Q:如何获取一个准确的K系数?

A:K系数在瞬态热测试过程中担当了重要的桥梁角色,K系数的准确性直接影响热测试的结果。

那如何获取一个准确的K系数呢?

首先,我们了解一下如何获取K系数

目前常用的K系数标定过程有升温过程标定K系数和降温过程标定K系数,这两种方法鲁欧配套的温控设备均可实现。那先了解一下升温过程,将被测器件放到20℃的温控设备中(图1),通过实时监测器件结电压的变化,来判断结温是否达到稳态,当结温达到稳态之后,我们采集此时的结电压值,在电压与温度坐标系中描出这个点,紧接着将恒温装置的温度提高到40℃,等结温再次到达稳态之后,再采集此温度下的电压值,在电压温度坐标系中描出第二个点,以此类推,重复上述操作,分别获得结温在60℃和80℃时的结电压值,最后,将得到的数据点进行拟合得到一条数据曲线,这条数据曲线就是K系数(图2)

这是升温获取K系数的过程。而降温过程与升温过程最大的区别就是温度变化的方向是相反的,我们依次获取80/60/40/20℃下的结电压,将得到的数据点进行拟合得到一条数据曲线,这是降温获取K系数的过程。

究竟两种获取K系数的过程,哪种会更好呢?

鉴于电压法热测试的工作原理,采集的是器件冷却阶段的电压,所以,在获取K系数的过程中,我们更加推荐使用降温过程进行K系数的获取。

其次,测试过程中有一个重要的参数设置就是,测试电流,即感温电流。 那感温电流Is又是如何选择的呢?该部分内容详见XX。

那在K系数获取过程中,还需要有哪些注意呢?

我们回想一下刚才K系数获取的过程,我们将器件置于温控装置中,将温控装置设定为某一温度值,那这个温度值是指哪个地方的温度呢?目前的市面上的温控设备常见的温度的测量点,常见的有:

冷板内放置的热电偶的温度;

放置在温控装置出水口处的温度。

其实在整个K系数标定过程中,我们都是使用此测量点的温度来代表结温,这一点很重要。 在测温过程中,PN结本身无自发热,是通过器件的壳温来加热结温,相对于器件来说,结和壳之间存在温度梯度。

同时,设定温度与周围环境的温差越大,热损越严重,测量的误差也越大,为减少结壳之间温度梯度,获取准确的结温测量结果,我们需要做好器件与冷板的保温。 除此之外,需要强调的一点是除了要做好器件与冷板保温措施外,还应该注意温控设备介质传输管路的保温,以便获取高精度的测量结果。

那保温措施做好了,又该如何采样呢?对测温采样间隔进行了研究,通过对多组-线性拟合线性度能够达到0.9999以上的-线性TSP器件K系数进行分析,分别对比相同测温区间内,采样间隔5/10/20摄氏度的温度系数,其结果相差<1%。

非线性TSP器件,通过对多组-线性拟合线性度不能够达到0.9999以上的-非线性TSP器件K系数采用二次拟合方式。

我们可以发现,虽然采样间隔不同,但是在指定结电压值的情况下,两次拟合出来的结果分别是81.963和82.019℃计算的温度相差在0.1℃以内,对其结果影响不大。

基于以上结果,对于线性TSP的器件,适当的增大采样间隔,对其测试结果影响不大。

接下来,我们对标定范围对K系数的影响进行研究 如图所示,是三组不同标定范围的K系数曲线,标定范围分别是[25-165℃]、[25-105℃]、[65-165℃],可以观察到,整体上高度重合。 不同K系数的标定范围,其温度系数相差<1%

对于具有非线性TSP的器件,分别对标定区间[0-150℃], [0-90℃]、[60-150℃]进行数据对比

根据拟合后的结果,计算电压分别在1.25V/1.045V/0.9V情况下的温度, 经过对比,在电压1.25V的情况,选用不同的标定范围,[0-150]的标定区间,温度为1.508℃,而[60-150]标定区间,该电压对应下的温度为标定区间的外部,属于计算插值出来的数据,温度为12.804℃,其结温相差最大可达11摄氏度; 在电压0.9V的情况下,选用不同的标定范围,[0-150]的标定区间,温度为145.962℃,而[0-90]标定区间,该电压对应下的温度也为标定区间的外部,属于计算插值出来的数据, 结温相差可达5摄氏度; 通过以上数据对比,选用不同的标定范围,对于结温的计算会产生较大的误差,为更好的进行标定,选择合理的K系数标定范围,可根据实际情况,建议标定范围涵盖测试结温应用范围。

K系数的标定过程受到很多参数的影响,希望以上资料对大家有所帮助。