+7 (812) 294-43-84
 

Статья в журнале "Вакуумная техника и технологии - 2016"

Статья в журнале "Вакуумная техника и технологии - 2016"

Крио-термо установка для проверки работоспособности

интегральных схем в диапазоне температур 80К - 40оС

М.П. Ларин,  В.В. Конторин

Санкт-Петербургский  политехнический университет,

195251, Политехническая ул., д.29

ООО «Вакуумные и криогенные системы» (ООО «ВАКРИС»),

Санкт-Петербург, 195251,  ул. Обручевых, д. 1, marxen@mail.ru, www.vacris.ru

А.А. Лапшин,  Д.Е. Беляевский

ООО «ТехноСистемТрейд»,  197342, Санкт-Петербург, ул. Сердобольская 65а, оф. 517

 

      Приводится разработанная и изготовленная для Белорусского ООО «Интеграл»  крио-термо  установка  для проверки  работоспособности  интегральных  схем при температурах  от  80К  до  40оС  с помощью  жидкого азота  и  его  паров,  а также  нагревателя  в  виде  4-х  кварцевых  галогенных  ламп.                                                           

  

       По договору с ООО «Интеграл» (г. Минск, Республика Белоруссия) была разработана и создана конструкция крио-термо установки для проверки работоспособности   интегральных схем, показанных на рис. 1  в условиях с температурой окружающей среды   от  80К до 40оС.                              

                                 стизжурн (1)                          стизжурн (2)

    

      Установка состоит из 4-х основных частей, показанных на рис. 2, – криостатного блока, нижнего фланца, крышки и стола-подставки. Криостатный блок содержит сосуд 1, заполняемый в процессе работы жидким азотом через входную трубку 2 или продуваемый через эту трубку парами жидкого азота. Через  два патрубка 3 пары испаряющегося жидкого азота выходят из  сосуда 1 за пределы установки. Внутри сосуда 1 расположены цилиндрической формы экраны 4, 5, 6, 7, обеспечивающие потоку жидкого азота и его парам трёхкратное движение от нижнего дна к верхней крышке сосуда 1, и тем самым производя более равномерное их охлаждение.  В середине верхней части крышки имеется квадратной формы плоское возвышение 8, на которое устанавливается рамка с микросхемой, показанной на рис. 1. На верхней части крышки  расположена кольцевой формы полость 9, заполненная сорбентом в виде активного угля 10 типа СКТ и перекрытая крышкой 11 из пористой меди. Корпус сосуда 1 сделан из меди М1, а трубки 2 и 3 – из нержавеющей стали.

    Сосуд 1 снизу и сбоку окружён медным полированным экраном 12, внутри в нижней части которого расположены четыре кварцевые галогенные лампы 13. При  напряжении, подаваемого на эти лампы от 0 до 220 вольт  их мощность изменяется от 0 до 240 ватт.   

   В нижней части установки имеется фланец 14, с днищем 15 которого сварены три выходные патрубки 16, приваренные к трубкам 2 и 3. Фланец 14 имеет восемь резьбовых отверстий  М6  и  паз  для  размещения  уплотнения  17  в виде  силиконовой резины квадратного сечения.                                                                                                                  

    На рис. 3 показана  установка в сборе, а на рис. 4 – её вид снизу.                      

                                     стизжурн (3)                          стизжурн (4)

       Установка с помощью четырёх стоек 1 закреплена к подставке 2. На выходные патрубки  надеты трубки 3, по которым в рабочем режиме выходят пары жидкого азота,  подаваемого в установку через патрубок 4.  К днищу приварен патрубок с фланцем Ду16 «Conflate», к которому для откачки объёма под колпаком стыкуется клапан 5  Ду16 с витоновым уплотнением седла. К днищу также приварен фланец Ду10 «ISO» для стыковки натекателя 6, который используется для медленного  напуска газообразного азота, испаряемого из жидкой фазы, под колпак установки перед вскрытием камеры.

         К нижнему фланцу также приварены  два патрубка для стыковки двух разъёмов 7 и 8 с 50-тью и 32-я ножками, к которым подсоединяются кабели, соединяющие провода, припаянные к держателю интегральной микросхемы, провода для нагрева кварцевых галогенных ламп и  две хромель-алюмелевые термопары. Одна термопара измеряет температуру непосредственно верхней части 8 криостатного блока (см. рис. 2), вторая – температуру непосредственно на поверхности микросхемы.

       К боковой стенке корпуса установки  приварен патрубок Ду16 «Конфлат», к которому подсоединяется вакуумный датчик, показанный на рис. 5. К центральному патрубку 4 (рис. 4) подсоединяется питатель жидкого азота, показанный на рис. 6. Питатель этотсостоит из горизонтального 1 и вертикального 2 колена, кварцевой галогенной лампы 3 на 220 вольт и 50 ватт и уплотняющей пробки 4. На рис. 7 показана в увеличенном масштабе середина вертикального колена, у которого имеется патрубок сброса давления                     

                  стизжурн (5)                        стизжурн (6)                      стизжурн (7)                                 

        Питатель вертикальным коленом погружается в заполненный не менее чем на 2/3  жидким азотом стандартный сосуд  Дьюара с диаметром горловины 35 мм, а горизонтальным соединяется с центральным патрубком 4 (рис.4).

       Для измерения температуры, управления скоростью потока жидкого азота, подаваемого питателем из сосуда Дьюара, скоростью отогрева криостатного блока перед вскрытием установки используется блок регулировки температур «Термодат 17Е5» приборостроительного предприятия «Системы контроля», г. Пермь.        

       На рис. 8 показана интегральная микросхема, закрепленная на верхней части криостатного блока в специальной рамке-держателе, а на рис. 9  приведена фотография установки  в целом при работе.

                          стизжурн (8)                                стизжурн (9)                 

        Для приведения установки в рабочее состояние требуется провести в определённой последовательности следующие действия: 

       1. На установке со снятым колпаком надо установить интегральную схему в  подставку-матрицу, закрепить соответствующую термопару на её поверхности. 

       2. Далее необходимо включить и проверить работоспособность блока питания по всем параметрам (показания термопар, регулировка напряжения на 4-х галогенных лампах и их светимость, регулирование лампы-нагревателя питателя).

       3.  Затем следует перекрыть медным полированным экраном криостатный блок 1   (см. рис. 2),  надеть колпак 18,    уплотнить фланцы 14 и 19  с помощью  прокладки 17 и шпилек с гайками (достаточно 4-х).

  4.  Далее надо соединить трубопроводом клапан Ду16 (поз. 5, рис. 4) с безмасляной  откачной системой, которая может обеспечить откачку до давления 5. 10-3 Па и ниже, и откачать подколпачный объем до давления не выше 1. 10-2Па.

  5. После  этого  следует  медленно  вставить вертикальное колено питателя с галогенной лампой (поз. 2 рис. 6) в сосуд  Дьюара с диаметром горловины 35 мм при открытом   патрубке сброса давления (поз.1 рис.7).  Через  1 – 2 минуты  надо хорошо уплотнить пробку 4 (рис. 6), соединить горизонтальную часть питателя с входным патрубком криостатного блока (поз. 2, рис. 2 и поз. 4, рис.4), после чего необходимо вставить пробку в трубку 1 сброса давления (рис. 7).

       6.  Затем надо включить блок питания, подать первоначальное напряжение 140 – 160 вольт  на галогенную лампу питателя, погружённую в сосуд  Дьюара. Примерно через 5 минут можно отключить лампу питателя, а ещё через 10-15 минут криостатный блок охладится и заполнится жидким азотом, о чём будет свидетельствовать  частичное выплескивание его из патрубков 3 (рис. 4). В течение всего периода захолаживания на блоке можно следить за снижением температуры, регистрируемой двумя термопарами.                                                             

        7. К этому моменту или на несколько минут раньше следует перекрыть клапан 5 (рис.4), т.к. дальнейшее снижение давления вплоть до 1. 10- 4 Па  будет происходить уже за счёт охлаждённого сорбента, размещённого в полости 9 (рис. 2).

         8. Путём уменьшения или увеличения  потока парожидкостной фазы азота, поступающего в криостатный блок за счёт  подъёма или сброса давления в сосуде Дьюара и включения 4-х галогенных ламп 13 (рис. 2), подавая на них разной величины напряжение, можно выставить нужную температуру на интегральной схеме.                            

         9. После окончания измерений надо при перекрытом клапане Ду16 отсоединить горизонтальное  колено питателя от входного патрубка 4 (рис. 4), затем вынуть вертикальное колено питателя из сосуда Дьюара, далее включить лампы 13 (рис. 2) и, постепенно увеличивая их нагрузку  примерно до 40% , дождаться, когда отогреется  сосуд 1 (рис. 2) до температуры на 10 - 15 градусов выше комнатной. После этого через натекатель 6 (рис. 4) следует медленно напустить в подколпачный  объём пары жидкого азота до атмосферного давления,  вскрыть установку для замены микросхемы и проведения дальнейших измерений.                                                                                                      

         Не следует через натекатель напускать атмосферный воздух, чтобы не насыщать поры сорбента парами воды, находящимися в атмосферном воздухе, что приводит при откачке к заметному увеличению времени выхода установки на нужный уровень вакуума.                                                                                            

      

 

 

Статья в журнале "Вакуумная техника и технологии - 2016"
Rambler's Top100 © 2008 ООО Вакуумные и криогенные системы
Создание, разработка сайта - студия Мегагрупп.ру.