本发明应用于均温板测试的,特别涉及一种均温板热传导性能精密测量系统及方法。
背景技术：
1、均温板是用于智能产品如手机上的处理芯片、电源、金属机壳等发热元器件的散热传导，均温板本身具备快速散热的特点，目前根据智能产品的结构对应均温板的尺寸大约长75~80mm，宽25~30mm左右，厚度为0.3mm，通常使用铜作为材料，内部为真空毛细结构。为了确保均温板的性能能够满足智能产品的散热需求，故而需要对均温板进行热传导性能的测量。行业内常见的测量方法主要围绕热阻测试、温度场分析和动态热响应展开，主要包括有：1、热阻测试法；2、红外热成像法；3、激光散斑动态热分析；4、热电偶阵列接触式测温。其中，热阻测试法通过测量均温板两端的温差δt与输入功率p的比值评估热阻，在均温板热源面粘贴加热片，冷端连接散热器或水冷板，并使用单点热电偶或热敏电阻测量热源面和冷端温度，其局限性在于无法反应均温板的“均温”特性，仅能评估整体热阻，除此以外还存在接触热阻误差和无法适用于动态热扩散的问题。热红外成像法通过红外热像仪非接触式扫描均温板表面温度场，生成热分布图；其典型方案是在均温板表面喷涂高发射率涂层如石墨烯涂料，在施加恒定热源后，用红外相机记录温度分布，其局限性在于涂层可能会改变均温板表面换热特性，导致测量失真，除此以外还受红外相机的进度限制，动态响应速度不够快。激光散斑动态热分析是利用激光散斑干涉技术检测均温板受热后的微小形变，反推热传导性能；具体为对均温板施加瞬态热脉冲如激光加热，通过散斑位移计算热膨胀速率，间接评估导热效率，其局限性在于存在测量误差，设备成本高昂，对场景要求高难以满足产线快速测试需求。热电偶阵列接触式测温这是在均温板表面布置多个热电偶如k型或t型，同步测量多点温度，但需要使用胶黏剂或机械夹具固定热电偶探头，再通过多通道数据采集系统记录温度变化，其局限性在于胶黏剂或夹具会引入额外热阻，降低测量精度，且探头尺寸导致检测分辨率低，响应速度也存在延迟。同时测量时夹具的设置容易导致均温板形变，产生损伤。
2、如果能够提供一种误差小、空间分辨率高且非破坏性测试的均温板热传导性能精密测量系统及方法，则能够很好的解决上述测量方法的技术问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种利用均温板本身实现消除接触热阻带来的误差，同时空间分辨率高且非破坏性测试的均温板热传导性能精密测量系统及方法。
2、本发明所采用的技术方案是：本发明包括测温模组，所述测温模组包括加热模块以及若干测量模块，所述测量模块包括相连接的热电偶探头和力调节机构，所述加热模块设置在治具中，所述热电偶探头包括t型热电偶、正极测温压头和负极测温压头，所述正极测温压头和所述负极测温压头相互独立并相对于所述力调节机构浮动设置，所述正极测温压头上设置有连接至所述t型热电偶正极的铜质偶丝，所述负极测温压头上设置有连接至所述t型热电偶负极的康铜偶丝，所述铜质偶丝和所述康铜偶丝同时接触均温板时被短接并形成热电偶回路。
3、由上述方案可见，通过热电偶接触式测温并利用均温板作为中间导体，进而实现对均温板的表面直接测温，消除传统热电偶测试中胶黏剂/焊接引入的接触热阻。并设置力调节机构进行所述热电偶探头的驱动，进而实现力度控制避免均温板形变，保护均温板不会产生损伤。另外，通过所述加热模块实现主动恒定功率的加热，配合多组测量模块实现采集均温板上的多点数据，进而获得均温板更全面的热传导性能测量，同时便于评估均温板上热堆积缺陷的位置。
4、一个优选方案是，若干所述测量模块采用非等间距布局。
5、一个优选方案是，共设有五组所述测量模块，第一组测量模块和第五组测量模块并列设置，第一组测量模块、第二组测量模块、第三组测量模块以及第四组测量模块相邻模块之间的间距比例为3:4:3。
6、一个优选方案是，所述加热模块包括恒定功率输出单元以及陶瓷加热片，所述陶瓷加热片设置在治具中与均温板接触配合，所述恒定功率输出单元包括电源组件、dac数模转换器、adc模数转换器、pid功率控制环、电压环、电流环以及乘法器；所述电源组件用于将输入电源转换为各个元件工作需要的电压；所述dac数模转换器包括两路输出通道，一路输出通道用于控制所述电源组件的电压比较采样，另一路输出通道用于控制所述pid功率控制环的功率设定；所述adc模数转换器用于转换电压环和电流环的电压信号，所述mcu单元与所述adc模数转换器通讯读取控制环路的电压u和电流i信号；所述电压环用于取样负载端的电压信号；所述电流环用于电流信号取样，放大后的电流信号将会作为恒功率的反馈信号；所述乘法器选型四象限、差分高阻抗x/y输入的ad633乘法运算器实现功率运算器，所述乘法器用于计算；所述pid功率控制环进行恒功率pid调整使所述陶瓷加热片始终工作在恒功率状态。
7、一个优选方案是，所述力调节机构包括音圈执行器以及压力传感器，所述压力传感器检测所述音圈执行器输出的压力大小，所述测温模组还包括与若干所述力调节机构电连接的控制器。
8、一个优选方案是，所述测温模组还包括采集模块，若干所述t型热电偶均与所述采集模块电连接，所述采集模块包括热电偶信号adc转换器、热电偶通道切换开关、输入滤波网络、冷端补偿数字温度传感器；所述热电偶信号adc转换器用于将所述t型热电偶输出的电信号进行转换并放大；所述冷端补偿数字温度传感器用于采集所述t型热电偶负端端子的温度，进行冷端补偿；所述热电偶通道切换开关及所述输入滤波网络进行通道差分信号输入切换。
9、一个优选方案是，所述测温模组还包括处理模块，所述处理模块包括mcu单元、电源单元、扩展单元以及通信单元；所述mcu单元用于数据处理以及指令传输；所述电源单元用于进行输入电压的隔离处理以及稳压；所述扩展单元用于所述mcu单元与所述加热模块以及若干所述测量模块之间的通信和控制；所述mcu单元通过所述通信单元与外部计算机进行通信。
10、一种测试方法，包括如下具体步骤：
11、步骤s1、测试前，所述加热模块将自身温度加热到预热温度；
12、步骤s2、待所述加热模块的温度稳定后将均温板置于治具中，由所述力调节机构控制所述热电偶探头以设定力度与均温板接触，每个所述热电偶探头与均温板接触的位置不同；
13、步骤s3、完成接触控制后，所述加热模块切换至恒定功率控制，模拟芯片热源持续工作状态；
14、步骤s4、在加热至热稳态的过程中，定时进行所述加热模块、若干所述热电偶探头以及环境温度的温度值的同步采集，在测量过程中所述热电偶探头的两组电偶丝以均温板作为中间导体；
15、步骤s5、根据采集的数据计算获得径向温差、局部温差、梯度温差以及均温板表面热阻，并根据设定的温差阈值对计算结果进行判断，所有温差值均低于温差阈值，则判断均温板传导性能优良；反之，任一温差值超过温差阈值即判定存在热堆积缺陷；
16、步骤s6、完成采集后所述力调节机构控制所述热电偶探头与均温板分离。
17、由上述方案可见，通过预热提供一稳定的初始温度环境，进而确保测量的起始条件统一，在对接时通过力调节机构进行接触力的控制，进而避免下压接触以及测试过程中压力过大而损伤到较薄的均温板，进一步的通过恒定功率控制实现提供稳定的升温速度，进而确保均温板受热升温中不会由于热源而出现波动，确保检测结果精度。通过多点测温，实现采集均温板的径向温度、局部温度、梯度温度，同时计算获得均温板表面热阻，通过预设的标准进行判断并输出结果。