Радиатор или микросхема: как определить основную причину перегрева?

У меня есть производственная ситуация, когда мы проводим функциональное тестирование платы, и мы получаем частые сбои из-за перегрева из-за корпуса BGA с радиатором на нем. Я хотел бы иметь возможность определить, является ли причиной перегрева плохой тепловой контакт с радиатором ИЛИ причиной является то, что сама микросхема выделяет больше тепла, чем мы ожидаем.

Вот подробности:

• Большой корпус BGA, который рассеивает МНОГО энергии. Очень чувствителен к посадке радиатора
• Корпус BGA — это деталь, выбранная нашим поставщиком в соответствии с указанными нами требованиями к напряжению/мощности.
• Существуют различия в рассеиваемой мощности в разных устройствах. Неизвестно, вызвано ли это изменение применением радиатора или различиями между отдельными ИС. Устройство имеет характеристики теплового разгона? Более высокая температура и более высокое потребление тока идут рука об руку (напряжение стабильно).
• Радиатор представляет собой медную паровую камеру с ребрами. TIM — высокоэффективная термопаста. У нас есть контролируемая среда в шасси с вентиляторами, нагнетающими воздух с постоянной скоростью вращения.
• У меня есть способ измерить температуру кристалла устройства с разрешением 1С. И я могу разогреть устройство «по желанию», запустив автоматический тест.

Что я хотел бы сделать, так это выполнить тест, который проверяет эффективность радиатора, чтобы исключить радиатор (или TIM или сиденье) как проблему. Один из способов сделать это - повторно применить другой «заведомо исправный» радиатор и повторно протестировать, но это зависит от навыков оператора для повторяемости и имеет другие проблемы производственного процесса.

Вот идея для измерения эффективности радиатора, я хотел бы получить некоторую информацию о том, будет ли это хорошей идеей и / или как лучше это проверить.

• Устройство имеет «хрестоматийную» кривую нагрева/охлаждения, которая хорошо соответствует постоянной времени RC. На приведенном ниже графике у меня устройство запускается в режиме ожидания, затем я заставляю устройство «выполнять свою работу» в функциональном тесте, а затем отключаю функцию через 5 минут.

• Меня больше всего интересует кривая охлаждения, потому что, когда она начинает остывать, я знаю, что основная часть микросхемы больше не выделяет тепло. Кривая охлаждения — это просто охлаждение корпуса через радиатор и печатную плату. Я предполагаю, что радиатор доминирует в передаче тепла, особенно на ранних этапах. Другими словами, кривая охлаждения является мерой охлаждающей способности радиатора и не более того. Более того, другие переменные в тестах имеют меньшую вариацию, чем радиатор (например, охлаждение через печатную плату).

• Когда я нормализую кривые так, чтобы они находились в диапазоне от нуля до единицы, устанавливаю начало времени начала охлаждения и смотрю только на первые 80 секунд охлаждения, я получаю хорошие прямые линии на логарифмическом графике. Постоянная времени в холодном устройстве составляет 36 с со стандартным отклонением <5% в течение дюжины запусков. Постоянная времени в устройстве, где теплоотвод преднамеренно разогревается до нескольких градусов, составила 39 с с таким же стандартным отклонением.

Теперь вопрос: если я получу устройство, работающее в горячем состоянии, и я измерю постоянную времени, которая будет такой же, как у устройства, работающего в холодном состоянии, могу ли я исключить радиатор и его применение как проблему?

Я должен уточнить, что это в контексте производства, а не дизайна (DVT). Основное внимание должно быть в состоянии определить причину сбоев.