Измерение температуры чип-компонента Опции

[EUrry]

Задача измерить температуру на поверхности чип-компонента габаритом порядка 1-2 мм. Диапазон температур 0-150 °С, точность не хуже ±1 °С, время измерения не более 5-10 с. Датчик должен достаточно легко и быстро приставляться к объекту и убираться от него. Был вариант использовать термопару (типа китайского шарика), которая приставляется к объекту, но при этом тепловой контакт с объектом получается точечный и, кроме того, т. к. объект находится не в замкнутой камере, то и его поверхность и термодатчик постоянно обдувают конвекционные потоки. Да и гарантированное время установления показаний датчиков находится в районе 20-30 с. ИМХО, вариант вообще никакой, но имеются оптимисты. Всё-таки склоняюсь к замкнутой тепловой миникамере, хотя время при этом, конечно не 10 с, но против природы не попрешь.
Но т. к. в этой теме не силен, то может и зря так пессимистично отношусь к таким идеям, может всё-таки что-то существует? Естественно, цена вопроса чрезвычайно важна и супердорогие решения, удовлетворяющие всем капризам неприемлемы, уж лучше подождать по времени измерения в минитермокамере.

[Vishv]

В свое время мы изобретал похожие ( по изложенным требованиям) датчики на базе p-n перехода.

Работали в рамках НТТМ (если кто помнит было такое поветрие).
Метода простая - в качестве заготовки использовали пластину-спутник с сформированным p-n переходом (большой диод).
Далее с обоих сторон пылили то-ли медь, то-ли никель (давно это было, уже и не помню), скрайбировали в размер 0,7х0,7.
На первых образцах выводы припаивали, потом стали варить ультразвуком.
Датчики получались с приличным быстродействием. Схема измерения - прямое падение на p-n переходе при запитке стабильным током.
Конечно все это было возможным потому что мы сами работали там где микросхемы делались . Конечно под нас никто техпроцесс не настраивал, просто мы использовали стандартные операции.
конец
В вашем случае можно попробовать изобрести что-нибудь на базе бескорпусных диодов (применяются в ГИС).
Ну или поискать подходящих знакомых например в Воронеже.

[maugli]

Может попробовать Thermopile Infrared Detectors and Sensors от PerkinElmer ?

[SNGNL]

MAXIM выпускает датчики в виде чипов. Диапазон температур, габариты и точность измерения подходят. Выход цифровой, можно заказать образцы. Это навскидку, марку (которую использовал) могу уточнить через пару дней, если нужно.
Другой вариант, RTD - ТH100, платина, пленочный на керамике 2х2мм, сверху герметизация стеклом, точность ±0,12 °С. Керамическую подложку, при необходимости, можно аккуратно сточить до 0,1мм.

[EUrry]

Датчики в виде пленочных чипов на керамике я видел, но проблема в том, что, как минимум, объект по размерам сравним с датчиком (т. е. будет забирать много тепла) и всё те же конвекционные потоки всё портят. Кроме того, датчик не привязан к конкретному компоненту, а должен использоваться, как съемный зонд, что еще ужесточает требования к тому же тепловому контакту, например. И в этом случае, ИМХО, бескорпусного диода надолго не хватит.

[rx3apf]

Датчики в виде пленочных чипов на керамике я видел, но проблема в том, что, как минимум, объект по размерам сравним с датчиком (т. е. будет забирать много тепла) и всё те же конвекционные потоки всё портят.

Может быть, подумать на тему бесконтактных IR-термометров ? Правда, может быть, потребуется красить корпус компонента, если он не обладает должной степенью черноты. Но это просто...

[SNGNL]

Тогда накладку на объект и пирометр в виде зонда.

[EUrry]

Может быть, подумать на тему бесконтактных IR-термометров ? Правда, может быть, потребуется красить корпус компонента, если он не обладает должной степенью черноты. Но это просто...

Красить - не вариант. Кроме того, нужно считывать температуру именно компонента, а это еще одна проблема извлечь ее из распределения теплового поля на пирометре.

[rx3apf]

Красить - не вариант.

А чего сложного ? Фломастером чуть-чуть...

Кроме того, нужно считывать температуру именно компонента, а это еще одна проблема извлечь ее из распределения теплового поля на пирометре.

Так использовать пирометр с малым углом. 10-градусного хватит ? Модуль на MX90614 стоит около $50, сам чип что-то в районе $40 (штучно).

[EUrry]

А чего сложного ? Фломастером чуть-чуть...

Нельзя.

Так использовать пирометр с малым углом. 10-градусного хватит ? Модуль на MX90614 стоит около $50, сам чип что-то в районе $40 (штучно).

А что это: MX90614? Что-то не гуглится.

[rx3apf]

Нельзя.

А при контактном способе, боюсь, все равно придется термопроводящим материалом смазывать.

А что это: MX90614? Что-то не гуглится.

Пардон, MLX90614, www.melexis.com

[_Pasha]

А что это: MX90614? Что-то не гуглится.

MLX90614

[EUrry]

А при контактном способе, боюсь, все равно придется термопроводящим материалом смазывать.

Так я с самого начала и отвергаю этот вариант. А вот за вариант с указанным Вами пирометром, спасибо, довольно интересно, надо проработать. Как-то привязались к термопарам и термометрам сопротивления, а это даже не встречали.

[jam]

Красить - не вариант. Кроме того, нужно считывать температуру именно компонента, а это еще одна проблема извлечь ее из распределения теплового поля на пирометре.

Красить ничего не надо - ему приблизительно всё-равно какой материал. Я делал так - к пирометру к его входной оптике сделал из медной фольги конусовидную трубочку, которую приставлял к детальке. Но. оказалось , что нужно учитывать и температуру фольги . Как-то это работало, но с калибровкой я не справился.

[rx3apf]

Красить ничего не надо - ему приблизительно всё-равно какой материал.

Ни фига подобного. Типично требование к черноте - не хуже 0.95, о чем говорится в инструкциях к бесконтактным термометрам. В даташитах на датчики это тоже есть. Ну и по факту - термометры категорически не работают по неокрашенной поверхности водопроводных труб (оцинкованных). По краске любого цвета - работают. Металлическая пластина - чудесно отражает, при этом измерять ее собственную температуру невозможно.

Я делал так - к пирометру к его входной оптике сделал из медной фольги конусовидную трубочку, которую приставлял к детальке. Но. оказалось , что нужно учитывать и температуру фольги . Как-то это работало, но с калибровкой я не справился.

Я пробовал делать диафрагму из фольги на термометр с апертурой этак в полдюйма - неработоспособно. Но там и до линзы было далеко, да и сам датчик был широкоугольный. С 10-градусным, полагаю, проблем будет меньше. Но по поверхности металла - ничего хорошего не получится. По керамике и пластику - почти наверняка будет работать. По защитному лаку на SMD-резистора, к примеру - не знаю и даже предположить не могу.

[SNGNL]

Может попробовать Thermopile Infrared Detectors and Sensors от PerkinElmer ?

datasheet не смотрели?

Я пробовал делать диафрагму из фольги на термометр с апертурой этак в полдюйма - неработоспособно.

Неудивительно, она сама излучает.

[vvs157]

Ни фига подобного. Типично требование к черноте - не хуже 0.95, о чем говорится в инструкциях к бесконтактным термометрам. В даташитах на датчики это тоже есть. Ну и по факту - термометры категорически не работают по неокрашенной поверхности водопроводных труб (оцинкованных)

Практически все диэлетрики на длине ~10 мкм имеют одинаковые коэффициенты излучения - около 0.95. Поэтому по ним прирометр дает правильные показанаия. У многих пирометров есть переключатель коэффициента излучения, что позволяет несколько улучшить точность при работе с металлическими поверхностями. У цинка этот коэффициент 0.1.

[rx3apf]

Неудивительно, она сама излучает.

Тем не менее, измерить температуру гладкой алюминиевой фольги тем термометром было совершенно невозможно, равно как и температуру оцинкованной трубы. А вот если фольгу зачернить - вот тут совершенно без проблем. Но диафрагму я, естественно, ничем не покрывал. А сквозь дырку в пару миллиметров термометр ничего не увидел...

Практически все диэлетрики на длине ~10 мкм имеют одинаковые коэффициенты излучения - около 0.95.

Как на счет полиэтилена, из которого делают линзы пиродатчиков ? А окись магния, с ее коэффициентом 0.2 ?

[jam]

Ни фига подобного. Типично требование к черноте - не хуже 0.95, о чем говорится в инструкциях к бесконтактным термометрам. В даташитах на датчики это тоже есть. Ну и по факту - термометры категорически не работают по неокрашенной поверхности водопроводных труб (оцинкованных). По краске любого цвета - работают. Металлическая пластина - чудесно отражает, при этом измерять ее собственную температуру невозможно.

металлы конечно отражают - поэтому я и сделал трубочку из меди, пирометру при этом кроме меди и детальки ничего не видно.

Я пробовал делать диафрагму из фольги на термометр с апертурой этак в полдюйма - неработоспособно. Но там и до линзы было далеко, да и сам датчик был широкоугольный. С 10-градусным, полагаю, проблем будет меньше. Но по поверхности металла - ничего хорошего не получится. По керамике и пластику - почти наверняка будет работать. По защитному лаку на SMD-резистора, к примеру - не знаю и даже предположить не могу.

У меня пирометр 1:50 (1.2 градуса).

Как на счет полиэтилена, из которого делают линзы пиродатчиков ? А окись магния, с ее коэффициентом 0.2 ?

Вобщето линзы делают из ZnSe , из германия или кремния.
Может этот подойдёт:
http://www.vebion.ru/catalog/metricaldevic...6/696_9636.html

[Tanya]

Красить ничего не надо - ему приблизительно всё-равно какой материал. Я делал так - к пирометру к его входной оптике сделал из медной фольги конусовидную трубочку, которую приставлял к детальке. Но. оказалось , что нужно учитывать и температуру фольги . Как-то это работало, но с калибровкой я не справился.

В какую сторону рупор глядел?

Задача измерить температуру на поверхности чип-компонента габаритом порядка 1-2 мм.

Не очень понятно, что Вам нужно. Один раз на одной плате, или установку, которая много плат много дней... И уж совсем непонятно, что такое температура поверхности...

[EUrry]

Не очень понятно, что Вам нужно. Один раз на одной плате, или установку, которая много плат много дней...

Второе - много раз и много дней.

И уж совсем непонятно, что такое температура поверхности...

Это всё идет от того, что температуру компонента можно измерить только на его поверхности, приложив к ней какой-либо датчик.

[Tanya]

Второе - много раз и много дней.

Это всё идет от того, что температуру компонента можно измерить только на его поверхности, приложив к ней какой-либо датчик.

Как только датчик приложите - так сразу температура и изменится вслед за изменением теплообмена...
И даже радиационно-пирометрические методы детектор на объект фокусируют.
А температуру хотите измерять в скольких точках?

[EUrry]

Как только датчик приложите - так сразу температура и изменится вслед за изменением теплообмена...

Так почему и отрицаю данный подход. Спросил так, на всякий случай, что думают спецы, работающие с подобными проблемами.

А температуру хотите измерять в скольких точках?

Ну, лучше наверное в нескольких точках измерять, дабы знать, когда компонент наиболее полно нагреется до требуемой температуры, но я слабо себе представляю несколько зондов на чипе, например, типоразмером 0603, или еще хуже 0402, хотя может просто не сталкивался с современными достижениями.

[Tanya]

Так почему и отрицаю данный подход. Спросил так, на всякий случай, что думают спецы, работающие с подобными проблемами.

Ну, лучше наверное в нескольких точках измерять, дабы знать, когда компонент наиболее полно нагреется до требуемой температуры, но я слабо себе представляю несколько зондов на чипе, например, типоразмером 0603, или еще хуже 0402, хотя может просто не сталкивался с современными достижениями.

Если можно дырочку снизу просверлить, то туда можно засовывать термопару к подложке. С силиконовой капелькой.
Можно еще дорожку от элемента до места с известной температурой использовать как часть термопары. Еще два щупа константановых. Только нужно питание убирать...
Возможны и более сложные варианты - измеряем температуру снизу, прикладываем на смазке поверхность с известной температурой. Если температура совпадет, то внизу (или рядом) температура не будет меняться.
В принципе, возможно и радиационным методом методом измерять, только для каждого элемента нужно будет градуировать по его излучательной способности (степени черноты).

[EUrry]

To Tanya:
Смазывать компонент ничем нельзя, т. к. отмывать потом надо будет, а это неприемлемо.

А вот при радиационном методе всё-таки надо калибровать на каждый цвет? Я как-то никогда не встречался с пирометрами, а по всяким Fluke посмотреть, так у них как-будто без разницы на это дело. Гуглю "принцип измерения пирометров" - везде один и тот же текст. Какие-то многоспектральные пирометры есть, судя из этого текста, и у меня сложились догадки, что это они и обеспечивает слабую зависимость от излучающей способности объекта, но подробной информации найти так и не удалось. Хотя интуитивно скепсис по этому поводу присутствует.

Вот на рисунке что они измеряют? Либо не знают вообще излучающей способности объектов, либо направляют на те объекты, у которых она заранее известна (хотя на тех же фарфоровых изоляторах на улице она может измениться в зависимости от загрязнений, может только не существенно - я сказать по этому поводу ничего не могу).

[rx3apf]

металлы конечно отражают - поэтому я и сделал трубочку из меди, пирометру при этом кроме меди и детальки ничего не видно.

Медь (если не полированная и старая) имеет весьма высокую степень черноты, алюминий гораздо лучше.

У меня пирометр 1:50 (1.2 градуса).

Хм. Тут бы должно и диафрагмы хватить...

Вобщето линзы делают из ZnSe , из германия или кремния.

Линзы на собственно датчике - да. А в широкоугольных пирометрах и PIR-датчиках - дальше стоит френелевская линза из полиэтилена, изогнутой пластиной или колпачком (у меня в термометре тоже стоит, хотя у него 1:5).

[Tanya]

To Tanya:
Смазывать компонент ничем нельзя, т. к. отмывать потом надо будет, а это неприемлемо.

Можно смазывать слаболетучим - потом улетит.
Температуру по излучению измеряют двумя-тремя способами.
Один метод - сравнение излучения в двух-трех узких спектральных зонах. В предположении одинаковой спектральной черноты дает наилучший результат.
Второй - измеряется интегральное излучение в низкочастотном ИК-диапазоне. Тут требуется калибровка. Этот метод Вам, наверное, и нужно изучать.

[rx3apf]

To Tanya:
Смазывать компонент ничем нельзя, т. к. отмывать потом надо будет, а это неприемлемо.

А вот при радиационном методе всё-таки надо калибровать на каждый цвет?

Не надо - в принципе, правильно было сказано, что для дальнего IR степень черноты довольно высока для большинства диэлектриков (однако пара материалов мне сразу пришла на ум, благо что и справочник под рукой). Если вдруг поверхность компонента металлическая - то по-любому надо зачернять, иначе бесконтактным методом воспользоваться не удастся. Ну и можно себе представить покрытие, которое тоже не обладает достаточной чернотой, и тоже придется красить. А без вариантов, так и придется делать. Контактный метод - это и термоинтерфейс потребуется, и теплоотбор будет по-любому, и 10-15 секунд - я что-то сильно сомневаюсь... А здесь - черный фломастер _может_ потребоваться, и к этому надо быть готовым и не отвергать принципиально, иначе, боюсь, задача вообще не имеет решения...

[EUrry]

Один метод - сравнение излучения в двух-трех узких спектральных зонах. В предположении одинаковой спектральной черноты дает наилучший результат.

Из "достоверного" источника:

Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.

Это оно? Вот у меня домыслы именно про этот способ малозависимости от излучающей способности объекта, но ничем не подтвержденные.

иначе, боюсь, задача вообще не имеет решения...

Я в общем-то тоже именно этого боюсь.

[Tanya]

Из "достоверного" источника:

Это оно? Вот у меня домыслы именно про этот способ малозависимости от излучающей способности объекта, но ничем не подтвержденные.

Таким методом обычно измеряют довольно высокие температуры.