專利名稱：寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的可靠性測試與環(huán)境應(yīng)力篩選設(shè)備中的一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，具體是指該設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
中國專利200410067891.9，公開了一種名稱為寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，系為從低溫≤-173℃到室溫的溫度循環(huán)設(shè)備，主要用于人造衛(wèi)星上的紅外探測器的環(huán)境應(yīng)力篩選。該設(shè)備主要由一個(gè)主系統(tǒng)和一個(gè)從系統(tǒng)以及一個(gè)PC機(jī)組成。主系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)溫度循環(huán)功能及控制，從系統(tǒng)為主系統(tǒng)的冷環(huán)境自動(dòng)補(bǔ)充消耗掉的液氮。主系統(tǒng)含有一真空容器，設(shè)于其內(nèi)部且自上而下依次排列的一提供低溫源的液氮子缸，一可置放受測器件的傳熱臺(tái)和一提供高溫源的加熱臺(tái)，并在該真空容器下方設(shè)一步進(jìn)電機(jī)，一套筒連接該傳熱臺(tái)并垂直穿過加熱臺(tái)和真空容器下底而由一螺桿聯(lián)結(jié)該套筒與步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)受控正轉(zhuǎn)，使套筒推動(dòng)傳熱臺(tái)上升與液氮子缸下底緊接觸且步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)而使受測器件處于低溫環(huán)境；之后，步進(jìn)電機(jī)受控反轉(zhuǎn)，套筒下降并帶動(dòng)傳熱臺(tái)與加熱臺(tái)緊接觸并停轉(zhuǎn)。本設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是可以自動(dòng)完成半導(dǎo)體器件的溫度循環(huán)試驗(yàn)。但是由于主系統(tǒng)中的真空容器內(nèi)的液氮子缸底和加熱臺(tái)是采用紫銅材料做成，傳熱臺(tái)是用鋁或紫銅等導(dǎo)熱性好的材料做成，它們本身在300℃以下比較硬，而實(shí)際的加工技術(shù)不可能保證子缸底、傳熱臺(tái)和加熱臺(tái)接觸表面為絕對(duì)平面。另外，由于子缸底面受到真空的壓力，會(huì)沿著軸線A向下凸起。這樣，即使傳熱臺(tái)壓緊液氮子缸底或加熱臺(tái)上表面，由于實(shí)際加工表面的不平整或者子缸底的向下凸起，會(huì)造成實(shí)際接觸的傳熱面面積非常之小，甚至有可能變成點(diǎn)接觸，這必將導(dǎo)致熱阻急劇增大，從而使傳熱臺(tái)的升、降溫速率劇烈下降。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有專利在液氮子缸、傳熱臺(tái)和加熱臺(tái)之間傳熱上存在的問題，本發(fā)明的目的是通過在液氮子缸底和加熱臺(tái)上增加一種熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，使傳熱臺(tái)的升、降溫速率快和熱阻小。
一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，包括低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)和高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)。
低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的液氮子缸底部外，由自上而下依次排列的兩面涂有導(dǎo)熱硅脂層的環(huán)形銦片、過渡冷頭和銦片組成。環(huán)形銦片和過渡冷頭是通過螺釘固定在液氮子缸底部，銦片通過導(dǎo)熱硅脂層貼在過渡冷頭上。所說的過渡冷頭為圓盆狀，中間向下凹，盆邊上表面平整，其尺寸與環(huán)形銦片相同。過渡冷頭下底面也要求平整。過渡冷頭的盆底靠近盆邊的圓周上均布有數(shù)個(gè)排氣孔，便于盆內(nèi)氣體排出。
高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的加熱臺(tái)上，由環(huán)形銦片通過導(dǎo)熱硅脂層貼在加熱臺(tái)上構(gòu)成。
本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于1.利用了銦片在很低溫度(如-196℃)下仍然很軟的特點(diǎn)克服了諸傳熱面不平的缺陷。對(duì)傳熱面稍加壓力，銦片即可隨著接觸面形貌而變形，從而彌和接觸面間的空隙，使得實(shí)際傳熱面積大大增加；2.巧妙設(shè)計(jì)了一個(gè)中間留有空隙的盆形過渡冷頭，當(dāng)液氮子缸底向下凸起時(shí)，突起部分處在過渡冷頭的空隙位置，過渡冷頭的下表面不會(huì)因此而產(chǎn)生形變，從而保證了過渡冷頭下表面的平整度。以上兩點(diǎn)措施急劇降低了熱阻，增加了實(shí)際的傳熱接觸面，從而增加了熱傳導(dǎo)速率。
實(shí)驗(yàn)證明，如果沒有本熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，原設(shè)備在-173℃到20℃的變溫區(qū)間內(nèi)，升、降溫時(shí)間都將超出30分鐘，甚至達(dá)到數(shù)小時(shí)以上。這使得設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足器件的溫度篩選要求。有了本熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，溫度循環(huán)過程中的升、降溫時(shí)間都降低到十幾分鐘甚至10分鐘以內(nèi)。


圖1為寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2采用本發(fā)明的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)的傳熱臺(tái)升降溫隨時(shí)間的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明本發(fā)明的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)包括低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)和高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)。
低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于液氮子缸底部外，由自上而下依次排列的兩面涂有導(dǎo)熱硅脂層1的環(huán)形銦片2、過渡冷頭3和圓形銦片4組成。環(huán)形銦片2和過渡冷頭3是通過螺釘5固定在液氮子缸底部外6，圓形銦片4通過導(dǎo)熱硅脂層7貼在過渡冷頭3下底面上。環(huán)形銦片2要求上下面加工平整，平整度在0.02mm以上，并在其兩面均勻涂上薄層導(dǎo)熱硅脂層1，以厚度0.005～0.01mm為宜。過渡冷頭為圓盆狀，中間向下凹，下凹深度由液氮子缸底可能向下凸量決定；盆邊上表面要求平整，平整度在0.02mm以上，其尺寸與環(huán)形銦片2相同；過渡冷頭下底面也要求平整，平整度在0.02mm以上，因?yàn)樵谙碌酌嬷醒胪ㄟ^導(dǎo)熱硅脂粘上一塊面積較大的圓形銦片4，通過這個(gè)圓形銦片來彌和傳熱臺(tái)與冷端接觸面的凹凸不平，使傳熱臺(tái)與冷端有效接觸面積大增。。過渡冷頭的盆底靠近盆邊的圓周上均布有數(shù)個(gè)排氣孔8，便于盆內(nèi)氣體排出。然后用過渡冷頭3將環(huán)形銦片2壓在液氮子缸底面外6上，并用螺釘5均勻擰緊，這樣過渡冷頭3就與液氮子缸底面6緊密地接觸在一起，熱阻很小。注意，盆形過渡冷頭中凹進(jìn)部分盡量不要有導(dǎo)熱硅脂淌進(jìn)來或者銦片伸進(jìn)來，以免過多填充了凹進(jìn)部分的空隙。然后以過渡冷頭3的下表面的圓心為基準(zhǔn)，按圓形銦片4的尺寸均勻涂上導(dǎo)熱硅脂層7，以厚度0.005～0.01mm為宜，并貼上表面平整的，平整度在0.02mm以上的圓形銦片4。注意，不要讓過渡冷頭3旁邊開的排氣孔8被導(dǎo)熱硅脂層7或者銦片4覆蓋，以免造成設(shè)備抽真空時(shí)排氣困難。
高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于加熱臺(tái)上，由環(huán)形銦片9通過導(dǎo)熱硅脂層10貼在加熱臺(tái)11上構(gòu)成。加熱臺(tái)為環(huán)形，環(huán)形銦片9要求上下表面平整，平整度在0.02mm以上，環(huán)形銦片9下表面均勻涂上導(dǎo)熱硅脂層10，以厚度0.005～0.01mm為宜。然后將它們均勻?qū)R貼在環(huán)形加熱臺(tái)11上表面。
最后用電機(jī)(圖中沒有畫出)驅(qū)動(dòng)上下表面平整的傳熱臺(tái)12在銦片4和環(huán)形銦片9間往復(fù)運(yùn)動(dòng)數(shù)次，以壓平銦片4和環(huán)形銦片9。
這樣的設(shè)計(jì)，使得傳熱臺(tái)在升、降溫時(shí)能夠緊密地貼緊熱平面環(huán)形銦片9和冷平面銦片4，顯著增加實(shí)際的熱接觸面積，降低熱阻，從而增加升、降溫速率，使設(shè)備達(dá)到嚴(yán)格的技術(shù)要求。
圖2為在采用本發(fā)明的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)的情況下，實(shí)際測得的傳熱臺(tái)升降溫隨時(shí)間的變化曲線。從中可以看出，升降溫時(shí)間都在10分鐘以內(nèi)。如果加工和制作工藝再精細(xì)一些，升、降溫時(shí)間會(huì)更加縮短。
權(quán)利要求
1.一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，包括低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)和高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)，其特征在于低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的液氮子缸底部外(6)，由自上而下依次排列的兩面涂有導(dǎo)熱硅脂層(1)的環(huán)形銦片(2)、過渡冷頭(3)和銦片(4)組成；環(huán)形銦片(2)和過渡冷頭(3)是通過螺釘(5)固定在液氮子缸底部外，圓形銦片(4)通過導(dǎo)熱硅脂層(7)貼在過渡冷頭(3)上；所說的過渡冷頭(3)為圓盆狀，中間向下凹，盆邊上表面平整，平整度在0.02mm以上，其尺寸與環(huán)形銦片相同；盆底下表面也是平整的，平整度在0.02mm以上；過渡冷頭的盆底靠近盆邊的圓周上均布有數(shù)個(gè)排氣孔(8)，便于盆內(nèi)氣體排出；高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的加熱臺(tái)(11)上，由環(huán)形銦片(9)通過導(dǎo)熱硅脂層(10)貼在加熱臺(tái)上構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的環(huán)形銦片(2)和圓形銦片(4)要求上下面平整度在0.02mm以上。
全文摘要
一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備中的熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，該設(shè)備是用于半導(dǎo)體器件的可靠性測試與環(huán)境應(yīng)力篩選的，該熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)是針對(duì)中國專利200410067891.9，名稱為寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備而設(shè)計(jì)的。它包括低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)和高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)。低溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的液氮子缸外底部，由自上而下依次排列的兩面涂有導(dǎo)熱硅脂層的環(huán)形銦片、過渡冷頭和圓形銦片組成。高溫?zé)醾鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)置于該設(shè)備中的加熱臺(tái)上，由環(huán)形銦片通過導(dǎo)熱硅脂層貼在加熱臺(tái)上構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于增加了熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，使該高低溫循環(huán)設(shè)備中的傳熱臺(tái)的升降溫速率大大提高，加快了器件的溫度可靠性測試篩選速度。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1800868SQ200610023378
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者吳禮剛, 朱三根, 龔海梅, 李向陽, 方家熊, 董德平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所