一种用于集成电路散热涂层温度测试装置及方法与流程

本发明属于集成电路散热领域，更具体的说涉及一种用于集成电路散热涂层温度测试装置及方法。

背景技术：

1、近年来，消费电子逐步向轻薄化、高性能和多功能方向发展。电子产品的性能越来越强大，而集成度和组装密度不断提高，导致其工作功耗和发热量的增大。据研究，电子元器件因热量集中引起的材料失效占总失效率的65％-80％，热管理技术是电子产品考虑的关键因素。此外，5g时代电子设备上集成的功能逐渐增加并且复杂化，以及设备本身的体积逐渐缩小，对电子设备的热管理技术提出了更高的要求。解决消费电子的散热问题成为5g时代电子设备的难点和重点之一。

2、传统的热界面材料存在导热系数低、接触性差、易老化、易分层等缺点。目前，常用降低接触表面热量的方法是在固体接触界面填充热界面材料，如石墨烯、导热硅脂、相变材料、导热硅胶片等，这些材料是通过添加导热颗粒提高导热性能的聚合物材料。其中石墨散热膜，是一种全新的导热散热材料，高导热：最高热导率5300w/m·k；高柔性；它具有独特的晶粒取向，主要是沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能，广泛应用于手机、电脑等智能终端产品。特别是在半导体行业，减小界面热阻最有效的方法是通过添加热界面材料如填充界面微间隙，这样可以在相邻两层之间提供低热阻通道，有效提高器件内部的换热效率，保持温度在可接受的范围内。然而，如何获得准确的测量电子器件界面之间涂层的散热量是一个急需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种集成电路界面温度测试方法，以热传导理论为基础，建立集成电路散热涂层材料散热模型和测量方法，得到界面涂层的散热温度和热流密度来表征散热能力。测量方法实施简单、方便，可以有效、准确、量化的集成电路中界面不同涂层、薄膜以及各种填充材料的导热能力，准确测量界面材料的散热温度和热流密度。

2、为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：所述的温度测试装置包括冷棒端、热棒端、数据采集器、电源、加热器、流量计、冷水回路、水泵、红外探测器；

3、所述的冷棒端上安装有红外探测器，冷棒端上安装有多个热电偶，分别连接数据采集器，冷棒顶端上还安装有用于测量冷棒顶端的温度的显微红外探测器；

4、所述的热棒上安装有多个热电偶，热电偶分别连接数据采集器，热棒端底端上安装有加热器，提供加热源负荷；

5、所述的加热器安装于热棒端底部，电源与加热器连接，为加热器提供供电；冷棒端内安装有冷水回路，冷水回路上安装有流量计和水泵。

6、再一方面，一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，所述的方法适用于所述的装置，所述的温度测试方法包括

7、测量冷棒上表面的温度为t1，计算冷棒的热传导率；

8、根据冷棒的热传导率和中间热电偶位置到冷棒下表面的距离，计算冷棒下表面的温度；

9、建立热棒散热模型，计算热棒上表面温度；

10、计算界面涂层散热温度和热流密度；散热温度和热流密度表征集成电路散热界面的散热能力。

11、进一步地，所述的计算冷棒的热传导率采用以下步骤实现的：使用显微红外探测器测量冷棒上表面的温度为t1，根据傅里叶传导定律，冷棒的热传导率如下：

12、

13、其中，t1是冷棒端上表面的温度，t2是冷棒中间热电偶所在界面的温度，d12是冷棒上表面到中间热电偶的距离，d2上是冷棒中间热电偶位置到冷棒下表面的距离；

14、

15、进一步地，所述的计算冷棒下表面的温度具体方法如下：t1为冷棒上热电偶所在界面单个热电偶测量温度，t2是冷棒中间热电偶温度的平均值，n为冷棒中热电偶的数量；根据公式(1-2)，冷棒下表面的温度t上就可以得到：

16、

17、进一步地，所述的建立热棒散热模型，计算热棒上表面温度具体方法如下：

18、根据热传导原理，热棒的散热模型建立如下：

19、

20、其中，t4是热棒端下表面的温度，t3是热棒中间热电偶所在界面的温度，d34是热棒下表面到中间热电偶的距离，d3下是热棒中间热电偶位置到热棒上表面的距离；

21、

22、t1'为热棒上热电偶所在界面每个热电偶测量温度，t3是热棒中间热电偶温度的平均值，n'为热棒中热电偶的数量；根据公式(4-5)，热棒上表面的温度t下得到：

23、

24、进一步地，所述的界面涂层散热温度和热流密度计算方法如下：根据公式(3)和(6)，采用冷棒下表面和热棒上表面的算数平均值作为界面中的涂层温度：

25、

26、根据傅里叶导热定律计算通过界面涂层的热流密度q为：

27、

28、式中，k涂为集成电路界面涂层材料的导热系数，界面涂层的温度梯度采用一阶泰勒展开式进行计算：

29、

30、公式(8)中，d上下为集成电路界面涂层材料的厚度；根据公式(8)和(9)，界面涂层热流密度q可以表示如下：

31、

32、因此，集成电路散热界面材料的热流密度可以表示如下：

33、

34、根据公式(7)和(11)得到集成电路散热界面材料的散热温度和热流密度。

35、又一方面，一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法。

36、另一方面，一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法。

37、本发明有益效果：

38、本发明提供一种集成电路界面温度测试方法，以热传导理论为基础，建立测量装置，建立集成电路散热涂层材料散热模型和测量方法，得到界面涂层的散热温度和热流密度来表征散热能力。本发明提供的方法可以有效地检测在集成电路中两种任何材质界面之间涂层或者材料的导热能力，测量过程采用热电偶多点测量可以有效的提高测量准确度，测量方法实施简单、方便，可以有效、准确、量化的集成电路中界面不同涂层、薄膜以及各种填充材料的导热能力，准确测量界面材料的散热温度和热流密度。

技术特征：

1.一种用于集成电路散热涂层温度测试装置，其特征在于：所述的温度测试装置包括冷棒端(1)、热棒端(2)、数据采集器(3)、电源(4)、加热器(5)、流量计(6)、冷水回路(7)、水泵(8)、红外探测器(9)；

2.一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，所述的方法适用于如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的温度测试方法包括

3.根据权利要求2所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，其特征在于：所述的计算冷棒的热传导率采用以下步骤实现的：使用显微红外探测器9测量冷棒上表面的温度为t1，根据傅里叶传导定律，冷棒的热传导率如下：

4.根据权利要求2所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，其特征在于：所述的计算冷棒下表面的温度具体方法如下：t1为冷棒上热电偶所在界面单个热电偶测量温度，t2是冷棒中间热电偶温度的平均值，n为冷棒中热电偶的数量；根据公式(1-2)，冷棒下表面的温度t上就可以得到：

5.根据权利要求2所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，其特征在于：所述的建立热棒散热模型，计算热棒上表面温度具体方法如下：

6.根据权利要求2所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法，其特征在于：所述的界面涂层散热温度和热流密度计算方法如下：根据公式(3)和(6)，采用冷棒下表面和热棒上表面的算数平均值作为界面中的涂层温度：

7.根据权利要求1所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试装置，其特征在于：所述的热棒端2上安装有5个热电偶，冷棒端1上安装有5个热电偶。

8.一种电子设备，其特征在于：包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时实现如权利要求2至6中任一项所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法。

9.一种计算机存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求2至6中任一项所述的一种用于集成电路散热涂层温度测试方法。

技术总结
本发明公开了一种用于集成电路散热涂层温度测试装置及方法，属于集成电路散热领域。所述的温度测试装置包括测量装置由一个冷棒端和一个热棒端组成，其中冷棒端上安装显微红外探测器，冷棒端上安装5个热电偶，分别连接数据采集器，冷棒顶端上也安装显微红外探测器，用于测量冷棒顶端的温度。本发明提供一种集成电路界面温度测试方法，以热传导理论为基础，建立集成电路散热涂层材料散热模型和测量方法，得到界面涂层的散热温度和热流密度来表征散热能力。

技术研发人员：赵霞,张曦雯,李颖,徐建,窦萌,桑素丽,彭静,张玉律,刘锴
受保护的技术使用者：北京市计量检测科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16