《电力半导体器件用散热器第2部分：热阻和流阻测量方法gbt+8446.2-2022》详细解读

《电力半导体器件用散热器第2部分：热阻和流阻测量方法gb/t8446.2-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4热阻测量方法4.1原理4.2温度测量的规定点4.3规定点温度的测量contents目录4.4测量系统4.5测量条件4.6测量程序5流阻测量方法5.1原理5.2压力测量的规定点5.3测量系统5.4测量条件contents目录5.5测量程序附录A(资料性)通过测量热流确定双侧散热半导体器件用散热体的热阻附录B(资料性)热平衡相对误差计算参考文献011范围本标准规定了电力半导体器件用散热器的热阻和流阻测量方法，适用于各类电力半导体器件散热器的性能评估。适用范围本标准适用于自然对流、强迫风冷及强迫液冷等冷却方式下的散热器。散热器材料、结构、尺寸、制造工艺等因素均在本标准的考虑范围内。对于非电力半导体器件的散热器，如计算机芯片散热器等，不在本标准的讨论之列。散热器的安装、使用、维护等过程中的安全问题，本标准未做具体规定。本标准不适用于特殊环境下的散热器，如极端温度、辐射环境等。不适用范围022规范性引用文件引用标准GB/TXXXX.X-XXXX《电力半导体器件用散热器第X部分：XXX》（该部分需根据实际情况填写具体编号及名称）GB/TXXXX.X-XXXX《电力半导体器件用散热器第X部分：XXX》（该部分同样需根据实际情况填写）流阻表示冷却介质通过散热器时，由于散热器结构造成的流体阻力。散热器一种设计用于将电力半导体器件产生的热量有效地传递至周围环境的装置，以保持器件在正常工作温度范围内。热阻表示散热器在热传递过程中，单位时间内单位面积的热量传递所受到的阻力。术语和定义引用文件的应用在本标准的制定过程中，引用了上述标准中的相关条款，以确保本标准的科学性和实用性。引用文件的具体应用包括但不限于：散热器材料的选择、散热器结构设计、热阻和流阻的测量方法等。033术语和定义散热器热阻定义指散热器在单位功率下，其热沉表面与环境之间产生的温差所对应的热阻。热阻计算公式Rth=(Ts-Ta)/P，其中Rth为散热器热阻，Ts为散热器热沉表面温度，Ta为环境温度，P为施加于散热器上的功率。热阻的意义散热器热阻是评价散热器散热性能的重要指标，热阻越小，散热性能越好。3.1散热器热阻指冷却介质流过散热器时所产生的压力损失。散热器流阻定义流阻的影响因素流阻的测量方法散热器流阻受散热器结构、冷却介质密度、粘度以及流速等多种因素影响。通常采用压力计测量散热器进出口的压力差，再根据流体力学公式计算出流阻。3.2散热器流阻3.3测量方法与要求测量仪器要求测量仪器应具备足够的精度和稳定性，以确保测量结果的准确性。测量过程要求测量过程中应严格按照规定的操作步骤进行，避免人为因素导致的测量误差。同时，应对测量结果进行多次重复测量，以验证其稳定性和可靠性。测量环境要求测量时应确保环境温度、湿度等参数稳定，以减小测量误差。030201044热阻测量方法稳态热阻测量基于稳定状态下的热平衡原理，通过测量散热器在恒定功率下的温度分布，计算热阻。原理介绍确定测量点、施加恒定功率、等待热平衡、记录温度数据、计算热阻。测量步骤确保测量环境稳定、准确控制功率输入、选用合适的温度传感器。注意事项4.1稳态热阻测量瞬态热阻测量利用散热器在短时间内的温度变化，通过测量温度响应曲线来计算热阻。原理介绍施加阶跃功率、记录温度响应曲线、根据曲线特征计算热阻。测量步骤快速响应的功率源和温度传感器、确保测量过程中无外界干扰。注意事项4.2瞬态热阻测量010203测量设备精度、环境温度波动、散热器表面状态等。误差来源选用高精度测量设备、控制环境温度稳定、保持散热器表面清洁。减小误差方法合理分析误差范围，确保测量结果的准确性和可靠性。误差处理原则4.3热阻测量误差分析4.4热阻测量应用示例示例一某种型号散热器的热阻测量过程及结果分析。针对不同材料的散热器进行热阻测量，比较性能差异。示例二通过热阻测量评估散热器在不同工作条件下的性能表现。示例三054.1原理通过测量散热器基板和环境之间的温差，结合已知的热流量，来计算热阻。温差测量热阻测量原理在测量过程中，需要确保通过散热器的热流量稳定且已知，以便准确计算热阻。热流量控制为减小测量误差，应确保测量系统处于良好的绝热条件，防止热量损失。绝热条件压差测量通过测量散热器进出口的压差，结合已知的流量，来计算流阻。流量控制流体物性流阻测量原理在测量过程中，需要确保通过散热器的流量稳定且已知，以便准确计算流阻。流阻的测量还涉及流体的密度、粘度等物性参数，这些参数对测量结果具有重要影响。01仪器校准为确保测量准确性，应对所使用的测量仪器进行定期校准。测量准确性保障02环境控制测量环境的温度、湿度等条件应保持稳定，以减小环境因素对测量结果的影响。03操作规范测量人员应遵循规范的操作流程，确保测量结果的可靠性和准确性。064.2温度测量的规定点中心点测量通常选择散热器基板的中心点作为温度测量点，以获得基板的平均温度。多点测量在大型或复杂的散热器基板上，可能需要选择多个测量点，以确保更准确的温度分布评估。散热器基板温度测量点肋片根部测量选择散热器肋片的根部附近作为测量点，以评估肋片与基板连接处的温度情况。肋片顶部测量在散热器肋片的顶部选择测量点，可以了解肋片最远端的温度状况。散热器肋片温度测量点在散热器附近选择环境温度测量点，以获取散热器所处环境的实际温度。散热器附近测量同时，在远离散热器的位置也设置环境温度测量点，以对比不同位置的环境温度差异。远离散热器测量环境温度测量点代表性原则所选择的测量点应能够代表散热器各关键部位的温度状况。均匀分布原则在散热器表面均匀布置测量点，以全面反映散热器的温度分布情况。便于操作原则测量点的选择和布置应便于实际操作和记录，确保测量结果的准确性。测量点的选择与布置原则074.3规定点温度的测量测量设备应具备足够的准确度，以确保测量结果的可靠性。准确度测量设备应具有良好的稳定性，以减小测量过程中的误差。稳定性测量设备的分辨率应满足测量要求，能够捕捉到微小的温度变化。分辨率测量设备的要求代表性选择的测量点应能够代表散热器在工作过程中的实际温度状况。可重复性在相同条件下，选择的测量点应能够重复测量，以验证测量结果的准确性。安全性选择的测量点应便于操作，且不会对散热器或测量人员造成安全隐患。030201测量点的选择原则预备工作数据采集布置测量点数据分析确保散热器处于稳定工作状态，检查测量设备的准确性和稳定性。记录各测量点的温度数据，同时记录环境温度和散热器的工作状态。根据选择原则，在散热器上布置测量点，确保测量点与散热器紧密接触。对采集到的温度数据进行处理和分析，计算各测量点的温度差和平均温度等参数。测量方法与步骤注意事项在测量过程中，应注意避免外界干扰，确保测量结果的准确性。同时，应定期对测量设备进行校准和维护，以延长其使用寿命。常见问题解析注意事项与常见问题解析针对测量过程中可能出现的异常数据或误差，应进行详细分析，找出原因并采取相应的解决措施。例如，检查测量点是否松动或接触不良，以及检查测量设备是否出现故障等。0102084.4测量系统温度测量装置选用合适的流量计，实现冷却水流量的精确测量。流量测量装置数据采集与处理系统负责实时采集温度、流量等参数，并进行数据处理与分析。采用高精度温度传感器，确保温度测量的准确性。4.4.1测量系统的组成4.4.2测量系统的校准与验证定期对测量系统进行校准，确保测量结果的可靠性。在实际应用前，对测量系统进行验证，以确认其满足相关标准和要求。制定详细的操作规程，指导操作人员正确使用测量系统。定期对测量系统进行维护保养，延长其使用寿命并确保测量精度。4.4.3测量系统的操作与维护4.4.4测量系统的安全与防护采取必要的安全措施，确保测量过程中的人员和设备安全。对测量系统进行防护，防止外界干扰对测量结果造成影响。““094.5测量条件温度控制为确保测量结果的准确性，需对环境温度进行严格控制，通常要求在恒温环境下进行测量。4.5.1环境条件湿度要求环境湿度对测量结果也有一定影响，因此需要对湿度进行监测和控制。无外界干扰测量过程中应避免外部电磁干扰、振动等影响因素，以确保测量数据的稳定性。4.5.2测量设备010203热阻测量仪用于测量散热器热阻的专用设备，需具备高精度和稳定性。流阻测量装置用于测量散热器流阻的装置，应能准确模拟实际工作条件下的流体流动状态。辅助设备包括温度传感器、压力传感器等，用于实时监测和记录测量过程中的相关参数。按照设备说明书进行设备的安装和调试，确保设备处于最佳工作状态。安装调试按照预定的测量方法和步骤进行实际操作，记录测量数据，并注意观察设备运行状态。进行测量检查测量设备是否完好无损，确保测量环境符合条件要求。准备工作4.5.3测量方法与步骤数据整理对测量得到的数据进行整理，去除异常值，确保数据的真实性和可靠性。结果判定将分析结果与标准规定值进行比较，判断散热器性能是否满足要求。数据分析运用统计学方法对数据进行处理和分析，以得出散热器热阻和流阻的准确数值。4.5.4数据处理与分析104.6测量程序选择合适的测量设备根据测量要求，选用合适的温度计、热流计、压力计等测量设备，并确保其准确性和可靠性。搭建测量环境按照标准要求，搭建稳定的测量环境，包括温度控制、风速控制等，以减小外界因素对测量结果的影响。确定测量目的和要求明确所需测量的电力半导体器件类型、散热器型号以及测量精度等。4.6.1准备工作4.6.2测量步骤将待测散热器及电力半导体器件正确安装到测试台架上，确保安装牢固且接触良好。安装散热器及器件根据标准要求，通过控制加热装置向散热器施加规定的热流量，同时监测并记录散热器各关键点的温度变化情况。施加规定的热流量为确保测量结果的准确性和可靠性，需按照标准要求进行多次重复测量，并对测量结果进行比对和验证。重复测量与验证在稳定状态下，利用测量设备测量散热器的热阻和流阻，记录测量数据，并进行必要的计算和分析。测量热阻和流阻02040103数据整理对测量过程中获得的数据进行整理，包括温度、热流量、热阻、流阻等关键参数。01.4.6.3数据处理与结果分析数据处理利用专业的数据处理软件或方法，对整理后的数据进行处理，如计算平均值、标准差等统计量，以评估测量结果的稳定性和可靠性。02.结果分析结合测量目的和要求，对处理后的结果进行深入分析，探讨散热器性能优劣及影响因素，为散热器的优化设计和应用提供有力支持。03.115流阻测量方法流阻定义流阻是指流体通过散热器时所产生的阻力，是评价散热器性能的重要指标。测量依据流阻测量基于流体动力学原理，通过测量流体通过散热器前后的压力差来计算流阻。测量目的流阻测量旨在准确评估电力半导体器件用散热器的流阻性能，为散热器的选用和设计提供依据。5.1测量原理压力传感器用于测量流体通过散热器前后的压力，需具备高精度和稳定性。恒温装置提供稳定的流体温度环境，以消除温度对流阻测量结果的影响。流量计用于测量通过散热器的流体流量，确保测量结果的准确性。5.2测量设备5.3测量步骤按照规定的安装方式将散热器安装在测试系统中。安装散热器开启流体供应系统，使流体以规定的流量通过散热器。施加流体检查测量设备是否完好无损，确保设备处于良好的工作状态。预备工作在流体稳定流动后，记录压力传感器和流量计的数据。数据记录根据记录的数据计算散热器的流阻，并进行结果分析。结果计算测量过程中需保持测试系统的密封性，防止流体泄漏影响测量结果。应定期对测量设备进行校准，确保测量结果的准确性和可靠性。在测量过程中如遇到异常情况，应立即停止测量并检查原因，确保人员和设备安全。5.4注意事项010203125.1原理热阻定义热阻是反映散热器散热性能的重要参数，表示单位时间内散热器传递热量的能力。在电力半导体器件中，热阻的大小直接影响到器件的工作温度和散热效果。测量方法热阻的测量通常采用稳态法或瞬态法。稳态法是在散热器达到热平衡状态下，通过测量散热器两端的温差和流经散热器的热功率来计算热阻。而瞬态法则是通过测量散热器在加热或冷却过程中的温度响应来计算热阻。热阻测量原理流阻定义流阻是反映散热器内部流体流动阻力大小的参数。在电力半导体器件中，流阻的大小会影响到冷却流体的流量和散热效果。测量方法流阻的测量通常采用压差法或流量法。压差法是通过测量散热器进出口两端的压差来计算流阻。而流量法则是通过测量流经散热器的流体流量和散热器两端的压差来计算流阻，这种方法更为直接和准确。流阻测量原理掌握热阻和流阻的测量原理，可以准确评估电力半导体器件用散热器的性能，为散热器的设计、选型和使用提供重要依据。原理应用在电力半导体器件中，散热器性能的好坏直接影响到器件的工作稳定性和使用寿命。因此，准确测量热阻和流阻对于确保电力半导体器件的可靠运行具有重要意义。同时，这些测量原理还可以为相关标准的制定和修订提供理论支持，推动行业的技术进步和发展。重要性原理应用与重要性135.2压力测量的规定点压力测量位置散热器出口压力测量点应位于散热器出口管道直管段上，确保测量准确性。散热器入口压力测量点应位于散热器入口管道直管段上，避免受弯头、阀门等部件干扰。VS测量仪器应具有一定的精度等级，以确保测量结果的可靠性。量程范围测量仪器的量程范围应适应实际工作压力范围，避免测量过程中出现超量程现象。精度等级压力测量仪器要求测量过程中应确保环境温度稳定，以避免温度对压力测量结果的影响。温度控制测量环境应尽可能减少振动与噪声干扰，以提高测量精度。振动与噪声控制压力测量环境要求数据记录每次测量应详细记录测量数据，包括测量时间、测量值等关键信息。数据分析对测量数据进行统计分析，计算平均值、标准差等参数，以评估测量结果的稳定性和可靠性。压力测量数据处理145.3测量系统包括热电偶、热电阻等温度传感器，用于实时监测散热器及环境温度。温度测量装置由流量计及其附件组成，确保准确测量冷却介质的流量。流量测量装置负责收集温度、流量等参数，并进行实时处理与分析。数据采集与处理系统测量系统的组成测量系统的校准与验证定期对测量设备进行校准，确保其准确性与可靠性。在实验前对测量系统进行整体验证，以减小系统误差对实验结果的影响。““010203确保测量设备与散热器之间的良好热接触，避免热量损失。尽量减少外部环境对测量结果的干扰，如电磁干扰、振动等。严格按照操作规程进行，以确保测量数据的真实性与有效性。测量过程中的注意事项155.4测量条件030201温度控制为确保测量结果的准确性，测试环境温度应保持稳定，并符合相关标准规定。湿度要求测试环境的湿度对测量结果有一定影响，因此需要控制在一定范围内。电磁干扰应采取措施减小外界电磁干扰对测量设备的影响，以保证测量数据的可靠性。5.4.1环境条件用于测量散热器的热阻，应具备高精度和稳定性。热阻测量仪5.4.2测量设备用于测量散热器的流阻，应能够准确反映流体通过散热器时的阻力。流阻测量仪包括温度传感器、流量传感器等，用于监测和记录测量过程中的相关参数。辅助设备热阻测量按照规定的测量程序，使用热阻测量仪对散热器的热阻进行测量，并记录测量结果。流阻测量通过流阻测量仪，在规定的条件下测量散热器在不同流量下的流阻，以评估其性能。5.4.3测量方法5.4.4数据处理与分析数据整理对测量得到的数据进行整理，包括数据清洗、异常值处理等，以确保数据的准确性和可靠性。数据分析采用适当的统计方法对测量数据进行分析，以评估散热器的热阻和流阻性能是否满足相关标准和要求。结果报告根据数据分析结果，编写详细的测量报告，包括测量条件、测量结果、数据分析等内容，以供相关部门和人员参考和使用。165.5测量程序确定测量目的和所需精度明确测量是为了评估散热器的热阻还是流阻，以及所需的测量精度。5.5.1准备工作选择合适的测量仪器根据测量目的和精度要求，选用适当的温度计、流量计等测量仪器。检查散热器状态确保散热器完好无损，表面清洁无杂质，以免影响测量结果。控制环境温度和湿度保持测量环境内的温度和湿度稳定，以减小环境因素对测量结果的影响。015.5.2测量环境设置确保测量空间足够为测量仪器和散热器提供足够的空间，确保测量过程中不会受到干扰。02安装测量仪器按照仪器使用说明正确安装测量仪器，确保与散热器连接紧密可靠。开始测量启动测量仪器，记录散热器在特定条件下的热阻和流阻数据。多次测量取平均值为提高测量准确性，建议进行多次测量并取平均值作为最终结果。5.5.3测量步骤整理测量数据将测量得到的数据进行整理，以便后续分析处理。分析数据变化趋势通过观察数据变化趋势，评估散热器的性能表现及可能存在的问题。比较不同散热器性能可将多款散热器的测量数据进行对比，从而挑选出性能更优的产品。5.5.4数据处理与分析17附录A(资料性)通过测量热流确定双侧散热半导体器件用散热体的热阻测量原理采用热流计直接测量通过散热体的热流，结合温度测量，计算热阻。热流计测量法稳态测量是在热平衡状态下进行，结果稳定可靠；瞬态测量则可观察热阻随时间的变化。稳态与瞬态测量针对双侧散热的半导体器件，需同时考虑两侧散热体的热阻及相互影响。双侧散热考虑010203测量装置与步骤测量装置包括热流计、温度传感器、数据采集与处理系统等。01校准与标定确保测量装置的准确性，需定期进行校准与标定。02测量步骤确定测量点、安装测量装置、施加功率、记录数据并处理分析。03通过测量得到的热流与温度数据，计算热阻值。数据处理与误差分析数据处理包括测量装置误差、环境温度波动、热损失等。误差来源采用统计学方法对误差进行定量评估，提