IEC 61189-2-808:2024
Методы испытаний электротехнических материалов, печатных плат и других структур и узлов межсоединений. Часть 2-808: Тепловое сопротивление узла методом термического переходного процесса.
- Стандартный №
- IEC 61189-2-808:2024
- Дата публикации
- 2024
- Разместил
- International Electrotechnical Commission (IEC)
- Последняя версия
- IEC 61189-2-808:2024
- сфера применения
-
Обзор стандарта и техническая база
IEC 61189-2-808:2024 — это новейший стандарт, выпущенный Международной электротехнической комиссией для методов испытаний электронных материалов, печатных плат и других межсоединительных структур и компонентов. Он специально регламентирует метод измерения теплового сопротивления компонентов с использованием оборудования для испытаний на тепловые переходные процессы. С широким распространением мощных устройств, таких как светодиоды и силовые полупроводники, управление тепловым режимом стало критическим фактором надежности электронных устройств. Этот стандарт основан на существующих стандартах, таких как JESD51-14, но был оптимизирован и улучшен для удовлетворения специфических требований сборочных структур.
Основные термины и определения
В этом стандарте принята терминология, определённая в IEC 60194-2. Ключевые понятия включают в себя:
- Тепловое сопротивление: степень, в которой компонент препятствует тепловому потоку, измеряемая в К/Вт
- Характеристики тепловых переходных процессов: характеристики отклика на изменение температуры с течением времени
- Сборка: сочетание источника тепла, материала межсоединений и диэлектрического слоя
Метод и принцип испытания
Метод тепловых переходных процессов, основанный на принципе испытания с двойным интерфейсом, извлекает тепловое сопротивление сборки путем сравнения характеристик тепловых переходных процессов с материалом теплового интерфейса (TIM) и без него. Во время испытания система испытания тепловых переходных процессов применяет запрограммированные тепловые стимулы и регистрирует сложный тепловой отклик. Программное обеспечение для постобработки генерирует результаты анализа, такие как графики импульсного теплового сопротивления и спектры постоянных времени.
Требования к тестовому образцу
Стандарт предусматривает, что тестовый образец должен включать:
Деталь компонента Требования к спецификации Пример материала Источник тепла Чип-устройство 3,45 мм × 3,45 мм Силовой полупроводниковый прибор Материал соединения Толщина примерно 200 мкм Припой SAC305 Диэлектрический слой Подложка 2 см × 2 см × 1 мм Теплопроводящая подложка материал Слой электродов Толщина 35 мкм Медные электроды Конфигурация испытательного оборудования
Стандарт рекомендует использовать коммерческую систему для испытания на тепловые переходные процессы T3Ster® в сочетании с контроллером температуры (например, Keithley) и специальным испытательным приспособлением. Система должна обладать следующими характеристиками:
- Ток возбуждения (Idrive): 1500 мА
- Ток считывания (Isense): точность 10 мА
- Точность регулирования температуры: ±0,2 °C
- Скорость сбора данных: соответствует требованиям к переходным процессам
Процедура испытания и обработка данных
Последовательность испытаний, указанная в стандарте, включает восемь шагов: от очистки термостата до извлечения окончательного значения теплового сопротивления. Ключевые рабочие точки:
Испытание характеристик теплового переходного процесса
Подайте ток возбуждения, чтобы температура перехода достигла теплового равновесия, затем переключитесь на ток считывания, чтобы измерить процесс охлаждения. Из кривых переходного времени тепловое сопротивление определяется с помощью анализа кумулятивной структурной функции:
Условия испытаний Полное тепловое сопротивление (К/Вт) Определение точки разделения Без интерфейса TIM 10,86 Четкое разделение С интерфейсом TIM 9,68 Значительная разница Тепловое сопротивление сборки 9,20 Рассчитано по разнице Метод извлечения данных
Извлечение теплового сопротивления основано на определении точки излома кумулятивной структурной функции, как описано в JESD-51-14, пункт 4, для измерения теплового сопротивления соединения с корпусом. Местоположение точки излома должно быть точно определено с помощью таблицы измерений, а не визуального графика.
Сравнение свойств теплового сопротивления различных материалов
В Приложении B подробно представлено исследование характеристик теплового сопротивления материалов для монтажа микросхем, включая результаты испытаний трех типичных материалов:
Материал для монтажа Толщина (мкм) Теплопроводность (Вт/мК) Тепловое сопротивление (К/Вт) Оценка производительности Эвтектический припой Au/Sn 5 28 3,5 Оптимальный Паяльная паста SAC305 10 4,2 4,4-4,6 Среднее Серебряная паста 10 0,616 11,5-14,2 Плохое Анализ дифференциальной структурной функции показывает, что тепловое сопротивление эвтектического припоя Au/Sn примерно на 1 К/Вт ниже, чем у паяльной пасты и примерно на 8 К/Вт ниже, чем у серебряной пасты, что убедительно демонстрирует важность выбора материала для терморегулирования.
Неопределенность и повторяемость измерений
В Приложении C обсуждаются неопределенность и повторяемость испытания. Проверочные испытания проводились с использованием сборочных структур с различными материалами диэлектрических слоёв. Результаты показали:
- Полное тепловое сопротивление без термоэлектрического интермодуляционного модуля: 7,65 К/Вт
- Полное тепловое сопротивление с термоэлектрическим интермодуляционным модулем: 8,24 К/Вт
- Тепловое сопротивление сборки: 7,65 К/Вт
На повторяемость испытаний в основном влияют состояние контакта интерфейса, точность контроля температуры и время сбора данных.
Рекомендации по внедрению и передовой опыт
Рекомендации по выбору оборудования
Рекомендуется выбрать систему для испытания на переходные тепловые процессы со следующими характеристиками:
- Диапазон температур: 5–90 °C, точность ±0,2 °C
- Время установления: ≤90 с при ΔT=+10 °C (в условиях полости)
- Мощность рассеивания мощности: ≥10 Вт при температуре выше 30 °C
- Защита от перегрева: автоматическая защита выше 95 °C
Меры предосторожности при тестировании
- Убедитесь, что поверхность термостата чистая, чтобы избежать влияния теплового сопротивления интерфейса
- Строго контролируйте время переключения тока возбуждения и Ток считывания
- Оптимизация времени нагрева и охлаждения в соответствии с характеристиками интерфейса (можно сократить до 0,5 с)
- Тенденция к миниатюризации: Уменьшение размера устройства приводит к увеличению плотности теплового потока, что требует более точных методов измерения теплового сопротивления
- Новые области применения материалов: Появление новых материалов для термоинтерфейса, таких как нано-теплопроводящие материалы и материалы с фазовым переходом, требует обновления методов испытаний
- Связь нескольких физических полей: При измерении теплового сопротивления необходимо учитывать эффект термо-электро-механической многополевой связи
- Потребности в стандартизации: Необходимо создать более полную систему стандартов тепловых испытаний, охватывающую все уровни терморегулирования от материалов до систем
Сравнение и анализ с другими стандартами
В Приложении A приведено сравнение с другими стандартами испытаний на тепловое сопротивление:
Код стандарта Метод испытания Применимые образцы Характеристики Ограничения ASTM C1113 Метод горячей проволоки Образцы тонкой пленки > 300 мкм Контактное измерение Тепловое сопротивление контакта зонда и образца влияет на точность ASTM E1461 Метод лазерной вспышки Образцы тонкой пленки Бесконтактное измерение, высокая точность Высокая стоимость оборудования ASTM D5470 Метод теплового сопротивления Стандартное измерение теплового сопротивления Стандарт измерения теплового сопротивления Также демонстрирует высокую теплопроводность IEC 61189-2-808 Метод теплового перехода Конструкция сборки Специально для электронной сборки Не подходит для измерения одного материала Уникальное преимущество стандарта IEC 61189-2-808 заключается в том, что он специально разработан для измерения теплового сопротивления структур электронных сборок с учетом эффектов интерфейса и влияния сочетания материалов в реальных приложениях.
Технологическая эволюция и перспективы
Поскольку электронные устройства развиваются в сторону высокой плотности мощности, технология терморегулирования сталкивается с новыми вызовами:
IEC 61189-2-808, как первый международный стандарт, специально предназначенный для измерения теплового сопротивления электронных Сборки, обеспечивает важную техническую основу для развития отрасли и может быть расширен в будущем на более широкий спектр областей электронного терморегулирования.
Заключение
IEC 61189-2-808:2024 предоставляет стандартизированный метод измерения теплового сопротивления структур электронных сборок. Используя технологию тепловых переходных процессов, он позволяет точно характеризовать тепловые характеристики сложных структур, состоящих из источников тепла, межсоединений и диэлектрических слоев. Этот стандарт не только определяет методы испытаний и требования к оборудованию, но и предоставляет подробные рекомендации по обработке и внедрению данных, которые имеют большое значение для улучшения терморегулирования и надежности электронного оборудования. По мере развития технологий этот стандарт будет оказывать постоянную техническую поддержку при проектировании тепловых систем в электронной промышленности.
IEC 61189-2-808:2024 Ссылочный документ
- IEC 60194-2 Электронная сборка, проектирование и печатные платы – Словарь – Часть 2: Общее использование в электронных технологиях, а также в технологиях электронной сборки*， 2025-02-01 Обновление
IEC 61189-2-808:2024 История
- 2024 IEC 61189-2-808:2024 Методы испытаний электротехнических материалов, печатных плат и других структур и узлов межсоединений. Часть 2-808: Тепловое сопротивление узла методом термического переходного процесса.
