CN115616385A - 一种温控测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温控测试系统，包括：基座；第一循环模组，设置在基座上，第一循环模组能够与外部环境换热；多个第二循环模组，设置在基座上，多个第二循环模组均能够与第一循环模组换热；多个热交换装置，设置在基座上，每个热交换装置均设置在一个第二循环模组与一个测试模块之间，热交换装置能够将热量在测试模块和第二循环模组之间主动传递；能够精准控制每个测试模块工作温度的同时，减少温控系统的空间占用；本发明还公开两种温控测试方法。

Description

一种温控测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电子产品测试领域，特别是涉及一种温控测试系统。

背景技术

随着电子产品技术飞速发展，及其制程效率、良率的要求日益提高，电子产业在提高电 子产品制程效率的同时，也逐步开始加强对于产品功能测试设备的研制和优化；其中对于高 功率芯片的散热系统的设计一直是行业内的技术难点；在芯片测试过程当中，为了使得芯片 在额定工作温度下较好的保持工作温度，在测试过程当中需要动态调整芯片的散热功率。

在目前的芯片测试系统当中，一般是在设备当中集成多套独立的温控测试子系统，对多 个芯片分别进行测试；由于各子系统独立工作，每个子系统均需设置一套独立且复杂的温控 系统，造成单个子系统结构复杂，占用空间较大；而采用整套水冷系统为多个芯片散热，又 难以精确控制每个芯片的散热功率，无法精准控制每个芯片的工作温度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种温控测试 系统，能够精准控制每个测试模块工作温度的同时，减少温控系统的空间占用。

本发明的温控测试系统，包括：基座；第一循环模组，设置在基座上，第一循环模组能 够与外部环境换热；多个第二循环模组，设置在基座上，多个第二循环模组均能够与第一循 环模组换热；多个热交换装置，设置在基座上，每个热交换装置均设置在一个第二循环模组 与一个测试模块之间，热交换装置能够将热量在测试模块和第二循环模组之间主动传递。

根据本发明的一些实施例，第一循环模组包括：第一汇流装置，设置在基座上；散热器， 设置在基座上，散热器与第一汇流装置连通；第二汇流装置，设置在基座上，第二汇流装置 与散热器连通；多个第二循环模组均与第一汇流装置和第二汇流装置连通，传热介质在第一 汇流装置、散热器、第二汇流装置以及多个第二循环模组之间循环。

根据本发明的一些实施例，第二循环模组包括：第一比例阀，与第一汇流装置连通；翅 片组件，设置在热交换装置上；传热介质能够依次流过第一汇流装置、第一比例阀、翅片组 件和第二汇流装置。

根据本发明的一些实施例，第二循环模组还包括第二比例阀，传热介质能够依次流过第 一汇流装置、第一比例阀、翅片组件、第二比例阀和第二汇流装置。

根据本发明的一些实施例，第一汇流装置和第二汇流装置均设置有用于驱动传热介质流 动的循环泵。

根据本发明的一些实施例，第一循环模组还包括设置在散热器上的散热风机，散热风机 用于加速散热器表面的空气流动。

根据本发明的一些实施例，热交换装置包括半导体换热组件，半导体换热组件设置在测 试模块与第二循环模组之间。

根据本发明的一些实施例，热交换装置还包括导热台，导热台设置在半导体换热组件与 测试模块之间。

根据本发明的一些实施例，热交换装置还包括设置在导热台和测试模块之间的导热片。

本发明第二方面，还给出一种温控测试方法，运用上述温控测试系统对测试模块进行测 试，温控测试系统包括n个第二循环模组，其特征在于，包括如下步骤：S100、检测第k个 测试模块的实际温度Ak，当Ak与该测试模块的要求测试温度Bk满足Ak＜Bk时，控制第k个热交换装置，将热量从第k个第二循环模组传递给第k个测试模块；S200、检测Ak，当Ak ＞Bk时，开启第一循环模组和第k个第二循环模组，同时控制第k个热交换装置，将热量从 第k个测试模块传递给第k个第二循环模组。

根据本发明的一些实施例，在步骤S100当中，每间隔指定时间t后执行如下步骤：当 Ak＜Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk。

根据本发明的一些实施例，在步骤S100当中，当Ak＝Bk时，维持Wk不变。

根据本发明的一些实施例，在步骤S200当中，当Ak＞Bk时，开启第一汇流装置的循环 泵和第二汇流装置的循环泵，第k个第一比例阀的比例Pk1满足：

其中：

CK＝|Ak-Bk|。

根据本发明的一些实施例，在步骤S200当中，第k个第二比例阀的比例Pk2满足Pk2＝Pk1。

根据本发明的一些实施例，在步骤S200当中，每间隔指定时间t后执行如下步骤：当 Ak＞Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk。

根据本发明的一些实施例，在步骤S200当中，当Ak＝Bk时，维持Wk不变。

本发明第三方面的温控测试方法，运用上述温控测试系统对测试模块进行测试，温控测 试系统包括n个第二循环模组，其特征在于，包括如下步骤：S300、检测第k个测试模块的 实际温度Ak，当Ak满足Ak>A0*120％时，判断第k个散热系统失效；其中A0满足以下公式:

应用上述温控测试系统，在测试过程当中；当芯片工作温度低于预设温度时，可以控制 热交换装置将热量从第二循环模组传递给芯片，帮助芯片尽快升温至预设温度；当芯片工作 温度低于预设温度时，可以控制热交换装置将热量从芯片传递给第二循环模组，此时多个第 二循环模组将热量输送至第一循环模组，由第一循环模组将热量送走；由于每个测试模块均 有一个热交换装置控温，能够将芯片的温度精准的控制在预设温度附近；同时在芯片散热时， 多个第二循环模组统一通过第一循环模组导热，无需在每个第二循环模组当中独立设置向环 境散热的部分，有效降低了整个温控系统的空间占用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显， 或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：

图1为本发明实施例中温控测试系统的正视图；

图2为本发明实施例中温控测试系统拆除部分组件的后视图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明实施例中单个第一散热模组的俯视图；

图5为图4中B-B向的剖视图；

图6为图5中C处的放大图；

图7为本发明实施例当中温控测试系统的系统原理图。

上述附图包含以下附图标记。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似 的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施 例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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s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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、 小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、 第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属 技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图7，本实施例第一方面的温控测试系统，包括：基座100；第一循环模组200，设置在基座100上，第一循环模组200能够与外部环境换热；多个第二循环模组，设置在基座100上，多个第二循环模组均能够与第一循环模组200换热；多个热交换装置，设置在基座100上，每个热交换装置均设置在一个第二循环模组与一个测试模块400之间，热交换装置能够将热量在测试模块400和第二循环模组之间主动传递。

应用上述温控测试系统，在测试过程当中；当芯片工作温度低于预设温度时，可以控制 热交换装置将热量从第二循环模组传递给芯片，帮助芯片尽快升温至预设温度；当芯片工作 温度低于预设温度时，可以控制热交换装置将热量从芯片传递给第二循环模组，此时多个第 二循环模组将热量输送至第一循环模组200，由第一循环模组200将热量送走；由于每个测 试模块400均有一个热交换装置控温，能够将芯片的温度精准的控制在预设温度附近；同时 在芯片散热时，多个第二循环模组统一通过第一循环模组200导热，无需在每个第二循环模 组当中独立设置向环境散热的部分，有效降低了整个温控系统的空间占用。

在本实施例当中，测试模块400包括有至少一个SOC模组，如定义本实施例的温控测试 系统需要对n个测试模块400进行温控测试，那么本实施例即含有n个热交换装置和n个第 二循环模组，n个第二循环模组均与第一循环模组200进行热交换，每个测试模块400对应 一个热交换装置和一个第二循环模组。

其中，本实施例所称的热交换装置能够将热量在测试模块400和第二循环模组之间主动 传递，指的是热交换装置无论在测试模块400的温度高于第二循环模组还是测试模块400的 温度低于第二循环模组的前提下，都能够可以选择地将热量从第二循环模组传递至测试模块 400或者反向传递，也即热交换装置的热量传递方向能够主动控制；其中，可以采用多种方 式使得热交换装置能够主动控制热量传递方向，例如采用热泵系统在第二循环模组和测试模 块400之间传递热量，通过控制热泵系统当中压缩机的工作模式来调节热量传递方向；也可 以采用基于帕尔贴效应工作的半导体换热元件，通过控制半导体换热元件的工作电流的方向， 来控制半导体换热元件的热量传递方向。

由于第二循环模组和测试模块400之间设置有热交换装置，在测试过程当中，当各个芯 片的工作温度不同时，可以通过控制热交换装置，调节每个散热末端的测试模块400的散热 功率；乃至于当某一测试模块400需要加热，而其他测试模块400需要散热时，可以通过控 制测试模块400对应的热交换装置的状态，实现对个别测试模块400的加热或散热状态的切 换。

特别地，传统的单机模式的散热系统在设计时，所有相同层级的测试夹具都会重复预留 一定安全率的超额散热功率，无法将相同层级的其他的散热功率统筹利用起来，造成严重的 过度散热设计。而且，由于各测试夹具的散热系统都是独立工作，如果其中某个测试夹具散 热系统失效，也无法通过调用其他相同层级的测试夹具的散热系统替代；而本实施例的温控 测试系统，在散热时，由于多个第二循环模组均从第一循环模组200获取冷量，各个第二循 环模组可以根据散热功率从第一循环模组200获取合适的冷量，因此只需在第一循环模组200 上统一设计冗余即可，无需在每个第二循环模组当中单独设计冗余，有效提高散热效率，减 少冗余过度设计。

特别地，当某个测试模块400对应地热交换装置失效时，该测试模块400对应地第二循 环模组依然能够从第一循环模组200获取冷量，用于测试模组的散热。

可以理解，第一循环模组200和第二循环模组均为介质循环模组，其通过水或其他散热 介质的流动来传递热量；而第二循环模组可以通过多种方式与第一循环模组200进行热量交 换；例如在第一循环模组200当中设置换热器，使得多个第二循环模组与该换热器换热；或 者也可以在第一循环模组200当中设置汇流模组与分配模组，汇流模组用于汇集所有第二循 环模组的散热介质，分配模组用于将散热后的介质分配回每个第二循环模组当中。

具体地，如图3、图7所示，第一循环模组200包括：第一汇流装置330，设置在基座100上；散热器320，设置在基座100上，散热器320与第一汇流装置330连通；第二汇流装 置340，设置在基座100上，第二汇流装置340与散热器320连通；多个第二循环模组均与 第一汇流装置330和第二汇流装置340连通，传热介质在第一汇流装置330、散热器320、第 二汇流装置340以及多个第二循环模组之间循环；其中，散热器320具有多个微型流道，传 热介质通过各个微型流道与外界环境换热。

如图6所示，第二循环模组包括：第一比例阀210，与第一汇流装置330连通；翅片组件230，设置在热交换装置上；传热介质能够依次流过第一汇流装置330、第一比例阀210、翅片组件230和第二汇流装置340；在此，传热介质在吸收测试模块400的热量后，通过第 一汇流装置330进入到散热器320，在散热器320处散热降温后，通过第二汇流装置340分 配后，流动至各个第二循环模组当中与测试模块400进行换热，循环往复。

具体地，在本实施例当中，每一个测试模块400均放置在一个测试夹具框架当中，每个 测试夹具框架中内置有半导体换热组件240和翅片组件230，翅片组件230两端的介质管路 分别通过快拆接头连接第一比例阀210和第二比例阀220；当测试结束后，可以断开两个快 拆接头，然后将测试夹具框架整体取出；此时，测试夹具框架内部的管路仅残留少量传热介 质，其短路风险较低。

具体地，第一汇流装置330和第二汇流装置340均设置有用于驱动传热介质流动的循环 泵；也即第一汇流装置330和第二汇流装置340都内置有水泵模块，用于增加介质循环效率； 另外将水泵组件集成到汇流装置上的做法，能够一定程度上保证每一套第二循环模组的初始 介质流动速度一致，有利于从初始状态开始分析各个第二循环模组内部的工况需求。

为了根据测试模块400的发热情况，合理调节换热功率，第二循环模组包括：第一比例 阀210，与第一汇流装置330连通；翅片组件230，设置在热交换装置上；传热介质能够依次 流过第一汇流装置330、第一比例阀210、翅片组件230和第二汇流装置340；在此，翅片组 件230上设置有多个翅片，用于增大传热介质与翅片组件230的接触面积，提高换热效率； 而第一比例阀210能够通过控制开度，来控制流经翅片组件230的传热介质的流量，以此来 调节每个第二循环回路的介质散热功率。

如图7所示，第二循环模组还包括第二比例阀220，传热介质能够依次流过第一汇流装 置330、第一比例阀210、翅片组件230、第二比例阀220和第二汇流装置340；在每个第二 循环模组当中，第一比例阀210和第二比例阀220分别在翅片组件230的两端进行节流控制， 相对于仅设置单个比例阀的情况能够更好地保证水流均匀流畅。

如图1所示，第一循环模组200还包括设置在散热器320上的散热风机310，散热风机 310用于加速散热器320表面的空气流动；其中，散热风机310可以采用现有技术当中常用 的风机，用来加速散热器320的空气流动，提高散热效率；其中，为了保证散热器320各个位置的散热效率，可以采用多个轴流风机分布在散热器320表面的方式，加速散热器320各个位置的空气流动速度，进一步提高散热效率。

如图6所示，热交换装置包括半导体换热组件240，半导体换热组件240设置在测试模 块400与第二循环模组之间；根据帕尔贴效应的相关原理，半导体换热元件的热量传递方向 由电流方向决定，因此只需控制半导体换热元件的电流方向，即可控制其热量传递方向；同 时相比于热泵系统而言，半导体换热元件的体积小，控制方便，能够比较快捷的切换热量传 递方向。

具体地，热交换装置还包括导热台250，导热台250设置在半导体换热组件240与测试 模块400之间；其中，半导体换热组件240通过导热台250与测试模块400交换热量。

为了加强导热台250与测试模块400之间的换热效率，热交换装置还包括设置在导热台 250和测试模块400之间的导热片260；其中，导热片260能够均匀填满导热台250和测试模 块400之间的缝隙，降低热阻，提高导热效果；其中，导热片260可以采用现有技术当中常 用的金属铟，也可以采用硅脂等材料制作。

需要注意的是，本实施例的温控测试系统是用于对测试模块400进行工作时的温度测试 的，并不意味着测试模块400属于温控测试系统的一部分。

本实施例第二方面的温控测试方法，运用上述温控测试系统对测试模块400进行测试， 其测试方法包括如下过程：S100、检测第k个测试模块400的实际温度Ak，当Ak与该测试 模块400的要求测试温度Bk满足Ak＜Bk时，控制第k个热交换装置，将热量从第k个第二循环模组传递给第k个测试模块400；S200、检测Ak，当Ak＞Bk时，开启第一循环模组200 和第k个第二循环模组，同时控制第k个热交换装置，将热量从第k个测试模块400传递给 第k个第二循环模组。

在测试过程当中，对所有测试模块400的实际工作温度A1至An进行检测，当Ak＜Bk时， 为了尽快让测试模块400达到要求测试温度，需要控制热交换装置对测试模块400进行加热； 当Ak＞Bk时，热交换装置将芯片的热量传递至第二循环模组，多个第二循环模组将热量传递 至第一循环模组200，由第一循环模组200向环境散热；在此过程当中，可以通过测试模块 400的SOC内置的温度探头检测Ak,也可以通过单独设置的温度探头检测Ak.

值得注意的是，在本实施例的测试方法当中，步骤标号的大小并不意味着步骤的先后， 也即S200并不一定要在S100之后执行。

当Ak＜Bk时，为了加速测试模块400的升温速度，在步骤S100当中，每间隔指定时间 t后执行如下步骤：当Ak＜Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk；也即每间隔指 定时间t就增加半导体换热元件的工作功率Wk；其中指定时间t可以根据实际情况灵活确定， 优选为0.5s；而在每个时段内Wk的功率增加值也可以灵活确定，例如每个时段增加0.5w的 功率；直至Ak＝Bk时，维持Wk不变，使得该测试模块400处于动态平衡的过程。

由于在每个第二循环回路当中均设置有第一比例阀210，因此可以控制第一比例阀210 的开度，调整散热功率，使得第二循环回路的散热功率更加匹配该半导体换热元件的工作功 率以及芯片的发热功率，具体方法为：在步骤S200当中，开启第一汇流装置330的循环泵和 第二汇流装置340的循环泵，第k个第一比例阀210的比例Pk1满足：

其中：

CK＝|Ak-Bk|；

在此，Ck为第k个测试模块400中Ak和Bk差值的绝对值，Pk1的比例值根据Ck与所有测试模块400当中CK值的总和的比值来确定；如单个第二循环回路当中同时存在第一比例阀 210和第二比例阀220时，第一比例阀210和第二比例阀220的开度相等，也即在步骤S200当中，第k个第二比例阀220的比例Pk2满足Pk2＝Pk1。

在步骤S200当中，每间隔指定时间t后执行如下步骤：当Ak＞Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk；也即在Ak＞Bk时，每间隔指定时间就增加Wk，提高对于芯片的散热功率，使得该测试模块400的工作温度Ak尽快靠拢Bk；直到Ak＝Bk时，维持Wk不变， 维持芯片散热的动态平衡。

本实施例第三方面，由于多个第二循环模组均与第一循环模组200换热，相同层级的测 试模块400的测试数据可以共享对比分析，可通过各测试模块400散热数据的离散分析，提 前预判出某个单闭环散热失效，从而及时停机保养；因此，本实施例还可以给出一种温控测 试方法，温控测试系统对测试模块400进行测试并判断某个散热系统是否失效，其包括步骤 S300，步骤S300包括：检测Ak，当Ak满足Ak>A0*120％时，判断第k个散热系统失效；其中 A0满足以下公式:

当Ak满足Ak>A0*120％时，即可判断第k个测试模块400对应的散热系统失效，便于及 时停机保养。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技 术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变 化。

Claims (17)

1.一种温控测试系统，其特征在于，包括：

基座(100)；

第一循环模组(200)，设置在所述基座(100)上，所述第一循环模组(200)能够与外部环境换热；

多个第二循环模组，设置在所述基座(100)上，多个所述第二循环模组均能够与所述第一循环模组(200)换热；

多个热交换装置，设置在所述基座(100)上，每个所述热交换装置均设置在一个第二循环模组与一个测试模块(400)之间，所述热交换装置能够将热量在所述测试模块(400)和所述第二循环模组之间主动传递。

2.根据权利要求1所述的温控测试系统，其特征在于，所述第一循环模组(200)包括：

第一汇流装置(330)，设置在所述基座(100)上；

散热器(320)，设置在所述基座(100)上，所述散热器(320)与所述第一汇流装置(330)连通；

第二汇流装置(340)，设置在所述基座(100)上，所述第二汇流装置(340)与所述散热器(320)连通；

多个所述第二循环模组均与所述第一汇流装置(330)和所述第二汇流装置(340)连通，传热介质在所述第一汇流装置(330)、所述散热器(320)、所述第二汇流装置(340)以及多个第二循环模组之间循环。

3.根据权利要求2所述的温控测试系统，其特征在于，所述第二循环模组包括：

第一比例阀(210)，与所述第一汇流装置(330)连通；

翅片组件(230)，设置在所述热交换装置上；

所述传热介质能够依次流过所述第一汇流装置(330)、所述第一比例阀(210)、所述翅片组件(230)和所述第二汇流装置(340)。

4.根据权利要求3所述的温控测试系统，其特征在于，所述第二循环模组还包括第二比例阀(220)，所述传热介质能够依次流过所述第一汇流装置(330)、所述第一比例阀(210)、所述翅片组件(230)、所述第二比例阀(220)和所述第二汇流装置(340)。

5.根据权利要求2所述的温控测试系统，其特征在于，所述第一汇流装置(330)和所述第二汇流装置(340)均设置有用于驱动所述传热介质流动的循环泵。

6.根据权利要求2所述的温控测试系统，其特征在于，所述第一循环模组(200)还包括设置在所述散热器(320)上的散热风机(310)，所述散热风机(310)用于加速所述散热器(320)表面的空气流动。

7.根据权利要求1所述的温控测试系统，其特征在于，所述热交换装置包括半导体换热组件(240)，所述半导体换热组件(240)设置在所述测试模块(400)与所述第二循环模组之间。

8.根据权利要求7所述的温控测试系统，其特征在于，所述热交换装置还包括导热台(250)，所述导热台(250)设置在所述半导体换热组件(240)与所述测试模块(400)之间。

9.根据权利要求8所述温控测试系统，其特征在于，所述热交换装置还包括设置在所述导热台(250)和所述测试模块(400)之间的导热片(260)。

10.一种温控测试方法，应用权利要求1所述的温控测试系统对测试模块(400)进行测试，温控测试系统包括n个第二循环模组，其特征在于，包括如下步骤：

S100、检测第k个测试模块(400)的实际温度Ak，当Ak与该测试模块(400)的要求测试温度Bk满足Ak＜Bk时，控制第k个热交换装置，将热量从第k个第二循环模组传递给第k个测试模块(400)；

S200、检测Ak，当Ak＞Bk时，开启第一循环模组(200)和第k个第二循环模组，同时控制第k个热交换装置，将热量从第k个测试模块(400)传递给第k个第二循环模组。

11.根据权利要求10所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S100当中，每间隔指定时间t后执行如下步骤：当Ak＜Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk。

12.根据权利要求11所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S100当中，当Ak＝Bk时，维持Wk不变。

13.根据权利要求10所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S200当中，当Ak＞Bk时，开启第一汇流装置(330)的循环泵和第二汇流装置(340)的循环泵，第k个第一比例阀(210)的比例Pk1满足：

其中：

CK＝|Ak-Bk|。

14.根据权利要求12所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S200当中，第k个第二比例阀(220)的比例Pk2满足Pk2＝Pk1。

15.根据权利要求10所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S200当中，每间隔指定时间t后执行如下步骤：当Ak＞Bk时，增加第k个半导体换热元件的工作功率Wk。

16.根据权利要求15所述的温控测试方法，其特征在于，在步骤S200当中，当Ak＝Bk时，维持Wk不变。

17.一种温控测试方法，应用权利要求1所述的温控测试系统对测试模块(400)进行测试，温控测试系统包括n个第二循环模组，其特征在于，包括如下步骤：

S300、检测第k个测试模块(400)的实际温度Ak，当Ak满足Ak>A0*120％时，判断第k个散热系统失效；其中A0满足以下公式:

Images