元器件温升测试参考规范

元器件温升测试参考规范

1.1 温升测量意义及目的

高温对大多数电子元件会产生严重的影响，它会导致电子元器件的失效，进而引起整个设备失效，超过一定值的高温带来影响是：材料绝缘等级降低、磁芯参数、电容量、阻值改变引起电信号失真或频率产生漂移……，因此有必要对电子元件进行粗测或者详细的热测试，以评判热设计是否合理，或者为热性能的改进提供数据。由于测试目标种类繁多，各种机型状况各不相同，此为温升测量提供参考的评判标准

1.2 背景及基本概念

导热：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观离子的热运动而产生的热量传递。气体导热是由气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。金属导体中的导热主要靠自由电子的运动来完成。非导电固体中的导热是通过晶格结构的振动实现的。液体中的导热机理主要靠弹性波的作用。

对流：物体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。流体流过某物体表面时所发生的热交换过程，称为对流换热。

辐射：物体以电磁波形式传递能量的过程称为热辐射，辐射能在真空中传递能量，有能量形式的转换。

热阻：热量在热流路径上遇到的阻力。

接触热阻：两种物体接触处的热阻。

内热阻：元器件内部发热部位与表面某部位之间的热阻（如晶体管的Junction 到Case 之间的热阻）。

自然冷却：不使用外部动力（如风机、泵等）情况下的传热方式，靠自然对流、导热和辐射进行的冷

却一般都称为自然冷却；由流体冷热各部分的密度不同所引起的对流称自然对流。

强迫冷却：流体的运动由外力（如泵、风机等）引起的冷却的方式。

传热状态：热量的传递过程可区分为稳定过程和不稳定过程两大类，凡物体中各点温度不随时间而变

化的热传递过程称为稳定热传递过程，反之则称为不稳定过程。

辐射系数：辐射系数是某个物体在给定温度和频谱段下辐射的红外能量与理想辐射体（黑体）在相同

温度和频谱段下所辐射能量的比率。理想辐射体的辐射系数为一。

灰体：所有波长下的辐射系数与相同温度下黑体的辐射系数之比为（非一）常数，且不透射红外能量的辐射体。

红外线（IR）：从约0.75 μm的远红可见光到1000 μm 的电磁频谱部分。出于仪器设计和大气窗口方面

的考虑，大多数红外测量都是在0.75 μm 和20 μm 之间进行的。

环境温度：环境温度是指室温或仪器周围的温度。

背风面：一般把流体流动路径上，物体背面气流旋涡区叫做背风面，由于元件背风面温度受外界气流的影响较小，也是温度较高位置，所以一般为温度的测量点，如下图所示：

热阻分析法：

在热量传递过程中，与自然界其他转移过程，如电量的转移、动量的转移有类似之处。其规律可以归结为：= 过程的动力过程中的转移量过程的阻力。

若把热量转移过程以此概念来考虑，则损耗为散热过程的转移量，温差ΔT 为转移过程的动力，那么热转移过程的阻力R 称为热阻，如P T

R= Δ ，当采用电路熟悉的串、并联电路电阻的方法来处理

热转移的系统，那么就形成热阻网络，对此就可以进行散热路径的分析。

如下图铝基板散热转换为热阻网络法示意图：

PCB 按工作时损耗大小，一般分三类，走大电流功率板、发热量一般的模组类PCB、损耗很小的控制板部分。

高损耗PCB（功率板）：可依据电路电流走向，对大电流铜箔进行热电偶测量，测量取点依据为：

1、相同电流，取铜箔宽度最窄处；（需电气、layout 工程师协助）

2、风道下游；

3、高温元件与PCB 焊接点；

损耗一般的PCB（模组类）：热像仪粗测，热电偶精确测量

1、采用热像仪对PCB 部分进行拍摄测量；

2、对红外测量结果进行初步分析，针对可能超过PCB 设计温度、元件设计温度点进行粘贴热

电偶进行精确测量；

低损耗PCB（控制板）：只需测量使用环境温度；