如何应用瞬态热测试技术进行质量检测

电子产品的散热方案一般都是多层材料结构，其层于层之间的结合部分，通常是质量的薄弱环节。在生产的流水线上，如果能在工序之间，在必要的环节上，添加质量检测的工序，可以避免因为质量问题被隐藏而导致的产品不合格。

热测试作为一个检测的手段，很早就被应用于质量检测，其原理即是当产品质量问题在产品的散热路径上时，会导致产品上电后的温升变大。而早期的测量一般是通过稳态技术，加热一定的时间，通过测量芯片的电压值的漂移来判断是否有质量问题。

这种检测手段有一定的局限性：

当产品的热容很大时（相对于热源功率），检测需要很长时间；
电压的漂移值受环境温度的影响，测试误差较大；
被测芯片存在一定的散差，最终数据是综合体现，也会增加数据的误差；
由于热传导是多维的，当质量问题对整个温度场影响不大时，不容易被检测出来。

瞬态热测试技术是以高频采样信号，连续采集结温信息，得到结温随着时间变化的曲线（参考JESD 51-14的标准，或者文章《热测试（二）——瞬态热测试与结构函数》）。由于瞬态热测试技术得到的数据都有时间坐标，关注的是温度随时间的变化，因而不仅仅可以测出质量问题，还可以根据温度变化数据，在散热路径上对质量问题做准确定位。

在时间上，温度的变化一开始很剧烈，后面逐步变缓，一般采用对数轴去观测温度的变化会比较清楚。所有在Zth坐标系，横轴的时间轴是对数轴。

如上图所示，为IBGT的散热装置。1为散热器腔体，2是TO封装的IGBT，3是IGBT和腔体的接触面，4为散热腔体平面。通过焊接将TO封装的IGBT固定在散热器平面上，为了保证固定效果，用一定弹力的夹子，将IGBT和散热器夹在一起。

对此装置做瞬态热测试，输出IGBT的Zth曲线。实验计划基于两组参数的是正交实验，一组是夹紧力的大小，另外一组是腔内气体的流速，交叉实验条件，加热时长600s，得到四组曲线，从上到下分别是低流速，低夹紧力；高流速，低夹紧力；低流速，高夹紧力；高流速，高夹紧力

从上图可以看出，夹紧力的变化，其Zth的分离点发生在100ms-1s之间，而流速的变化，其Zth的分离点发生在1s-10s之间，那么我们就可以得出这样的结论，用100ms-1s之间的数据，我们可以检测由于装夹导致的质量问题，而1s-10s之间的数据，可以用来检测焊接质量问题。

当然要做到在产线上自动化检测，还需要做以下几件事情：

用瞬态热测试设备对被测样品的散差做数据摸底，包括K系数，结构函数，Zth等等，以确定热测试数据是否可以用来做质量检测，显然如果样品的散差太大，影响到热测试结果数据时，便无法去用这种方法去做质量检测；
确定将检测的质量问题，必须发生在被测样品的散热路径上；
分别制备不同质量等级的样品，通过瞬态热测试技术，做出相应数据模型，包括测试条件，夹具设计，判定标准等；
确定数据格式，以及质量检测系统与MES系统的接口；
根据生产节拍要求，开发专用质量检测设备（包括软件）；
系统调试，完成质量检测的自动化。

基于瞬态热测试技术，也可以开发检测供应商产品质量的设备，检测工艺问题的设备，检测半成品特征参数的设备等等。其开发逻辑和步骤和质量在线检测系统类似——建立热模型和被检测目标的关系，在这里就不一一枚举。

在这些应用当中，热测试已经不再是一个工程目标，而是一个工程手段。运用先进的技术，结合现有的问题，尝试一种更高效，高可靠性，低成本的解决方案。

长期以来，瞬态热测试技术主要应用于产品热设计方案的研发，结合仿真技术为产品优化热设计方案，设备应用也主要处于实验室阶段。而且，瞬态热测试设备对使用者也有一定的要求，导致该技术在行业中难以推广，应该说并没有发挥出该技术的巨大潜力。质量检测或者在线检测，无疑是瞬态热测试技术在工程应用上一次质的飞跃，尽管还有很多实际的应用技术需要去探索，行业中也没有相应的标准，但如果有行业的支持，大家的努力，可以预见，随着越来越多的应用落地，数据和模型将会越来越完善，瞬态热测试技术也会充分展示其难以拒绝的魅力，为整个行业带来巨大的机会和商业价值。

如何应用瞬态热测试技术进行质量检测

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