專利名稱：寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的可靠性測(cè)試與環(huán)境應(yīng)力篩選設(shè)備，尤其適用例如衛(wèi)星紅外探測(cè)器等的低溫半導(dǎo)體器件可靠性測(cè)試。溫度范圍為-173℃以下到300℃。
背景技術(shù)：
由于斯特林制冷機(jī)的壽命問題，在某些情況下衛(wèi)星紅外探測(cè)器采用了間歇式工作方式，因此它們?cè)谔罩袝?huì)經(jīng)受從常溫(20℃左右)到低溫(≤-173℃)的成千上萬次的溫度循環(huán)。為此，必須在地面上先進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，大量工程實(shí)踐證明，溫度循環(huán)是環(huán)境應(yīng)力篩選中最有效的篩選模式，它所激發(fā)的故障數(shù)占環(huán)境應(yīng)力篩選總故障數(shù)的一半以上。寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備可適應(yīng)這種要求。通過模擬制冷機(jī)間歇式工作方式，利用溫度循環(huán)試驗(yàn)來驗(yàn)證和改進(jìn)衛(wèi)星使用中長波探測(cè)器的可靠性，具體研究內(nèi)容包括檢測(cè)各引線的焊點(diǎn)質(zhì)量，考察不同材料的膨脹系數(shù)對(duì)器件可靠性的影響等等。
斯特林制冷機(jī)可以達(dá)到-173℃以下，但是如果用來做紅外探測(cè)器的地面測(cè)試，每次試驗(yàn)只能測(cè)試一個(gè)器件，效率低，造價(jià)高。目前其它的半導(dǎo)體器件溫度循環(huán)設(shè)備要么不能達(dá)到-173℃以下，要么不能實(shí)現(xiàn)真空條件下的溫度循環(huán)，要么需要人力長達(dá)幾個(gè)月的手工操作，不能做到溫循試驗(yàn)的自動(dòng)化。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，如何克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，使之既能達(dá)到低溫-173℃以下，又能實(shí)現(xiàn)真空條件下的溫度循環(huán)，而且工作效率高乃是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，特別是適用對(duì)人造衛(wèi)星用的紅外探測(cè)器的性能測(cè)試。
本發(fā)明技術(shù)方案如下根據(jù)本發(fā)明的一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，包括一具有溫度循環(huán)功能的主系統(tǒng)，其含有一真空容器，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(cè)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(cè)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)，使受測(cè)器件處于高溫環(huán)境；該步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接一數(shù)據(jù)來集卡；位于該傳熱臺(tái)上的每一只受測(cè)器件接一只測(cè)溫鉑電阻；在該液氮子缸的近下底處和近出口處分別設(shè)測(cè)溫鉑電阻，該上述幾只鉑電阻都分別連接一電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊而與該數(shù)據(jù)采集卡連接；一為溫度循環(huán)提供低溫環(huán)境的從系統(tǒng)，其含有一具絕緣密封蓋的液氮母缸、一輸液管其一端穿過密封蓋伸到該液氮母缸之近底端處，并設(shè)一測(cè)溫電阻，而另一端則穿過該真空容器上頂而伸入該液氮子缸之近底端于鉑電阻處，一氣液支管穿過該密封蓋伸至液氮母缸之缸口，其上端封閉且一分支連接一電磁閥和另一分支連接一氣壓機(jī)的出氣管；同樣該鉑電阻與電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊成電路連接；以及一PC機(jī)，其內(nèi)駐留自動(dòng)輸液氮控制程序和步進(jìn)電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制程序，并以總線連接數(shù)據(jù)采集卡，采集與受測(cè)器件相接的測(cè)溫鉑電阻的電阻/電壓數(shù)據(jù)而執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制程序?qū)κ軠y(cè)器件的環(huán)境溫度循環(huán)控制；采集液氮缸和子缸上的測(cè)溫電阻的電阻/電壓數(shù)據(jù)，而并執(zhí)行自動(dòng)輸?shù)刂瞥绦蚨M(jìn)行自動(dòng)充液氮。
進(jìn)一步，所說的高溫源為室溫溫度，而低溫源為≤-173℃；所說加熱臺(tái)由銅制成，并封閉且內(nèi)設(shè)二只80瓦電加熱片，外設(shè)有測(cè)溫鉑電阻，以及外接依次成電路連接的加熱臺(tái)溫度顯示模塊、PID溫控模塊、SSR固態(tài)繼電器和30V直流電源，并由PID溫控模塊連接所述鉑電阻和30V直流電壓源接入該加熱臺(tái)；最好是，所述液氮子缸的底部是由平整的紫銅板制成，而加熱臺(tái)由頂面是平整的環(huán)形銅構(gòu)成；更可取的是，還設(shè)有保護(hù)裝置，其包括真空容器外的套筒上面有一與其由絕緣環(huán)氧板連接的金屬觸頭和在真空容器下面一對(duì)固定的限位簧片，并且該金屬觸頭和限位簧片與一保護(hù)電路模塊成電路連接；同樣最好是，還設(shè)有循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)及顯示單元，其包括連接數(shù)據(jù)采集卡的輸出端，并依次連接到成電路連接的循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊和控制面板上的表頭；此處，所述的高溫源的溫度還可為300℃和低溫源的溫度為≤-173℃。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1，計(jì)算機(jī)控制的主體溫度循環(huán)系統(tǒng)，安全穩(wěn)定的自動(dòng)輸液氮裝置，再加上設(shè)備硬件保護(hù)體系有效避免了控制過程中意外情況帶來的損失，實(shí)現(xiàn)了整套設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化，幾乎不需操作人員看護(hù)；2，溫度范圍很寬，-173℃以下到300℃；3，同時(shí)可以測(cè)試至少4個(gè)器件；4，真空條件下的溫度循環(huán)試驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明中的電阻/電壓轉(zhuǎn)換原理圖；圖3為本發(fā)明中的保護(hù)電路硬件原理圖；圖4為本發(fā)明中的PID溫控模塊示意圖；圖5為本發(fā)明中的溫度循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊示意圖；圖6為本發(fā)明中的步進(jìn)電機(jī)控制模塊示意圖；圖7為本發(fā)明中的主系統(tǒng)控制過程示意圖；圖8為本發(fā)明中的自動(dòng)輸液氮軟件控制程序的流程圖；圖9為本發(fā)明中的步進(jìn)電機(jī)軟件控制程序的流程圖；圖10為本發(fā)明的器件溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)記錄示意圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1～圖9給出本發(fā)明一個(gè)較好的實(shí)施例，并結(jié)合對(duì)實(shí)施例的描述，進(jìn)一步給出本發(fā)明的技術(shù)細(xì)節(jié)，使能更好地說明本明的結(jié)構(gòu)特征和功能特點(diǎn)，但不是用來限制本發(fā)明的范圍，因此，凡合乎于本發(fā)明范圍之精神及類似變化的實(shí)施例，均應(yīng)包含在本發(fā)明范疇之內(nèi)。
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明設(shè)備由主系統(tǒng)和從系統(tǒng)構(gòu)成。主系統(tǒng)包括真空容器及傳熱機(jī)構(gòu)、溫度測(cè)試電路與計(jì)算機(jī)屏幕顯示、電機(jī)傳動(dòng)與控制機(jī)構(gòu)、電加熱器與控制及顯示屏、循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)顯示屏、以及設(shè)備保護(hù)裝置；從系統(tǒng)包括液氮母缸、液氮子缸、液氮母缸空缸報(bào)警裝置、以及相應(yīng)的自動(dòng)輸液氮控制。除了電加熱器用PID溫控模塊獨(dú)立控制，循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊獨(dú)立控制和保護(hù)電路獨(dú)立控制之外，剩下的測(cè)試和控制都是由PC機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡及其外圍電路來完成的。
具體情況如下(一)主系統(tǒng)部分a.如圖1和圖4所示，電加熱器與控制及顯示屏圖1中PID溫控模塊401，加熱臺(tái)溫度顯示模塊402，兩個(gè)80W電加熱片407，408被封閉固定在銅制加熱臺(tái)406里，加熱臺(tái)406上貼有鉑電阻405用來反映加熱臺(tái)溫度的變化，鉑電阻的阻值隨加熱臺(tái)406的溫度變化以及PID溫控設(shè)定而變化。圖4中，PID溫控模塊401的C4端和D4端引入鉑電阻405，E4端和F4端接入220V交流電源，輸出端G4和H4輸出高電平(5V)和低電平(0V)用以控制SSR固態(tài)繼電器403，SSR串入30V直流電源404的電路中。這樣通過控制SSR固態(tài)繼電器403的通斷就可以給加熱臺(tái)406加熱和停止加熱。
b.如圖1和圖2所示，溫度測(cè)試電路與顯示屏圖1中，鉑電阻803用來監(jiān)視液氮母缸813是否有液氮810，鉑電阻805用來測(cè)監(jiān)視液氮子缸809是否有液氮，鉑電阻804用來監(jiān)視子缸809是否快加滿。幾只鉑電阻107用來監(jiān)視各被測(cè)器件108溫度隨時(shí)間的變化。由于在液氮缸中，液面上和液面下的鉑電阻阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化，另外鉑電阻也會(huì)隨溫度變化而很快的變化，所以鉑電阻基本上可以監(jiān)測(cè)各處的溫度值。鉑電阻107，803，804，805通過圖2所示的電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路(即圖1中的模塊22)將其阻值轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，從模擬端口輸入到數(shù)據(jù)采集卡99，數(shù)據(jù)采集卡與PC機(jī)建立通信。通過LabView軟件編程，可以在PC機(jī)屏幕上看到由鉑電阻107，803，804，805反映出來的電壓值和溫度值。
c.如圖1和圖6所示，電機(jī)傳動(dòng)與控制機(jī)構(gòu)圖1中，步進(jìn)電機(jī)103，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器102，驅(qū)動(dòng)器直流24V電源101，螺桿104，套筒110，傳熱臺(tái)109。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡99給PC提供了各路模擬輸入的電壓數(shù)據(jù)之后，通過軟件編程，讓數(shù)據(jù)采集卡99輸出高低電平到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器102來控制步進(jìn)電機(jī)103按要求運(yùn)轉(zhuǎn)，圖6中，驅(qū)動(dòng)器102的C6和D6端接來自于PC機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡99發(fā)給驅(qū)動(dòng)器的正反轉(zhuǎn)命令，E6和F6端接收步進(jìn)脈沖命令，G6和H6端接24V直流電源101，直流電源由交流電源11通過交流變直流得來。驅(qū)動(dòng)器102的輸出端A6和A6，B6和B6分別接兩相步進(jìn)電機(jī)103的線圈導(dǎo)線。步進(jìn)電機(jī)103帶動(dòng)螺桿104運(yùn)動(dòng)，當(dāng)限制了與螺桿配合的套筒110的回轉(zhuǎn)時(shí)，套筒110會(huì)發(fā)生上下運(yùn)動(dòng)。
d.如圖1和圖5所示，循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)及顯示屏圖1中電機(jī)驅(qū)動(dòng)器102將控制步進(jìn)電機(jī)103正反轉(zhuǎn)狀態(tài)的高低電平同時(shí)引入到圖5所示的C5、D5端。E5、F5為循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊501的5V電源輸入端，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)103正反轉(zhuǎn)一次，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)控制電平就會(huì)有一次低電平向高電平的反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器加一，循環(huán)次數(shù)讀數(shù)通過控制面板上的表頭502顯示出來。
e.如圖1所示，真空容器及傳熱機(jī)構(gòu)真空容器808作為冷環(huán)境的液氮子缸809，子缸的底部是由平整的紫銅板811構(gòu)成，環(huán)形銅制加熱臺(tái)406的頂面是平整的。被測(cè)器件108被固定在傳熱臺(tái)109上，幾只鉑電阻107被分別固定在該各個(gè)器件108上。當(dāng)傳熱臺(tái)109被電機(jī)驅(qū)動(dòng)貼緊加熱臺(tái)406時(shí)，被測(cè)器件108隨著加熱臺(tái)升溫；當(dāng)傳熱臺(tái)109貼緊冷端811時(shí)，實(shí)現(xiàn)降溫。
f.如圖1和圖3所示，設(shè)備保護(hù)裝置為了防止電機(jī)103運(yùn)動(dòng)超出范圍，必須給設(shè)備加保護(hù)裝置。圖1中，在套筒110上面固定一個(gè)金屬觸頭105，金屬觸頭105與套筒110用絕緣的環(huán)氧板連接。在真空容器808下面固定一對(duì)金屬限位簧片106，限位簧片106與設(shè)備絕緣，但是這一對(duì)金屬限位彈片106是用同一金屬片彎出的兩個(gè)片頭。金屬觸頭105和限位彈片106上面各錫焊一根導(dǎo)線接入保護(hù)電路模塊33的A和B端。圖3中，B端接5V直流電源301，直流固態(tài)繼電器303，U301為一個(gè)反相器，選擇適當(dāng)?shù)碾娮鑂301、電阻R302和電容C301。
(二)從系統(tǒng)部分如圖1所示，液氮母缸813為一個(gè)容積大于液氮子缸809的液氮儲(chǔ)存罐，用絕熱材料做一個(gè)密封蓋812，穿過密封蓋812，輸液管806伸到離液氮母缸底部2厘米左右的地方，鉑電阻803伸到離液氮母缸底部2厘米左右的地方。氣液支管814穿過密封蓋812并稍稍穿出，氣液支管814的一支接電磁閥807，另一支接氣壓機(jī)602的出氣管802。810為液氮。
輸液管806的另一端伸到離液氮子缸809底部大約1厘米的地方，鉑電阻803和804、805分別用來監(jiān)視母缸813和子缸809里液氮810的位置，這三個(gè)鉑電阻都被引入電阻/電壓模塊22，通過數(shù)據(jù)采集卡99讀入計(jì)算機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)液氮810輸送的自動(dòng)控制。
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明從圖7所示可以看出主系統(tǒng)完成溫度循環(huán)的功能。在被測(cè)器件108上安裝的鉑電阻107的阻值隨著被測(cè)器件108的溫度變化，通過圖3所示的溫度/電壓轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓呢?fù)的電壓信號(hào)，比方說過程301鉑電阻107隨被測(cè)器件108冷到-172.5℃時(shí)，電壓輸出為-0.319V，經(jīng)過過程302，電機(jī)正轉(zhuǎn)→過程303，傳熱臺(tái)貼緊加熱臺(tái)，過程304，限位系統(tǒng)保護(hù)→過程305，電機(jī)停轉(zhuǎn)→過程306，鉑電阻107隨被測(cè)器件108加熱到19.5℃時(shí)，電壓輸出為-1.133V，之后，過程307，電機(jī)反轉(zhuǎn)→過程308，傳熱臺(tái)貼緊液氮缸底，過程309，限位系統(tǒng)保護(hù)→過程310，電機(jī)停轉(zhuǎn)→過程301，20分鐘內(nèi)被測(cè)器件降到-173℃以下。圖1所示的電阻/電壓轉(zhuǎn)化電路模塊22負(fù)責(zé)將各路鉑電阻107轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓呢?fù)的電壓信號(hào)。
加熱臺(tái)406被如圖4所示的PID溫控模塊401控制，該溫控模塊401的控制溫度設(shè)定為40℃。這樣，如圖1所示，在真空容器808里，當(dāng)載有被測(cè)器件108的傳熱臺(tái)109貼緊加熱臺(tái)406，該加熱臺(tái)406通過熱傳導(dǎo)給傳熱臺(tái)109加熱，當(dāng)加熱到被測(cè)器件108溫度為19.5℃時(shí)，因鉑電阻107產(chǎn)生的電壓Vi0為-1.133V，通過所述模塊22輸入到數(shù)據(jù)采集卡99，PC機(jī)讀入該數(shù)據(jù)，通過如圖9所示的步進(jìn)電機(jī)控制程序900，讓數(shù)據(jù)采集卡99從第0個(gè)數(shù)字通道輸出低電平接到圖6所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器102的C6、D6端，預(yù)置電機(jī)103正轉(zhuǎn)，從而使傳熱臺(tái)109向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)數(shù)據(jù)采集卡99從第1個(gè)數(shù)字通道輸出序列方波(高電平為+5V，低電平為0V)脈沖使得電機(jī)103轉(zhuǎn)動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)，知道電機(jī)103運(yùn)轉(zhuǎn)使傳熱臺(tái)109達(dá)到指定位置需要2分鐘，由于溫度梯度的關(guān)系，被測(cè)器件108在頭1分鐘內(nèi)會(huì)繼續(xù)被溫度稍高的傳熱臺(tái)109加熱到20℃，這樣在剩下的1分鐘內(nèi)被測(cè)器件溫度基本保持在20～21℃之間。
當(dāng)傳熱臺(tái)109運(yùn)動(dòng)到貼緊液氮子缸809底冷的銅板811時(shí)，被測(cè)器件108隨著傳熱臺(tái)109的溫度而降低，當(dāng)降到被測(cè)器件108的溫度為-172.5℃時(shí)，因鉑電阻107產(chǎn)生的電壓Vi0為-0.319V，通過步進(jìn)電機(jī)控制程序900，執(zhí)行步驟901，程序啟動(dòng)，執(zhí)行步驟902，采集器件溫度對(duì)應(yīng)的電壓Vio，執(zhí)行步驟903，Vio＜-1.133V，執(zhí)行步驟904，讓數(shù)據(jù)采集卡99從第0個(gè)數(shù)字通道輸出高電平，預(yù)置電機(jī)103反轉(zhuǎn)，從而使傳熱臺(tái)109向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)執(zhí)行步驟907，數(shù)據(jù)采集卡99從第1個(gè)數(shù)字通道輸出序列方波脈沖使得電機(jī)103轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，由于溫度梯度的關(guān)系，被測(cè)器件在頭1分鐘內(nèi)會(huì)繼續(xù)被溫度稍低的傳熱臺(tái)冷到-173℃，這樣在剩下的1分鐘內(nèi)器件溫度基本保持在-173～-174℃之間。圖9表示步進(jìn)電機(jī)控制程序900的流程。
執(zhí)行步驟905，Vio＞-0.319V，數(shù)據(jù)采集卡99的第0個(gè)數(shù)字通道輸出的高低電平同時(shí)被引入到如圖5所示的循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊501的C5、D5端，當(dāng)電平由低到高反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)模塊501就會(huì)計(jì)數(shù)加一，并顯示在表頭502上，這個(gè)過程步進(jìn)電機(jī)103完成了一次正反轉(zhuǎn)，即器件完成了一次升降溫循環(huán)。
加熱臺(tái)406設(shè)定溫度為40℃，當(dāng)它的溫度低于40℃時(shí)，鉑電阻405溫度也會(huì)跟著降到40℃以下，這時(shí)PID溫控模塊401的繼電器輸出端輸出高電平，繼電器403的輸出端導(dǎo)通，電源404給加熱片407、408供電，加熱片加熱，從而使加熱臺(tái)406升溫；當(dāng)加熱臺(tái)溫度高于于40℃時(shí)，PID溫控模塊401的繼電器輸出端輸出低電平，電源404停止給加熱片407、408供電。這樣使加熱臺(tái)406溫度基本穩(wěn)定在設(shè)定的40℃。如圖4所示。
在正常狀態(tài)下，以傳熱臺(tái)109貼緊加熱臺(tái)和貼緊液氮子缸底板811而金屬觸頭105不碰到限位彈片106，為金屬觸頭105(或套筒110)有效行程的起始和終止點(diǎn)。有效行程處在一對(duì)限位彈片距離的中間，其中，下彈片比有效行程的起始點(diǎn)低1毫米，上彈片比有效行程的終止點(diǎn)高1毫米。如圖1所示。
當(dāng)電機(jī)103誤動(dòng)作使得套筒110超出有效行程時(shí)，必然會(huì)使得金屬觸頭105接觸到限位彈片106，如圖3所示，A、B兩輸入端相當(dāng)于用一根導(dǎo)線相連，處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)繼電器303輸入端為低電平，總電源11斷開，總電源11服務(wù)的幾個(gè)模塊即步進(jìn)電機(jī)控制模塊A3、氣壓機(jī)控制模塊B3、電磁閥控制模塊C3、電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路模塊22、液氮母缸813空缸報(bào)警模塊E3全部斷電，設(shè)備主要部分處于斷電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)103運(yùn)動(dòng)的限位保護(hù)，保護(hù)了設(shè)備的安全。但此時(shí)的溫度循環(huán)計(jì)數(shù)模塊501及其顯示仍然工作，從而知道設(shè)備工作到了第幾個(gè)循環(huán)。反之，當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離沒有超出有效行程，金屬觸頭105不會(huì)接觸到金屬彈片106，A、B兩端斷開，繼電器303輸入端為高電平，總電源11導(dǎo)通，設(shè)備處于工作狀態(tài)。
從圖8可以看出，從系統(tǒng)主要是為了持續(xù)給溫度循環(huán)提供一個(gè)低溫環(huán)境。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)因鉑電阻805而產(chǎn)生的電壓Vi3＜-0.225V時(shí)，液氮子缸808里的液氮快要耗干；當(dāng)因鉑電阻804產(chǎn)生的電壓Vi4＞-0.24V時(shí)，液氮子缸808里的液氮快要加滿。自動(dòng)輸液控制程序200，當(dāng)步驟201，程序啟動(dòng)，而步驟202，以前者為加液氮的判斷標(biāo)準(zhǔn)，步驟205，以后者為停止加液氮的判斷標(biāo)準(zhǔn)。步驟202當(dāng)Vi3＜-0.225V時(shí)，步驟203數(shù)據(jù)采集卡99第3個(gè)數(shù)字通道輸出高電平，繼電器601輸出端導(dǎo)通，氣壓機(jī)602工作，步驟204第4個(gè)通道輸出低電平，繼電器801的輸出端斷開，電磁閥802關(guān)閉，開始加液氮；即步驟205，當(dāng)Vi4＞-0.24V時(shí)，步驟206，數(shù)據(jù)采集卡99第3個(gè)數(shù)字通道輸出低電平氣壓機(jī)602停止工作，步驟207，第4個(gè)數(shù)字通道輸出高電平電磁閥802打開，停止加液氮。直到下一次又執(zhí)行步驟202，Vi3＜-0.225V時(shí)，才開始再次加液氮，和當(dāng)執(zhí)行步驟205，當(dāng)Vi4＞-0.24V時(shí)，才又再次停止加液氮，如此循環(huán)而提供低溫環(huán)境。
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)因鉑電阻803產(chǎn)生的電壓Vi5＜-0.25V時(shí)，液氮母缸813里的液氮快要被排空，如圖1所示，數(shù)據(jù)采集卡99輸出高電平，固態(tài)繼電器701輸出端導(dǎo)通，聲光報(bào)警器702工作，提醒操作員往母缸813加液氮。
將傳熱臺(tái)上的器件引腳串連，并用導(dǎo)線通過真空插座引出真空容器，可以通過計(jì)算機(jī)或人工操作對(duì)引腳的電特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
本實(shí)施例的高低溫循環(huán)軌跡由圖10所示實(shí)驗(yàn)曲線表達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，包括一具有溫度循環(huán)功能的主系統(tǒng)，其含有一真空容器(808)，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(809)，一可置放受測(cè)器件(108)的傳熱臺(tái)(109)和一提供高溫源的加熱臺(tái)(406)，并在該真空容器(808)下方設(shè)一步進(jìn)電機(jī)(103)，一套筒(110)連接該傳熱臺(tái)(101)并垂直穿過加熱臺(tái)(406)和真空容器(808)下底而由一螺桿(104)聯(lián)結(jié)該套筒(110)與步進(jìn)電機(jī)(103)，該步進(jìn)電機(jī)(103)受控正轉(zhuǎn)，使套筒(110)推動(dòng)傳熱臺(tái)(109)上升與液氮子缸(809)下底緊接觸且步進(jìn)電機(jī)(103)停轉(zhuǎn)而使受測(cè)器(108)處于低溫環(huán)境；步進(jìn)電機(jī)(103)受控反轉(zhuǎn)，套筒(110)下降并帶動(dòng)傳熱臺(tái)(101)與加熱臺(tái)(406)緊接觸并停轉(zhuǎn)，使受測(cè)器件(108)處于高溫環(huán)境；該步進(jìn)電機(jī)(103)經(jīng)一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(102)連接一數(shù)據(jù)來集卡(99)；位于該傳熱臺(tái)(101)上的每一只受測(cè)器件(108)接一只測(cè)溫鉑電阻(107)；在該液氮子缸(809)的近下底處和近出口處分別設(shè)測(cè)溫鉑電阻(805、804)，該鉑電阻(107、805、804)連接一電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊(22)而與該數(shù)據(jù)采集卡(99)連接；一為溫度循環(huán)提供低溫環(huán)境的從系統(tǒng)，其含有一具絕熱密封蓋(812)的液氮母缸(813)、一輸液管(806)其一端穿過密封蓋(812)伸到該液氮母缸(813)之近底端處，并設(shè)一測(cè)溫電阻(803)，而另一端則穿過該真空容器(808)上頂而伸入該液氮子缸(809)之近底端于鉑電阻(805)處，一氣液支管(814)穿過該密封蓋(812)伸至液氮母缸(813)之缸口，其上端封閉且一分支連接一電磁閥(807)和另一分支連接一氣壓機(jī)(602)的出氣管(803)；該鉑電(803)與該鉑電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊(22)成電路連接；以及一PC機(jī)，編寫有自動(dòng)輸液氮控制程序(200)和步進(jìn)電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制程序(900)，并以總線連接數(shù)據(jù)采集卡(99)，采集測(cè)溫鉑電阻(107)的電阻/電壓數(shù)據(jù)而執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制程序(900)對(duì)受測(cè)器件(108)的環(huán)境溫度循環(huán)控制；采集測(cè)溫電阻(803、804、805)的電阻/電壓數(shù)據(jù)，而并執(zhí)行自動(dòng)輸?shù)刂瞥绦?200)而進(jìn)行自動(dòng)充液氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所說的高溫源為室溫溫度，而低溫源為≤-173℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所說加熱臺(tái)(406)由銅制成，并封閉且內(nèi)設(shè)二只80瓦電加熱片(407，408)，外設(shè)有測(cè)溫鉑電阻(405)，以及外接依次成電路連接的加熱臺(tái)溫度顯示模塊(402)、PID溫控模塊(401)、SSR固態(tài)繼電器(403)和30V直流電源(404)，并由PID溫控模塊(401)連接鉑電阻(405)和30V直流電壓源接入該加熱臺(tái)(406)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述液氮子缸(809)的底部是由平整的紫銅板(811)制成，而加熱臺(tái)(406)由頂面是平整的環(huán)形銅構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，還設(shè)有保護(hù)裝置，其包括位于真空容器(808)外的套筒(110)上面設(shè)有一與其由絕緣環(huán)氧板連接的金屬觸頭(105)和一對(duì)固定的限位簧片(106)，并且該金屬觸頭(105)和限位簧片(106)與一保護(hù)電路模塊(33)成電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，還設(shè)有循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)及顯示單元，其包括連接數(shù)據(jù)采集卡(99)的輸出端，并依次連接到循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)模塊(501)和控制面板上的表頭(502)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，所述的高溫源的溫度還可為300℃和低溫源的溫度為≤-173℃。
全文摘要
一種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(cè)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。設(shè)備可以記錄熱環(huán)境溫度，和溫度循環(huán)次數(shù)并顯示在控制面板上。另外設(shè)備能有效地避免意外情況帶來的損失。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)，工作人員只需隔幾天給母缸倒入液氮即可。另外本設(shè)備的溫度循環(huán)還可具有從低于－173℃到300℃極廣的溫度試驗(yàn)范圍，可以用來完成此溫度范圍內(nèi)要求的半導(dǎo)體器件的環(huán)境應(yīng)力篩選和器件可靠性測(cè)試。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1603778SQ20041006789
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者吳禮剛, 朱三根, 龔海梅, 黃翌敏, 李向陽, 方家熊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所