电子产品热测试概述

1热测试的目的和内容

在电子产品散热设计中，热测试是必不可少的一个环节。热测试的目的主要有以下四点：

• 测试产品实际散热表现是否能达到要求；
• 检验产品散热方案有无可改进、降成本之处；
• 测试各种方案的实际表现；
• 与设计前期理论/仿真预估进行回归总结，提高后续散热设计水平

热测试需要关注的并不只是温度，而是与温度相关的所有因素。在测试中，为了保证测试系统设定正确，需要同时监控噪音、功耗和相关散热手段的使用等。热测试的内容包括如下6项：

2 温度测试

温度是热测试中最关键的测试参数。依据测温仪器是否接触热源，测温方法可分为接触式测温和非接触式测温。其中，接触测试稳重的热电偶和热电阻在电子散热领域大量应用。与热电偶和热电阻只能测试某个点的温度不同，红外测温可以测试一个平面的温度分布，应用也较为广泛。示温材料是一种热致变色的材料，温度不同时，其表现的颜色会发生变化。示温材料多用于重工业设备。当前在电子散热的热测试中，应用不多。

表1 常用测温方法对比

2.1接触式测温

热电偶的测温基于塞贝克效应。即当两种不同的金属组成回路时，两个节点间的温差会导致回路中产生电势。这种由于温差导致的电势称为热电势。

结点1和结点2之间温差与热电势之间存在一一对应的函数关系。因此，可以通过测量两点之间的电势来换算结点1和结点2之间的温差。

需要注意的是，不同金属相互接触时，由于自由电子密度不同，电子将会从密度高的区域扩散到密度低的区域，从而产生接触电势。显然接触电势与自由电子的扩散速率有关，而电子的扩散速率与温度直接相关。以上图为例，A、B两种金属存在两个结点，假设结点1温度更高，且A中的自由电子密度更大，那么，回路中将会出现这种情况：在结点1处，A中的自由电子将转移到B中的速率更快，自由电子在回路中的移动方向是逆时针，电流方向为顺时针，图中的电压表指针将向右偏斜。

当两个结点温度相同时，电子转移的速率相同，两端处于电势平衡状态，回路中则不会出现电流。

另外，对于相同的导体，当两端温度不同时，也会产生电势。高温端的电子能量要比低温端的电子能量高，电子将会从这个方向朝低温端转移，于是低温端电势更低。这种电势称为温差电势。

实际测得的热电势为：

热电势 = 温差电势 + 接触电势

在实际的测量中，温差电势比接触电势小很多，一般可以略去不考虑。这样，对于一个由不同金属构成的回路，当其中一端的温度固定为T0时，测得的电势将只与另一端的温度有关。

对于实际的测试，我们知道，我们很难保证参考端的温度恒定。比如，测试某板卡上内存颗粒的温度时，室内温度有可能是20℃，也有可能是25℃，甚至，有时候整个模块都会放置到温箱中去。这样，冷端的温度将处于千变万化之中。对于这一问题，常用的热电偶测试仪器是采用如下方法进行破除的。

首先，热电偶测温原理中有一条中间温度定律。定律内容是：

热电偶AB在结点温度为T、T0是的热电势Eab（T，T0）等于热电偶AB在结点温度T、Tc和Tc、T0时的热电势的代数和：

Eab（T，T0） = Eab）（T，Tc） + Eab（Tc，T0）

这样，当参考端温度不为零时，可以依照这一规律来进行修正。

电路内部，存在如下图所示意的一个补偿电桥。其基本思想是，补偿电桥与参考端处于同一温度下，补偿电桥中的电阻将会随温度的变化而变化，由此产生电势的变化。经过一定的电阻匹配性设计，这种电势的变化，恰好可以补偿参考端温度变化引起的电势改变。于是，参考端温度的变化就被充分考虑在内了。

2.2非接触式测温

优点：

1. 具有较高的测温上限；
2. 热惯性小,可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度；
3. 可以获得一整个面的温度分布，便于发现可能存在的不被注意的点。

缺点：

1. 精度不如接触式测试；
2. 需要知道表面发射率，才能正确测温；
3. 对于不裸露在外的表面，较难测量。

当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波。其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线——工业用红外测温仪的工作波长在0.65微米至14微米范围内——红外测温仪就是利用这一原理制作而成的。

物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的理论原理。

红外测温仪是非接触式测温最常用的仪器。操作使用非常便捷。

热测试在电子产品热设计中具有不可替代的作用，且涉及的学科众多，有许多研究，专攻此门。