半導(dǎo)體高低溫循環(huán)測(cè)試，升降溫速率是影響測(cè)試周期以及樣品應(yīng)力的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)備樣本手冊(cè)上標(biāo)注的大多是空載條件下的速率指標(biāo)，接入實(shí)際芯片、晶圓樣品做滿載測(cè)試時(shí)，降溫速率往往達(dá)不到標(biāo)稱數(shù)值。很多采購(gòu)人員只對(duì)比樣本參數(shù)，忽略各類實(shí)際限制條件，上機(jī)之后才發(fā)現(xiàn)工藝超時(shí)。本文梳理制約降溫速率的多類因素，區(qū)分設(shè)備硬件、負(fù)載、介質(zhì)換熱、外部工況，給出選型與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試參考。

一、降溫速率各類影響因素對(duì)照表

二、各項(xiàng)限制因素詳細(xì)解析

1. 制冷系統(tǒng)硬件配置 壓縮機(jī)冷量、板式換熱器換熱面積、電子膨脹閥共同決定設(shè)備制冷輸出上限。樣本手冊(cè)給出的空載降溫速率，回路只需要冷卻少量介質(zhì)；接入批量芯片樣品，需要帶走大量熱量，如果設(shè)備冷量余量不足，滿載速率會(huì)相比空載出現(xiàn)明顯下降。復(fù)疊機(jī)組在60℃以下深冷區(qū)間，壓縮比變大，制冷能力本身會(huì)出現(xiàn)衰減，也會(huì)限制低溫段降溫速率。
2. 被測(cè)樣品熱負(fù)載條件 芯片、功率模塊、晶圓都存在熱容量，批量測(cè)試時(shí)，樣品總熱容量越大，需要帶走的總熱量越多。部分功率芯片通電測(cè)試時(shí)還會(huì)持續(xù)產(chǎn)生熱量，設(shè)備制冷量需要抵消樣品自身發(fā)熱之后，才可以實(shí)現(xiàn)樣品降溫。同一臺(tái)設(shè)備，少量樣品測(cè)試速率快，滿工裝大批量測(cè)試速率會(huì)下降，這屬于現(xiàn)場(chǎng)比較常見的現(xiàn)象。
3. 循環(huán)介質(zhì)與管路流通條件 介質(zhì)老化粘度升高，低溫流動(dòng)阻力變大，循環(huán)流量下降，介質(zhì)帶走熱量的能力下降；過濾器、換熱器內(nèi)部堆積雜質(zhì)，流通截面縮小，流量衰減，同樣會(huì)拖慢降溫。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部水汽結(jié)冰附著換熱器內(nèi)壁，形成隔熱層，也會(huì)降低換熱效率，低溫段降溫被進(jìn)一步限制。
4. 設(shè)備散熱外部工況 風(fēng)冷冷熱一體機(jī)，機(jī)房環(huán)境溫度過高，冷凝器散熱變差，壓縮機(jī)制冷能力會(huì)出現(xiàn)衰減；水冷機(jī)型冷卻水進(jìn)水溫度超標(biāo)，同樣會(huì)造成制冷輸出下滑。多臺(tái)設(shè)備集中擺放，熱風(fēng)回流，也會(huì)讓單臺(tái)設(shè)備實(shí)際降溫速率達(dá)不到設(shè)計(jì)水平。
5. 溫控控制策略影響 PID 控制參數(shù)整定不合適，溫度接近設(shè)定點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)過早降低制冷輸出，會(huì)造成降溫斜率變緩；部分設(shè)備為了規(guī)避溫度過沖，控制邏輯會(huì)主動(dòng)壓低降溫速率，保護(hù)被測(cè)半導(dǎo)體樣品不受劇烈熱應(yīng)力沖擊。

三、選型以及現(xiàn)場(chǎng)改善手段

選型階段，不能只看空載參數(shù)，向供應(yīng)商提供實(shí)際測(cè)試負(fù)載，要求提供滿載工況下升降溫曲線，確認(rèn)滿載速率可以滿足工藝文件要求； 量產(chǎn)產(chǎn)線做好機(jī)房通風(fēng)散熱，水冷機(jī)組管控冷卻水進(jìn)水溫度； 按期更換循環(huán)介質(zhì)、更換過濾器濾芯，定期清洗換熱器，維持換熱能力； 在工藝允許前提下，合理評(píng)估樣品裝載數(shù)量，避免遠(yuǎn)超設(shè)備冷量余量的負(fù)載； 聯(lián)系技術(shù)人員整定設(shè)備 PID 控制參數(shù)，在樣品可承受熱應(yīng)力的前提下，優(yōu)化降溫斜率。

總結(jié)

半導(dǎo)體高低溫循環(huán)測(cè)試的降溫速率，不單純由設(shè)備硬件決定，被測(cè)樣品熱負(fù)載、介質(zhì)管路狀態(tài)、散熱工況、控制策略都會(huì)形成限制?？蛰d指標(biāo)只能作為參考，滿載工況才是工藝實(shí)際使用條件，選型和調(diào)試時(shí)綜合多項(xiàng)條件，保障溫循工藝按時(shí)完成。

FAQ

Q：設(shè)備空載降溫速率達(dá)標(biāo)，上樣品之后變慢，屬于設(shè)備故障嗎？

A：不一定屬于故障，負(fù)載熱容量會(huì)消耗冷量，優(yōu)先核對(duì)滿載設(shè)計(jì)參數(shù)，再排查介質(zhì)、換熱器狀態(tài)。

Q：想要提升降溫速率，是不是直接把壓縮機(jī)功率加大就可以？

A：加大壓縮機(jī)功率同時(shí)，需要匹配換熱器、循環(huán)泵流量，單一加大壓縮機(jī)，改善效果有限。

Q：芯片工藝允許的降溫速率一般是多少？

A：普通消費(fèi)芯片 13℃/min，部分應(yīng)力篩選測(cè)試可達(dá)到 510℃/min，嚴(yán)格以對(duì)應(yīng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。