Controle da temperatura em estação microprovadora

Abstract

Testes são rotinas de medições que assumem papel fundamental no contexto de circuitos integrados. Através dos testes é possível verificar falhas na cadeia produtiva de semicondutores e corrigi-las antes da concepção final do circuito, o que diminui significativamente o custo do projeto. Além disso, existe o processo de caracterização elétrica, no qual é possível verificar a variabilidade dos parâmetros de desempenho dos circuitos devido ao processo produtivo. Dentre as inúmeras rotinas de testes e processos de caracterização elétrica de circuitos integrados, este projeto está relacionado ao controle de temperatura em medições de circuitos analógicos e de sinais mistos. Existe uma demanda na Universidade Federal do Rio Grande do Sul para caracterização elétrica desta classe de circuitos integrados, não encapsulados, sob temperatura controlada. Esta demanda não pode ser atendida pois, embora o Laboratório de Caracterização Elétrica da UFRGS possua a estrutura para realizar a caracterização elétrica, a mesma não conta com controle de temperatura para circuitos não encapsulados Para contornar este problema, foi desenvolvido um protótipo de controlador de temperatura que foi anexado à estrutura do laboratório. O principal objetivo era investigar a viabilidade de se utilizar componentes de baixo custo, dentre eles um módulo termoelétrico baseado no efeito Peltier, para controlar a temperatura durante a caracterização. Embora o desempenho do controlador fique aquém dos obtidos com equipamentos utilizados na indústria, os resultados obtidos validam a estratégia para trabalhos futuros. Com a implementação do protótipo, foram obtidas duas faixas de temperatura para dois modos de operação do sistema, cujos limites são: de 5°C a 25°C e 40°C a 90°C. Entretanto, os limites obtidos podem variar de acordo com a temperatura ambiente. Apesar dos limites de operação sofrerem influência da temperatura ambiente, o sistema se mostrou capaz de seguir a referência de temperatura desejada dentro da região de operação, e rejeitar pequenas perturbações de temperatura.

Tests are measurement routines that play a key role in the context of integrated circuits. Through the tests it is possible to check for failures in the semiconductor manufacturing chain and correct them before the final design of the circuit, which significantly reduces the cost of a project. In addition, there is the process of electric characterization, where is possible to measure the variability of the performance parameters due to production process. Among the numerous existing routine tests and characterization process of integrated circuits, this project is related to the temperature control in measurements of analog and mixed signal circuits. There is a demand at the Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) for the electrical characterization of this class of non-encapsulated integrated circuits under controlled temperature This demand was not met since the Laboratory of Electrical Characterization does not have a device to assure the controlled temperature for the non-encapsulated integrated circuits. To work around this problem, a temperature controller prototype was developed and integrated to the current laboratory structure. The main objective was to investigate the viability of using low cost components, including a Peltier-based thermoelectric module, to control the temperature while doing the electrical characterization. Although the performance of this controller is worst if compared with professional temperature measuring instruments, the obtained results validated the strategy for future projects. The prototype implementation generated two temperature ranges for two distinct operating modes of the system: from 5°C to 25°C and from 40°C to 90°C. However, these ranges may change according to the ambient temperature. Although the operating limits are influenced by ambient temperature, the whole system was able to follow the desired temperature reference within the operating region and reject small temperature disturbances.