[发明专利]一种多层导热材料热阻测量方法

摘要

一种多层导热材料热阻测量方法涉及测试领域，能够测量多层导热材料中每一层材料的热阻。测试系统中半导体器件起热源作用及测试作用；将半导体器件固定在多层导热材料上表面，多层导热材料下表面固定在恒温平台上；在任一时刻对半导体器件施加一段时间的工作电流，达到稳态后撤除工作电流，并在测试电流下测量出半导体器件结温随时间的变化曲线；由于多层导热材料中各层材料的热阻、热容以及热量传输速率的不同，测量得到的半导体器件结温随时间的变化曲线反映了各层导热材料的热阻和热容；通过结构函数法，计算出多层导热材料中各层材料的热阻构成；该方法为非破坏性测试。

主权项

一种多层导热材料热阻测量方法，其特征在于：应用的装置包括以下部分：半导体器件A； 测量系统B包括：采集板B1，用于采集半导体器件A两端的电压；恒流源B2，用于提供A的测试电流；恒流源B3，用于提供半导体器件A的加热电流；计算机B4，用于控制采集板B1的开启，以及恒流源B2、B3提供加热电流和测试电流的通断； 多层导热材料C；具体操作步骤为：(1)自上至下，依次将半导体器件A、多层导热材料C固定于恒温平台D上；(2)计算机B4控制恒流源B2对半导体器件A通入测试电流，调节恒温平台D的温度，测量在不同温度下半导体器件A两端的电压，拟合得到器件A的电压‑温度系数； (3)从0时刻开始，计算机B4控制恒流源B3对半导体器件A通入加热电流，经时间t1，待半导体器件A、多层导热材料C、恒温平台D组成的系统的温度保持稳定后，停止对半导体器件A施加加热电流，系统开始冷却；(4)计算机B4控制恒流源B2对半导体器件A通入测试电流，通过采集板B1采集测试半导体器件A的电压，直至半导体器件A温度等于恒温平台D的温度；通过采集板B1采集这一温度变化过程的半导体器件A两端电压，采集到的测量数据保存在计算机中，即可得到半导体器件A相对于恒温平台D的瞬态电压冷却响应曲线；(5)利用(2)测得的半导体器件A的电压‑温度系数，将得到的半导体器件A瞬态电压响应曲线转换为瞬态温度冷却响应曲线；该曲线可以表述为半导体器件A、多层导热材料C、恒温平台D组成的串联热阻、热容共同作用的结果；该串联热阻、热容用Foster串联网络模型表示；(6)由于Foster热阻、热容网络模型中的节点对节点热容没有明确的物理意义，利用结构函数法，将Foster网络转换为Cauer网络模型，将节点至节点热容转变为节点至地热容，其中的热阻表示模型中真实的热阻；(7)按照其阶数将Cauer网络模型的热阻、热容进行累加，绘制积分式结构函数曲线，为了更加明确地读出热阻构成结果，对积分式结构函数曲线取微分，获得微分式结构函数曲线，半导体器件A、多层导热材料C的热阻即可根据谱线上的峰位的间距从曲线横坐标直接读出；(8)为了从中提取出多层导热材料C的热阻，需要有效剔除半导体器件A的热阻，因此：直接将半导体器件A固定至恒温平台D上；恒温平台D维持半导体器件A表面温度恒定不变；(9)计算机B4控制恒流源B2对半导体器件A通入测试电流，调节恒温平台D的温度，测量在不同温度下半导体器件A两端的电压，拟合得到半导体器件A的电压‑温度系数； (10)从0时刻开始，计算机B4控制恒流源B3对半导体器件A通入加热电流，经时间t1，待系统温度保持稳定后，停止对半导体器件A施加加热电流，系统开始冷却；(11)计算机B4控制恒流源B2对半导体器件A通入测试电流，通过采集板B1采集测试半导体器件A的电压，直至半导体器件A温度等于恒温平台D的温度；通过采集板B1采集这一温度变化过程的半导体器件A两端电压，采集到的测量数据保存在计算机中，即可得到半导体器件A相对于恒温平台D的瞬态电压响应曲线；(12)利用(2)测得的半导体器件A的电压‑温度系数，将得到的半导体器件A瞬态电压响应曲线转换为瞬态温度响应曲线；该曲线可以表述为半导体器件A、多层导热材料C、恒温平台D组成的串联热阻、热容共同作用的结果；该串联热阻、热容可以用Foster串联网络模型表示；(13)由于Foster热阻、热容网络模型中的节点对节点热容没有明确的物理意义，利用结构函数法，将Foster网络转换为Cauer网络模型，将节点至节点热容转变为节点至地热容，其中的热阻表示模型中真实的热阻；(14)按其阶数将Cauer网络模型的热阻、热容进行累加，绘制积分式结构函数曲线，为了更加明确地读出热阻构成结果，对积分式结构函数曲线取微分，获得微分式结构函数曲线，半导体器件A内部的热阻即可根据谱线上的峰位的间距从曲线横坐标直接读出；(15)比较(7)得到的半导体器件A、多层导热材料C的热阻微分式结构函数曲线和(14)得到的半导体器件A的热阻微分式结构函数曲线，剔除半导体器件A的热阻，即可得到多层导热材料C的热阻，同时可根据谱线上的峰位的间距分别得到不同种类材料的热阻。