CN111289877B - 一种老化测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种老化测试设备，属于半导体芯片老化测试领域，其包括由系统组件、过渡组件和组件对应连接而成的老化测试单元，可实现半导体芯片的老化测试，通过在隔热腔中对应设置的进气管，以及对应进气管设置的喷气口、进气孔和出气孔，可有效实现压缩冷空气对核心测试板的精准降温以及热量的高效导出。本发明中的老化测试设备，其结构简单，操作便捷，能在保证高频能量损失较小的同时，有效实现半导体芯片在高低温环境下的老化测试，确保核心测试板始终处于稳定的温度环境中，大幅提升隔热腔中热量的导出效率，保证测试板工作的稳定性，延长老化板、核心测试板的使用寿命，降低半导体芯片的测试成本和应用成本。

Description

一种老化测试设备

技术领域

本发明属于半导体芯片老化测试领域，具体涉及一种老化测试设备。

背景技术

随着通信技术的不断发展，半导体芯片的相关技术研究越来越成熟，也越来越广泛地应用到了众多领域之中。在半导体芯片的研究过程中，半导体芯片的老化测试是一个十分重要且关键的过程，关系着半导体芯片的使用寿命和使用稳定性。

在半导体芯片的老化测试过程中，待测半导体芯片（Device Under Test，简称“DUT”）往往需要放置在温度可调的空间内，利用DUT在高低温或者常温下连续不间断地工作设定的时间，从而完成DUT的老化测试。

在传统的半导体芯片老化测试设备中，往往设置有三个温度区域，分别用于放置自动测试设备（Automatic Test Equipment，简称“ATE”）、过渡板和DUT测试板。其中，ATE往往放置在常温环境中，DUT测试板放置在可进行高低温环境调节的箱体中，两者之间通过过渡板来进行电源信号和测试信号的传递，如本申请人的在先专利CN109119127 A中所示。

但是，在进行某些特定场景下的测试时，例如针对高速总线的测试（> 1Gbps+）时，往往需要ATE与DUT不能间隔太远，否则高频能量的损失便会衰减过大。这就导致ATE必须与DUT设置在同一个测试区段中。针对该需求，本申请人在在先专利文献CN 109283449 A中提供了一种支持半导体器件高温老化测试的装置，其中通过在装配DUT（实际情况是DUT装设在设置于PCB板上的多个FPGA板上）的PCB板下方设置隔绝的空腔，利用隔热材料将ATE隔绝设置在上述空腔中，使得PCB板与ATE通过连接器对应连接，且ATE可处在温度相对较低的空腔中。通过上述设置，虽然一定程度上满足了特定场景下的测试需求，但是上述装置也存在一定的缺陷，主要体现在两个方面：1、虽然上述装置中对应隔热腔室设置有进气口、出气口，但是上述散热组件的散热效果较差，很难实际满足隔热腔室的散热需求，使得ATE可能处于温度较高或较低的环境中，极易导致ATE的损坏；2、由于PCB板的尺寸大而厚度小，其刚度较差，在搬运及FPGA板装配过程中，极易严重变形，且FPGA板因重力作用会导致连接器连接松动，使得ATE与DUT之间的信号传输出现异常，影响测试结果的准确性和可靠性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种老化测试设备，可有效提升隔热腔中热量的导出效率，保证核心测试板始终处于稳定的温度环境中，提升老化测试的稳定性和可靠性，延长老化测试组件的使用寿命，降低半导体芯片的老化测试成本。

为实现上述目的，本发明提供一种老化测试设备，包括并排设置的机箱和老化箱，所述机箱与所述老化箱之间以隔热层隔开；

所述机箱中设置有系统板，用于发送电源信号和测试信号，以及接收测试数据；

所述老化箱中设置有测试板，用于进行芯片的老化测试；

所述隔热层中设置有转接部，所述转接部的两端分别连接所述系统板和所述测试板，用于传递相应的电源信号、测试信号和测试数据；且

对应所述测试板在所述老化箱中设置有由隔热材料制成的底座，所述底座的顶面上开设有至少一个隔热腔；所述测试板设置在所述底座的顶部，并将各所述隔热腔的开口封闭；所述隔热腔中设置有进气管，所述进气管正对所述测试板的管壁上开设有至少一个喷气口，用于向所述测试板喷射冷却气体；相应地，所述底座上开设有连通所述进气管的进气孔，用于将冷却气体通入所述进气管中；且所述底座上开设有至少一个连通所述隔热腔的出气孔，用于所述隔热腔中热气的导出。

作为本发明的进一步改进，所述喷气口的内径自所述进气孔起沿气体流动方向依次增大。

作为本发明的进一步改进，所述测试板包括老化板和核心测试板；

所述核心测试板连接在所述老化板正对所述隔热腔的一侧板面上，且所述老化板上连接设置的核心测试板为一个或者多个；

所述进气管从所有的所述核心测试板下方经过，且所述进气管正对各所述核心测试板的管壁上分别开设有至少一个所述喷气口。

作为本发明的进一步改进，所述核心测试板的底部连接设置有散热器，并在所述散热器与所述核心测试板之间设置有导热垫，所述导热垫以其端面抵紧所述核心测试板。

作为本发明的进一步改进，所述散热器上设置有导热垫压力控制机构，用于调节所述导热垫抵紧所述核心测试板的压力。

作为本发明的进一步改进，所述导热垫压力控制机构包括多组螺钉、弹簧；

所述螺钉依次穿过所述弹簧、所述散热器，并以端部连接在所述核心测试板上，通过松紧所述螺钉，调节所述弹簧的压缩量，可对应控制所述导热垫与所述核心测试板之间的压力。

作为本发明的进一步改进，所述底座顶部设置的所述隔热腔为相互独立开设的多个。

作为本发明的进一步改进，所述进气孔和所述出气孔分别开设在所述底座的侧壁面上，且所述进气孔的两侧分别开设有至少一个出气孔。

作为本发明的进一步改进，依次连接的所述系统板、所述转接部和所述测试板构成一个老化测试单元；且所述老化测试设备中设置有多个老化测试单元。

作为本发明的进一步改进，各所述老化测试单元中测试板所处的测试环境相互独立、部分连通或者全部连通。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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，具有以下有益效果：

（1）本发明的老化测试设备，其通过设置由系统板、转接部和测试板对应连接而成的老化测试单元，有效实现了半导体芯片的老化测试，且通过在隔热腔中对应设置进气管，并在进气管上对应核心测试板开设喷气口，以及在底座侧壁面上开设进气孔和出气孔，实现了压缩冷空气对核心测试板的精准降温以及热量的高效导出，确保了核心测试板始终处于稳定的测试环境中，保证了核心测试板工作的稳定性和可靠性，延长了老化测试组件的使用寿命；

（2）本发明的老化测试设备，其通过对应核心测试板设置散热器，并对应散热器设置有导热垫和导热垫压力控制机构，使得导热垫在一定压力范围内始终紧贴核心测试板的端面，有效实现了核心测试板工作过程中产生热量和老化板传递热量的快速导出，提升了隔热腔中热量导出的效率，确保了核心测试板与散热器匹配的可靠性，进一步提升了热量导出的效率；

（3）本发明的老化测试设备，其通过在底座顶部设置多个相互独立的隔热腔，使得需要进行散热的隔热腔体积变小，继而通过在各隔热腔中分别设置由散热器、进气管等器件组成的散热组件，可快速实现隔热腔中热量的导出，进一步提升了隔热腔中热量的散热效率，保证了老化板各部位老化测试工作的可靠性；

（4）本发明的老化测试设备，其通过在设备中设置多个老化测试单元，利用各老化测试单元中测试板所处测试环境的相互独立设置、部分连通设置或者全部连通设置，可有效实现对应老化测试环境下半导体芯片的批量测试，或者同时实现不同老化测试环境下半导体芯片的独立测试，从而有效提升了老化测试设备功能的多样性，扩大了老化测试设备的适用范围，降低了半导体芯片老化测试过程中的设备成本；

（5）本发明中的老化测试设备，其结构简单，操作便捷，能在保证高频能量损失较小的同时，有效实现半导体芯片在高低温环境下的老化测试，确保核心测试板始终处于稳定的温度环境中，大幅提升隔热腔中热量的导出效率，保证了测试板工作的稳定性，延长老化板、核心测试板的使用寿命，降低半导体芯片的测试成本，推动半导体芯片的应用，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中高低温老化测试单元的结构示意图；

图2是本发明实施例中高低温老化测试单元的横断面示意图；

图3是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的立体结构示意图；

图4是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的结构爆炸示意图；

图5是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的平面结构示意图；

图6是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的A-A向断面示意图；

图7是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的B-B向断面示意图；

图8是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的进气端面示意图；

图9是本发明实施例的老化组件中隔热腔内气体流动示意图；

图10是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的核心测试板结构示意图；

图11是本发明实施例的高低温老化测试单元中老化组件的散热器结构示意图；

图12是本发明实施例的高低温老化测试设备的断面结构示意图；

图13是本发明实施例的高低温老化测试设备的核心部件立体结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.老化板，101.芯片插槽，102.加强框架；2.核心测试板，3.隔热腔，301.底座，302.支撑柱，303.进气管，304.喷气口，305.进气孔，306.出气孔，307.导热垫，308.弹簧，309.散热器；4.隔热材料层，5.连接器，6.转接部，7.背板，8.系统板。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

本发明优选实施例中的老化测试设备如图12、13中所示，其包括在竖向上间隔布置的至少一个如图1、2中所示的高低温老化测试单元，例如在优选实施例中，高低温老化测试单元的设置数量为在竖向依次间隔设置的八个。

具体而言，高低温老化测试单元优选由系统组件、过渡组件和老化组件组成，为了上述三种组件的放置，优选实施例中的老化测试设备包括机箱和老化箱，机箱和老化箱之间通过隔热层隔开。其中，系统组件设置在机箱中，过渡组件设置在隔热层中，老化组件设置在老化箱中。同时，机箱、隔热层和老化箱内分设为三个温度区，即用于放置系统组件的第一温度区和用于放置老化组件的第二温度区，以及用于放置过渡组件的过渡区。其中，第一温度区优选为常温区，其温度控制范围为20~25℃；第二温度区为高低温区，其温度控制范围为-40~+150℃；过渡区中设置有隔热层，用于第一、第二温度区的隔热。

进一步地，第一温度区内对应设置有依次连接系统板8和背板7，用于向老化组件提供电源信号和测试信号；过渡区中设置有转接部6，其一端与背板7连接，另一端与老化组件中的老化板1连接，用于传递电源信号和测试信号。

进一步地，第二温度区内设置有老化组件，用于进行特定条件下待测半导体芯片（即“DUT”）的高低温老化测试。具体而言，优选实施例中的老化组件如图3~11中所示，其包括由上至下依次设置的老化板1和核心测试板2，老化板1与核心测试板2以连接器5对应连接，且老化板1与核心测试板2之间设置有隔热材料层4，用于老化板1与核心测试板2工作环境的隔离。

优选实施例中的老化板1为PCB板，其顶面上间隔设置有多个用于安装DUT的芯片插槽101（即“SOCKET”），老化板1在工作时暴露在高低温环境下，而核心测试板2设置在隔热腔3中，用以将核心测试板2与高低温环境相隔离。具体而言，优选实施例中的隔热腔3通过在由隔热材料所形成的底座301顶面开槽后得到，即底座301的顶部形成有顶部开口的半封闭腔室结构。继而老化板1设置在底座301的顶部，并以其底部的隔热材料层4将隔热腔3的顶部开口封闭，将核心测试板2封装在隔热腔3中。在优选实施例中，底座301的材料选用环氧树脂，隔热材料层4的材料选用泡沫硅胶隔热材料。

为强化老化板1的在底座301顶部的安装，对应其设置有加强框架102，以实现PCB板的稳定安装。同时，芯片插槽101和核心测试板2分设于老化板1的上下两侧，测试时的DUT与芯片插槽101内部的触点接触，并由以连接器连接在老化板1底部的核心测试板2完成DUT的老化测试。

进一步地，为确保核心测试板2工作环境的温度保持稳定，在核心测试板2的底部设置有散热器309，如图10、11中所示，通过增加散热面积的方式从核心测试板2中源源不断的导出热量。进一步地，在散热器309正对核心测试板2底面的一侧设置有导热垫307，导热垫307的两侧端面分别抵紧核心测试板2的端面和散热器309的端面，以避免导热垫307的上下表面之间存在间隙而导致的热阻较大，从而提升导热垫307的导热效果。但是，若核心测试板2与散热器309之间的压力过大，便会存在损坏芯片的风险。所以，在优选实施例中，散热器309与核心测试板2之间通过螺钉连接，螺钉的伸入散热器309与核心测试板2之间的一端设置有凸台，通过上述凸台来控制散热器309与核心测试板2之间的间距；同时，在螺钉背离核心测试板2的一端外周上设置有弹簧308，如图10中所示，弹簧308的两端分别抵接散热器309的板体和螺钉的螺帽，通过控制弹簧308的压缩量，可以准确控制导热垫307对核心测试板2的压力大小。

在核心测试板2工作时，会因为其板上设置的芯片工作而发热，再加上老化板1的传热，极易在隔热腔3中集聚大量的热量，影响老化测试单元的系统性能和使用寿命。鉴于此，优选实施例中对应隔热腔3设置有散热组件，其包括伸入隔热腔3内并固定设置在隔热腔3底部的进气管303，进气管303的顶部沿轴向间隔开设有多个喷气口304，用于进气管303中的压缩气体向上喷出，如图6、9中所示。进一步地，在底座301的侧壁面上对应进气管303设置有进气孔305，用于向进气管303中输气，同时，在进气孔305两侧的侧壁上分别设置有至少一个出气孔306，用于隔热腔3中热气的排出，实现隔热腔3中集聚热量的导出。显然，进气管303可以为平直管，也可以为曲折管。

进一步地，喷气口304对应其顶部的散热器309开设，并使得每一个散热器309的下方至少对应开设有一个喷气口304，使得进气管303中的冷气可以喷向每一个散热器309。同时，考虑到进气管303中气体压力的损失，确保各核心测试板2的散热稳定、均匀，优选实施例中喷气口304的内径从进气孔305一侧沿轴向依次增大，具体的孔径尺寸可以通过模拟计算确定。

此外，由于老化板1通常为尺寸大、厚度小的PCB板，极易在搬运、核心测试板插拔、DUT插拔等过程中发生变形，影响各器件之间的接触可靠性，因而在老化板1的外周设置有加强框架102，以其使得老化板1成为受力同一的整体，有效提升老化板1的刚度。同时，优选实施例中对应核心测试板2的安装在隔热腔3的顶部设置有安装凸台，使得核心测试板2的外缘可以搭放在凸台上，确保核心测试板2与老化板1的连接可靠性，同时，为了避免DUT安装过程中老化板1和核心测试板2的变形，在隔热腔3中沿竖向间隔设置有多个支撑柱302，用于支撑核心测试板2的底部，防止核心测试板2与老化板1的脱离。在优选实施例中，每一个核心测试板2底部设置的支撑柱302为间隔设置的多个，例如优选实施例中呈四方形分布的四个，支撑柱303的底部可对应支撑在隔热腔3的底部。

在实际设置时，为提升老化组件的测试效率，通常在底座301上间隔开设有多个相互独立的隔热腔3，对应每一个隔热腔3分别设置有老化板1、核心测试板2、隔热材料层4等器件，并配套设置有支撑柱302、进气管303、进气孔305、出气孔306、散热器309等部件。

利用本发明优选实施例中的高低温老化测试单元进行测试时，首先将DUT装设在老化板1顶部的芯片插槽101中，并将老化组件移入老化测试设备的第二温度区中并封闭。之后，利用转接部6将老化板1与第一温度区中的背板7、系统板8依次连通。进而由系统板8发送电源信号和测试信号到老化板1，由核心测试板2开始对DUT进行老化测试。同时，底座301外部的压缩干空气经由进气孔305进入进气管303中，并由进气管303上的喷气口304喷向对应的核心测试板2或者对应的散热器309，导出热量，再由出气孔306将升温后的气体排出，确保测试过程中核心测试板2所处的温度环境始终处于正常状况，保证测试的稳定性和可靠性，延长核心测试板的使用寿命。

当老化测试设备中的高低温老化测试单元设置为多个时，多个老化测试单元中老化测试组件所处的测试环境之间可以相互独立设置，也可以部分连通，也可以全部连通，用于满足不同测试需求下的老化测试。当测试环境相互独立设置时，可根据各老化测试组件各自的需求设置相应的测试环境，从而同时、独立地完成不同测试需求下的DUT老化测试；当测试环境部分连通或者全部连通时，可进行同一测试环境下大批量DUT的老化测试，提高芯片老化测试的效率。

本发明中的老化测试设备，其结构简单，操作便捷，能在保证高频能量损失较小的同时，有效实现半导体芯片在高低温环境下的老化测试，确保核心测试板始终处于稳定的温度环境中，大幅提升隔热腔中热量的导出效率，且能有效提升老化板与核心测试板之间的连接稳定性和可靠性，延长老化板、核心测试板的使用寿命，降低半导体芯片的测试成本，推动半导体芯片的应用，具有较好的应用前景和推广价值。

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)

1.一种老化测试设备，其特征在于，包括并排设置的机箱和老化箱，所述机箱与所述老化箱之间以隔热层隔开；

所述机箱中设置有系统板，用于发送电源信号和测试信号，以及接收测试数据；

所述老化箱中设置有测试板，用于进行芯片的老化测试；

所述隔热层中设置有转接部，所述转接部的两端分别连接所述系统板和所述测试板，用于传递相应的电源信号、测试信号和测试数据；且

对应所述测试板在所述老化箱中设置有由隔热材料制成的底座，所述底座的顶面上开设有至少一个隔热腔，且各所述隔热腔彼此相互独立；所述测试板设置在所述底座的顶部，并将各所述隔热腔的开口封闭；所述隔热腔中设置有进气管，所述进气管正对所述测试板的管壁上沿轴向间隔开设有多个喷气口，用于向所述测试板喷射冷却气体，且所述喷气口的内径自进气孔起沿气体流动方向依次增大；

相应地，所述底座上开设有连通所述进气管的进气孔，用于将冷却气体通入所述进气管中；同时，在所述进气孔两侧的侧壁上分别设置有至少一个连通所述隔热腔的出气孔，使得隔热腔中的热气从进气孔的同侧导出。

2.根据权利要求1所述的老化测试设备，其中，所述测试板包括老化板和核心测试板；

所述核心测试板连接在所述老化板正对所述隔热腔的一侧板面上，且所述老化板上连接设置的核心测试板为一个或者多个；

所述进气管从所有的所述核心测试板下方经过，且所述进气管正对各所述核心测试板的管壁上分别开设有至少一个所述喷气口。

3.根据权利要求2所述的老化测试设备，其中，所述核心测试板的底部连接设置有散热器，并在所述散热器与所述核心测试板之间设置有导热垫，所述导热垫以其端面抵紧所述核心测试板。

4.根据权利要求3所述的老化测试设备，其中，所述散热器上设置有导热垫压力控制机构，用于调节所述导热垫抵紧所述核心测试板的压力。

5.根据权利要求4所述的老化测试设备，其中，所述导热垫压力控制机构包括多组螺钉、弹簧；

所述螺钉依次穿过所述弹簧、所述散热器，并以端部连接在所述核心测试板上，通过松紧所述螺钉，调节所述弹簧的压缩量，可对应控制所述导热垫与所述核心测试板之间的压力。

6.根据权利要求1所述的老化测试设备，其中，所述底座顶部设置的所述隔热腔为相互独立开设的多个。

7.根据权利要求1所述的老化测试设备，其中，依次连接的所述系统板、所述转接部和所述测试板构成一个老化测试单元；且所述老化测试设备中设置有多个老化测试单元。

8.根据权利要求7所述的老化测试设备，其中，各所述老化测试单元中测试板所处的测试环境相互独立、部分连通或者全部连通。

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