CN115291650A - 一种半导体被测器件的温控系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体被测器件的温控系统、方法和设备，系统包括多个被测器件、多个温控源、多个温度传感器以及至少一个控制器；每一被测器件的一侧设有一个温控源，每一被测器件上设有一个温度传感器，每一温度传感器用于单独测量对应被测器件的实时温度并发送到所述至少一个控制器，以便所述至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。本发明实现了对每个被测器件的温度进行独立的精准控制，而控制回路互不影响，通过控制半导体测试中的重要变量，能够大幅提高半导体测试的精度和重复性。

Description

一种半导体被测器件的温控系统、方法和设备
技术领域
本发明属于DUT温控技术领域，具体涉及一种半导体被测器件的温控系统、方法和设备。
背景技术
半导体测试过程中，温度是影响半导体测试结果的重要指标，很多半导体的性能参数都与温度密切相关，由于半导体芯片对温度非常敏感，其能在不同温度下差异非常大，因此，在半导体测试中，精确控制DUT(Device under test，被测器件)的温度，是半导体测试中重要的一环。
现有半导体测试设备对DUT的温度控制主要有以下方式：(1)将温控组件集成到与DUT 直接接触的压块上，通过热传导实现对DUT的温控。部分半导体测试设备测试时需要通过压块持续对DUT施加压力，此时压块会直接与DUT接触。通过将热源或冷源集成在压块结构中来改变DUT温度，再通过压块内或其他位置的温度传感器测量压块或DUT周边温度来进行反馈控制，从而实现对DUT温度的持续控制。(2)使用温箱以空气或其他气体为介质，通过对流传热来实现对DUT的温控。由于部分半导体测试设备无法直接接触DUT，采用温箱结构将加热或制冷后的空气或其他气体吹向DUT，再通过测量温箱内的环境温度实现对DUT的温度控制。
然而，上述两种方式由于是多个DUT共用一个热源或冷源，无法保证对所有DUT进行均匀加热，且由于多个DUT共用一个温度传感器，无法对每个DUT的温度进行精准控制，导致DUT 温度最高值与最低值之间差距过大，严重影响了半导体测试的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体被测器件的温控系统、方法和设备，用以解决现有技术中存在的无法对每个DUT的温度进行精准控制，导致DUT温度最高值与最低值之间差距过大，严重影响了半导体测试的精度和重复性的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面提供一种半导体被测器件的温控系统，包括多个被测器件、多个温控源、多个温度传感器以及至少一个控制器；其中，
每一被测器件的一侧设有一个温控源，每一被测器件上设有一个温度传感器，每一温度传感器用于单独测量对应被测器件的实时温度并发送到所述至少一个控制器，以便所述至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。
在一种可能的设计中，每一温度传感器内嵌于每一被测器件内，或者设于每一被测器件的周侧。
在一种可能的设计中，所述控制器为一个，且根据每一温度传感器的温度数据分别对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整。
在一种可能的设计中，所述控制器为多个，每一控制器单独用于根据每一温度传感器的温度数据对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整。
在一种可能的设计中，所述温控源包括热源或冷源。
在一种可能的设计中，所述温控源的工作状态至少包括温控源的开闭、温控源的功率和温控源的工作时间。
第二方面提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的系统的工作方法，包括：
通过每一温度传感器单独测量对应被测器件的实时温度并发送到至少一个控制器；
通过至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。
在一种可能的设计中，还包括：
通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式。
在一种可能的设计中，通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式，包括：
通过至少一个控制器记录每一被测器件对应的历史温控源功率、温控源工作时间、被测器件的温度变化量、被测器件达到目标温度的时间以及一次温控结束后被测器件的温度继续变化量；
通过至少一个控制器根据被测器件对应温控源的当前功率以及被测器件当前的温度变化情况，计算得到将被测器件维持在当前温度所需要的温控源功率和/或开闭频率，并结合一次温控结束后被测器件的温度继续变化量，在下一次控制时将温度继续变化量作为提前量，提前将温控源功率和/或开闭频率降低至维持目标温度的工作状态。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
本发明相较于现有技术的有益效果是：
1.本发明中的半导体被测器件的温控系统通过为每一半导体被测器件配置对应的温度传感器和温控源(包括热源或冷源)，并通过控制器根据每一温度传感器获取的每一被测器件的实时温度，单独控制对应温控源对该被测器件进行温度调整，即每一被测器件设有单独的控制回路，从而实现了对每个被测器件的温度进行独立的精准控制，而控制回路互不影响，避免了多个被测器件共用一个温度传感器和一个温控源而存在温度误差，通过控制半导体测试中的重要变量(即温度)，能够大幅提高半导体测试的精度和重复性。
2.本发明中的半导体被测器件的温控系统的工作方法通过每一温度传感器单独测量对应被测器件的实时温度并发送到至少一个控制器；通过至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制,即能够对每个被测器件的温度-时间曲线进行完全的精确控制，可大幅提高半导体测试的覆盖率；由于不断提升控制精度和效率，则即使在使用过程中系统某一部分有一定变化，也可以自行调整，从而始终保持温度控制精度。
附图说明
图1为本申请实施例中的半导体被测器件的温控系统的结构框图；
图2为本申请实施例中的半导体被测器件的温控系统的工作方法的流程图；
图3本申请实施例中步骤S3的流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例
为了解决现有技术中存在的无法对每个DUT的温度进行精准控制，导致DUT温度最高值与最低值之间差距过大，严重影响了半导体测试的精度和重复性的技术问题；本申请实施例提出了一种半导体被测器件的温控系统通过为每一半导体被测器件配置对应的温度传感器和温控源(包括热源或冷源)，并通过控制器根据每一温度传感器获取的每一被测器件的实时温度，单独控制对应温控源对该被测器件进行温度调整，即每一被测器件设有单独的控制回路，从而实现了对每个被测器件的温度进行独立的精准控制，而控制回路互不影响，避免了多个被测器件共用一个温度传感器和一个温控源而存在温度误差，通过控制半导体测试中的重要变量(即温度)，能够大幅提高半导体测试的精度和重复性。
下面将对本申请实施例提供的半导体被测器件的温控系统进行详细说明。
如图1所示，是本申请实施例提供的半导体被测器件的温控系统的结构框图，包括多个被测器件、多个温控源、多个温度传感器以及至少一个控制器；其中，
每一被测器件的一侧设有一个温控源，每一被测器件上设有一个温度传感器，每一温度传感器用于单独测量对应被测器件的实时温度并发送到所述至少一个控制器，以便所述至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制；其中，优选的，温控源包括热源或冷源。
其中，需要说明的是，通过为每个被测器件配备独立温度传感器和温控源，即温度传感器和温控源分别与被测器件是一一对应关系，由温度传感器向控制器反馈其对应被测器件的实时温度数据，从而通过控制器控制对应的温控源进行升温或降温，以实现对每一被测器件进行独立控温，各被测器件的温度互不影响，从而能够提高控温精度。
在一种具体的方式中，每一温度传感器内嵌于每一被测器件内，或者设于每一被测器件的周侧；当温度传感器内嵌于每一被测器件内时，具体的，通过在被测器件上开设通孔，并将温度传感器内置于通孔内，实现温度传感器的嵌入式安装；当温度传感器设置在被测器件的周侧时，具体的，通过将温度传感器贴合安装在被测器件的周侧，即四周表面，同样能够对被测器件的温度进行精准采集。当然，可以理解的是，本实施例中的温度传感器的安装方式不限于上述两种方式，还可以是，将温度传感器安装在被测器件想接触的测试座内，则测试座与测试芯片接触时，温度传感器也能够尽可能地与被测器件接触，从而能够精准测量得到被测器件的自身温度数值，以为后续半导体测试的环境温度调控提供数据支持，保证测试环境温度的稳定性和准确性。
在一种具体的实施方式中，所述控制器为一个，且根据每一温度传感器的温度数据分别对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整；具体的，每个DUT热源或冷源的控制和温度传感器数据的读取需要独立的控制回路，则在多个DUT共用一个控制器时，需要该控制器根据每个DUT温度传感器的数据对分别每个DUT的热源或冷源进行调整，从而避免各个控制回路相互影响，提高每一被测器件温度控制的独立性和精确性。当然，可以理解的是，本实施例中的所述控制器也可以为多个，则每一控制器单独用于根据每一温度传感器的温度数据对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整。
在一种具体的实施方式中，所述温控源的工作状态至少包括温控源的开闭、温控源的功率和温控源的工作时间，其中，温控源的开闭是指温控源的开启控制和关闭开工至，温控源的工作时间是指温控源对对应的被测器件进行温度供给的时间，包括热源的升温时间和冷源的降温时间。那么，本实施例中的控制器根据温度传感器反馈的数据来控制热源或冷源的开闭、功率以及工作时间，从而能够控制DUT在每一时间点的温度。
基于上述公开的内容，本实施例中的半导体被测器件的温控系统通过为每一半导体被测器件配置对应的温度传感器和温控源(包括热源或冷源)，并通过控制器根据每一温度传感器获取的每一被测器件的实时温度，单独控制对应温控源对该被测器件进行温度调整，即每一被测器件设有单独的控制回路，从而实现了对每个被测器件的温度进行独立的精准控制，而控制回路互不影响，避免了多个被测器件共用一个温度传感器和一个温控源而存在温度误差，通过控制半导体测试中的重要变量(即温度)，能够大幅提高半导体测试的精度和重复性。
如图2所示，第二方面提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的系统的工作方法，包括但不限于由步骤S1和步骤S2实现：
步骤S1.通过每一温度传感器单独测量对应被测器件的实时温度并发送到至少一个控制器；
步骤S2.通过至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。
其中，需要说明的是，由于目前对温度的闭环控制方式多为通过传感器直接控制热源，即选用固定目标温度的发热元件，当温度传感器检测DUT已达到目标温度则关闭发热元件停止加热。该种方式只能将实际温度控制在目标温度左右，而无法控制加热过程，无法控制DUT在每个时间点的温度。目前温度控制方式只依据当前温度传感器数据调控热源或冷源，会有一定延后性，当温度传感器测量温度到达设定温度时即使立即令热源或冷源停止工作，DUT温度仍会继续变化超出设定温度，导致DUT实际温度会在目标温度上下振荡，并逐渐逼近目标温度。该振荡过程会增加DUT实际温度达到设定温度的时间，影响温度控制的效率。为了解决上述问题，本实施例还提出以下方法：
在一种具体的实施方式中，所述工作方法还包括：
步骤S3.通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式。
在步骤S3中中，通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式，包括：
步骤S31.通过至少一个控制器记录每一被测器件对应的历史温控源功率、温控源工作时间、被测器件的温度变化量、被测器件达到目标温度的时间以及一次温控结束后被测器件的温度继续变化量；
步骤S32.通过至少一个控制器根据被测器件对应温控源的当前功率以及被测器件当前的温度变化情况，计算得到将被测器件维持在当前温度所需要的温控源功率和/或开闭频率，并结合一次温控结束后被测器件的温度继续变化量，在下一次控制时将温度继续变化量作为提前量，提前将温控源功率和/或开闭频率降低至维持目标温度的工作状态，从而减小DUT温度在目标温度上下振荡的情况，提高温控效率和精度。
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
基于上述公开的内容，本实施例中的半导体被测器件的温控系统的工作方法通过对每个被测器件的温度-时间曲线进行完全的精确控制，可大幅提高半导体测试的覆盖率；由于不断提升控制精度和效率，则即使在使用过程中系统某一部分有一定变化，也可以自行调整，从而始终保持温度控制精度。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(Random-AccessMemory， RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First Input Last Output，FILO)等等；所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器；所述收发器可以但不限于为WiFi(无线保真)无线收发器、蓝牙无线收发器、GPRS(General Packet RadioService，通用分组无线服务技术)无线收发器和/或ZigBee(紫蜂协议，基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议)无线收发器等。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
本实施例第三方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
本实施例第四方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的工作方法。
本实施例第五方面提供的前述包含指令的计算机程序产品的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (10)

1.一种半导体被测器件的温控系统，其特征在于，包括多个被测器件、多个温控源、多个温度传感器以及至少一个控制器；其中，
每一被测器件的一侧设有一个温控源，每一被测器件上设有一个温度传感器，每一温度传感器用于单独测量对应被测器件的实时温度并发送到所述至少一个控制器，以便所述至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。
2.根据权利要求1所述的半导体被测器件的温控系统，其特征在于，每一温度传感器内嵌于每一被测器件内，或者设于每一被测器件的周侧。
3.根据权利要求1所述的半导体被测器件的温控系统，其特征在于，所述控制器为一个，且根据每一温度传感器的温度数据分别对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整。
4.根据权利要求1所述的半导体被测器件的温控系统，其特征在于，所述控制器为多个，每一控制器单独用于根据每一温度传感器的温度数据对每一被测器件的温控源的工作状态进行调整。
5.根据权利要求1所述的半导体被测器件的温控系统，其特征在于，所述温控源包括热源或冷源。
6.根据权利要求1所述的半导体被测器件的温控系统，其特征在于，所述温控源的工作状态至少包括温控源的开闭、温控源的功率和温控源的工作时间。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的系统的工作方法，其特征在于，包括：
通过每一温度传感器单独测量对应被测器件的实时温度并发送到至少一个控制器；
通过至少一个控制器根据当前被测器件的实时温度，对与当前被测器件对应的温控源的工作状态进行调整，进而通过对应的温控源对当前被测器件的温度进行精准控制。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，还包括：
通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，通过至少一个控制器记录每一被测器件的历史控制数据，并根据历史控制数据优化每一被测器件下一次的控制方式，包括：
通过至少一个控制器记录每一被测器件对应的历史温控源功率、温控源工作时间、被测器件的温度变化量、被测器件达到目标温度的时间以及一次温控结束后被测器件的温度继续变化量；
通过至少一个控制器根据被测器件对应温控源的当前功率以及被测器件当前的温度变化情况，计算得到将被测器件维持在当前温度所需要的温控源功率和/或开闭频率，并结合一次温控结束后被测器件的温度继续变化量，在下一次控制时将温度继续变化量作为提前量，提前将温控源功率和/或开闭频率降低至维持目标温度的工作状态。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求8或9所述的工作方法。
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