CN201138364Y - 一种高速电子温度特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速电子温度特性测试装置，包括测试盘、测试台、测试部、温度控制部、驱动部和计算机控制部，测试盘用于放置待测的电子元器件，测试盘位于测试台上，温度控制部与测试台连接，用于控制测试台的温度，测试部用于测试测试盘上待测电子元器件的温度特性，驱动部与测试部连接，用于驱动测试部在测试台上的移动，计算机控制部分别与测试部、温度控制部和驱动部连接，用于接收或发送信号。采用了本实用新型的技术方案，用一台装置代替多个温槽进行温度特性测试，提高了生产率，增加了作业灵活性，节省了作业面积，减小了测试成本。

Description

一种高速电子温度特性测试装置

技术领域

本实用新型涉及精密电子测试技术领域，尤其涉及一种高速电子温度特性测试装置。

背景技术

目前，公知公用的电子元器件的温度特性测试是通过温槽来进行。必须事先准备与要测温度相同个数的温槽，将被测电子元器件插入测试板后投入到设定为第一个测试温度的温槽中，测试完成后，由作业人员将测试板取出再投入到设定为第二个测试温度的温槽中进行测试，重复以上步骤直至最后一个测试温度的测试完成。此种测试方法首先由于经常需要作业人员的介入导致测试速度慢，产品生产率低；其次由于温槽体积庞大，实现一个简单的若干个温度测试点的温度特性测试需要若干台测试温槽，占用很大的作业面积，增加或减少温度测试点的情况下，需要频繁移动温槽或增减温槽数量，应用灵活性很低；第三由于需要多个温槽导致测试装置的成本较高，又因为每个温槽均要使用一套测试仪器，更增加了全套测试设备的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种高速电子温度特性测试装置，能够利用一台设备替代多个温槽进行温度特性测试，有效地加快了测试的速度，提高了产品生产率，减小了装置的体积，提高了设备的灵活性，降低了装置的成本。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速电子温度特性测试装置，包括测试盘、测试台、测试部、温度控制部、驱动部和计算机控制部，所述测试盘用于放置待测的电子元器件，所述测试盘位于所述测试台上，所述温度控制部与所述测试台连接，用于控制所述测试台的温度，所述测试部用于测试所述测试盘上待测电子元器件的温度特性，所述驱动部与所述测试部连接，用于驱动所述测试部在所述测试台上的移动，所述计算机控制部分别与所述测试部、温度控制部和驱动部连接，用于接收或发送信号。

所述测试部包括测试探针、测试电缆、测试电路和测试仪表，所述测试探针用于接触待测电子元器件的电极，所述测试仪表通过所述测试电缆获取待测电子元器件的信号。

所述驱动部包括两个机械臂、气缸和交流伺服电机，所述两个机械臂分为横向和纵向机械臂，位置相互垂直，所述交流伺服电机和所述机械臂连接，用于驱动所述机械臂，所述气缸位于所述纵向机械臂上，所述气缸上包括聚碳酸酯测试探针基座，用于安插所述测试探针。

所述温度控制部包括两个白金温度传感器、两个温度控制器、两块温度控制电路板、可调直流稳压电源、继电器、四个热电半导体制冷器和冷水循环机，所述两个白金温度传感器分别安装在所述测试台和所述测试盘接触面铝板上的两边，用于检测所述测试台两边的实际温度，所述两个温度控制器的输入端分别连接所述两个白金传感器，输出端分别连接所述两块温度控制电路板，用于将所述白金温度传感器测得的实际温度和目标温度之差发送给所述温度控制电路板，所述温度控制电路板与所述可调直流稳压电源连接，用于控制所述可调直流稳压电源的电流输出百分比，所述可调直流稳压电源的正负极输出端与所述继电器连接，所述继电器与串联在一起的所述四个热电半导体制冷器的正负极连接，用于控制所述四个热电半导体制冷器给所述测试台加热或者冷却，所述冷水循环机位于所述四个热电半导体制冷器的另一面，用于对所述四个热电半导体制冷器进行冷却。

所述冷水循环机包括冷却水槽，所述冷却水槽位于所述测试台下，所述冷却水槽包括铝制散热片，聚氨酯绝热材料和防冻液流入流出口。

所述计算机控制部包括计算机、温度控制器串口控制单元、I/O输入输出PCI卡、PCI运动控制卡和PCI GPIB卡，所述计算机通过所述温度控制器串口控制单元与所述温度控制器相接，所述计算机用于设定目标温度以及各项与温度控制有关的参数，并从所述温度控制器中读取实际温度及与温度控制有关的各项参数；所述计算机通过所述I/O输入输出PCI卡连接所述白金温度传感器、气缸，用于读取各设备的输入信息，通过输出信号控制设备的动作；所述计算机通过所述PCI运动控制卡控制所述交流伺服电机的运转、速度、位置以及加减速，读取所述交流伺服电机的位置编码、错误、限位信息；所述计算机通过所述PCI GPIB卡连接所述测量仪表，设置所述测量仪表的各项参数，通过所述测量仪表读取测试结果。

所述温度控制器串口控制单元包括RS232串口和RS232/485转换器，所述计算机通过所述RS232串口，经所述RS232/485转换器后与所述温度控制器相接。

采用了本实用新型的技术方案，采用一台装置代替多个温槽进行温度特性测试，提高了生产率，增加了作业灵活性，节省了作业面积，减小了测试成本。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中高速电子温度特性测试装置正面结构图；

图2是本实用新型具体实施方式中与温度控制相关单元的结构示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中冷却水槽的正面结构图；

图4是本实用新型具体实施方式中测试部的俯视结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1是本实用新型具体实施方式中高速电子温度特性测试装置正面结构图。

如图1所示，包括测试盘101、测试台102、温度控制部103、驱动部104、测试部105和计算机控制部106。

图2是本实用新型具体实施方式中与温度控制相关单元的结构示意图。如图2所示，温度控制部由白金温度传感器201、温度控制器202、温度控制电路板203、可调直流稳压电源204、继电器205、热电半导体制冷器206以及冷水循环机组成。

两只白金温度传感器分别插在测试台与测试盘接触面的铝板中，左右各一只，分别检测测试台左右两侧的实际温度。

两只白金温度传感器分别连接到两个温度控制器的信号输入端，温度控制器计算白金传感器测到的实际温度与目标温度的差，通过PID控制输出电流(4-20mA)至两块温度控制电路板。

温度控制电路接收由温度控制器传来的输入电流，将之转换为电压，温度控制电路板将输入电压通过放大及全波精密整形电路后输出0-6V电压至直流稳压电源的外部输入控制接口来控制直流稳压电源的电流输出的百分比。

直流稳压电源的正负极输出端经继电器后连接经串联后的4枚热电半导体制冷器的正负极，电流的方向由温度控制电路板控制。温度控制电路板将由温控器传来的输入电压与标准电压通过比较电路进行比较，输入电压大于标准电压时温度控制电路板的控制继电器线圈的电压不输出，直流稳压电源的电流经继电器后从热电半导体制冷器的正极流入负极流出，热电半导体制冷器对测试台进行加热；小于标准电压时温度控制电路板的控制继电器线圈的电压输出，继电器导通，直流稳压电源的电流经继电器后从热电半导体制冷器的负极流入正极流出，热电半导体制冷器对测试台进行冷却。

冷水循环机通过水管将防冻液泵入测试台下的冷却水槽中对热电半导体制冷器的反面进行冷却。图3是本实用新型具体实施方式中冷却水槽的正面结构图。如图3所示，冷却水槽采用铝制散热片301结构，加大防冻液的导热性，加强热电半导体制冷器的冷却能力。冷却水槽周围包有聚氨酯绝热材料302，保证外界环境不会影响热电半导体制冷器的冷却能力。

驱动部由两个机械臂及一个气缸组成。机械臂由交流伺服电机驱动，分为XY两方向。气缸安装在Y方向的机械臂上，气缸上安装有聚碳酸酯测试探针基座，基座上插有测试探针。通过机械臂在XY方向上的移动以及气缸的上下运动可移动测试探针至测试盘的任何部位，对盘中任意产品进行测试。

图4是本实用新型具体实施方式中测试部的俯视结构示意图。如图4所示，测试部由测试探针401、测试电缆402、测试电路及测量仪表构成。测试探针通过气缸驱动上下运动与被测产品的电极接触。被测产品发出的信号通过测试电缆传输到测量仪表中。

计算机控制部包括温度控制器串口控制单元、I/O输入输出PCI控制卡、PCI运动卡以及PCI GPIB卡。

计算机通过RS232串口，经RS232/485转换器后与温度控制器相接，可通过计算机设定目标温度以及各项与温度控制有关的参数并可以从温度控制器中读取实际温度及与温度控制有关的各项参数。

计算机通过I/O输入输出PCI卡连接装置的传感器、气缸等设备，读取各设备的输入信息，通过输出信号控制设备的动作。

计算机通过PCI运动控制卡连接交流伺服电机驱动器，控制电机的运转、速度、位置以及加减速，读取电机的位置编码、错误、限位信息等。

计算机通过PCI GPIB卡连接测量仪表，设置测量仪表的各项参数，通过测量仪表读取测试结果。

对于该种高速电子温度特性测试装置的使用，包括以下步骤：

1、作业人员将被测产品放入测试盘中。

2、启动装置，测试台温度被自动设定到第一个测试温度。

3、温度稳定后，机械臂带动测试探针至被测产品上方。

4、由气缸降下测试探针使之与被测产品的电极接触。

5、由连接在测试探针上的测量仪表读取测试结果。

6、气缸升起测试探针并由机械臂将其移动至下一个被测产品上方。

7、重复步骤4-6直至测试盘中的产品全部被测完。

8、测试台温度被自动设定到下一个测试温度。重复步骤3-7。

9、全部温度的测试完成后，装置报警提醒作业人员更换测试盘。

下面具体描述利用本装置对26MHz的TCXO温度补偿晶体振荡器在不同温度下的频率进行测试。

通过软件设定8个测试温度，25℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、40℃、65℃、80℃。冷却水循环机的水温事先设置为-15℃。

作业人员将待测的100个TCXO温度补偿晶体振荡器放入测试盘，并将测试盘放置于测试台上。启动装置后，测试台的目标温度被自动设定到25℃。两只插在测试台与测试盘接触面的铝板中的左右两只Pt100白金传感器，分别检测测试台左右两侧的实际温度。

信号输入端分别连接到两只白金传感器的两个温度控制器，计算白金传感器测到的实际温度与目标温度的差，通过PID控制输出电流(4-20mA)至两块温度控制电路板。

温度控制电路板将由温度控制器传来的4-20mA的输入电流，转换为电压1-5V的电压，并将此电压通过放大及全波精密整形电路后输出0-6V电压，输入到直流稳压电源的外部输入控制接口，由于直流稳压电源被事先设定为外部压控电流输出模式，且最大外部输入电压为10V，直流稳压电源的电流输出的百分比被控制到0％-60％(0-6A)之间。

直流稳压电源的正负极输出端的正极经继电器后连接到经串联后的4枚热电半导体制冷器的正极，负极连接到串联后的热电半导体致冷器的负极，电流的方向由温度控制电路板控制。温度控制电路板将由温控器传来的输入电压与3V电压通过比较电路进行比较，输入电压大于3V时温度控制电路板的连接继电器线圈负极的端口不输出电压，电流从直流稳压电源正极经继电器后由热电半导体制冷器的正极流入负极流出，热电半导体制冷器对测试台进行加热；小于3V时温度控制电路板的连接继电器线圈负极的端口输出0V电压，继电器导通，电流从直流稳压电源正极经继电器后由热电半导体制冷器的负极流入正极流出，热电半导体制冷器对测试台进行冷却。

温度稳定于后25℃后，机械臂带动测试探针至测试盘中第一个TCXO温度补偿晶体振荡器上方(各坐标位置已事先通过软件设定好)。4个探针固定于聚碳酸酯材料的测试探针基座上，基座固定于气缸上。由气缸降下测试探针使之与被测TCXO的4个电极接触。测试探针通过测试电缆连接到测量仪表上，由测量仪表读取25℃时的TCXO温度补偿晶体振荡器的频率。并通过软件记录此频率。

测试完成后，气缸升起测试探针并由机械臂将其移动至第二个TCXO温度补偿晶体振荡器上方。重复上面的步骤测试第二个TCXO在25℃时的频率并通过软件记录此频率。

待测试盘中所有的TCXO在25℃时的频率测完后，测试台温度被自动设定到-30℃，按照以上步骤对测试盘中所有的TCXO进行-30℃时的频率特性测试。

在测试-30℃、-20℃、-10℃等低温时，从冷水循环机中流入到测试台下的冷却水槽中的防冻液，对热电半导体制冷器的反面进行冷却，加强热电半导体制冷器的冷却能力。

-30℃的测试完成后，继续进行已设定的其他温度(-20℃、-10℃、0℃、40℃、65℃、80℃)时的各TCXO的频率特性测试。待80℃时的各TCXO的频率特性测试完成后，软件根据各温度时各TCXO温度补偿晶体振荡器的频率来计算并判定各TCXO为合格品还是不良品。最后，装置报警提醒作业人员更换测试盘。

以上，一次作业完成。

此装置的体积为600*700*1200mm(除去放置于装置顶部的显示器)。

此装置的升降温能力为，温度从常温25℃至最低温-30℃的降温时间为3分钟，其他温度时的升降温时间均为1分钟。

每个温度时测试每个TCXO的时间为0.4秒，全部8点温度测试完成的时间为升降温时间600秒+每个温度时测试每个TCXO的时间0.4秒*测试盘中TCXO个数100个*8点温度＝920秒。由于测试盘中有100个TCXO，每个TCXO的装置循环时间＝920秒/100个＝9.2秒。按一天工作20小时计算，此装置一天可对7826个TCXO进行8个温度点的频率特性测试。

通过使用Agilent数据采集器对此装置测试盘的4个角及中心共5个点的温度进行了测试，在-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃时5个点的温度差均在0.3℃之内。

以上的8点温度特性测试重复进行3次，对测试频率的再现性进行了评价，3次的再现性均在0.5ppm之内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，包括测试盘、测试台、测试部、温度控制部、驱动部和计算机控制部，所述测试盘用于放置待测的电子元器件，所述测试盘位于所述测试台上，所述温度控制部与所述测试台连接，用于控制所述测试台的温度，所述测试部用于测试所述测试盘上待测电子元器件的温度特性，所述驱动部与所述测试部连接，用于驱动所述测试部在所述测试台上的移动，所述计算机控制部分别与所述测试部、温度控制部和驱动部连接，用于接收或发送信号。

2、根据权利要求1所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述测试部包括测试探针、测试电缆、测试电路和测试仪表，所述测试探针用于接触待测电子元器件的电极，所述测试仪表通过所述测试电缆获取待测电子元器件的信号。

3、根据权利要求1所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述驱动部包括两个机械臂、气缸和交流伺服电机，所述两个机械臂分为横向和纵向机械臂，位置相互垂直，所述交流伺服电机和所述机械臂连接，用于驱动所述机械臂，所述气缸位于所述纵向机械臂上，所述气缸上包括聚碳酸酯测试探针基座，用于安插所述测试探针。

4、根据权利要求1所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述温度控制部包括两个白金温度传感器、两个温度控制器、两块温度控制电路板、可调直流稳压电源、继电器、四个热电半导体制冷器和冷水循环机，所述两个白金温度传感器分别安装在所述测试台和所述测试盘接触面铝板上的两边，用于检测所述测试台两边的实际温度，所述两个温度控制器的输入端分别连接所述两个白金传感器，输出端分别连接所述两块温度控制电路板，用于将所述白金温度传感器测得的实际温度和目标温度之差发送给所述温度控制电路板，所述温度控制电路板与所述可调直流稳压电源连接，用于控制所述可调直流稳压电源的电流输出百分比，所述可调直流稳压电源的正负极输出端与所述继电器连接，所述继电器与串联在一起的所述四个热电半导体制冷器的正负极连接，用于控制所述四个热电半导体制冷器给所述测试台加热或者冷却，所述冷水循环机位于所述四个热电半导体制冷器的另一面，用于对所述四个热电半导体制冷器进行冷却。

5、根据权利要求4所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述冷水循环机包括冷却水槽，所述冷却水槽位于所述测试台下，所述冷却水槽包括铝制散热片，聚氨酯绝热材料和防冻液流入流出口。

6、根据权利要求1所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述计算机控制部包括计算机、温度控制器串口控制单元、I/O输入输出PCI卡、PCI运动控制卡和PCI GPIB卡，所述计算机通过所述温度控制器串口控制单元与所述温度控制器相接，所述计算机用于设定目标温度以及各项与温度控制有关的参数，并从所述温度控制器中读取实际温度及与温度控制有关的各项参数；所述计算机通过所述I/O输入输出PCI卡连接所述白金温度传感器、气缸，用于读取各设备的输入信息，通过输出信号控制设备的动作；所述计算机通过所述PCI运动控制卡控制所述交流伺服电机的运转、速度、位置以及加减速，读取所述交流伺服电机的位置编码、错误、限位信息；所述计算机通过所述PCI GPIB卡连接所述测量仪表，设置所述测量仪表的各项参数，通过所述测量仪表读取测试结果。

7、根据权利要求6所述的一种高速电子温度特性测试装置，其特征在于，所述温度控制器串口控制单元包括RS232串口和RS232/485转换器，所述计算机通过所述RS232串口，经所述RS232/485转换器后与所述温度控制器相接。

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