半导体循环制冷设备管路长短会不会影响控温？

半导体芯片测试项目，受厂房布局限制，会出现温控主机和测试工装距离远近不同的情况。很多用户会有疑问，循环管路加长之后，会不会影响芯片测试的控温效果。管路长短本身不会直接让设备本体坏掉，但会带来管路压降加大、沿途漏热、介质传输滞后等一系列变化，工装端的温度、流量会受到间接影响。本文分析长管路带来的几类影响，同时给出长管路条件下的设计优化手段。

一、长短管路带来的影响对照表

二、长循环管路对半导体制冷控温带来的具体影响

1. 循环流量压降损失 介质在管路流动，会克服沿程阻力，管路越长、弯头越多，压力损失越大。在循环泵转速不变的条件下，到达测试工装端实际流量会下降。流量下降之后，工装换热能力减弱，会出现升降温速率变慢，同一工装不同位置温差变大，芯片测试温度均匀性变差。
2. 管路沿途漏热 低温工况下，外界环境热量会透过保温层传入管路介质内部。管路越长，总的漏热总量越大，介质从主机出来，一路吸收热量，到达测试工装的时候，介质实际温度会和主机出口温度出现偏差。这个偏差，会直接反映到芯片样品的实际温度上。保温做得越差，漏热现象越突出。
3. 温度响应时间滞后 工艺执行斜坡升降温，主机出口介质温度已经变化，但是需要经过长管路传输，变化之后的介质才可以到达测试工装，造成工装端温度变化存在时间滞后。对于快速温变芯片测试工艺，时间滞后会造成实际温变斜率达不到程序设定的指标。
4. 接头弯头变多带来附加风险 管路加长，不可避免接头、弯头数量增加，密封点位变多，发生介质微渗漏的概率上升；渗漏出来的介质，有机会滴落到芯片、工装，带来样品损伤风险。

三、长管路工况下的优化改善手段

1. 循环泵选型预留流量扬程余量。设计阶段核算整条管路总压降，循环泵扬程、流量预留余量，抵消长管路带来的压降，保证工装端可以获得设计需要的实际流量。
2. 选用合格的厚层防潮保温，全部接头弯头位置做加厚包覆，降低沿途漏热，缩小主机出口和工装入口之间的温度差值。
3. 尽量减少不必要的管路弯头，弯头会增加局部阻力；管路管径按照计算选型，不要随意缩小管径，避免阻力进一步放大。
4. 工装端增加 PT100 外接测温点，直接读取工装实际温度，反馈回控制系统做闭环调节，不要只依靠主机本机出口温度做控制。
5. 长管路工艺程序编写，考虑温度传输滞后时间，必要的时候增加程序时间余量，补偿介质传输带来的响应延迟。
6. 管路接头尽量减少，焊接优先于螺纹接头，降低渗漏风险；定期巡检全部接头密封状态。

四、选型容易出现的误区

误区 1：只要主机温度够，管路长短完全没有关系。 实际上长管路会带来压降漏热，主机出口温度达标，不等于芯片工装位置温度满足工艺。

误区 2：想要抵消长管路影响，单纯把泵转速开到大。 泵转速过高，管路内部流速过高，会带来管路共振、噪音加大，不是较优方案，设计阶段就预留合理扬程余量。

总结

半导体循环制冷设备，管路长短不会损坏主机硬件，但是长管路会带来压力压降、沿途漏热、温度响应滞后，间接影响工装端流量、实际温度以及升降温斜率。主机与工装距离较远时，要在设计阶段核算管路压降，循环泵预留扬程流量余量，做好整套管路防潮保温，工装端增加实际测温闭环控制，程序上补偿传输滞后，保障芯片测试控温指标。

FAQ

Q：管路加长之后，是不是一定不能做快速温变芯片测试？

A：不是完全不能，做好泵扬程余量、保温，程序补偿时间滞后，依旧可以使用，需要前期核算。

Q：管路保温做得很好，是不是就可以完全消除长管路带来的全部影响？

A：保温只能降低漏热，无法消除流体传输带来的压降和时间滞后，泵的流量扬程依旧要核算。

Q：同样长度管路，弯头很多会带来什么后果？

A：弯头带来局部阻力，进一步加大压降，降低工装端实际循环流量，尽量减少不必要弯头。