CN111289878B - 一种隔热腔和老化测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体老化测试领域，公开了一种隔热腔，其特征在于：包括测试底板，测试底板上用于安装DUT，测试底板以下部分处于密封腔体内部，所述测试底板以下依次连接有测试核心板即ALPG板、ALPG散热器，所述测试底板与ALPG板之间设置有连接器防松脱结构，腔体结构可以充分保护测试系统核心器件。

Description

一种隔热腔和老化测试设备

技术领域

本发明主要涉及半导体老化测试领域，尤其是针对超高温（+125°C/+150°C/更高）的场景，具体涉及一种隔热腔和老化测试设备。

背景技术

芯片在制造过程中任何一步出现异常都会影响下一步工序，而返工成本巨大，因此芯片加工商会对关键工序结束后的半成品进行检测。检测即成为芯片生产制造中至关重要的步骤。特别是最后环节的高低温老化测试更是必不可少。

在高温、高速DUT测试中，为提高效率通常会一次测试多片芯片，测试系统中的信号发送与接收装置由大单板与十几个甚至更多ALPG板通过连接器连接构成。

因PCB板尺寸过大而厚度较小，刚度小，在搬运及装配ALPG过程中，单板易严重变形，且ALPG板因重力作用会导致连接器连接松动，信号传输出现异常。

被测DUT放于大单板socket中，常被置于-40℃—150℃甚至更恶劣的温度环境中进行老化测试，测试系统在此环境下稳定运行困难，且严重影响寿命。

老化测试中通常会采用较大电流、较快读取等差于常规使用的条件，将导致测试系统使用的各芯片发热严重，影响测试系统的性能和寿命。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种隔热腔，该腔体置于高低温温箱中，测试时被测DUT直接处于高低温环境中，而测试系统的核心部件ALPG板处于密封腔体内部，腔体内部设计专用隔热、导热、散热、压力控制、板间连接及密封等结构，可以充分保护测试系统核心器件。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隔热腔，包括测试底板例如PCB板，测试底板上用于安装DUT，测试底板以下部分处于密封腔体内部，所述测试底板以下依次连接有测试核心板即ALPG板、ALPG散热器，所述测试底板与ALPG板之间设置有连接器防松脱结构。

优选地，所述连接器防松脱结构包括第一支撑部和/或第二支撑部；

所述第一支撑部用于提供所述ALPG板侧边与所述密封腔体之间的支撑；

所述第二支撑部用于提供所述ALPG板底部与所述密封腔体之间的支撑。

优选地，所述连接器防松脱结构包括第一支撑部和/或第二支撑部；

所述第一支撑部用于提供所述ALPG板侧边与所述密封腔体之间的支撑，所述第一支撑部构造为所述密封腔体内的腔体凸台；

所述第二支撑部用于提供所述ALPG板底部与所述密封腔体之间的支撑，所述第二支撑部构造为所述密封腔体内分布的若干支撑柱。

优选地，所述测试底板具有刚度加强结构，用于减小DUT和ALPG板安装时测试底板的变形。

优选地，所述刚度加强结构包括固定在所述测试底板外周的测试底板刚度加强框架。

优选地，所述ALPG板与散热器之间设置有导热垫及导热垫压力控制结构，用于调节控制两者之间的压力。

优选地，所述导热垫压力控制结构包括多组旋转连接部例如螺钉与弹性部件例如弹簧；

所述旋转连接部依次穿过弹性部件、散热器，并与所述ALPG板连接；通过松紧旋转连接部，调节控制弹性部件的压缩量，进而控制导热垫压力大小。

优选地，所述多组旋转连接部与弹性部件相对所述导热垫对称分布在所述散热器上。

优选地，所述密封腔体分为若干独立的腔室，每个腔室均设有一套气体散热结构，分别进行散热。

优选地，所述气体散热结构包括进气管、喷气口、出气孔；

沿所述进气管的气流方向依次开设若干所述喷气口，气体例如CDA从所述进气管的一端压入，经所述喷气口喷向所述ALPG板，并从所述出气孔将腔体内热量导出。

优选地，所述进气管上各所述喷气口的开孔大小不同，根据压力损失模拟计算确定，用于使各所述ALPG板的温度均匀。

优选地，所述PCB板与所述ALPG板之间设置有隔热垫。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种老化测试设备，用于半导体老化测试，包括如前所述的隔热腔。

上述优选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、本发明的隔热腔和老化测试设备，该腔体置于高低温温箱中，测试时被测DUT直接处于高低温环境中，而测试系统的核心部件ALPG板处于密封腔体内部，腔体内部设计专用隔热、导热、散热、压力控制、板间连接及密封等结构，可以充分保护测试系统核心器件。

2、本发明的隔热腔和老化测试设备，通过构造连接器防松脱结构，确保了PCB板与ALPG板之间的相对距离不会因外界因素发生变化；尤其是，腔体凸台在侧边杜绝连接器脱离，每个ALPG板设置多个支撑柱从不同区域分别防止连接器松脱。

3、本发明的隔热腔和老化测试设备，通过构造刚度加强结构，在施力安装DUT和ALPG板时，由于框架与PCB板通过螺钉连接在一起，使PCB板整体成一刚体，有效避免了PCB板的变形，加强了各器件之间的接触。

4、本发明的隔热腔和老化测试设备，通过构造导热垫压力控制结构，尤其是通过松紧螺钉，调节控制弹簧的压缩量，导热垫压力大小因此得到准确控制，提高了导热效果，确保了芯片的安全。

5、本发明的隔热腔和老化测试设备，通过采用密封腔体隔离且单独散热的办法，解决高温老化测试散热的难题，同时又解决了高速总线测试的难题。

6、本发明的隔热腔和老化测试设备，密封腔体分为若干独立的腔室，分别进行散热，每个腔室均构造一套CDA散热结构，将腔体内部的热量迅速导出。

7、本发明的隔热腔和老化测试设备，因进气管沿气体流向各喷气孔直径大小不一，根据压力损失模拟计算确定，可使各核心板温度一致，从而保证了所有核心板能够长时间在密闭环境中正常工作，避免了恶劣高温环境的冲击，降低高低温下器件失稳的可能性，保证了测试信号质量，延长了测试系统寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的隔热腔的整体方案示意图；

图2是本发明实施例的隔热腔的从上到下各部件示意图；

图3是本发明实施例的隔热腔的PCB板与ALPG板连接示意图；

图4是本发明实施例的隔热腔的ALPG板与散热器连接示意图；

图5是本发明实施例的隔热腔的导热垫压力大小控制示意图；

图6是本发明实施例的隔热腔的腔体内部散热的俯视示意图；

图7是本发明实施例的隔热腔的腔体内部散热的侧视示意图；

图8是本发明实施例的隔热腔的腔体内部散热的正视示意图。

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。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

本发明方案整体结构要素图如下图1及图2。

本发明提供了一种隔热腔，还提供了一种包含该隔热腔的老化测试设备。测试时整个腔体组件置于高低温温箱中，测试底板例如PCB板以上部分（包含刚度加强框架、socket（插口）、DUT（被测试器件））直接处于高温环境中，PCB板以下部分（包含隔热垫、测试核心板即ALPG（Algorithmic Pattern Generator算法图形产生器）板、ALPG散热器、进气管）处于密封腔体内部，密封腔体采用隔热材质以隔离测试时外部的高低温，本实施例中使用环氧树脂。为进一步减少热量通过PCB板传导至密封腔体内部，PCB板与核心板之间设置有隔热垫，本实施例中使用泡沫硅胶隔热材质。

socket与核心板即ALPG板分别布置于PCB板两侧，测试时DUT与socket内部触点接触。通常ALPG与PCB板通过连接器连接。在放置DUT及安装ALPG时需施加一定的力，而PCB板尺寸大、厚度小，仅搬运时就会变形，施加一定力后变形更严重，影响各器件之间的接触。本发明设计图2所示的刚度加强结构，优选为刚度加强框架，框架与PCB板通过螺钉连接在一起，使PCB板整体成一刚体。

PCB板与ALPG板之间连接关系如图3。为防止重力等其他因素引起两者之间连接器连接松动，本发明设计如图所示的连接器防松脱结构，优选为腔体凸台及支撑柱，确保两者之间的相对距离不会因外界因素发生变化。腔体凸台在侧边杜绝连接器脱离，每个ALPG板设置4个支撑柱从不同区域分别防止连接器松脱。

在高温高速测试情况下，核心板中的芯片会产生一定的热量，为及时导出热量本发明设计一种散热器。在核心板芯片与散热器之间设置导热垫，若导热垫上下表面之间有间隙则热阻大导热效果差，核心板芯片与散热器之间压力过大则会损坏芯片。本发明提供一种压力大小控制装置及方法，示意图如图4-5所示。散热器与ALPG板之间通过螺钉螺母连接，拧紧螺钉的同时压缩弹簧，螺钉与ALPG板之间的位置关系由螺钉凸台控制，进一步控制弹簧的压缩量，导热垫压力大小因此准确控制。

密封腔体隔离外部测试环境的高温，内部因测试系统核心板工作发热及单板传导热量致使热集聚，影响测试系统性能及寿命。本发明提供了一种快速散热装置及方法，将腔体内部的热量迅速导出。如图6-8所示。

腔体内部结构分为左右两个独立的封闭空间，分别进行散热。左右腔室各一根进气管，进气管一端敞开另一端封闭，CDA（压缩干空气）由敞开端压入。每一个核心板散热器正下方开一个喷气孔，考虑压力损失，为使各核心板温度均匀，沿气体流向开孔大小不一，具体尺寸根据模拟计算确定。气体流向示意图如图6所示。

腔体进气侧端部设计有密封锁止机构。测试时，装载好DUT，将密封腔体组件移入高温箱内进行高温老化测试。腔体单板上的连接器与高低温系统中的连接器对接的同时，腔体上密封锁止机构的进气口和外部气管接通，压缩干空气沿进气管进入腔体。PCB板底面与腔体上表面之间的柔性隔热密封圈将隔热腔形成了一个封闭空间，隔热腔空间内的核心板工作时产生的热量通过散热器由干空气带走，经出气口流出密封腔。因进气管各喷气孔直径大小不一，可使各核心板温度一致，从而保证了所有核心板能够长时间在密闭环境中正常工作，避免了恶劣高温环境的冲击，降低高低温下器件失稳的可能性，保证测试信号质量，延长测试系统寿命。

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 (9)

1.一种隔热腔，包括测试底板，测试底板上用于安装DUT，测试底板以下部分处于密封腔体内部，其特征在于：

所述测试底板以下依次连接有测试核心板即ALPG板、ALPG散热器，所述测试底板与ALPG板之间设置有连接器，并在所述密封腔体与所述ALPG板之间设置有连接器防松脱结构；

所述连接器防松脱结构包括支撑部；该支撑部包括腔体凸台和支撑柱，所述腔体凸台设置在所述密封腔体内，用于所述ALPG板的侧边与所述密封腔体之间侧向的支撑；

所述支撑柱有多个，多个所述支撑柱分设于在所述ALPG板的底部，且其底部与所述隔热腔的底部抵接，其支撑力方向朝向所述ALPG板的法向方向，用于所述ALPG板的底部与所述密封腔体之间的竖向的支撑；

所述ALPG板与散热器之间设置有导热垫及导热垫压力控制结构，用于调节控制两者之间的压力；

所述导热垫压力控制结构包括多组旋转连接部与弹性部件；

所述旋转连接部依次穿过弹性部件、散热器，并与所述ALPG板连接；通过松紧旋转连接部，调节控制弹性部件的压缩量，进而控制导热垫压力大小。

2.如权利要求1所述的隔热腔，其特征在于：

所述测试底板具有刚度加强结构，用于减小DUT和ALPG板安装时测试底板的变形。

3.如权利要求2所述的隔热腔，其特征在于：

所述刚度加强结构包括固定在所述测试底板外周的测试底板刚度加强框架。

4.如权利要求1所述的隔热腔，其特征在于：

所述密封腔体分为若干独立的腔室，每个腔室均设有一套气体散热结构，分别进行散热。

5.如权利要求4所述的隔热腔，其特征在于：

所述气体散热结构包括进气管、喷气口、出气孔；

沿所述进气管的气流方向依次开设若干所述喷气口，气体从所述进气管的一端压入，经所述喷气口喷向所述ALPG板，并从所述出气孔将腔体内热量导出。

6.如权利要求1所述的隔热腔，其特征在于：所述支撑柱有四个；四所述支撑柱两两呈镜像设置在所述ALPG板的底部。

7.如权利要求1所述的隔热腔，其特征在于：所述ALPG板与PCB板之间设置有隔热垫，用于减少PCB板传递至所述ALPG板上的热量。

8.如权利要求7所述的隔热腔，其特征在于：所述隔热垫由泡沫硅胶隔热材料制成。

9.一种老化测试设备，用于半导体老化测试，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的隔热腔。

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