УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОВЫДЕРЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ
DEVICE FOR THERMAL MAINTENANCE OF ELECTRONIC COMPONENTS

Настоящее изобретение относится к термовыдержке электронных компонентов, в особенности работающих на высоких частотах. Под термовыдержкой, в частности, подразумевается последовательность тепловых и электрических нагрузок, применяемых с целью ускорения старения этих электронных компонентов для устранения дефектов, приводящих к ранним отказам в ходе их производства.
Некоторые новые электронные компоненты, недавно появившиеся на рынке, имеют в качестве эксплуатационного ограничения необходимость в гарантированной минимальной рабочей частоте, которая не была необходима для старых компонентов. Эта минимальная рабочая частота обычно составляет около 300 МГц. Из этих новых компонентов можно упомянуть блоки оперативной памяти SDRAM DDR3 (DDR3 SDRAM означает синхронную динамическую оперативную память 3-го поколения с удвоенной скоростью передачи данных), блоки оперативной памяти SDRAM DDR4 или блоки оперативной памяти более поздних поколений.
На рынке в настоящее время применяются два разных подхода к состариванию электронных компонентов:
- подход, предусматривающий термовыдержку на низких частотах (< 20 МГц) производителями (кремниевыми мастерскими);
- использование термовыдержки испытательных стендов, разработанных компанией BiBench, один пример которых показан на фиг. 1. Процедура термовыдержки возбуждается электронным возбудителем 10 термовыдержки, который подключен разъемом 11 к компоненту 20, подлежащему термовыдержке. Задачей этой схемы является возбуждение последовательности электрических нагрузок в окружении, испытывающем тепловую нагрузку (с использованием печи 100). Точнее говоря, компонент 20 размещается в гнезде 15, установленном на PCB 30 (акроним печатной платы), и подключен к разъему 11 через эту PCB. Напомним, что для достижения минимальной необходимой рабочей частоты (300 МГц) расстояние между возбудителем и компонентом должно быть малым (обычно меньше 8 см). Множество узлов 60 возбудитель-разъем-PCB-гнездо располагаются в печи при температуре 125°C, причем эта печь 100 играет двойную роль держателя этих узлов и горячей камеры. Однако, хотя компонент должен подвергаться воздействию этой температуры, возбудитель, напротив, важно защищать от воздействия этой температуры. Поэтому возбудитель 10 (и его разъем 20) сам размещается в охлажденном корпусе, который преследует две цели: изолировать его от температуры, достигаемой в печи (125°C) и отводить тепловую энергию, выделяющуюся в ходе работы возбудителя. Температура внутри охлажденного корпуса регулируется посредством системы охлаждения. Это решение технически очень преимущественно, но налагает два главные ограничения: оно не решает проблемы, возникающие в условиях промышленного производства (большое количество компонентов) поскольку оно слишком ориентировано на лабораторию (по одному или двум компоненту/ам на возбудитель), и поэтому имеет слишком высокие периодические расходы.
Поэтому в настоящее время все решения по термовыдержке, имеющиеся на рынке ограничены в отношении рабочей частоты (< 125 МГц) или, в отношении тех, которые отвечают ограничению по минимальной частоте (300 МГц), их конструкция не отвечает условиям промышленного производства.
Задача изобретения состоит в устранении этих недостатков. Поэтому до сих пор остается необходимость в устройстве, которое удовлетворяет всем вышеупомянутым требованиям, в отношении количества электронных компонентов, подлежащих термовыдержке, и в отношении стоимости их термовыдержки.
Точнее говоря, предметом изобретения является устройство термовыдержки для термовыдерживания электронных компонентов, которое содержит множество узлов, размещенных в держателе, причем каждый узел содержит печатную плату, на которой располагаются гнезда, предназначенные для приема электронных компонентов, и возбудитель термовыдержки. Главное отличие состоит в том, что держатель находится при комнатной температуре, в том, что каждый узел содержит единую камеру, которая регулируется до температуры T > 80°C, и в этой камере располагаются по меньшей мере четыре гнезда, причем печатная плата образует одну стенку камеры, в том, что возбудитель термовыдержки припаян непосредственно к печатной плате на стороне, внешней по отношению к камере, с одиночным возбудителем термовыдержки для каждой камеры, и в том, что узел, кроме того, содержит средство для рассеивания только тепловой энергии, выделяющейся в ходе работы возбудителя термовыдержки.
Преимущественно, температура T регулировки камеры изменяется от камеры к камере.
Каждая камера обычно содержит от 4 до 20 гнезд.
Расстояние на печатной плате, между возбудителем термовыдержки и электронными компонентами, ближайшими к возбудителю термовыдержки, предпочтительно, меньше 8 см.
Другие признаки и преимущества изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания, которое приведено в порядке неограничительного примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1, которая уже описана, схематически демонстрирует пример устройства термовыдержки согласно уровню техники,
фиг. 2 схематически демонстрирует пример устройства термовыдержки согласно изобретению,
На обеих фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Пример устройства термовыдержки согласно изобретению будет описан ниже со ссылкой на фиг. 2. Это устройство содержит держатель 100, к которому прикреплено множество узлов термовыдержки. Этот открытый или закрытый держатель находится при комнатной температуре. Каждый узел 50 содержит:
- единую камеру 51, которая регулируется до температуры T > 80°C;
- в необязательном порядке, многослойную печатную плату 30 или PCB, образующую одну стенку камеры 51; на стороне PCB, обращенной к камере, располагаются гнезда 15, которые предназначены для приема электронных компонентов 20, подлежащих термовыдержке, с одним гнездом для каждого компонента;
- возбудитель 10 термовыдержки, с одиночным возбудителем термовыдержки для каждой камеры; причем схема припаяна непосредственно к PCB 30 на стороне, внешней по отношению к камере, т.е. без использования какого-либо разъема, причем соединители, в общем случае, имеет ограниченное количество входов-выходов относительно количества входов-выходов электронных компонентов. В частности, разъем с 66 входами-выходами, например, не позволит возбудителю сканировать все 72 входа-выхода памяти DDR3. Напротив, благодаря соединению возбудителя непосредственно с многослойной PCB, легко обеспечить в PCB, столько дорожек (например, 460) сколько необходимо для соединения каждого входа-выхода компонента 20 с возбудителем 10 термовыдержки. Поэтому этот возбудитель 10 термовыдержки, который располагается вне горячей камеры, находится при комнатной температуре. Он располагается на PCB таким образом, что расстояние между схемой 10 и электронными компонентами 20, ближайшими к схеме, меньше 8 см, для достижения или превышения необходимой рабочей частоты 300 МГц; и
- средство 12 для рассеивания только тепловой энергии, выделяющейся в ходе работы возбудителя 10 термовыдержки. В частности, поскольку последний больше не располагается в печи при температуре 125°C, но находится при комнатной температуре, больше не нужно использовать средство охлаждения двойного назначения, например, описанное со ссылкой на фиг. 1; что приводит к энергосбережению. Эти средство, которое имеет лишь традиционную функцию рассеивания тепловой энергии, сгенерированной возбудителем термовыдержки в ходе своей работы, является традиционным средством.
Как видно из фигуры, множество узлов 50 установлено в держателе 100. Регулировка температуры может изменяться от камеры к камере: камера 51, где располагаются некоторые компоненты 20, может, например, регулироваться до первой температуры, например, 80°C, другая камера 51, где располагаются другие компоненты 20, может регулироваться до другой температуры, например, 125°C. Кроме того, температура каждой камеры 51 очень однородна; максимальная разность 1°C получается между различными компонентами, находящимися в камере, тогда как, в традиционной печи, в лучшем случае, получается разность 4°C между компонентами, в зависимости от того, установлены ли они на дне или на краю печи. Электронные компоненты камеры одинаковы, но электронные компоненты, размещенные в одной камере, могут отличаться от электронных компонентов другой камеры; различные электронные компоненты, преимущественно, могут термически выдерживаться одновременно в одном и том же держателе. Например, можно термически выдерживать блоки памяти DDR3 в первом узле путем регулировки камеры до 125°C, блоки памяти DDR4 во втором узле, также путем регулировки камеры до 125°C, процессоры в третьем узле путем регулировки камеры до 100°C и т.д. Держатель обычно содержит от 2 до 200 узлов, или даже больше.
Это устройство экономично для работы, поскольку температура регулируется только в объеме камер, а не во всем объеме печи.