专利名称：一种测量界面接触热阻的方法
技术领域：
本发明属于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。
背景技术：
电子系统中，电子元器件与电路板以及散热装置的接触热阻直接影响系统的使用寿命和长期可靠性。目前界面接触热阻的方法，主要是使用基于对包含体材料和界面材料的方法，測量、或计算出接触热阻。
发明内容
本方法通过制备不同厚度的材料块，測量含有元件热阻和接触热阻和体材料热阻 的总热阻，通过作总热阻与材料厚度的对应关系，得到延长至材料厚度为零的总热阻，进而得到接触热阻。电子元器件与下ー层材料之间的接触界面区域厚度薄，不容易直接测出，采用本方法测量时将被测界面的下ー层材料制备出N个(N ^ 3)厚度依次増大的等面积材料块，測量含有元件、接触界面、不同厚度材料块的总热阻。相应的公式如下Rtot=Rdevice+Rc+RBRb =--
σ Λ其中，Rtot是总热阻；R。是接触热阻；Rdevic;e是电子元器件管芯到被测界面的热阻；Rb是材料块的热阻，σ是材料块的热导率，S是材料块的面积，L是材料块的厚度。从上面的公式看，作总热阻Rtrt与材料块的厚度L的测量结果图。很显然，Rt(rt_L线性增加，该直线延长线与I轴相交，截距即L为零时的Rt(rt=Re+Rdevic;e。见图I。本发明的技术方案叙述如下一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下(I)选择被测电子元件和被测热阻材料；(2)将被测电子元件与被测热阻材料按不同厚度制备成2个以上接触界面；(3)测量电子元件管芯到被测界面的热阻Rdevice ；(4)用热阻测试仪测量电子元件管芯与不同厚度材料底面之间的总热阻Rttrt ；(5)以Rtot为y轴，材料厚度为x轴作直线；(6)将该直线延长至I轴交点处的得到热阻，就是接触热阻Re与元件管芯到被测界面的热阻Rdevira之和；(7)将(6)中得到的热阻减去Rdeviee即得到接触热阻Re。本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，測量方法简单、准确，适用于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。
图I测量原理示意图。图2作图求解接触热阻。
具体实施例方式实施例I、测试系统组成如图2所示。被测样品置于密封绝热装置内(减小外界环境对测量误差，视测量精度要求和现场条件限制可不采用该装置)。系统通过接线柱与外部的热阻仪相连。以测量MOSFET与铝之间的接触热阻为例，将MOSFET置于不同厚度的铝块上制备成样品1、2、3，铝块的厚度分别为20mm，45mm，75mm，铝块顶面与MOSFET底部散热面形状大、小相吻合，其面积为O. 0002m2。(铝块侧面采用保温材料材料包裏)2、本实施例中采用ー MOSFET作为热源以及测温源，工作电压V=IOV,工作电流I=500ma，工作功率P=V*I=5W。MOSFET通过绝热装置内接线柱与外部的热阻仪相连，通过计算机给热阻仪发指令给MOSFET提供工作电流，然后测量其管芯温度，进而得出热阻。铝块底部置于恒温平台上，使铝块底部保持温度Tb()tt(M=20° C不变。3、本实施例中，热阻仪工作电流和测试脉冲之间切换期为6微秒，然后以I微秒的间隔施加60个测试脉冲通过拟合得到MOSFET管芯到管壳热阻为Rhbfet=O. 490 (K/w)。4、对样品I測量吋，測量时计算机发指令给热阻仪，多次重复加功率而后加测试脉冲的过程，当加功率时间延长到一定程度观察到温度曲线恒定后，得到稳态下样品I管芯到铝块底部的总热阻Rt()tl。5、重复4的过程，对样品2进行测量。测得稳态下样品2管芯到铝块底部的总热阻U。6、继续不断重复4的过程，直至测得样品η稳态下管芯到铝块底部的总热阻Rt()tn。本实施例取n=3。
样品I样品2样品3
管芯到铝块底部 Rtotl=2.685 Rtot2=3.646 Rtot3=4.796 的总热阻Rtot
(K/w)____表I.样品1、2、3的稳态管芯温度以及管芯到铝块底部的总热阻7、根据表I数据作图，将样品1、2、3的总热阻Rtotl、Rt(rt2、Rt(rt3描点作图，得到一条直线，如图2所示。该直线在纵轴上的截距即为Rm_t+Rc=1. 916 (K/w)，将截距值减去Rmqsfet即得接触热阻R。为I. 426 (K/w)，即单位面积接触热阻值为2. 852*10_4 (m2*K/w)。
权利要求
1.一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下 (1)选择被测电子元件和被测热阻材料； (2)将被测电子元件与被测热阻材料按不同厚度制备成2个以上接触界面； (3)测量电子元件管芯到被测界面的热阻Rdevice； (4)用热阻测试仪测量电子元件管芯与不同厚度材料底面之间的总热阻Rtot； (5)以Rttrt为y轴，材料厚度为X轴作直线； (6)将该直线延长至I轴交点处的得到热阻，就是接触热阻Re与元件管芯到被测界面的热阻Rdevice之和； (7)将(6)中得到的热阻减去Rdevira即得到接触热阻Re。
全文摘要
一种测量界面接触热阻的方法，属于电子器件的生产测量，以及研究、开发领域。一种测量界面接触热阻的方法，其特征在于，步骤如下将被测电子元件与被测热阻材料按不同厚度制备成2个以上接触界面；测量电子元件管芯到被测界面的热阻Rdevice；用热阻测试仪测量电子元件管芯与不同厚度材料底面之间的总热阻Rtot；以Rtot为y轴，材料厚度为x轴作直线；将该直线延长至y轴交点处的得到热阻，就是接触热阻Rc与元件管芯到被测界面的热阻Rdevice之和；将得到的热阻减去Rdevice即得到接触热阻Rc。本技术可广泛应用于任何封装形式的电子元器件和功能模块，测量方法简单、准确。
文档编号G01N25/20GK102680512SQ201210143110
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者冯士维, 刘静, 朱慧, 石磊, 郭春生 申请人:北京工业大学