CN108226219B - 一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法，属于薄膜电阻技术领域。它解决了现有的技术无法判断薄膜电阻产热是否均匀的问题。本薄膜电阻产热均匀性的检测方法包括：建立三维坐标系；给镀在厚度为L的导热介质表面的薄膜电阻通电流，构成模拟热源；加热时间t0后，测量薄膜电阻表面的温度，得到T0(x，y，z＝L，t＝t0)；对热流密度q(x，y)进行构建，将求得的qi(x，y)通过判断薄膜电阻产热是否均匀的等式进行求解，在U的数值等于1时判断薄膜电阻产热是均匀的。本检测方法能够提高薄膜电阻产热均匀性判断的精确性。
Description
技术领域
本发明属于薄膜电阻技术领域，涉及一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法。
背景技术
薄膜电阻是指采用金属镀膜技术，将一层或多层薄的金属镀在各种器件的表面，形成电阻。薄膜电阻具有比表面积大、能承受大功率等众多优点，随着新兴电子产业的发展，薄膜电阻的需求缺口越来越大，而且对质量和性能的要求也越来越高，由于薄膜电阻在使用时不可避免地产生热量，而热量的堆积对于电阻的性能、寿命都有很大的影响，所以，迫切需要一种散热性好、热稳定性优的薄膜电阻，以满足高端市场的需求，因此，需要对薄膜电阻产热进行标定，即获得薄膜电阻产热均匀性。
针对上述存在的问题，现有中国专利文献公开了一种改善太阳能电池扩散薄膜电阻片内均匀性的方法【申请号：CN201010152171.8】，包括下列步骤：i、将经扩散炉管扩散后得到的硅片进行扩散薄膜电阻分布测试。ii、根据扩散薄膜电阻分布测试，得到硅片的扩散薄膜分布测试数据。iii、根据硅片的扩散薄膜分布测试数据，调节石英舟的支撑脚高度h或调节石英舟的卡槽位置。该发明虽然通过调节石英舟的支撑脚高度和石英舟的卡槽位置，来调节石英舟上硅片的位置，使硅片位于扩散炉管的热量均衡点处，硅片上、下、左、右受热均匀，制作出的太阳能电池的扩散薄膜电阻片内均匀性较好，但是该发明并不能确定制作出的太阳能电池的扩散薄膜电阻片产热就是均匀的，因此，很必要提出一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法来获取薄膜电阻的产热均匀性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法，该检测方法所要解决的技术问题是：如何提高薄膜电阻产热均匀性判断的精确性。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法，包括：建立三维坐标系；给镀在厚度为L的导热介质表面的薄膜电阻通电流，构成模拟热源；加热时间t0后，测量薄膜电阻表面的温度，得到T0(x，y，z＝L，t＝t0)；其特征在于，所述检测方法还包括：
对热流密度q(x，y)进行构建，令：q(x,y)＝q0+Pn(x)*Pm(y)，其中，
m和n为常数，q0为假定的均匀热流密度；通过对m和n取不同数值从而得到对应T0(x，y，z＝L，t＝t0)差值最小的热流密度qi(x，y)；将求得的qi(x，y)代入下述等式中以判断薄膜电阻产热是否均匀，在U的数值等于1时判断薄膜电阻产热是均匀的，
式中：qij(x，y)为薄膜电阻的热流密度，
为平均热流密度，n为取样点数。
本薄膜电阻产热均匀性的检测方法的工作原理为：对热流密度进行构建，通过m和n取不同的数值来获得多个不同的热流密度qi(x，y)的分布，而每个热流密度qi(x，y)都对应一个温度分布，最接近T0(x，y，z＝L，t＝t0)的温度分布所对应的qi(x，y)即为薄膜电阻的热流密度，再通过上述等式进行判断，可精确地获得薄膜电阻产热是否均匀以及均匀性情况，在U等于1时认为薄膜电阻是产热均匀的，为理想均匀的镀膜技术。
在上述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法中，m和n取值不同，将得到不同的热流密度qi(x，y)，将得到的热流密度qi(x，y)逐个代入到下述三维热传导方程式中，进而能够得到每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)，
式中，b，d分别为介质在x方向和y方向的宽度。
通过获取每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)，能够精确获得对应T0(x，y，z＝L，t＝t0)的热流密度，进而提高薄膜电阻产热均匀性判断的精确性。
在上述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法中，设Δi＝|T’i(x,y,z＝L,t＝t0)-T0(x,y,z＝L,t＝t0)|，从而获得Δi最小值时所对应的qi(x，y)，此时的qi(x，y)即为薄膜电阻的热流密度。
在上述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法中，采用差分或有限元法获得每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布Ti’(x，y，z＝L，t＝t0)。采用差分或有限元法能够快速获得三维热传导方程式的数值解，提高效率。
在上述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法中，构建热流密度q(x，y)的过程包括：假设薄膜电阻在x方向和y方向上产热都是均匀的，则得到以下一维热传导方程式：
求解上述方程式可得：
当t＝t0，z＝L时，温度分布可表示为
式中：q0为假定的均匀热流密度，T0为室温，λ、ρ、c分别为介质的热导率、密度和比热容，T(z＝L,t＝t0)为加热t0时间后在z＝L处的温度分布。q0值的获取，可提高获取热流密度qi(x，y)的精确性以及节省时间。
在上述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法中，通过热像仪检测薄膜电阻表面的温度。热像仪在对焦后，无需再进行移动，测量温度实时性好，使用方便，能快速测得整个面的温度。
与现有技术相比，本薄膜电阻产热均匀性的检测方法通过对热流密度进行构建的方式，能够精确获得与薄膜电阻温度分布最接近的热流密度，进而能够更精确的判断薄膜电阻产热均匀性的情况。
附图说明
图1是本发明建立的三维坐标系示意图。
图中，1、薄膜电阻；2、导热介质。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本薄膜电阻产热均匀性的检测方法包括：
建立三维坐标系；给镀在厚度为L的导热介质2表面的薄膜电阻1通电流，构成模拟热源；加热时间t0后，测量薄膜电阻1表面的温度，得到T0(x，y，z＝L，t＝t0)；对热流密度q(x，y)进行构建，令：q(x,y)＝q0+Pn(x)*Pm(y)，其中，
m和n为常数，q0为假定的均匀热流密度；m和n取值不同，将得到不同的热流密度qi(x，y)，将得到的热流密度qi(x，y)逐个代入到下述三维热传导方程式中，进而能够得到每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布Ti’(x，y，z＝L，t＝t0)，
式中，b，d分别为介质在x方向和y方向的宽度；
设Δi＝|T’i(x,y,z＝L,t＝t0)-T0(x,y,z＝L,t＝t0)|，从而获得Δi最小值时所对应的qi(x，y)，此时的qi(x，y)即为薄膜电阻1的热流密度；将求得的qi(x，y)代入下述等式中以判断薄膜电阻1产热是否均匀，在U的数值等于1时判断薄膜电阻1产热是均匀的，
式中：qij(x，y)为薄膜电阻1的热流密度，
为平均热流密度，n为取样点数。
其中，构建热流密度q(x，y)的过程包括：假设薄膜电阻1在x方向和y方向上产热都是均匀的，则得到以下一维热传导方程式：
求解上述方程式可得：
当t＝t0，z＝L时，温度分布可表示为
式中：q0为假定的均匀热流密度，T0为室温，λ、ρ、c分别为介质的热导率、密度和比热容，T(z＝L,t＝t0)为加热t0时间后在z＝L处的温度分布。
作为优选，采用差分或有限元法获得每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)。采用差分或有限元法能够快速获得三维热传导方程的数值解。
作为优选，通过热像仪检测薄膜电阻1表面的温度。热像仪在对焦后，无需再进行移动，测量温度实时性好，使用方便，能快速测得整个面的温度。除此之外，还可以采用热电偶加温度计对薄膜电阻1表面温度进行检测。
作为优选，导热介质2选择均匀的导热介质2。导热介质2的均匀性可提高对薄膜电阻1导热均匀性的判断。
本薄膜电阻产热均匀性的检测方法的工作原理为：建立三维坐标系，在厚度为L的均匀导热介质2表面镀一层薄膜电阻1，厚度由实际需要决定，薄膜电阻1上通上电流，构成模拟热源，给均匀导热介质2加热，加热时间为t0时，其t0的取值可以为任意值，但应小于薄膜电阻1最大受热值，避免加热时间过长导致薄膜电阻1损坏，用热像仪测量此时薄膜电阻1表面温度，得到T0(x，y，z＝L，t＝t0)。对热流密度q(x，y)进行构建，m和n取不同的数值，如n＝0，m＝0；n＝0，m＝1；n＝0，m＝2；n＝0，m＝3；……n＝10，m＝8；n＝10，m＝9；n＝10，m＝10；不同的n和m取值都将获得对应的Pn(x)*Pm(y)，即P0(x)*P0(y)；P0(x)*P1(y)；P0(x)*P2(y)；P0(x)*P3(y)；……P10(x)*P8(y)；P10(x)*P9(y)；P10(x)*P10(y)，从而得到不同的热流密度qi(x，y)的分布。作为优选，n和m的最大值不仅仅限于10，可以取得更大，那么获得对应的热流密度qi(x，y)也将更多，在本实施例中仅以n和m最大值为10为例。而每个热流密度qi(x，y)都对应一个温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)，获取最接近T0(x，y，z＝L，t＝t0)的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)，该温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)所对应的qi(x，y)即为薄膜电阻1的热流密度，再通过该获得的热流密度qi(x，y)，通过选取薄膜电阻1xy面上不同的点来获取对应该点的热流密度，进而通过均匀性判断等式进行判断，可精确地获得薄膜电阻1产热是否均匀以及均匀性情况，在U等于1时认为薄膜电阻1是产热均匀的，为理想均匀的镀膜技术。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种薄膜电阻产热均匀性的检测方法，包括建立三维坐标系；给镀在厚度为L的导热介质(2)表面的薄膜电阻(1)通电流，构成模拟热源；加热时间t0后，测量薄膜电阻(1)表面的温度，得到T0(x，y，z＝L，t＝t0)，其特征在于，所述检测方法还包括：
对热流密度q(x，y)进行构建，令：q(x,y)＝q0+Pn(x)*Pm(y)，其中，
m和n为常数，q0为假定的均匀热流密度；通过对m和n取不同数值从而得到对应T0(x，y，z＝L，t＝t0)差值最小的热流密度qi(x，y)；其中，Pn(x)为与n和x相关的多项式函数，Pm(y)为与m和y相关的多项式函数，x为三维坐标系x轴的数值，y为三维坐标系y轴的数值，z为三维坐标系z轴的数值，t为加热时间，T0为加热到t0时刻时测量的位于x、y、z位置的薄膜电阻表面的温度；将求得的qi(x，y)代入下述等式中以判断薄膜电阻(1)产热是否均匀，在U的数值等于1时判断薄膜电阻(1)产热是均匀的，
式中：qij(x，y)为薄膜电阻(1)的热流密度，
为平均热流密度，n为取样点数。
2.根据权利要求1所述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法，其特征在于，m和n取值不同，将得到不同的热流密度qi(x，y)，将得到的热流密度qi(x，y)逐个代入到下述三维热传导方程式中，进而能够得到每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)，
式中，b，d分别为介质在x方向和y方向的宽度。
3.根据权利要求2所述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法，其特征在于，设Δi＝|T’i(x,y,z＝L,t＝t0)-T0(x,y,z＝L,t＝t0)|，从而获得Δi最小值时所对应的qi(x，y)，此时的qi(x，y)即为薄膜电阻(1)的热流密度。
4.根据权利要求2或3所述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法，其特征在于，采用差分或有限元法获得每个热流密度qi(x，y)所对应的温度分布T’i(x，y，z＝L，t＝t0)。
5.根据权利要求1所述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法，其特征在于，构建热流密度q(x，y)的过程包括：假设薄膜电阻(1)在x方向和y方向上受热都是均匀的，则得到以下一维热传导方程式：
求解上述方程式可得：
当t＝t0，z＝L时，温度分布可表示为
式中：q0为假定的均匀热流密度，T0为室温，λ、ρ、c分别为介质的热导率、密度和比热容，T(z＝L,t＝t0)为加热t0时间后在z＝L处的温度分布。
6.根据权利要求1所述的薄膜电阻产热均匀性的检测方法，其特征在于，通过热像仪检测薄膜电阻(1)表面的温度。
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