专利名称：宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的可靠性测试与环境应力筛选设备中的一种宽温度范围的高低温循环设备，具体是指该设备中的热传导机构。
背景技术：
中国专利200410067891.9，公开了一种名称为宽温度范围的高低温循环设备，系为从低温≤-173℃到室温的温度循环设备，主要用于人造卫星上的红外探测器的环境应力筛选。该设备主要由一个主系统和一个从系统以及一个PC机组成。主系统主要负责实现温度循环功能及控制，从系统为主系统的冷环境自动补充消耗掉的液氮。主系统含有一真空容器，设于其内部且自上而下依次排列的一提供低温源的液氮子缸，一可置放受测器件的传热台和一提供高温源的加热台，并在该真空容器下方设一步进电机，一套筒连接该传热台并垂直穿过加热台和真空容器下底而由一螺杆联结该套筒与步进电机，该步进电机受控正转，使套筒推动传热台上升与液氮子缸下底紧接触且步进电机停转而使受测器件处于低温环境；之后，步进电机受控反转，套筒下降并带动传热台与加热台紧接触并停转。本设备的最大优点是可以自动完成半导体器件的温度循环试验。但是由于主系统中的真空容器内的液氮子缸底和加热台是采用紫铜材料做成，传热台是用铝或紫铜等导热性好的材料做成，它们本身在300℃以下比较硬，而实际的加工技术不可能保证子缸底、传热台和加热台接触表面为绝对平面。另外，由于子缸底面受到真空的压力，会沿着轴线A向下凸起。这样，即使传热台压紧液氮子缸底或加热台上表面，由于实际加工表面的不平整或者子缸底的向下凸起，会造成实际接触的传热面面积非常之小，甚至有可能变成点接触，这必将导致热阻急剧增大，从而使传热台的升、降温速率剧烈下降。
发明内容
基于上述已有专利在液氮子缸、传热台和加热台之间传热上存在的问题，本发明的目的是通过在液氮子缸底和加热台上增加一种热传导机构，使传热台的升、降温速率快和热阻小。
一种宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构，包括低温热传导机构和高温热传导机构。
低温热传导机构置于该设备中的液氮子缸底部外，由自上而下依次排列的两面涂有导热硅脂层的环形铟片、过渡冷头和铟片组成。环形铟片和过渡冷头是通过螺钉固定在液氮子缸底部，铟片通过导热硅脂层贴在过渡冷头上。所说的过渡冷头为圆盆状，中间向下凹，盆边上表面平整，其尺寸与环形铟片相同。过渡冷头下底面也要求平整。过渡冷头的盆底靠近盆边的圆周上均布有数个排气孔，便于盆内气体排出。
高温热传导机构置于该设备中的加热台上，由环形铟片通过导热硅脂层贴在加热台上构成。
本发明的关键之处在于1.利用了铟片在很低温度(如-196℃)下仍然很软的特点克服了诸传热面不平的缺陷。对传热面稍加压力，铟片即可随着接触面形貌而变形，从而弥和接触面间的空隙，使得实际传热面积大大增加；2.巧妙设计了一个中间留有空隙的盆形过渡冷头，当液氮子缸底向下凸起时，突起部分处在过渡冷头的空隙位置，过渡冷头的下表面不会因此而产生形变，从而保证了过渡冷头下表面的平整度。以上两点措施急剧降低了热阻，增加了实际的传热接触面，从而增加了热传导速率。
实验证明，如果没有本热传导机构，原设备在-173℃到20℃的变温区间内，升、降温时间都将超出30分钟，甚至达到数小时以上。这使得设备远远不能满足器件的温度筛选要求。有了本热传导机构，温度循环过程中的升、降温时间都降低到十几分钟甚至10分钟以内。
图1为宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构结构示意图。
图2采用本发明的热传导机构的传热台升降温随时间的变化曲线。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作详细说明本发明的热传导机构包括低温热传导机构和高温热传导机。
低温热传导机构置于液氮子缸底部外，由自上而下依次排列的两面涂有导热硅脂层1的环形铟片2、过渡冷头3和圆形铟片4组成。环形铟片2和过渡冷头3是通过螺钉5固定在液氮子缸底部外6，圆形铟片4通过导热硅脂层7贴在过渡冷头3下底面上。环形铟片2要求上下面加工平整，平整度在0.02mm以上，并在其两面均匀涂上薄层导热硅脂层1，以厚度0.005～0.01mm为宜。过渡冷头为圆盆状，中间向下凹，下凹深度由液氮子缸底可能向下凸量决定；盆边上表面要求平整，平整度在0.02mm以上，其尺寸与环形铟片2相同；过渡冷头下底面也要求平整，平整度在0.02mm以上，因为在下底面中央通过导热硅脂粘上一块面积较大的圆形铟片4，通过这个圆形铟片来弥和传热台与冷端接触面的凹凸不平，使传热台与冷端有效接触面积大增。。过渡冷头的盆底靠近盆边的圆周上均布有数个排气孔8，便于盆内气体排出。然后用过渡冷头3将环形铟片2压在液氮子缸底面外6上，并用螺钉5均匀拧紧，这样过渡冷头3就与液氮子缸底面6紧密地接触在一起，热阻很小。注意，盆形过渡冷头中凹进部分尽量不要有导热硅脂淌进来或者铟片伸进来，以免过多填充了凹进部分的空隙。然后以过渡冷头3的下表面的圆心为基准，按圆形铟片4的尺寸均匀涂上导热硅脂层7，以厚度0.005～0.01mm为宜，并贴上表面平整的，平整度在0.02mm以上的圆形铟片4。注意，不要让过渡冷头3旁边开的排气孔8被导热硅脂层7或者铟片4覆盖，以免造成设备抽真空时排气困难。
高温热传导机构置于加热台上，由环形铟片9通过导热硅脂层10贴在加热台11上构成。加热台为环形，环形铟片9要求上下表面平整，平整度在0.02mm以上，环形铟片9下表面均匀涂上导热硅脂层10，以厚度0.005～0.01mm为宜。然后将它们均匀对齐贴在环形加热台11上表面。
最后用电机(图中没有画出)驱动上下表面平整的传热台12在铟片4和环形铟片9间往复运动数次，以压平铟片4和环形铟片9。
这样的设计，使得传热台在升、降温时能够紧密地贴紧热平面环形铟片9和冷平面铟片4，显著增加实际的热接触面积，降低热阻，从而增加升、降温速率，使设备达到严格的技术要求。
图2为在采用本发明的热传导机构的情况下，实际测得的传热台升降温随时间的变化曲线。从中可以看出，升降温时间都在10分钟以内。如果加工和制作工艺再精细一些，升、降温时间会更加缩短。
权利要求
1.一种宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构，包括低温热传导机构和高温热传导机，其特征在于低温热传导机构置于该设备中的液氮子缸底部外(6)，由自上而下依次排列的两面涂有导热硅脂层(1)的环形铟片(2)、过渡冷头(3)和铟片(4)组成；环形铟片(2)和过渡冷头(3)是通过螺钉(5)固定在液氮子缸底部外，圆形铟片(4)通过导热硅脂层(7)贴在过渡冷头(3)上；所说的过渡冷头(3)为圆盆状，中间向下凹，盆边上表面平整，平整度在0.02mm以上，其尺寸与环形铟片相同；盆底下表面也是平整的，平整度在0.02mm以上；过渡冷头的盆底靠近盆边的圆周上均布有数个排气孔(8)，便于盆内气体排出；高温热传导机构置于该设备中的加热台(11)上，由环形铟片(9)通过导热硅脂层(10)贴在加热台上构成。
2.根据权利要求1的一种宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构，其特征在于所说的环形铟片(2)和圆形铟片(4)要求上下面平整度在0.02mm以上。
全文摘要
一种宽温度范围的高低温循环设备中的热传导机构，该设备是用于半导体器件的可靠性测试与环境应力筛选的，该热传导机构是针对中国专利200410067891.9，名称为宽温度范围的高低温循环设备而设计的。它包括低温热传导机构和高温热传导机。低温热传导机构置于该设备中的液氮子缸外底部，由自上而下依次排列的两面涂有导热硅脂层的环形铟片、过渡冷头和圆形铟片组成。高温热传导机构置于该设备中的加热台上，由环形铟片通过导热硅脂层贴在加热台上构成。本发明的优点是由于增加了热传导机构，使该高低温循环设备中的传热台的升降温速率大大提高，加快了器件的温度可靠性测试筛选速度。
文档编号G01M99/00GK1800868SQ200610023378
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月17日 优先权日2006年1月17日
发明者吴礼刚, 朱三根, 龚海梅, 李向阳, 方家熊, 董德平 申请人:中国科学院上海技术物理研究所