使用热电偶进行温度测量时的注意点
测量封装的表面温度以估计半导体器件的结温。 但是，如果测量不正确，则可能无法获得正确的结果。 本应用笔记解释了有关温度测量的注意事项。 本应用笔记的内容普遍适用，与半导体器件的类型无关—使用热电偶进行热测量
热电偶用作测量半导体封装表面温度的一种手段。但是，如果热电偶处理不当，得到的结果可能与实际情况有所不同，因此必须注意。虽然表面温度也可以使用热成像仪测量，但最终产品被封装在机箱中，在大多数情况下无法查看测量目标。因此，使用热电偶进行接触式测量较为常用。第一点是关于热电偶的类型。虽然热电偶有 10 种类型，但称为 K 型和 T 型的热电偶适用于半导体的表面温度测量。表 1 总结了这两种热电偶的规格。T型虽然公差小，但其正极具有高导热性。因此，热电偶可以用作散热器，将测量温度降低到实际温度以下。因此，认为 K 类 1 类热电偶是热测量的理想选择。第二点是关于热电偶的尺寸。由于线径较大的热电偶会引起热电偶本身的热辐射，因此测量目标的温度会降低到实际值以下。为了减轻这种影响，所使用的热电偶应尽可能薄。在相关的 JEDEC 标准中，推荐使用 AWG 36 至 40。图 1 显示了使用不同类型的热电偶和不同线径的热电偶测量的结果。左图显示了使用 K 型和AWG 38（小线径）的示例，而右图显示了使用Type 使用 T（比 K 型导热系数更高）和AWG 28（大线径）。由于右侧通过热电偶的热辐射较大，因此测得的温度比左侧低24% (16.7°C)。随着封装尺寸的减小，这种影响会变得更大。
图 1. 热电偶类型和线径不同导致的测量温度差异示例第三点是关于热电偶的尖端处理。如图 2 所示，最简单的方法是将尖端扭几下，使其与导线缠绕在一起。不过，由于该方法在第一个接触点处测量温度，因此剩余部分是不必要的，并且可能会导致不良的热辐射。但是，由于切断剩余部分会损害接触，因此温度变得不稳定。
图 2. 采用双绞线作为尖端处理的热电偶
最好的方法是焊接尖端，如图 3 所示。对于焊接，使用热电偶的商用点焊机。或者，可以使用带有焊接尖端的热电偶。
图 3. 焊接尖端作为尖端处理的热电偶
图 4 显示了焊接或扭曲尖端时测量温度差异的示例。扭曲的尖端提供的结果比焊接的尖端低2.3% (1.6°C)。随着封装尺寸的减小，这种影响也变得更大。
图 4. 尖端处理不同导致的测量温度差异示例
（K 型，AWG 38（0.102 毫米，0.0040 英寸）
第四点是关于连接热电偶的位置。JEDEC 标准规定封装表面温度应在封装上表面的中心测量。如图 5 中的热电偶安装示例所示，从封装的四个角画出对角线，并使用它们的交叉点作为安装热电偶的指南。
图 5. 热电偶安装示例，其中对角线从封装的四个角绘制，并使用它们的交叉点作为指导
图 6 显示了模拟由于位置位移引起的温差的结果。从 A 点到 B 点的移动大约1.4 毫米会导致 1.6% (1.2°C) 的下降，而从 A 点到 C 点的大约2.8 毫米的移动会导致 3.7% (2.7°C) 的下降。注意尽量使热电偶居中。
图 6.测量位置不同导致的温度差异示例，使用HRP7 封装模拟第五点是关于热电偶的固定方法。最简单的方法是用耐热聚酰亚胺胶带固定热电偶。尽管此方法有助于固定和移除热电偶，但热电偶可能会在测量过程中因剥落而从设备上提起。此外，由于如果将胶带贴在设备上，会阻止与大气的对流，因此温度是在不同于原始环境的热辐射环境中测量的。JEDEC标准建议使用最少量的环氧树脂粘合剂来固定热电偶。ROHM 也采用了这种方法。由于环氧树脂粘合剂在测量过程中不太可能剥落，并且需要较小的面积来固定热电偶，因此对测量的影响是有限的。有必要固定热电偶，使环氧树脂不会流入设备和热电偶之间的空间。图 7 显示了由于固定方法不同而导致的温度差异的示例。与粘合剂相比，聚酰亚胺胶带的结果低 3.7% (2.6°C)。这可归因于热电偶和设备之间的粘附性差。在较高温度下，胶带的粘合强度降低，测量温度进一步降低。图 7. 由于热电偶固定方法不同导致的温度差异示例
K 型，AWG 38（0.102 毫米，0.0040 英寸）
第六点是关于热电偶的接线方法。当热电偶固定在设备上并将其导线拉到测量仪器上时，接线的路线会影响测量。如图 8 所示，导线应沿着封装主体到PCB 布置。这样可以缓解由于导线的热辐射导致热电偶结的温度下降。这在JEDEC 标准中也被描述为布线技术。
图 8.热电偶线的布线方法：沿着封装主体到 PCB 布线可以缓解热电偶结温度因线的热辐射而下降
第七点是测量环境必须与最终产品的环境相同。例如，考虑在恒温器室中测量评估板的情况。图 9 显示了安装在恒温器室中的测量板示例。箱体内装有循环风机使温度均匀，形成强制风冷环境。如果板子或设备采用强制风冷方式进行冷却，则需要安装防护装置，例如防风罩，以创造接近自然对流的环境。
图 10显示了防止循环风扇影响的示例。安装防风罩（或盒子），使测量对象不会暴露在循环风扇的风中。在热电偶不直接暴露在风中的地方放置一个单独的热电偶，等待环境温度稳定。此外，如果最终产品密封在机箱内或如果有其他热源，则条件与仅测量的结果不同 一块评估板。因此，评估必须在与最终产品等效的状态下进行。
—总结
•由于测量是接触式的，由于热电偶的安装方式容易出错。1、热电偶的种类很多。使用不适合给定应用的热电偶会降低测量温度。1 类 K 类推荐用于半导体器件应用。2. 由于热电偶本身的热辐射，大线径会降低测量温度。建议使用AWG36 至 40。3.焊接是尖端处理的理想选择。双绞线会降低测量的温度。4. 将热电偶贴在封装表面的中心。如果热电偶偏离中心，将无**确测量温度。5. 推荐使用最少量的环氧树脂粘合剂作为这些固化方法。聚酰亚胺胶带可以从设备上提起，从而降低测量温度。6. 走线应沿着封装主体到PCB。这可以减轻由于导线的热辐射引起的热电偶结的温度下降。—参考文献
[1]JESD51-1:1995，集成电路热测量方法 - 电气测试方法（单个半导体器件）[2]JESD51-2A:2008，集成电路热测试方法环境条件 - 自然对流（静止空气）[3]IEC 60584-1:2013，热电偶 - 第 1 部分：EMF规范和公差[4]IEC 60584-3:2007，热电偶 - 第 3 部分：延长和补偿电缆 - 公差和识别系统[5]JEITA，2016 年，使用热电偶的温度测量指南，EDR-7338，2016年 2 月[7]JIS 1610:2012，热电偶的延长和补偿电缆[8]JIS 1610:1995，热电偶的延长和补偿电缆来源 | 罗姆半导体集团
