普泰克-测试分选机高低温设备工作原理

一、整体结构与核心目标

• 核心目标：在测试区域（腔体内）实现 - 55℃~150℃（甚至更宽，如车规级可能要求 - 40℃~125℃）的温度范围覆盖，且温度稳定性≤±1℃，均匀性≤±2℃，同时支持快速升降温（如 5℃/min~15℃/min），满足高效测试需求。

二、核心子系统工作原理

1. 高低温腔体：构建封闭温度环境

• 密封与隔热设计：腔体采用隔热材料（如聚酰亚胺、气凝胶）和密封结构（硅胶密封圈），减少与外界环境的热交换，避免腔体内温度波动。

• 测试工位布局：腔体内设有芯片承载台（如吸嘴或托盘），用于放置待测试芯片；同时预留探针卡接口，确保测试时探针与芯片引脚精准接触（电连接）。

• 气流循环通道：腔体内设计特殊风道（如侧进上出、环形循环），使温控系统产生的冷热气流均匀流经芯片表面，避免局部温差（如芯片附近温度偏差≤±0.5℃）。

2. 温度调节系统：实现高低温 “产生" 与 “传导"

• 制冷子系统（低温环境构建）：
  主流采用压缩式制冷（适合 - 55℃及以上低温）或复叠式制冷（适合 - 100℃以下超低温），原理类似冰箱但精度更高：

• 压缩式制冷：通过压缩机将制冷剂（如 R404A、R134a）压缩为高温高压气体，经冷凝器散热液化，再通过膨胀阀节流降压为低温低压液体，最后在蒸发器（位于腔体内部或热交换器）吸热汽化，带走腔体热量，实现降温。

• 复叠式制冷：通过两级制冷循环（高温级 + 低温级）叠加，低温级采用低沸点制冷剂（如 R23），高温级驱动低温级，可实现 - 80℃以下超低温。

• 制热子系统（高温环境构建）：
  采用电阻加热或红外加热，原理为电能转化为热能：

• 电阻加热：腔体内嵌入加热丝或加热板（如镍铬合金材质），通过电流流过产生焦耳热，直接加热腔体空气或芯片承载台；

• 红外加热：通过红外灯管发射红外线，利用芯片及腔体部件对红外线的吸收转化为热能，升温更均匀（避免局部过热）。

3. 温度精准控制系统：确保温场稳定与可控

• 温度传感器：在腔体测试区、气流通道等关键位置部署高精度传感器（如铂电阻 PT1000），实时采集温度数据（精度可达 ±0.1℃）。

• 控制算法：基于 PLC 或工业计算机，采用 PID（比例 - 积分 - 微分）算法处理传感器数据：

• 当实际温度低于设定值时，启动制热系统（或降低制冷功率）；

• 当实际温度高于设定值时，启动制冷系统（或降低制热功率）；

• 通过动态调整功率，确保温度波动控制在 ±1℃以内（车规级测试要求更高，需 ±0.5℃）。

• 升降温速率控制：通过调节制冷 / 制热功率（如变频压缩机、可调加热电流），控制升降温速率（如 5℃/min~10℃/min），既满足测试效率（快速达到目标温度），又避免温度骤变对芯片造成热应力损伤。

4. 与分选机协同：完成 “温度 - 测试 - 分选" 闭环

1. 芯片上料与传送：分选机通过机械臂或吸嘴将待测试芯片从料盒取出，经传送轨道送入高低温腔体的承载台（此时腔体预调至接近目标温度）。

2. 温度稳定：腔体关闭后，温控系统快速将芯片及周围环境升温 / 降温至目标温度（如 - 40℃、85℃、125℃），并保持稳定（通常需 10~30 秒，根据芯片尺寸和热容量调整）。

3. 电性能测试：当温度稳定后，分选机的探针卡下降，与芯片引脚接触，测试系统（ATE）向芯片施加电信号，检测其在该温度下的电压、电流、频率等性能参数（如车规芯片需测试 “低温启动"“高温漏电" 等特性）。

4. 分选与下料：测试完成后，探针卡撤离，芯片被传送出腔体；分选机根据测试结果（合格 / 不合格 / 分级），将芯片分拣至对应料盒。

5. 循环测试：重复上述流程，同时温控系统根据下一批次测试需求，提前调整腔体温度，减少等待时间。

三、关键技术指标与保障机制

• 温度范围：覆盖芯片应用场景（如车规级通常要求 - 40℃~125℃，军工级可达 - 55℃~150℃）；

• 温度均匀性：通过优化风道（如湍流循环）和加热 / 制冷布局，确保腔体测试区各点温差≤±2℃；

• 响应速度：升降温速率≥5℃/min（提高测试效率），且温度过冲≤3℃（避免瞬间超温损坏芯片）；

• 安全保护：内置超温保护（温度超过设定值 ±10℃时自动停机）、过流保护、腔体压力异常保护等，防止设备或芯片损坏。