快速进行电子器件热特性表征和测试

快速完成电子器件热特性测试，缩短开发周期并降低成本

为什么需要快速进行热特性表征？

热特性表征过程通常要求非常严格，而且操作非常繁琐。工程师需要设置多个温度点的接线，并要测量其他类型的信号，例如电压、电流和电阻等。要想精确表征原型产品，您需要测试大量的样本以便支持统计结果。通常，在最终完成产品开发之前，您必须多次重复这一过程。快速进行热特性表征有多种优势，例如：

• 可以快速对产品热特性进行初始定量分析
• 对产品进行故障诊断时的周转时间较短
• 可以灵活执行多次迭代和全面测试

热特性表征和测试的重要性

设计表征不完整或不精确，对业务的影响实际上可能超过许多研发（R&D）经理的想象。例如，在产品发布后纠正错误的成本至少比在设计阶段纠正高几倍。在产品开发周期中发现的缺陷可能导致研发进度受到影响，从而产生额外的资源和材料原型制作成本。

有什么实用步骤可以加速这一过程？

快速热特性表征必须以精确的测量结果为前提。在热特性表征过程中应遵循正确的程序，并使用正确的工具和测试仪器，以确保您快速进行热特性表征并获得可靠、精确的结果。

1. 准确预测电子元器件的工作温度

在设计复杂的电子产品时，建议您执行 CAD 软件仿真，以便准确预测电子元器件的工作温度。元器件之间有大量的热气流相互作用，您需要确认产品中是否设计了足够的热气出口。热气出口解决方案包括导热管、风扇或导热翅片，它们的作用都是为了散热。有些计算机工具能够准确仿真电子产品中热气流的动态。图 1 举例显示了产品外壳内部热空气流动的情况。

了解热气流的整体动态有助于您设计出更好的产品，避免在开发阶段出现意外。散热是一个非常棘手的问题，如果解决不好，有时会导致项目延迟甚至使项目不得不从头开始重新设计。

2. 预览处于工作状态的电子组件

在大多数情况下，通过精确的软件仿真工具和设计知识，您知道在较长时间内需要监测哪些元器件。另外，预先快速查看整个电子组件在工作状态下的热成像也非常有用。您可以快速确认预测的热点，看看它们的热量如何影响周围区域，并通过扫描确定散热解决方案的效果。图 2 显示了一个电子组件的照片（左上）、该组件的热成像照片以及其主要热点的缩小热成像图。在设置数据采集（DAQ）系统长时间监测温度点之前，先进行热成像预览，这样有助于节省时间。

热成像可以快速确定热点，甚至能够进行绝对温度测量。不过，在大多数情况下，热成像的精度对于产品热特性表征来说还不够。让我们现在看一下使用数据采集系统（DAQ）的热数据记录。

3. 如何进行数据采集温度测量

数据采集温度测量是热特性表征过程中的一个关键步骤。您必须同时捕获所有的温度点和产品性能测量结果。您可能还要：

• 在原型中捕获多个位置不同的温度点
• 从多个原型中获取数据，以便达到恰当的统计样本数量
• 多次进行原型设计，直至在产品经过全面表征，设计完成
• 测量其他类型的信号，例如电压、电流、电阻或频率
• 在特定时间段或所需的环境温度周期内记录测量数据

- 选择正确的 DAQ 输入模块和传感器

选择能够提供您所需要扫描速率的输入模块多路复用器。固态开关多路复用器的速度通常比舌簧式继电器开关多路复用器快 2 倍，比机械电枢开关多路复用器快大约 10 倍。不过，它们在开关速度和电压处理能力之间存在折衷。目前，有三种类型的温度传感器可供选择：热电偶、热敏电阻和电阻式温度检测器（RTD）。总之，如果需要坚固耐用和多种温度测量范围，可选择热电偶传感器；如果需要高灵敏度和快速响应能力，可选择热敏电阻传感器；如果需要高稳定性和高精度，可以选择 RTD 传感器。

- 优化 DAQ 硬件设置

现在有多种方法可以优化您的硬件，更快、更高效地进行测量。您的 DAQ 系统经过配置后，可以：

• 降低系统开销；关闭不必要的功能，例如显示和监测服务
• 选择恰当的测量分辨率；更高的分辨率需要更长的处理时间，而这可能会影响速度
• 选择适合您的要求的测量范围，而非运行自动量程
• 选择适用于求取平均值的最佳测量设置
• 寻找可减少软件代码事务处理的方法

- 提升测试效率和速度的实用步骤

在规划热特性表征任务时，您需要查看整个端到端过程，以确保测试效率和速度。要想获得始终如一的测试结果，必须要减少重复性的工作。

• 选择并确认正确的传感器类型、测量范围和分辨率。确保缩放功能正常使用，例如增益和偏置、合格/不合格标准。通过在现代 DAQ 或 PC 应用软件中内置易于使用的软件指南，可以将这个过程变得非常简单。
• 自动执行测试并记录测试结果。PC 应用软件可帮助您自动完成迭代测试过程。
• 现代化的 DAQ 和 PC 应用软件中内置的算术运算功能可以简化您的后期分析和报告生成工作。
• 另外，现代化的 DAQ 还提供了其他实用功能，如实时通道计算、数字 I/O 和报警功能。

应用优势

快速热特性表征有助于您快速执行初始定量分析并获得深入的洞察，在更短的周转时间内完成故障诊断，并且能够执行全面测试。接下来，我们探讨快速热特性表征和测试在特定领域的应用优势。

1. 设计验证

设计验证是产品开发生命周期中不可或缺的一环。为确保产品设计符合预期，该过程要执行严格的控制。设计验证会核查您的设计输入，并确定它们是否能够产生反映特定要求的设计输出。这里举例说明在产品开发过程中，需要进行快速表征的情况。您需要按照进度要求实施原型表征。通常，您必须对多次原型设计执行迭代测试：诊断设计问题、调整性能、评测新增特性，并评估在各次原型设计中添加的功能。新的 DAQ 系统（例如 DAQ970A 及其 BenchVue DAQ 应用软件）通过其复制和粘贴配置、以及保存和调用配置，有助于缩短测试时间。

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