ТЕРМОКАМЕРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

МПК H01L 21/66.
Термокамера для испытания электронных изделий   Полезная модель относится к устройствам, используемым в полупроводниковом производстве, и может быть применена для климатических испытаний готовых полупроводниковых приборов при одновременном измерении их электрических параметров.  Известна термокамера для испытания электронных изделий (см. патент РФ на полезную модель №51 787, МПК H01L 21/66, 2006, Бюл. №6), содержащая кожух, в котором размещена рабочая камера, вентилятор, установленный в рабочей камере между вытяжным и нагнетательным патрубками, узел очистки рециркуляционного воздуха, установленный в нагнетательном патрубке и выполненный в виде соосно соединенных суживающегося диффузора с винтообразными канавками на внутренней поверхности и расширяющегося сопла, в котором размещено осушивающее устройство в виде емкости, предназначенной для заполнения адсорбирующим веществом, вентилятор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, и датчиком температуры и датчиком давления, подсоединенными соответственно к регулятору температуры и регулятору давления, каждый из которых содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя соединен с выходом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода вентилятора.  Недостатком данной термокамеры является снижение надежности результатов испытания электронных изделий из-за ухудшения качества очистки рециркуляционного воздуха при наличии в осевом потоке, проходящем через суживающийся диффузор, твердых частиц ржавчины/окалины, а также мелкодисперсной влаги, несобранных во внутренних канавках диффузора и, соответственно, оказывающих отрицательное воздействие на адсорбирующее вещество, заключающееся в засорении и растрескивании зерен адсорбента.  Известна термокамера для испытания электронных изделий (см. патент РФ на изобретение №2413332 МПК H01L 21/66. Опубликованный 27.02.2011, Бюл. №6), содержащая корпус, в котором размещена рабочая камера, вентилятор, установленный в рабочей камере между вытяжным и нагнетательным патрубками,узел очистки рециркуляционного воздуха, установленный в нагнетательном патрубке и выполненный в виде соосно соединенных суживающегося диффузора с винтообразными канавками на внутренней поверхности и расширяющегося сопла, в котором размещено осушивающее устройство в виде емкости, предназначенной для заполнения адсорбирующим веществом, вентилятор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, и датчиком температуры и датчиком давления, подсоединенными соответственно к регулятору температуры и регулятору давления, каждый из которых содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода вентилятора, а узел очистки рециркуляционного воздуха снабжен сеткой, выполненной из биметалла и установленной после внутренней круговой канавки на входе в суживающийся диффузор и соединенной с накопителем загрязнений, на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены винтообразные канавки, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки, а касательная винтообразных канавок на внутренней поверхности суживающегося диффузора имеет направление по ходу часовой стрелки.
Недостатком является возрастающая энергоемкость при длительной эксплуатации термокамеры, обусловленная работой в условиях тепловлажностных воздействий, когда наблюдается интенсивное разрушение поверхностного слоя лопастей вентилятора из-за коррозии, возникающей при контакте с влажным воздухом, насыщенным капле-и парообразной влагой и поступающим из вытяжного патрубка после рабочей камеры и под воздействием локальной кавитации, возникающей при разрушении налипающих воздушно-паровых пузырьков в результате разности давлений рециркуляционного воздуха между нагнетательным и вытяжным патрубками.  Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат, связанных с ненормированными демонтажными работами по замене вентилятора с лопостями, разрушаемыми коррозией и кавитацией в условиях тепловлажностного воздействия рециркуляционного воздуха, отбираемого из рабочей камеры, что достигается путем выполнения нанопокрытия на наружные поверхности лопостей вентилятора в виде стеклообразной пленки, причем нанопокрытие выполнено ресурсосберегающим с уменьшающейся толщиной от основания лопости к зоне периферии  Технический результат по снижению энергозатрат достигается тем, что термокамера для испытания электронных изделий содержит корпус, в котором размещена рабочая камера, вентилятор, установленный в рабочей камере между вытяжным и нагнетательным патрубками,узел очистки рециркуляционного воздуха, установленный в нагнетательном патрубке и выполненный в виде соосно соединенных суживающегося диффузора с винтообразными канавками на внутренней поверхности и расширяющегося сопла, в котором размещено осушивающее устройство в виде емкости, предназначенной для заполнения адсорбирующим веществом, вентилятор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, и датчиком температуры и датчиком давления, подсоединенными соответственно к регулятору температуры и регулятору давления, каждый из которых содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода вентилятора, а узел очистки рециркуляционного воздуха снабжен сеткой, выполненной из биметалла и установленной после внутренней круговой канавки на входе в суживающийся диффузор и соединенной с накопителем загрязнений, при этом на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены винтообразные канавки, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки, а касательная винтообразных канавок на внутренней поверхности суживающегося диффузора имеет направление по ходу часовой стрелки, при этом на наружной поверхности каждой лопасти вентилятора выполнено нанопокрытие в виде стеклообразной пленки, причем нанопокрытие выполнено ресурсосберегающим, путем уменьшения толщины наноматериала от основания лопасти к периферии.  На фиг.1 представлена принципиальная схема термокамеры для испытания электронных изделий с системой автоматизированного контроля температуры и давления рециркуляционного воздуха, на фиг.2-узел очистки рециркуляционного воздуха с сеткой из биметалла и накопителем загрязнений, на фиг.3-разрез сетки из биметалла, на фиг.4.-внутренняя поверхность расширяющегося сопла с винтообразными канавками, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки, на фиг.5-внутренняя поверхность суживающегося диффузора с винтообразными канавками, касательная которых направлена по ходу часовой стрелки, на фиг.6-лопасть вентилятора с нанопокрытием.  Термокамера для испытания электронных изделий (фиг.1) состоит из кожуха 1, в котором размещена рабочая камера 2, вентилятора 3, установленного в рабочей камере 2 между вытяжным 4 и нагнетательным 5 патрубками, узла очистки рециркуляционного воздуха 6, установленного в нагнетательном патрубке 5 и выполненного в виде соосно соединенных суживающегося диффузора 7 с винтообразными канавками 8, расширяющегося сопла 9 с винтообразными канавками 32, осушивающего устройства 10, установленного в расширяющемся сопле 9, занимающего всю площадь выходного сечения и представляющего собой емкость, предназначенную для заполнения адсорбирующим веществом.
Вентилятор снабжен приводом 11 с регулятором скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а в рабочей камере 2 установлен датчик температуры 13, подключенный к регулятору температуры 14, который содержит блок сравнения 15 и блок задания 16, при этом блок сравнения 15 соединен с входом электронного усилителя 17, оборудованного блоком 18 нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя 17 соединен с входом магнитного усилителя 19 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.  В нагнетательном патрубке 5 перед выходным сечением осушивающего устройства 10 установлен датчик давления 20, подключенный к регулятору давления 21, который содержит блок сравнения 22 и блок задания 23, при этом блок сравнения 22 соединен с входом электронного усилителя 24, оборудованного блоком 25 нелинейной обратной связи, причем выход электронного усилителя 24 соединен с входом магнитного усилителя 26 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.  Узел очистки рециркуляционного воздуха 6 (фиг.2) снабжен сеткой 27 (фиг.3), выполненной из биметалла и установленной после внутренней круговой канавки 28 на входе 29 в суживающийся диффузор 7 и соединенной с накопителем загрязнений 30. На внутренней поверхности 31 расширяющегося сопла 9 выполнены винтообразные канавки 32, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки, а касательная винтообразных канавок 8 на внутренней поверхности 33 суживающегося диффузора 7 имеет направление по ходу часовой стрелки.  На наружную поверхность 34 лопасти 35 вентилятора 3 выполнено нанопокрытие 36 в виде стеклообразной пленки 37, причем нанорокрытие нанесено ресурсосберегающим, путем уменьшения толщины нанопокрытия 36 от основания 38 лопасти 35 к зоне периферии 39  Термокамера для испытания электронных изделий работает следующим образом. Рециркуляционный воздух от испытуемых электронных изделий, расположенных на полках рабочей камеры 2, с загрязнениями в виде мелкодисперсной пыли, ржавчины/окалины и водомасляной эмульсии через вытяжной патрубок 4 поступает в вентилятор 3 и после закрутки воздушного потока направляется к узлу очистки 6 на вход 29 суживающегося диффузора 7.   Загрязненный рециркуляционный воздух контактирует с сеткой 27, где очищается от твердых частиц и мелкодисперсной влаги путем налипания загрязнений на ее поверхность. Так как сетка выполнена из биметалла и при постоянном перепаде температур на выходе из вентилятора 3 и в суживающемся диффузоре 7, равном 2-3 градусам Цельсия (эффект Джоуля-Томпсона) между внешней и внутренней поверхностями сетки 27 по ходу движения потока образуется градиент температуры, обеспечивающий возникновение термовибрации. В результате с сетки из биметалла 27 непрерывно осуществляется стряхивание твердых частиц и мелкодисперсной влаги во внутреннюю круговую канавку 28, откуда под действием гравитационных сил они поступают в накопитель загрязнений 30 для последующего удаления вручную или автоматически.  Не задержанные ячейками сетки из биметалла 27 мелкодисперсные загрязнения поступают с потоком рециркуляционного воздуха в полость суживающегося диффузора 7 узла очистки 6, где завихряются, перемещаясь по винтообразным канавкам 8, и переходят в винтообразное движение пограничного слоя потока, движущегося по ходу часовой стрелки, взвешенные частицы загрязнений рециркуляционного воздуха центробежной силой отбрасываются к стенке диффузора 7 и перемещаются по внутренним винтообразным канавкам 8, где сталкиваются с другими частицами, укрупняются, становятся ядрами конденсации водомасляного пара. Образовавшаяся смесь загрязнений собирается во внутренней круговой канавке 28, и под действием гравитационных сил они поступают в накопитель загрязнений 30  Частично очищенный от загрязнений рециркуляционный воздух поступает в расширяющееся сопло 9. В результате внезапного расширения рециркуляционного воздуха резко падает его скорость со снижением температуры, что приводит к дополнительной конденсации паров влаги из рециркуляционного воздуха. А при наличии в нем мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц, не отделившихся в суживающемся диффузоре 7, наблюдается коагуляция сконденсировавшейся парообразной влаги, и полученная смесь перемещается в полости расширяющегося сопла 9 и бомбардирует поверхность осушивающегося устройства 10, снижая его очищающие характеристики.   Устранение данного явления наблюдается при выполнении на внутренней поверхности 31 расширяющегося сопла 9 винтообразных канавок 32, касательная которых имеет направление против хода часовой стрелки. Тогда взвешенные частицы загрязнений («витающие» в потоке рециркуляционного воздуха неотделившаяся в суживающемся диффузоре масса мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц и сконденсировавшаяся в полости расширяющегося сопла 9 парообразная влага) под действием центробежной силы отбрасываются к внутренней поверхности 31 и попадают в винтообразные канавки 32, завихряясь в пограничном слое в направлении против хода часовой стрелки. При этом скоагулированные загрязнения по мере укрупнения перемещаются по винтообразным канавкам 32 расширяющегося сопла 39 от осушивающего устройства 10 к суживающемуся диффузору 7.   В результате на месте соединения суживающегося диффузора 7 и расширяющегося сопла 9 встречаются закрученные в противоположных направлениях противоположные слои, что приводит при их контакте к микровзрывам, которые устраивают «витание» загрязнений, отбрасывая их к внутренней поверхности 33 суживающегося диффузора 7 в винтообразные канавки 8 с последующим перемещением в круговую канавку 28 для сбора в накопителе загрязнений 30 и последующего удаления, осуществляемого вручную и автоматически (на фиг.2 не показано).  А ламинарно движущийся поток, очищенный от мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц и насыщенный преимущественно парообразной влагой, контактирует с осушивающим устройством 10, выполненным в виде емкости определенной конфигурации и заполненной адсорбирующим веществом.  Процесс адсорбционного поглощения влаги сопровождается выделением определенного количества тепла, повышающего в конечном итоге температуру рециркуляционного воздуха. Возникающее отношение градиента давления к градиенту температуры в узле очистки рециркуляционного воздуха 6 приводит к появлению эффекта Джоуля-Томпсона, что особенно явно выражается при увеличении подачи вентилятора 3, т.к. в этом случая возрастает скорость движения воздуха в узле его очистки 6.  Увеличение температуры рециркуляционного воздуха в рабочей камере 2 регулируется датчиком температуры 13. При этом сигнал, поступающий с датчика температуры 13, становится большим, чем сигнал блока задания 16, и на выходе блока сравнения 15 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 17 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 18. За счет этого в электронном усилителе 17 компенсируется нелинейность характеристики привода 1 вентилятора 3. Сигнал с выхода электронного усилителя 17 поступает на вход магнитного усилителя 19, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 17 вызывает уменьшение тока возбудителя на выходе магнитного усилителя 19. В результате снижается момент от привода 11 вентилятора 3, передаваемый на регулятор скорости 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, и подача рециркуляционного воздуха уменьшается, достигая значений, нормированно заданных для условий испытания электронных изделий.  По мере прохождения рециркуляционного воздуха, загрязненного парообразной влагой, через емкость осушивающего устройства 10 наблюдается насыщение адсорбирующего вещества влагой с последующим увеличением перепада давлений на входе и выходе узла очистки рециркуляционного воздуха 6 и соответственно падает давление в рабочей камере 2, что регистрируется датчиком давления 20. При этом сигнал блока задания 23 регулятора давления 21 превышает сигнал датчика давления 20, и на выходе блока сравнения 22 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 24. Сюда же поступает и сигнал с блока 25 нелинейной обратной связи, который вычитается из сигнала блока сравнения 22. За счет этого в электронном усилителе 24 компенсируется нелинейность характеристики вентилятора 3, сигнал с выхода электронного усилителя 24 поступает на вход магнитного усилителя 26, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 11 вентилятора 3. Положительная полярность сигнала усилителя 24 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 26, тем самым увеличивается момент, передаваемый от привода 11 на регулятор скорости вращения 12 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, за счет чего достигается увеличение подачи воздуха вентилятора 3 до тех пор пока давление в рабочей камере 2 не станет равным заданной величине.  Дополнительное отделение твердых и каплеобразных частиц как на сетке 27 из биметалла, так и в полости расширяющегося сопла 9 способствует устранению загрязнения поверхности адсорбирующего вещества, а это, как известно, приводит к повышению качества осушки рециркуляционного воздуха. На выходе из осушивающего устройства 10 рециркуляционный воздух с заданными климатическими характеристиками по влажности, температуре и давлению поступает на полки рабочей камеры 2 для обеспечения нормированных условий испытаний готовых полупроводниковых приборов при одновременном измерении их электрических параметров.  При работе вентилятора 3 поток воздуха, насыщенный паром и мелкодисперсной влагой от используемых электронных изделий, расположенных на полках рабочей камеры 2 через вытяжной патрубок 4 поступает вентилятор 3 на лопасти 35, где контактирует с наружной поверхностью 34. Мелкодисперсные частицы налетают на наружную поверхность 34 лопасти 35, конденсируют водяной пар, коагулируют и укрупняются, что приводит к коррозии металла лопасти 35. Одновременно в связи с разностью давлений между вытяжным 4 и нагнетательным 5 патрубками, которая обусловлена работой вентилятора 3, укрупненные воздушно-паровые пузырьки лопаются на наружной поверхности 34 быстро разрушаются, то есть наблюдается явление локальной кавитации.   Для снижения совместного разрушающего метода действия коррозии и кавитации, то есть устранения процесса налипания воздушно-паровых пузырьков на наружную поверхность 34 выполнено нанесение нанопокрытия 36 в виде стеклообразной пленки 37. Тогда мелкодисперсная влага при контакте с наружной поверхностью 34 покрытой нанопокрытием 36 в виде стеклообразной пленки 37 не налипает, а скользит по ней. Причем при закручивании не циркуляционного воздуха вращающимися лопастями 35 вентилятора 3 основная масса мелкодисперсной влаги концентрируется по оси вращения, то есть у основания лопасти 38 и под действием центробежных сил капельки мелкодисперсионной влаги без налипания сходят к периферии лопастей- с последующим уносом в нагнетательный патрубок 5. В связи с этим, а также из-за высокой стоимости нанопокрытия 36, процесс нанесения стеклообразной пленки 37 осуществляется ресурсосберегающим нанесением нанопокрытия 36, слой которого толще в основании 38 лопасти 35, так как здесь приходится основное ударное воздействие массы мелкодисперсной влаги и минимальная толщина, обеспечивающая надежное покрытие стеклообразной пленки 37 в зоне периферии 39 лопасти 35, где мелкие воздушно-паровые пузырьки без налипания и соответственно не укрупненные сбрасываются с лопастей 35 вентилятора 3 в движущийся поток рециркуляционного воздуха. Следовательно, работа вентилятора 3 при длительной эксплуатации термокамеры для испытания электронных изделий не вызывает необходимости проведения внеплановых демонтажных работ, связанных с разрушением лопостей 35 под воздействием коррозии и не требуются дополнительные энергозатраты.   Оригинальность конструктивного решения заключается в том, что поддержание нормированных энергозатрат при длительной эксплуатации термокамеры для испытания электронных изделий путем устранения необходимости демонтажных работ по замене вентилятора из-за разрушения его лопастей под воздействием коррозии и кавитации, достигается за счет покрытия наружной поверхности лопасти наноматериалом и образованием стеклообразующей пленки и обеспечением ресурсосберегающего выполнения уменьшающейся толщины нанопокрытия от основания лопасти к периферии.