一种液氮排液装置、液氮排液方法及芯片测试系统与流程

1.本发明涉及芯片测试技术领域，尤其涉及一种液氮排液装置、液氮排液方法及芯片测试系统。


背景技术：

2.芯片测试过程中，液氮流体用于为被测器件提供受控的超低温测试环境，芯片测试系统通过探针针尖与芯片焊盘之间的物理接触实现芯片电气性能参数的测试。芯片在液氮流体内处于浸没状态的测试工艺要求决定了液氮容器为敞口式结构。芯片测试系统工作时，待测芯片放置在液氮容器内设置的承片台上，根据工艺要求在芯片上片/下片操作时需要排放部分液氮来降低液氮液位，保证操作安全性。芯片测试结束后，将全部液氮排放，避免液氮直接泄露于环境造成低温冻伤等意外事故。
3.敞口式液氮容器内的液氮排放时，无法施加外界压力叠加因热交换导致排液口的液氮严重气化，造成排液速度较慢，降低了芯片测试效率。另一方面，无法合理有效回收液氮造成液氮泄露，降低了液氮有效利用率，甚至引起低温冻伤。


技术实现要素：

4.本发明提供一种液氮排液装置，以解决现有技术中液氮排放时气化严重导致排液速度缓慢以及无法合理有效回收液氮造成液氮泄露的技术问题，实现芯片测试过程中部分液氮和芯片测试结束后全部液氮的快速排放与回收，提高芯片测试效率和液氮有效利用率，避免液氮泄露造成低温损伤。
5.本发明提供了一种液氮排液装置，包括第一杜瓦、第二杜瓦、第一排液管、第一电磁阀、液位计和控制模块；
6.所述第一杜瓦，不封口，利用液氮提供低温环境，其内设置有用于承载待测芯片的承片台，与所述第二杜瓦通过所述第一排液管相连，且所述第一排液管的高度低于所述承片台的高度；
7.所述第一排液管，一端与所述第一杜瓦连接，另一端与所述第二杜瓦连接，所述第一排液管上设置有所述第一电磁阀；
8.所述第一电磁阀，与所述控制模块连接，其根据所述控制模块的控制信号打开或关闭，以开始或停止将所述第一杜瓦中的液氮排入所述第二杜瓦；
9.所述第二杜瓦，通过端盖封口，所述端盖上设置有液位计，所述液位计的输入端接近所述第二杜瓦的底部，所述液位计与所述控制模块连接；
10.所述控制模块，用于接收所述液位计的液位信号，以及基于所述液位信号控制所述第一电磁阀，以实现控制液氮的排液过程。
11.进一步地，所述第一排液管连接在靠近所述第二杜瓦顶面的侧壁。
12.进一步地，所述端盖上还设置有温度传感器；
13.所述温度传感器，伸入所述第二杜瓦内，且所述温度传感器的探头高度不低于所
述第一排液管的高度，所述温度传感器与所述控制模块连接；
14.所述控制模块，还被配置为在所述温度传感器采集的温度值低于预设温度阈值的情况下，控制关闭所述第一电磁阀。
15.进一步地，所述端盖上还设置有真空管路；所述液氮排液装置还包括：真空泵和第三电磁阀；
16.所述真空管路的一端伸入第二杜瓦内，另一端连接有真空泵，真空管路上还设置有所述第三电磁阀；
17.所述真空泵，用于为所述第二杜瓦提供负压；
18.所述第三电磁阀，与所述控制模块连接，其根据所述控制模块的控制信号打开或关闭，以开始或停止真空泵为第二杜瓦提供负压。
19.进一步地，所述端盖上还设置有安全阀；
20.所述安全阀，用于在所述第二杜瓦内的气压高于预设气压限值的情况下自动开启，以释放所述第二杜瓦的压力。
21.进一步地，所述液氮排液装置还包括第二排液管、第四电磁阀和液氮桶；
22.所述液氮桶，通过所述第二排液管连接在靠近所述第二杜瓦底部的侧壁，以通过所述第二排液管接收来自所述第二杜瓦的液氮；
23.所述第二排液管上设置有所述第四电磁阀；
24.所述第四电磁阀，与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块的控制信号，以执行或停止所述第二杜瓦向所述液氮桶的排液动作。
25.进一步地，所述端盖上还设置有氮气管路；所述液氮排液装置还包括：氮气源和第二电磁阀；
26.所述氮气管路的一端伸入第二杜瓦内，另一端连接有氮气源，氮气管路上还设置有所述第二电磁阀；
27.所述氮气源，用于为所述第二杜瓦提供正压；
28.所述第二电磁阀，与所述控制模块连接，其被配置为根据所述控制模块的控制信号打开或关闭，以开始或停止氮气源为第二杜瓦提供正压。
29.进一步地，所述液氮排液装置还包括压力传感器；所述压力传感器与控制模块连接，用于实时监控第二杜瓦内液氮上方的压力，在第二杜瓦内的液氮液位未达到阈值条件下，真空压力值达到阈值上限/下限时，控制模块打开/关闭第三电磁阀和真空泵；在第二杜瓦内的液氮液位达到阈值并向液氮桶排液时，氮气压力达到阈值上限/下限时，控制模块关闭/打开第二电磁阀。
30.进一步地，所述第一排液管和所述第二排液管均包括由内向外设置的内管、外管、第一保温层和第一保护层；
31.所述外管与所述内管固定连接，且所述外管上设置有第一抽气孔，所述第一抽气孔用于在所述外管与所述内管固定连接之后抽气，以在所述外管与所述内管之间形成第一真空层。
32.进一步地，所述第一杜瓦和所述第二杜瓦均包括由内向外设置的内胆、外胆、第二保温层和第二保护层；
33.所述内胆与所述外胆相对的表面还涂覆有绝热涂层，所述外胆与所述内胆固定连
接，且所述外胆上设置有第二抽气孔，所述第二抽气孔用于在所述外胆与所述内胆固定连接之后抽气，以在所述外胆与所述内胆之间形成第二真空层。
34.本发明还提供了一种芯片测试系统，包括以上所述的液氮排液装置。
35.本发明通过设置第二杜瓦、第一排液管、第一电磁阀、第三电磁阀、真空泵和控制模块等形成的液氮排液装置，依靠真空泵通过真空管路为第二杜瓦和端盖形成的密闭容器提供真空，在控制模块根据芯片测试工艺要求打开第一排液管上设置的第一电磁阀时，第一杜瓦内的待排放液氮由于第一排液管两侧存在的较大压力差能够实现快速排放；第二杜瓦、第一排液管具有良好的保温结构，降低了待排放液氮在排放过程中的气化率，保证了液氮的快速排放，提高了测试效率。
36.本发明布置的温度传感器，可以实时监控第二杜瓦内液氮液位的非预期工况，提高了芯片测试系统的工作可靠性和安全性。
37.本发明布置的液氮桶、第四电磁阀、液位计、氮气管路、第二电磁阀和氮气源等，在液位计检测的液位达到预设上限值时，控制模块命令氮气管路上设置的第二电磁阀打开，氮气源通过氮气管路为第二杜瓦和端盖形成的密闭容器提供氮气压力；同时，控制模块命令第二杜瓦与液氮桶之间的第二排液管上设置的第四电磁阀打开，实现第二杜瓦内的液氮快速向液氮桶排放，实现了液氮的有效合理回收，避免了液氮泄露于环境，提高了液氮有效利用率，避免了因液氮外溢于环境可能引发的低温损伤，保证了液氮操作的安全性。
附图说明
38.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
39.图1为本发明实施例提供的液氮排液装置的基本结构示意图；
40.图2为本发明实施例提供的排液管的结构示意图；
41.图3为本发明实施例提供的第一杜瓦和第二杜瓦的基本结构示意图。
42.附图标记：
43.1-第一杜瓦，2-承片台，3-第一排液管，4-第一电磁阀，5-氮气管路，6-第二电磁阀，7-控制模块，8-氮气源，9-真空泵，10-第三电磁阀，11-真空管路，12-安全阀，13-液位计，14-压力传感器，15-温度传感器，16-端盖，17-第二杜瓦，18-第四电磁阀，19-第二排液管，20-液氮桶；
44.301-内管，302-第一真空层，303-外管，304-第一保温层，305-第一保护层；
45.1701-内胆，1702-绝热涂层，1703-第二真空层，1704-外胆，1705-第二保温层，1706-第二保护层。
具体实施方式
46.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
47.本发明实施例提供了一种液氮排液装置，如图1所示，包括第一杜瓦1、第二杜瓦17、第一排液管3、第一电磁阀4、液位计13和控制模块7。
48.所述第一杜瓦1，不封口，利用液氮提供低温环境，其内设置有承片台2，所述承片台2用于承载待测芯片(图中未示出)，第一杜瓦1与所述第二杜瓦17通过所述第一排液管3相连，且所述第一排液管3的高度低于所述承片台2的高度。例如在一些实施例中可以将第一排液管3设置在靠近第一杜瓦1底面的侧壁，也可以设置在底面，从而保证液氮能够全部排出。
49.所述第一排液管3，一端与所述第一杜瓦1连接，另一端与所述第二杜瓦17连接，所述第一排液管3上设置有所述第一电磁阀4。
50.所述第一电磁阀4，与所述控制模块7连接，其根据所述控制模块7的控制信号打开或关闭，以开始或停止将所述第一杜瓦1中的液氮排入所述第二杜瓦17。在芯片测试的过程中可以控制第一电磁阀4关闭，从而通过不封口的第一杜瓦1为测试芯片提供低温环境。在芯片测试结束后，开启第一电磁阀4，从而可以将第一杜瓦1中的液氮排入所述第二杜瓦17。
51.所述第二杜瓦17，通过端盖16封口，所述端盖16上设置有液位计13，所述液位计13的输入端接近所述第二杜瓦17的底部，所述液位计13与所述控制模块7连接。端盖16设置于第二杜瓦17上并固定连接，形成容纳液氮的密闭腔体，用于减少液氮挥发。
52.所述控制模块7，用于接收所述液位计13的液位信号，以及基于所述液位信号控制所述第一电磁阀4，以实现控制液氮的排液过程。也即本发明的液氮排液装置可以根据液位计13采集的第二杜瓦17中的液位信号来控制是否继续执行排液。例如在液位高于预设液面高度限值的情况下，关闭第一电磁阀4，停止排液。
53.在一些实施例中，所述端盖16上还设置有温度传感器15；
54.所述温度传感器15，伸入所述第二杜瓦17内，且所述温度传感器15的探头高度不低于所述第一排液管3的高度，所述温度传感器15与所述控制模块7连接。
55.所述控制模块7，还被配置为在所述温度传感器15采集的温度值低于预设温度阈值的情况下，控制关闭所述第一电磁阀4。本发明中进一步设置温度传感器15用以实时监控第二杜瓦17内液氮流体上方的温度，在所述液位计13失效等原因引起的液位非预期升高时，温度传感器15采集的温度值会低于预设温度阈值。此时可以通过控制模块7发出报警信号，同时关闭第一电磁阀4以停止第一杜瓦1的液氮排放。通过设置温度传感器15极大提高了液氮回收的安全性。
56.在一些实施例中，所述端盖16上还设置有真空管路11；所述液氮排液装置还包括：真空泵9和第三电磁阀10；
57.所述真空管路11的一端伸入第二杜瓦17内，另一端连接有真空泵9，真空管路11上还设置有所述第三电磁阀10；
58.所述真空泵9，用于为所述第二杜瓦17提供负压，从而可以加速排液过程。
59.所述第三电磁阀10，与所述控制模块7连接，其根据所述控制模块7的控制信号打开或关闭，以开始或停止真空泵9为第二杜瓦17提供负压。
60.在一些实施例中，所述端盖16上还设置有安全阀12；所述安全阀12，用于在所述第二杜瓦17内的气压高于预设气压限值的情况下自动开启，以释放所述第二杜瓦17的压力。由于端盖16与第二杜瓦17形成的密闭空间，液氮会不断气化，因此会造成密闭空间中的气
压上升，本发明中进一步设置安全阀12，在第二杜瓦17内的气压高于预设气压限值的情况下自动开启，从而释放压力，保证液氮排液装置的安全性。
61.在一些实施例中，如图1所示，所述液氮排液装置还包括第二排液管19、第四电磁阀18和液氮桶20。
62.所述液氮桶20，通过所述第二排液管19连接在靠近所述第二杜瓦17底部的侧壁，以通过所述第二排液管19接收来自所述第二杜瓦17的液氮。
63.所述第二排液管19上设置有所述第四电磁阀18。
64.所述第四电磁阀18，与所述控制模块7连接，用于接收所述控制模块7的控制信号，以执行或停止所述第二杜瓦17向所述液氮桶20的排液动作。与第一电磁阀4的控制逻辑类似，本发明中进一步设置第四电磁阀18，在第二杜瓦17内液氮达到液位高限的情况下，控制打开第四电磁阀18，从而将第二杜瓦17内的液氮排入液氮桶20。
65.在一些实施例中，所述端盖16上还设置有氮气管路5；所述液氮排液装置还包括：氮气源8和第二电磁阀6；
66.所述氮气管路5的一端伸入第二杜瓦17内，另一端连接有氮气源8，氮气管路5上还设置有所述第二电磁阀6；
67.所述氮气源8，用于向所述第二杜瓦17提供正压，以加速将所述第二杜瓦17内的液氮排入所述液氮桶20；
68.所述第二电磁阀6，与所述控制模块7连接，其被配置为根据所述控制模块7的控制信号打开或关闭，以开始或停止氮气源8为第二杜瓦17提供正压；也即本示例中第二电磁阀6通过导线与控制模块7连接，用于控制氮气的通断。
69.在一些实施例中，所述液氮排液装置还包括压力传感器14；所述压力传感器14与控制模块7连接，用于实时监控第二杜瓦17内液氮上方的压力，在第二杜瓦17内的液氮液位未达到阈值条件下，真空压力值达到阈值上限/下限时，控制模块7打开/关闭第三电磁阀10和真空泵9；在第二杜瓦17内的液氮液位达到阈值并向液氮桶20排液时，氮气压力达到阈值上限/下限时，控制模块关闭/打开第二电磁阀6。
70.在一些实施例中，如图2所示，所述第一排液管3和所述第二排液管19均包括由内向外设置的内管301、外管303、第一保温层304和第一保护层305。
71.所述外管303与所述内管301固定连接，且所述外管303上设置有第一抽气孔(未示出)，所述第一抽气孔用于在所述外管303与所述内管301固定连接之后抽气，以在所述外管303与所述内管301之间形成第一真空层302。本发明中利用第一真空层302、第一保温层304来阻止液氮通过内管301的管壁与环境进行热交换，减少液氮气化以提高液氮利用效率。第一保护层305用于阻止第一保温层304吸收水分降低保温性能。
72.在一些实施例中，如图3所示，所述第一杜瓦1和所述第二杜瓦17均包括由内向外设置的内胆1701、外胆1704、第二保温层1705和第二保护层1706。
73.所述内胆1701与所述外胆1704相对的表面还涂覆有绝热涂层1702，所述外胆1704与所述内胆1701固定连接，且所述外胆1704上设置有第二抽气孔(未示出)，所述第二抽气孔用于在所述外胆1704与所述内胆1701固定连接之后抽气，以在所述外胆1704与所述内胆1701之间形成第二真空层1703。本发明中绝热涂层1702、第二真空层1703和第二保温层1705用于阻止液氮通过所述第二杜瓦17、第一杜瓦1的底面和侧面与环境进行热交换，减少
液氮气化以提高液氮利用效率。第二保护层1706用于阻止第二保温层1705吸收水分降低保温性能。
74.下面，进一步介绍本发明的液氮排液装置的排液方法，包括如下步骤：
75.步骤一：液氮排液装置实时监控第二杜瓦17和端盖16形成的密闭腔体的液氮液位、液氮流体上方的温度、液氮流体上方的压力，液位计13、温度传感器15、压力传感器14的检测信号传送到控制模块7。
76.步骤二：控制模块7根据检测的温度信号判断液氮排液装置是否能够持续正常工作。若温度达到预设下限值，控制模块7发出报警信号，同时执行步骤三；若温度未达到预设下限值，在液位未达到预设上限值时，则执行步骤四，在液位达到预设上限值时，则执行步骤三。
77.步骤三：控制模块7控制第一电磁阀4关闭、第三电磁阀10关闭、真空泵9关闭、第四电磁阀18打开。在液氮流体上方的压力低于氮气压力预设下限值时，控制第二电磁阀6打开，在液氮流体上方的压力达到氮气压力预设上限值时，控制第二电磁阀6关闭。
78.步骤四：控制模块7控制第二电磁阀6关闭、第四电磁阀18关闭。在液氮流体上方的压力值达到真空压力预设下限值时，控制第三电磁阀10关闭、真空泵9关闭。在液氮流体上方的压力值高于真空压力预设上限值时，控制第三电磁阀10打开、真空泵9打开。根据芯片测试工艺要求控制第一电磁阀4关闭/打开。
79.本发明实施例通过设置第二杜瓦17、第一排液管3、第一电磁阀4、第三电磁阀10、真空泵9和控制模块7等形成的液氮排液装置，依靠真空泵9通过真空管路11为第二杜瓦17和端盖16形成的密闭容器提供真空，通过控制模块7控制第一电磁阀4开启将第一杜瓦1中的液氮排入第二杜瓦17时，第一杜瓦1内的待排放液氮由于第一排液管3两侧存在的较大压力差能够实现快速排放，从而回收第一杜瓦1中的液氮，提高芯片测试效率和液氮有效利用率，避免液氮泄露造成低温损伤。另外，第二杜瓦17、第一排液管3具有良好的保温结构，降低了待排放液氮在排放过程中的气化率，保证了液氮的快速排放，提高了测试效率。本发明实施例布置的温度传感器15，可以实时监控第二杜瓦17内液氮液位的非预期工况，提高了芯片测试系统的工作可靠性和安全性。
80.本发明实施例的液氮排液装置在液位计13检测的液位达到预设上限值时，控制模块7控制氮气管路5上设置的第二电磁阀6打开，氮气源8通过氮气管路5为第二杜瓦17和端盖16形成的密闭容器提供氮气压力；同时，控制模块7控制第二杜瓦17与液氮桶20之间的第二排液管19上设置的第四电磁阀18打开，实现第二杜瓦17内的液氮快速向液氮桶20排放，从而实现液氮的有效合理回收，避免液氮泄露于环境，提高液氮有效利用率。本发明的液氮排液装置避免了因液氮外溢于环境可能引发的低温损伤，保证了液氮操作的安全性。
81.本发明实施例还提供了一种芯片测试系统(图中未示出)，包括以上所述的液氮排液装置。且液氮排液装置的所有实现方式均适用于该芯片测试系统的实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
82.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该
要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
83.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
84.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是计算机或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
85.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。