熱阻結(jié)構(gòu)函 數(shù)包括微分結(jié)構(gòu)函數(shù)和積分結(jié)構(gòu)函數(shù)。
[0036] 該技術(shù)方案的技術(shù)效果顯著，如圖2所示，本申請人在相同限制條件下，分別比較 了監(jiān)測熱源溫度、參考點溫度W及熱源和參考點溫差的穩(wěn)定時間，結(jié)果如表2所示。
[0037] 表2不同判定條件下的穩(wěn)定時間
[0038]
[0039] 從表中可看出，Tj.(t)-Te(t)比Tj.(t)達(dá)到穩(wěn)定要快40s左右，接近總穩(wěn)定時間的H 分之一。將Tj.(t)在97. 6590s處截斷，得到的熱阻微分結(jié)構(gòu)函數(shù)圖與原來未截斷時的對比 如圖3所示。從圖中可看出，在97. 6590s處截斷對最終結(jié)果的影響較小，但卻節(jié)省了H分 之一的時間。因此，該技術(shù)方案可在不降低熱阻分析準(zhǔn)確性的前提下，大幅降低測試時間， 提高測試效率。
[0040] 實施例2
[0041] 本實施例公開了一種熱源和參考點溫度均穩(wěn)定的熱阻分析方法，與實施例1類 似，該實施例的測試對象也為包括六層結(jié)構(gòu)的大功率器件1，分別記為第一層1-1、第二層 1-2、第H層1-3、第四層1-4、第五層1-5和第六層1-6,與實施例1不同，本實施例的第六層 的材料參數(shù)與實施例1不同，其材料參數(shù)見表3。
[0042] 表3實施例2中大功率器件六層結(jié)構(gòu)的參數(shù)
[0043]
[0044] ^與實施例1類似，該大功率器件1的熱源2位于第一層1-1，參考點3選在第四層 1-4底部。測試時，給大功率器件1輸入熱功率APh，大功率器件1開始升溫，確保熱源2 溫度的采樣時序與參考點3溫度的采樣時序嚴(yán)格保持同步，W同步監(jiān)測大功率器件1的熱 源溫度Tj. (t)和參考點溫度Te(t)，直至熱源2與參考點3的溫度均達(dá)到穩(wěn)定，兩者溫度差 為零，即達(dá)到準(zhǔn)熱平衡。該技術(shù)方案通過結(jié)合準(zhǔn)熱平衡時大功率器件的熱源溫度和參考點 溫度，獲得大功率器件準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)熱阻，利用"分壓原理"將熱傳導(dǎo)模型"截斷"，即 在熱傳導(dǎo)模型上劃分出從熱源到參考點的子熱傳導(dǎo)模型，該子熱傳導(dǎo)模型包括m(l《m<n) 個熱傳導(dǎo)單元，如圖4所示，從而準(zhǔn)確劃分從熱源到參考點的熱阻結(jié)構(gòu)，便于準(zhǔn)確定位參考 點，提高熱阻分析準(zhǔn)確度；同時結(jié)合參考點的靈活選擇，可實現(xiàn)定制化區(qū)域熱阻結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確 分析。
[0045] 本申請人分別模擬了具有四層結(jié)構(gòu)的大功率器件、六層結(jié)構(gòu)的大功率器件、W及 利用本技術(shù)方案從六層結(jié)構(gòu)上"截斷"出來的四層結(jié)構(gòu)的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)，論證了該技術(shù)方案 具有良好的技術(shù)效果。需要指出的是，本實施例模擬的具有四層結(jié)構(gòu)大功率器件的材料參 數(shù)與六層結(jié)構(gòu)大功率器件的前四層材料參數(shù)完全相同。
[0046] 理論上，由于兩個大功率器件的前四層結(jié)構(gòu)完全一致，則兩者的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)也 應(yīng)一致，兩者的差別應(yīng)在六層結(jié)構(gòu)的最后兩層體現(xiàn)。對具有四層結(jié)構(gòu)和六層結(jié)構(gòu)的大功率 器件進(jìn)行實際熱阻分析，兩者的微分結(jié)構(gòu)函數(shù)分別如圖5和圖6所示，對比兩圖可看出，兩 圖中，前兩個峰的熱阻阻值大小基本一致，六層結(jié)構(gòu)較四層結(jié)構(gòu)的微分結(jié)構(gòu)函數(shù)多出一個 峰，該與理論分析結(jié)果相一致，圖5和圖6的前兩個峰谷對應(yīng)的熱阻結(jié)構(gòu)應(yīng)是前四層結(jié)構(gòu)所 貢獻(xiàn)，而圖6中的第H個峰谷對應(yīng)的熱阻結(jié)構(gòu)應(yīng)是六層結(jié)構(gòu)的后兩層所貢獻(xiàn)。
[0047] 本發(fā)明對六層結(jié)構(gòu)的大功率器件進(jìn)行熱阻分析，根據(jù)準(zhǔn)熱平衡時的熱源溫度和參 考點溫度將具有n個熱傳導(dǎo)單元的熱傳導(dǎo)模型，劃分為具有m(m<n)個熱傳導(dǎo)單元的子熱傳 導(dǎo)模型，即將熱傳導(dǎo)模型"截斷"，僅保留從熱源到參考點的熱阻結(jié)構(gòu)信息；根據(jù)該子傳導(dǎo)模 型獲得從熱源到參考點的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)。
[0048] 如圖7所示，比較四層結(jié)構(gòu)大功率器件、六層結(jié)構(gòu)大功率器件W及從六層結(jié)構(gòu)上 "截斷"出來的四層結(jié)構(gòu)的微分結(jié)構(gòu)函數(shù)，可看出，采用"截斷"方法獲得的四層結(jié)構(gòu)的微分 結(jié)構(gòu)函數(shù)與理想的四層結(jié)構(gòu)的微分結(jié)構(gòu)函數(shù)幾乎一致，即該技術(shù)方案可準(zhǔn)確獲得從熱源到 參考點的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種熱阻分析方法，其特征在于，包括被測器件，選定被測器件的參考點，在初始熱 平衡狀態(tài)下改變被測器件熱源的輸入功率，同步監(jiān)測被測器件的熱源溫度和參考點溫度， 直至熱源與參考點的溫度差達(dá)到穩(wěn)定，即達(dá)到準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)，測量達(dá)到準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)前的 熱源和參考點的溫度以及相應(yīng)的輸入功率，根據(jù)測得的熱源溫度、參考點溫度和輸入功率 數(shù)據(jù)，通過計算獲得被測器件中各組成部分的熱阻信息。2. 如權(quán)利要求1所述的熱阻分析方法，建立被測器件從熱源到無窮大熱沉的熱傳導(dǎo)模 型，根據(jù)獲得被測器件各組成部分的熱阻信息，進(jìn)一步計算獲得被測器件的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)， 所述的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)包括微分結(jié)構(gòu)函數(shù)和積分結(jié)構(gòu)函數(shù)。3. 如權(quán)利要求2所述的熱阻分析方法，其特征在于，根據(jù)同步檢測所得的熱源和參考 點的溫度變化，獲得熱源和參考點之間的穩(wěn)態(tài)熱阻，基于該穩(wěn)態(tài)熱阻在上述熱傳導(dǎo)模型上 劃分出從熱源到參考點的子熱傳導(dǎo)模型，所述的熱傳導(dǎo)模型包括n(n>l)個熱傳導(dǎo)單元，所 述的子熱傳導(dǎo)模型包括m(l <m〈n)個熱傳導(dǎo)單元。4. 如權(quán)利要求3所述的熱阻分析方法，其特征在于，在升溫過程中，所述的穩(wěn)態(tài)熱阻是 根據(jù)在熱源和參考點的溫差達(dá)到準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)時獲得的；在降溫過程中，所述的穩(wěn)態(tài)熱阻 是根據(jù)同步檢測的熱源和參考點處于初始熱平衡狀態(tài)下的溫度獲得的。5. 如權(quán)利要求3所述的熱阻分析方法，其特征在于，將子熱傳導(dǎo)模型進(jìn)行逆變換，以重 構(gòu)子瞬態(tài)熱阻變化曲線，再根據(jù)子瞬態(tài)熱阻變化曲線建立包括n(n>l)個熱傳導(dǎo)單元的熱 傳導(dǎo)模型，獲得從熱源到參考點的熱阻結(jié)構(gòu)函數(shù)。6. 如權(quán)利要求1所述的熱阻分析方法，其特征在于，所述的準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)包括熱源溫 度和參考點溫度的變化趨勢相同且差值穩(wěn)定的狀態(tài)，或者熱源溫度和參考點溫度均達(dá)到穩(wěn) 定的狀態(tài)。7. 如權(quán)利要求1所述的熱阻分析方法，其特征在于，所述的被測器件達(dá)到準(zhǔn)熱平衡狀 態(tài)的時間，小于其達(dá)到終態(tài)熱平衡的時間。8. 如權(quán)利要求1或6或7所述的熱阻分析方法，其特征在于，所述的熱源與參考點的溫 度差達(dá)到穩(wěn)定，是指兩者的差值/變化率/差值變化率小于對應(yīng)的給定值。9. 如權(quán)利要求1所述的熱阻分析方法，其特征在于，所述的參考點位于被測器件的外 殼上、或者位于周圍空氣中或者其它指定點。10. 如權(quán)利要求1所述的熱阻分析方法，其特征在于，所述的被測器件的輸入功率為用 于產(chǎn)熱的熱功率曲線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱阻分析方法，通過同步監(jiān)測大功率器件的熱源溫度和參考點溫度，并引入熱源和參考點溫度差穩(wěn)定的準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)判定方法，在較短測試時間內(nèi)即可實現(xiàn)大功率器件定制化區(qū)域熱阻信息的準(zhǔn)確分析，同時可實現(xiàn)參考點位置的準(zhǔn)確定制和熱阻結(jié)構(gòu)分辨率的有效提升，可廣泛應(yīng)用于各種大功率器件的熱特性測試的精確測量，具有高效、快速、適用范圍廣等特點。
【IPC分類】G01N25/20
【公開號】CN104950009
【申請?zhí)枴緾N201410131338
【發(fā)明人】潘建根, 陳聰, 李晟
【申請人】杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月28日