热测试（四）——结构函数的实际应用 （2）
结构函数清晰的解析了器件的内部结构，无论这个器件是新器件还是旧器件，好器件还是坏器件（还能通电），所以可以用来做封装内部的故障分析。
图一 热故障解析：封装内部
假定同一批器件，良品的结构函数如左图。而右图是不良品的结构函数。通过两个结构函数的对比，可以清晰的看出，在Die，base 和grease段的结构函数都基本一样，唯独表征Die Attach那一段的结构函数，不良品要比良品长，其意义就是不良品的热阻要比良品的热阻大。物理上，由于不良品在Die Attach一层产生了故障，如果用超声波探伤仪可以知道探测到里面的剥离，用X射线扫描可以发现里面有气泡，但是这两种探测方式都无法把故障的地方锁定在Die Attach区域，如果想知道准确的故障位置，只能打开器件。
而结构函数分析法，并不需要打开器件，只要通过一次简单的测定，就可以知道故障发生的位置，器件的降级程度（还能不能继续使用）等等。
这项技术在各个部门的用法也不一样，物品部全检和抽检相结合，可以用来评价供应商器件的质量，质量部对产品进行质量检测时，可以根据器件的热阻大小，对产品进行分类。
产品数量很大，单只测试效率太低，需要对测试设备做一些定制，比如多通道同时测试，包括设计特定的夹具，便于整个测试过程的操作。同时测试的数据分析软件也能一体化，并留有相应的接口，使用者可以根据自己的测试要求，定制测试流程，批量测试自己的产品。
工艺设计和研发部对结构函数的使用又有不同，下面我们用一个例子来说明。
图二 结合部的热测试与分析
上图是一个装配图，芯片（MOSFET）同螺栓固定装配在热沉上，装配方式有四种：
在芯片和热沉之间涂上Grease；
直接把芯片放在热沉上；
在芯片和热沉之间添加一个绝缘层，并用较大的预紧力固定；
同样的芯片，热沉和绝缘层，只是减小了固定力矩。
这四种方式会得到四种不同的结构函数，通过对这些结构函数的比较，我们发现：
芯片部分的结构函数曲线依然是重复性非常好；
最小θJA（结到环境的热阻）是使用Grease，大概在6K/W左右；
不使用Grease 是θJA增加了0.92K/W；
相对于不使用Grease这种装配形式，增加绝缘层，用强力矩固定，又使θJA增加了1.13K/W，而力矩的改变导致θJA的变化是0.03K/W。
一定程度上说，热设计的目标就是尽可能的减小θJA，以上的测试结果，我们可以看出：
不同的装配工艺会给θJA带来很大的变化，如果条件允许的话，尽量选择热阻较小的装配工艺；
芯片的热阻所占比重并不是很高，而选择热阻较低的芯片，会导致成本大幅上升，总体热阻减低的情况并不十分理想，不如在散热路径上多想想办法；
力矩的变化，对热阻的影响不是很大，如果该电子系统是在振动比较大环境下使用，我们可以选择较小的力矩来提升系统的柔性。
以上是测试结果为产品设计提供的参考思路，而在设计的细节上，我们同样可以使用结构函数。
图三 不同Grease对系统热阻的影响
同样是涂上Grease，我们同时选用八种不同热导率的Grease，在同样预紧力的情况下，做相应的结构函数测试。
按照热阻大小排列，排除不涂Grease（Dry）的不算，测试结果显示，02样品（热阻第二大）的热导率是1.55 K/W，03和04几乎贴在一起，但是他们的热导率分别是0.77 K/W和0.6 K/W，热阻的大小顺序并没有按照热导率从低到高排列。
原因是为了提高02样品的热导率，估计是添加了类似于陶瓷粉末这样的微小颗粒而使得该Grease的粘性增加，在同样预紧力的情况下，它的厚度远远大于03和04号样品。
Grease的标准厚度大概是150微米以下，我也见过可以压到40微米左右的Grease，这种界面材料使用在表面相对光洁度比较高，比较平整的结合部，虽然热导率不是很高，依然可以起到很好的效果。
可见我们在选择Grease型号的时候，不能仅仅只考虑它的热导率。有条件的情况下，还是要对现有的工艺做实际的结构函数测试，避免发生不良设计甚至是芯片“炸机”这样的危险。
未完待续
