CN102680512A

CN102680512A - 一种测量界面接触热阻的方法

Info

Publication number: CN102680512A
Application number: CN2012101431104A
Authority: CN
Inventors: 冯士维; 石磊; 郭春生; 刘静; 朱慧
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种测量界面接触热阻的方法，属于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下：将被测电子元件与被测热阻材料按不同厚度制备成2个以上接触界面；测量电子元件管芯到被测界面的热阻R_device；用热阻测试仪测量电子元件管芯与不同厚度材料底面之间的总热阻R_tot；以R_tot为y轴，材料厚度为x轴作直线；将该直线延长至y轴交点处的得到热阻，就是接触热阻Rc与元件管芯到被测界面的热阻R_device之和；将得到的热阻减去R_device即得到接触热阻R_c。本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，测量方法简单、准确。

Description

一种测量界面接触热阻的方法

技术领域

本发明属于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。

背景技术

电子系统中，电子元器件与电路板以及散热装置的接触热阻直接影响系统的使用寿命和长期可靠性。目前界面接触热阻的方法，主要是使用基于对包含体材料和界面材料的方法，测量、或计算出接触热阻。

发明内容

本方法通过制备不同厚度的材料块，测量含有元件热阻和接触热阻和体材料热阻的总热阻，通过作总热阻与材料厚度的对应关系，得到延长至材料厚度为零的总热阻，进而得到接触热阻。

电子元器件与下一层材料之间的接触界面区域厚度薄，不容易直接测出，采用本方法测量时将被测界面的下一层材料制备出N个（N≥3）厚度依次增大的等面积材料块，测量含有元件、接触界面、不同厚度材料块的总热阻。相应的公式如下：

R_tot=R_device+R_C+R_B

R_{B} = \frac{1}{σ} \frac{L}{S}

其中，R_tot是总热阻；R_C是接触热阻；R_device是电子元器件管芯到被测界面的热阻；R_B是材料块的热阻，σ是材料块的热导率，S是材料块的面积，L是材料块的厚度。

从上面的公式看，作总热阻R_tot与材料块的厚度L的测量结果图。很显然，R_tot随L线性增加，该直线延长线与y轴相交，截距即L为零时的R_tot=R_C+R_device。

见图1。

本发明的技术方案叙述如下：

一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下：

（1）选择被测电子元件和被测热阻材料；

（2）将被测电子元件与被测热阻材料按不同厚度制备成2个以上接触界面；

（3）测量电子元件管芯到被测界面的热阻R_device；

（4）用热阻测试仪测量电子元件管芯与不同厚度材料底面之间的总热阻R_tot；

（5）以R_tot为y轴，材料厚度为x轴作直线；

（6）将该直线延长至y轴交点处的得到热阻，就是接触热阻Rc与元件管芯到被测界面的热阻R_device之和；

（7）将(6)中得到的热阻减去R_device即得到接触热阻Rc。

本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，测量方法简单、准确，适用于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。

附图说明

图1测量原理示意图。

图2作图求解接触热阻。

具体实施方式

实施例：

1、测试系统组成如图2所示。被测样品置于密封绝热装置内（减小外界环境对测量误差，视测量精度要求和现场条件限制可不采用该装置）。系统通过接线柱与外部的热阻仪相连。以测量MOSFET与铝之间的接触热阻为例，将MOSFET置于不同厚度的铝块上制备成样品1、2、3，铝块的厚度分别为20mm，45mm，75mm，铝块顶面与MOSFET底部散热面形状大小相吻合，其面积为0.0002m²。（铝块侧面采用保温材料材料包裹）

2、本实施例中采用一MOSFET作为热源以及测温源，工作电压V=10V，工作电流I=500ma，工作功率P=V*I=5W。MOSFET通过绝热装置内接线柱与外部的热阻仪相连，通过计算机给热阻仪发指令给MOSFET提供工作电流，然后测量其管芯温度，进而得出热阻。铝块底部置于恒温平台上，使铝块底部保持温度T_bottom=20°C不变。

3、本实施例中，热阻仪工作电流和测试脉冲之间切换期为6微秒，然后以1微秒的间隔施加60个测试脉冲通过拟合得到MOSFET管芯到管壳热阻为R_MOSFET=0.490(K/w)。

4、对样品1测量时，测量时计算机发指令给热阻仪，多次重复加功率而后加测试脉冲的过程，当加功率时间延长到一定程度观察到温度曲线恒定后，得到稳态下样品1管芯到铝块底部的总热阻R_tot1。

5、重复4的过程，对样品2进行测量。测得稳态下样品2管芯到铝块底部的总热阻R_tot2。

6、继续不断重复4的过程，直至测得样品n稳态下管芯到铝块底部的总热阻R_totn。本实施例取n=3。

表1.样品1、2、3的稳态管芯温度以及管芯到铝块底部的总热阻

7、根据表1数据作图，将样品1、2、3的总热阻R_tot1、R_tot2、R_tot3描点作图，得到一条直线，如图2所示。该直线在纵轴上的截距即为R_MOSFET+R_C=1.916(K/w),将截距值减去R_MOSFET即得接触热阻R_C为1.426(K/w)，即单位面积接触热阻值为2.852*10^-4(m²*K/w)。

Claims

1.一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下：

（1）选择被测电子元件和被测热阻材料；

（3）测量电子元件管芯到被测界面的热阻R_device；

（5）以R_tot为y轴，材料厚度为x轴作直线；

（7）将(6)中得到的热阻减去R_device即得到接触热阻Rc。