高密度封装电子组件发射率检测方法
【专利摘要】本发明公开了高密度封装电子组件发射率检测方法，包括：对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值；获取各个被测元器件的反射表观温度；将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿；分别调整各个被测元器件的发射率，探测所述各个被测元器件的温度；将各个被测元器件的温度等于所述预设值时发射率的调整值作为各个被测元器件发射率的检测值。本发明采用红外热像探测方式和反射温度补偿控制技术，对电子组件内部各个被测元器件的表观温度和实际温度进行有效探测，通过被测元器件反射温度补偿，实现所有被测元器件发射率的检测和修正，解决高密度组装和复杂封装结构的电子组件发射率检测难题。
【专利说明】高密度封装电子组件发射率检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子组件发射率检测【技术领域】，尤其涉及一种高密度封装电子组件发射率检测方法。
【背景技术】
[0002]高密度封装电子组件发射率是指组件内部元器件表面的红外发射率(发射率e =O?1.0)，修正电子组件发射率的目的是为了配合红外热像法准确探测高密度封装电子组件内部元器件工作温度，进而支撑其热性能评价和可靠性评价。因此采用红外热像法探测电子组件红外辐射能计算温度时，必须获得其真实发射率e。如何准确测量高密度封装电子组件内部高密度集成元器件的发射率，满足高分辨率的温度测量要求，是准确探测高密度封装电子组件工作温度的关键所在。
[0003]目前给出的发射率测量方法和修正测量影响因素的方法，主要是针对单一均匀的固体、液体和气体的发射率测量，并且需要配套使用黑体作为标准信号源对比，或者使用热电偶直接测量被测物体获取实际温度，这些方法都不适用于由各种材料和元器件组成的电子组件发射率检测。在GJB标准中，所给出的发射率确定方法，是采用喷涂近似黑体的涂料(约e = 0.98)，以保证电子器件表面发射率统一，对电子组件而言，采用喷涂方法，除污染样品外还会导致后续失效定位的困难；而JEDEC标准中，所给出的热传导控温检测发射率方法，对不规则封装形式的电子组件无法实现。因此，对由多种材料和各种元器件高密度组装而成的高密度封装电子组件，由于其封装结构复杂、测量温度精度要求高，如何有效便捷地检测其发射率、实现温度准确测量，成为一个难题。目前的常见做法不适用于由各种材料和各种元器件高密度组装及高密度封装的电子组件。
【发明内容】
[0004]基于此，本发明提供了一种高密度封装电子组件发射率检测方法。
[0005]一种高密度封装电子组件发射率检测方法，包括以下步骤:
[0006]将腔体封帽打开的电子组件置于控温箱体内，其中，所述电子组件中的被测元器件通过所述打开的腔体封帽暴露；保持所述电子组件为非工作状态；对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值；
[0007]根据所述电子组件中各个被测元器件的材料特性，选择相应的电子材料反射测试板，并置于所述电子组件的表面；利用红外探头对准所述控温箱体上的红外窗口，对所述电子材料反射测试板进行聚焦；对所述电子材料反射测试板进行温度探测，获取各个被测元器件的反射表观温度；
[0008]将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿；
[0009]设置所述环境反射温度补偿之后，移开所述电子材料反射测试板；分别调整各个被测元器件的发射率，探测所述各个被测元器件的温度；[0010]当探测到的各个被测元器件的温度等于所述预设值时，停止所述调整，并将当前各个被测元器件发射率的调整值作为各个被测元器件发射率的检测值。
[0011]与一般技术相比，本发明电子组件发射率检测方法给出了一种用于基于空气热对流控温技术和多点环境反射温度补偿的电子组件发射率检测方法，通过采用高精度空气热对流控温技术，对高密度组装和复杂封装结构电子组件在非工作状态下进行整体温度控制，实现被测电子组件温度以非接触方式可控可知。在此基础上，采用红外热像探测方式和反射温度补偿控制技术，对电子组件内部各个被测元器件的表观温度和实际温度进行有效探测，通过被测元器件反射温度补偿，实现所有被测元器件发射率的检测和修正，解决高密度组装和复杂封装结构的电子组件发射率检测难题。本发明方法适用产品范围广、可解决各种产品的发射率测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明高密度封装电子组件发射率检测方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0013]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0014]请参阅图1，为本发明高密度封装电子组件发射率检测方法的流程示意图。
[0015]本发明高密度封装电子组件发射率检测方法，包括以下步骤:
[0016]SlOl将腔体封帽打开的电子组件置于控温箱体内，其中，所述电子组件中的被测元器件通过所述打开的腔体封帽暴露；保持所述电子组件为非工作状态；对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值；
[0017]S102根据所述电子组件中各个被测元器件的材料特性，选择相应的电子材料反射测试板，并置于所述电子组件的表面；利用红外探头对准所述控温箱体上的红外窗口，对所述电子材料反射测试板进行聚焦；对所述电子材料反射测试板进行温度探测，获取各个被测元器件的反射表观温度；
[0018]S103将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿；
[0019]S104设置所述环境反射温度补偿之后，移开所述电子材料反射测试板；分别调整各个被测元器件的发射率，探测所述各个被测元器件的温度；
[0020]S105当探测到的各个被测元器件的温度等于所述预设值时，停止所述调整，并将当前各个被测元器件发射率的调整值作为各个被测元器件发射率的检测值。
[0021]根据Stefan-Boltzmann定律,考虑非黑体时的定律模型为R = e σ T4,若已知非黑体红的外辐射能R和温度Τ，则可根据该式计算出非黑体的红外发射率e。本发明采用红外热像检测方法，对已知温度的电子组件进行红外能量R。和温度T。探测，根据式(I)计算电子组件各发射率e。作为热像仪发射率输入参数，当热像仪探测温度Tk等于电子组件实际温度T。时(TK = T。)，则相应计算的发射率值e。为电子组件的等效发射率。
[0022]由于热像仪探测接收到的有效辐射能R为式(2)的三个部分:电子组件自身辐射能Rtjw、电子组件对环境反射的辐射能RMf、大气辐射能Ratm。由于探测距离很短，可忽略大气红外辐射Ratm影响得到式(3);用式(I)计算发射率e。时，为消除式(2)中环境辐射Rref对红外测温的影响，本发明采用反射温度补偿技术，消除周围环境温度对电子组件发射率测量的额外影响，以补偿后的式(4)辐射能Rtjw代入式(1)，计算获得出更准确的电子组件各元器件发射率。
[0023]被测电子组件红外辐射能:RQbj = e。σ Tobj4 ( I)
[0024]热像仪探测的红外辐射能:
[0025]R — Robj (Tobj) +Rref (Tref) +Ratm (Tatm) (2 )
[0026]短距离测量时，忽略大气辐射影响:
[0027]R = Robj (Tobj)+Rref (Tref) (3)
[0028]环境反射温度补偿后:
[0029]Robj = R-Rref (4)
[0030]式中:
[0031]Robj, Rref, Ratffl—电子组件红外辐射能、电子组件对环境反射的辐射能、大气辐射能，R为热像仪探测的红外总辐射能；
[0032]Tobj——电子组件表面温度，K ；
[0033]Tref—电子组件环境反射温度，K ；
[0034]Tatm—大气温度，K。
[0035]基于空气热对流控温和多点反射温度补偿控制的电子组件发射率检测技术。其中，采用了箱体智能控温技术对被测物进行热对流控温，使被测物体在自然对流环境下处于高于环境温度20°C以上的恒定温度，以满足红外热像探测的要求；采用大视野红外探测窗口设计技术，实现对电子组件多个被测元器件同时进行红外探测；采用多点环境反射温度分析技术和6种典型电子材料的反射温度测试板，实现对多个被测元器件反射温度的补偿；控温箱体内侧壁采用40°?50°可调设计，以保证内壁红外辐射R2直接透过探测窗口向外辐射，不进入红外探头R1干扰检测。
[0036]作为其中一个实施例，所述选择相应的电子材料反射测试板的步骤，包括以下步骤:
[0037]根据所述高密度封装电子组件中各个被测元器件的材料特性，分别选择6种电子材料反射测试板，并置于所述电子组件的表面；其中，6种电子材料反射测试板包括Si大园片、PCB覆铜板、Al2O3导带基片、表面氧化的Cu板、表面光滑的Al板、皱锡箔/皱铝箔。
[0038]6种典型电子材料的反射温度测试板，包括:Si园片测试板、覆铜PCB测试板、Al2O3导带基片测试板、表面氧化Cu测试板、表面光滑Al测试板、皱锡箔/皱铝箔测试板等。
[0039]优选的，检测发射率系统与控温装置，可以包括:①控温箱体智能控温系统；③大尺寸红外玻璃探测窗口 ；@红外热像探头；⑤被测电子组件。
[0040]作为其中一个实施例，所述控温箱体具有如下结构特征:外壁为电气镀锌钢板，内壁为镜面不锈钢板，内外壁之间填充聚玻璃棉构成隔热层的箱壁。所述控温箱体具有如下结构特征:内部上侧为试验品放置空间，内部下侧为空气调节通道。
[0041]为实现高密度封装电子组件温度均匀可控，本发明专利采用了智能控温技术和箱体控温装置对被测物进行热对流控温，使被测物体在箱体内的自然对流环境下处于均匀恒定温度状态。本发明公开的智能箱体控温装置，其组成特征包括:控温箱体及提供(200X220X80mm被测样品放置空间和样品台；输入输出风口智能控温加热系统；空气对流热循环系统；电子组件供电控制系统。其结构特征包括:外壁为电气镀锌钢板、内壁为镜面不锈钢板、内外壁之间填充聚玻璃棉构成隔热层的箱壁；内部上侧为试验品放置空间、内部下侧为空气调节通道(空气调节通道由离心风机和通道及封装板组成，加热器调节通道内部)的内部空间；
[0042]作为其中一个实施例，所述控温箱体具有如下结构特征:所述控温箱体的箱门具有红外玻璃探测窗口，用于电子组件发射率检测。所述红外玻璃探测窗口的直径为10_。
[0043]箱门设计了直径为IOmm的大尺寸红外玻璃探测窗口，用于电子组件发射率检测。
[0044]作为其中一个实施例，所述控温箱体的内壁设计成40°~50°可调。
[0045]为避免被测物将箱体内壁红外辐射R1反射到探头R2，干扰发射率检测的准确性，控温箱内壁设计成40°~50°可调，使得箱体自身的红外辐射通过红外玻璃窗口直接透射出去，避开样品的反射干扰红外探头检测。
[0046]在步骤SlOl中，电子组件(非工作)升温控制:将电子组件腔体封帽打开，暴露被测温度元器件，置于温控制装置箱的样品台，关上箱盖，保持组件非工作状态；调整控温系统选择温度条件，选择50°C~125°C的某一温度Ta ;通过智能温控系统调控温度，直到电子组件温度等于Ta并稳定。
[0047]作为其中一个实施例，在所述对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值的步骤中，所述预设值为50°C~125°C的一个温度值。
[0048]上述做法更贴近实 际使用情况，易于推广。
[0049]在步骤S102中，电子组件反射表观温度测量:根据电子组件内部η个被测元器件材料特性，分别选择本发明给出的6种典型电子材料反射测试板，置于被测组件表面，红外探头对准控温装置红外窗口，对测试板进行聚焦；将探测系统发射率参数设置为e = 1.00，同时调整热像仪大气温度、湿度、红外窗口透射率等参数后，分别对测试板进行温度探测，即对应获得η个兀器件的反射表观温度TF1, Tf2,…，TFi,…，TFn。
[0050]作为其中一个实施例，所述对所述电子材料反射测试板进行温度探测的步骤，包括以下步骤:
[0051]将探测系统发射率参数设置为1，调整热像仪的大气温度、湿度和红外窗口透射率，分别对测试板进行温度探测，对应获取各个被测元器件的反射表观温度。
[0052]上述做法可以准确地获取到各个被测元器件的反射表观温度，且易于实现，成本较低。
[0053]在步骤S103中，电子组件环境反射温度补偿:将实测的η个元器件的反射表观温度TF1，TF2,…，TFi，…，TFn，分别输入热像仪作为反射温度设置参数，作为对电子组件η个元器件的环境反射温度补偿。
[0054]作为其中一个实施例，所述将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿的步骤，包括以下步骤:
[0055]将获取的各个被测元器件的反射表观温度，分别输入热像仪作为反射温度设置参数，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿。
[0056]上述做法易于实现，成本较低。
[0057]在步骤S104中，电子组件实际温度探测:设置环境反射温度后，移开反射测试板，探测电子组件η个元器件的温度Tj1, Tj2,…，Tji,…，Tjn,分别对η个被测元器件的发射率e1； e2,…，e,,…，en进行调整，直到η个元器件的探测温度T11, TJ2, -,Tji,…，Tln等于控温箱内头际温度Ta。
[0058]在步骤S105中，电子组件发射率确定:根据T11, Tj2,…，Tji,…，Tjn = Ta时的发射率& (i = 1，...，!!)调整参数，确定为电子组件η个元器件发射率的检测值。
[0059]本发明采用热对流控温技术和多点反射温度补偿控制技术，实现对电子组件发射率的检测，适用于各种高密度复杂封装结构的电子组件，本发明方法适用产品范围广、可解决各种产品的发射率测量。本发明方法的检测控温装置，内侧壁采用40°~50°可调设计结构，最大限度地减少被测样品对箱体红外反射带来的干扰，同时控温装置的空间达到:W230XD250XH113，样品控温范围达到50~125°C，控温精度达到土1°C，温度波动度达到±0.1°C，可以更准确在测量发射率的同时更准确控制电子组件温度；同时本发明方法的多点反射温度补偿控制技术，设计开发了 6种典型电子材料的反射温度测试板，包括Si大园片、PCB覆铜板、Al2O3导带基片、表面氧化的Cu板、表面光滑的Al板、皱锡箔/邹铝箔等，覆盖了电子组件主要元器件的典型材料，很好地反映了这些材料的反射特性，能够有效消除电子组件对环境反射带来的影响并对反射温度进行补偿。
[0060]与一般技术相比，本发明高密度封装电子组件发射率检测方法给出了一种用于基于空气热对流控温技术和逐点环境反射温度补偿的电子组件发射率检测方法，通过采用高精度空气热对流控温技术，对高密度组装和复杂封装结构电子组件在非工作状态下进行整体温度控制，实现被测电子组件温度以非接触方式可控可知。在此基础上，采用红外热像探测方式和反射温度补偿控制技术，对电子组件内部各个被测元器件的表观温度和实际温度进行有效探测，通过被测元器件反射温度补偿，实现所有被测元器件发射率的检测和修正，解决高密度组装和复杂封装结构的电子组件发射率检测难题。本发明方法适用产品范围广、可解决各种产品的发射率测量。
[0061]下面给出一个微波组件的发射率测试和工作温度测试的优选实施例，进一步说明本发明技术的操作过程和所带来的有益效果。
[0062]某微波组件是高可靠通信系统配套的电子组件，现需要对微波组件内部6个关键元器件正常工作状态的温度进行探测。首先需要检测这6个关键元器件的表面发射率，然后进行温度探测。
[0063]本实施例的具体实施操作的步骤如下:
[0064]步骤一，微波组件(非工作)环境温度控制。
[0065]将开帽后的微波组件放置在型号为IREMISS1-1的控温装置中，A面单元朝上面向红外探头，处于非工作状态，由“控温面板”设置温度TA=50°C，控温装置箱内开始智能升温，直到箱内温度稳定后，此时微波组件温度?\与箱内温度Ta平衡。
[0066]步骤二，微波组件反射表观温度测量。
[0067]待微波组件温度稳定后(?>Τα)，由热像仪设定输入参数发射率e = 1.00，分别由控温装置“反射测试板选择”调控选择3种测试板=Al2O3导带基片(与金属盖/陶封放大器材料接近)、表面氧化的Cu板(与振荡器外壳材料接近)、皱铝箔(与塑封运放1、塑封频率合成器、片式电阻器4和片式电阻器5材料接近)，红外探头分别对测试板聚焦后，进行反射表观温度测量，检测微波组件6个主要元器件的表观温度TF1，TF2,…，Tf60[0068]步骤三，电子组件实际温度测量。
[0069]完成测试板反射温度测量后，控制“反射测试板选择”收回反射板，探头重新对微波组件进行聚焦，分别设定热像仪反射温度参数TF1，TF2,…，TF6，并分别调整热像仪发射率对应值e” e2,…，e6，对电子组件进行温度测量，不断调整各发射率ei输入值，直到热像仪测量温度等于电子组件实际温度(Tp TJ2, -,TJ6=TA)0
[0070]步骤四，确定电子组件发射率。
[0071]由步骤三，测量电子组件非工作温度，当Tp TJ2, -,Tj6=Ta时，对应的热像仪发射率调整输入值即为6个主要元器件的发射率ei，e2,…，e6，见表1。
[0072]表1微波组件6个主要元器件的发射率e测量值
【权利要求】
1.一种高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 将腔体封帽打开的电子组件置于控温箱体内，其中，所述电子组件中的被测元器件通过所述打开的腔体封帽暴露；保持所述电子组件为非工作状态；对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值； 根据所述电子组件中各个被测元器件的材料特性，选择相应的电子材料反射测试板，并置于所述电子组件的表面；利用红外探头对准所述控温箱体上的红外窗口，对所述电子材料反射测试板进行聚焦；对所述电子材料反射测试板进行温度探测，获取各个被测元器件的反射表观温度； 将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿； 设置所述环境反射温度补偿之后，移开所述电子材料反射测试板；分别调整各个被测元器件的发射率，探测所述各个被测元器件的温度； 当探测到的各个被测元器件的温度等于所述预设值时，停止所述调整，并将当前各个被测元器件发射率的调整值作为各个被测元器件发射率的检测值。
2.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，在所述对控温箱体进行温度控制，使所述电子组件温度稳定于预设值的步骤中，所述预设值为50°C~125°C的一个温度值。
3.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述选择相应的电子材料反射测试板的步骤，包括以下步骤: 根据所述电子组件中各个被测元器件的材料特性，分别选择6种电子材料反射测试板，并置于所述电子组件的`表面；其中，6种电子材料反射测试板包括Si大园片、PCB覆铜板、Al2O3导带基片、表面氧化的Cu板、表面光滑的Al板、皱锡箔/皱铝箔。
4.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述对所述电子材料反射测试板进行温度探测的步骤，包括以下步骤: 将探测系统发射率参数设置为1，调整热像仪的大气温度、湿度和红外窗口透射率，分别对测试板进行温度探测，对应获取各个被测元器件的反射表观温度。
5.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述将获取的各个被测元器件的反射表观温度，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿的步骤，包括以下步骤: 将获取的各个被测元器件的反射表观温度，分别输入热像仪作为反射温度设置参数，作为对各个被测元器件的环境反射温度补偿。
6.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述控温箱体具有如下结构特征:外壁为电气镀锌钢板，内壁为镜面不锈钢板，内外壁之间填充聚玻璃棉构成隔热层的箱壁。
7.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述控温箱体具有如下结构特征:内部上侧为试验品放置空间，内部下侧为空气调节通道。
8.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述控温箱体具有如下结构特征:所述控温箱体的箱门具有红外玻璃探测窗口，用于电子组件发射率检测。
9.根据权利要求8所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述红外玻璃探测窗口的直径为10mm。
10.根据权利要求1所述的高密度封装电子组件发射率检测方法，其特征在于，所述控温箱体的内壁设计成40°~50°可调。
【文档编号】G01J5/00GK103674265SQ201310703899
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】何小琦, 冯敬东, 宋芳芳, 来萍, 恩云飞 申请人:工业和信息化部电子第五研究所