温升测试规范

版本V00日期2013-07-03编写郑仕东标题元器件温升测试规范页码-1-元器件温升测试规范一测试原因（目的）高温会严重影响电子元器件的使用寿命，有可能会导致电子元件失效，从而导致整个机器失效、故障甚至事故。为验证所选元件的温升设计是否满足规格要求，尤其关键元器件（MOSFET、TX、电解电容、继电器、IC等），所以必须进行温升测试，以评判元件选型是否合理，或者作为改善的参考数据二测试原理热电偶测量热电偶温升测试厂内用“J”型温升线，安捷伦数据采集仪工作原理：两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时，则回路中就会有电流产生，即回路中就会产生电动势，再由测温仪处理数据，显示出来的就是测得的温度。热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电偶的长度、直径无关。若采用扭结方法代替焊接法，需要注意的是保证扭结紧密，并注意测量点是距离参比端距离昀近的扭结点，如下图所示：制作方法（扭结点）：工具：斜口嵌、尖嘴嵌、直径约1mm铁丝(一般用二极管的管脚)或是镊子。方法：撑握力度将温升线去皮5~10mm。铁丝夹于两热电偶丝之间，用尖嘴嵌将热电偶丝扭紧。抽出铁丝。需注意热电偶丝无损伤。否则将影响测试数据。粘贴规范：测温点电偶丝的电流错误测量点2工具：温升胶、冷却剂、尖嘴嵌、斜口嵌方法：将电偶丝结点1mm以外剪去。用尖嘴嵌昀平的地方将电偶丝与温升线夹平。试范做好的电偶丝与被测物体可否平贴，如可以则先点少量温升胶固定后再适当加温升胶将其加固。注意事项:1、为热电偶贴的紧密，在粘贴前需将被测物表面擦干净，电偶丝不得翘起，离开被测平面；2、粘温升线前需确定线上的标签是否与通道一致。可以参考的办法：用手捏住热电偶结点，若测温仪显示温度升至35℃左右（人体温度），则说明通道正确；3、温升仪所设定的热电偶类型(即“K”、“J”等设置)是否与所使用的测温线匹配（目前公司现所使用的测温线全是“J”温线）；4、测量温度时，使测量点受外界影响昀小（如测量元件温度，则不能让冷却风吹过）5、热电偶丝欲断非断，导致测温仪显示时有时无；6、热电偶带电，会导致测量错误；热电偶处于磁场，可能会导致测量错误；三测试方法元器件温度测量参考PCB板功率板PCB模组PCB1mm大电流走线3控制板PCBPCB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，取铜箔宽度昀窄处；（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；电解电容器电容器一般不作热源处理，但电解电容器漏电流较大，其寿命又和温度直接相关，因此有必要了解电解电容器的温度。下图为一电解电容内部结构。电解电容内部结构设置热电偶的电容在进行粗略评估时，可以将热电偶贴电容背风面（若厂家提供电解电容核心到外表面的热阻曲线，则可以评估内部温度）中空测量点背风面气流方向4如电容一端露出金属铝壳，则必须有一温度测量点为此，如上图所表示，同时在背风面也设置一测量点，测量结果取两者昀高温度，如上图所示：埋入热电偶的电容昀准确温度测量是将热电偶埋入电解电容中心，来测量电容核心温度。为不影响电容正常工作前提下，这一动作需要电容厂家协助进行。电感电感可以实现储能、平波、滤波；抑制尖峰电压或电流，保护易受压、电流损坏的电子元件；与电容构成谐振，产生方向交变的电压或电流。电感是由铁心与绕组组成，其热性能失效的主要形式是铁心的老化，不是温度到某个临界值时立即失效，而是随时间的推移逐渐失效。绕组的失效，则是由于绝缘材料超过规格后失效造成。正常工作时，这两部分均有功耗产生，因此铁心与绕组两部分需分别测量。铁心材质导热系数很差，表里温差较大，因此精确测量必须通过厂家钻孔，把热电偶埋入铁心内进行测量。由于电感工作特性导致其测量的不准确性，测量方法参见1.4.3：带电物体，高频磁场测量方法。由于埋设热电偶工作是厂外人士进行，且返工较困难，需要埋多个测量点，以备测量过程中损坏；测量绕组温升，需将热电偶粘贴在气流背风面，绕组内表面，如下右图所表示：测量铁心温度测量绕组温度变压器变压器实现电气隔离，变比不同，达到电压升降，温度测量需要考虑原副边电流损耗。由于变压器绕组线圈需要逐匝和逐层进行电绝缘，故内部热点与表面之间的热阻较大。而磁芯钻孔引热电偶测量绕组温升背风面气流方向5变压器内部任何一部位绝缘失效，就会导致变压器失效，因此必须测量变压器内部热点温度。表面铜线温度仅做评估采用。同电感的测量一样，热电偶埋入绕组里会由于变压器工作特性导致测试数据不准确性。可参考的测量方法见1.4.3：带电物体，高频磁场测量方法。由于埋热电偶工作是厂外人士进行，且返工较困难，需要埋多个测量点，以备测量过程中损坏内部设置测量点（精确测量）背风表面（初步评估）变压器内部结构注：若要测变压器的内部温度，可请供应商在变压器内部埋线，这样就能得到较为准确的内部线圈温度功率电阻温度对电阻器的影响，主要表现为阻值和失效率随温度的变化而变化。一般功率电阻的温升测量，需要测量两点温度，一处为本体温度，检验是否超过元件规格。另一处为电阻管脚与PCB连接铜箔处，检验是否超过PCB温度规格。如下图所示：6电阻本体温度测量注：DG系列的负载侦测电阻温度很高，可用0.6跳线将温升线的测量点固定在电阻上，避免温度过高温升胶脱落影响实验数据晶体管晶体管按不同应用场合、不同封装分类，但一般结构如下图所示：普通晶体管散热结构图晶体管散热热阻网络图Rthj-c：晶体管的内热阻，由材料、结构、工艺等因素决定，通常由厂家提供；Rthc-h：晶体管与散热片安装面之间接触热阻，受面积、压力、材质、粗糙度等影响；Rthh-a：散热片到环境之间的热阻，与散热片结构、风速、环境温度等有关；Rthj-a：晶体管半导体结到环境之间热阻，即总热阻。测量点气流方向7不同规格的晶体管Junction位置对于功率晶体管，为使通过Case的热量得到扩散，同时加大热容量，一般晶体管Case较厚，当器件损耗约50W时，Case温差可能会产生5~10℃的变化。损耗越低，温度变化就越小。晶体管的结到Case为低热阻通路，温度测试以Case温度，推算出Junction温度，来判断温升规格，测量方法如下：1、对于安装有散热片的状况（无绝缘垫片），可以在散热片底部钻孔，直接测量Case温度；2、对于部分封装的晶体管（如TO-247、TO220封装），我们可以把热电偶埋入Case面，如下图：TO-247封装Case温度参考测量点TO-220封装Case温度参考测量点3、若封装结构导致无法测量，则测量背面Package温度，以此温度作为Case温度来设计。下图为热像仪所拍摄的RURG75120的昀高温度点位置，此位置测得的温度界于Junction和Case温度之间，因此可视为Case温度作为保守估计，如下图所示：RHRP15120IRF3710G4PF50WDRURG75120结Junction测量点测量点8热像仪图象测试点示意集成电路集成电路的结到外壳热阻与芯片尺寸及材料、焊接材料、基版或外壳材料以及封装的几何结构形状等因素有关对于中大规模集成电路，其一块芯片上可能有数百个甚至几千个结，由于各种电路几乎都是数字式的，而且每个结的功耗一般都很小，但是器件总功耗可能很大。为保证电路可靠工作，通常规定允许的结温或昀大功耗。由于这种集成电路散热为自然冷却，一般测量位置在其封装表面。入口温度电子设备的入口温度，一般也指电子设备的环境温度。需把侦测点放置设备入口处，即测量进入设备的冷却空气温度。如下图所示：入口空气温度测量出口温度电子设备经过空气冷却后后，出口各处温度分布不均，需依据出口位置、大小、温差进行多点测量，如下图所示：此处所测得的温度低于TJunction温度高于Tcase温度测量入口空气温度9出口空气温度环境温度环境温度，指目标设备或元件的环境温度，对于设备的环境温度，我们只需要测量入口空气温度即可。而元件的环境温度，需将热电偶探头放置元件上游1cm左右。温升测试一定要测环境温度，作为元器件温升的参考数据温升测试软件使用注意事项若增加、减少、移动接线盒（插槽），则需要删除已连接的34970A，测量位置之一10再点添加——查找——连接，否则会一直抱错若全部20通道都有测量，可以按住鼠标左键拖住下拉全部选中，即会出现上图所示画面11功能下拉菜单中选中温升线的类型（一般用J型），若测量功能相同，可复制第一个功能，下拉全部粘贴，不需一个一个选择。在数据——导出数据首选项中设置导出数据的类型默认选项如下，12一般尽量设置自动导出，即温升仪在扫描时会实时自动导出数据并保存到所设置的文件夹，这样即使数据管理器中的数据被删除，测试数据仍在，同样，测试数据可以在数据管理器中手动导出若温升仪在扫描数据时，不能打开其正在自动保存的数据文件，否则实时数据无法保存另外数据管理器中的数据要定期清理，不清理温升测试软件会运行的很慢。四测试注意事项放电时扫描周期越短越好，以实时反映温升数据（尤其重载放电时）。但不能超过仪器能承受的扫描时间，20通道昀快1s扫一次温升测试时元器件的温度选取点很重要，将直接影响选型判定结果