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功率器件顶部为金属表面,如何用红外热成像仪测量温度?

2025-09-08 15:50
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智能手机电池包PCM通常使用功率MOSFET作充放电管理,功率MOSFET的工作的温度是非常重要的一个性能指明标,AOCR38232和器件2都是针对这个应用的二个功率MOSFET,其中,AOCR38232顶部材料为硅,器件2顶部材料为金属,如图1所示,相关参数如表1所示。


表1:功率MOSFET参数 

P/N

AOCR38232

器件2

Typ.Rss

@3.8V

1.0mohm

1.2mohm

Size(mm)

5.2x2.5

5.2x2.5

Thickness

0.3(12mil)

0.13(5mil)


afa1233d2504750a36d1865fb444f3.jpg

(a) AOCR38232        (b) 器件2

图1:功率MOSFET的顶部

 

将器件装配在PCB上,Vgs=3.0V,通过电流为9.4A,工作10分钟,然后用红外热成像仪分别测量它们的顶部温度,结果如图2所示。

 

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(a) AOCR38232顶部温度:50.7℃

2b619d30068213ccdce1185560d25c.jpg

(b) 器件2顶部温度:46.5℃

图2:功率MOSFET的顶部温度


AOCR38232的导通电阻明显的比器件2要小,为什么在同样的条件下,AOCR38232的温度反而高呢?

 

不同的材料的热辐射系数不一样,热辐射系数高的材料通过辐射可以发出更多的热量,因此,红外热成像仪适合测量具有高的热辐射系数的物体表面。

 

表1:常用材料的热辐射系数

2f1fc7c0a7dbd7a5dcee1b6dddfba4.jpg 

注:硅的热辐射系数为 0.7。

 

在上述测量中,由于器件2的表面为金属,金属的热辐射系数比硅的热辐射系数小得多,即便是在仪器中设置相关热辐射系数,直接测量,所得到的结果误差也非常大。


因此,使用红外热成像仪测量金属或其它光亮表面的温度,通常建议在表面使用黑色涂层,这样所得到的结果才更接近实际的温度。


3bbdfa83380ca10fd314c1b0bd8f8d.jpg 

(a) AOCR38232顶部加黑色涂层

3f4075a18e548644b7289b58be7b20.jpg      

(b) 器件2顶部加黑色涂层

图3:功率MOSFET的顶部加黑色涂层

 

同样的测量条件:Vgs=3.0V,通过电流为9.4A,工作10分钟,然后用红外热成像仪分别测量它们的顶部温度,结果如图4所示。

 

bf1868b6c8f318a43a2b3f9a88e248.jpg

(a) AOCR38232顶部温度加黑色涂层:52℃

4408ff35bd3e2ed49f0f98a9e4d30a.jpg

(b) 器件2顶部加黑色涂层:57.8℃

图4:功率MOSFET的顶部加黑色涂层温度


二个器件顶部使用同样材料的黑色涂层,热辐射系数基本相同,这样测量的温度和热性能结果才具有可比性。

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