RU2610052C1 - Test object thermal stabilisation apparatus - Google Patents

Test object thermal stabilisation apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2610052C1
RU2610052C1 RU2015154463A RU2015154463A RU2610052C1 RU 2610052 C1 RU2610052 C1 RU 2610052C1 RU 2015154463 A RU2015154463 A RU 2015154463A RU 2015154463 A RU2015154463 A RU 2015154463A RU 2610052 C1 RU2610052 C1 RU 2610052C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
temperature
conducting plate
test object
modules
Prior art date
Application number
RU2015154463A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Сергеевич Анашин
Николай Николаевич Матюгин
Александр Сергеевич Бакеренков
Александр Сергеевич Родин
Владислав Александрович Фелицын
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Объединенная ракетно-космическая корпорация" (ОАО "ОРКК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Объединенная ракетно-космическая корпорация" (ОАО "ОРКК") filed Critical Открытое акционерное общество "Объединенная ракетно-космическая корпорация" (ОАО "ОРКК")
Priority to RU2015154463A priority Critical patent/RU2610052C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610052C1 publication Critical patent/RU2610052C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/38Cooling arrangements using the Peltier effect

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics, instrument-making.
SUBSTANCE: invention relates to electronics and is used to set temperature of integrated microcircuits when testing for resistance to effect of heavy charged particles in vacuum chambers. The apparatus includes a heat-conducting plate for placing a printed-circuit board with a test object, two thermoelectric modules, a cooling unit and two temperature sensors, one of which is placed on the heat-conducting plate, a control unit connected to the modules, temperature sensors and cooling unit. The cooling unit comprises a radiator with fans and a water unit, connected by pipelines through a pump to the radiator. The first and second thermoelectric modules are installed in series between the heat-conducting plate and the water unit. The pipelines are equipped with quick-disconnect airtight valves. The second temperature sensor is placed on the surface of the water unit on the side of the second thermoelectric module.
EFFECT: invention widens the operating temperature range radiation tests of integrated microcircuits, reduces the cost of testing microcircuits due to lower time costs.
3 cl, 2 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электроники и используется для задания температуры интегральных микросхем при испытаниях на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) в вакуумных камерах.The invention relates to the field of electronics and is used to set the temperature of integrated circuits in tests for resistance to heavy charged particles (TZZ) in vacuum chambers.

По классификации установка термостабилизации объекта испытаний относится к классу электронных приборов для автоматизации научных исследований и предназначена для стабилизации температуры интегральных микросхем посредством управления мощностью нагревателя с целью достижения уровня температуры, заданного пользователем.According to the classification, the thermal stabilization installation of the test object belongs to the class of electronic devices for the automation of scientific research and is intended to stabilize the temperature of integrated circuits by controlling the power of the heater in order to achieve the temperature level set by the user.

Известен двухкамерный термоэлектрический термостат, содержащий полупроводниковые термоэлектрические модули, две охлаждаемые камеры и теплообменник, состоящий из радиаторов, обдуваемых воздушным потоком, сформированным вентилятором [Патент РФ 2441703, кл. B01L 7/00, опубл. 10.02.2012].Known two-chamber thermoelectric thermostat containing semiconductor thermoelectric modules, two chilled chambers and a heat exchanger consisting of radiators blown by an air stream formed by a fan [RF Patent 2441703, cl. B01L 7/00, publ. 02/10/2012].

Недостатком известного термостата является невозможность его использования в условиях вакуума ускорителя, поскольку в данном случае отсутствует конвективный теплообмен, необходимый для корректной работы устройства.A disadvantage of the known thermostat is the inability to use it under vacuum conditions of the accelerator, since in this case there is no convective heat transfer necessary for the correct operation of the device.

Также известен термостат жидкостной циркуляционный серии LOIP LT-400, предназначенный для точного поддержания температуры как в ванне, так и во внешнем контуре замкнутого типа и содержащий интеллектуальную систему управления LOIP-ATC, производительный нагнетающий насос, графический дисплей, змеевик, нагревательный элемент, разъем для подключения внешнего термодатчика, двунаправленный интерфейс RS-232 [Каталог ЗАО «ЛОИП» «Лабораторное оборудование и приборы», стр. 18. На сайте производителя http://loip.r u /upload/iblock/ f 3 9/pribory-loip.pdf.].Also known is the LOIP LT-400 series liquid circulation thermostat, designed to accurately maintain temperature both in the bathtub and in the closed loop and containing the intelligent LOIP-ATC control system, high-pressure pump, graphic display, coil, heating element, connector for connection of an external temperature sensor, bidirectional RS-232 interface [Laboratory equipment and instruments catalog of LOIP CJSC, page 18. On the manufacturer’s website http: //loip.r u / upload / iblock / f 3 9 / pribory-loip. pdf. ].

Конвекционный теплообмен с окружающей средой для функционирования данного термостата не требуется.Convection heat exchange with the environment for the operation of this thermostat is not required.

Однако данный термостат жидкостной циркуляционный серии LOIP LT-400 имеет ряд недостатков:However, this LOIP LT-400 series liquid circulation thermostat has several disadvantages:

- длительное время выхода на заданный температурный режим, что связано с необходимостью прогрева теплоносителя. Время переходного процесса значительно превосходит время откачки вакуумной камеры, что увеличивает временные и финансовые затраты на проведение радиационных испытаний;- a long time to reach a predetermined temperature regime, which is associated with the need for heating the coolant. The time of the transition process significantly exceeds the pumping time of the vacuum chamber, which increases the time and financial costs of conducting radiation tests;

- большая потребляемая мощность и громоздкость конструкции, создающая неудобства при серийном проведении радиационных испытаний;- large power consumption and bulkiness of the structure, creating inconvenience in the serial conduct of radiation tests;

- необходимость конструктивного совмещения циркуляционного контура устройства с вакуумной камерой ускорителя с решением соответствующих задач герметизации теплоносителя в контуре.- the need for a constructive combination of the circulation circuit of the device with the vacuum chamber of the accelerator with the solution of the corresponding tasks of sealing the coolant in the circuit.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка термостабилизации объекта испытаний, включающая теплопроводящую пластину для размещения печатной платы с объектом испытаний, два термоэлектрических модуля, блок охлаждения и два датчика температуры, один из которых расположен на теплопроводящей пластине, блок управления, соединенный с модулями, датчиками температуры и блоком охлаждения, при этом последний содержит радиатор с вентилятором [Бакеренков А.С., Беляков В.В., Варламов Н.В., Никитин A.M., Першенков B.C., Шуренков В.В., Волкодаев Е.С., Ермоленко Т.С. Система задания и контроля температуры при экспериментах на циклотроне по исследованию одиночных сбоев в микросхемах. Ядерная физика и инжиниринг. 2011. Т. 2. №6. С. 502]. Установка разработана для применения в вакуумных камерах ускорителей.Closest to the proposed invention is the installation of thermal stabilization of the test object, including a heat-conducting plate for placing a printed circuit board with the test object, two thermoelectric modules, a cooling unit and two temperature sensors, one of which is located on the heat-conducting plate, a control unit connected to the modules, temperature sensors and a cooling unit, while the latter contains a radiator with a fan [Bakerenkov AS, Belyakov VV, Varlamov NV, Nikitin AM, Pershenkov BC, Shurenkov VV, V olkodaev E.S., Ermolenko T.S. The system of setting and temperature control during experiments at the cyclotron to study single failures in microcircuits. Nuclear physics and engineering. 2011. T. 2. No. 6. S. 502]. The installation is designed for use in vacuum chambers of accelerators.

Применяемый способ термостабилизации основан на балансе процессов нагрева облучаемой микросхемы от локального тепловыделяющего элемента (нагревателя) и отвода тепла за пределы вакуумной камеры через блок охлаждения.The applied method of thermal stabilization is based on the balance of the processes of heating the irradiated microcircuit from the local heat-generating element (heater) and heat removal outside the vacuum chamber through the cooling unit.

Известная установка термостабилизации имеет следующие недостатки:Known installation of thermal stabilization has the following disadvantages:

установка имеет ограниченный рабочий диапазон температур и не может обеспечивать температуру интегральных микросхем при испытаниях ниже чем 25°C. Это не позволяет охватить весь температурный диапазон, в котором используются испытываемые микросхемы;the unit has a limited operating temperature range and cannot provide the temperature of integrated circuits during tests lower than 25 ° C. This does not allow to cover the entire temperature range in which the tested chips are used;

время охлаждения оборудования термостабилизации при смене температурного режима достаточно велико, что приводит к увеличению временных и финансовых затрат на проведение испытаний. Переход с температуры 125°C (верхняя граница рабочего диапазона) на 25°C (нижняя граница рабочего диапазона) длится 30 мин.the cooling time of thermostabilization equipment when changing the temperature regime is quite long, which leads to an increase in time and financial costs for testing. The transition from a temperature of 125 ° C (upper limit of the operating range) to 25 ° C (lower limit of the operating range) lasts 30 minutes.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение рабочего температурного диапазона проведения радиационных испытаний интегральных микросхем при одновременном снижении стоимости испытаний микросхем за счет уменьшения временных затрат.The technical task of the invention is to expand the operating temperature range for conducting radiation tests of integrated circuits while reducing the cost of testing circuits by reducing time costs.

Указанная задача решается тем, что в установке термостабилизации объекта испытаний, включающей теплопроводящую пластину для размещения печатной платы с объектом испытаний, два термоэлектрических модуля, блок охлаждения и два датчика температуры, один из которых расположен на теплопроводящей пластине, блок управления, соединенный с модулями, датчиками температуры и блоком охлаждения, при этом последний содержит радиатор с вентиляторами, блок охлаждения снабжен водоблоком, соединенным магистралями через насос с радиатором, первый и второй термоэлектрические модули установлены последовательно между теплопроводящей пластиной и водоблоком, магистрали снабжены быстроразъемными герметичными клапанами, при этом второй датчик температуры расположен на поверхности водоблока со стороны второго термоэлектрического модуля.This problem is solved by the fact that in the installation of thermal stabilization of the test object, including a heat-conducting plate for placing a printed circuit board with the test object, two thermoelectric modules, a cooling unit and two temperature sensors, one of which is located on the heat-conducting plate, a control unit connected to the modules, sensors temperature and cooling unit, while the latter contains a radiator with fans, the cooling unit is equipped with a water block connected by highways through a pump with a radiator, the first and W swarm thermoelectric modules are arranged in series between the thermally conductive plate and the water-block, line provided with quick-tight valves, the second temperature sensor is disposed on the surface of the water block from the second thermoelectric module.

Предпочтительно в качестве датчиков температуры использовать терморезисторы.It is preferable to use thermistors as temperature sensors.

Целесообразно теплопроводящую пластину выполнить из меди.Advantageously, the heat-conducting plate is made of copper.

Для расширения рабочего диапазона температур разработана система термостатирования на основе термоэлектрических модулей с системой жидкостного теплоотвода.To expand the operating temperature range, a temperature control system based on thermoelectric modules with a liquid heat sink system has been developed.

Каждый термоэлектрический модуль может работать как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения в зависимости от полярности питающего напряжения, от которого зависит холодопроизводительность или нагревательная мощность.Each thermoelectric module can operate both in heating mode and in cooling mode, depending on the polarity of the supply voltage, on which the cooling capacity or heating power depends.

Использование термоэлектрических модулей в качестве нагревательных элементов вместо транзисторов (как прототипе) позволяет избавиться от радиационной уязвимости нагревателя. Это связано с тем, что биполярные транзисторы подвержены деградации под действием ионизирующих излучений, а термоэлектрические модули практически не восприимчивы к радиационному воздействию. Данное свойство особенно важно, поскольку установка термостабилизации предназначена для применения при радиационных испытаниях интегральных микросхем. Прототип использовался на ускорителях с достаточно низкой энергией частиц, поэтому радиационной деградации нагревательных транзисторов не наблюдалось. Однако, если использовать установку на ускорителе сверхвысоких энергий или на изотопной установке для радиационных испытаний, деградация нагревательных транзисторов будет значительна. Таким образом, использование термоэлектрических модулей вместо транзисторов позволяет обеспечить универсальность применения новой установки термостабилизации.The use of thermoelectric modules as heating elements instead of transistors (as a prototype) allows you to get rid of the radiation vulnerability of the heater. This is due to the fact that bipolar transistors are subject to degradation under the action of ionizing radiation, and thermoelectric modules are practically not susceptible to radiation exposure. This property is especially important, since the thermal stabilization unit is intended for use in radiation tests of integrated circuits. The prototype was used on accelerators with a fairly low particle energy, therefore, radiation degradation of heating transistors was not observed. However, if you use the installation on an ultra-high energy accelerator or on an isotope installation for radiation tests, the degradation of heating transistors will be significant. Thus, the use of thermoelectric modules instead of transistors allows us to ensure the universality of the use of the new thermal stabilization unit.

Использование в качестве датчиков температуры терморезисторов в отличие от микросхем (как в прототипе), также практически не восприимчивых к радиационному воздействию, также позволяет существенно расширить область применения нового термоустройстваThe use of temperature sensors as temperature sensors, unlike microcircuits (as in the prototype), which are also practically not susceptible to radiation exposure, also allows you to significantly expand the scope of the new thermal device

Термостабилизация осуществляется посредством управления питающим напряжением термоэлектрических модулей в соответствии с показаниями датчика температуры, расположенного на теплопроводящей пластине и имеющего хороший тепловой контакт с испытываемой микросхемой. Тепловой контакт обеспечивается за счет теплопроводящей пластины, которая имеет минимально возможную теплоемкость, что позволяет уменьшить время перехода установки между различными температурными режимами как при нагреве, так и при охлаждении.Thermal stabilization is carried out by controlling the supply voltage of thermoelectric modules in accordance with the readings of a temperature sensor located on a heat-conducting plate and having good thermal contact with the chip under test. Thermal contact is ensured by a heat-conducting plate, which has the lowest possible heat capacity, which allows to reduce the installation transition time between different temperature conditions both during heating and cooling.

На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема установки термостабилизации.In FIG. 1 shows a structural and functional diagram of a thermal stabilization installation.

На фиг. 2 - зависимость температуры медной пластины, температуры датчика тестовой платы и водоблока от времени.In FIG. 2 - time dependence of the temperature of the copper plate, the temperature of the sensor of the test board and the water block.

Установка термостабилизации объекта испытаний состоит из следующих блоков и узлов.Installation of thermal stabilization of the test object consists of the following blocks and nodes.

Установка включает теплопроводяшую пластину 1 для размещения печатной платы 2 с объектом испытаний 3, первый термоэлектрический модуль 4 и второй термоэлектрический модуль 5, установленные последовательно после пластины 1. Пластина 1 выполнена из меди. Она обеспечивает тепловой контакт термоэлектрических модулей 4 и 5 с облучаемым объектом испытаний 3, например интегральной микросхемой, установленной на печатной плате 2.The installation includes a heat-conducting plate 1 for accommodating a printed circuit board 2 with the test object 3, the first thermoelectric module 4 and the second thermoelectric module 5 installed in series after the plate 1. Plate 1 is made of copper. It provides thermal contact of thermoelectric modules 4 and 5 with the irradiated test object 3, for example, an integrated circuit mounted on a printed circuit board 2.

Установка содержит блок охлаждения, состоящий из радиатора 6, вентиляторов 7, водоблока 8, соединенных магистралями 9 и 10 через насос 11 с радиатором 7. Магистрали 9 и 10 снабжены быстроразъемными герметичными клапанами 12 и 13 соотвественно.The installation comprises a cooling unit, consisting of a radiator 6, fans 7, a water block 8 connected by highways 9 and 10 through a pump 11 to a radiator 7. Highways 9 and 10 are equipped with quick-disconnect tight valves 12 and 13, respectively.

Установка включает датчики температуры, первый внешний 14 из которых расположен на печатной плате 2 в непосредственной близости от объекта испытания 3 для контроля качества теплового контакта между пластиной 1 и объектом испытаний 3, второй 15 - на теплопроводящей пластине 1, третий 16 - на поверхности водоблока 8 со стороны второго термоэлектрического модуля 5. В качестве датчиков температуры использованы терморезисторы.The installation includes temperature sensors, the first external 14 of which is located on the circuit board 2 in the immediate vicinity of the test object 3 to control the quality of thermal contact between the plate 1 and the test object 3, the second 15 on the heat-conducting plate 1, the third 16 on the surface of the water block 8 from the side of the second thermoelectric module 5. Thermistors are used as temperature sensors.

Установка содержит блок управления 17, соединенный с модулями 4 и 5, датчиками температуры 14, 15 и 16, насосом 11 и вентиляторами 7 блока охлаждения.The installation comprises a control unit 17 connected to modules 4 and 5, temperature sensors 14, 15 and 16, a pump 11 and fans 7 of the cooling unit.

Электропитание и управление насосом 11 и вентиляторами 7 осуществляют блоком управления 17 через кабель, имеющий три ветви: ветви 18, 19 вентиляторов 7 и ветвь 20 насоса 11.Power supply and control of the pump 11 and the fans 7 is carried out by the control unit 17 through a cable having three branches: branches 18, 19 of the fans 7 and the branch 20 of the pump 11.

Теплопроводящая пластина 1 и термоэлектрические модули 4 и 5 подключены к блоку управления 17 через кабель 21, вакуумный разъем 22 и внутренний кабель 23, имеющий четыре ветви: ветвь теплопроводящей пластины 1, ветвь первого термоэлектрического модуля 4, ветвь второго термоэлектрического модуля 5 и ветвь подключения внешнего датчика температуры 14.The heat-conducting plate 1 and thermoelectric modules 4 and 5 are connected to the control unit 17 through a cable 21, a vacuum connector 22 and an internal cable 23 having four branches: a branch of the heat-conducting plate 1, a branch of the first thermoelectric module 4, a branch of the second thermoelectric module 5, and an external connection branch temperature sensor 14.

Электропитание блока управления 17 осуществляют источником 24 постоянного напряжения 12 В мощностью 75 Вт через силовой кабель 25, а также регулируемым источником напряжения 26 через силовой кабель 27.The power supply to the control unit 17 is carried out by a source 24 of a constant voltage of 12 V with a power of 75 W through a power cable 25, and also by an adjustable voltage source 26 through a power cable 27.

Управление установкой термостабилизации производится пользователем с помощью компьютера 28, который подключен к блоку управления 17 через последовательный СОМ-порт с помощью кабеля 29.The thermal stabilization installation is controlled by the user using a computer 28, which is connected to the control unit 17 through a serial COM port using a cable 29.

Перед использованием функциональные блоки установки термостабилизации соединяются в следующей последовательности.Before use, the functional blocks of the thermal stabilization unit are connected in the following sequence.

Теплопроводящую пластину 1, термоэлектрические модули 4, 5 и водоблок 8 устанавливают последовательно, вместе с магистралями 9, 10 и быстроразъемными клапанами 12, 13 они входят в состав термостата, который устанавливают в вакуумную камеру 30 с фланцем 31.The heat-conducting plate 1, thermoelectric modules 4, 5 and the water block 8 are installed in series, together with highways 9, 10 and quick-release valves 12, 13 they are part of the thermostat, which is installed in the vacuum chamber 30 with the flange 31.

Магистрали 9, 10 через быстроразъемные клапаны 12 и 13 подключаются к фланцу 31, который соединен с радиатором 6 и насосом 11. В результате образуется замкнутый контур для прокачки воды. Поскольку до соединения обе части контура заполнены водой, заливать воду в контур при установке оборудования в вакуумную камеру 30 не требуется. Также не требуется сливать воду при демонтаже оборудования из вакуумной камеры 30 по окончании использования. После замыкания водяного контура фланец 31 герметично закрепляют на поверхности вакуумной камеры 30. Далее остальные функциональные блоки соединяют между собой согласно фиг. 1 и подключают к сетевому электропитанию.Highways 9, 10 through quick-release valves 12 and 13 are connected to the flange 31, which is connected to the radiator 6 and pump 11. As a result, a closed loop is formed for pumping water. Since before the connection both parts of the circuit are filled with water, it is not necessary to fill the water into the circuit when installing the equipment in the vacuum chamber 30. It is also not necessary to drain the water when dismantling the equipment from the vacuum chamber 30 at the end of use. After the water circuit is closed, the flange 31 is hermetically fixed to the surface of the vacuum chamber 30. Further, the remaining functional blocks are interconnected according to FIG. 1 and connect to mains power.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

После включения установки пользователь с помощью компьютера 28 устанавливает температуру в градусах по шкале Цельсия, которую должна обеспечить установка термостабилизации для проведения сеанса облучения. Компьютер 28 формирует код, соответствующий заданной температуре, и передает его через СОМ-порт по кабелю 29 в блок управления 17. Блок управления 17 считывает показания датчика температуры 15, расположенного на теплопроводящей пластине 1, через кабели 21, 23 и вакуумный разъем 22. Далее в блоке управления 17 осуществляется сравнение измеренной температуры и температуры, заданной пользователем, по результатам которого осуществляется коррекция мощности, подаваемой в первый термоэлектрический модуль 4. Описанный механизм обратной связи обеспечивает стабилизацию температуры теплопроводящей пластины 1 на уровне, заданном пользователем.After the installation is turned on, the user using the computer 28 sets the temperature in degrees Celsius, which the thermal stabilization unit must provide for the irradiation session. Computer 28 generates a code corresponding to the set temperature, and transmits it through the COM port via cable 29 to the control unit 17. The control unit 17 reads the temperature sensor 15 located on the heat-conducting plate 1 through cables 21, 23 and the vacuum connector 22. Next in the control unit 17, the measured temperature and the temperature set by the user are compared, the results of which are the correction of the power supplied to the first thermoelectric module 4. The described feedback mechanism provides t temperature stabilization heat conducting plate 1 at a level set by the user.

Для обеспечения термостабилизации в широком температурном диапазоне предусмотрена возможность использования термоэлектрических модулей 4, 5 в различных режимах работы в зависимости от температуры, заданной пользователем. Каждый модуль 4, 5 может работать в трех режимах: режим нагрева, режим охлаждения и пассивный режим. Переход из режима нагрева в режим охлаждения осуществляется изменением полярности тока питания модуля. Пассивный режим соответствует нулевому току, т.е. модуль отключается.To ensure thermal stabilization in a wide temperature range, it is possible to use thermoelectric modules 4, 5 in various operating modes depending on the temperature set by the user. Each module 4, 5 can operate in three modes: heating mode, cooling mode and passive mode. The transition from the heating mode to the cooling mode is carried out by changing the polarity of the power supply current of the module. Passive mode corresponds to zero current, i.e. the module is disconnected.

В таблице 1 приведены диапазоны температур, задаваемые пользователем и режимы работы термоэлектрических модулей, им соответствующие.Table 1 shows the temperature ranges specified by the user and the operating modes of thermoelectric modules corresponding to them.

Figure 00000001
Figure 00000001

Применение быстроразъемных герметичных клапанов 12, 13 позволило обеспечить удобство установки и демонтажа оборудования термостабилизации. В результате все перечисленные операции выполняются в течение нескольких минут, что позволяет значительно повысить производительность канала ускорителя при радиационных испытаниях.The use of quick-release tight valves 12, 13 made it possible to ensure the convenience of installation and dismantling of thermal stabilization equipment. As a result, all of the above operations are performed within a few minutes, which can significantly increase the performance of the accelerator channel during radiation tests.

Повышение производительности канала ускорителя позволяет снизить стоимость испытаний микросхем за счет уменьшения временных затрат.Improving the performance of the accelerator channel reduces the cost of testing chips by reducing time costs.

Использование термоэлектрических модулей 4, 5, установленных последовательно, позволило значительно расширить рабочий диапазон температур оборудования термостабилизации, поскольку управление каждым модулем реализовано независимо. В случае использования только одного модуля появляется большой «мертвый» диапазон температур вблизи температуры жидкости в теплоотводящем контуре, а также сильно увеличивается время установления температуры при приближении к границам «мертвого» диапазона. «Мертвый» диапазон исчезает при включении первого модуля 4 в режиме нагрева, а второго 5 - в режиме охлаждения.The use of thermoelectric modules 4, 5, installed in series, allowed to significantly expand the operating temperature range of thermostabilization equipment, since each module is independently controlled. In the case of using only one module, a large “dead” temperature range appears near the temperature of the liquid in the heat sink circuit, and the time to establish the temperature increases significantly when approaching the boundaries of the “dead” range. The “dead” range disappears when the first module 4 is turned on in heating mode, and the second 5 in cooling mode.

Стандартные двухкаскадные термоэлектрические сборки для выполнения данной задачи не пригодны, поскольку их каскады электрически соединяются последовательно, что не дает возможности использовать их в различных режимах.Standard two-stage thermoelectric assemblies are not suitable for this task, since their cascades are electrically connected in series, which makes it impossible to use them in various modes.

Время выхода оборудования термостабилизации на температурный режим, заданный пользователем, удалось снизить за счет уменьшения теплоемкости теплопроводящей медной пластины путем максимальной оптимизации ее размеров, а также благодаря оптимальному выбору границ температурных диапазонов переключения режимов термоэлектрических модулей. Время нагрева от комнатной температуры (25°C) до максимальной (125°C) в разработанном приборе составляет менее 3 мин, время охлаждения с 125°C до 25°C менее 5 мин, а процесс заморозки с 125°C до -40°C занимает не более 10 мин. Подтверждающие результаты экспериментальных испытаний разработанного оборудования на ускорителе У-400М приведены в примере.The time for the thermal stabilization equipment to reach the temperature set by the user was reduced by reducing the heat capacity of the heat-conducting copper plate by maximizing its size and also by optimally choosing the boundaries of the temperature ranges for switching the modes of thermoelectric modules. The heating time from room temperature (25 ° C) to maximum (125 ° C) in the developed device is less than 3 minutes, the cooling time from 125 ° C to 25 ° C is less than 5 minutes, and the freezing process from 125 ° C to -40 ° C takes no more than 10 minutes. The confirmatory results of experimental tests of the developed equipment at the U-400M accelerator are given in the example.

ПримерExample

Объектом испытаний являлась установка термостабилизации объекта испытаний. Установка термостабилизации объекта испытаний предназначена для задания температуры интегральных микросхем в вакуумной камере ускорителя при испытаниях на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц.The test object was the installation of thermal stabilization of the test object. The installation of thermal stabilization of the test object is designed to set the temperature of integrated circuits in the vacuum chamber of the accelerator when tested for resistance to heavy charged particles.

Установка термостабилизации и тестовая плата установки образцов исследуемых ИМС установлены в вакуумную камеру ускорителя У-400М.The thermal stabilization unit and the test board for installing samples of the studied ICs are installed in the vacuum chamber of the U-400M accelerator.

Блок управления установки термостабилизации подключен к персональному компьютеру с операционной системой Windows ХР. Воздух из вакуумной камеры откачан. Последовательно установлены значения: -40°С, -25°С, 85°С, 115°С, -40°C. Длительность каждого температурного режима при испытаниях была более 7 мин. Зависимости от времени при переходных процессах температуры теплопроводящей пластины 1, измеренной по датчику 15, температуры датчика 14 тестовой платы 2 и температуры водоблока 8 (горячая сторона), измеренной по датчику 16, представлены на фиг. 2.The thermal stabilization control unit is connected to a personal computer with the Windows XP operating system. The air from the vacuum chamber is evacuated. The values are set sequentially: -40 ° C, -25 ° C, 85 ° C, 115 ° C, -40 ° C. The duration of each temperature regime during the tests was more than 7 minutes. Depending on the time during transients, the temperature of the heat-conducting plate 1, measured by the sensor 15, the temperature of the sensor 14 of the test board 2 and the temperature of the water block 8 (hot side), measured by the sensor 16, are presented in FIG. 2.

Давление в вакуумной камере по истечении 7 мин после задания каждого из указанных электрических режимов определено, результаты занесены в таблицу 2.The pressure in the vacuum chamber after 7 minutes after setting each of these electrical modes is determined, the results are listed in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Предлагаемое техническое решение позволяет проводить радиационные испытания интегральных микросхем на ускорителях У400 и У400М в различных температурных режимах, а также предоставляет возможность исследования температурных зависимостей физических процессов, происходящих в интегральных микросхемах при воздействии тяжелых заряженных частиц.The proposed technical solution allows radiation tests of integrated circuits at the U400 and U400M accelerators in various temperature conditions, and also provides the opportunity to study the temperature dependences of physical processes that occur in integrated circuits when exposed to heavy charged particles.

Характерной особенностью этого метода является высокое быстродействие установки термостабилизации и высокая эффективность активного охлаждения, позволяющая задавать температуру мощных интегральных микросхем при радиационных испытаниях.A characteristic feature of this method is the high speed of the thermal stabilization unit and the high efficiency of active cooling, which allows setting the temperature of high-power integrated circuits during radiation tests.

Исходя из вышеизложенного, предлагается использовать установку термостабилизации объекта испытаний при радиационных испытаниях интегральных микросхем на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц в вакуумных камерах ускорителей У400 и У400М.Based on the foregoing, it is proposed to use the installation of thermal stabilization of the test object during radiation tests of integrated circuits for resistance to the effects of heavy charged particles in the vacuum chambers of the U400 and U400M accelerators.

Конечным техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение возможности задания и контроля температуры интегральных микросхем при серийных радиационных испытаниях изделий электронной техники с целью их аттестации для использования в составе радиоэлектронной аппаратуры космического назначения.The final technical result of the claimed invention is the ability to set and control the temperature of integrated circuits during serial radiation tests of electronic products with the aim of their certification for use in electronic equipment for space purposes.

Claims (3)

1. Установка термостабилизации объекта испытаний, включающая теплопроводящую пластину для размещения печатной платы с объектом испытаний, два термоэлектрических модуля, блок охлаждения и два датчика температуры, один из которых расположен на теплопроводящей пластине, блок управления, соединенный с модулями, датчиками температуры и блоком охлаждения, при этом последний содержит радиатор с вентиляторами, отличающийся тем, что блок охлаждения снабжен водоблоком, соединенным магистралями через насос с радиатором, первый и второй термоэлектрические модули установлены последовательно между теплопроводящей пластиной и водоблоком, магистрали снабжены быстроразъемными герметичными клапанами, при этом второй датчик температуры расположен на поверхности водоблока со стороны второго термоэлектрического модуля.1. Installation of thermal stabilization of the test object, including a heat-conducting plate for placing a printed circuit board with the test object, two thermoelectric modules, a cooling unit and two temperature sensors, one of which is located on the heat-conducting plate, a control unit connected to modules, temperature sensors and a cooling unit, the latter contains a radiator with fans, characterized in that the cooling unit is equipped with a water block connected by highways through a pump with a radiator, the first and second thermoelements ctric modules are installed in series between the heat-conducting plate and the water block, the lines are equipped with quick-disconnect tight valves, and the second temperature sensor is located on the surface of the water block from the side of the second thermoelectric module. 2. Установка термостабилизации объекта испытаний по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве датчиков температуры используют терморезисторы.2. The installation of thermal stabilization of the test object according to claim 1, characterized in that thermistors are used as temperature sensors. 3. Установка термостабилизации объекта испытаний по п. 1, отличающаяся тем, что теплопроводящая пластина выполнена из меди.3. Installation of thermal stabilization of the test object according to claim 1, characterized in that the heat-conducting plate is made of copper.
RU2015154463A 2015-12-18 2015-12-18 Test object thermal stabilisation apparatus RU2610052C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154463A RU2610052C1 (en) 2015-12-18 2015-12-18 Test object thermal stabilisation apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154463A RU2610052C1 (en) 2015-12-18 2015-12-18 Test object thermal stabilisation apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610052C1 true RU2610052C1 (en) 2017-02-07

Family

ID=58457333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154463A RU2610052C1 (en) 2015-12-18 2015-12-18 Test object thermal stabilisation apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610052C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186479U1 (en) * 2018-08-13 2019-01-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") DEVICE FOR TESTING INTEGRAL CIRCUITS ON RESISTANCE TO EXPOSURE TO HEAVY CHARGED PARTICLES
CN113295060A (en) * 2021-05-20 2021-08-24 中国工程物理研究院化工材料研究所 Unattended vacuum stability test equipment, system and method
RU2760884C1 (en) * 2020-12-29 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук Two-phase, hybrid, single-component electronic equipment cooling system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4432635A (en) * 1979-12-20 1984-02-21 Censor Patent-Und Versuchs-Anstalt Temperature-controlled support for semiconductor wafer
RU2134416C1 (en) * 1996-08-09 1999-08-10 Казанский институт биологии Казанского Научного Центра РАН Biologic sample thermostatic control device
WO2005062010A1 (en) * 2003-12-15 2005-07-07 Raytheon Company Thermally stabilized radiation detector utilizing temperature controlled radiation filter
RU2441703C1 (en) * 2010-07-09 2012-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Квант" (ОАО "НПП "Квант") Two chamber thermoelectric thermostat
RU2450221C1 (en) * 2011-01-12 2012-05-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Thermoelectric cooling device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4432635A (en) * 1979-12-20 1984-02-21 Censor Patent-Und Versuchs-Anstalt Temperature-controlled support for semiconductor wafer
RU2134416C1 (en) * 1996-08-09 1999-08-10 Казанский институт биологии Казанского Научного Центра РАН Biologic sample thermostatic control device
WO2005062010A1 (en) * 2003-12-15 2005-07-07 Raytheon Company Thermally stabilized radiation detector utilizing temperature controlled radiation filter
RU2441703C1 (en) * 2010-07-09 2012-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Квант" (ОАО "НПП "Квант") Two chamber thermoelectric thermostat
RU2450221C1 (en) * 2011-01-12 2012-05-10 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Thermoelectric cooling device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАКЕРЕНКОВ А. С. и др., Система задания и контроля температуры при экспериментах на циклотроне по исследованию одиночных сбоев в микросхемах, Ядерная физика и инжиниринг, 2011, т. 2, N6, с. 502. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186479U1 (en) * 2018-08-13 2019-01-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") DEVICE FOR TESTING INTEGRAL CIRCUITS ON RESISTANCE TO EXPOSURE TO HEAVY CHARGED PARTICLES
RU2760884C1 (en) * 2020-12-29 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук Two-phase, hybrid, single-component electronic equipment cooling system
CN113295060A (en) * 2021-05-20 2021-08-24 中国工程物理研究院化工材料研究所 Unattended vacuum stability test equipment, system and method
CN113295060B (en) * 2021-05-20 2022-11-15 中国工程物理研究院化工材料研究所 Unattended vacuum stability test equipment, system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9983259B2 (en) Dual loop type temperature control module and electronic device testing apparatus provided with the same
US9360514B2 (en) Thermal reliability testing systems with thermal cycling and multidimensional heat transfer
Lineykin et al. Analysis of thermoelectric coolers by a spice-compatible equivalent-circuit model
BRPI0510072A (en) device and method of terminal generation of magneto-caloric material
RU2610052C1 (en) Test object thermal stabilisation apparatus
Agwu Nnanna et al. Assessment of thermoelectric module with nanofluid heat exchanger
CN103630415A (en) Heat dissipation performance test system and method of water-cooling heat sink
CN102159058A (en) Liquid-cooled radiation structure
CN102353479A (en) Device for measuring cooling capacity of thermoelectric refrigerating unit
Ramakrishnan et al. Experimental characterization of cold plates used in cooling multi chip server modules (MCM)
Hopton et al. Enclosed liquid natural convection as a means of transferring heat from microelectronics to cold plates
CN102590679B (en) Temperature change testing device
Bakerenkov et al. Temperature control system for the study of single event effects in integrated circuits using a cyclotron accelerator
RU149884U1 (en) DEVICE FOR THERMAL TESTING OF RADIO ELEMENTS
CN205246782U (en) High low temperature aging testing equipment based on semiconductor refrigeration piece
CN102495648B (en) Temperature regulating device and temperature instrument checking device with same
Haywood et al. Investigating a relationship among CPU and system temperatures, thermal power, and CPU tasking levels
KR20150031566A (en) apparatus for testing semiconductor chip
JP2015095614A (en) Cooler and electronic apparatus mounting the same
TWI603172B (en) Temperature controlling device and method for ic
CN104635139A (en) Low-temperature performance test system of integrated circuit
Druzhinin et al. High temperature coolant demonstrated for a computational cluster
Andreeva et al. Influence of heat dissipation conditions on the characteristics of concentrator photoelectric modules
CN103743582A (en) Water-cooling radiator conductivity test apparatus
KR20110023966A (en) Tester of solar cell