溫度閉環控制裝置及測試方法
2023-06-22 15:01:06
專利名稱：溫度閉環控制裝置及測試方法
技術領域：
本發明涉及電子元器件及集成電路的可靠性領域，尤其涉及一種用於元器件或集成電路老化過程中提高元器件結溫熱穩定性的溫度閉環控制裝置及測試方法。
背景技術：
電子元器件的可靠性一直是製造商及客戶關注的焦點，而老化測試是保證電子元器件及產品可靠性的一種重要手段。隨著電子尺寸的不斷減小，電子元器件的漏電流迅速增加。在老化過程中，由於較高的電壓和溫度應力的施加，漏電流產生的功耗佔晶片總功耗的比重非常大，成為了主導功耗。由於溫度和漏電流之間存在的正反饋關係，即老化溫度應力的施加，導致被老化元器件的漏電流成指數關係增加，漏電流的進一步增加，漏功耗也跟著增加，則被老化元器件的結溫再次增加，結溫的增加使元器件的漏電流再次增加，如此反覆下去，被老化元器件的結溫會出現熱失控現象，損壞元器件，增加了老化成本。此外，最新的矽工藝技術使得同批同型號器件間存在參數差異，致使在相同的環境溫度下，各器件的結溫也會存在差異。這樣，就容易造成某些元器件欠老化，即達不到老化條件的要求，失去了老化的意義；而另一些元器件則會出現過老化的現象，就會出現熱失控，損壞元器件。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在於提供一種用於元器件或集成電路老化過程中提高元器件結溫熱穩定性的溫度閉環控制裝置及測試方法。為達到上述目的，本發明所述一種溫度閉環控制裝置，包括夾具、設置在夾具內的至少一個溫度傳感器、控制裝置及執行裝置，其中；夾具，用於夾持待測電子元器件；溫度傳感器，與所述控制裝置連接，用於測試電子元器件上的溫度，並將採集到的溫度數據傳輸至控制裝置；控制裝置，接收該溫度傳感器採集到的溫度數據，並與預設溫度值進行比較，然後根據比較結果向所述執行裝置發出控制信號；執行裝置，接收控制信號對待測電子元器件進行溫度變化操作。優選地，所述控制裝置包括微控制器和驅動電路，其中；微控制器，接收溫度傳感器採集到的溫度數據，得到最大溫度數值，並與預設溫度值比較，然後根據比較結果確定控制參數，再根據參數向所述驅動電路輸出PWM信號；驅動電路，接收並放大PWM信號，得到控制信號並輸給執行裝置。優選地，所述執行裝置包括加熱器和散熱器，其中；加熱器，位於所述夾具的上方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子元器件進行加熱；散熱器，位於所述夾具的下方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子
3元器件進行散熱。優選地，還包括為該溫度閉環控制裝置供電的電源。為達到上述目的，本發明所述一種測試方法，該方法包括以下步驟測試待測電子元器件外殼上的溫度；採集溫度數據，得到最大溫度值，並與預設溫度值比較，得出結果；根據比較結果確定控制參數，發出控制信號；
根據控制信號完成相應操作。本發明的有益效果為1、本發明所述的溫度控制裝置對加熱器與散熱器均可單獨控制，利於被控溫度的精確調整；2、溫度控制裝置、加熱器和散熱器都位於夾具之外，對於不同封裝形式的電子元器件，只需將溫度傳感器裝入其工作夾具的空隙中即可使用，不必另行製造測試用夾具；3、該系統的硬體電路比較簡單，元件少，從而保證了的體積較小，滿足老化板上空間有限的需求，並且溫度傳感器與被老化器件直接接觸，保證測得的溫度更準確。
圖1是本發明實施例所述的溫度閉環控制裝置的整體示意圖；圖2是本發明實施例所述的溫度閉環控制裝置的部分示意圖；圖3是夾具內部示意圖；圖4是實驗測試結果示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。如圖1-2所示，本發明實施例所述一種溫度閉環控制裝置，包括夾具2、設置在夾具2內的至少一個溫度傳感器4、控制裝置7及執行裝置，其中；夾具2，用於夾持待測電子元器件3，其中待測電子元器件3固定在老化板1上；溫度傳感器4，與所述控制裝置7連接，用於測試電子元器件上的溫度，並將採集到的溫度數據傳輸至控制裝置；控制裝置7，接收該溫度傳感器採集到的溫度數據，並與預設溫度值進行比較，然後根據比較結果向所述執行裝置發出控制信號；執行裝置，接收控制信號對待測電子元器件進行溫度變化操作。所述控制裝置7包括微控制器8和驅動電路9，其中；微控制器8，接收溫度傳感器採集到的溫度數據，得到最大溫度數值，並與預設溫度值比較，然後根據比較結果確定控制參數，再根據參數向所述驅動電路輸出PWM信號；驅動電路9，接收並放大PWM信號，得到控制信號並輸給執行裝置。所述執行裝置包括加熱器6和散熱器5，考慮到夾具內狹小的空間及該發明效率的提高，加熱器和散熱器放置在夾具外面，其中；加熱器6，位於所述夾具的上方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子元器件進行加熱；
散熱器5，位於所述夾具的下方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子元器件進行散熱。本發明所述一種測試方法，該方法包括以下步驟測試待測電子元器件外殼上的溫度；採集溫度數據，得到最大溫度值，並與預設溫度值比較，得出結果；根據比較結果確定控制參數，發出控制信號；根據控制信號完成相應操作。依照該測試方法，得到測試過程1)將待測電子元器件夾持在夾具中；2)將夾具內的多個溫度傳感器與待測電子元器件相連接，連接電源10，測試電子元器件外殼上的溫度；3)通過微控制器接收溫度傳感器採集到的溫度數據，得到最大溫度數值，並與預設溫度值比較，然後根據比較結果確定控制參數，再根據參數向所述驅動電路輸出PWM信號；4)驅動電路，接收並放大PWM信號，得到控制信號並輸出；5)根據比較結果得到相應控制信號，其中；i、若採樣最大溫度值高於預設溫度值，驅動電路輸出控制信號控制散熱器對待測電子元器件進行降溫處理；ii、若採樣最大溫度值低於預設溫度值，驅動電路輸出控制信號控制加熱器對待測電子元器件進行升溫處理。如圖3所示，夾具2由夾具底座21及夾具頂蓋22組成。待測元器件3放置於夾具底座21的槽內，然後在待測元器件3的上表面均勻放置多個溫度傳感器4，為了避免過老化造成老化成本的增加，選取多個溫度傳感器4獲取的最高溫度作為溫度閉環控制裝置的反饋溫度。考慮到夾具2內部空間的有限性，溫度傳感器4的體積足夠小，並且溫度傳感器4與溫度閉環控制裝置的控制裝置7的導線41從夾具頂蓋22與夾具底座21連接處的空隙中通過。這樣做的好處是充分利用了夾具的特點，溫度傳感器4與待測元器件3直接接觸，測得的溫度準確。如圖4所示，加入溫度閉環控制裝置後，待測元器件的殼溫變化曲線11與未加入控制系統的殼溫變化曲線12相比較，11具有更快的上升速度且殼溫更穩定。進入穩態後， 殼溫曲線12隨著時間的變化呈現緩慢增高的趨勢，如果不加以控制，很可能發生熱失控現象。當加入溫度閉環控制裝置後，殼溫曲線11進入穩態後，在加熱器與散熱器的微調下，恆定維持在所預期的溫度周圍。以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求
1.一種溫度閉環控制裝置，其特徵在於，包括夾具、設置在夾具內的至少一個溫度傳感器、控制裝置及執行裝置，其中；夾具，用於夾持待測電子元器件；溫度傳感器，與所述控制裝置連接，用於測試電子元器件上的溫度，並將採集到的溫度數據傳輸至控制裝置；控制裝置，接收該溫度傳感器採集到的溫度數據，並與預設溫度值進行比較，然後根據比較結果向所述執行裝置發出控制信號；執行裝置，接收控制信號對待測電子元器件進行溫度變化操作。
2.根據權利要求1所述的溫度閉環控制裝置，其特徵在於，所述控制裝置包括微控制器和驅動電路，其中；微控制器，接收溫度傳感器採集到的溫度數據，得到最大溫度數值，並與預設溫度值比較，然後根據比較結果確定控制參數，再根據參數向所述驅動電路輸出PWM信號；驅動電路，接收並放大PWM信號，得到控制信號並輸給執行裝置。
3.根據權利要求2所述的溫度閉環控制裝置，其特徵在於，所述執行裝置包括加熱器和散熱器，其中；加熱器，位於所述夾具的上方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子元器件進行加熱；散熱器，位於所述夾具的下方，並與驅動電路連接，接收控制信號用於對待測電子元器件進行散熱。
4.根據權利要求1或3所述的溫度閉環控制裝置，其特徵在於，還包括為該溫度閉環控制裝置供電的電源。
5.一種測試方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟測試待測電子元器件外殼上的溫度；採集溫度數據，得到最大溫度值，並與預設溫度值比較，得出結果；根據比較結果確定控制參數，發出控制信號；根據控制信號完成相應操作。
全文摘要
本發明公開一種溫度閉環控制裝置，包括夾具、設置在夾具內的至少一個溫度傳感器、控制裝置及執行裝置，其中；夾具用於夾持待測電子元器件；溫度傳感器，與所述控制裝置連接，用於測試電子元器件上的溫度，並將採集到的溫度數據傳輸至控制裝置；控制裝置，接收該溫度傳感器採集到的溫度數據，並與預設溫度值進行比較，然後根據比較結果向所述執行裝置發出控制信號；執行裝置，接收控制信號對待測電子元器件進行溫度變化操作。本發明所述的溫度控制裝置對加熱器與散熱器均可單獨控制，利於被控溫度的精確調整；溫度控制裝置、加熱器和散熱器都位於夾具之外，對於不同封裝形式只需將溫度傳感器裝入其工作夾具的空隙中即可使用，不必另行製造夾具。
文檔編號G05D23/30GK102393768SQ20111030995
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者李路明, 李青峰, 王偉明, 白冰, 郝紅偉, 陳少波 申請人:清華大學