測量封裝的表面溫度以估計半導體器件的結溫。 但是，如果測量不正确，則可能無法獲得正确的結果。 本應用筆記解釋了有關溫度測量的注意事項。 本應用筆記的内容普遍适用，與半導體器件的類型無關

使用熱電偶進行熱測量熱電偶用作測量半導體封裝表面溫度的一種手段。但是，如果熱電偶處理不當，得到的結果可能與實際情況有所不同，因此必須注意。雖然表面溫度也可以使用熱成像儀測量，但最終産品被封裝在機箱中，在大多數情況下無法查看測量目标。因此，使用熱電偶進行接觸式測量較為常用。

使用熱電偶時的注意事項

第一點是關于熱電偶的類型。

雖然熱電偶有 10 種類型，但稱為 K 型和 T 型的熱電偶适用于半導體的表面溫度測量。表 1 總結了這兩種熱電偶的規格。T型雖然公差小，但其正極具有高導熱性。因此，熱電偶可以用作散熱器，将測量溫度降低到實際溫度以下。因此，認為 K 類 1 類熱電偶是熱測量的理想選擇。

表 1. K 型和 T 型熱電偶規格彙總

第二點是關于熱電偶的尺寸。

由于線徑較大的熱電偶會引起熱電偶本身的熱輻射，因此測量目标的溫度會降低到實際值以下。為了減輕這種影響，所使用的熱電偶應盡可能薄。在相關的 JEDEC 标準中，推薦使用 AWG 36 至 40。圖 1 顯示了使用不同類型的熱電偶和不同線徑的熱電偶測量的結果。左圖顯示了使用 K 型和AWG 38（小線徑）的示例，而右圖顯示了使用Type 使用 T（比 K 型導熱系數更高）和AWG 28（大線徑）。由于右側通過熱電偶的熱輻射較大，因此測得的溫度比左側低24% (16.7°C)。随着封裝尺寸的減小，這種影響會變得更大。

圖 1. 熱電偶類型和線徑不同導緻的測量溫度差異示例

第三點是關于熱電偶的尖端處理。

如圖 2 所示，最簡單的方法是将尖端扭幾下，使其與導線纏繞在一起。不過，由于該方法在第一個接觸點處測量溫度，因此剩餘部分是不必要的，并且可能會導緻不良的熱輻射。但是，由于切斷剩餘部分會損害接觸，因此溫度變得不穩定。

圖 2. 采用雙絞線作為尖端處理的熱電偶

最好的方法是焊接尖端，如圖 3 所示。對于焊接，使用熱電偶的商用點焊機。或者，可以使用帶有焊接尖端的熱電偶。

圖 3. 焊接尖端作為尖端處理的熱電偶

圖 4 顯示了焊接或扭曲尖端時測量溫度差異的示例。扭曲的尖端提供的結果比焊接的尖端低2.3% (1.6°C)。随着封裝尺寸的減小，這種影響也變得更大。

圖 4. 尖端處理不同導緻的測量溫度差異示例

（K 型，AWG 38（0.102 毫米，0.0040 英寸）

第四點是關于連接熱電偶的位置。

JEDEC 标準規定封裝表面溫度應在封裝上表面的中心測量。如圖 5 中的熱電偶安裝示例所示，從封裝的四個角畫出對角線，并使用它們的交叉點作為安裝熱電偶的指南。

圖 5. 熱電偶安裝示例，其中對角線從封裝的四個角繪制，并使用它們的交叉點作為指導

圖 6 顯示了模拟由于位置位移引起的溫差的結果。從 A 點到 B 點的移動大約1.4 毫米會導緻 1.6% (1.2°C) 的下降，而從 A 點到 C 點的大約2.8 毫米的移動會導緻 3.7% (2.7°C) 的下降。注意盡量使熱電偶居中。

圖 6.測量位置不同導緻的溫度差異示例，使用HRP7 封裝模拟

第五點是關于熱電偶的固定方法。

最簡單的方法是用耐熱聚酰亞胺膠帶固定熱電偶。盡管此方法有助于固定和移除熱電偶，但熱電偶可能會在測量過程中因剝落而從設備上提起。此外，由于如果将膠帶貼在設備上，會阻止與大氣的對流，因此溫度是在不同于原始環境的熱輻射環境中測量的。JEDEC标準建議使用最少量的環氧樹脂粘合劑來固定熱電偶。ROHM 也采用了這種方法。由于環氧樹脂粘合劑在測量過程中不太可能剝落，并且需要較小的面積來固定熱電偶，因此對測量的影響是有限的。有必要固定熱電偶，使環氧樹脂不會流入設備和熱電偶之間的空間。圖 7 顯示了由于固定方法不同而導緻的溫度差異的示例。與粘合劑相比，聚酰亞胺膠帶的結果低 3.7% (2.6°C)。這可歸因于熱電偶和設備之間的粘附性差。在較高溫度下，膠帶的粘合強度降低，測量溫度進一步降低。

圖 7. 由于熱電偶固定方法不同導緻的溫度差異示例

K 型，AWG 38（0.102 毫米，0.0040 英寸）

第六點是關于熱電偶的接線方法。

當熱電偶固定在設備上并将其導線拉到測量儀器上時，接線的路線會影響測量。如圖 8 所示，導線應沿着封裝主體到PCB 布置。這樣可以緩解由于導線的熱輻射導緻熱電偶結的溫度下降。這在JEDEC 标準中也被描述為布線技術。

圖 8.熱電偶線的布線方法：沿着封裝主體到 PCB 布線可以緩解熱電偶結溫度因線的熱輻射而下降

第七點是測量環境必須與最終産品的環境相同。

例如，考慮在恒溫器室中測量評估闆的情況。圖 9 顯示了安裝在恒溫器室中的測量闆示例。箱體内裝有循環風機使溫度均勻，形成強制風冷環境。如果闆子或設備采用強制風冷方式進行冷卻，則需要安裝防護裝置，例如防風罩，以創造接近自然對流的環境。

圖 9 恒溫箱内循環風扇對熱測量的影響圖 10顯示了防止循環風扇影響的示例。安裝防風罩（或盒子），使測量對象不會暴露在循環風扇的風中。在熱電偶不直接暴露在風中的地方放置一個單獨的熱電偶，等待環境溫度穩定。此外，如果最終産品密封在機箱内或如果有其他熱源，則條件與僅測量的結果不同 一塊評估闆。因此，評估必須在與最終産品等效的狀态下進行。

圖 10. 防止循環風扇影響的示例

總結使用熱電偶進行溫度測量的特點和注意事項總結如下。特點•測量封裝的表面溫度。•由于測量是接觸式的，由于熱電偶的安裝方式容易出錯。•結溫不能直接測量。

注意事項1、熱電偶的種類很多。使用不适合給定應用的熱電偶會降低測量溫度。1 類 K 類推薦用于半導體器件應用。2. 由于熱電偶本身的熱輻射，大線徑會降低測量溫度。建議使用AWG36 至 40。3.焊接是尖端處理的理想選擇。雙絞線會降低測量的溫度。4. 将熱電偶貼在封裝表面的中心。如果熱電偶偏離中心，将無法正确測量溫度。5. 推薦使用最少量的環氧樹脂粘合劑作為這些固化方法。聚酰亞胺膠帶可以從設備上提起，從而降低測量溫度。6. 走線應沿着封裝主體到PCB。這可以減輕由于導線的熱輻射引起的熱電偶結的溫度下降。7.測量環境必須與最終産品的環境相同

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