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大电流芯片测试座的散热结构是如何影响其持续电流的?

发表时间:2025-09-22 10:50:06浏览量:162

一、材料体系的热传导优化 1. 复合基板材料的应用 谷易在车规级测试座中采用殷钢-陶瓷复合基板,其热膨胀系数(CTE)控制在6.5ppm/℃±0.5,与硅芯片(3.5ppm/℃)和陶瓷封装(7ppm/℃)高度匹配。这种材...

一、材料体系的热传导优化

1. 复合基板材料的应用

谷易在车规级测试座中采用殷钢-陶瓷复合基板,其热膨胀系数(CTE)控制在6.5ppm/℃±0.5,与硅芯片(3.5ppm/℃)和陶瓷封装(7ppm/℃)高度匹配。这种材料体系在-55℃~150℃的温度循环中,可将探针与芯片焊球的接触应力波动控制在±5μm以内,避免因热膨胀差异导致的接触电阻升高。实测数据显示,使用该基板的测试座在3A持续电流下,接触电阻仅增加3mΩ,而传统铝合金基板测试座的电阻增幅达12mΩ。

2. 探针材料的选择

大电流弹片微针模组采用铍铜合金并全镀硬金工艺,在保持高弹性(180-200HV硬度)的同时,将体电阻降至15mΩ以下。相较于传统磷青铜探针,其电流密度提升40%,在50A瞬态电流下的温升降低8℃。这种材料特性使得谷易测试座在电池BMS过流保护测试中,可稳定通过4.5-40A的持续电流。

二、结构设计的热管理创新

1. 悬浮式探针阵列

针对3D封装芯片的测试需求,谷易开发了三维探针结构,通过悬臂梁式弹性设计实现探针的独立浮动。这种结构在20G振动环境下仍能保持动态接触电阻波动≤2mΩ,同时通过增加探针与空气的接触面积,将热阻降低25%。在IGBT模块的功率循环测试中,该结构使测试座在15A持续电流下的温升较传统刚性探针降低12℃。

2. 隔离式风道设计

专利技术的隔离式散热结构将测温和散热区域物理分隔,内部风道通过仿真优化,使空气流速提升至5m/s,散热效率较传统开放式结构提高30%。在高温老化测试中,这种设计可将测试座基板温度控制在125℃以下,确保QFN封装芯片在600mA持续电流下的结温稳定在150℃以内。

三、主动散热技术的应用

1. 液冷模块集成

谷易的极端环境老化测试座配备液冷散热系统,可提供>3kW的散热功率。在车规级SiC MOSFET的动态测试中,该系统使测试座在3A持续电流下的温升仅为8℃,较自然冷却方案降低60%。实测数据显示,液冷测试座在175℃高温环境下,仍能稳定支持15A的功率测试,满足AEC-Q100 Grade 2标准。

2. 相变材料辅助散热

针对消费电子快充芯片测试,谷易在测试座底部嵌入相变材料(PCM)层。当电流超过2A时,PCM由固态转为液态吸收热量,使测试座表面温度在5分钟内保持低于85℃。这种被动散热技术使QFN24pin测试座在500mA持续电流下的稳定工作时间延长至1小时以上,较传统方案提升3倍。

四、-电耦合效应的协同控制

1. 接触电阻动态补偿

谷易测试座通过集成微型热电偶,实时监测探针温度并反馈至测试系统。当温度超过阈值时,系统自动调整接触压力(±5g),将接触电阻波动控制在±5%以内。在锂电池测试中,该技术使弹片微针模组在50A持续电流下的接触电阻稳定性较无补偿方案提升70%。

2. 高频热噪声抑制

针对5G射频芯片测试,谷易开发了同轴探针结构,通过内导体(信号)-外屏蔽层(地)的双层设计,将寄生电感降至0.1nH以下。这种结构在1A持续电流和500MHz高频信号下,热噪声功率谱密度较传统探针降低15dBm,确保信号完整性测试的准确性。

五、关键应用场景的验证

1. 新能源汽车领域

在某车厂的SiC MOSFET模块测试中,谷易液冷测试座在15A持续电流下连续运行72小时,结温波动<±2℃,测试效率较传统方案提升40%。其三维探针结构成功解决了3D封装芯片层间散热不均的问题,在-40℃~125℃温度循环中,测试座的热应力分布均匀性达92%。

2. 消费电子快充测试

采用相变材料散热的QFN24pin测试座,在支持PD3.1协议的5A动态电流测试中,温度稳定在75℃以下,较竞品低10℃。其弹片微针模组在50A过流测试中的响应时间<1μs,满足UL1642安全认证要求。

3. 工业控制领域

谷易为某PLC厂商定制的QFP128pin测试座,通过隔离式风道设计,在600mA持续电流下的温升较传统测试座降低15℃,使工业环境下的测试误判率从0.3%降至0.05%。

技术演进方向

1. 超宽温域材料开发

谷易正在研发石墨烯增强陶瓷基板,目标将CTE进一步降至4.2ppm/℃,并提升至200℃高温下的抗氧化性能。这种材料预计可使测试座在200℃环境下的持续电流提升至5A。

2. 智能热管理系统

基于AI的预测性维护算法已进入测试阶段,通过分析历史温度数据,可提前预测探针磨损趋势,使测试座使用寿命延长30%以上。该系统还能根据实时电流负载动态调整液冷流量,优化散热效率。

3. 集成化散热方案

下一代IC测试座将采用“散热基板+微通道液冷+相变材料”的三级散热架构,目标在100A持续电流下将结温控制在125℃以内,以适配800V高压平台的车规芯片测试。


谷易散热设计通过材料创新降低热应力、结构优化增强散热效率、主动散热技术控制温升,最终实现了持续电流的显著提升。其技术方案在新能源汽车、消费电子等领域的成功应用,验证了散热结构对测试座电流承载能力的决定性作用。随着第三代半导体和3D封装技术的普及,谷易的散热设计理念将为行业树立新的标准。