Thermal Impedance Measurement of Thick-Film Resistor in High-Frequency Range Using Single-Detector IR System

This paper presents an innovative and simple method of high-frequency thermal impedance measurement using infrared (IR) technique. The method is based on the Fourier transformation of the input power signal and the thermal response of the object after supplying the heat source with square-wave current of different frequencies. The experiment was carried out using a single-detector, low-cost infrared system equipped with a photovoltaic detector module to measure the thermal impedance of an SMD thick-film resistor. Both the simulation using a compact thermal model and the measurement results are discussed.

---

Artykuł przedstawia nową, prostą metodę pomiaru impedancji termicznej w zakresie dużych częstotliwości przy wykorzystaniu technik podczerwieni. W tym celu zastosowano transformację Fouriera sygnału wejściowego oraz odpowiedzi termicznej badanego obiektu po pobudzeniu go źródłem ciepła w postaci prądu o kształcie prostokątnym i o różnej częstotliwości. Eksperyment został przeprowadzony przy użyciu taniego systemu termowizyjnego z pojedynczym fotowoltaicznym detektorem podczerwieni w celu pomiaru impedancji termicznej grubowarstwowego rezystora SMD. Badana próbka pobudzana była sygnałem prostokątnym o różnych częstotliwościach z zakresu 2-100 Hz, a system IR rejestrował zmianę wartości jego temperatury. W celu potwierdzenia poprawności uzyskanych wyników badań opracowano model kompaktowy RthCth struktury rezystora oraz podłączonych do niego wyprowadzeń. Przeprowadzone symulacje potwierdziły poprawność zarówno metody pomiaru jak i opracowanego modelu termicznego. Kształt wykresów Nyquista impedancji termicznej dla modelu jak i pomiaru jest zbliżony. W zakresie dużych częstotliwości oba wykresy zbliżają się do linii o nachyleniu -45° przekraczając tę linię w dwóch punktach. Zaproponowana metoda pomiaru impedancji termicznej jest szybka, niezawodna, nieinwazyjna i bezkontaktowa. Może być wykorzystana również do zastosowań biomedycznych np. do diagnostyki chorób skóry. Metoda ta upraszcza identyfikację termiczną obiektów w stanie dynamicznym i może być alternatywą dla stosowania do tego celu drogich systemów termowizyjnych z detektorami chłodzonymi.