；
2、本发明的背景组件包括第一冷指气缸以及黑体平面，黑体平面可以提供均匀的背景辐射，从而使得背景组件可以提供稳定的背景信号；
3、本发明的测试组件包括第二冷指气缸、冷盘、装载机以及去噪组件，所述冷盘用于提供稳定的工作温度，所述装载机用于装载芯片，所述去噪组件用于去除噪声辐射，使得芯片安装简单可靠，可以随拆随用，且背景信号与工作温度提供方便，去噪组件的设置也使得本系统的抗干扰能力强，从而使得本系统的测试周期块；
4、本发明的去噪组件包括滤光片以及冷屏，所述滤光片用于过滤背景组件的噪声辐射，所述冷屏用于吸收包括测试组件的噪声辐射，故该系统噪声小，抗干扰能力强，可以较好地反应测试芯片的各项性能指标，从而可以准确地筛选出合格的芯片；
5、本发明还包括信号传输装置，可以与外部电路连通，从而显示测试芯片的性能；
6、本发明还包括第一制冷装置以及第二制冷装置，所述第一制冷装置可以给所述背景组件提供40K～380K温度范围内的任一温度作为背景温度，并且可以使得背景组件的温度持续保持稳定状态，所述第二制冷装置可以给测试组件提供40K～150K温度范围内的任一工作温度，也可以长时间保持稳定，从而可以满足不同芯片测试的需要；
7、本发明还包括真空维持设备，所述真空维持设备可以为本发明提供超高真空测试环境，真空度可达10-2Pa～10-7Pa，且真空度保持持久，可以满足3～30天的长时间测试。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是本发明的背景端的三维结构示意图；
图3是本发明的芯片测试端的三维结构示意图；
图4是本发明的剖面结构图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
11-背景承载主体；
111-第一壳体；
1121-第一冷指气缸；
1122-黑体平面；
12-第一制冷装置；
21-芯片承载主体；
211-第二壳体；
2121-第二冷指气缸；
2122-冷屏；
22-第二制冷装置；
31-真空接口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种变温测试系统，该系统包含三部分：(1)背景端，该部分为整个系统提供不同温度的背景辐射，使得背景温度可以稳定地维持在40K～380K区间内的任一温度上；(2)芯片测试端，该部分为整个系统的芯片安装及测试端口，测试芯片的各项性能指标，同时可以为芯片提供不同的工作温度，使得芯片的工作温度可以稳定地维持在40K～150K区间内的任一温度上；(3)真空维持端，该部分使得变温测试系统内部真空度可以稳定地维持在10-2Pa～10-7Pa范围内，为系统稳定测试工作提供良好的高真空环境。所述背景端与所述芯片测试端气密连接，所述真空维持端与所述背景端或所述芯片测试端气密连接，所述背景端、芯片测试端以及真空维持端形成一个密闭空间，该系统实现过程简单，体积小，可随拆随用，测试过程方便可靠，能较好地实现低温环境下芯片各项功能指标的测试。
如图2所示，所述背景端包括背景承载主体11和第一制冷装置12，所述背景承载主体11与所述第一制冷装置12气密连接，所述背景承载主体11与所述芯片测试端气密连接，所述第一制冷装置12用于向所述背景承载主体11提供低温的背景温度，且所述背景承载主体11可使得所述背景温度长时间稳定地维持在一个温度上，所述背景承载主体11用于向所述芯片测试端提供背景辐射；所述背景承载主体11包括第一壳体111以及设置于所述第一壳体111内的背景组件，所述第一制冷装置12与所述第一壳体111气密连接，所述第一制冷装置12的出口端连接所述背景组件，所述背景组件用于提供背景辐射；所述背景组件包括第一冷指气缸1121和黑体平面1122，所述第一冷指气缸1121为两端开口的筒状结构，所述黑体平面1122的第一表面覆盖所述第一冷指气缸1121的第一端，所述黑体平面1122的第二表面作为所述背景组件的辐射发射面，所述黑体平面1122用于提供均匀的背景辐射，所述第一制冷装置12的出口端连接所述第一冷指气缸1121的第二端，所述第一制冷装置12用于向所述第一冷指气缸1121提供背景温度，所述背景温度通过所述黑体平面1122发射出均匀的背景辐射，所述黑体平面1122表面涂有均匀的黑色涂层，所述黑体平面1122的材料优选为金属材料。
如图3所示，所述芯片测试端包括芯片承载主体21和第二制冷装置22，所述芯片承载主体21与所述第二制冷装置22气密连接，所述芯片承载主体21与背景端气密连接，所述第二制冷装置22用于向所述芯片承载主体21提供低温的工作温度；所述芯片承载主体21包括第二壳体211以及设置于所述第二壳体211内的测试组件，所述第二制冷装置22与所述第二壳体211气密连接，所述第二制冷装置22的出口端连接所述测试组件，所述第一壳体111与所述第二壳体211气密连接，且所述测试组件的测试面与所述背景组件的辐射发射面相对设置；所述测试组件包括第二冷指气缸2121以及与所述第二冷指气缸2121同轴设置的冷盘、装载机、去噪组件，所述第二冷指气缸2121为两端开口的筒状结构，所述冷盘的第一表面覆盖所述第二冷指气缸2121的第一端，所述冷盘用于提供低温的工作温度，所述冷盘的第二表面与所述装载机的第一表面相对，所述装载机用于装载测试芯片，所述装载机的第二表面与所述去噪组件的第一表面相对，所述去噪组件用于去除噪声辐射，所述去噪组件的第二表面作为所述测试组件的测试端，所述第二制冷装置22的出口端连接所述第二冷指气缸2121的第二端；所述去噪组件包括滤光片和冷屏2122，所述冷屏2122的第一端作为所述去噪组件的第一表面，所述冷屏2122的第二端连接所述滤光片的第一表面，所述冷屏2122为中空结构，所述冷屏2122的内外表面均涂有均匀的涂层，用于吸收噪声辐射，所述滤光片的第二表面作为所述去噪组件的第二表面，所述滤光片用于过滤所述背景组件的噪声辐射，所述冷屏2122用于吸收包括所述测试组件的噪声辐射，所述冷屏2122还用于吸收背景组件以及外界的噪声辐射。
所述真空维持端包括真空接口31以及与所述真空接口31气密连接的真空维持设备，所述真空接口31设置于所述第一壳体111或所述第二壳体211上，所述真空维持设备用于向所述背景组件以及测试组件提供真空环境，使得背景组件以及测试组件维持在高度真空环境下，从而保证芯片测试的准确率，使得本系统抗干扰能力强。
所述芯片测试端还包括输出端设置于所述第二壳体211外侧的信号传输装置，所述信号传输装置的输入端与所述装载机的输出端电连接，所述信号传输装置的输出端作为所述变温测试系统的输出端，所述装载机用于获得测试的电信号，所述信号传输装置用于向外界传输电信号，以显示测试芯片的性能；所述信号传输装置的材料为金丝、铝丝或铂铱丝，可以保证电信号传输的稳定性及准确度。
所述第一制冷装置12以及第二制冷装置22可以选用不同型号的制冷机，以向背景组件提供不同的背景温度和向测试组件提供不同的工作温度，通过选择具有足够制冷量的制冷机，通过调节制冷机的控温程序就可以根据不同芯片提供不同的背景温度和不同的工作温度，背景温度可为40K～380K范围内的任一温度，工作温度可以为40K～150K范围内的任一温度，使得本系统拆装方便，且测试范围广。
所述测试组件可以为测试芯片提供安装固定、连接外接电路以及提供稳定的工作温度的作用；所述背景组件可以通过选择不同的第一制冷装置12为所述测试组件提供不同温度的背景辐射；所述背景组件以及测试组件可以通过第一壳体111或第二壳体211上的真空接口31以及与真空接口31气密连接的真空维持设备处于真空环境下，以提高芯片测试的准确率及本系统的抗干扰能力，所述真空维持设备可以采用机械泵和分子泵组合，从而可以获得10-2Pa以下的真空度，所述真空维持设备还可以采用机械泵、分子泵以及离子泵的组合，再通过对本系统的高温烘烤，可以使得本系统达到10-7Pa的真空度。
本发明所述的第一壳体111以及第二壳体211均通过激光封接方式制备，从而使得本发明可以具有牢固可靠的真空环境，本发明的信号传输装置通过金丝、铝丝或铂铱丝键合工艺制备，使得测试芯片可以与外部电路连通，保证测试芯片稳定工作，本发明所述的第一壳体111与第二壳体211通过机械耦合方式气密连接，真空维持设备与真空接口31通过机械耦合方式气密连接，保证了测试芯片可以工作在超高真空环境下。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种变温测试系统，其特征在于，包括第一壳体(111)、设置于所述第一壳体(111)内的背景组件、第二壳体(211)以及设置于所述第二壳体(211)内的测试组件，所述第一壳体(111)的第一端与所述第二壳体(211)的第一端气密连接，所述测试组件的测试面与所述背景组件的辐射发射面相对设置，所述第一壳体(111)或所述第二壳体(211)上设置有真空接口(31)，所述背景组件用于向所述测试组件提供背景辐射。
2.如权利要求1所述的变温测试系统，其特征在于，所述背景组件包括第一冷指气缸(1121)和黑体平面(1122)，所述第一冷指气缸(1121)为两端开口的筒状结构，所述黑体平面(1122)的第一表面覆盖所述第一冷指气缸(1121)的第一端，所述黑体平面(1122)的第二表面作为所述背景组件的辐射发射面，所述黑体平面(1122)用于提供均匀的背景辐射。
3.如权利要求1所述的变温测试系统，其特征在于，所述测试组件包括第二冷指气缸(2121)以及与所述第二冷指气缸(2121)同轴设置的冷盘、装载机、去噪组件，所述第二冷指气缸(2121)为两端开口的筒状结构，所述冷盘的第一表面覆盖所述第二冷指气缸(2121)的第一端，所述冷盘的第二表面与所述装载机的第一表面相对，所述装载机的第二表面与所述去噪组件的第一表面相对，所述去噪组件的第二表面作为所述测试组件的测试面。
4.如权利要求3所述的变温测试系统，其特征在于，所述去噪组件包括冷屏(2122)和滤光片，所述冷屏(2122)的第一端作为所述去噪组件的第一表面，所述冷屏(2122)的第二端连接所述滤光片的第一表面，所述滤光片的第二表面作为所述去噪组件的第二表面，所述滤光片用于过滤所述背景组件的噪声辐射，所述冷屏(2122)用于吸收包括所述测试组件的噪声辐射。
5.如权利要求3所述的变温测试系统，其特征在于，还包括输出端设置于所述第二壳体(211)外侧的信号传输装置，所述信号传输装置的输入端与所述装载机的输出端电连接，所述信号传输装置的输出端作为所述变温测试系统的输出端，所述装载机用于获得测试的电信号，所述信号传输装置用于向外界传输电信号。
6.如权利要求5所述的变温测试系统，其特征在于，所述信号传输装置的材料为金丝、铝丝或铂铱丝。
7.如权利要求1所述的变温测试系统，其特征在于，还包括与所述第一壳体(111)的第二端气密连接的第一制冷装置(12)以及与所述第二壳体(211)的第二端气密连接的第二制冷装置(22)，所述第一制冷装置(12)的出口端连接所述背景组件，所述第二制冷装置(22)的出口端连接所述测试组件。
8.如权利要求1所述的变温测试系统，其特征在于，还包括与所述真空接口(31)气密连接的真空维持设备。
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