芯片低温测试环境仓及芯片测试机的制作方法

1.本发明涉及集成电路测试技术领域，尤其涉及一种芯片低温测试环境仓及芯片测试机。


背景技术：

2.近年来，国内外集成电路技术飞速发展，soc(system on chip，片上系统)芯片向高集成度、高速率、宽温区、低功耗等方向迈进，测试技术也面临着巨大的挑战和机遇，需要有可靠的测试方案来保证产品的质量，其中宽温区测试需要改变传统的室温和高温环境，同时也要覆盖低温区来满足不同客户的使用场景。
3.芯片低温测试通常是指在零度以下使用制冷头接触芯片，通过热传导方式带走芯片热量，将芯片稳定在设定温度下进行测试。市场上的测试机虽然可以满足低温要求，但大多存在以下技术问题：
4.(1)低温测试时极易产生凝露/冷凝水，从而导致芯片和安装芯片的pcb(printed circuit board，印制电路板)短路，甚至烧毁的风险；
5.(2)测试完毕更换芯片时，为避免测试完的芯片移至室温环境后产生冷凝水，影响后续使用，需要在测试环境内先升高温，烘干芯片，再作更换，效率较低，并且由此使得现有测试机仅可以用于实验室阶段，无法用于量产化生产。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明实施例提供一种能够避免冷凝水产生，可用于量产化生产的芯片低温测试环境仓及芯片测试机。
7.第一方面，本发明实施例提供一种芯片低温测试环境仓，包括腔体，所述腔体内设有印制电路板pcb，所述pcb上设有芯片连接底座，所述芯片连接底座的上方设有恒温制冷头，所述腔体分隔为密封的芯片交换区和测试区，其中：
8.所述芯片交换区设有用于连通外界的第一密封门和用于连通测试区的第二密封门，所述第一密封门和第二密封门为互锁设计；
9.所述pcb和恒温制冷头位于所述测试区，所述测试区设有进气口和出气口，所述进气口连接有用于提供干燥空气的气源，所述干燥空气的露点低于芯片测试温度；
10.所述腔体上设有控制盒，所述pcb连接至所述控制盒。
11.结合第一方面，在第一方面的一种实施方式中，所述芯片交换区设有用于检测第一密封门开闭的第一传感器和用于检测第二密封门开闭的第二传感器，所述第一传感器和第二传感器的信号输出端连接至所述控制盒的可编程逻辑控制器plc。
12.结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，所述进气口和出气口均设有单向阀；和/或，所述恒温制冷头上设有用于芯片表面恒定温度控制的辅助加热模块。
13.结合第一方面，在第一方面的再一种实施方式中，所述测试区为正压状态。
14.结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述测试区设有湿度传感器，所
述湿度传感器的信号输出端连接至所述控制盒的plc。
15.结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述测试区分隔为密封的pcb安装区和芯片安装区，其中：
16.所述pcb位于所述pcb安装区，所述pcb贴设在所述芯片安装区的外侧壁上且所述芯片安装区的外侧壁上开孔使所述pcb上的芯片连接底座进入所述芯片安装区，所述恒温制冷头位于所述芯片安装区；
17.所述pcb安装区和芯片安装区均设有进气口和出气口，所述pcb安装区和芯片安装区的进气口均连接至所述用于提供干燥空气的气源。
18.结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述芯片安装区设有湿度传感器，所述湿度传感器的信号输出端连接至所述控制盒的plc。
19.结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述pcb上在所述芯片连接底座的周围贴设有隔热环，所述隔热环内部中空且设有循环通路，所述循环通路连接至位于所述腔体外部的冷源。
20.结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述隔热环的温度低于芯片测试设定温度，和/或，所述隔热环为塑料材质。
21.第二方面，本发明实施例提供一种芯片测试机，包括上述的芯片低温测试环境仓。
22.本发明实施例提供的芯片低温测试环境仓及芯片测试机，由于向测试区内通入了干燥空气，干燥空气的露点低于芯片测试温度，故能够有效避免冷凝水产生，从而避免芯片和pcb短路风险；由于设有芯片交换区，测试完的芯片可以先移至芯片交换区待恢复至室温后再取出，避免了直接移至室温环境后产生冷凝水，并且测试区可以维持原有低温(无需升至室温)，可以继续进行其他芯片的测试，故本发明实施例能够用于量产化生产，实现批量化、自动化测试。
附图说明
23.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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
24.图1为本发明的芯片低温测试环境仓一个实施例的结构示意图；
25.图2为本发明的芯片低温测试环境仓另一实施例的结构示意图；
26.图3为本发明的芯片低温测试环境仓中隔热环的结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
28.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.一方面，本发明提供一种芯片低温测试环境仓，具体可以有以下实施例。
30.实施例一
31.如图1所示，本实施例的芯片低温测试环境仓，包括腔体1，腔体1内设有pcb 2，pcb 2上设有芯片连接底座3(即本领域通常所说的socket)，芯片连接底座3的上方设有恒温(恒定低温)制冷头4，腔体1分隔为密封的芯片交换区11和测试区12，其中：
32.芯片交换区11设有用于连通外界的第一密封门d1和用于连通测试区的第二密封门d2，第一密封门d1和第二密封门d2为互锁设计(不可同时打开)；
33.pcb 2和恒温制冷头4位于测试区12，测试区12设有进气口和出气口，进气口连接有用于提供干燥空气的气源5，该干燥空气的露点低于芯片测试温度；
34.腔体1上设有控制盒(即本领域通常所说的control box)6，用于实现环境仓的内部控制和对外通信，pcb 2连接至控制盒6。
35.现有技术中，低温条件下自动换芯片一直是比较难解决的问题，芯片进入时会给腔体内带来冷凝水；测试完的低温芯片接触空气后，表面也会产生冷凝水。当制冷头表面温度低于进气气流的露点温度时，水汽凝结在制冷头就会产生冷凝水，同时芯片和pcb表面也会有冷凝水聚集，导致芯片和pcb的短路风险。为解决这个问题，本实施例将腔体分隔为密封的芯片交换区和测试区。
36.使用时，首先将待测芯片放置在芯片交换区，然后移至测试区，最后插接在pcb的芯片连接底座上等待测试流程；可以理解的是，芯片交换区和测试区内可以均设有机器人，以用于实现芯片的移动和摆放；
37.测试开始前，先向测试区内通入干燥气体，以排出原有空气，之后恒温制冷头接触芯片，将芯片温度降至设定的芯片测试温度(民用芯片如
‑
25度，军用芯片如
‑
55度)，然后控制盒从pcb获取测试数据并传输至外部设备；
38.测试完毕后，先打开第二密封门，将测试完的芯片移至芯片交换区，然后关闭第二密封门；待芯片在芯片交换区内恢复至室温后，再打开第一密封门，取出芯片。可以理解的是，为提高芯片升温速度，芯片交换区内可以设有加热装置；为避免产生冷凝水，芯片交换区内也可以设有进气口和出气口，并且进气口可以连接所述气源以通入干燥气体排出原有空气。
39.本实施例的芯片低温测试环境仓，由于向测试区内通入了干燥空气，干燥空气的露点低于芯片测试温度，故能够有效避免冷凝水产生，从而避免芯片和pcb短路风险；由于设有芯片交换区，测试完的芯片可以先移至芯片交换区待恢复至室温后再取出，避免了直接移至室温环境后产生冷凝水，并且测试区可以维持原有低温(无需升至室温)，可以继续进行其他芯片的测试，故本实施例能够用于量产化生产，实现批量化、自动化测试。
40.为方便实现第一密封门d1和第二密封门d2的互锁设计，芯片交换区11可以设有用于检测第一密封门d1开闭的第一传感器s1和用于检测第二密封门d2开闭的第二传感器s2，第一传感器s1和第二传感器s2的信号输出端连接至控制盒6的plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)。
41.这样，当芯片从第一密封门进入芯片交换区时，检测到第一密封门打开时，第二密封门无法打开；当芯片从第二密封门进入测试区时，检测到第二密封门打开时，第一密封门无法打开，从而把测试区和外部空气完全隔离，确保测试区的空气干燥度。
42.为较好的排出测试区12内的原有空气，测试区12的进气口可以位于腔体1一侧上部(图1所示实施例中为右侧上部)，出气口可以位于腔体1另一侧下部(图1所示实施例中为
左侧下部)；并且，进气口和出气口可以分别设有单向阀v1、v2，以防止气体回流，v2处还可以作消声处理。测试区12优选为正压状态，例如为0.5
‑
0.8mpa，以更好的避免空气携带水汽进入。
43.测试区12优选设有湿度传感器s3，湿度传感器s3的信号输出端连接至控制盒6的plc。这样，在测试过程中，如果湿度传感器s3报警(发现湿度大于预设阈值)，则控制盒6的plc收到信息后，可立即中止测试，通过串口(serial port)通知外部atc(active thermal controller，主动温度控制系统)关闭恒温制冷头4停止制冷，并向测试区12内充入干燥空气以排出原有气体，待湿度传感器s3报警消除后，plc再控制打开恒温制冷头4继续制冷，并通过串口通知外部测试设备(tester)重新测试。为使设备保持在待机而非关机状态以便于随时对芯片进行测试，在非测试过程中，如果湿度传感器s3报警(发现湿度大于预设阈值)，则控制盒6的plc收到信息后，可通知外部atc关闭恒温制冷头停止制冷，并向测试区12内充入干燥空气以排出原有气体，同时可启动恒温制冷头上的辅助加热模块，以使测试区12保持室温。
44.本实施例图1所示的结构，经验证在长时间低温测试中也无泠凝水现象，并可以满足当前稳定低温测试要求，符合预期。
45.本实施例中，恒温制冷头4为本领域常规结构，其内部可设有循环通路，该循环通路连接外部的低温液体；该循环通路上可以设有阀门v3，以改变循环液的循环路径，从而使恒温制冷头处于制冷状态还是待机状态(图中in表示入口管路，out表示出口管路)。为提高恒温制冷头4的温度控制精度，恒温制冷头4上可以设有用于芯片表面恒定温度控制的辅助加热模块(未示出)。需要说明的是，恒温制冷头4的尺寸与待测芯片的尺寸相当即可，恒温制冷头4和待测芯片的尺寸均小于芯片连接底座3的尺寸，图中所示的恒温制冷头4和芯片连接底座3的尺寸大小关系为画图需要，并非实际情况。
46.实施例二
47.如图2所示，本实施例二的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，测试区12进一步分隔为密封的pcb安装区121和芯片安装区122，其中：
48.pcb 2位于pcb安装区121，pcb 2贴设在芯片安装区122的外侧壁上且芯片安装区122的外侧壁上开孔使pcb 2上的芯片连接底座3进入芯片安装区122，恒温制冷头4位于芯片安装区122；
49.pcb安装区121和芯片安装区122均设有进气口和出气口(由于图中芯片安装区122较小，画图空间有限，故芯片安装区122的进气口和出气口暂未示出，仅示出了pcb安装区121的进气口和出气口)，pcb安装区121和芯片安装区122的进气口均连接至所述用于提供干燥空气的气源5。
50.由于待测芯片和pcb的温度存在差异，待测芯片需维持在测试温度，温度相对较低，而pcb的温度无特殊要求，温度相对较高，两者无需放置在一个空间内，故本实施例将待测芯片放置在单独的芯片安装区，空间相对较小，内部温度波动小，更容易使待测芯片维持测试温度。并且这样还能使恒温制冷头少受周围环境温度的影响，提高恒温制冷头工作效率，更好的实现低温控制效果，满足芯片内部温度恒温要求。
51.考虑到pcb安装区121与外界没有接触/连通的机会，故本实施例中，湿度传感器s3可以仅设置在芯片安装区122，湿度传感器s3的信号输出端连接至控制盒6的plc。
52.在以上各实施例中，为减小待测芯片周围环境温度的波动/影响，优选的，pcb 2上在芯片连接底座3的周围贴设(两者接触)有隔热环7，如图3所示，隔热环7内部中空且设有循环通路71，该循环通路71连接至位于腔体1外部的冷源(未示出，具体可以为高速冷空气等)。该隔热环7一方面能够使待测芯片与周围环境尽量隔离开，保证芯片周围为低温环境(低于室温)，从而提高恒温制冷头带走热量的效率(经验证，可提高恒温制冷头5
‑
8％效率)；另一方面由于邻近芯片连接底座3，所以能够将芯片连接底座3上的热量快速传导至远离待测芯片，从而能够使待测芯片较好的维持低温。隔热环7的温度需低于芯片测试设定温度，这样测试效果更佳。并且，隔热环7优选为塑料材质而非金属材质，因为金属材质会使隔热环7吸收周围环境的热量从而影响其对芯片连接底座3的散热效果，所以塑料材质在本方案中更为合适。
53.另一方面，本发明提供一种芯片测试机，包括上述的芯片低温测试环境仓，由于芯片低温测试环境仓的结构与上相同，故此处不再赘述。
54.本实施例的芯片测试机，由于向芯片低温测试环境仓的测试区内通入了干燥空气，干燥空气的露点低于芯片测试温度，故能够有效避免冷凝水产生，从而避免芯片和pcb短路风险；由于芯片低温测试环境仓设有芯片交换区，测试完的芯片可以先移至芯片交换区待恢复至室温后再取出，避免了直接移至室温环境后产生冷凝水，并且测试区可以维持原有低温(无需升至室温)，可以继续进行其他芯片的测试，故本实施例能够用于量产化生产，实现批量化、自动化测试。
55.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。