CN109975349B - 一种测量半导体热阻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种测量半导体热阻的方法，其中包括，步骤S1、提供数据收集系统，数据收集系统包括记录仪，记录仪预先记录嵌入式系统的环境温度；步骤S2、关闭嵌入式系统的温度控制，使得嵌入式系统运行于预设工作频率下测试嵌入式系统的CPU的温度差；步骤S3、记录仪记录与嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压以及对应电源电压的电流，并将电源电压以及对应电源电压的电流与温度差记录至热阻参数表格；步骤S4、对照热阻参数表格以比较不同散热材质之间的热阻大小。有益效果：通过多点测量，测量精度高，节省人力，对整机功耗及各个分支功耗数据进行记录，计算方便，能够寻找到最好的散热材质，降低芯片制造成本。

Description

一种测量半导体热阻的方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种测量半导体热阻的方法。
背景技术
随着国产集成电路发挥的作用越来越大，对其可靠性的要求也越来越高，而准确快捷的测量其结到壳的热阻及其主要热传导路径上的热学参数是保证其可靠性的关键步骤。
通过测量芯片工作时的壳温和芯片周围空气环境的温度，就可获得芯片功耗大小的测量方法，但是设备较贵，算法复杂，成本较高，因此，不予推广，使用范围受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种测量半导体热阻的方法。
具体技术方案如下：
一种测量半导体热阻的方法，适用于一嵌入式系统的集成电路板，其中包括：
步骤S1、提供一数据收集系统，所述数据收集系统包括一记录仪，所述记录仪预先记录所述嵌入式系统的环境温度；
步骤S2、关闭所述嵌入式系统的温度控制，使得所述嵌入式系统运行于一预设工作频率下测试所述嵌入式系统的CPU(中央处理器，Central Processing Unit)的温度差；
步骤S3、所述记录仪记录与所述嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压以及对应所述电源电压的电流，并将所述电源电压以及对应所述电源电压的电流与所述温度差记录至一热阻参数表格；
步骤S4、对照所述热阻参数表格，以比较不同散热材质之间的热阻大小。
优选的，于所述步骤S1中，所述记录仪预先记录所述嵌入式系统的环境温度之前，将所述嵌入式系统的集成电路板浮空设置。
优选的，于所述步骤S2中，所述预设工作频率至少设置为100MHZ；
或二分之一的所述CPU的最大运行频率；
或所述CPU的最大运行频率。
优选的，于所述步骤S3中，与所述嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压包括1.8V的电源输出电压；和/或
CPU的电源电压；和/或
存储芯片输出缓冲供电电压。
优选的，所述步骤S2中，于测试所述嵌入式系统的CPU的温度差的过程中，使用红外或热耦或热传感器记录所述温度差。
优选的，于所述步骤S2中，所述预设工作频率至少分为由大致小的依次排列的四个台阶频率，至少四个所述台阶频率分别进行预处理循环过程。
优选的，所述预处理循环过程为先升高所述台阶频率，接着降低所述台阶频率，以此循环进行。
优选的，于进行预处理循环过程中，在每个所述台阶频率处至少稳定一预设时间。
优选的，所述预设时间至少设置为15分钟。
本发明的技术方案有益效果在于：提供一种测量半导体热阻的方法，能够精确测得嵌入式系统的集成电路板的整机功耗及各个分支功耗，通过多点测量，测量精度高，节省人力，并且通过记录仪采用专用功耗表格对整机功耗及各个分支功耗数据进行记录，以对照得到不同散热材质之间的热阻大小，这种方式简单，计算方便，计算结果可靠，易于操作，易于推广，并且通过对热阻的测试，能够寻找到最好的散热材质，进一步降低芯片制造成本。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明的实施例的测量半导体热阻的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种测量半导体热阻的方法，适用于一嵌入式系统的集成电路板，其中包括：
步骤S1、提供一数据收集系统，数据收集系统包括一记录仪，记录仪预先记录嵌入式系统的环境温度；
步骤S2、关闭嵌入式系统的温度控制，使得嵌入式系统运行于一预设工作频率下测试嵌入式系统的CPU的温度差；
步骤S3、记录仪记录与嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压以及对应电源电压的电流，并将电源电压以及对应电源电压的电流与温度差记录至一热阻参数表格；
步骤S4、对照热阻参数表格，以比较不同散热材质之间的热阻大小。
通过上述测量半导体热阻的方法的技术方案，如图1所示，适用于嵌入式系统的集成电路板中，首先提供数据收集系统，数据收集系统包括记录仪，在记录仪预先记录嵌入式系统的环境温度之前，将嵌入式系统的集成电路板浮空设置，记录仪预先记录嵌入式系统的环境温度。
进一步地，关闭嵌入式系统的温度控制，运行嵌入式系统的CPU，使得嵌入式系统运行于预设工作频率下测试嵌入式系统的CPU的温度差，其中，预设工作频率至少设置为100MHZ或二分之一的CPU的最大运行频率或CPU的最大运行频率。
进一步地，于测试嵌入式系统的CPU的温度差的过程中，使用红外或热耦或热传感器记录温度差，温度差指测量温度与环境温度之差，即ΔT＝Tsensor-Troom，ΔT用于表示温度差，Tsensor用于表示嵌入式系统运行于预设工作频率下测试嵌入式系统的CPU的测量温度，Troom用于表示记录仪预先记录嵌入式系统的环境温度，此时，除CPU的电源电压的电流变化之外，其他电流基本不变，所有增加的功耗都是来自于嵌入式系统的集成芯片的发热功耗，此时也不需要考虑如何分割存储芯片输出缓冲供电电压、1.8V的电源输出电压及3.3V的电源输出电压，其中在嵌入式系统的集成芯片的电源电路上增加30mΩ的电阻位，通过计算得到嵌入式系统的集成芯片的每路电源的电流值。
进一步地，记录仪记录与嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压以及对应电源电压的电流，并将电源电压以及对应电源电压的电流与温度差记录至一热阻参数表格，其中，记录仪采用型号L8401-21的记录仪，能够精确测得嵌入式系统的集成电路板的整机功耗及各个分支功耗，通过多点测量，测量精度高，节省人力。
进一步地，与嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压包括1.8V的电源输出电压；和/或CPU的电源电压；和/或存储芯片输出缓冲供电电压，并且通过记录仪采用专用功耗表格对整机功耗及各个分支功耗数据进行记录，如表一所示，表附一、表附二、表附三、表附四、表附五、表附六用于表示各个分支功耗数据。
表一
表附一
Figure BDA0002012416490000051
表附二
Figure BDA0002012416490000052
表附三
Figure BDA0002012416490000053
表附四
Figure BDA0002012416490000054
表附五
Figure BDA0002012416490000061
表附六
Figure BDA0002012416490000062
进一步地，对照热阻参数表格，以比较不同散热材质之间的热阻大小，能够精确测得嵌入式系统的集成电路板的整机功耗及各个分支功耗，通过多点测量，测量精度高，节省人力，并且通过记录仪采用专用功耗表格对整机功耗及各个分支功耗数据进行记录，以对照得到不同散热材质之间的热阻大小，这种方式简单，计算方便，计算结果可靠，易于操作，易于推广，并且通过对热阻的测试，能够寻找到最好的散热材质，进一步降低芯片制造成本。
在一种较优的实施例中，预设工作频率至少分为由大致小的依次排列的四个台阶频率，至少四个台阶频率分别进行预处理循环过程，例如表一中嵌入式系统的集成芯片的预设功率分为1074MHZ，1000MHZ，500MHZ，100MHZ由大致小的依次排列的四个台阶频率；预处理循环过程为先升高台阶频率，接着降低台阶频率，以此循环进行，于进行预处理循环过程中，在每个台阶频率处至少稳定一预设时间，其中，预设时间至少设置为15分钟，即首先进行100MHZ依次升高台阶频率，即从100MHZ进行至1074MHZ，其中在每个台阶频率处稳定15分钟，例如在100MHZ处稳定15分钟，在500MHZ处稳定15分钟，在1000MHZ处稳定15分钟，在1074MHZ处稳定15分钟，然后再从1074MHZ依次降低台阶频率，即从1074MHZ进行至100MHZ，其中在每个台阶频率处至少稳定15分钟，例如，在1074MHZ处稳定15分钟，在1000MHZ处稳定15分钟，在500MHZ处稳定15分钟，在100MHZ处稳定15分钟。进一步地，能够精确测得嵌入式系统的集成电路板的整机功耗及各个分支功耗，通过多点测量，测量精度高，节省人力。
进一步地，通过记录仪采用专用功耗表格对整机功耗及各个分支功耗数据进行记录，以对照得到不同散热材质之间的热阻大小，这种方式简单，计算方便，计算结果可靠，易于操作，易于推广，并且通过对热阻的测试，能够寻找到最好的散热材质，进一步降低芯片制造成本。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种测量半导体热阻的方法，适用于一嵌入式系统的集成电路板，其特征在于，包括：
步骤S1、提供一数据收集系统，所述数据收集系统包括一记录仪，所述记录仪预先记录所述嵌入式系统的环境温度；
步骤S2、关闭所述嵌入式系统的温度控制，使得所述嵌入式系统运行于一预设工作频率下测试所述嵌入式系统的CPU的温度差；
步骤S3、所述记录仪记录与所述嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压以及对应所述电源电压的电流，并将所述电源电压以及对应所述电源电压的电流与所述温度差记录至一热阻参数表格；
步骤S4、对照所述热阻参数表格，以比较不同散热材质之间的热阻大小；
于所述步骤S2中，所述预设工作频率至少分为由大至小的依次排列的四个台阶频率，至少四个所述台阶频率分别进行预处理循环过程；
所述预处理循环过程为先升高所述台阶频率，接着降低所述台阶频率，以此循环进行；
于进行预处理循环过程中，在每个所述台阶频率处至少稳定一预设时间。
2.根据权利要求1所述的测量半导体热阻的方法，其特征在于，于所述步骤S1中，所述记录仪预先记录所述嵌入式系统的环境温度之前，将所述嵌入式系统的集成电路板浮空设置。
3.根据权利要求1所述的测量半导体热阻的方法，其特征在于，于所述步骤S2中，所述预设工作频率至少设置为100MHZ；
或二分之一的所述CPU的最大运行频率；
或所述CPU的最大运行频率。
4.根据权利要求1所述的测量半导体热阻的方法，其特征在于，于所述步骤S3中，与所述嵌入式系统的集成芯片相关的电源电压包括1.8V的电源输出电压；和/或
CPU的电源电压；和/或
存储芯片输出缓冲供电电压。
5.根据权利要求1所述的测量半导体热阻的方法，其特征在于，所述步骤S2中，于测试所述嵌入式系统的CPU的温度差的过程中，使用红外或热耦或热传感器记录所述温度差。
6.根据权利要求1所述的测量半导体热阻的方法，其特征在于，所述预设时间至少设置为15分钟。
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