热测试（二）——瞬态热测试与结构函数
瞬态热测试的标准是JEDEC JESD51。
JEDEC 固态技术协会是固态及半导体工业界的一个标准化组织，制定固态电子方面的工业标准。JEDEC 曾经是电子工业联盟（EIA）的一部分：联合电子设备工程委员会（Joint Electron Device Engineering Council，JEDEC）。1999 年，JEDEC 独立成为行业协会，抛弃了原来名称中缩写的含义，目前的名称为JEDEC 固态技术协会（JEDEC Solid State Technology Association）。1995年开始，JEDEC JESD51系列标准规格化电子部件的结温测试方法为ETM（电气法），规定2种瞬态热测试的方法（动态法，静态法），被广泛应用至今。2010年11月，JESD51-14追加了瞬态热阻的规格（推荐冷却测试法为标准方案），用瞬态法测试电子部件一次元散热路径的结壳热阻，结构函数分析法被正式认定。
关于动态法就不作介绍，下面主要介绍静态法。
图一 静态法瞬态热测试
把被测电子部件按照JEDEC JESD51测试要求接电，按照以下步骤测试：
用小电流I1（不会引起被测器件发热）测试被测器件的K系数；
施加恒定大电流I2，在该电流下，被测器件开始发热，温度逐步升高，随着温度梯度（器件温度减去环境温度）增加，其散热功率也不断增加，直到加热功率等于散热功率，系统处于第一次平衡状态；
将I2快速切换成I1，切换速度为1us；
用1us的采样速度，对热感应电压连续采样，直到达到第二个热平衡状态（器件温度等于环境温度）；
使用第一步测出的K系数将热感应电压数据换算成温度数据。
从采样的数据里，如果我们把时间作为横轴，热感应电压作为纵轴，我们可以得到一个电压随时间的变化曲线，通过K系数转换后，我们也可以得到一个温度随时间的变化曲线，而这条曲线反应的就是被测器件所在的电子设备的固有的热特性，如果你是一个专家，你完全可以直接使用这条曲线，而对于我们一般的工程师，还无法直接使用该曲线，别担心，数学家把这条曲线做了一个类似于拉普拉斯变换或者傅立叶变换的转换，把一个时域的曲线变化成横轴为热阻，纵轴为热容的空间结构曲线，我们称之为结构函数曲线，热容对应热平衡需要的时间，而热阻对应的是温度梯度。结构函数的原点代表结点，横轴是从结到环境热阻的总和ΣRth，纵轴表示从结到环境的热容总和ΣCth，在结构函数的末端，曲线直线上升，表示一维散热路径已经到达了环境，其热阻为无穷小，而热容是无穷大。
结构函数的意义在于，我们通过结构函数可以清晰的分析电子设备从芯片的结到环境这样一个一维散热路径，用非破坏性的方式使其内部构造可视化。
图二 结构函数的意义
芯片工作时，结温升高，结是一维散入路径的原点，也是温度最高的地方，结温通过Chip Die向外传播，Chip Die是热的良导体，热容比较大，而热阻比较小，其结构函数的特征是斜率比较大的线段，而后面热将从Die传导到Die Attach，虽然Die Attach很薄，但是它是热的不良导体，其结构函数的特征是斜率比较小的线段，如此，在一维路径上构建器件的材料反生变化，会导致结构函数线段的斜率发生改变。
实际上热的传导是三维的，在现实中我们很难找到一个一维散热路径。但因为电子器件的散热方向基本固定，我们可以把热源（PN结）当成原点，而沿着等温面的法线方向拉出一条线，近似的认为这条线代表了该系统的一维散热路径。业内也通常用采用Cauer/Foster模型来进行建模。
结构函数可以认为是电子设备固有的属性，和施加到被测芯片的功率大小没有直接的关系。一旦电子设备的结构函数被准确测出，我们就可以用结构函数来分析该电子设备的一维散热路径，而不必纠结于构成该电子设备的不同材料的物性和导热参数等等。
前面提到了电源切换的时间和采用速度，还有一个指标是电压的分辨率，硅器件大概是温度变化一度，电压变化是1mV，Mentor T3Ster对电压的分辨率是12uV，也就是说T3Ster测量结温的精度是0.01度，用这样高精度瞬态热测试导出的结构函数，可以作为热分析强大的工具，在后面的章节，我们开始介绍结构函数的应用。
