CN203811564U - 一种高精度的热阻测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度的热阻测试装置，所述热阻测试装置包括机壳，所述机壳内设置有控制系统，在所述机壳上固定设置有垂直方向检测平台与水平方向检测平台，在所述机壳的一侧面还设置有操作面板；所述垂直方向检测平台与水平方向检测平台以及操作面板均与所述控制系统电连接。本实用新型提供的热阻测试装置，具有操作简单，测试精度高等优点；而且通过引入可测试水平方向的热阻和导热系数的水平方向检测平台，能更加有效地对PCB的导热性能作出更加系统全面、准确的评估分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及PCB(印制电路板)基板水平/垂直方向的热阻值和导热系数的测试装置，特别涉及一种适用于高亮度LED用PCB的导热性能评估的测试装置。
背景技术
近些年来，随着联合国节能减排的号召，我国在绿色能源方面的倡导，LED发展势头迅猛。作为LED电路承载的PCB承担着重要的热通道作用，导热性已经成为PCB可靠性的重要评估要素。特别是对有大功率要求的PCB，PCB导热性评估更是必不可少。PCB实际上是多种材料经过一系列制程后的复合体，它的热阻值和导热系数并不是某一个材料的热参量，而是一个等效值，不同材料组合和辅助处理对PCB的导热性影响是不同的。
目前，现有的热阻测试仪只能对PCB进行垂直方向的热阻和导热系数测试，而没有对其水平方向的热阻和导热系数进行测试的功能，只对垂直方向测得的数据无法进行更加系统、有效的分析，其评估方式缺乏准确性与说服力。如何引入水平方向的热阻和导热系数的测试，更加有效地对PCB的导热性能更加系统全面、准确地进行评估，是当前急需解决的问题。
实用新型内容
为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种高精度、高效率以及操作方便的热阻测试装置，该热阻测试装置通过增加水平方向的热阻和导热系数的功能，使得对PCB的导热性能的评估更加准确有效和评估方式也更加系统全面。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种高精度的热阻测试装置，包括机壳，机壳内设置有控制系统，所述机壳的一侧面设置有操作面板，机壳上设置有用于测试待测基板垂直方向的热阻和导热系数的垂直方向检测平台，所述垂直方向检测平台与操作面板均与所述控制系统电性连接，所述机壳上还设置有用于测试待测基板水平方向的热阻和导热系数的水平方向检测平台，该水平方向检测平台与所述控制系统电性连接，所述热阻测试装置还包括当测试时放置于垂直方向检测平台或水平方向检测平台上的，用于使待测基板处于密闭环境内进行测试的密封罩。
较佳地，所述水平方向检测平台包括一支撑架，所述支撑架包括底板、设置于底板上且与底板垂直的竖板、以及设置于所述竖板上的水平测试板，所述水平测试板上设置有用于与所述测试系统电性连接的导线以及用于固定待测基板的卡座，在与所述水平测试板同一侧的支撑架上设置有用于获取环境温度并将环境温度反馈至控制系统的温度传感器。
优选地，所述垂直方向检测平台包括水循环温控系统、用于放置待测的待测基板的金属块，所述水循环温控系统包括水箱，均与水箱连接的加热装置以及散热装置，所述水箱内顶部设置有测试水槽，水箱的侧壁设置有用于测试所述测试水槽内水温的温度传感器以及用于为测试水槽加水的加水口，所述金属块设置于所述水箱顶部，所述金属块部分伸进测试水槽内，且所述金属块置于测试水槽外的部分设置有温度传感器，该温度传感器将获取的温度反馈至所述控制系统；所述水箱内位于测试水槽的下方设置有备用水槽，测试水槽的侧壁设置有与备用水槽连通的水位限高孔，且在水箱外所述测试水槽通过设置有水泵的管路与备用水槽连接。
优选地，所述待测基板包括基板，设置于基板上的TEG芯片，所述TEG芯片连接有导线且所述TEG芯片内置有电阻计算电路。
本热实用新型提供的热阻测试装置，通过引入可测试水平方向的热阻和导热系数的水平方向检测平台，相对于现有热阻测试仪只进行垂直方向测试的导热性能的“点”的评估方式，可更加有效地对导热性能更加系统、准确地进行评估，使得对导热性能评估更加准确与可靠。
附图说明
附图1为本实用新型实施例中热阻测试装置的立体结构示意图；
附图2为本实用新型实施例中热阻测试装置的去掉玻璃罩并安装有待测基板的结构示意图；
附图3为本实用新型实施例中热阻测试装置的主视结构示意图；
附图4为本实用新型实施例中热阻测试装置的俯视结构示意图；
附图5为附图4中A-A的剖视图；
附图6为附图4中B-B的剖视图；
附图7为附图4中C-C的剖视图；
附图8为本实用新型实施例中热阻测试装置工作的逻辑关系图；
附图9、10为本实用新型实施例中对水平方向检测平台相关部件的尺寸要求的示意图；
附图11为本实用新型实施例中垂直方向检测平台的立体结构示意图；
附图12为本实用新型实施例中垂直方向检测平台的水箱的剖视结构示意图；
附图13为本实用新型实施例中待测基板的结构示意图；
其中：1-机壳，21-垂直方向检测平台，22-铝块，23-水箱，231-测试水槽，2311-水位限高孔，232备用水槽，24-加水口，25-风扇，26-散热片，27-进水管，28抽水管，31-水平方向检测平台，32-底板，33-竖板，34-水平测试板，35-卡座，4-操作面板，41-操作按钮，42-显示面板，5-待测基板，51-基板，52-TEG芯片，53-导线，6-控制系统，7-温度传感器，81-出水管连接口，82-加热棒连接口，83-排水口，9-玻璃罩。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如附图1-7所示，一种高精度的热阻测试装置，包括机壳1，机壳上设置有用于测试待测基板垂直方向的热阻和导热系数的垂直方向检测平台21，机壳内设置有控制系统6，所述机壳的一侧面设置有操作面板4(包括操作按钮41与显示面板42)，所述垂直方向检测平台与操作面板均与所述控制系统电性连接，所述机壳上还设置有用于测试待测基板水平方向的热阻和导热系数的水平方向检测平台31，该水平方向检测平台与所述控制系统电性连接，所述热阻测试装置还包括当测试时放置于垂直方向检测平台或水平方向检测平台上的，用于使待测基板处于密闭环境内进行测试的密封罩。本实用新型实施例中，所述密封罩为透明的玻璃罩9。
该热阻测试装置的测试工作，通过操作面板4上的操作按钮41触发来实现，垂直方向检测平台21与水平方向检测平台31的测试工作，均通过控制系统6来控制实现，测试过程中的动态则通过显示面板42来显示，其逻辑关系图如附图8所示。
以下对本热阻测试装置的水平方向检测平台作进一步的描述说明，如附图2与附图6所示，水平方向检测平台31包括一支撑架，该支撑架放置于机壳上设置的凹槽内。所述支撑架包括底板32、设置于底板上且与底板垂直的竖板33、以及设置于所述竖板上的水平测试板34，所述水平测试板上设置有用于与所述测试系统电性连接的导线(图中未标示)以及用于固定待测基板的卡座35，在与所述水平测试板同一侧的支撑架上设置有用于获取环境温度并将环境温度反馈至控制系统的温度传感器7。
其中，在对水平方向测试时要求将待测基板置于一密闭的环境内进行(可用玻璃罩盖合于水平方向检测平台上来实现)，并对测试要求的玻璃罩、支撑架、温度传感器的尺寸及相对位置也有明确要求，具体要求可参阅参阅附图9、10，其中附图9、10中的括号外标注的尺寸的单位为英寸，括号内的单位则为厘米。对于玻璃罩、支撑架、温度传感器的尺寸及相对位置的要求，为根据业内标准文件规定的，这里不再详述。
对于本热阻测试装置的垂直方向检测平台，其可以采用现有技术中的垂直方向检测平台，但是基于现有的垂直方向检测平台占用空间大的缺点，本实施例提供一种占用空间小，集成度高的垂直方向检测平台。本实施例提供的垂直方向检测平台包括水循环温控系统，用于放置待测的待测基板5的金属块(优选为铝块22)，所述水循环温控系统包括水箱23，均与水箱连接的加热装置以及散热装置；所述水箱内的顶部设置有测试水槽231，水箱的侧壁设置有用于测试所述测试水槽内水温的温度传感器7以及用于为测试水槽加水的加水口24，所述金属块设置于所述水箱顶部，所述金属块部分伸进测试水槽内，且所述金属块置于测试水槽外的部分设置有温度传感器7；所述水箱内位于测试水槽的下方设置有备用水槽232，测试水槽的侧壁设置有与备用水槽连通的水位限高孔2311，且在水箱外所述测试水槽通过设置有水泵的管路与备用水槽连接。垂直方向检测平台中的温度传感器在获取温度后均将其反馈至控制系统。
如附图11、12所示，图11为本实施例中垂直方向检测平台的立体结构示意简图，图12为水箱的剖视结构示意图。该垂直方向检测平台包括一水箱23，该水箱连接有加热装置(本实施例中为加热棒，图中未标示)，散热装置(本实施例中包括散热片26和风扇25)，水泵(图中未标示)等通过加热装置，散热装置以及水泵的作用可使水箱中的水温升高或减低或使水温稳定，构成一水循环温控系统。水箱内的顶部设置有测试水槽231，测试水槽的下方则为备用水槽232，测试水槽的侧壁设置有与备用水槽连通的水位限高孔2311，当测试水槽的水位高于水位限高孔时，水将流进备用水槽中。水箱的侧壁设置有用于测试所述测试水槽内水温的温度传感器7以及用于为测试水槽加水的加水口24。水箱的一侧壁设置有一与测试水槽连通的进水管27，且设置有与备用水槽连接的抽水管28，该进水管与抽水管之间连接有水泵(图中未标示)，可使测试水槽与备用水槽之间进行水及热交换。备用水槽一侧壁的的下端还设置有出水管连接口81排水口83以及用于与加热棒连接的加热棒连接口82。用于放置待测的待测基板(本实施例中，待测基板中的基板为PCB的铝块22设置于水箱23顶部，且所述铝块部分伸进测试水槽内，用于与测试水槽中的水进行热传递，且铝块置于测试水槽外的部分设置有用于检测环境温度的温度传感器7。
本实施例提供的垂直方向检测平台，是基于稳态法进行设计的，与现有技术相比，具有集成度高，占用空间小等优点。
在利用本热阻测试装置进行测试前，先准备好待测试的待测基板5，该待测基板包括基板51，设置于基板上的TEG芯片52(即测试元件组芯片)，TEG芯片上连接有导线53且TEG芯片内置有电阻计算电路。本实施例提供的待测基板的结构如附图13所示。
以下详细说明利用本热阻测试装置进行热阻和导热系数测试的步骤：
步骤一、选择进行水平或垂直方向的导热检测；
步骤二、将焊接有TEG芯片的待测基板放置于相应的检测平台上，并连接好导线，使其与控制系统电性连接；
步骤三、控制系统初始化，获取测试环境的初始温度T0和TEG芯片的初始电阻R0，并计算TEG芯片的目标电阻Rt＝R0+R0*(1+TCR*M)，其中，TCR为电阻温度系数,M为TEG芯片的目标变化温度，本实施例中，所述M＝50℃；
步骤四、控制系统向TEG芯片提供功率P，获取TEG芯片的实时电阻RX，并计算TEG芯片的实时温差ΔT＝(RX-2R0)/(R0*TCR)；
步骤五、以TEG芯片的目标电阻Rt为参考值，对功率P进行调整，使TEG芯片的实时电阻RX等于目标电阻Rt；
步骤六、当TEG芯片的实时电阻RX稳定地等于目标电阻Rt后，获取此时的测试环境温度T1，控制系统提供的功率PX，并计算TEG芯片温度TX＝T1+ΔT；
步骤七、计算热阻和导热系数，热阻R＝(TX-T0)/PX；若为水平方向的导热检测，择期导热系数He＝1/(R*S1)，若为垂直方向的导热检测，则其导热系数Ke＝t/(R*S2)；其中，S1为待测基板面积，S2为TEG芯片面积，t为待测基板厚度；
步骤八，将焊有TEG芯片的待测基板的温度冷却至室温后，对其进行另一个方向的导热检测，重复步骤二至步骤七；当进行水平方向的导热检测时，需要将玻璃罩罩合于水平方向检测平台上，使待测基板处于密闭的环境内进行测试。当然，在进行垂直方向的导热检测时，也可选择使待测基板处于密闭环境内进行。
其中，测试环境的初始温度T0，测试环境温度T1均通过温度传感器获取，由于TEG芯片内置有电阻计算电路，因此控制系统可直接获TEG芯片的初始电阻R0、TEG芯片的实时电阻RX，而电阻温度系数TCR、待测基板面积S1、TEG芯片面积S2、待测基板厚度t均为可预知或预先测试所得的常数值。
由TEG芯片的实时温差ΔT的计算公式ΔT＝(RX-2R0)/(R0*TCR)，结合TEG芯片的目标电阻Rt的计算公式Rt＝R0+R0*(1+TCR*M)，可知当RX＝Rt时，TEG芯片的实时温差ΔT等于TEG芯片的目标变化温度M。因此，在测试过程中，在所述的步骤四中，控制系统向TEG芯片提供功率P时，功率P逐步增大，当TEG芯片的实时温差ΔT＝M＝50℃时，则功率P不再增加，此时RX会接近等于Rt，在步骤五中只需对功率P进行微调，即可使RX＝Rt。
利用本实用新型提供的热阻测试装置，具有操作简单，测试精度高等优点；而且通过引入水平方向的热阻和导热系数的测试，能更加有效地对PCB的导热性能作出更加系统全面、准确的评估分析。本实用新型特别适用于高亮度LED用PCB的导热性能评估，当然也可用于其他类型的PCB进行导热性能评估。
上述实施例中提到的内容为本实用新型较佳的实施方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种高精度的热阻测试装置，包括机壳，机壳内设置有控制系统，所述机壳的一侧面设置有操作面板，机壳上设置有用于测试待测基板垂直方向的热阻和导热系数的垂直方向检测平台，所述垂直方向检测平台与操作面板均与所述控制系统电性连接，其特征在于：所述机壳上还设置有用于测试待测基板水平方向的热阻和导热系数的水平方向检测平台，该水平方向检测平台与所述控制系统电性连接，所述热阻测试装置还包括当测试时放置于垂直方向检测平台或水平方向检测平台上的、用于使待测基板处于密闭环境内进行测试的密封罩。
2. 根据权利要求1所述的热阻测试装置，其特征在于：所述水平方向检测平台包括一支撑架，所述支撑架包括底板、设置于底板上且与底板垂直的竖板、以及设置于所述竖板上的水平测试板，所述水平测试板上设置有用于与所述测试系统电性连接的导线以及用于固定待测基板的卡座，在与所述水平测试板同一侧的支撑架上设置有用于获取环境温度并将环境温度反馈至控制系统的温度传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的热阻测试装置，其特征在于：所述垂直方向检测平台包括水循环温控系统、用于放置待测的待测基板的金属块，所述水循环温控系统包括水箱，均与水箱连接的加热装置以及散热装置，所述水箱内顶部设置有测试水槽，水箱的侧壁设置有用于测试所述测试水槽内水温的温度传感器以及用于为测试水槽加水的加水口，所述金属块设置于所述水箱顶部，所述金属块部分伸进测试水槽内，且所述金属块置于测试水槽外的部分设置有温度传感器。
4. 根据权利要求3所述的热阻测试装置，其特征在于：所述水箱内位于测试水槽的下方设置有备用水槽，测试水槽的侧壁设置有与备用水槽连通的水位限高孔，且在水箱外所述测试水槽通过设置有水泵的管路与备用水槽连接。
5. 根据权利要求3所述的热阻测试装置，其特征在于：所述待测基板包括基板，设置于基板上的TEG芯片，所述TEG芯片连接有导线且所述TEG芯片内置有电阻计算电路。
6. 根据权利要求3所述的热阻测试装置，其特征在于：所述金属块为铝块。
7. 根据权利要求1所述的热阻测试装置，其特征在于：所述密封罩为玻璃罩。
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| CN201420202112.0U CN203811564U (zh) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | 一种高精度的热阻测试装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103913483A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-07-09 | 广东正业科技股份有限公司 | 一种高精度的热阻测试装置及其测试方法 |
| CN105466965A (zh) * | 2014-09-10 | 2016-04-06 | 神讯电脑(昆山)有限公司 | 散热模块的散热效果测试装置 |
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Legal Events
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Granted publication date: 20140903 Effective date of abandoning: 20160525 |
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