基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，至少包括：提供一覆盖有红外辐射薄膜的散热基板；在相同的室内环境下，分别获取所述散热基板在不同表面温度时的两组出射度数据；其中，每组所述出射度数据至少包括总红外辐射出射度，所述红外辐射薄膜的辐射出射度、周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，以及所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度；利用两组所述出射度数据，计算所述红外辐射薄膜的透过率。本发明专利技术可以测量红外辐射薄膜的发射率和散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，进而可以有针对性地设计更好的红外辐射薄膜，增强功率器件的散热效率，降低芯片的结温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法。
技术介绍
现代社会功率器件使用的领域越来越多，应用的功率越来越大(如今已达100W以上)，大部分电能都转化成热量，使芯片的结温迅速上升，当温度超过最大允许温度时，器件就会因为过热而损坏。散热问题也就成为功率型器件封装的关键，是迫切需要解决的问题。当功率型器件正常工作时，使用散热基板是器件传热的有效方法，散热基板的温度一般要求不能超过60℃。在散热基板上沉积红外辐射薄膜是解决散热问题的方法之一，该红外辐射薄膜是一种宽红外透明高发射率薄膜。散热基板表面沉积红外辐射薄膜后，不仅红外辐射薄膜外表面向外辐射能量，而且散热基板辐射的红外线也会透过红外辐射薄膜向外扩散。在红外辐射薄膜辐射能量最大的情况下，应尽量提散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，从而增强散热效果。但目前还没有一种有效可靠的方法来测量散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，虽然红外光谱仪等设备可以测透明材料上面沉积红外透明薄膜的增透效果，可得到对应波长的最大透过率，但功率型器件所用的散热基板是不透明材料做成的，因此使用现有的红外光谱仪无法测得散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，也就无法针对性地提高散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率。因此，如何实现散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率的测量，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，用于解决现有技术中无法测量散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其中，所述基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法至少包括：提供一覆盖有红外辐射薄膜的散热基板；在相同的室内环境下，分别获取所述散热基板在不同表面温度时的两组出射度数据；其中，每组所述出射度数据至少包括总红外辐射出射度，所述红外辐射薄膜的辐射出射度、周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，以及所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度；利用两组所述出射度数据，计算所述红外辐射薄膜的透过率。优选地，获取所述总红外辐射出射度，具体方法为：提供一红外热像仪，并将所述红外热像仪的发射率预置为1；通过所述红外热像仪接收红外辐射，所述红外热像仪在接收到红外辐射时显示相应的温度；基于所述红外热像仪显示的温度，根据公式(1)得到所述总红外辐射出射度，且所述总红外辐射出射度还满足公式(2)：Wt＝εWf+(1-ε)Wa+εoτWo(2)；其中，Wt为所述总红外辐射出射度，Tt为所述红外热像仪显示的温度，σ为黑体辐射常数，εWf为所述红外辐射薄膜的辐射出射度，(1-ε)Wa为所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，εoτWo为所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度。优选地，获取所述红外辐射薄膜的辐射出射度，具体方法为：测量所述红外辐射薄膜的表面温度，其中，所述红外辐射薄膜的表面温度与所述散热基板的表面温度近似相同；基于所述红外辐射薄膜的表面温度，根据公式(3)得到所述红外辐射薄膜的辐射出射度：其中，Tf为所述红外辐射薄膜的表面温度，ε为所述红外辐射薄膜的发射率，Wf为所述黑体处于所述红外辐射薄膜的表面温度时的辐射出射度。优选地，获取所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，具体方法为：测量周围环境和大气的温度，其中，在室内环境时，所述周围环境的温度与所述大气的温度近似相同；基于所述周围环境的温度，根据公式(4)得到所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度：其中，Ta为所述周围环境的温度，Wa为所述黑体处于所述周围环境的温度时的辐射出射度。优选地，获取所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度，具体方法为：提供一未覆盖所述红外辐射薄膜的样品散热基板；其中，所述样品散热基板和所述散热基板的大小、厚度、材质和表面温度均相同，且处于相同的室内环境中；测量所述样品散热基板的发射率；基于所述样品散热基板的发射率和所述红外辐射薄膜的表面温度，根据公式(5)得到所述样品散热基板的辐射出射度：其中，εoWo为所述样品散热基板的辐射出射度，εo为所述样品散热基板的发射率，Wo为所述黑体处于所述样品散热基板的表面温度时的辐射出射度；基于所述样品散热基板的辐射出射度，根据公式(6)得到所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度：其中，τ为所述红外辐射薄膜的透过率。优选地，测量所述样品散热基板的发射率，具体方法为：将预设强度的辐射能量投射到所述样品散热基板的表面；测量所述样品散热基板的表面发出的反射能量；基于能量守恒定律及基尔霍夫定律，根据公式(7)计算所述样品散热基板的反射率：其中，ρ为所述样品散热基板的反射率，Er为所述预设强度的辐射能量，Eo为所述反射能量；基于所述样品散热基板的反射率，根据公式(8)计算所述样品散热基板的发射率：εo＝1-ρ(8)。优选地，利用两组所述出射度数据，计算所述红外辐射薄膜的透过率，具体方法为：将所述公式(1)、(3)、(4)、(6)代入公式(2)中，化简后得到公式(9)：以使两组所述出射度数据满足下列方程组(10)：其中，Tt1为所述散热基板在第一表面温度时所述红外热像仪显示的温度，Tt2为所述散热基板在第二表面温度时所述红外热像仪显示的温度，Tf1所述散热基板在第一表面温度时测得的所述红外辐射薄膜的表面温度，Tf2为所述散热基板在第二表面温度时测得的所述红外辐射薄膜的表面温度；从而根据公式(11)计算所述红外辐射薄膜的发射率：基于所述红外辐射薄膜的发射率，根据公式(12)计算所述红外辐射薄膜的透过率：优选地，所述散热基板的所述第一表面温度和所述第二表面温度之间的温差为20℃以上。优选地，所述红外辐射薄膜的表面温度、所述周围环境的温度和所述大气的温度均采用热电偶测量。优选地，所述红外辐射薄膜为透明薄膜，所述散热基板为非透明基板。如上所述，本专利技术的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，具有以下有益效果：本专利技术可以测量红外辐射薄膜的发射率和散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，进而可以有针对性地设计更好的红外辐射薄膜，提高散热基板的辐射能量透过红外辐射薄膜的透过率，从而增强功率器件的散热效率，降低芯片的结温。另外，本专利技术中散热基板上沉积的红外辐射薄膜，不局限于某一类薄膜，因此本专利技术应用更广泛。附图说明图1显示为本专利技术实施例的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法的流程示意图。图2显示为本专利技术实施例的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法中红外热像仪接收各热辐射的示意图。元件标号说明1散热基板2红外辐射薄膜3远红外大气窗口4红外热像仪S1～S3步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1和图2，本专利技术的实施例涉及一种基于红外热像仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，所述基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法至少包括：提供一覆盖有红外辐射薄膜的散热基板；在相同的室内环境下，分别获取所述散热基板在不同表面温度时的两组出射度数据；其中，每组所述出射度数据至少包括总红外辐射出射度，所述红外辐射薄膜的辐射出射度、周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，以及所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度；利用两组所述出射度数据，计算所述红外辐射薄膜的透过率。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，所述基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法至少包括：提供一覆盖有红外辐射薄膜的散热基板；在相同的室内环境下，分别获取所述散热基板在不同表面温度时的两组出射度数据；其中，每组所述出射度数据至少包括总红外辐射出射度，所述红外辐射薄膜的辐射出射度、周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，以及所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度；利用两组所述出射度数据，计算所述红外辐射薄膜的透过率。2.根据权利要求1所述的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，获取所述总红外辐射出射度，具体方法为：提供一红外热像仪，并将所述红外热像仪的发射率预置为1；通过所述红外热像仪接收红外辐射，所述红外热像仪在接收到红外辐射时显示相应的温度；基于所述红外热像仪显示的温度，根据公式(1)得到所述总红外辐射出射度，且所述总红外辐射出射度还满足公式(2)：Wt=σTt4---(1);]]>Wt＝εWf+(1-ε)Wa+εoτWo(2)；其中，Wt为所述总红外辐射出射度，Tt为所述红外热像仪显示的温度，σ为黑体辐射常数，εWf为所述红外辐射薄膜的辐射出射度，(1-ε)Wa为所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，εoτWo为所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度。3.根据权利要求2所述的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，获取所述红外辐射薄膜的辐射出射度，具体方法为：测量所述红外辐射薄膜的表面温度，其中，所述红外辐射薄膜的表面温度与所述散热基板的表面温度近似相同；基于所述红外辐射薄膜的表面温度，根据公式(3)得到所述红外辐射薄膜的辐射出射度：ϵWf=ϵσTf4---(3);]]>其中，Tf为所述红外辐射薄膜的表面温度，ε为所述红外辐射薄膜的发射率，Wf为所述黑体处于所述红外辐射薄膜的表面温度时的辐射出射度。4.根据权利要求3所述的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，获取所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度，具体方法为：测量周围环境和大气的温度，其中，在室内环境时，所述周围环境的温度与所述大气的温度近似相同；基于所述周围环境的温度，根据公式(4)得到所述周围环境对所述红外辐射薄膜表面的反射出射度：(1-ϵ)Wa=(1-ϵ)σTa4---(4);]]>其中，Ta为所述周围环境的温度，Wa为所述黑体处于所述周围环境的温度时的辐射出射度。5.根据权利要求4所述的基于红外热像仪的红外辐射薄膜透过率的测量方法，其特征在于，获取所述散热基板发出的透过所述红外辐射薄膜的辐射出射度，具体方法为：提供一未覆盖所述红外辐射薄膜的样品散热基板；其中，所述样品散热基板和所述散热基板的大小、厚度、材质和表面温度均相同，且处于相同的室内环境中；测量所述样品散热基板的发射率；基于所述样品散热基板的发射率和所述红外辐射薄膜的表面温度，根据公式(5)得到所述样品散热基板的辐射出射度：&epsi...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴思伟，吴行阳，杨连乔，张建华，殷录桥，李起鸣，特洛伊·乔纳森·贝克，
申请(专利权)人：上海大学，镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31