片上芯片高温老化测试插座控制系统及控制方法与流程

1.本发明片上芯片高温老化测试插座控制系统及控制方法属于半导体测试技术领域。


背景技术：

2.集成电路高温存储寿命（high temperature storage life, htsl）试验是消费电子，车规级集成封装，军用品等器件不可或缺的测试环节，不同的芯片测试需求及应用环境对应不同的高温老化温度。
3.高温老化一方面能够迫使器件在高热，高湿等环境下芯片带负载的耐受能力及可靠性；另一方面，通过芯片耐受能够发现芯片的早期故障，用于产品分类以验证及筛选高质量的产品。
4.常见的高温老化装置都是由老化炉，测试插座和测试板完成。其中，老化炉作为常规高温老化设备，具有成本高、升温慢、体积大、装配复杂、配套设施要求高、兼容性低的缺点，而在实验室环境下，对于老化装置有低成本、升温快、体积小、可移动、配套设施要求低、兼容性高的众多要求，使得传统高温老化炉已经难以满足需求。


技术实现要素：

5.针对传统老化炉成本高、升温慢、体积大、装配复杂、配套设施要求高、兼容性低的缺点，本发明设计了一种片上芯片高温老化测试插座及其控制系统和控制方法，具有低成本、升温快、体积小、可移动、配套设施要求低、兼容性高的技术优势。
6.本发明的目的是这样实现的：片上芯片高温老化测试插座控制系统，包括上位机，温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座；所述上位机连接至少一个温度控制单元，通过温度控制单元tcp/ip协议及网口命令，对温度控制单元进行配置、监测和记录；所述温度控制单元连接至少一个片上芯片高温老化测试插座，对每一个片上芯片高温老化测试插座进行监测和控制；所述片上芯片高温老化测试插座包括加热棒、温度传感器、温控开关和风扇；所述加热棒用于给片上芯片测试环境加热，模拟片上芯片高温工作环境，所述温度传感器用于监测片上芯片测试环境温度，所述温控开关用于对测试环境温度过热保护，在测试环境温度超过触发保护温度阈值的情况下，停止加热棒工作，所述风扇用于给测试环境温度快速降温或/和辅助控制测试环境温度。
7.上述片上芯片高温老化测试插座控制系统，温度控制单元能够对不同片上芯片高温老化测试插座设置不同测试环境温度。
8.以上片上芯片高温老化测试插座控制系统，温度控制单元采用pid控制算法或/和满负荷切断控制算法控制加热棒。
9.片上芯片高温老化测试插座控制方法，包括以下步骤：步骤a、参数和通道初始化；步骤b、获取各个片上芯片高温老化测试插座的测试环境温度；步骤c、针对每一个片上芯片高温老化测试插座，判断测试环境温度是否超过目标温度；如果是，进入步骤d，如果否，进入步骤e；步骤d、打开风扇，返回步骤c；步骤e、上位机通过tcp/ip协议及网口命令，向温度控制单元下发片上芯片高温老化测试插座的控制参数；或温度控制单元直接下发片上芯片高温老化测试插座的控制参数；步骤f、判断片上芯片高温老化测试插座的控制参数是否正常下发；如果是，进入步骤g，如果否，返回步骤b；步骤g、片上芯片高温老化测试插座的控制参数传入温度控制单元的控制算法中；步骤h、温度控制单元根据控制参数和目标温度，计算控制每一个片上芯片高温老化测试插座中加热棒的控制参数；步骤i、采集片上芯片高温老化测试插座测试环境温度，并计算测试环境温度与目标温度的差值；步骤j、将步骤i所述的差值与偏移量进行比较，如果所述差值大于偏移量，进入步骤k，如果所述差值小于偏移量，进入步骤l；步骤k、该片上芯片高温老化测试插座中的一个加热棒满负荷工作，进入步骤m；步骤l、判断测试环境温度是否大于目标温度，如果否，该片上芯片高温老化测试插座中的一个加热棒切断工作，如果是，温控开关控制该片上芯片高温老化测试插座中的所有加热棒切断工作，风扇打开；步骤m、判断测试工作是否完成，如果是，结束，如果否，返回步骤b。
10.有益效果：第一、本发明片上芯片高温老化测试插座和温度控制单元均已研制出样品，其中，插座的长宽高均不超过6cm，体积远小于传统高温老化炉，因此具有体积小的技术优势。
11.第二、本发明片上芯片高温老化测试系统包括上位机，温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座；其中，温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座均已集成化，上位机与温度控制单元之间仅需要网络连接，而温度控制单元与片上芯片高温老化测试插座之间仅需要插座连接，因此具有装配简单的技术优势。
12.第三、本发明片上芯片高温老化测试系统，仅需要上位机，温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座，即可完成片上芯片的高温老化工作，无需其他配套设置，因此具有配套设施要求低的技术优势。
13.第四、本发明片上芯片高温老化测试系统，不仅能够适应片上芯片lga和bga两种不同封装；而且一台上位机可以连接多个温度控制单元，一个温度控制单元可以连接多个片上芯片高温老化测试插座，每个片上芯片高温老化测试插座的控制参数均可以单独下发，因此能够同时完成不同类型、不同工作温度下的片上芯片高温老化测试工作，因此具有兼容性高的技术优势。
14.第五、本发明片上芯片高温老化测试系统的上位机可以采用pc机，而在一台上位机的条件下，可以根据需要选择购置合适数量的温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座，即“按需消费”，因此在小测试数量的情况下，具有成本低的技术优势。
15.第六、本发明片上芯片高温老化测试插座，具有两个加热棒，其中一个加热棒能够进行满负荷加热，同时由于片上芯片高温老化测试插座的体积小，因此具有升温快的技术优势。
16.第七、本发明片上芯片高温老化测试系统，控制精度可以达到
±
1℃，相比传统高温老化炉，具有控制精度高的技术优势。
附图说明
17.图1是本发明片上芯片高温老化测试插座的正面立体图。
18.图2是本发明片上芯片高温老化测试插座的背面立体图。
19.图3是本发明片上芯片高温老化测试插座的爆炸图。
20.图4是本发明片上芯片高温老化测试插座控制系统的逻辑框图。
21.图5是本发明片上芯片高温老化测试插座控制方法的流程图。
22.图6是本发明片上芯片高温老化测试插座实物图。
23.图7是连接有片上芯片高温老化测试插座的温度控制单元实物图。
24.图中：1滚珠轴承、2轴承垫片、3温度传感器、4压线板、5盖子主体、6把手、7散热器、8芯片压块、9风扇、10风扇保护罩、11螺丝、12加热棒、13卡钩、14台肩螺丝、15第一销钉、16第二销钉、17第三销钉、18螺纹环、19弹簧a、20弹簧b、21弹簧c、22堵头螺丝、23十字盘头螺丝a、24十字沉头螺丝、25十字盘头螺丝b、26内六角圆柱头螺丝a、27内六角圆柱头螺丝b、28温控开关。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细介绍。
26.具体实施方式一以下是本发明片上芯片高温老化测试插座的具体实施方式。
27.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座，正面立体图如图1所示，背面立体图如图2所示，爆炸图如图3所示，包括底座和温控上盖，所述底座用于装载片上芯片，所述温控上盖用于控制片上芯片的工作温度；所述温控上盖包括滚珠轴承1、温度传感器3、盖子主体5、把手6、散热器7、芯片压块8、风扇9、加热棒12、卡钩13、螺纹环18和温控开关28；所述加热棒12用于给片上芯片测试环境加热，模拟片上芯片高温工作环境，所述温度传感器3用于监测片上芯片测试环境温度，所述温控开关28用于对测试环境温度过热保护，在测试环境温度超过触发保护温度阈值的情况下，停止加热棒12工作，所述风扇9用于给测试环境温度快速降温或/和辅助控制测试环境温度；所述盖子主体5为中空结构，内部安装有螺纹环18，所述螺纹环18包括螺纹连接的外环和内环，所述外环与盖子主体5固定连接，内环上方连接把手6，转动把手6，能够使内环上下运动，最终改变芯片压块8的行程，所述把手6上方设置有风扇9；内环下方设置有滚珠
轴承1，滚珠轴承1下方设置有芯片压块8，所述芯片压块8接触片上芯片上表面，芯片压块8上安装有加热棒12、卡钩13和温控开关28，所述卡钩13用于卡扣连接底座和温控上盖。
28.具体实施方式二以下是本发明片上芯片高温老化测试插座的具体实施方式。
29.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座，在具体实施方式一的基础上，进一步限定：所述盖子主体5上还设置有第一销钉15，所述把手6上还选择性安装十字盘头螺丝a23，所述第一销钉15与遮挡十字盘头螺丝a23的运动轨迹形成干涉，在安装与不安装十字盘头螺丝a23的情况下，把手6转动的角度不同，芯片压块8的行程不同，以此适应片上芯片lga和bga两种不同封装。
30.具体实施方式三以下是本发明片上芯片高温老化测试插座的具体实施方式。
31.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座，在具体实施方式一或具体实施方式二的基础上，进一步限定：所述加热棒12与芯片压块8之间采用间隙配合，中间充填导热硅脂。
32.由于芯片压块8与加热棒12材料不同，热胀冷缩特性不同，这样的结构设计，就可以避免芯片压块8与加热棒12体积非同步变化造成的器件损坏问题。
33.具体实施方式四以下是本发明片上芯片高温老化测试插座的具体实施方式。
34.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座，在具体实施方式三的基础上，进一步限定：所述加热棒12有两个，工作方式有两种：方式一第一个加热棒12采用pid控制算法控制加热，实现精确温度控制，第二个加热棒12采用满负荷切断控制算法控制加热，实现快速升温；这种方式，能够兼顾精确温度控制和快速升温。
35.方式二两个加热棒12采用同一个pid控制算法控制加热，实现精确温度控制。
36.具体实施方式五以下是本发明片上芯片高温老化测试插座的具体实施方式。
37.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座，在具体实施方式一、具体实施方式二、具体实施方式三或具体实施方式四的基础上，进一步限定：还包括所述温控上盖包括轴承垫片2、压线板4、风扇保护罩10、螺丝11、台肩螺丝14、第二销钉16、第三销钉17、弹簧a19、弹簧b20、弹簧c21、堵头螺丝22、十字沉头螺丝24、十字盘头螺丝b25、内六角圆柱头螺丝a26、内六角圆柱头螺丝b27；所述风扇保护罩10安装在风扇9上方，通过以下方式：内六角圆柱头螺丝a26依次穿过风扇保护罩10和风扇9，安装在把手6上表面设置的螺纹孔中，将风扇保护罩10和风扇9固定在把手6上；所述螺纹环18的内环上均匀分布有螺纹孔，内六角圆柱头螺丝b27穿过设置在把手6上的通孔，将把手6安装在螺纹环18内环上；所述螺纹环18的内环下方设置有滚珠轴承1，所述滚珠轴承1下方还设置有轴承垫
片2，轴承垫片2的底部连接芯片压块8，套有弹簧c21的台肩螺丝14穿过设置在芯片压块8四周的通孔，安装在盖子主体5上，其中，台肩螺丝14和盖子主体5相对位置固定，弹簧c21处于压缩状态，能够使芯片压块8向上方复位，以此实现转动把手6，芯片压块8对应上下运动，实现与片上芯片上表面接触；所述卡钩13安装在芯片压块8上，通过以下结构实现：第二销钉16穿过芯片压块8和卡钩13，使芯片压块8和卡钩13之间形成转轴连接，在芯片压块8和卡钩13的接触面上，还设置有弹簧b20，用于给卡钩13复位，使卡钩13卡扣连接底座和温控上盖，所述第二销钉16端部还设置有堵头螺丝22；所述温度传感器3由限位块限定，所述限位块顶部通过十字盘头螺丝b25安装有散热器7，温度传感器3上套有弹簧a19，所述弹簧a19上端顶到散热器7上，形成压缩状态，使温度传感器3能够上下调整位置，实现与片上芯片上表面接触；所述加热棒12通过螺丝11固定，加热棒12和温控开关28均有导线引出，所述导线通过压线板4进行理线，所述压线板4通过十字沉头螺丝24安装在盖子主体5上；所述盖子主体5底部对角线位置还设置有第三销钉17，用于和底座定位。
38.该具体实施方式，给出了实现片上芯片高温老化测试插座的详细技术手段，使得本发明公开充分详实。
39.具体实施方式六以下是本发明片上芯片高温老化测试插座控制系统的具体实施方式。
40.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座控制系统，如图4所示，包括上位机，温度控制单元和片上芯片高温老化测试插座；所述上位机连接至少一个温度控制单元，通过温度控制单元tcp/ip协议及网口命令，对温度控制单元进行配置、监测和记录；所述温度控制单元连接至少一个片上芯片高温老化测试插座，对每一个片上芯片高温老化测试插座进行监测和控制；所述片上芯片高温老化测试插座包括加热棒12、温度传感器3、温控开关28和风扇9；所述加热棒12用于给片上芯片测试环境加热，模拟片上芯片高温工作环境，所述温度传感器3用于监测片上芯片测试环境温度，所述温控开关28用于对测试环境温度过热保护，在测试环境温度超过触发保护温度阈值的情况下，停止加热棒12工作，所述风扇9用于给测试环境温度快速降温或/和辅助控制测试环境温度。
41.具体实施方式七以下是本发明片上芯片高温老化测试插座控制系统的具体实施方式。
42.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座控制系统，在具体实施方式六的基础上，进一步限定：温度控制单元能够对不同片上芯片高温老化测试插座设置不同测试环境温度。
43.具体实施方式八以下是本发明片上芯片高温老化测试插座控制系统的具体实施方式。
44.该具体实施方式下的片上芯片高温老化测试插座控制系统，在具体实施方式六的基础上，进一步限定：温度控制单元采用pid控制算法或/和满负荷切断控制算法控制加热棒12。
45.具体实施方式九以下是本发明片上芯片高温老化测试插座控制方法的具体实施方式。
46.片上芯片高温老化测试插座控制方法，流程图如图5所示，包括以下步骤：步骤a、参数和通道初始化；步骤b、获取各个片上芯片高温老化测试插座的测试环境温度；步骤c、针对每一个片上芯片高温老化测试插座，判断测试环境温度是否超过目标温度；如果是，进入步骤d，如果否，进入步骤e；步骤d、打开风扇，返回步骤c；步骤e、上位机通过tcp/ip协议及网口命令，向温度控制单元下发片上芯片高温老化测试插座的控制参数；或温度控制单元直接下发片上芯片高温老化测试插座的控制参数；步骤f、判断片上芯片高温老化测试插座的控制参数是否正常下发；如果是，进入步骤g，如果否，返回步骤b；步骤g、片上芯片高温老化测试插座的控制参数传入温度控制单元的控制算法中；步骤h、温度控制单元根据控制参数和目标温度，计算控制每一个片上芯片高温老化测试插座中加热棒12的控制参数；步骤i、采集片上芯片高温老化测试插座测试环境温度，并计算测试环境温度与目标温度的差值；步骤j、将步骤i所述的差值与偏移量进行比较，如果所述差值大于偏移量，进入步骤k，如果所述差值小于偏移量，进入步骤l；步骤k、该片上芯片高温老化测试插座中的一个加热棒12满负荷工作，进入步骤m；步骤l、判断测试环境温度是否大于目标温度，如果否，该片上芯片高温老化测试插座中的一个加热棒12切断工作，如果是，温控开关28控制该片上芯片高温老化测试插座中的所有加热棒12切断工作，风扇9打开；步骤m、判断测试工作是否完成，如果是，结束，如果否，返回步骤b。
47.需要说明的是，以上所有具体实施方式所列举的技术特征，只要不矛盾，都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据高中阶段学习过的排列组合数学知识穷尽每一种排列组合后的结果，所有排列组合后的结果都应该理解为被本技术所公开。
48.还需要说明的是，本发明已经研制出了样品并进行了测试，测试结果为，温度控制精度可以达到
±
1℃；其中，片上芯片高温老化测试插座实物图如图6所示，温度控制单元实物图（连接片上芯片高温老化测试插座）如图7所示，图6和图7仅仅起到展示作用，考虑到本领域技术人员的认知和本技术的公开程度，即使没有这两幅图，也不影响本领域技术人员实施本技术。
49.对于已研制出的样品，还有以下技术方面的补充说明：温度控制单元，可以支持多个控制测试插座负载相关工作，监测，通讯的单元；所述控制测试插座负载的相关工作，包括控制测试插座中加热棒的工作状态，以及采集芯片环境温度信息及分析处理，控制风扇工作状态；所述控制加热棒工作状态，分为加热棒1，加热棒2控制。2只加热棒共同作用实现
升温及温度稳定。
50.所述加热棒1，依靠控制单元pid控制，pid算法根据当前温度与设置目标温度进行pwm输出，控制其发热功率；从而快速达到升温目标，以及维持芯片高温环境温度；所述加热棒2，依靠控制单元进行满负荷及切断控制，从而快速达到升温目标，以及维持芯片高温环境温度；所述加热棒工作状态，亦可以通过同一个pwm值进行控制；所述控制风扇，是指控制风扇的工作状态，包括风扇转速，开和关；所述采集芯片环境温度信息及分析处理，是指测试插座温度传感器与温控单元采样电路连接，根据温控单元设置及采样的温度数据，进行一系列的反馈操作。
51.所述温控控制单元监测，是指温控单元上的片上显示lcd模块，其上可以监控芯片环境的实时温度，亦可以通道触摸屏对上述偏移量，目标温度，以及,温度矫正，pid，ip信息进行设置。
52.所述温度矫正，是手动在lcd模块显示当时温度测试值与实际温度之间的差值进行矫正。
53.所述pid，是指控制加热棒1发热功率的参数，用于调试及实际使用调整。
54.所述ip地址，是指温控单元与上位机或者其他用于通讯连接设备的地址，通过tcp/ip协议能够用于数据交互，实现监测及控制。
55.所述上位机，是指一般与温控单元连接的电脑，其他过度设备等。通过温控单元tcp/ip协议及网口命令，对温控单元进行配置及监测，记录。上位机与温控单元进行网口连接并实现通讯。温控单元ip地址进行分配，上位机支持多个温控单元的连接。