芯片研發(fā)、封裝、可靠性老化環(huán)節(jié)對溫控設(shè)備的低溫下限有著明確要求，不同制程、不同類型芯片適配的冷熱一體機(jī)溫度區(qū)間存在明顯區(qū)分。不少采購與工藝人員選型時，容易混淆單級循環(huán)設(shè)備與復(fù)疊式設(shè)備的降溫ji限，單純依據(jù)設(shè)備名稱判斷制冷能力，導(dǎo)致上機(jī)后無法滿足測試工藝標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合半導(dǎo)體行業(yè)主流設(shè)備配置，區(qū)分不同結(jié)構(gòu)冷熱一體機(jī)的穩(wěn)定低溫區(qū)間，梳理影響設(shè)備zui低控溫的核心因素，同時給出芯片測試場景的選型參考標(biāo)準(zhǔn)。

一、不同結(jié)構(gòu)冷熱一體機(jī)低溫ji限參數(shù)對照表

二、制約冷熱一體機(jī)zui低降溫的關(guān)鍵因素

1. 循環(huán)導(dǎo)熱介質(zhì)性能 介質(zhì)低溫流動性直接決定設(shè)備降溫下限，普通乙二醇介質(zhì)僅支持 – 45℃以上工況，硅油介質(zhì)可覆蓋 – 80℃區(qū)間，超低溫場景需要氟化液，介質(zhì)選型錯誤會出現(xiàn)溫度下探卡頓、降溫速度持續(xù)變慢的情況。
2. 機(jī)房環(huán)境散熱條件 風(fēng)冷機(jī)型受環(huán)境溫度限制顯著，夏季機(jī)房溫度超過 32℃時，同型號設(shè)備zui低溫度會上浮 10℃至 15℃；水冷機(jī)型依賴?yán)鋮s水塔換熱，冷卻水溫過高會壓縮制冷系統(tǒng)輸出能力。
3. 設(shè)備負(fù)載與腔體密封性 芯片測試腔體密封密封條老化、管路存在微量進(jìn)氣，會引入空氣中水汽，制冷系統(tǒng)為規(guī)避結(jié)冰會自動限制低溫輸出；單次測試工件負(fù)載過高，熱量持續(xù)釋放，設(shè)備難以抵達(dá)標(biāo)稱低溫值。
4. 制冷機(jī)組硬件配置 壓縮機(jī)功率、換熱器換熱面積、膨脹閥規(guī)格都會影響低溫下探能力，同類型設(shè)備低配版本無法達(dá)到高配機(jī)型的低溫區(qū)間，不能僅參考設(shè)備外觀判斷性能。

三、各芯片測試場景選型溫度參考

消費(fèi)電子芯片常規(guī)高低溫循環(huán)測試，選用zui低 – 40℃單級水冷一體機(jī)即可滿足標(biāo)準(zhǔn)；功率半導(dǎo)體、IGBT 老化測試，工藝普遍要求 – 70℃低溫點(diǎn)，需要標(biāo)準(zhǔn)復(fù)疊式設(shè)備；碳化硅、氮化鎵第三代半導(dǎo)體失效分析、ji限可靠性驗(yàn)證，工藝要求 – 90℃及以下低溫環(huán)境，需要搭配深冷復(fù)疊機(jī)型。 實(shí)驗(yàn)室小批量研發(fā)測試，可選用一體式小型復(fù)疊設(shè)備；量產(chǎn)產(chǎn)線多工位同步測試，建議選用水冷式復(fù)疊機(jī)組，穩(wěn)定低溫輸出能力更強(qiáng)。

四、日常使用穩(wěn)定抵達(dá)低溫的操作規(guī)范

設(shè)備開機(jī)后不直接滿載測試，空載預(yù)冷 30 分鐘，讓管路介質(zhì)整體降溫；定期更換干燥分子篩，降低循環(huán)回路露點(diǎn)；夏季風(fēng)冷機(jī)組配套機(jī)房空調(diào)控溫，水冷機(jī)組定期清洗冷卻塔換熱器；每年檢測腔體密封結(jié)構(gòu)，更換老化密封條，減少空氣水汽滲入。

總結(jié)

單級結(jié)構(gòu)冷熱一體機(jī)穩(wěn)定低溫區(qū)間集中在 – 20℃至 – 50℃，復(fù)疊式設(shè)備可實(shí)現(xiàn) – 60℃至 – 120℃區(qū)間控溫。采購選型不能只看設(shè)備標(biāo)注ji限溫度，需結(jié)合芯片工藝、機(jī)房散熱條件、循環(huán)介質(zhì)綜合匹配，同時規(guī)范日常運(yùn)維，保障設(shè)備長期穩(wěn)定抵達(dá)工藝所需低溫?cái)?shù)值。

FAQ

Q1：設(shè)備標(biāo)注zui低 – 80℃，上機(jī)只能降到 – 65℃是什么原因？

A：大概率為介質(zhì)選型不當(dāng)、機(jī)房散熱差或腔體密封漏氣，依次更換適配低溫介質(zhì)、優(yōu)化機(jī)房散熱、檢修密封結(jié)構(gòu)即可改善。

Q2：消費(fèi)芯片測試有必要選用 – 90℃深冷一體機(jī)嗎？

A：常規(guī)高低溫循環(huán)工藝無需，僅ji限失效驗(yàn)證、特殊定制測試項(xiàng)目才需要深冷機(jī)型，盲目選型會提升采購與運(yùn)行成本。

Q3：冷熱一體機(jī)能不能長期持續(xù)運(yùn)行在ji限低溫？

A：不建議長期滿載ji限溫度運(yùn)行，會加速壓縮機(jī)損耗，常規(guī)測試建議預(yù)留 10℃左右溫度余量。