一种无损测量电子功能模块内部温度和热阻构成的方法及装置

摘要

本发明公开了一种无损测量电子功能模块内部温度和热阻构成的方法及装置，涉及功率电子器件检测技术领域。装置包括热阻测试仪，加热和测试探头和被测模块。将被测模块放置在恒温平台上，加热探头紧贴于被测模块上表面并保持良好接触，加热探头在工作电源提供的电压与电流下工作时产生的热量经过被测模块传递到恒温平台，然后测量探头在冷却过程中电学温敏参数的变化，得到探头经被测模块到恒温平台的热阻构成，进而计算得到电子功能模块的热阻构成。本发明实现了无损检测电子功能模块的热阻构成并根据表面温度推算其内部温度，填补了相关技术的空缺。

说明书

技术领域

本发明公开了一种无损测量电子功能模块内部温度和热阻构成的方法及装置，涉及功率电子器件检测技术领域。

背景技术

电子功能模块使用便捷、可靠，应用日趋广泛。但由于封装密闭性考虑，塑封材料包覆电子元件及电路板，致使外表的温度与内部温度相差较大。目前尚无可靠方法实施有效测量电子功能模块内部温度。

本方案采用瞬态加热技术，通过在模块的上、下表面设置加热和测温元件，并采集瞬态温升和热阻构成。确定从模块内部发热元件至表面的热阻。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的主要发明点是：采用SiC二极管测试探头，通过多次测量，以确定电子功能模块从热源部分到散热表面的热阻构成，实现通过测量表面温度准确推算电子功能模块内部温度。测量无损伤、周期短、精度高、成本低，较现有技术有着明显的突破性。

一种无损测量电子功能模块内部温度和热阻构成的装置，其特征在于，

本装置包括热阻测试仪100、测试探头200和被测电子功能模块300；热阻测试仪100和测试探头200连接，测试探头200和被测电子功能模块300连接。

所述热阻测试仪100包括计算机101、采集卡102、测试电流源103、工作电源开关104、工作电源105、恒温平台106，工作电源105经工作电源开关控制，为被测器件提供工作电压电流，测试电流源103为被测器件提供测试电流，采集卡102采集被测器件的电学温敏参数，计算机101处理采集到的电学温敏参数，得到瞬态响应曲线和热阻数据；

所述测试探头200由SiC二极管201制成，并由导线202引出，导线202选择大功率耐高温的材料，承载测试二极管201工作的大电流；

所述被测电子功能模块300有多个不同的测试点，选择其中一个测试点为被测电子功能模块测试点301；

将电子功能模块300紧贴于恒温平台106上，将测试探头200的SiC二极管201放在被测电子功能模块200的表面，与表面充分接触，SiC二极管201经导线202分别连接热阻测试仪的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接并由其控制，工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102接入计算机101并由计算机101控制。

应用上述装置无损测量螺旋线行波管热阻构成的方法，其特征在于，

测量时，将电子功能模块300紧贴于恒温平台106上，将测试探头200的SiC二极管201放在被测电子功能模块300的表面，与表面充分接触，SiC二极管201经导线202分别连接热阻测试仪的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接并由其控制，工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102接入计算机101并由计算机101控制；

启动测量程序后，计算机101发出指令将测试电流源一直加载到测试探头200的SiC测试二极管201上，采集卡102采集到此时未施加工作电流下的SiC测试二极管201两端电压V₀；

然后，计算机发出指令，将工作电源105经工作电源开关104加载到SiC测试二极管201，计算机101发指令使采集卡102采集到SiC测试二极管201的工作电压V和电流I，并计算出SiC测试二极管201的工作功率P＝VI；

测试探头200工作产生热量，通过电子功能模块300传递到被恒温平台106，待测试探头200的温度不再变化，达到稳态，计算机发出指令，经工作电源开关104关断工作电源105，并触发采集卡102采集SiC测试二极管201上电压随时间变化的V(t)；

测试探头的温度系数为α，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V₀]/α，工作时加载的功率P＝VI，计算机101对ΔT(t)曲线进行计算，得出测试探头200散热路径的热阻构成；

计算机保存第一次的测试数据后，将模块300上下颠倒，重复上述测试步骤，测量并计算得出第二次测试的热阻构成，并保存数据；

将两次测量结果进行对比，比较热流路径上微分结构函数谱的峰值差异，进而得出待测电子功能模块内部热源芯片-塑封材料-模块上表面的热阻值。

本发明通过专门的设计，通过电学法热阻测试技术，实现了无损检测电子功能模块的热阻构成并根据表面温度推算其内部温度。

附图说明

图1是无损测量螺旋线行波管热阻构成装置示意图；

其中——100：热阻测试仪；101：计算机；102：采集卡；103：测试电流源；104：工作电源开关；105：工作电源；200：测试探头；201：测试二极管；202：导线；300：被测电子功能模块；301：被测电子功能模块测试点；

图2是具体实施方式中的热阻构成测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：

选用DC-DC转换模块作为被测电子功能模块300；

选用定制SiC二极管作为测试探头200的测试二极管201，测试的电学温敏参数为正向结电压；

选用微通道恒温水槽作为恒温平台106，恒温平台采用表面镀镍铜质材料制成，有利于热量交换，温度控制范围为+25℃～+95℃，温度控制精度为±0.2℃；

测试二极管201正向结电压由采集卡102采集，采集卡采样速度为100次/秒；

测试前，将恒温平台恒定在30℃，将电子功能模块300紧贴于恒温平台106上，将测试探头200的SiC二极管201放在被测电子功能模块200的表面，与表面充分接触，SiC二极管201经导线202分别连接热阻测试仪的工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102连接，工作电源105与工作电源开关104连接并由其控制，工作电源开关104、测试电流源103和采集卡102接入计算机101并由计算机101控制；

测量时，计算机101发出指令将测试电流源一直加载到测试探头200的SiC测试二极管201上，测试电流1mA，采集卡102采集到此时未施加工作电流下的SiC测试二极管201两端电压V₀；

然后，计算机发出指令，将工作电源105经工作电源开关104加载到SiC测试二极管201，工作电流5A，计算机101发指令使采集卡102采集到SiC测试二极管201的工作电压V和电流I，并计算出SiC测试二极管201的工作功率P＝VI；

测试探头200工作产生热量，通过电子功能模块300传递到被恒温平台106，待测试探头200的温度不再变化，达到稳态，计算机发出指令，经工作电源开关104关断工作电源105，并触发采集卡102采集SiC测试二极管201上电压随时间变化的V(t)；

测试探头的温度系数为α，其温升随时间变化ΔT(t)＝[V(t)-V₀]/α，工作时加载的功率P＝VI，计算机101对ΔT(t)曲线进行计算，得出测试探头200散热路径的热阻构成；

计算机保存第一次的测试数据后，将模块300上下颠倒，重复上述测试步骤，测量并计算得出第二次测试的热阻构成，并保存数据；

将两次测量结果进行对比，比较热流路径上微分结构函数谱的峰值差异，进而得出待测电子功能模块内部热源芯片-塑封材料-模块上表面的热阻值。

两次测量结果对比如图2所示。可以看到两次测量的总热阻基本一致，第一个峰值基本重合，热阻A和热阻B基本一致，即为电子功能模块上表面到下表面的热阻，而热阻a和热阻b分别为电子功能模块内部热源处到上、下表面的热阻。