一、整體結構與核心目標

• 核心目標：在測試區域（腔體內）實現 - 55℃~150℃（甚至更寬，如車規級可能要求 - 40℃~125℃）的溫度范圍覆蓋，且溫度穩定性≤±1℃，均勻性≤±2℃，同時支持快速升降溫（如 5℃/min~15℃/min），滿足高效測試需求。

二、核心子系統工作原理

1. 高低溫腔體：構建封閉溫度環境

• 密封與隔熱設計：腔體采用隔熱材料（如聚酰亞胺、氣凝膠）和密封結構（硅膠密封圈），減少與外界環境的熱交換，避免腔體內溫度波動。

• 測試工位布局：腔體內設有芯片承載臺（如吸嘴或托盤），用于放置待測試芯片；同時預留探針卡接口，確保測試時探針與芯片引腳精準接觸（電連接）。

• 氣流循環通道：腔體內設計特殊風道（如側進上出、環形循環），使溫控系統產生的冷熱氣流均勻流經芯片表面，避免局部溫差（如芯片附近溫度偏差≤±0.5℃）。

2. 溫度調節系統：實現高低溫 “產生” 與 “傳導”

• 制冷子系統（低溫環境構建）：
  主流采用壓縮式制冷（適合 - 55℃及以上低溫）或復疊式制冷（適合 - 100℃以下超低溫），原理類似冰箱但精度更高：

• 壓縮式制冷：通過壓縮機將制冷劑（如 R404A、R134a）壓縮為高溫高壓氣體，經冷凝器散熱液化，再通過膨脹閥節流降壓為低溫低壓液體，最后在蒸發器（位于腔體內部或熱交換器）吸熱汽化，帶走腔體熱量，實現降溫。

• 復疊式制冷：通過兩級制冷循環（高溫級 + 低溫級）疊加，低溫級采用低沸點制冷劑（如 R23），高溫級驅動低溫級，可實現 - 80℃以下超低溫。

• 制熱子系統（高溫環境構建）：
  采用電阻加熱或紅外加熱，原理為電能轉化為熱能：

• 電阻加熱：腔體內嵌入加熱絲或加熱板（如鎳鉻合金材質），通過電流流過產生焦耳熱，直接加熱腔體空氣或芯片承載臺；

• 紅外加熱：通過紅外燈管發射紅外線，利用芯片及腔體部件對紅外線的吸收轉化為熱能，升溫更均勻（避免局部過熱）。

3. 溫度精準控制系統：確保溫場穩定與可控

• 溫度傳感器：在腔體測試區、氣流通道等關鍵位置部署高精度傳感器（如鉑電阻 PT1000），實時采集溫度數據（精度可達 ±0.1℃）。

• 控制算法：基于 PLC 或工業計算機，采用 PID（比例 - 積分 - 微分）算法處理傳感器數據：

• 當實際溫度低于設定值時，啟動制熱系統（或降低制冷功率）；

• 當實際溫度高于設定值時，啟動制冷系統（或降低制熱功率）；

• 通過動態調整功率，確保溫度波動控制在 ±1℃以內（車規級測試要求更高，需 ±0.5℃）。

• 升降溫速率控制：通過調節制冷 / 制熱功率（如變頻壓縮機、可調加熱電流），控制升降溫速率（如 5℃/min~10℃/min），既滿足測試效率（快速達到目標溫度），又避免溫度驟變對芯片造成熱應力損傷。

4. 與分選機協同：完成 “溫度 - 測試 - 分選” 閉環

1. 芯片上料與傳送：分選機通過機械臂或吸嘴將待測試芯片從料盒取出，經傳送軌道送入高低溫腔體的承載臺（此時腔體預調至接近目標溫度）。

2. 溫度穩定：腔體關閉后，溫控系統快速將芯片及周圍環境升溫 / 降溫至目標溫度（如 - 40℃、85℃、125℃），并保持穩定（通常需 10~30 秒，根據芯片尺寸和熱容量調整）。

3. 電性能測試：當溫度穩定后，分選機的探針卡下降，與芯片引腳接觸，測試系統（ATE）向芯片施加電信號，檢測其在該溫度下的電壓、電流、頻率等性能參數（如車規芯片需測試 “低溫啟動”“高溫漏電” 等特性）。

4. 分選與下料：測試完成后，探針卡撤離，芯片被傳送出腔體；分選機根據測試結果（合格 / 不合格 / 分級），將芯片分揀至對應料盒。

5. 循環測試：重復上述流程，同時溫控系統根據下一批次測試需求，提前調整腔體溫度，減少等待時間。

三、關鍵技術指標與保障機制

• 溫度范圍：覆蓋芯片應用場景（如車規級通常要求 - 40℃~125℃，軍工級可達 - 55℃~150℃）；

• 溫度均勻性：通過優化風道（如湍流循環）和加熱 / 制冷布局，確保腔體測試區各點溫差≤±2℃；

• 響應速度：升降溫速率≥5℃/min（提高測試效率），且溫度過沖≤3℃（避免瞬間超溫損壞芯片）；

• 安全保護：內置超溫保護（溫度超過設定值 ±10℃時自動停機）、過流保護、腔體壓力異常保護等，防止設備或芯片損壞。