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接触式芯片温度控制系统运行原理

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在半导体芯片研发、生产与可靠性测试领域,接触式芯片温度控制系统是实现准确温控的核心设备之一。其通过直接接触的热传导方式,为芯片构建稳定的温度环境,模拟芯片在实际应用中的高低温工作场景,检测芯片性能参数变化,为工艺优化与质量管控提供关键数据。

一、系统整体构成

接触式芯片温度控制系统的稳定运行依赖多模块协同工作,核心构成包括热传导模块、温度调节模块、动力驱动模块与控制监测模块,各模块功能明确、衔接紧密,共同保障温控效果。

接触式芯片温度控制系统运行原理-冠亚恒温

热传导模块是温度传递的核心载体,主要由接触压头与导热介质循环通道组成。接触压头采用高导热系数材料制作,表面经加工确保平整光滑,通过与芯片表面紧密贴合减少热阻,实现稳定的热传导。导热介质循环通道内置在压头内部,为温度调节模块输出的冷热介质提供流动路径,通过热交换快速改变压头温度,进而传递至芯片。

温度调节模块承担冷热生成与供给任务,由加热单元、制冷单元与介质存储组件组成。加热单元通过特定传热方式提升导热介质温度,制冷单元采用多级制冷技术实现降温,覆盖芯片测试所需的宽温度范围。介质存储组件用于暂存已调节温度的导热介质,确保供给稳定,同时缩短温度切换响应时间。该模块通过准确调控加热与制冷功率,维持导热介质温度稳定,为热传导模块提供持续的温度支撑。

动力驱动模块为系统运行提供动力支持,包括介质循环泵与压头驱动机构。介质循环泵驱动导热介质在温度调节模块与热传导模块之间快速循环,保障热交换效率;压头驱动机构控制接触压头的升降与平移,实现与芯片的准确对接与分离,其运行精度直接影响接触效果与温控稳定性。

控制监测模块是系统的核心,由控制器、传感器与人机交互界面组成。控制器采用可编程逻辑单元,具备强大的指令执行与逻辑运算能力;传感器包括温度传感器、压力传感器等,实时采集芯片温度、压头温度、接触压力等关键数据。

二、核心运行机制

接触式芯片温度控制系统的运行核心是通过热交换、温度传递、反馈调节的闭环流程,实现芯片温度的准确控制,其运行过程主要包括预热预冷、接触传热、动态调节三个关键阶段。

预热预冷阶段是温控准备过程。系统根据设定的目标温度,启动加热或制冷单元对导热介质进行处理,直至其温度达到目标值并稳定。处理后的介质暂存于介质存储组件中,形成稳定的冷热源,为后续快速传热做好准备。接触传热阶段是温度传递的核心过程。控制器指令动力驱动模块带动接触压头与芯片表面紧密贴合,接触压力由调节机构维持在设定范围。导热介质在循环泵驱动下经压头内部通道,通过热交换将热量或冷量传递至压头,进而快速影响芯片温度。由于压头与芯片直接接触、传热路径短,芯片温度得以迅速趋近目标值。动态调节阶段保障温度稳定。温度传感器实时采集芯片及压头温度并反馈至控制器。控制器通过对比实际温度与目标值的偏差,动态调节加热、制冷单元的功率输出以及循环泵的流速。

接触式芯片温度控制系统通过科学的模块构成、稳定的传热机制与严谨的控制逻辑,实现了芯片温度的准确控制与稳定调节,为半导体芯片的研发、生产与测试提供了可靠的温度环境支撑。

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