一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统，包括依次设置的PCB板卡、芯片、导热块和散热系统，以及测温设备。通过PCB板卡、芯片、导热块和散热系统建立热传导路径，并通过测温设备测量导热块表面的温度以及通过傅里叶导热定律和直线拟合，得到芯片的功耗，解决了现有技术中对于未预留电学特性测试的接口且已组装完成的芯片，通过测试芯片的电流和电压计算功耗难度比较大以及测量芯片的结温比较困难，以至于无法计算芯片功耗的问题；通过绝热垫减小导热块与空气之间的热对流和热辐射所消耗的功耗，以及通过提高芯片的结传递至导热块上功耗，降低芯片的结传递至PCB板卡上的功耗，使得基于热传导原理的芯片功耗测试系统的精度提高。试系统的精度提高。试系统的精度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统


[0001]本专利技术属于芯片功耗测试领域，具体涉及一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统。

技术介绍

[0002]电子设备进行热分析时，芯片的功耗是影响评估准确性的重要指标，如何快速、准确地估算芯片的实际功耗，是散热设计的关键。尤其对于军用电子设备，环境要求更加严格，要求在高温55℃甚至70℃能够稳定运行，如何测试此时的芯片功耗将变得尤为关键。
[0003]目前，芯片功耗测试的方法主要有两种：一是基于芯片的电学特性测试，即通过测试芯片的电流和电压计算功耗，例如专利CN105629052B芯片功耗实时监测方法，这种方法是目前测试芯片功耗的主要方法。但这种方法存在一定的局限性，直接测试芯片的电流和电压计算功耗，但对于已经加工安装至PCB板上的芯片，且未预留电学特性测试的接口，例如BGA封装或者多电压供电的芯片，利用这种方法直接测量芯片的电压和电流难度比较大。
[0004]另一种是基于芯片自身的热学特性，即根据芯片的内部温度、表面温度、结壳热阻和结板热阻拟合功耗值，例如专利CN114912390一种芯片功耗的计算方法、装置、设备及存储介质。这种方法是通过测量芯片结温、壳温，并根据规格书上的结壳热阻和结板热阻计算芯片功耗的方法，虽然有效提高了测试的便利性，但一般厂家提供的部分芯片规格书中并没有提供结壳热阻和结板热阻数据，同时对于完成制造的芯片，测量芯片的结温比较困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对解决
技术介绍
中提出的问题，提出一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0007]本专利技术提出的一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统，包括依次设置的PCB板卡、芯片、导热块和散热系统，以及测温设备，其中：
[0008]芯片安装在PCB板卡上，导热块的底端与芯片的上表面贴合，顶端与散热系统贴合，在导热块的外壁取若干个沿高度方向分布的测点。
[0009]测温设备带有若干根线缆，各线缆的末端与测点一一对应，且与导热块的外壁固定连接。
[0010]芯片的功耗计算公式满足：
[0011][0012]其中，ΔT表示任意两个测点之间的温度差，P表示芯片的功耗，ΔL表示任意两个测点之间的距离，ρ表示导热块的导热率，A表示导热块的横截面积。
[0013]根据各测点到芯片与导热块接触处的距离、各测点的温度进行直线拟合，根据直线拟合的结果和芯片的功耗计算公式得到芯片的功耗。
[0014]优选地，基于热传导原理的芯片功耗测试系统还包括绝热垫，绝热垫包裹于导热块和芯片的外侧壁，且绝热垫上开设有与各测点对应的通孔，测温设备的线缆一一对应穿过通孔后连接至测点。
[0015]优选地，芯片的结传递至导热块上的功耗满足：
[0016]P
a
＝θ
a
×
(T
j
‑
T
a
)(II)
[0017]芯片的结传递至PCB板卡上的功耗满足：
[0018]P
b
＝θ
b
×
(T
j
‑
T
b
)(III)
[0019]根据公式(I)得到：
[0020][0021]其中，P
a
表示芯片的结传递至PCB板卡上的功耗，θ
a
表示芯片的结壳热阻，T
a
表示芯片与导热块接触处的温度，T
j
表示芯片的结温，P
b
表示芯片的结传递至PCB板卡上的功耗，θ
b
表示芯片的结板热阻，T
b
表示芯片与PCB板卡接触处的温度，T
c
表示芯片与散热系统接触处的温度，L表示导热块的高度。
[0022]由于本基于热传导原理的芯片功耗测试系统的精度取决于提高芯片的结传递至导热块上的功耗，同时根据公式(II)至(IV)得到：
[0023]若提高基于热传导原理的芯片功耗测试系统的精度，则提高芯片的结传递至导热块上功耗，降低芯片的结传递至PCB板卡上的功耗。
[0024]优选地，根据各测点到芯片与导热块接触处的距离、各测点的温度进行直线拟合，根据直线拟合的结果和芯片的功耗计算公式得到芯片的功耗，包括：
[0025]直线拟合结果为：
[0026]T＝kL
i
+b(V)
[0027]将任意两个测点的相应参数代入公式(V)后进行作差得到：
[0028]ΔT＝k
×
ΔL(VI)
[0029]根据公式(I)和(V)，得到芯片(6)的功耗P：
[0030]P＝|k|ρA(VII)
[0031]其中，T表示各测点的温度，L
i
表示各测点到芯片与导热块接触处的距离，|k|表示直线拟合的斜率。
[0032]优选地，散热系统为风冷散热系统、液冷散热系统或热电散热系统。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0034]1、本基于热传导原理的芯片功耗测试系统通过PCB板卡、芯片、导热块和散热系统建立热传导路径，并通过测温设备测量导热块表面的温度以及通过傅里叶导热定律和直线拟合，得到芯片的功耗，且结构简单，计算方便，解决了现有技术中对于未预留电学特性测试的接口且已组装完成的芯片，通过测试芯片的电流和电压计算功耗难度比较大以及测量芯片的结温比较困难，以至于无法计算芯片功耗的问题；
[0035]2、本基于热传导原理的芯片功耗测试系统通过绝热垫减小导热块与空气之间的热对流和热辐射所消耗的功耗，以及通过提高芯片的结传递至导热块上功耗，降低芯片的结传递至PCB板卡上的功耗，使得基于热传导原理的芯片功耗测试系统的精度提高。
附图说明
[0036]图1为本专利技术基于热传导原理的芯片功耗测试系统的爆炸示意图；
[0037]图2为本专利技术基于热传导原理的芯片功耗测试系统的组装示意图；
[0038]图3为本专利技术仿真实验中的第一直线拟合的曲线图；
[0039]图4为本专利技术仿真实验中的第二直线拟合的曲线图；
[0040]图5为本专利技术仿真实验中的第三直线拟合的曲线图。
[0041]附图标记说明：1、PCB板卡；2、测温设备；3、导热块；4、绝热垫；5、散热系统；6、芯片。
具体实施方式
[0042]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0043]需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热传导原理的芯片功耗测试系统，其特征在于：所述基于热传导原理的芯片功耗测试系统包括依次设置的PCB板卡(1)、芯片(6)、导热块(3)和散热系统(5)，以及测温设备(2)，其中：所述芯片(6)安装在所述PCB板卡(1)上，所述导热块(3)的底端与芯片(6)的上表面贴合，顶端与散热系统(5)贴合，在所述导热块(3)的外壁取若干个沿高度方向分布的测点；所述测温设备(2)带有若干根线缆，各所述线缆的末端与所述测点一一对应，且与所述导热块(3)的外壁固定连接；所述芯片(6)的功耗计算公式满足：其中，ΔT表示任意两个测点之间的温度差，P表示芯片(6)的功耗，ΔL表示任意两个测点之间的距离，ρ表示导热块(3)的导热率，A表示导热块(3)的横截面积；根据各所述测点到芯片(6)与导热块(3)接触处的距离、各测点的温度进行直线拟合，根据直线拟合的结果和芯片(6)的功耗计算公式得到芯片(6)的功耗。2.如权利要求1所述的基于热传导原理的芯片功耗测试系统，其特征在于：所述基于热传导原理的芯片(6)功耗测试系统还包括绝热垫(4)，所述绝热垫(4)包裹于所述导热块(3)和芯片(6)的外侧壁，且所述绝热垫(4)上开设有与各所述测点对应的通孔，所述测温设备(2)的线缆一一对应穿过所述通孔后连接至所述测点。3.如权利要求1所述的基于热传导原理的芯片功耗测试系统，其特征在于：所述芯片(6)的结传递至所述导热块(3)上的功耗满足：P
a
＝θ
a
×
(T
j
‑
T
a
)(II)所述芯片(6)的结传递至PCB板卡(1)上的功耗满足：P
b
＝θ
b
×
(T
j
‑
T
b
)(III)根据公...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁瑞翔，张裕，雷波，王思学，阮翔，祖顺江，陈骏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十二研究所，
类型：发明
国别省市：