李安華

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

AIP真空測試設(shè)備研制

李安華

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

介紹了一款新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，研發(fā)目的是為了測試激光視頻投影芯片、激光成像雷達(dá)芯片在封裝前的各項(xiàng)性能指標(biāo)。主要介紹了設(shè)備結(jié)構(gòu)、主要指標(biāo)及性能參數(shù)。

芯片；潔凈；結(jié)構(gòu)

為了測試激光視頻投影芯片、激光成像雷達(dá)芯片在沒封裝下的技術(shù)性能指標(biāo)，研究了AIP(Advanced Intelligent Peripheral）真空測試設(shè)備，該設(shè)備可以模仿芯片封裝環(huán)境，測試芯片的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，檢測合格后方可封裝。使用本設(shè)備可提前檢測芯片性能及參數(shù)，可縮短制造周期，減少浪費(fèi)，減低制造成本。

1 設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)：單室、臥式

（2）腔體內(nèi)壁尺寸：200 mm×200 mm×125 mm（長×寬×高）

（3）極限真空度：6.7×10-4Pa（4）工作真空度：5.0×10-3Pa

（5）抽真空時(shí)間：25 min抽到工作真空度（分子泵啟動(dòng)時(shí)間不計(jì)算在內(nèi)）

（6）潔凈凈化單元：

潔凈等級：100級@≥0.5μm(美聯(lián)邦209E）

菌落數(shù)≤0.5個(gè)/皿·時(shí)（Φ90㎜培養(yǎng)平皿）

平均風(fēng)速：0.25 m/s～0.45 m/s(快、慢雙速）

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要由凈化單元、真空腔室、電控系統(tǒng)、光學(xué)測試系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等多部分組成。其中真空腔體為單層方形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)將各部分結(jié)構(gòu)概述如圖1.

2.1 凈化單元

凈化單人單面凈化工作臺垂直送風(fēng)，凈化工作臺是醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域用于無菌無塵潔凈環(huán)境的局部凈化單元。

圖1 測試設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 工作原理

空氣經(jīng)頂、后部的初效空氣過濾器和低噪音離心式送風(fēng)機(jī)組壓入靜壓箱，經(jīng)高效空氣過濾器在上側(cè)部均勻吹出，形成高潔凈度的水平、垂直空氣幕，去除工作區(qū)域內(nèi)的原自然空氣，開機(jī)后五分鐘即達(dá)到理想的高潔凈度空間。采用可調(diào)風(fēng)機(jī)雙速調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，輕觸型開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，保證工作區(qū)內(nèi)的風(fēng)速始終處于理想狀態(tài)。如圖2所示。

2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

箱體殼采用進(jìn)口中纖板材緊密結(jié)合，保證長期無銹蝕發(fā)生，面層電噴涂表面處理，表面光滑無塵，臺板敷設(shè)不銹鋼板，方便耐用。

2.2 真空腔體

真空腔體采用單層方形結(jié)構(gòu)，前活動(dòng)開門、后門固定。均采用航空鋁7075，由主體部分（腔體）、腔體后門、腔體前門組成。

圖2 凈化單元

2.2.1 主體部分（腔體）

主體部分由一整塊航空鋁機(jī)加工而成，腔體頂部設(shè)有電阻規(guī)管接口和電離規(guī)管接口，左、右側(cè)面設(shè)計(jì)有觀察窗，底部設(shè)計(jì)有抽真空接口[1]。

腔體下部設(shè)計(jì)有一套可拆卸的真空轉(zhuǎn)接接口，上端可與真空腔體連接，下端可與真空機(jī)組插板閥連接，接口上預(yù)留充氣、排氣接口和壓力檢測接口。

腔體內(nèi)外精加工，加工測試合格后做鋁表面處理。

2.2.2 腔體后門

腔體后門與主體后端法蘭為螺栓固定，方便拆卸。腔體后門上安裝有鍺窗測試口和光闌。

2.2.3 腔體前門

腔體前門與主體為鉸鏈連接結(jié)構(gòu)，門下端用鉸鏈與腔體連接，門上端配置鎖緊機(jī)構(gòu)和門拉手，門中部安裝一件內(nèi)凹的圓筒鑲嵌法蘭，中間安裝PCB板、航空插座（玻璃燒結(jié)型）和航空插頭（橡膠密封）。PCB板與航插固定焊接到一起，PCB上方設(shè)計(jì)兩個(gè)芯片插座孔，每次芯片安裝都是插到PCB的插座上。通過航空插座與插頭可以將芯片引線與外部數(shù)據(jù)采集測試設(shè)備（模塊）相連，達(dá)到測試目的。

2.3 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)由真空獲得、真空測量及充排氣裝置組成。

真空系統(tǒng)由采用中科科儀FF-100/150分子泵1臺、RVD-4機(jī)械泵1臺、CCQ-100插板閥1臺以及相配套的支架、抽氣管路、各種真空閥門和真空測量裝置等組成[2]。

真空測量由數(shù)顯電子真空計(jì)、真空規(guī)管及連接電纜線（成都睿寶）組成。

充氣、排氣裝置由針型調(diào)節(jié)閥（卡套連接）、DJ2C系列卡套連接電磁閥及無縫不銹鋼管連接管路組成，在測試過程中可以根據(jù)測試需求對腔體內(nèi)部進(jìn)行充氣或排氣。腔體內(nèi)部壓力測量由PSE系列壓力開關(guān)（日本SMC）控制和測量。

2.4 光學(xué)測試系統(tǒng)

光學(xué)測試系統(tǒng)由黑體檢測系統(tǒng)、光闌、鍺窗組成。

黑體檢測系統(tǒng)由黑體支撐架、直線導(dǎo)軌、黑體移動(dòng)托板、黑體（兩臺）、黑體左右單位檢測組成。黑體支撐架采用鋁型材，直線導(dǎo)軌安裝板組裝而成，支架底部安裝可上下調(diào)節(jié)高度的螺桿支撐。黑體支撐架可作為獨(dú)立一個(gè)部件，也可通過連接件和凈化單元連接為一個(gè)整體。黑體移動(dòng)可電控移動(dòng)改變測試位置，不同測試位置配置相應(yīng)的檢測位置開關(guān)。

2.5 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括可編程控制器PLC、電控按鈕、真空檢測系統(tǒng)、充氣壓力檢測系統(tǒng)、真空電磁閥、電氣元器件、控制盒等組成。真空檢測系統(tǒng)包括真空計(jì)、真空規(guī)管及規(guī)管接線。壓力檢測包括壓力測試端和顯示控制儀表。觸摸屏操作界面有高真空和低真空兩種操作模式?？刂葡到y(tǒng)采用PLC控制，操作界面按鈕操作，通過各個(gè)儀器儀表的數(shù)據(jù)采集，完成對抽真空、充氮?dú)狻⒌獨(dú)饧兌葯z測及箱體門開關(guān)等的控制，可自動(dòng)/手動(dòng)完成整個(gè)工藝過程，其中還包括真空檢測、壓力檢測，露點(diǎn)檢測、微量氧含量檢測、黑體位置檢測、閥門啟閉位置檢測、充氣壓力檢測等。

2.5.1 主要功能

電控系統(tǒng)以PLC為運(yùn)算控制核心，對設(shè)備抽真空、充氣和排氣的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并通過操作界面按鈕操作的輸入以及當(dāng)前狀態(tài)的判斷來產(chǎn)生輸出控制，直接控制由大量的繼電器執(zhí)行，通過PLC的輸出控制信號產(chǎn)生動(dòng)作，直接控制各個(gè)閥門、機(jī)組、電源等直接執(zhí)行元件。

為了保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，軟、硬件中均采用了自鎖與互鎖保護(hù)功能、蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)。水或氣、超壓、斷電等異常現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)具有安全保護(hù)功能和故障顯示功能，具體為：壓縮空氣異常報(bào)警，分子泵異常報(bào)警，黑體位置異常，黑體超出行程報(bào)警。2.5.2電器控制的主要配置

低壓電氣元件：包括斷路器、接觸器、中間繼電器、按鈕、報(bào)警器和指示燈等。

控制面板上裝有蘑菇狀急停按鈕，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)使用；

真空計(jì)：采用數(shù)顯復(fù)合式真空計(jì)，具體配置按真空測量系統(tǒng)；

充氣壓力檢測選用PSE系列壓力開關(guān)（日本SMC）控制和測量。

可編程控制器：采用歐姆龍可編程控制器作為系統(tǒng)控制核心，負(fù)責(zé)接收各個(gè)傳感器和儀表數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理分析后輸出控制信號到直接執(zhí)行元件，完成設(shè)備動(dòng)作。

露點(diǎn)在線檢測儀，測量量程-100℃～20℃，實(shí)時(shí)檢測箱體內(nèi)部的殘氣水含量。

氧氣分析儀，測量量程0～3 000 ppm微量，0～100%常量，包括惰性氣體探頭。氧氣分析儀主要檢測箱體內(nèi)部氧氣含量，當(dāng)氧氣含量超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)顯示并報(bào)警。該氧氣分析儀可檢測充氣口的氮?dú)庋鹾恳苑奖銠z測氣源的質(zhì)量，也可檢測箱體內(nèi)部的氧氣含量，用于隨時(shí)監(jiān)控箱體內(nèi)部的氣氛環(huán)境。

3 結(jié)束語

真空測試設(shè)備已投入市場數(shù)臺，用戶反應(yīng)良好。它的研制與開發(fā)很好的解決了芯片封裝前性能測試問題，大大提高了生產(chǎn)效率，減少成品的不合格率，滿足了目前飛速發(fā)展的芯片產(chǎn)業(yè)對其關(guān)鍵設(shè)備的要求，為我所增加了新的利潤增長點(diǎn)，市場前景廣闊。

[1]閻承沛.真空熱處理工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1991.

Developmentof AIP Vacuum Test Equipment

LIAn-hua
（The Second Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030024，China）

This paper talks about a new experimental equipment and mainly introduces equipment structures，key technical indexes and performance parameters.The aim is at testing Laser video projector chip’s and Laser imaging radar chip’s performance index before encapsulation.

chip；decontamination；structure

TN820

A

1672-545X（2017）04-0215-02

2017-01-30

李安華（1981－），男，四川眉山人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向?yàn)殡娮訉Ｓ迷O(shè)備。