AIP真空測試設備研制

李安華

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024）

AIP真空測試設備研制

李安華

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024）

介紹了一款新型實驗設備，研發目的是為了測試激光視頻投影芯片、激光成像雷達芯片在封裝前的各項性能指標。主要介紹了設備結構、主要指標及性能參數。

芯片；潔凈；結構

為了測試激光視頻投影芯片、激光成像雷達芯片在沒封裝下的技術性能指標，研究了AIP(Advanced Intelligent Peripheral）真空測試設備，該設備可以模仿芯片封裝環境，測試芯片的各項指標參數，檢測合格后方可封裝。使用本設備可提前檢測芯片性能及參數，可縮短制造周期，減少浪費，減低制造成本。

1 設備主要技術指標

（1）設備結構：單室、臥式

（2）腔體內壁尺寸：200 mm×200 mm×125 mm（長×寬×高）

（3）極限真空度：6.7×10-4Pa（4）工作真空度：5.0×10-3Pa

（5）抽真空時間：25 min抽到工作真空度（分子泵啟動時間不計算在內）

（6）潔凈凈化單元：

潔凈等級：100級@≥0.5μm(美聯邦209E）

菌落數≤0.5個/皿·時（Φ90㎜培養平皿）

平均風速：0.25 m/s～0.45 m/s(快、慢雙速）

2 設備結構

設備主要由凈化單元、真空腔室、電控系統、光學測試系統、真空系統等多部分組成。其中真空腔體為單層方形結構，現將各部分結構概述如圖1.

2.1 凈化單元

凈化單人單面凈化工作臺垂直送風，凈化工作臺是醫藥衛生、生物工程、科學實驗等領域用于無菌無塵潔凈環境的局部凈化單元。

圖1 測試設備結構圖

2.1.1 工作原理

空氣經頂、后部的初效空氣過濾器和低噪音離心式送風機組壓入靜壓箱，經高效空氣過濾器在上側部均勻吹出，形成高潔凈度的水平、垂直空氣幕，去除工作區域內的原自然空氣，開機后五分鐘即達到理想的高潔凈度空間。采用可調風機雙速調節風量大小，輕觸型開關調節電壓，保證工作區內的風速始終處于理想狀態。如圖2所示。

2.1.2 結構特點

箱體殼采用進口中纖板材緊密結合，保證長期無銹蝕發生，面層電噴涂表面處理，表面光滑無塵，臺板敷設不銹鋼板，方便耐用。

2.2 真空腔體

真空腔體采用單層方形結構，前活動開門、后門固定。均采用航空鋁7075，由主體部分（腔體）、腔體后門、腔體前門組成。

圖2 凈化單元

2.2.1 主體部分（腔體）

主體部分由一整塊航空鋁機加工而成，腔體頂部設有電阻規管接口和電離規管接口，左、右側面設計有觀察窗，底部設計有抽真空接口[1]。

腔體下部設計有一套可拆卸的真空轉接接口，上端可與真空腔體連接，下端可與真空機組插板閥連接，接口上預留充氣、排氣接口和壓力檢測接口。

腔體內外精加工，加工測試合格后做鋁表面處理。

2.2.2 腔體后門

腔體后門與主體后端法蘭為螺栓固定，方便拆卸。腔體后門上安裝有鍺窗測試口和光闌。

2.2.3 腔體前門

腔體前門與主體為鉸鏈連接結構，門下端用鉸鏈與腔體連接，門上端配置鎖緊機構和門拉手，門中部安裝一件內凹的圓筒鑲嵌法蘭，中間安裝PCB板、航空插座（玻璃燒結型）和航空插頭（橡膠密封）。PCB板與航插固定焊接到一起，PCB上方設計兩個芯片插座孔，每次芯片安裝都是插到PCB的插座上。通過航空插座與插頭可以將芯片引線與外部數據采集測試設備（模塊）相連，達到測試目的。

2.3 真空系統

真空系統由真空獲得、真空測量及充排氣裝置組成。

真空系統由采用中科科儀FF-100/150分子泵1臺、RVD-4機械泵1臺、CCQ-100插板閥1臺以及相配套的支架、抽氣管路、各種真空閥門和真空測量裝置等組成[2]。

真空測量由數顯電子真空計、真空規管及連接電纜線（成都睿寶）組成。

充氣、排氣裝置由針型調節閥（卡套連接）、DJ2C系列卡套連接電磁閥及無縫不銹鋼管連接管路組成，在測試過程中可以根據測試需求對腔體內部進行充氣或排氣。腔體內部壓力測量由PSE系列壓力開關（日本SMC）控制和測量。

2.4 光學測試系統

光學測試系統由黑體檢測系統、光闌、鍺窗組成。

黑體檢測系統由黑體支撐架、直線導軌、黑體移動托板、黑體（兩臺）、黑體左右單位檢測組成。黑體支撐架采用鋁型材，直線導軌安裝板組裝而成，支架底部安裝可上下調節高度的螺桿支撐。黑體支撐架可作為獨立一個部件，也可通過連接件和凈化單元連接為一個整體。黑體移動可電控移動改變測試位置，不同測試位置配置相應的檢測位置開關。

2.5 電氣控制系統

電氣控制系統包括可編程控制器PLC、電控按鈕、真空檢測系統、充氣壓力檢測系統、真空電磁閥、電氣元器件、控制盒等組成。真空檢測系統包括真空計、真空規管及規管接線。壓力檢測包括壓力測試端和顯示控制儀表。觸摸屏操作界面有高真空和低真空兩種操作模式。控制系統采用PLC控制，操作界面按鈕操作，通過各個儀器儀表的數據采集，完成對抽真空、充氮氣、氮氣純度檢測及箱體門開關等的控制，可自動/手動完成整個工藝過程，其中還包括真空檢測、壓力檢測，露點檢測、微量氧含量檢測、黑體位置檢測、閥門啟閉位置檢測、充氣壓力檢測等。

2.5.1 主要功能

電控系統以PLC為運算控制核心，對設備抽真空、充氣和排氣的實時狀態進行監測，并通過操作界面按鈕操作的輸入以及當前狀態的判斷來產生輸出控制，直接控制由大量的繼電器執行，通過PLC的輸出控制信號產生動作，直接控制各個閥門、機組、電源等直接執行元件。

為了保證系統安全可靠的運行，軟、硬件中均采用了自鎖與互鎖保護功能、蜂鳴器報警系統。水或氣、超壓、斷電等異常現象時，系統具有安全保護功能和故障顯示功能，具體為：壓縮空氣異常報警，分子泵異常報警，黑體位置異常，黑體超出行程報警。2.5.2電器控制的主要配置

低壓電氣元件：包括斷路器、接觸器、中間繼電器、按鈕、報警器和指示燈等。

控制面板上裝有蘑菇狀急停按鈕，在出現緊急情況時使用；

真空計：采用數顯復合式真空計，具體配置按真空測量系統；

充氣壓力檢測選用PSE系列壓力開關（日本SMC）控制和測量。

可編程控制器：采用歐姆龍可編程控制器作為系統控制核心，負責接收各個傳感器和儀表數據，進行處理分析后輸出控制信號到直接執行元件，完成設備動作。

露點在線檢測儀，測量量程-100℃～20℃，實時檢測箱體內部的殘氣水含量。

氧氣分析儀，測量量程0～3 000 ppm微量，0～100%常量，包括惰性氣體探頭。氧氣分析儀主要檢測箱體內部氧氣含量，當氧氣含量超出規定標準時自動顯示并報警。該氧氣分析儀可檢測充氣口的氮氣氧含量以方便檢測氣源的質量，也可檢測箱體內部的氧氣含量，用于隨時監控箱體內部的氣氛環境。

3 結束語

真空測試設備已投入市場數臺，用戶反應良好。它的研制與開發很好的解決了芯片封裝前性能測試問題，大大提高了生產效率，減少成品的不合格率，滿足了目前飛速發展的芯片產業對其關鍵設備的要求，為我所增加了新的利潤增長點，市場前景廣闊。

[1]閻承沛.真空熱處理工藝與設備設計[M].北京：機械工業出版社，1998.

[2]達道安.真空設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1991.

Developmentof AIP Vacuum Test Equipment

LIAn-hua
（The Second Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030024，China）

This paper talks about a new experimental equipment and mainly introduces equipment structures，key technical indexes and performance parameters.The aim is at testing Laser video projector chip’s and Laser imaging radar chip’s performance index before encapsulation.

chip；decontamination；structure

TN820

A

1672-545X（2017）04-0215-02

2017-01-30

李安華（1981－），男，四川眉山人，工程師，工學學士，研究方向為電子專用設備。