CN110954806B - 一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于老化测试技术领域，公开了一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法，主路进气管路上设置有第一调压阀，第二气体输入管路上设置有气体电磁阀、单向阀，混合器设置有温度传感器，输出管路上设置有第二调压阀，输出管路连接至老化测试设备的隔热腔。本发明解决了现有技术中半导体芯片高温老化测试中自动测试设备在高温环境的隔热腔内无法快速散热的问题，能够准确控制隔热腔内的自动测试设备快速散热。

Description

一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法

技术领域

本发明涉及老化测试技术领域，尤其涉及一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法。

背景技术

半导体芯片老化测试的总体方案是给被测半导体芯片（DUT）供给电源信号和测试信号，在高低温或常温下让被测半导体芯片连续不间断地工作设定的时间，此过程称为老化（Burn-In），由此来加速半导体芯片器件的失效，筛选出良品。

在半导体芯片的TDBI（Test During burn-in老化测试）系统中，针对器件规格等级，分为不同的温度测试范围：商业级别器件温度范围是0~70°C，工业级器件温度范围是-40~+85°C，汽车工业级的器件工作高温会达到105~125°C，军工和航天级的器件高温达到150°C。

现有方案都是将自动测试设备（ATE）和被测试器件（DUT）分开，将DUT放在温箱中，支持宽范围的环境温度，而ATE放置在常温环境中，用主流的风扇散热。ATE和DUT通过PCB和连接器进行连接，如图1所示。但是现有方案无法解决某些特定场景的应用，例如针对高速总线的测试（ > 1Gbps+），要求测试设备和被测试单元不能太远，否则高频能量衰减过大。此外，针对超高温（>105°C）的半导体测试场景，我们需要寻找一种更可靠、成本更低的解决办法。同时，在半导体的研发过程中，实验室环境中也需要进行超高温的摸底测试，去评估当前制程、工艺的可靠性。

发明内容

本申请实施例通过提供一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法，解决了现有技术中半导体芯片高温老化测试中自动测试设备在高温环境的隔热腔内无法快速散热的问题。

本申请实施例提供一种支持高温老化测试的气路结构，包括：主路进气管路、第二气体输入管路、混合器、输出管路；

所述主路进气管路、所述第二气体输入管路分别与所述混合器的输入侧连通，所述输出管路与所述混合器的输出侧连通；

所述主路进气管路上设置有第一调压阀；所述第一调压阀用于调节主路的进气压力和流量；

所述第二气体输入管路上设置有气体电磁阀、单向阀；所述气体电磁阀用于控制第二气体流量，所述第二气体为低温气体；所述单向阀用于阻止气体倒灌；

所述混合器设置有温度传感器；所述温度传感器用于测试气体的温度；

所述输出管路上设置有第二调压阀；所述第二调压阀用于调节输出管路的气体压力和流量；

所述输出管路连接至老化测试设备的隔热腔。

优选的，所述主路进气管路上还设置有手动阀；所述手动阀用于手动控制主路进气的打开和关闭。

优选的，所述主路进气管路上还设置有第一电磁阀；所述第一电磁阀用于自动控制主路进气的打开和关闭。

优选的，所述主路进气管路为多路。

优选的，所述输出管路上还设置有第二电磁阀、流量计；所述第二电磁阀用于自动控制输出管路的打开和关闭；所述流量计用于实时显示管路的气体流量。

优选的，所述输出管路包括多条支路，每条支路上设置有流速控制阀；所述流速控制阀用于手动调节和设置气体流速和流量。

优选的，所述输出管路为多路，温箱内放置多组被测试单元，每个所述输出管路与一组所述被测试单元连通。

优选的，被测试单元在高温老化测试中均放置于温箱内，所述被测试单元中的自动测试设备位于隔热腔的内部；所述隔热腔上设置有进气管，所述输出管路与所述进气管连通。

另一方面，本申请实施例提供上述支持高温老化测试的气路结构的操作方法，包括以下步骤：

步骤1、将所述主路进气管路通气，将所述第二气体输入管路连通第二气体，所述第二气体为低温气体；

步骤2、调节所述第一调压阀的压力数值，并锁定所述第一调压阀；

步骤3、调节所述第二调压阀的压力数值，并锁定所述第二调压阀；

步骤4、设置所述气体电磁阀的开闭和时序，设置所述混合器内的输出气体温度，并通过所述温度传感器的反馈进行实时控制修正。

优选的，所述步骤1中，通过控制多个所述主路进气管路的打开和关闭，进行多个档位的流量调节。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，主路进气管路、第二气体输入管路分别与混合器的输入侧连通，输出管路与混合器的输出侧连通，输出管路连接至老化测试设备的隔热腔，通过主路进气管路上设置的第一调压阀调节主路的进气压力和流量，通过第二气体输入管路上设置的气体电磁阀控制低温气体的流量，通过第二气体输入管路上设置的单向阀阻止气体倒灌，通过混合器设置的温度传感器测试气体的温度，通过输出管路上设置的第二调压阀调节输出管路的气体压力和流量。即本发明提供的支持高温老化测试的气路结构通过准确控制气体的流量和温度，从而能够准确控制隔热腔内的自动测试设备快速散热，能够避免不必要的散热浪费，减少了对测试系统不必要的温度冲击，保证测试信号质量，提升测试信号完整性。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中自动测试设备ATE与被测试器件DUT的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种支持高温老化测试的气路结构的应用场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种支持高温老化测试的气路结构的气路控制原理图；

图4为本发明实施例提供的一种支持高温老化测试的气路结构中混合器与液氮输入管路的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的一种支持高温老化测试的气路结构中混合器的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供一种支持高温老化测试的气路结构，应用于如图2所示的场景中，相应的高温老化测试装置包括被测试单元，所述被测试单元在测试中放置在温箱内。具体应用中，所述温箱可设置为大于105°C。

所述被测试单元包括PCB板、自动测试设备ATE（记为ATE单板）、被测试器件（记为DUT）、隔热腔；所述DUT位于所述PCB板的顶面，所述ATE单板与所述PCB板的底面连接。具体的，所述DUT或者所述DUT的socket放置在所述PCB板的顶面，所述ATE单板通过连接器与所述PCB板的底面连接。所述隔热腔与所述PCB板的底面连接，所述ATE单板位于所述隔热腔的内部，通过所述隔热腔将所述ATE单板所在空间与所述DUT所在空间隔离。

本发明发现，如果仅通过进气口、出气口将隔热腔体内的热量导出，即仅简单的采用空气散热存在以下问题：

1. 常规的空气散热进气温度等于环境温度，即测试设备所处的室内环境温度，一般为20-25℃。

2. 常规的空气散热进气量为定值，隔热腔内的散热量会受限于该进气量：如进气为400NL/min，高温箱里长时间85℃情况下隔热腔内的散热量大于300W就会有过温风险；相反如果隔热腔内的散热量很小，又会造成进气量的浪费。

因此，本申请在所述隔热腔上设置有进气管（例如CDA进气管）、排气孔（例如CDA排气孔），所述隔热腔内设置有隔板，所述隔板用于将所述隔热腔划分为两个连通的空气腔。通过所述进气管和所述排气孔将所述隔热腔内的热量导出。其中，CDA表示压缩干燥空气（Compressed dry air）。

本发明提供的支持高温老化测试的气路结构的输出与高温老化测试装置的进气管连通。

本发明提供的一种支持高温老化测试的气路结构包括：主路进气管路、第二气体输入管路、混合器、输出管路；所述主路进气管路、所述第二气体输入管路分别与所述混合器的输入侧连通，所述输出管路与所述混合器的输出侧连通。

所述主路进气管路上设置有第一调压阀；所述第一调压阀用于调节主路的进气压力和流量；所述第二气体输入管路上设置有气体电磁阀、单向阀；所述气体电磁阀用于控制第二气体的流量，所述第二气体为低温气体；所述单向阀用于阻止气体倒灌；所述混合器设置有温度传感器；所述温度传感器用于测试气体的温度；所述输出管路上设置有第二调压阀；所述第二调压阀用于调节输出管路的气体压力和流量；所述输出管路连接至老化测试设备的隔热腔。

需要说明的是，本申请的低温气体是指温度低于0℃的气体，在一些实现方式中，低温气体可以是低温液化气体，如液氮、液氦、液态空气等。

下面以第二气体为液氮，气路为CDA气路为例，进行说明。

参照图3，本发明提供的支持高温老化测试的气路结构设置有至少一个主路CDA进气管路（以三个主路CDA进气管路为例）、一路液氮输入管路，至少一个主路CDA进气管路和一路液氮输入管路分别与混合器Mixer连通，所述混合器与至少一路CDA输出管路连通。所述CDA输出管路与高温老化测试装置的CDA进气管连通。

通过所述混合器汇集CDA进气并根据需求调节和控制CDA的温度，能够灵活配置多路CDA输出（例如8路输出），为温箱里隔热腔内的自动测试设备ATE快速散热。

每个所述主路CDA进气管路上分别设置有调压阀，所述调压阀用于调节稳定主路的进气压力和流量。优选的方案中，每个所述主路CDA进气管路上还设置有手动阀、电磁阀；所述手动阀用于手动控制该主路进气的打开和关闭；所述电磁阀用于自动控制该主路进气的打开和关闭，紧急情况下所述电磁阀可自动切断气源保证安全。

针对多路主路CDA进气管路，通过设置打开或关闭的电磁阀的数量，能够实现主路进气的流量档位调节。

具体的，以包括三路主路CDA进气管路为例，通过设置和控制三个主路CDA进气管路的电磁阀，可以实现三个档位的流量调节：当三个电磁阀控制打开时，为High高档位流量；当两个电磁阀控制打开而一个电磁阀控制关闭时，为Middle中档位流量；当一个电磁阀控制打开而两个电磁阀控制关闭时，为Low低档位流量。可以分别满足超高温、一般高温、低温测试情况下测试设备的散热需求。针对不同的温度老化测试需求准确控制CDA使用量，避免了浪费，从而降低了测试成本。即主路输入独立可控，流量和温度能够实现准确控制；高、中、低档位流量调节和CDA流量准确控制能够降低使用成本。

所述液氮输入管路上设置有液氮电磁阀、单向阀。通过所述液氮电磁阀的控制来准确提供液氮流量，所述单向阀用于阻止所述混合器中的压缩干燥空气（记为CDA）因为压力倒灌到液氮输入管路。

参照图4、图5，所述混合器接收三个主路CDA进气和液氮输入管路提供的液氮混合，所述混合器设置有温度传感器，配合所述液氮输入管路上设置的所述液氮电磁阀能够准确控制液氮的喷射量，能够按需求准确控制CDA的温度。

所述混合器能够扩展和灵活配置多路CDA输出。参照图3，每个所述CDA输出管路上分别设置有调压阀；所述调压阀用于调节和稳定该输出管路的CDA压力和流量，保证该管路的压力和流量不会受到其他输出管路的影响。优选的方案中，所述输出管路包括多条支路，每个所述CDA输出管路上还分别设置有流量计、电磁阀和各支路的流速控制阀。所述流量计用于实时显示该管路的CDA流量；所述电磁阀用于实现自动控制该管路的打开和关闭，当该输出管路对应的被测试单元处于不工作状态时，可以关闭对应的管路电磁阀，从而节省CDA，降低使用成本；各支路的流速控制阀用于按需求手动调节和设置CDA流速和流量，满足各支路的散热要求。

具体的，所述流速控制阀包括：第一流速控制阀、第二流速控制阀、第三流速控制阀。所述第一流速控制阀用于调节气体隔热层的CDA流速和流量；实际应用中，高温箱内的多组测试单元组与组之间通有CDA干空气（即气体隔热层），用于组与组之间的温度隔热，组与组之间温度独立不会相互影响。所述第二流速控制阀用于调节隔热腔中左腔室的CDA流速和流量。所述第三流速控制阀用于调节隔热腔中右腔室的CDA流速和流量。

所述温箱内支持多组测试，参照图3，根据测试组数，可以灵活配置多路CDA输出，每一路CDA输出管路能够保持压力和流量的稳定，保证了每一路输出管路对应的一组被测试单元的散热需求，保持散热所需的CDA流量稳定不变化；避免了输出管路的增加导致流量减少而影响测试设备的散热，也避免了输出管路的减少导致流量增大而对测试设备带来冲击，能够充分保证测试设备的安全性和高可靠性。

综上，本发明提供的一种支持半导体芯片高温老化测试的气路控制结构能够解决温箱内场景的应用，尤其针对高速总线的测试，能够保证测试设备在高温环境的隔热腔内能够快速散热，利用准确控制流量和温度的CDA对隔热腔内的测试设备快速散热，保证测试设备可靠性正常工作。此外，针对不同温度老化测试需求，能够灵活配置高、中、低档CDA流量，能够设置和控制CDA温度，能够灵活配置多路输出满足不同配置数量的测试设备的散热需求，保证测试设备的工作温度在可靠范围内。

另一方面，本发明还提供上述支持高温老化测试的气路结构的操作方法，主要包括以下步骤：

步骤1、将所述主路进气管路通气，将所述第二气体输入管路连通第二气体，所述第二气体为低温气体；

步骤2、调节所述第一调压阀的压力数值，并锁定所述第一调压阀；

步骤3、调节所述第二调压阀的压力数值，并锁定所述第二调压阀；

步骤4、设置所述气体电磁阀的开闭和时序，设置所述混合器内的输出气体温度，并通过所述温度传感器的反馈进行实时控制修正。

下面以第二气体为液氮，气路为CDA气路为例，进行说明。

本发明提供的一种支持高温老化测试的气路结构的操作方法，主要包括以下步骤：

步骤1、设备开机，将所述主路CDA进气管路通气，将所述液氮输入管路连通液氮。

步骤2、按照需求调节所述第一调压阀的压力数值，并锁定所述第一调压阀。对应的主路输入压力和流量确定。

步骤3、调节所述第二调压阀的压力数值，并锁定所述第二调压阀。对应的输出压力和流量确定。

步骤4、设置所述液氮电磁阀的开闭和时序，按照需求设置所述混合器内的输出CDA温度，并通过所述温度传感器的反馈进行实时控制修正，使输出温度稳定。

优选的方案中，设备开机或停机时，或初始调试和维护时，可以通过手动打开或关闭所述主路CDA进气管路的所述手动阀。紧急情况下，可以通过所述第一电磁阀实现及时关断或打开，自动切断所述主路CDA进气管路的输入。准确调节输出管路流量时，可以通过所述流量计实时显示检查。例如步骤3中可以通过所述流量计检查输出流量是否在规定要求范围以内。部分所述CDA输出管路处于不使用状态时，所述第二电磁阀可以关闭对应管路的输出，节约流量。

本发明实施例提供的一种支持高温老化测试的气路结构及其操作方法至少包括如下技术效果：

（1）本发明提供的支持高温老化测试的气路结构能够准确控制气体的流量和温度，对隔热腔内的自动测试设备快速散热，能够减少对测试系统不必要的温度冲击，保证测试信号质量，提升测试信号完整性。

（2）本发明提供的支持高温老化测试的气路结构通过手动阀可以手动控制主气路的打开和关闭，通过调压阀可以调节稳定主气路压力，通过输入端电磁阀的开关控制可以实现流量档位的智能调节，紧急情况下自动切断气源；通过混合器可以调节和控制气体的温度，并且能够扩展和灵活配置多路输出；通过输出端调压阀能够调节并稳定输出气路压力；通过流量计能够实时显示输出气路流量；通过输出端电磁阀可以控制每一路输出的打开和关闭。

（3）本发明提供的支持高温老化测试的气路结构中的混合器可以准确调节和控制气体的温度，能够灵活配置多路输出，输出的气路能够保证隔热腔内的被测试单元在温箱不同的设置温度下都能有效散热，搭配主路的电磁阀开闭设置能够智能调节气体的流量档位，满足温箱不同设置温度下的干空气的准确消耗，从而有效降低使用成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，包括：主路进气管路、第二气体输入管路、混合器、输出管路；所述主路进气管路、所述第二气体输入管路分别与所述混合器的输入侧连通，所述输出管路与所述混合器的输出侧连通；

所述主路进气管路上设置有第一调压阀；所述第一调压阀用于调节主路的进气压力和流量；

所述第二气体输入管路上设置有气体电磁阀、单向阀；所述气体电磁阀用于控制第二气体的流量，所述第二气体为低温气体；所述单向阀用于阻止气体倒灌；

所述混合器设置有温度传感器；所述温度传感器用于测试气体的温度；

所述输出管路上设置有第二调压阀；所述第二调压阀用于调节输出管路的气体压力和流量；

所述输出管路连接至老化测试设备的隔热腔。

2.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述主路进气管路上还设置有手动阀；所述手动阀用于手动控制主路进气的打开和关闭。

3.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述主路进气管路上还设置有第一电磁阀；所述第一电磁阀用于自动控制主路进气的打开和关闭。

4.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述主路进气管路为多路。

5.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述输出管路上还设置有第二电磁阀、流量计；所述第二电磁阀用于自动控制输出管路的打开和关闭；所述流量计用于实时显示管路的气体流量。

6.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述输出管路包括多条支路，每条支路上设置有流速控制阀；所述流速控制阀用于手动调节和设置气体流速和流量。

7.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，所述输出管路为多路，温箱内放置多组被测试单元，每个所述输出管路与一组所述被测试单元连通。

8.根据权利要求1所述的支持高温老化测试的气路结构，其特征在于，被测试单元在高温老化测试中均放置于温箱内，所述被测试单元中的自动测试设备位于隔热腔的内部；所述隔热腔上设置有进气管，所述输出管路与所述进气管连通。

9.一种如权利要求1-8中任一所述的支持高温老化测试的气路结构的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所述主路进气管路通气，将所述第二气体输入管路连通第二气体，所述第二气体为低温气体；

步骤2、调节所述第一调压阀的压力数值，并锁定所述第一调压阀；

步骤3、调节所述第二调压阀的压力数值，并锁定所述第二调压阀；

步骤4、设置所述气体电磁阀的开闭和时序，设置所述混合器内的输出气体温度，并通过所述温度传感器的反馈进行实时控制修正。

10.根据权利要求9所述的支持高温老化测试的气路结构的操作方法，其特征在于，所述步骤1中，通过控制多个所述主路进气管路的打开和关闭，进行多个档位的流量调节。

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