半导体温控设备的温度控制原理探析

2025 年 12 月 26 日行业新闻镀膜机水冷系统860

　　半导体温控设备是半导体研发、生产及可靠性测试中的关键设备之一，通过准确调控温度环境，模拟芯片在不同工况下的工作场景，为性能检测与工艺实施提供稳定条件。

一、温控核心系统构成

　　半导体温控设备的温度控制功能，依赖温度调节、气流循环、传感监测与保温防护四大核心系统的协同配合，各系统分工明确、衔接紧密。

　　温度调节系统是温度输出的核心，由加热模块与制冷模块组成。加热模块采用电阻式加热方式，通过调节功率输出实现温度提升，部分设备会回收制冷循环中的热量以维持运行平稳。制冷模块多采用复叠式压缩机制冷技术，利用多级压缩与不同制冷剂的相变特性，实现从常温到低温的宽范围覆盖，满足半导体测试的低温需求。

　　气流循环系统负责温度的均匀分布，以多翼式离心风机为核心，搭配定制化导流风道，构建闭环气流回路。气流在腔体内有序流动，将加热或制冷模块产生的温度均匀扩散至各个区域，避免局部温度差异。

　　传感监测系统是温度控制的核心，由多个高精度温度传感器组成。传感器按布置位置不同，分别监测腔体整体温度、局部区域温度及半导体器件表面温度，常见类型包括热电阻、热电偶与半导体传感器。热电阻传感器基于金属电阻随温度变化的特性，精度与稳定性突出;半导体传感器则凭借体积小、灵敏度高的特点，适用于高精度测温场景。

　　保温防护系统为稳定控温提供环境保障，设备箱体采用双层板材结构，中间夹填高性能保温材料，配合耐高温密封条，减少腔体内外的热量交换与泄漏。该系统既降低了温度调节的损耗，又能阻挡外部环境温度波动对腔体内部的影响，为温度稳定提供结构支撑。

二、温控逻辑核心流程

　　半导体温控设备的温度控制遵循设定、感知、调节、稳定的闭环逻辑流程，分为初始化、动态趋近与稳态维持三个关键阶段，确保温度准确达到并维持在目标值。

　　初始化阶段是温控准备过程。通过控制面板输入目标温度、测试时长等参数，控制器接收指令后启动系统自检，核查加热、制冷、循环、传感等模块的运行状态。确认各模块正常后，设备进入待机状态，此时气流循环系统提前启动，构建基础气流回路，为后续温度快速扩散与均匀分布做好准备。

　　动态趋近阶段实现温度从初始值到目标值的准确过渡。控制器对比传感器反馈的实时温度与设定目标温度，计算温差后启动相应调节模块。整个过程中，控制算法持续优化调节策略，确保温度平稳趋近目标值，减少波动。

　　稳态维持阶段保障温度长期稳定。当温度达到设定值后，传感器仍持续监测温度变化，控制器通过微调加热或制冷模块的输出，减少内外热交换引起的微小波动。此时加热与制冷模块可能处于间歇工作状态，通过短时启停维持温度稳定。　　半导体温控设备的温度控制原理，是温度调节、气流循环、传感监测与保温防护四大系统的协同运作，结合闭环逻辑流程与准确的控制机制，实现温度的准确调控与持续稳定，为半导体产业的高质量发展提供更可靠的温度环境支撑。