CN111913099B - 一种测试设备的温控装置及温控方法 - Google Patents

一种测试设备的温控装置及温控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测试设备的温控装置及温控方法，包括测试头模块、控制模块及制冷模块，制冷模块包括制冷管路、有效制冷管路及无效制冷管路；有效制冷管路及无效制冷管路均与制冷管路连接，有效制冷管路与无效制冷管路并联在一起，有效制冷管路及无效制冷管路上均设有能够连接控制模块的电磁阀；测试头模块通过制冷介质管道与有效制冷管路连接，有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与控制模块连接。本发明所述的一种测试设备的温控装置及温控方法，解决了现有技术中的高低温测试设备采用加热来平衡制冷量，调节加热片功率来实现控温，造成热功率浪费及能耗高，并且加热片长期大功率运行严重影响其寿命的技术问题。

Description

一种测试设备的温控装置及温控方法
技术领域
本发明属于测试封装检测设备领域，尤其是涉及一种测试设备的温控装置及温控方法。
背景技术
半导体研发和生产的前沿技术集中在美国的几个龙头企业，近年来国内电子产品用半导体芯片受到外国垄断企业的制约，核心芯片产品限制对我国出口。这对我国的半导体芯片行业是一个极大的挑战，但同时也是机遇。国内芯片厂家面临巨大的市场需求，同时也面临着提高芯片研发制造工艺的提升与突破。各大芯片厂家也竞相努力，提升芯片的开发与生产的技术水平，扩充研发人员力量与资金设备的投入。高性能芯片的研发与生产需要各项技术与设备的支撑，有很多的新增的技术要求需要我们设备厂家去研发，这对设备厂家特提出了更高的挑战。芯片的温度测试范围也从原有的常高温扩宽到低温、高温。对于常高温的检测设备，只需要控制加热片的输出功率即可控制温度，而对于同时有低温和高温的测试设备来讲，控温就会复杂很多。针对高低温的测试设备的控温方式是一个值得研究的问题。现有技术中的高低温测试设备高温采用加热片进行加热，低温采用低温制冷介质进行冷却，现有技术低温制冷介质持续制冷，采用加热来平衡制冷量，调节加热片功率来实现控温，此方法加热功率属于浪费，能耗高，且加热片长期大功率运行严重影响其寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种测试设备的温控装置及温控方法，解决了现有技术中的高低温测试设备采用加热来平衡制冷量，调节加热片功率来实现控温，造成热功率浪费及能耗高，并且加热片长期大功率运行严重影响其寿命的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制冷模块，包括制冷管路、有效制冷管路及无效制冷管路；
所述有效制冷管路及无效制冷管路均与所述制冷管路连接，所述有效制冷管路与无效制冷管路并联在一起，所述有效制冷管路及无效制冷管路上均设有能够连接控制模块的电磁阀；
当所述有效制冷管路上的电磁阀开启时，所述无效制冷管路上的电磁阀关闭，当所述无效制冷管路上的电磁阀开启时，所述有效制冷管路上的电磁阀关闭。
进一步的，所述无效制冷管路包括旁通毛细管及旁通电磁阀，所述旁通电磁阀一端与所述旁通毛细管连通，所述旁通电磁阀另一端与所述制冷管路连接，所述旁通毛细管远离所述旁通电磁阀的端部与所述制冷管路连接。
进一步的，所述有效制冷管路包括制冷毛细管及制冷电磁阀，所述制冷电磁阀一端与所述制冷毛细管连通，所述制冷电磁阀另一端与所述制冷管路连接，所述制冷毛细管远离所述制冷电磁阀的端部与所述制冷管路连接。
进一步的，所述制冷管路包括高温级压缩机、冷凝器、膨胀阀、冷凝蒸发器、低温级压缩机及油分离器；
所述高温级压缩机出口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口连接所述膨胀阀的入口，所述膨胀阀的出口连接所述冷凝蒸发器的高温级入口，所述冷凝蒸发器的高温级出口连接高温级压缩机的入口；
低温级压缩机的出口连接油分离器的入口，所述油分离器的出口连接冷凝蒸发器的低温级入口，冷凝蒸发器的低温级出口分成两路，一路与有效制冷管路连接，另一路与无效制冷管路连接，所述无效制冷管路及有效制冷管路远离所述冷凝蒸发器端部均回流到低温压缩机入口。
一种测试设备的温控装置，包括测试头模块、控制模块及上述的制冷模块；
所述测试头模块通过制冷介质管道与所述有效制冷管路连接，所述有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与所述控制模块连接。
进一步的，所述测试头模块包括测试头液体槽道、加热片及温控测试头，所述测试头液体槽道为密封腔体，所述加热片与所述测试头液体槽道可拆卸连接，所述温控测试头与所述加热片可拆卸连接。
进一步的，所述控制模块包括温度传感器及控制系统，所述温度传感器设置在所述温控测试头内，所述温度传感器、有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与所述控制系统连接。
进一步的，所述控制系统为PLC。
进一步的，所述温控装置还包括机台模块，所述测试头模块设置在所述机台模块上，所述测试头模块可移动到所述机台模块上的指定位置并实现测试功能。
一种控温方法，包括如下步骤：
步骤一：控制模块采集测试头模块上的温度信号；
步骤二：控制模块对采集到的温度信号进行计算；
步骤三：当温度信号比设定值低时，控制模块减小有效制冷管路电磁阀的开启时间，控制模块增大无效制冷管路电磁阀的开启时间，当温度信号比设定值高时，控制模块增大有效制冷管路电磁阀的开启时间，控制模块减小无效制冷管路电磁阀的开启时间。
相对于现有技术，本发明所述的一种测试设备的温控装置及温控方法具有以下优势：
本发明所述的一种测试设备的温控装置及温控方法，通过制冷模块为测试头模块提供低温制冷量，测试头模块在低温制冷介质和加热片的双重作用下，可实现宽温度范围的控温，为测试提供指定的温度并承受负载，控制模块分别控制制冷电磁阀和旁通电磁阀的工作。通过控制制冷电磁阀和旁通电磁阀的高频开关来实现制冷介质的通断，从而实现温度的控制。本发明无需冷热平衡，需要制冷时不需要加热、需要加热时不需要制冷，提升了设备的使用寿命，大幅减少了能耗。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种测试设备的温控装置及温控方法示意图；
图2为本发明实施例所述的一种测试设备的温控装置及温控方法中的制冷模块示意图；
图3为本发明实施例所述的一种测试设备的温控装置及温控方法中的测试头模块示意图。
附图标记说明：
1、制冷模块；101、高温级压缩机；102、冷凝器、103、膨胀阀；104、冷凝蒸发器；105、低温级压缩机；106、油分离器；107、旁通电磁阀；108、旁通毛细管；109、制冷电磁阀；110、制冷毛细管；111、制冷介质管道；201、测试头液体槽道；2、测试头模块；202、加热片；203、温控测试头。3、控制模块；4、机台模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种制冷模块，如图2所示，包括制冷管路、有效制冷管路及无效制冷管路；
有效制冷管路及无效制冷管路均与制冷管路连接，有效制冷管路与无效制冷管路并联在一起，有效制冷管路及无效制冷管路上均设有能够连接控制模块3的电磁阀；
当所述有效制冷管路上的电磁阀开启时，所述无效制冷管路上的电磁阀关闭，当所述无效制冷管路上的电磁阀开启时，所述有效制冷管路上的电磁阀关闭。
本实施例中，无效制冷管路包括旁通毛细管108及旁通电磁阀107，旁通电磁阀107一端与旁通毛细管108连通，旁通电磁阀107另一端与制冷管路连接，旁通毛细管108远离旁通电磁阀107的端部与制冷管路连接。
本实施例中，有效制冷管路包括制冷毛细管110及制冷电磁阀109，制冷电磁阀109一端与制冷毛细管110连通，制冷电磁阀109另一端与制冷管路连接，制冷毛细管110远离制冷电磁阀109的端部与制冷管路连接，制冷电磁阀109开启即可向冷凝蒸发器104输出制冷介质，产生制冷量；制冷电磁阀109关闭而将旁通电磁阀107打开则可切断向冷凝蒸发器104输出的制冷介质，不产生制冷量，制冷介质可以选用载冷液、水、制冷剂、液氮等所有低温流体。
如图2所示，制冷管路包括高温级压缩机101、冷凝器102、膨胀阀103、冷凝蒸发器104、低温级压缩机105及油分离器106；
高温级压缩机101出口连接冷凝器102的入口，冷凝器102的出口连接膨胀阀103的入口，膨胀阀103的出口连接冷凝蒸发器104的高温级入口，冷凝蒸发器104的高温级出口连接高温级压缩机101的入口；
低温级压缩机105的出口连接油分离器106的入口，油分离器106的出口连接冷凝蒸发器104的低温级入口，冷凝蒸发器104的低温级出口分成两路，一路与有效制冷管路连接，另一路与无效制冷管路连接，无效制冷管路及有效制冷管路远离冷凝蒸发器104端部均回流到低温压缩机入口。
一种测试设备的温控装置，如图1所示，包括测试头模块2、控制模块3及上述的制冷模块1；
测试头模块2通过制冷介质管道111与有效制冷管路连接，有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与控制模块3连接，温控装置还包括机台模块4，测试头模块2设置在机台模块4上，测试头模块2可移动到机台模块4上的指定位置并实现测试功能，机台模块4为完成测试动作流程的所有结构件，机台模块4为现有的机台模块。
当旁通电磁阀107开则制冷电磁阀109关，当制冷电磁阀109开则旁通电磁阀107关：旁通电磁阀107和制冷电磁阀109可高频开关，两个阀门高频开关的时间比例可调，制冷电磁阀109和旁通电磁阀107各开关一次为一个周期，此开关周期可调。
测试头模块2包括测试头液体槽道201、加热片202及温控测试头203，测试头液体槽道201为密封腔体，加热片202通过固定件采用螺丝固定在测试头液体槽道201的下表面，温控测试头203与加热片202通过螺丝连接，温控测试头203为最终实施控温的目标位置，在测试头液体槽道201或加热片202的作用下实现控温，制冷介质管道111一端与测试头液体槽道201连接，制冷介质管道111另一端连接制冷毛细管110与冷凝蒸发器104之间的管道。
控制模块3包括温度传感器及控制系统，温度传感器设置在温控测试头203内，温度传感器、有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与控制系统连接。本实施例中，控制系统的型号为AI-516D7L2L0S(厦门宇电)，控制系统可采集温控测试头的温度，与控制系统的设定值进行对比，得出制冷电磁阀109需输出制冷量的时间长度，制冷电磁阀和旁通电磁阀各开关一次为一个周期，此开关周期可调。调节制冷电磁阀在一个周期内开启的占空比即可精确控制制冷量的大小；
制冷介质在测试头的测试头液体槽道201中产生制冷效果，通过控制采集测试头的温度来控制电磁阀的开关。当需要控制的温度较低时，加热片202不需要工作即可实现控温。当设定温度较高时，不需要制冷即可维持温度恒定时，则由加热片202的控制来实现恒温，此时制冷电磁阀109一直关闭，旁通电磁阀107一直开启。
一种控温方法，包括如下步骤：
步骤一：控制模块3中的温度传感器采集测试头模块2上的温度信号；
步骤二：控制系统中的PID对采集到的温度信号进行计算；
步骤三：当温度信号比设定值低时，控制模块3减小制冷电磁阀109的开启时间，控制模块3增大旁通电磁阀107的开启时间，当温度信号比设定值高时，控制模块3增大制冷电磁阀109的开启时间，控制模块3减小旁通电磁阀107的开启时间。
本实施例中，一个周期为2s，在一个周期内，控制系统控制制冷电磁阀109及旁通电磁阀107对应不同的开启时间，制冷电磁阀109和旁通电磁阀107各开关一次为一个周期，此开关周期可调。调节制冷电磁阀109在一个周期内开启的占空比即可精确控制制冷量的大小，此周期可以根据温控测试头的热容等参数进行调节，可以达到每个时刻制冷量都是实时匹配，实现恒温控制的功能，表1为控制系统的设定温度为52°时，制冷电磁阀109及旁通电磁阀107对于不同的测试头模块2反馈温度的开启时间，表2为控制系统的设定温度为-20°时，制冷电磁阀109及旁通电磁阀107对于与不同的测试头模块2反馈温度的开启时间。
表一
Figure GDA0002788238330000091
表二
Figure GDA0002788238330000092
Figure GDA0002788238330000101
本实例的工作方式
本实施例以制冷介质为冷媒为例来介绍冷媒电磁阀的高频开关实现制冷量的控制从而实现温度的控制。此外，本方案中如果制冷介质为载冷液，则需要采用制冷管路将载冷液降温到低温，然后采用循环泵将载冷液打到测试头液体槽道201中；如果制冷介质为水，则需要由冷水机组提供冷却水；如果制冷介质为液氮，则需要具备液氮储存设备以提供液氮源头。
本实施例制冷模块采用双级复叠制冷技术，高温级压缩机101采用R404a制冷剂，低温级压缩机105采用R23制冷剂，进入到测试头液体槽道201中的冷媒即为低温级系统中的R23制冷剂。
测试头模块2位于机台模块4上，可移动到指定位置并实现测试功能，制冷模块1为测试头模块2提供低温制冷量，测试头模块2在低温制冷和加热的双重作用下，可实现宽温度范围的控温，为测试提供指定的温度位并承受负载。制冷模块1中的制冷电磁阀109和旁通电磁阀107可实现制冷介质的通断，从而实现制冷量的控制。控制模块分别连接制冷电磁阀109和旁通电磁阀107、控制制冷电磁阀和旁通电磁阀的工作。
制冷剂R404a的循环流程为：高温级压缩机101出口连接冷凝器102的入口，冷凝器102的出口连接膨胀阀103的入口；膨胀阀103的出口连接冷凝蒸发器104的高温级入口；冷凝蒸发器104的高温级出口连接高温级压缩机101的入口，如此则完成一个高温级的制冷循环。
制冷剂R23的循环流程为：低温级压缩机105的出口连接油分离器106的入口，油分离器106的出口连接冷凝蒸发器104的低温级入口，冷凝蒸发器104的低温级出口分成两路，分别进旁通电磁阀107和制冷电磁阀109，冷凝蒸发器104的低温级出口在旁通电磁阀107的支管路接入低温压缩机105入口，制冷剂R23由制冷电磁阀109进入制冷节流阀110后，然后制冷剂R23通过制冷管道111进入到蒸发测试头液体槽道201中产生制冷效果。
步骤一：控制模块3中的温度传感器采集测试头模块2上的温度信号；
步骤二：控制系统中的PID对采集到的温度信号进行计算；
步骤三：当温度信号比设定值低时，控制模块3减小制冷电磁阀109的开启时间，控制模块3增大旁通电磁阀107的开启时间，当温度信号比设定值高时，控制模块3增大制冷电磁阀109的开启时间，控制模块3减小旁通电磁阀107的开启时间。
制冷电磁阀109开启即可向测试头液体槽道201输出制冷剂，产生制冷量；制冷电磁阀109关闭而将旁通电磁阀107打开则可切断向测试头液体槽道201输出的制冷剂，不产生制冷量。如此即可实现对测试头液体槽道201的制冷量的控制。旁通电磁阀107和制冷电磁阀109可高频开关，两个阀门高频开关的时间比例可调。控制系统可采集被控温的对象的温度，与设定值进行对比，得出制冷电磁阀需输出制冷量的时间长度。当旁通电磁阀107开则制冷电磁阀109关，当制冷电磁阀109开则旁通电磁阀107关。制冷剂在测试头的测试头液体槽道中产生制冷效果，通过控制采集测试头的温度来控制电磁阀的开关。当需要控制的温度较低时，加热片202不需要工作即可实现控温。当设定温度较高时，不需要制冷即可维持温度恒定时，则由加热片202的控制来实现恒温，此时制冷电磁阀109一直关闭，旁通电磁阀107一直开启。
本发明采用高频开关阀门的方式来控制制冷量从而实现温度的控制，制冷时不需要加热，加热时不需要制冷，无需冷热平衡，提升了设备的使用寿命，大幅减少了能耗。
以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种控温方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：控制模块(3)采集测试头模块(2)上的温度信号；
步骤二：控制模块(3)对采集到的温度信号进行计算；
步骤三：在一个周期内，控制系统控制制冷电磁阀(109)及旁通电磁阀(107)对应不同的开启时间，制冷电磁阀(109)和旁通电磁阀(107)各开关一次为一个周期，每一周期时间相同，并且周期时间不大于2s，当温度信号比设定值低时，控制模块(3)减小有效制冷管路电磁阀的开启时间，控制模块(3)增大无效制冷管路电磁阀的开启时间，当温度信号比设定值高时，控制模块(3)增大有效制冷管路电磁阀的开启时间，控制模块(3)减小无效制冷管路电磁阀的开启时间，优选的，所述周期根据温控测试头的热容参数进行调节。
2.一种使用权利要求1所述的控温方法的测试设备的温控装置，其特征在于：包括测试头模块(2)、控制模块(3)及制冷模块(1)；
所述测试头模块(2)通过制冷介质管道(111)与所述有效制冷管路连接，所述有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与所述控制模块(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述测试头模块(2)包括测试头液体槽道(201)、加热片(202)及温控测试头(203)，所述测试头液体槽道(201)为密封腔体，所述加热片(202)与所述测试头液体槽道(201)可拆卸连接，所述温控测试头(203)与所述加热片(202)可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述控制模块(3)包括温度传感器及控制系统，所述温度传感器设置在所述温控测试头(203)内，所述温度传感器、有效制冷管路及无效制冷管路上的电磁阀均与所述控制系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述控制系统为PLC。
6.根据权利要求3-4任一项所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述温控装置还包括机台模块(4)，所述测试头模块(2)设置在所述机台模块(4)上，所述测试头模块(2)可移动到所述机台模块(4)上的指定位置并实现测试功能。
7.根据权利要求2所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述制冷模块包括制冷管路、有效制冷管路及无效制冷管路；
所述有效制冷管路及无效制冷管路均与所述制冷管路连接，所述有效制冷管路与无效制冷管路并联在一起，所述有效制冷管路及无效制冷管路上均设有能够连接控制模块(3)的电磁阀；
当所述有效制冷管路上的电磁阀开启时，所述无效制冷管路上的电磁阀关闭，当所述无效制冷管路上的电磁阀开启时，所述有效制冷管路上的电磁阀关闭；
所述有效制冷管路包括制冷毛细管(110)及制冷电磁阀(109)，所述制冷电磁阀(109)一端与所述制冷毛细管(110)连通，所述制冷电磁阀(109)另一端与所述制冷管路连接，所述制冷毛细管(110)远离所述制冷电磁阀(109)的端部与所述制冷管路连接。
8.根据权利要求7所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述无效制冷管路包括旁通毛细管(108)及旁通电磁阀(107)，所述旁通电磁阀(107)一端与所述旁通毛细管(108)连通，所述旁通电磁阀(107)另一端与所述制冷管路连接，所述旁通毛细管(108)远离所述旁通电磁阀(107)的端部与所述制冷管路连接。
9.根据权利要求7或8任一项所述的一种测试设备的温控装置，其特征在于：所述制冷管路包括高温级压缩机(101)、冷凝器(102)、膨胀阀(103)、冷凝蒸发器(104)、低温级压缩机(105)及油分离器(106)；
所述高温级压缩机(101)出口连接所述冷凝器(102)的入口，所述冷凝器(102)的出口连接所述膨胀阀(103)的入口，所述膨胀阀(103)的出口连接所述冷凝蒸发器(104)的高温级入口，所述冷凝蒸发器(104)的高温级出口连接高温级压缩机(101)的入口；
低温级压缩机(105)的出口连接油分离器(106)的入口，所述油分离器(106)的出口连接冷凝蒸发器(104)的低温级入口，冷凝蒸发器(104)的低温级出口分成两路，一路与有效制冷管路连接，另一路与无效制冷管路连接，所述无效制冷管路及有效制冷管路远离所述冷凝蒸发器(104)端部均回流到低温压缩机入口。
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