CN103543174B - 结环热阻的测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种结环热阻的测试方法，包括以下步骤：测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数；开封处理所述被测样品；补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致；通过红外热像法获取结温，计算结环热阻。如此，在开封处理之前对被测样品的壳温进行测量，开封处理之后以之前所测得的壳温参数为基准，对被测样品进行壳温补偿，避免开封后被测样品发生温度损耗，保证获取准确的结温数值，提高了结环热阻测试结果的精准性。还提供一种结环热阻的测试系统。

Description

结环热阻的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种结环热阻的测试方法及系统。

背景技术

结环热阻是电子元器件性能参数的重要指标，表征器件的散热能力。在电子元器件的设计和使用过程中，散热性能是必须考虑的一个重要因素。准确的测量结环热阻对于微波组件、混合集成电路的热性能评价、设计和验收有着重要的参考意义。

精确提取被测器件的结温是准确获得被测器件结环热阻的关键，结温指的是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸片）的最高温度。在结温测量方式中，通常采用红外热像技术，该红外热像技术具有测量结果直观形象、非接触测量、测量范围宽、响应速度快等优势，且可直接测量具有一定面积的二维温度场。然而，采用红外热像法对被测器件芯片的结温进行测试时，需先将被测器件的封装盖进行开帽，将芯片暴露出来才能够使用红外热像测温装置进行探测，而开帽后被测器件的温度会发生损耗，导致无法准确测量结温，进而结环热阻的测试结果不精准。

发明内容

基于此，有必要针对无法准确测量结温，进而结环热阻的测试结果不精准的问题，提供一种结环热阻的测试方法及系统。

一种结环热阻的测试方法，包括以下步骤：

测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数；

开封处理所述被测样品；

补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致；

通过红外热像法获取结温，计算结环热阻。

在其中一个实施例中，所述补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致的步骤，具体包括：

从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品；

热传导温度于所述被测样品，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致。

在其中一个实施例中，所述从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品的步骤之前，包括以下步骤：

涂覆导热规子于所述被测样品需进行热传导的一侧。

在其中一个实施例中，所述通过红外热像法获取结温，计算结环热阻的步骤，具体包括：

计算被测样品各器件的发射率；

测量处于固定功率加载状态的被测样品各器件的结温；

根据公式计算结环热阻，其中，θja为结环热阻，Tj为被测样品的结温，Ta为被测样品所处的环境温度，Pc为被测样品的热功耗。

在其中一个实施例中，所述计算被测样品各器件的发射率的步骤，具体包括：

保持被测样品处于无功率加载状态；

热传导温度于所述被测样品，使所述被测样品的壳温分别处于温度T₁和T₂，温度T₁和T₂不同，探测被测样品分别在温度T₁和T₂的辐射能，根据公式计算被测样品各器件的发射率，其中，e为发射率，N_M1、N_M2分别为在温度T₁、T₂时的红外探测的红外辐射能，N_T1、N_T2分别为黑体在温度T₁、T₂的辐射能。

一种结环热阻的测试系统，包括：

测量记录装置，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数；

开封装置，开封处理被测样品；

补偿壳温装置，补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致；

红外热像测温装置，通过红外热像法获取结温以计算结环热阻。

在其中一个实施例中，所述补偿壳温装置包括可将被测样品夹持并固定于温度控制台的测试夹具，所述测试夹具热传导所述温度控制台的温度于所述被测样品，所述测试夹具包括可固定于温度控制台的底板，所述底板设置有可放置被测样品的放置部，以及位于所述放置部相对两侧边缘的夹持部，所述夹持部开设有可锁紧被测样品的锁紧螺纹孔。

在其中一个实施例中，所述测试夹具包括可固定被测样品的调节板，所述调节板可通过锁紧螺纹孔固定于所述放置部，所述调节板设置有可固位被测样品的定位螺纹孔。

在其中一个实施例中，所述底板与所述温度控制台之间设置有导热规子，所述测试夹具与所述被测样品之间设置有导热规子。

在其中一个实施例中，所述测试夹具包括夹紧块，所述夹紧块可分离的设置于所述放置部。

上述结环热阻的测试方法及系统，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数，开封处理被测样品，补偿开封后被测样品测温的壳温，使壳温与开封前所测得的壳温参数一致，通过红外热像法获取结温，进而计算出结环热阻。如此，在开封处理之前对被测样品的壳温进行测量，开封处理之后以之前所测得的壳温参数为基准，对被测样品进行壳温补偿，避免开封后被测样品发生温度损耗，保证获取准确的结温数值，提高了结环热阻测试结果的精准性。

附图说明

图1为一实施方式结环热阻的测试方法的流程示意图；

图2为一实施方式结环热阻的测试方法补偿壳温的流程示意图；

图3为一实施方式结环热阻的测试方法的结温分布示意图；

图4为一实施方式结环热阻的测试系统的模块示意图；

图5为一实施方式结环热阻的测试系统的测试夹具底板的结构示意图；

图6为一实施方式结环热阻的测试系统的测试夹具的结构示意图；

图7为另一实施方式结环热阻的测试系统的测试夹具的结构示意图；

图8为又一实施方式结环热阻的测试系统的测试夹具的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种结环热阻的测试方法，包括以下步骤：

步骤S110，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数。通常是在被测样品正常工作至稳定后再开始测量。可采用热电偶法对被测样品的壳温进行测量。

步骤S120，开封处理所述被测样品。

步骤S130，补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致。

步骤S140，通过红外热像法获取结温，计算结环热阻。

上述结环热阻的测试方法，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数，开封处理被测样品，补偿开封后被测样品测温的壳温，使壳温与开封前所测得的壳温参数一致，通过红外热像法获取结温，进而计算出结环热阻。如此，在开封处理之前对被测样品的壳温进行测量，开封处理之后以之前所测得的壳温参数为基准，对被测样品进行壳温补偿，避免开封后被测样品发生温度损耗，保证获取准确的结温数值，提高了结环热阻测试结果的精准性。

请参阅图2，在其中一个实施例中，步骤S130所述补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致，具体包括：

步骤S132，从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品。具体地，可以采用下述的测试夹具310将被测样品夹持并固定于温度控制台。

步骤S134，热传导温度于所述被测样品，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致。通过调节温度控制台的温度与开封前所测得的壳温参数一致，热传导温度控制台的温度于被测样品。

如此，通过夹持并固定被测样品，通过热传导的方式使开封后被测样品测温的壳温与开封前所测得的壳温参数一致，无需受使用环境条件的限制，也不会对被测样品造成污染，进一步提高测试精度。

其中一个实施例中，步骤S132从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品之前，还包括：涂覆导热规子于所述被测样品需进行热传导的一侧。通过涂覆导热规子，以便在对被测样品进行固定时无接触空隙、无移位和良好的导热性能。

在其中一个实施例中，步骤S140所述通过红外热像法获取结温，计算结环热阻，具体包括：

计算被测样品各器件的发射率；

测量处于固定功率加载状态的被测样品各器件的结温。先给被测样品加载功率，让其正常工作至稳定状态后，测量该被测样品的辐射能图，经处理，即得到被测样品的温度分布图，从而获取结温。图3表示的是通过红外热像法探测厚膜DC/DC电源对应各器件的结温。

根据公式计算结环热阻，其中，θja为结环热阻，Tj为被测样品的结温，Ta为被测样品所处的环境温度，Pc为被测样品的热功耗。被测样品所处的环境温度可直接测量得到，被测样品的热功耗可根据所加载的固定功率计算得到。

发射率是指物体表面辐射出的能力与相同温度的黑体辐射能量的比率。黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。不同物质的发射率是由物体的本身材质所决定的，不同物质在相同温度下，向外辐射的能量是不同的。通过计算出被测样品各器件的发射率，保证准确获取被测样品各器件对应的结温值。

在其中一个实施例中，步骤所述计算被测样品各器件的发射率，具体包括：

保持被测样品处于无功率加载状态。通过被测样品不处于工作状态即为无功率加载状态。

热传导温度于所述被测样品，使所述被测样品的壳温分别处于温度T₁和T₂，温度T₁和T₂不同，根据红外热像测温装置探测被测样品分别在温度T₁和T₂的辐射能，根据公式计算被测样品各器件的发射率，其中，e为发射率，N_M1、N_M2分别为在温度T₁、T₂时的红外探测的红外辐射能，N_T1、N_T2分别为黑体在温度T₁、T₂的辐射能。具体地，可通过调节温度控制台的台面温度分别处于温度T₁和T₂，通过热传导使被测样品的壳温分别处于温度T₁和T₂。探测在不同温度T₁和T₂条件下的辐射能N_M1和N_M2。

由N_M1=eN_T1+(1-e)N_A和N_M2=eN_T2+(1-e)N_A，推导得到进而计算出发射率。其中，N_A为黑体对环境的红外反射能量，（1-e）N_A为被测样品对环境的红外反射能量。采用双温法计算出发射率，准确度高，从而为修正进行测量结温的红外热像测温装置的发射率提供更精准的数值。

在其中一个实施例中，步骤所述计算被测样品各器件的发射率之后，还可包括：

根据测量被测样品处于开封前的壳温参数时无功率加载状态下的辐射能和在该壳温参数下的黑体辐射能，计算环境辐射能。

因红外热像测温装置探测的辐射总能包括被测样品的辐射能和样品反射环境辐射能，通过计算环境辐射能，对环境发射辐射进行修正，以消除环境反射的影响，即消除背景反射和水雾等影响，保证测量结果的精准性。

如图4所示，一种结环热阻的测试系统，包括：

测量记录装置10，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数。通常是在被测样品正常工作至稳定后再开始测量。该测量记录装置10可采用热电偶法对被测样品的壳温进行测量。

开封装置20，开封处理被测样品。

补偿壳温装置30，补偿开封后被测样品测温的壳温，使壳温与开封前所测得的壳温参数一致。

红外热像测温装置40，通过红外热像法获取结温以计算结环热阻。红外热像测温装置40可包括红外热像仪，采用采用红外热像仪进行结温测量。

红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，从而获取结温。在进行结温测量之前，需计算被测样品各器件的发射率，以保证准确获取被测样品各器件对应的结温值。计算被测样品各器件的发射率在上述结环热阻的测试方法中已经进行说明，在此不再赘述。

上述结环热阻的测试系统，测量记录装置10测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数，开封装置20开封处理被测样品，补偿壳温装置30补偿开封后被测样品测温的壳温，使壳温与开封前所测得的壳温参数一致，红外热像测温装置40通过红外热像法获取结温，进而计算出结环热阻。如此，在开封处理之前对被测样品的壳温进行测量，开封处理之后以之前所测得的壳温参数为基准，采用补偿壳温装置30对被测样品进行壳温补偿，避免开封后被测样品发生温度损耗，保证获取准确的结温数值，提高了结环热阻测试结果的精准性。

请参阅图5，在其中一个实施例中，补偿壳温装置30包括可将被测样品夹持并固定于温度控制台的测试夹具310，测试夹具310热传导温度控制台的温度于被测样品，测试夹具310包括可固定于温度控制台的底板312，底板312设置有可放置被测样品的放置部3122，以及位于放置部3122相对两侧边缘的夹持部3124，夹持部3124开设有可锁紧被测样品的锁紧螺纹孔3125。通过采用测试夹具310，被测样品可通过测试夹具310夹持并固定于温度控制台，该测试夹具310热传导温度控制台的温度至被测样品，保证被测样品精确控位，不发生位移，以便在进行结温测量以及发射率修正时，测量数据的精准度。

具体到本实施例中，测试夹具310的底板312可通过螺钉紧固于温度控制台，将被测样品放置于底板312的放置部3122，采用螺钉通过夹持部3124的锁紧螺纹孔3125锁紧被测样品，以实现被测样品精确控位的目的。锁紧螺纹孔3125为4个，也可为其它任意个数。该底板312可由铝材制作而成，铝材具有良好的刚度和热传导率，有利于底板312能够很好的将温度控制台的温度传导至被测样品，实现精确控温。同时，在进行发射率修正时，需调节被测样品处于几个不同的温度点，采用由铝材制作的底板312可保证与温度控制台连接的紧固性，防止因材料本身的热胀冷缩导致探测结果发生几何错位，确保测量结果的精准性。

请参阅图6和图7，在其中一个实施例中，测试夹具310包括可固定被测样品的调节板314，调节板314可通过锁紧螺纹孔3125固定于放置部3122，调节板314设置有可固位被测样品的定位螺纹孔3140。通过采用调节板314，将调节板314固定于底板312的放置部3122，再将被测样品通过定位螺纹孔3140固位于调节板314，以适应部分形状与放置部3122提供的放置空间有冲突的被测样品，进而保证被测样品能够精确控位。在本实施例中，定位螺纹孔3140为2个。该调节板314可以包括横向调节板314和竖向调节板314，以满足不同结构的被测样品固位的目的。图6表示的是采用横向调节板的测试夹具310，图7表示的是采用竖向调节板的测试夹具310。该调节板314也可直接固定于温度控制台。其中，因调节板314主要起热传导作用，故该调节板314可选用导热性能好的铜制作而成。

在其中一个实施例中，底板312与温度控制台之间设置有导热规子，测试夹具310与被测样品之间设置有导热规子。如此，通过在被测样品需进行热传导的一侧涂覆导热规子，也就是在底板312和温度控制台的接触面之间涂覆导热规子，在测试夹具310与被测样品的接触面之间涂覆导热规子，以便在对被测样品进行固定时无接触空隙、无移位和具有良好的导热性能，便于精确控温和控位。

请参阅图8，在其中一个实施例中，测试夹具310包括夹紧块316，夹紧块316可分离的设置于放置部3122。在被测样品50放置于放置部3122后，在该放置部3122多出的放置空间放入夹紧块316，以便放置部3122多出的放置空间能够被夹紧块316填满，满足不同尺寸的被测样品50固位需求，保证被测样品50锁紧不发生错位。

具体到本实施例中，该夹紧块316包括夹紧底板3162和凸起3164，夹紧底板3162可放置于放置部3122，凸起3164设置于夹紧底板3162远离放置部3122的表面。如此，通过设置凸起3164，便于拿起和放下该夹紧块316。凸起3164和夹紧底板3162可一体成型设置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种结环热阻的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数；

开封处理所述被测样品；

补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致；

通过红外热像法获取结温，计算结环热阻；

所述通过红外热像法获取结温，计算结环热阻的步骤，具体包括：

计算被测样品各器件的发射率；

测量处于固定功率加载状态的被测样品各器件的结温；

根据公式计算结环热阻，其中，θja为结环热阻，Tj为被测样品的结温，Ta为被测样品所处的环境温度，Pc为被测样品的热功耗。

2.根据权利要求1所述的结环热阻的测试方法，其特征在于，所述补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致的步骤，具体包括：

从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品；

热传导温度于所述被测样品，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致。

3.根据权利要求2所述的结环热阻的测试方法，其特征在于，所述从靠近所述被测样品相对两侧的端部方向夹持并固定所述被测样品的步骤之前，包括以下步骤：

涂覆导热规子于所述被测样品需进行热传导的一侧。

4.根据权利要求1所述的结环热阻的测试方法，其特征在于，所述计算被测样品各器件的发射率的步骤，具体包括：

保持被测样品处于无功率加载状态；

热传导温度于所述被测样品，使所述被测样品的壳温分别处于温度T₁和T₂，温度T₁和T₂不同，探测被测样品分别在温度T₁和T₂的辐射能，根据公式计算被测样品各器件的发射率，其中，e为发射率，N_M1、N_M2分别为在温度T₁、T₂时的红外探测的红外辐射能，N_T1、N_T2分别为黑体在温度T₁、T₂的辐射能。

5.一种结环热阻的测试系统，其特征在于，包括：

测量记录装置，测量并记录被测样品处于功率加载状态下的壳温参数；

开封装置，开封处理被测样品；

补偿壳温装置，补偿开封后被测样品测温的壳温，使所述壳温与开封前所测得的壳温参数一致；

红外热像测温装置，通过红外热像法获取结温以计算结环热阻；

所述补偿壳温装置包括可将被测样品夹持并固定于温度控制台的测试夹具，所述测试夹具热传导所述温度控制台的温度于所述被测样品，所述测试夹具包括可固定于温度控制台的底板，所述底板设置有可放置被测样品的放置部，以及位于所述放置部相对两侧边缘的夹持部，所述夹持部开设有可锁紧被测样品的锁紧螺纹孔。

6.根据权利要求5所述的结环热阻的测试系统，其特征在于，所述测试夹具包括可固定被测样品的调节板，所述调节板可通过锁紧螺纹孔固定于所述放置部，所述调节板设置有可固位被测样品的定位螺纹孔。

7.根据权利要求6所述的结环热阻的测试系统，其特征在于，所述底板与所述温度控制台之间设置有导热规子，所述测试夹具与所述被测样品之间设置有导热规子。

8.根据权利要求5所述的结环热阻的测试系统，其特征在于，所述测试夹具包括夹紧块，所述夹紧块可分离的设置于所述放置部。