[發明專利]一種測量界面接觸熱阻的方法

無效

• 申請號: 201210143110.4
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102680512A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 馮士維;石磊;郭春生;劉靜;朱慧
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于電子器件的生產測量，以及研究、開發領域。

背景技術

電子系統中，電子元器件與電路板以及散熱裝置的接觸熱阻直接影響系統的使用壽命和長期可靠性。目前界面接觸熱阻的方法，主要是使用基于對包含體材料和界面材料的方法，測量、或計算出接觸熱阻。

發明內容

本方法通過制備不同厚度的材料塊，測量含有元件熱阻和接觸熱阻和體材料熱阻的總熱阻，通過作總熱阻與材料厚度的對應關系，得到延長至材料厚度為零的總熱阻，進而得到接觸熱阻。

電子元器件與下一層材料之間的接觸界面區域厚度薄，不容易直接測出，采用本方法測量時將被測界面的下一層材料制備出N個（N≥3）厚度依次增大的等面積材料塊，測量含有元件、接觸界面、不同厚度材料塊的總熱阻。相應的公式如下：

R_tot=R_device+R_C+R_B

RB=1σLS]]>

其中，R_tot是總熱阻；R_C是接觸熱阻；R_device是電子元器件管芯到被測界面的熱阻；R_B是材料塊的熱阻，σ是材料塊的熱導率，S是材料塊的面積，L是材料塊的厚度。

從上面的公式看，作總熱阻R_tot與材料塊的厚度L的測量結果圖。很顯然，R_tot隨L線性增加，該直線延長線與y軸相交，截距即L為零時的R_tot=R_C+R_device。

見圖1。

本發明的技術方案敘述如下：

一種測量界面接觸熱阻的方法，其特征在于，步驟如下：

（1）選擇被測電子元件和被測熱阻材料；

（2）將被測電子元件與被測熱阻材料按不同厚度制備成2個以上接觸界面；

（3）測量電子元件管芯到被測界面的熱阻R_device；

（4）用熱阻測試儀測量電子元件管芯與不同厚度材料底面之間的總熱阻R_tot；

（5）以R_tot為y軸，材料厚度為x軸作直線；

（6）將該直線延長至y軸交點處的得到熱阻，就是接觸熱阻Rc與元件管芯到被測界面的熱阻R_device之和；

（7）將(6)中得到的熱阻減去R_device即得到接觸熱阻Rc。

本技術可廣泛應用于任何封裝形式的電子元器件和功能模塊，測量方法簡單、準確，適用于電子器件的生產測量，以及研究、開發領域。

附圖說明

圖1測量原理示意圖。

圖2作圖求解接觸熱阻。

具體實施方式

實施例：

1、測試系統組成如圖2所示。被測樣品置于密封絕熱裝置內（減小外界環境對測量誤差，視測量精度要求和現場條件限制可不采用該裝置）。系統通過接線柱與外部的熱阻儀相連。以測量MOSFET與鋁之間的接觸熱阻為例，將MOSFET置于不同厚度的鋁塊上制備成樣品1、2、3，鋁塊的厚度分別為20mm，45mm，75mm，鋁塊頂面與MOSFET底部散熱面形狀大小相吻合，其面積為0.0002m²。（鋁塊側面采用保溫材料材料包裹）

2、本實施例中采用一MOSFET作為熱源以及測溫源，工作電壓V=10V，工作電流I=500ma，工作功率P=V*I=5W。MOSFET通過絕熱裝置內接線柱與外部的熱阻儀相連，通過計算機給熱阻儀發指令給MOSFET提供工作電流，然后測量其管芯溫度，進而得出熱阻。鋁塊底部置于恒溫平臺上，使鋁塊底部保持溫度T_bottom=20°C不變。

3、本實施例中，熱阻儀工作電流和測試脈沖之間切換期為6微秒，然后以1微秒的間隔施加60個測試脈沖通過擬合得到MOSFET管芯到管殼熱阻為R_MOSFET=0.490(K/w)。