李安华

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024）

AIP真空测试设备研制

李安华

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024）

介绍了一款新型实验设备，研发目的是为了测试激光视频投影芯片、激光成像雷达芯片在封装前的各项性能指标。主要介绍了设备结构、主要指标及性能参数。

芯片；洁净；结构

为了测试激光视频投影芯片、激光成像雷达芯片在没封装下的技术性能指标，研究了AIP(Advanced Intelligent Peripheral）真空测试设备，该设备可以模仿芯片封装环境，测试芯片的各项指标参数，检测合格后方可封装。使用本设备可提前检测芯片性能及参数，可缩短制造周期，减少浪费，减低制造成本。

1 设备主要技术指标

（1）设备结构：单室、卧式

（2）腔体内壁尺寸：200 mm×200 mm×125 mm（长×宽×高）

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

（5）抽真空时间：25 min抽到工作真空度（分子泵启动时间不计算在内）

（6）洁净净化单元：

洁净等级：100级@≥0.5μm(美联邦209E）

菌落数≤0.5个/皿·时（Φ90㎜培养平皿）

平均风速：0.25 m/s～0.45 m/s(快、慢双速）

2 设备结构

设备主要由净化单元、真空腔室、电控系统、光学测试系统、真空系统等多部分组成。其中真空腔体为单层方形结构，现将各部分结构概述如图1.

2.1 净化单元

净化单人单面净化工作台垂直送风，净化工作台是医药卫生、生物工程、科学实验等领域用于无菌无尘洁净环境的局部净化单元。

图1 测试设备结构图

2.1.1 工作原理

空气经顶、后部的初效空气过滤器和低噪音离心式送风机组压入静压箱，经高效空气过滤器在上侧部均匀吹出，形成高洁净度的水平、垂直空气幕，去除工作区域内的原自然空气，开机后五分钟即达到理想的高洁净度空间。采用可调风机双速调节风量大小，轻触型开关调节电压，保证工作区内的风速始终处于理想状态。如图2所示。

2.1.2 结构特点

箱体壳采用进口中纤板材紧密结合，保证长期无锈蚀发生，面层电喷涂表面处理，表面光滑无尘，台板敷设不锈钢板，方便耐用。

2.2 真空腔体

真空腔体采用单层方形结构，前活动开门、后门固定。均采用航空铝7075，由主体部分（腔体）、腔体后门、腔体前门组成。

图2 净化单元

2.2.1 主体部分（腔体）

主体部分由一整块航空铝机加工而成，腔体顶部设有电阻规管接口和电离规管接口，左、右侧面设计有观察窗，底部设计有抽真空接口[1]。

腔体下部设计有一套可拆卸的真空转接接口，上端可与真空腔体连接，下端可与真空机组插板阀连接，接口上预留充气、排气接口和压力检测接口。

腔体内外精加工，加工测试合格后做铝表面处理。

2.2.2 腔体后门

腔体后门与主体后端法兰为螺栓固定，方便拆卸。腔体后门上安装有锗窗测试口和光阑。

2.2.3 腔体前门

腔体前门与主体为铰链连接结构，门下端用铰链与腔体连接，门上端配置锁紧机构和门拉手，门中部安装一件内凹的圆筒镶嵌法兰，中间安装PCB板、航空插座（玻璃烧结型）和航空插头（橡胶密封）。PCB板与航插固定焊接到一起，PCB上方设计两个芯片插座孔，每次芯片安装都是插到PCB的插座上。通过航空插座与插头可以将芯片引线与外部数据采集测试设备（模块）相连，达到测试目的。

2.3 真空系统

真空系统由真空获得、真空测量及充排气装置组成。

真空系统由采用中科科仪FF-100/150分子泵1台、RVD-4机械泵1台、CCQ-100插板阀1台以及相配套的支架、抽气管路、各种真空阀门和真空测量装置等组成[2]。

真空测量由数显电子真空计、真空规管及连接电缆线（成都睿宝）组成。

充气、排气装置由针型调节阀（卡套连接）、DJ2C系列卡套连接电磁阀及无缝不锈钢管连接管路组成，在测试过程中可以根据测试需求对腔体内部进行充气或排气。腔体内部压力测量由PSE系列压力开关（日本SMC）控制和测量。

2.4 光学测试系统

光学测试系统由黑体检测系统、光阑、锗窗组成。

黑体检测系统由黑体支撑架、直线导轨、黑体移动托板、黑体（两台）、黑体左右单位检测组成。黑体支撑架采用铝型材，直线导轨安装板组装而成，支架底部安装可上下调节高度的螺杆支撑。黑体支撑架可作为独立一个部件，也可通过连接件和净化单元连接为一个整体。黑体移动可电控移动改变测试位置，不同测试位置配置相应的检测位置开关。

2.5 电气控制系统

电气控制系统包括可编程控制器PLC、电控按钮、真空检测系统、充气压力检测系统、真空电磁阀、电气元器件、控制盒等组成。真空检测系统包括真空计、真空规管及规管接线。压力检测包括压力测试端和显示控制仪表。触摸屏操作界面有高真空和低真空两种操作模式。控制系统采用PLC控制，操作界面按钮操作，通过各个仪器仪表的数据采集，完成对抽真空、充氮气、氮气纯度检测及箱体门开关等的控制，可自动/手动完成整个工艺过程，其中还包括真空检测、压力检测，露点检测、微量氧含量检测、黑体位置检测、阀门启闭位置检测、充气压力检测等。

2.5.1 主要功能

电控系统以PLC为运算控制核心，对设备抽真空、充气和排气的实时状态进行监测，并通过操作界面按钮操作的输入以及当前状态的判断来产生输出控制，直接控制由大量的继电器执行，通过PLC的输出控制信号产生动作，直接控制各个阀门、机组、电源等直接执行元件。

为了保证系统安全可靠的运行，软、硬件中均采用了自锁与互锁保护功能、蜂鸣器报警系统。水或气、超压、断电等异常现象时，系统具有安全保护功能和故障显示功能，具体为：压缩空气异常报警，分子泵异常报警，黑体位置异常，黑体超出行程报警。2.5.2电器控制的主要配置

低压电气元件：包括断路器、接触器、中间继电器、按钮、报警器和指示灯等。

控制面板上装有蘑菇状急停按钮，在出现紧急情况时使用；

真空计：采用数显复合式真空计，具体配置按真空测量系统；

充气压力检测选用PSE系列压力开关（日本SMC）控制和测量。

可编程控制器：采用欧姆龙可编程控制器作为系统控制核心，负责接收各个传感器和仪表数据，进行处理分析后输出控制信号到直接执行元件，完成设备动作。

露点在线检测仪，测量量程-100℃～20℃，实时检测箱体内部的残气水含量。

氧气分析仪，测量量程0～3 000 ppm微量，0～100%常量，包括惰性气体探头。氧气分析仪主要检测箱体内部氧气含量，当氧气含量超出规定标准时自动显示并报警。该氧气分析仪可检测充气口的氮气氧含量以方便检测气源的质量，也可检测箱体内部的氧气含量，用于随时监控箱体内部的气氛环境。

3 结束语

真空测试设备已投入市场数台，用户反应良好。它的研制与开发很好的解决了芯片封装前性能测试问题，大大提高了生产效率，减少成品的不合格率，满足了目前飞速发展的芯片产业对其关键设备的要求，为我所增加了新的利润增长点，市场前景广阔。

[1]阎承沛.真空热处理工艺与设备设计[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2]达道安.真空设计手册[M].北京：国防工业出版社，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

李安华（1981－），男，四川眉山人，工程师，工学学士，研究方向为电子专用设备。