Quelle capacité de refroidissement un refroidisseur à semi-conducteurs doit-il avoir pour les outils de test

Quelle capacité de refroidissement un refroidisseur à semi-conducteurs doit-il avoir pour les outils de test ?

Il n’existe pas de valeur unique, exprimée en kW, justifiable pour un refroidisseur de semi-conducteurs utilisé avec des outils de test. La capacité de refroidissement adéquate dépend de la chaleur transférée au circuit de liquide frigorigène pendant la séquence de test réelle, et non uniquement de la puissance nominale électrique de l’outil de test. Du point de vue de l’intégration matérielle, la première question utile est la suivante : quelle quantité de chaleur le circuit doit-il évacuer à la température d’alimentation requise, tandis que le DUT, le support, la tête thermique et les conditions ambiantes sont tous actifs ?

Arefroidisseur de semi-conducteurs pour un manipulateur ATE, une station de sondage, un support de burn-in ou une interface de flux thermique doit être sélectionné en tenant compte à la fois d’une charge continue et du pic transitoire le plus élevé vraisemblable. Cette distinction est essentielle, car un outil peut sembler fonctionner confortablement à l’état inactif, mais dépasser sa capacité de refroidissement disponible dès qu’un composant haute puissance commence à commuter, qu’une enceinte monte en température ou qu’un changement de température affecte le support.

Commencez par la charge thermique réelle de l’outil de test

La charge thermique d’un dispositif d’essai est généralement constituée d’un ensemble de contributions. La dissipation du dispositif constitue souvent le terme le plus visible, mais elle n’est pas la seule. Une fiche de dimensionnement pratique refroidisseur de semi-conducteurs distingue la chaleur générée par le dispositif sous test (DUT), la chaleur provenant des douilles et de l’électronique d’interface, les pertes liées à la tête thermique ou au plateau, la chaleur produite par la pompe, ainsi que les fuites thermiques provenant des flexibles, des collecteurs et de la pièce environnante.

• Chaleur en régime permanent du DUT : chaleur moyenne libérée pendant le scénario d’essai prévu.
• Chaleur provenant de la platine et de l’interface : cartes de charge, composants mécaniques des douilles, contacteurs, modules d’alimentation ou une tête thermique échangeant de la chaleur avec le circuit.
• Chaleur transitoire : pics dus à la commutation d’alimentation, à des rampes rapides, à des essais multi-sites ou à un changement d’état du dispositif.
• Apport thermique ambiant : pertes dues à l’isolation, parties métalliques exposées, flexibles longs et air chaud autour de l’équipement.
• Surcharge hydraulique : effets de la pompe sur la chaleur et la perte de pression, qui peuvent modifier le point de fonctionnement pratique.

Avec un refroidisseur de précision , il est tentant de commencer par la capacité annoncée du modèle. Une séquence plus sûre consiste à procéder en sens inverse : définir d’abord la charge thermique, puis comparer la capacité à la température de sortie du fluide, au débit et aux conditions ambiantes requis. La capacité indiquée pour un point de référence doux du catalogue ne reflète pas nécessairement la capacité à une température d’essai basse ou sous un mélange de liquide de refroidissement différent.

Calculer la charge de refroidissement à partir des mesures du liquide de refroidissement

Lorsque le circuit est en fonctionnement, le calcul initial le plus utile utilise le débit du liquide de refroidissement et l’élévation de température mesurée à travers l’outil :

Charge de refroidissement, Q = ṁ × Cp × ΔT

Ici, m-point est le débit massique du fluide caloporteur, Cp est la chaleur spécifique du fluide caloporteur et ΔT est la température de retour moins la température d’alimentation. Le résultat correspond à la chaleur transférée au fluide. Pour l’eau à une température proche de la température ambiante, Cp est souvent approximé à 4,18 kJ/kg·°C pour un calcul préliminaire ; un mélange de glycol nécessite ses propriétés réelles, dépendantes de sa concentration et de sa température. Il s’agit d’un calcul préliminaire, non d’un remplacement de la validation des conditions complètes d’essai.

Par exemple, supposons qu’une boucle déplace 12 L/min d’eau et que sa température de retour soit supérieure de 3 °C à sa température d’alimentation. Le débit est d’environ 0,2 kg/s, donc la charge estimée est de 0,2 × 4,18 × 3 = 2,5 kW. Si cette mesure reflète l’état d’essai soutenu le plus élevé, la sélection de la capacité doit toutefois tenir compte de l’incertitude, des pics transitoires, des fuites thermiques et de la capacité du groupe frigorifique à la température d’alimentation cible. Cela ne signifie pas automatiquement qu’une unité de 2,5 kW est adaptée.

Appliquer une marge sans la considérer comme une estimation

Arefroidisseur à régulation de température nécessite une capacité de réserve, mais la marge doit correspondre à une incertitude connue plutôt qu’à un pourcentage universel. Si la chaleur du procédé est bien mesurée et si le cycle de fonctionnement est stable, une marge technique modeste peut suffire. Si les profils de puissance, les températures de test, la concentration du fluide de refroidissement ou les conditions ambiantes restent inconnus, une marge plus large est justifiée jusqu’à ce que l’outil soit entièrement caractérisé.

Plutôt que de demander « une capacité supplémentaire », interrogez-vous sur ce qu’elle protège. Elle peut compenser une température ambiante plus élevée, un dispositif futur pouvant être déployé sur plusieurs sites, une durée prolongée de fonctionnement à haute puissance, des pertes sous-estimées dans les flexibles ou une dégradation de la capacité à un point de consigne inférieur. Cette approche rend la discussion sur la capacité révisable par l’ingénieur de test, l’équipe des installations et l’intégrateur d’équipements.

Vérifier quatre conditions en plus des kW

1. Température et stabilité de l’alimentation

Le refroidisseur de semi-conducteurs doit produire la condition d’alimentation souhaitée à la charge requise, et non simplement atteindre cette consigne avec une charge faible ou nulle. Les exigences de stabilité doivent être formulées comme une exigence d’essai, précisant l’emplacement de mesure, la méthode de capteur et le temps de stabilisation autorisé. Une tolérance étroite à la sortie du refroidisseur peut ne pas correspondre à la stabilité à l’interface du dispositif sous test (DUT).

2. Débit et chute de pression

Arefroidisseur de processus peut disposer d’une capacité frigorifique suffisante tout en constituant un mauvais choix système si le débit est trop faible ou si la pompe ne parvient pas à compenser la chute de pression due au dispositif de fixation, aux flexibles et au filtre. Obtenez préalablement la plage de débit requise, la pression admissible, les restrictions sur le trajet du fluide frigorigène et les détails de raccordement avant d’approuver une configuration.

3. Réponse transitoire

Les outils d’essai modifient couramment la puissance plus rapidement que le circuit frigorifique n’est capable de réagir. Le volume tampon, la logique de régulation, le volume de boucle et la masse thermique peuvent tous influencer l’écart de température. refroidisseur de semi-conducteurs , utilisez une séquence représentative à haute puissance pour évaluer le dépassement, le temps de récupération et la tendance de la température de retour, plutôt que de vous fier uniquement à une charge moyenne.

4. Compatibilité du fluide caloporteur et maîtrise de la condensation

Le choix du fluide influe sur la capacité thermique massique (Cp), la viscosité, la demande de la pompe, la maîtrise de la corrosion et les calculs de capacité. À des températures d’alimentation basses, l’isolation, l’étanchéité à la vapeur et la gestion du point de rosée deviennent des exigences système. Une refroidisseur de précision sélection doit donc documenter le fluide, sa concentration, sa plage de fonctionnement et la responsabilité en matière de maîtrise de la condensation.

Une méthode pratique de dimensionnement pour les essais de semi-conducteurs

1. Répertoriez chaque élément refroidi et déterminez si sa chaleur est stable, cyclique ou transitoire.
2. Notez la température cible d’alimentation, la température maximale autorisée en retour, le débit requis, le type de fluide caloporteur et les conditions ambiantes prévues.
3. Mesurez ou estimez Q à partir du débit, des propriétés du fluide et de la différence de température entre l’alimentation et le retour pendant des états d’essai représentatifs.
4. Ajoutez une marge traçable pour tenir compte des incertitudes et des conditions de fonctionnement futures.
5. Comparer la capacité requise avec la refroidisseur de semi-conducteurs performance au point de consigne réel et dans les conditions ambiantes.
6. Vérifier les performances hydrauliques, la stabilité thermique à l’interface, les alarmes et la reprise au cours d’un essai de mise en service.

Le résultat doit être une exigence telle que « supprimer la charge thermique crête confirmée à la température d’alimentation et au débit indiqués, avec des critères de stabilité et de reprise définis », plutôt qu’une simple demande de capacité. Cette formulation aide un fournisseur à évaluer un refroidisseur à régulation de température par rapport à l’ensemble du cycle de charge.

Questions à résoudre avant la sélection finale

• Quelle est la charge thermique maximale soutenue (DUT et dispositif) pendant le programme prévu ?
• Quel est le transitoire le plus court et le plus puissant, et quelle excursion de température est acceptable ?
• Où sont mesurées les températures d’alimentation et de retour ?
• Quel fluide caloporteur, quelle concentration, quel débit et quelles limites de perte de charge s’appliquent ?
• Le plan d’essais futur prévoit-il l’ajout de sites, de canaux ou d’une température de fonctionnement plus basse ?

Une taille appropriée refroidisseur de semi-conducteurs n’est pas simplement l’unité la plus grande disponible. Une surdimensionnement peut compliquer le comportement de régulation et augmenter les coûts d’exploitation, tandis qu’un sous-dimensionnement peut provoquer des dérives de température, un temps de récupération lent et des interruptions d’essai. La meilleure décision consiste à établir un bilan thermique documenté, vérifié dans le cadre d’une séquence d’essai représentative, puis à le faire correspondre à une refroidisseur de processus configuration dotée de la capacité requise, du débit requis, des performances de régulation requises et des dispositifs de sécurité requis pour l’installation.