一种便携式的半导体器件加热控温装置的制作方法

本实用新型属于半导体器件物理试验领域，具体涉及一种便携式的半导体器件加热控温装置。

背景技术：

应用于航空航天、深空探测等领域的半导体器件和集成电路不可避免地会遭受各种高能粒子和射线的辐照，辐照产生的缺陷以及缺陷之间的相互作用会改变器件和电路中材料的能带结构和载流子参数，最终导致器件性能退化，甚至使电路失效，这给卫星和空间站等电子系统的可靠性带来极大隐患。1991年，美国E. W. Enlow等人发现双极型器件具有低剂量辐射损伤增强效应，即某些器件在受到低剂量率辐照下产生的辐射损伤，比在高剂量率条件下产生的损伤要大得多。在地面试验室模拟空间辐照的低剂量率环境是研究如何提高器件和电路可靠性和抗辐照能力的重要方法。真实空间的伽玛射线辐射剂量率范围是10^-4～10^-2rad(Si)/s，要达到一定的总剂量(如100krad)，需要耗费较长的时间，通过直接增大辐射剂量率可以减少时间消耗，但由此得到的抗辐射能力评估与实际空间低剂量率的抗辐射能力相差几倍甚至十几倍。如何有效地进行ELDRS的等效或加速评估十分迫切且意义重大。

目前已有的加速评估的方式主要包括：高温辐照、剂量率切换辐照以及氢气氛辐照等，其中在高温条件下进行高剂量率辐照试验是一种重要且有效的加速评估方法，利用该方法可大幅缩减辐照试验时间，降低试验成本。要在高温条件下进行高剂量率辐照试验除了需要稳定且剂量率可调的辐射场环境之外还必须有能使被辐照器件处于稳定高温状态的控温装置，且该装置放入辐射场中的部分不能包含辐射敏感器件。现有的用于该领域的温控设备或体积较大不易携带，或造价高昂成本太高。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述技术缺陷，提供了一种便携式的半导体器件加热控温装置，可对双列直插式半导体器件进行多面均匀加热的控温，适用于伽马射线辐照环境下低剂量率辐射损伤增强效应的加速评估。

本实用新型的技术方案如下：

一种便携式的半导体器件加热控温装置，其特征在于，包括加热单元、控温单元和计算机，加热单元与控温单元之间通过远程控制线缆连接，控温单元与计算机之间通过数据通讯线缆连接；所述加热单元包括样品台和加热底座，加热底座上安装有加热管，样品台中部设置有热电偶，热电偶通过屏蔽反馈线与控温单元连接，样品台整体安装于加热底座上。

所述加热底座上设置有耐高温陶瓷头座，通过耐高温陶瓷头座安装加热管。

所述加热管是碳纤维加热管，所使用的碳纤维加热管具有耐高温、耐腐蚀、防水防爆、发热效率高、升温速度快的特点。通过耐高温陶瓷头座可以实现并联或串联的连接多根碳纤维加热管的结构，因此可以实现不同的功率转换，控温范围为室温~250摄氏度，控温精度为1摄氏度。

所述控温单元包括数字温控仪和单相固态继电器，数字温控仪通过屏蔽反馈线与热电偶连接。

所述热电偶为K型或S型热电偶。

所述样品台的表面开有若干条样品槽，样品槽的开槽方向与加热管排布方向平行，可以将直插式器件插入样品槽中，根据器件大小不同，可以同时对多只器件实现均匀受热。

本实用新型工作时，所述加温单元通过控温单元的单向固态继电器驱动大电流负载，通过实时采集安装在样品台中部的热电偶经屏蔽反馈线反馈温度信息给控温单元的数字温控仪，实现对相应加热段的电阻丝的功率进行调节。

本实用新型的优点如下：

1、加热单元不含对辐射敏感的器件，可以用于伽马射线辐照等特种效应试验场合，并通过放在非辐射环境的安全区域内的控温部分进行远程控温。

2、加热单元和控温单位都具有体积小、重量轻的特点，是一种便携式的器件控温加热装置，方便使用在不同的试验场所。

3、本实用新型可以基于PID算法，自主编译控温程序，可实时保存温度时间曲线。通过该程序，基于串口或TCP/IP协议实现对精密控温装置的远程控制，数据通讯电缆为耐辐射类型。

附图说明

图1为本实用新型的原理图。

图2为本实用新型的加热单元的示意图。

图3为本实用新型的样品台的示意图。

图4为本实用新型的加热底座的示意图。

其中，附图标记为：1加热管，2耐高温陶瓷头座，3热电偶，4加热底座，5远程控制线缆，6单相固态继电器，7数字温控仪，8数据通讯线缆，9计算机，10屏蔽反馈线。

具体实施方式

实施例

如图1-4所示，本实用新型具体设计的一种便携式的半导体器件加热控温装置，包括加热单元、控温单元和计算机9，加热单元与控温单元之间通过远程控制线缆5连接，远程控制线缆5长20米，控温单元与计算机9之间通过数据通讯线缆8连接。

所述控温单元包括数字温控仪7和单相固态继电器6，所述加热单元包括样品台和加热底座4，样品台中部设置有热电偶3，热电偶3通过屏蔽反馈线10与数字温控仪7连接，样品台整体安装于加热底座4上。所述加热单元不含对辐射敏感的器件，可以用于伽马射线辐照等特种效应试验场合，并通过放在非辐射环境的安全区域内的控温部分进行远程控温。

所述加热单元整体尺寸的长×宽×高分别可以设计为：30.3厘米×14.15厘米×2.975厘米，其中样品台厚度为0.8厘米。

所述加热底座4上设置有耐高温陶瓷头座2，通过耐高温陶瓷头座2安装碳纤维加热管1，可以实现并联或串联的连接方式。所使用的碳纤维加热管1具有耐高温、耐腐蚀、防水防爆、发热效率高、升温速度快的特点。单根碳纤维加热管1的功率为1500W，两根碳纤维加热管1则可以实现最高3000W和最低750W的功率转换，控温范围为室温~250摄氏度，控温精度为1摄氏度。

所述热电偶3为K型或S型热电偶。

所述样品台的表面开有两条样品槽，样品槽的开槽方向与加热管1排布方向平行，可以实现器件多面均匀受热。所述样品槽的宽度为1.4厘米，可以将双列直插式器件插入槽中，根据器件大小不同，可以同时对10到30只器件进行加热。

本实用新型工作时，所述加温单元通过控温单元的单向固态继电器6驱动大电流负载，通过实时采集安装在样品台中部的热电偶3经屏蔽反馈线10反馈温度信息给控温单元的数字温控仪7，实现对相应加热段的电阻丝的功率进行调节。

上述结构的便携式控温装置，可以用于伽马辐射环境中的高温高剂量辐照损伤试验。首先使用⁶⁰Co放射源提供伽马射线辐射场，在将⁶⁰Co源放置于水中的条件下，利用铅片等屏蔽材料搭建一个试验所需的稳定高剂量率辐射场环境；然后将便携式控温装置的加热部分放置到所搭建的辐射场环境中，并使样品台表面正对辐射源，并将便携式控温装置的控温部分放置于非辐射环境的安全区域内；随后，在样品台的位置，安装热释光标定计；接下来，将⁶⁰Co源从水中提升至预定的位置，通过热释光标定计标定样品台处的辐射剂量；将⁶⁰Co源重新置于水中，取出热释光标定计得到样品台处的辐射剂量后，将需要进行高温高剂量率辐射试验的双列直插式半导体器件插入样品槽，并用导热硅胶固定，试验人员离开现场，并再次将⁶⁰Co源提升至指定位置；试验人员通过放置于非辐射环境中的控温部分对加热时间和加热温度进行控制，这样就实现了在保证试验人员安全的前提下对辐照中的半导体器件温度的控制。辐照试验完成以后，将⁶⁰Co源降源置于水中，对便携式控温装置的加热部分以及辐照后半导体器件的表面剂量率水平进行测试，测定结果需要满足国家规定的安全标准，最后将便携式控温装置的加热部分和辐照后的半导体器件从试验环境中取出，对辐照后的半导体器件的相关性质进行测试分析。