热成像仪测MOSFET温度

热成像仪测MOSFET温度

根据提供的搜索结果，热测量方法主要分为非接触式和接触式两大类，针对不同材料特性和测量场景各有优势。以下是核心方法的总结及关键技术要点：

🔥 一、非接触式热测量方法

1. 红外热成像技术

   • 原理：通过捕捉物体表面的红外辐射强度，转换为温度分布图像。
   • 适用场景：大范围表面温度快速扫描（如PCB板整体热分布）。
   • 局限性：
     • 金属表面误差大：金属反射率高（发射率ε≈0.1~0.3），直接测量会显著低估真实温度（误差可达30℃以上）。
     • 空间分辨率不足：红外波长（3_{5μm）限制最小解析尺寸，对GaN器件亚微米级热点（如0.25μm栅极）无法精确测温，会低估峰值温度20}30℃。
   • 改进措施：
     • 表面涂层处理：喷涂哑光黑漆（ε>0.94）或粘贴高发射率胶带（如电工胶带ε≈0.95），将反射率影响降至10%以内。
     • 锁相红外热成像（LIT）：通过动态调制热源并锁相检测，提升信噪比和灵敏度（温差分辨率<1mK），可定位μW级功率损耗缺陷。

2. 微区拉曼热成像

   • 原理：基于声子频率随温度偏移的特性，通过激光散射光谱实现亚微米级分辨率测温（深度分辨率达μm级）。
   • 优势：
     • 非侵入、高精度（纳秒级时间分辨率），适合GaN/SiC等宽禁带半导体的沟道温度测量。
     • 可穿透封装层测量内部热点，避免红外技术的表面局限。
   • 应用：与有限元分析（FEA）结合构建热模型，验证器件可靠性（如Qorvo公司的GaN热设计方法）。

🔌 二、接触式热测量方法

1. 热电偶法

   • 原理：利用塞贝克效应，通过热电偶结点温度差产生电压信号换算温度。
   • 操作要点：
     • 热电偶需紧密贴合被测点（如MOSFET管壳），使用高温胶固定，避免影响散热。
     • 配合数据采集卡和多通道万用表（如SDM3065X），可实时记录温度曲线（图1）。
   • 优势：直接接触测量、精度高（±0.5℃）、成本低，适合稳态温升测试（如电源模块满载实验）。

2. 电学法（温敏参数法）

   • 原理：利用半导体器件的电学参数（如MOSFET的Vgs、Vds）随温度变化的特性间接测温。
   • 关键参数：
     • Vgs温敏系数：线性度高，适合GaN器件（阈值电压低至1.5V）。
     • 热阻测试：结合加热功率和温升计算热阻，需校准测试电流与延迟时间。
   • 应用：功率器件结温在线监测，无需额外传感器。

📊 三、热测量方法对比与选型

热成像仪测MOSFET温度注意事项

要正确使用红外摄像仪，首先需要理解其精度影响因素，除了仪器本身的因素外，主要表现在以下几个方面：
1、物体表面辐射率
2、测试角度
3、距离系数
4、大气吸收
大多数非金属材料（如塑料、油漆、皮革、纸张等）发射率可设置为 0.95，相同材质、不同颜色的目标其发射率非常接近，误差通常不超过测量精度范围；部分表面光亮的非金属材料发射率较低（如瓷砖、玻璃等）。当不知道测试表面的发射率时，通常采用如下方法来处理，保证测试结果的准确性

绝缘胶带法

将一块绝缘胶带（已知发射率）贴于被测物体表面，通过调整红外热像仪发射率，使被测材料表面的温度与贴有绝缘胶带表面温度相同或接近，此时的发射率即为被测材料物体正确的发射率。
操作方法
贴绝缘胶布（建议使用 3M 电气绝缘胶带，牌号 1712，黑色），发射率：0.93
适用场合
此种方法适用于被测目标相对比较大，温度较低（小于 80℃），要求测试后不改变原目标表面状况的场合，例如各种散热模块，光洁芯片（较大）表面，金属表面等

喷漆法

将漆（已知发射率）均匀的喷涂在被测物体表面，然后通过调整红外热像仪发射率，直到没有喷漆的表面温度与喷漆表面温度相同或接近，此时的发射率即为目标物体正确的发射率。
操作方法
喷涂的丙烯酸树脂（建议使用保赐利自动喷漆，黑色），发射率： 0.97。
适用场合
此种方法可以适用于温度较高目标，也可以适用目标尺寸较小的，但可以接受 被测物体表面状况被改变的场合，例如设备维护场合下的管道、阀门等静设备 ；制造业中，较小的芯片表面、管脚、不规则的散热片、电容器顶端、LED 芯片（表面镀银）。
注意事项
应尽量使喷漆面均匀，而且薄（但要覆盖住被测目标表面），同时要给客户说明，喷涂后的目标可能无法擦拭干净；建议使用者喷涂 3 分钟后，再进行测试。建议使用黑体漆 : 已知发射率为 0.96

涂抹法

用水性白板笔（已知发射率）均匀的涂抹在被测物体表面，然后通过调整红外热像仪发射率，直到没有涂抹的表面温度与涂抹表面温度相同或接近，此时的发射率即为目标物体正确的发射率。

操作方法
涂抹水性白板笔（建议使用晨光水性白板笔，牌号 MG - 2160 ，黑色），发射率：0.95。
适用场合

此方法可以适用于不允许改变物体表面状态（涂抹后可擦去），同时 形状不适合进行胶带粘贴的目标，涂抹法可针对较小的目标进行，但目标表面温度不宜超过 100℃。

根据MOS管壳材质设置合适的发射率

MOSFET外壳常用的黑色环氧树脂封装材料，其发射率（Emissivity, ε）通常在 0.90–0.95 范围内。对于金属封装：氧化铝0.3，氧化铜0.6。

📊 黑色环氧树脂发射率特性

🔍 实测数据支持

1. 行业标准测试（依据 ASTM E1933）：

   • 纯黑色环氧树脂（无填料）：
     • 25℃时 ε = 0.93 ± 0.02
     • 100℃时 ε = 0.94 ± 0.01（温度升高发射率略增）
   • 环氧树脂+玻纤复合（典型PCB基材）：
     • ε = 0.89–0.91（玻纤反射部分红外辐射）

2. 红外热像仪厂商校准数据（FLIR研究）：

   • 常见功率器件黑色外壳：ε ≈ 0.92–0.94（推荐设定值）

⚠️ 热成像测温操作建议

1. 发射率设定：

   • 默认值：取 0.93（覆盖90%场景）
   • 精准校准：
     • 在器件表面粘贴高发射率胶带（ε=0.95）→ 测得参比温度T₁
     • 移除胶带测裸壳温度T₂ → 反推实际发射率：
       $${ϵ}_{\text{实际}}=\frac{T_2^4-T_{\text{环境}}^4}{T_1^4-T_{\text{环境}}^4}\times 0.95$$

2. 误差控制：

   误差源	影响	解决方案
   表面反光	低估温度 5–15℃	用哑光黑漆喷涂（ε>0.94）或倾斜拍摄角度＞30°
   环境热源反射	高估温度 3–10℃	用铝箔遮挡背景热源
   发射率设置偏差±0.05	温差±(3–7)℃	优先采用胶带校准法

💎 工程应用结论

• 推荐值：热成像仪发射率参数设为 0.93（保守取0.90–0.95中位数）。
• 高精度场景：必须通过胶带校准法实测ε，尤其对GaN/SiC等高温器件（结温＞150℃时误差放大）。
• 文献依据：

  “黑色环氧封装的红外发射率约为0.92，但填料比例和表面粗糙度会导致±0.03波动” —— IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology, Vol. 8(9), 2018

根据外壳的材质来确定发射率，热成像仪的发射率调整：

参考文献：

不同材料折射率：https://www.bilibili.com/opus/601749472501292531

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1750507487&ver=6066&signature=4A5*1-hoVDCoQy5zyFxRBWDbcAb4Ptd7vDu95Oup9gNnARQY3Q01noMY2EYAdoYz84qTnxl8Bm1JS2WvMboOQUVdaB4Xa2Vll078ScGYGEQuiUqBPrtOpMneSu-CUbFw&new=1

附录：

1.常见物体发射率：原链接：http://doc.feelelec.cn/docs/fr01c/fsl

红外线测温仪测温时各种材料发射率表

发射率(emissivity / emittance)指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体的发射率或黑度，也称为辐射率。

对于绝大多数红外测温仪来说，需要设置的就是被测材料的额定发射率，该值通常预设为0.95，这对于测量有机材料或涂有油漆的表面就足够了。

材料与状态 温度范围（℃） 发射率（1微米附近） 发射率 （8～14微米）
钢：
钢：抛光未氧化 100~1200 0.05～0.1 0.05
钢：抛光轻微氧化 100~1200 0.45 0.35
钢：粗加工未氧化 100~1200 0.25～0.35 0.2～0.25
钢：粗加工轻微氧化 100~1200 0.5～0.6 0.5
钢：严重氧化 100~1200 0.8～0.95 0.7～0.95
钢：液态 100~1200 0.35～0.45 0.3～0.4
铸铁：
铸铁：抛光未氧化 100~1200 0.3 0.2
铸铁：抛光轻微氧化 100~1200 0.5 0.5
铸铁：粗加工未氧化 100~1200 0.5 0.5
铸铁：粗加工轻微氧化 100~1200 0.75 0.5
铸铁：严重氧化 100~1200 0.8～0.95 0.8～0.95
铸铁：液态 100~1200 0.35～0.4 0.2～0.35
铝：
铝：抛光未氧化 室温~600 0.02～0.1 0.02～0.1
铝：抛光轻微氧化 室温~600 0.2 0.2
铝：粗加工未氧化 室温~600 0.2～0.3 0.15～0.25
铝：粗加工轻微氧化 室温~600 0.3～0.4 0.2～0.4
铝：严重氧化 室温~600 0.4～0.45 0.3～0.4
铝：液态 室温~600 0.55～0.6 0.5～0.6
不锈钢：
不锈钢：光滑表面 室温～800 0.2～0.25 0.1～0.25
不锈钢：经800℃以上氧化 室温～800 0.85 0.85
锡及镀锡钢板：
锡及镀锡钢板：未氧化 室温～200 0.2～0.3 0.05～0.1
锡及镀锡钢板：轻微氧化 室温～200 0.35～0.45 0.25～0.3
锡及镀锡钢板：严重氧化 室温～200 0.6 0.6
铬及其镀层：
铬及其镀层：未氧化抛光镀层 室温~400 0.2～0.3 0.07～0.15
铬及其镀层：轻微氧化镀层 室温~400 0.4～0.6 0.2～0.3
铬及其镀层：严重氧化镀层 室温~400 0.7～0.8 0.3～0.4
铬及其镀层：铬粗加工未氧化 室温~400 0.4～0.55 0.15～0.25
铬及其镀层：铬粗加工轻微氧化 室温~400 0.6～0.7 0.45～0.5
铬及其镀层：铬粗加工严重氧化 室温~400 0.7～0.8 0.7～0.8
铜：
铜：抛光未氧化 室温～260 0.06 0.04～0.05
铜：光洁轻微氧化 100~1000 0.5 0.4
铜：严重氧化 100~1000 0.8 0.8
铜：液态 100~1000 0.15～0.2 0.15～0.2
铱 100~1000 0.25～0.3
钇 100~1000 0.3～0.35
铀 100~1000 0.5～0.55
金及金镀层:
金及金镀层:抛光未氧化 100～500 0.1～0.2 0.05～0.1
金及金镀层:轻微氧化 100～500 0.4～0.5 0.2～0.3
金及金镀层:严重氧化 100～500 0.6～0.8 0.3～0.4
金及金镀层:液态 100～500 0.22 0.22
钴：
钴：抛光未氧化 100~1000 0.25 0.05
钴：抛光轻微氧化 100~1000 0.5 0.1～0.15
钴：抛光严重氧化 100~1000 0.7 0.25～0.3
钴：粗加工未氧化 100~1000 0.35 0.1～0.15
钴：粗加工轻微氧化 100~1000 0.55～0.6 0.2～0.25
钴：粗加工严重氧化 100~1000 0.7～0.75 0.25～0.3
钴：黑色钠氧化钴 500 0.9～0.95 0.95
镍及其镀层：
镍及其镀层：抛光未氧化 100~1000 0.25 0.05
镍及其镀层：抛光轻微氧化 100~1000 0.4 0.1～0.2
镍及其镀层：抛光严重氧化 100~1000 0.8～0.9 0.4～0.55
镍及其镀层：粗加工未氧化 500~1000 0.35 0.2～0.3
镍及其镀层：粗加工轻微氧化 500~1000 0.5 0.5
镍及其镀层：粗加工严重氧化 500~1000 0.8～0.9 0.85
镍及其镀层：黑色的氧化镍 500~1000 0.8～0.9 0.8～0.9
汞（液态） 0.2～0.25
锆：
固态 0.32
液态 0.32
铋 0.34
铅：
铅：抛光未氧化 50～300 0.3 0.05
铅：抛光微氧化 50～300 0.4 0.2
铅：抛光严重氧化 50～300 0.6～0.7 0.6～0.65
铅：粗加工未氧化 0.4 0.3～0.4
铅：粗加工轻微氧化 0.55 0.45
铅：粗加工严重氧化 0.6～0.7 0.6～0.65
银及其镀层：
银及其镀层：抛光未氧化 100～900 0.02 0.01
银及其镀层：抛光轻微氧化 100～900 0.04 0.02
银及其镀层：粗加工未氧化 100～900 0.1～0.25 0.05～0.1
银及其镀层：粗加工轻微氧化 100～900 0.15～0.35 0.06～0.15
钯 0.33
锑 0.5～0.65
钨 1500 0.3～0.39 0.03
带状抛光未氧化 2000 0.3～0.37 0.04
（钨带灯） 3000 0.3～0.36 0.04～0.05
钼：
钼：抛光未氧化 50～1000 0.3 0.05～0.1
钼：抛光微氧化 50～1000 0.4 0.25
钼：抛光严重氧化 50～1000 0.7～0.8 0.7～0.8
钼：粗加工未氧化 50～1000 0.4 0.1～0.15
钼：粗加工轻微氧化 50～1000 0.5～0.6 0.35
钼：粗加工严重氧化 50～1000 0.8 0.8
铂：
铂：抛光未氧化 50～1000 0.25 0.05
铂：抛光微氧化 50～1000 0.3 0.1～0.15
铂：抛光严重氧化 50～1000 0.4 0.3
铂：粗加工未氧化 50～1000 0.3 0.1
铂：粗加工轻微氧化 50～1000 0.4 0.2～0.3
铂：粗加工严重氧化 50～1000 0.4～0.5 0.4
铂黑 0.95 0.95
钛：
钛：抛光未氧化 20～500 0.4 0.1
钛：抛光微氧化 20～500 0.5 0.2
钛：抛光严重氧化 20～500 0.8 0.6
钛：粗加工未氧化 20～500 0.5 0.3
钛：粗加工轻微氧化粗加工严重氧化 20～500 0.65 0.4
0.8 0.6
氮化钛 20～500 0.3～0.4 0.3～0.4
钽：
钽：抛光未氧化 100~1000 0.2 0.04
钽：抛光微氧化 100~1000 0.45 0.3～0.4
钽：抛光严重氧化 100~1000 0.75～0.85 0.7～0.8
钽：粗加工未氧化 100~1000 0.3 0.1～0.15
钽：粗加工轻微氧化 100~1000 0.6 0.5
钽：粗加工严重氧化 100~1000 0.75～0.85 0.7～0.8
锌：
锌：抛光未氧化 20～400 0.2 0.02～0.05
锌：抛光微氧化 20～400 0.3 0.1
锌：抛光严重氧化 20～400 0.6 0.3
锌：粗加工未氧化 20～400 0.3 0.06～0.08
锌：粗加工轻微氧化 20～400 0.5 0.15
锌：粗加工严重氧化 20～400 0.6 0.3
锆： 20～400
锆：光滑未氧化 20～400 0.25～0.3 0.22
锆：光滑氧化 20～400 0.4～0.5 0.4
镁：抛光未氧化 20～400 0.1～0.2 0.07～0.13
铑：
铑：固态 30～260 0.29
铑：液态 30～260 0.3
锰：
锰：固态 0.59
锰：液态 0.59
铍：
铍：光洁未氧化 0.05～0.1 0.03～0.05
铍：光洁氧化 0.3～0.4 0.3～0.35
黄铜：
黄铜：抛光未氧化 20～400 0.2 0.03
黄铜：抛光微氧化 20～400 0.4 0.2
黄铜：抛光严重氧化 20～400 0.7 0.6
黄铜：粗加工未氧化 20～400 0.4 0.2
黄铜：粗加工轻微氧化 20～400 0.6 0.4
黄铜：粗加工严重氧化 20～400 0.8 0.7
康铜和锰铜：
康铜和锰铜：抛光未氧化 0～400 0.25 0.05
康铜和锰铜：抛光微氧化 0～400 0.45 0.2
康铜和锰铜：抛光严重氧化 0～400 0.65 0.35
康铜和锰铜：粗加工未氧化 0～400 0.3 0.1
康铜和锰铜：粗加工轻微氧化 0～400 0.55 0.3
康铜和锰铜：粗加工严重氧化 0～400 0.7 0.5
石棉 0～400 0.8～0.9 0.9～0.95
沥青 0～200 0.85～0.9 0.8～0.85
镍铬、镍铝热电合金：
镍铬、镍铝热电合金：抛光未氧化 0～400 0.3 0.3
镍铬、镍铝热电合金：抛光微氧化 0～400 0.5 0.5
镍铬、镍铝热电合金：抛光严重氧化 0～400 0.75～0.85 0.75～0.85
镍铬、镍铝热电合金：粗加工未氧化 0～400 0.4 0.4
镍铬、镍铝热电合金：粗加工轻微氧化 0～400 0.6 0.6
镍铬、镍铝热电合金：粗加工严重氧化 0～400 0.8～0.85 0.8～0.85
铬镍铁合金（Inconel）：
铬镍铁合金：抛光未氧化 0～400 0.3 0.1
铬镍铁合金：抛光微氧化 0～400 0.5 0.4
铬镍铁合金：抛光严重氧化 0～400 0.8～0.9 0.8～0.9
铬镍铁合金：粗加工未氧化 0～400 0.45 0.25
铬镍铁合金：粗加工轻微氧化 0～400 0.7 0.6
铬镍铁合金：粗加工严重氧化 0～400 0.8～0.9 0.8～0.9
镍铬铁合金： 0～400 0.3 0.2
镍铬耐热合金:
镍铬耐热合金:抛光未氧化 0～1000 0.4 0.35～0.4
镍铬耐热合金:抛光微氧化 0～1000 0.8～0.9 0.8～0.9
镍铬耐热合金:抛光严重氧化 0～1000
镍铬耐热合金:粗加工未氧化 0～1000 0.35～0.4 0.3
镍铬耐热合金:粗加工轻微氧化 0～1000 0.6 0.5
镍铬耐热合金:粗加工严重氧化 0～1000 0.8～0.9 0.8～0.9
蒙乃尔：
（镍、铜、铁、锰合金）
蒙乃尔：抛光未氧化 0～600 0.25 0.1
蒙乃尔：抛光微氧化 0～600 0.45 0.4
蒙乃尔：抛光严重氧化 0～600 0.7 0.7
蒙乃尔：粗加工未氧化 0～600 0.3 0.25
蒙乃尔：粗加工轻微氧化 0～600 0.6 0.55
蒙乃尔：粗加工严重氧化 0～600 0.8 0.8
碳 0～1500 0.8～0.85 0.85～0.9
碳黑 0～1500 0.95 0.95
石墨 0～1500 0.8 0.75～0.85
水泥及混凝土 0～100 0.6～0.7 0.95
纸及硬纸板 0～100 0.8～0.95
油漆和腊克 0～100 0.9～0.95
洋干漆、铝粉漆： 0～100 0.3～0.65
（随铝粉含量增加而变小）
橡胶
橡胶硬、黑色 0～100 0.9～0.95
橡胶软、灰色 0.8～0.85
搪瓷 0～200 0.9
木材 0～100 0.8～0.9
陶瓷 0～100 0.3～0.5 0.85～0.95
陶瓷镀层（金属上） 0～600 0.3～0.5 0.6～0.9
水（深50mm以上） 0～100 0.95
霜 -10 0.98
雪 -10 0.85
冰 -10 0.98
颜料 0～100 0.9～0.95
涂墙泥 0～100 0.9
沙 0～100 0.9
人的皮肤 32 0.98
土壤
土壤:干燥的 20 0.92
土壤:含水的 20 0.95
油膜
油膜:0.001吋厚 0.27
油膜:0.002吋厚 20 0.46
油膜:0.005吋厚 0.72
美砂 100 0.7～0.8
1000 0.4～0.5
织物 0～100 0.75～0.9
石膏 0～100 0.8～0.95
砖
普通红砖 20 0.8 0.93
耐火红砖 20 0.8 0.95
白色耐火砖 100 0.3 0.9
1000 0.3 0.7
二氧化硅砖 1000 0.5～0.6 0.75~0.85
氧化铝
粒度1～2微米 200 0.65
1000 0.2～0.4 []0.25
粒度10～100微米 1000 0.3～0.5
1500 0.2～0.4
聚乙烯膜（0.03mm） 0.2～0.3
玻璃
可见～2.6微米透明 0～800 0.94
≥3微米不透明
石英玻璃
紫外～4.5微米透明 0.9～0.93
≥5微米不透明
塑料
红外反射率0.2～0.4（许多材料在红外有吸收带、有透明区、发射率宜慎用） 0～100 0.7～0.9
石灰石 0～100 0.4～0.6 0.95～0.98
氧化锆 0.4～0.45
氧化镍 0.85～0.9
氧化铁 0.6～0.95
氧化铝 0.25～0.3
氧化钴 0.7～0.8
氧化铀 0.3
氧化镁 0.15～0.45
氧化铜 0.6～0.8
氧化钍 0.5～0.6
氧化锡 0.3～0.55
氧化铍 0.3～0.4
氧化钠 0.5～0.6
氧化铌 0.5～0.75
氧化铈 0.6～0.8
氧化钛 0.5
氧化钯 0.7
碳化硅 0.73