热测试（五）——结构函数的实际应用 （3）

 随着芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。

图一 内存条芯片封装

        C08是封装完好的芯片，其结构函数如图所示，C17的结构函数和C08的结构函数想比，封装和金属基本直接的热阻明显增加（左上图），从结构函数的对比可以得出结论，C17的封装和基板产生了分离。而C02的结构函数与C08相比较，在焊接层的热阻增加明显，那么在这里一定是反生了部分虚焊，热阻增加是因为焊接不完整导致。在实际的生产过程中，我们甚至可以故意制造出不同焊接程度的样本，并对其结构函数进行测试，用来做质量检测的标尺。比如，我们可以做完全不焊接，50%焊接，100%焊接三个样本，先分别测试其结构函数作为参照，通过对产品的结构函数测试，如果热阻值在0到50%之间，就说明虚焊大于50%，如果热阻值在50%到100%之间，说明虚焊小于50%（虚焊越多，热阻越大），这样我们可以很容易的知道，产品的焊接程度是好于50%还是差于50%。封装的质量问题通常和封装工艺有关，通过热测试可以发现质量问题，也就可以对现有工艺进行有效修正。

   热测试测的都是那颗芯片，但是结构函数反应出来的却不仅仅是芯片本身的热特性。从芯片的结到环境的整个一维散热路径上的每一段结构函数能有效表征该段材料或者工艺对热特性的影响，不仅仅可以定性，还可以定量，这就为我们对散热路径的分析，提供一个极其强大的工具。

图二 散热部件的测试与参数评价

   图二的上半部分是一个芯片散热的示意图，为了给芯片散热，将芯片和一热沉连接在一起，加一个风扇是为了提高热沉的散热能力，芯片的额定功率是已知的，现在需要对风扇和电机进行合理的选型。

   热设计的本质目的就是降低θ_JA，从右图可以看出，θ_JA和转速有一定的关系，风扇转速S1>S2>S3，θ_JA1<θ_JA2<θ_JA3，但随着风速的增大其边际效益递减。电机的功率肯定不是越大越好，但是什么样的转速时合适的，如果凭经验设计，当然是要留一定的余量，为了保证安全，这个冗余量不敢做得很小，只能选功率相对较高的电机，但随着边界效益递减，很难在成本和质量之间做一个平衡，而且还有一种可能就是，即使风扇转速做到最大，都不一定能满足系统散热要求，那就要改变热沉的设计或者在散热路径上做文章，整个过程究竟要做多少次试错，最后的设计，从成本，质量，稳定性各种指标上性能是否匹配，这些都是非常头疼的问题。

   其实问题远没有那么复杂，给定一个设计，测出θ_JA，根据环境温度，直接可以推算出结温，这样就非常清楚现有设计是否能满足要求，如果能借助于Validation的仿真流程，还可以进行多参数优化（仿真流程的Validation，后续文章再详细介绍），这些参数包括，风扇的转速，热沉的参数如齿条数目，间距，材质等等，通过软件做实验，可以最短的时间，找出最合理的方案。

   下半部分是一个微观散热器的示意图，表征散热介质的流速和θ_JA直接的关系，原理其实也类似，用这种方式可以评价不同的流速，不同的介质，不同的散热流道设计，甚至不同的散热方式（气体冷却，液体冷却）等等各种散热系统精确的散热能力，设计手段是实验和仿真相结合，由于仿真的流程是标准化的，Validation的，并不需要大量的实验，设计成本最低，设计速度最快。

   传说中的T3（T3Ster）功能如下图：

图三 T3Ster能解决的问题

   说了那么多眼花缭乱的功能，其实都是结构函数各种不同的应用，首先测出系统的结构函数，分析一维散热路径上每一个阶段的热特性，通过各种方式，找出散热短板，用最小的成本，达到最大的效果，这就是创新点，沿着这个思路，当一个短板被解决，系统会产生新的短板，如此循环往复，直至性能相对最优。

   有一点也不能忽视，这种测试方式是基于JEDEC标准，操作人员并不需要特殊训练而是只要经过简单的培训就可以独立工作，重复性非常好。

   关于结构函数的应用，就先聊到这里，后续再聊聊热测试一些特殊的应用（LED测试，热导率的测试，功能循环等等）