專利名稱：一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法及測(cè)試夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法及測(cè)試夾具。
背景技術(shù)：
隨著電子器件日趨大功率和小型化，給電子器件的散熱和絕緣帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。熱界面的處理設(shè)計(jì)對(duì)于延長(zhǎng)發(fā)熱器件的壽命和增強(qiáng)其可靠性是極其重要的。
熱設(shè)計(jì)在散熱方案模擬仿真設(shè)計(jì)時(shí)，往往將導(dǎo)熱材料的性能是看成不變量，但實(shí)際上導(dǎo)熱材料基本上一直處在高溫狀態(tài)或高低溫循環(huán)下使用，導(dǎo)熱材料長(zhǎng)時(shí)間在高溫狀態(tài)中使用會(huì)因硅油滲出過(guò)多而出現(xiàn)干竭、導(dǎo)熱顆粒分離等問(wèn)題，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱材料的熱阻增加，進(jìn)而影響電子器件的可靠性。所以對(duì)導(dǎo)熱材料進(jìn)行各種環(huán)境條件下的可靠性能測(cè)試顯得越來(lái)越重要。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)測(cè)量導(dǎo)熱率所采用的儀器設(shè)備是一個(gè)不可拆分的整體，測(cè)試時(shí)將導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱膜或?qū)峁柚葘?dǎo)熱材料40置于工作臺(tái)30平面上，通過(guò)固定機(jī)構(gòu)10向下將加熱塊20壓到導(dǎo)熱材料40上，然后給加熱塊20加熱，熱量通過(guò)加熱塊20傳遞到導(dǎo)熱材料40，具有導(dǎo)熱特性的導(dǎo)熱材料再將熱量傳遞到其下部的工作臺(tái)30，待加熱塊20和工作臺(tái)30的溫度穩(wěn)定后，對(duì)位于加熱塊的上測(cè)溫點(diǎn)A和位于工作臺(tái)的下測(cè)溫點(diǎn)B進(jìn)行溫度測(cè)試，并記錄上測(cè)溫點(diǎn)A和下測(cè)溫點(diǎn)B的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)加熱塊20的功耗來(lái)計(jì)算導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能。
熱阻R計(jì)算方法為R＝ΔT(溫差)/P(功耗)導(dǎo)熱率K計(jì)算方法為K＝h(材料厚度)/(熱阻R×材料面積S)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于1、由于導(dǎo)熱材料的熱阻測(cè)試裝置是一無(wú)法拆分的整體，因此不能將加熱塊和工作臺(tái)拆離，導(dǎo)熱材料在測(cè)試儀器的工作臺(tái)上固定后無(wú)法放進(jìn)環(huán)境試驗(yàn)箱，造成測(cè)試裝置只能作用于常溫下，導(dǎo)熱材料不能經(jīng)過(guò)溫度、時(shí)間等各種環(huán)境條件的測(cè)試，故不能對(duì)導(dǎo)熱材料的長(zhǎng)期可靠性進(jìn)行評(píng)估。
2、由于測(cè)試過(guò)程在無(wú)風(fēng)條件下進(jìn)行，如果下工作臺(tái)熱量不能及時(shí)地散走，會(huì)使工作臺(tái)溫度聚集升高，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果精度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法及測(cè)試夾夾具，以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)熱材料進(jìn)行不同環(huán)境條件下的熱阻測(cè)試。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為這種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，包括以下步驟設(shè)置由發(fā)熱單元和散熱單元組成的測(cè)試夾具，將導(dǎo)熱材料夾持在所述發(fā)熱單元和散熱單元之間；將夾持導(dǎo)熱材料的測(cè)試夾具置于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，并設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱的參數(shù)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；對(duì)經(jīng)過(guò)環(huán)境試驗(yàn)的測(cè)試夾具，由發(fā)熱單元加熱，通過(guò)導(dǎo)熱材料將熱量傳導(dǎo)到散熱單元，并對(duì)發(fā)熱單元與散熱單元的溫度分別進(jìn)行測(cè)量；在溫度穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算發(fā)熱單元的功耗和發(fā)熱單元與散熱單元的溫差，從而計(jì)算熱阻。
所述的環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)至少包括環(huán)境試驗(yàn)箱溫度參數(shù)，或者進(jìn)一步包括時(shí)間參數(shù)。
所述環(huán)境試驗(yàn)通過(guò)在所述環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)中設(shè)置不同的參數(shù)值進(jìn)行，分別測(cè)試并計(jì)算導(dǎo)熱材料的熱阻，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)導(dǎo)熱材料的熱阻可靠性。
所述的發(fā)熱單元可以采用包括導(dǎo)熱金屬體和固定于該導(dǎo)熱金屬體上的發(fā)熱電子元件。所述的發(fā)熱電子元件可采用穩(wěn)壓二極管，所述導(dǎo)熱金屬體可采用銅塊，并將穩(wěn)壓二極管底部焊接到所述銅塊上。
所述的散熱單元可由一導(dǎo)熱金屬體和裝設(shè)在該導(dǎo)熱金屬體底部的散熱片組成。在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，可對(duì)所述散熱單元采用外部冷卻方式進(jìn)行降溫冷卻。外部冷卻方式可以是采用風(fēng)扇對(duì)散熱單元進(jìn)行冷卻。
相應(yīng)的一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試夾具，包括發(fā)熱單元和散熱單元，發(fā)熱單元和散熱單元分別具有用于夾持導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱金屬體，所述發(fā)熱單元的導(dǎo)熱金屬體上設(shè)置發(fā)熱電子元件，所述散熱單元的導(dǎo)熱金屬體底部設(shè)置散熱片。
所述發(fā)熱電子元件可采用穩(wěn)壓二極管，所述發(fā)熱單元的導(dǎo)熱金屬體可采用銅塊，并將所述穩(wěn)壓二極管底部焊接到所述銅塊上。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供一種測(cè)試導(dǎo)熱材料熱阻方法，并提供了一種能滿足高溫環(huán)境的測(cè)試夾具；可以提供導(dǎo)熱材料實(shí)際應(yīng)用環(huán)境條件，對(duì)導(dǎo)熱材料在環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行高溫試驗(yàn)后再測(cè)試其熱阻，從而測(cè)得導(dǎo)熱材料經(jīng)過(guò)不同環(huán)境條件試驗(yàn)后的性能變化，為導(dǎo)熱材料的長(zhǎng)期可靠性評(píng)估提供了一種可行的測(cè)試方法和夾具。而且，利用本發(fā)明散熱單元能很快地將熱量散走，不會(huì)造成溫度聚集，提高了測(cè)試精度。


圖1為現(xiàn)有測(cè)試儀器工作原理示意圖；圖2為本發(fā)明測(cè)試原理示意圖；圖3為本發(fā)明加熱單元加熱電路示意圖；
圖4為本發(fā)明加熱單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明加熱單元俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明測(cè)試夾具結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明測(cè)試連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖2和圖7所示，本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱材料熱阻可靠性測(cè)試方法，包括以下步驟設(shè)置由發(fā)熱單元50和散熱單元60組成的可以放入環(huán)境試驗(yàn)箱的測(cè)試夾具，將導(dǎo)熱材料40夾持在所述發(fā)熱單元50和散熱單元60之間；將夾持導(dǎo)熱材料40的測(cè)試夾具放入環(huán)境試驗(yàn)箱，并設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱的參數(shù)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；從環(huán)境試驗(yàn)箱中取出測(cè)試夾具，冷卻到常溫后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試，由發(fā)熱單元50加熱并通過(guò)導(dǎo)熱材料40將熱量傳導(dǎo)到散熱單元60，并采用溫度測(cè)試儀對(duì)發(fā)熱單元50與散熱單元60的溫度分別進(jìn)行測(cè)量；在溫度穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算發(fā)熱單元50的功耗和發(fā)熱單元50與散熱單元60的溫差，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出熱阻。
環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)可以包括溫度和時(shí)間，設(shè)置不同的環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)分別進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，比如設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱溫度50℃，時(shí)間為2小時(shí)來(lái)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，環(huán)境試驗(yàn)結(jié)束后，將測(cè)試夾具取出冷卻到常溫，測(cè)試并計(jì)算熱阻，然后再經(jīng)過(guò)不同參數(shù)下的環(huán)境試驗(yàn)，比如設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱溫度60℃，時(shí)間為3小時(shí)后，將測(cè)試夾具取出，冷卻到常溫后再測(cè)試并計(jì)算熱阻，將每次的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，就得到導(dǎo)熱材料的熱阻變化，從而評(píng)估導(dǎo)熱材料經(jīng)過(guò)不同環(huán)境條件試驗(yàn)后的性能變化，對(duì)導(dǎo)熱材料的長(zhǎng)期可靠性進(jìn)行評(píng)估。
如圖4和圖5所示，發(fā)熱單元50包括發(fā)熱電子元件(采用穩(wěn)壓二極管51)和導(dǎo)熱金屬體53如銅塊，并將穩(wěn)壓二極管51底部焊接到銅塊上，由于焊錫52導(dǎo)熱率比較高，所以對(duì)測(cè)試結(jié)果影響小。因?yàn)榉€(wěn)壓二極管一般面積都很小，如果直接對(duì)導(dǎo)熱材料加熱，則測(cè)試出來(lái)的上下溫差值很小，為提高測(cè)試精度，所以本發(fā)明在穩(wěn)壓二極管下面加上大面積導(dǎo)熱率高的金屬，將穩(wěn)壓二極管51底部焊接到銅塊53上。
發(fā)熱單元加熱時(shí)，可采用如圖3所示的電路根據(jù)負(fù)載的額定電壓值對(duì)穩(wěn)壓二極管51加電，穩(wěn)壓二極管工作后發(fā)熱，通過(guò)銅塊53將熱導(dǎo)到導(dǎo)熱材料40上。并通過(guò)電流計(jì)測(cè)得電流值，根據(jù)該電流值和穩(wěn)壓二極管51的電壓計(jì)算發(fā)熱單元的功耗。
散熱單元60由導(dǎo)熱金屬體61和裝設(shè)在導(dǎo)熱金屬體61底部的散熱片62組成，由散熱片62進(jìn)行散熱。在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，可對(duì)所述的散熱單元采用外部冷卻方式進(jìn)行降溫冷卻，如可采用風(fēng)扇70對(duì)散熱單元60進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。利用散熱片62和風(fēng)扇70可以使下面的熱量能很快散走，這樣使上下溫差大一些，容易得到理想的結(jié)果，否則上下溫差太小的話，熱性能不能很好地進(jìn)行對(duì)比。
在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，采用測(cè)溫儀通過(guò)熱電偶81、82分別對(duì)上測(cè)試點(diǎn)C(穩(wěn)壓二極管殼體)和下測(cè)試點(diǎn)D(散熱單元)的溫度進(jìn)行測(cè)試，在溫度穩(wěn)定時(shí)讀取溫度值，根據(jù)溫差和功耗進(jìn)行熱阻的計(jì)算。
熱阻R＝ΔT(溫差)/P(功耗)導(dǎo)熱率K＝h(材料厚度)/(熱阻R×材料面積S)如圖6所示，本發(fā)明也提供了一種導(dǎo)熱材料熱阻可靠性測(cè)試夾具，包括發(fā)熱單元50和散熱單元60，發(fā)熱單元50和散熱單元60分別具有用于夾持導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱金屬體53、61，發(fā)熱單元50的導(dǎo)熱金屬體53上設(shè)置發(fā)熱電子元件，散熱單元60的導(dǎo)熱金屬體61底部設(shè)置散熱片62，發(fā)熱單元50和散熱單元60的大小使其夾持導(dǎo)熱材料40后能放入環(huán)境試驗(yàn)箱中。發(fā)熱電子元件可采用穩(wěn)壓二極管51，發(fā)熱單元50的導(dǎo)熱金屬體53可采用銅塊，并將穩(wěn)壓二極管51底部焊接到所述銅塊上。
導(dǎo)熱材料40有很多種形式，如導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱膜、導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅脂等材料，尺寸可選擇與導(dǎo)熱金屬體53底部面積大小相等。不同的導(dǎo)熱材料安裝方式不一樣，導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱膜可直接貼上，導(dǎo)熱膠、導(dǎo)熱硅脂則需涂覆方式。
利用本發(fā)明測(cè)試過(guò)程可采用如下形式1)首先將穩(wěn)壓二極管底部焊接到發(fā)熱單元的銅塊上；2)將導(dǎo)熱材料安裝在散熱單元金屬塊表面；3)再將焊接好的銅塊底部壓到導(dǎo)熱材料表面，組成一個(gè)測(cè)試夾具；4)然后將測(cè)試夾具放入到環(huán)境試驗(yàn)箱中；5)設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱的參數(shù)(溫度、時(shí)間)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；6)待到設(shè)定時(shí)間，將測(cè)試夾具拿出；7)連接好輸入信號(hào)(提供給穩(wěn)壓二極管的電壓)、溫度測(cè)試儀、風(fēng)扇電源等開(kāi)始工作，即通電后穩(wěn)壓二極管、風(fēng)扇開(kāi)始工作，測(cè)溫儀開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。
8)待上、下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控溫度穩(wěn)定后，記錄下數(shù)據(jù)；9)計(jì)算熱阻；10)根據(jù)不同的環(huán)境條件，再重復(fù)4)～9的步驟，分別計(jì)算出熱阻后進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)在環(huán)境試驗(yàn)箱經(jīng)過(guò)高溫試驗(yàn)后熱阻變化較大，則說(shuō)明該導(dǎo)熱材料熱阻可靠性差。
本發(fā)明提供一種測(cè)試導(dǎo)熱材料熱阻可靠性方法，并提供了一種能滿足高溫環(huán)境的測(cè)試夾具；可以提供導(dǎo)熱材料實(shí)際應(yīng)用環(huán)境條件，可以對(duì)導(dǎo)熱材料在環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行高溫試驗(yàn)后測(cè)試其熱阻，從而測(cè)得導(dǎo)熱材料經(jīng)過(guò)不同環(huán)境條件下試驗(yàn)后的性能變化，為導(dǎo)熱材料的長(zhǎng)期可靠性評(píng)估提供一種可行測(cè)試方法和夾具。利用本發(fā)明散熱單元能很快地將熱量散走，這樣不會(huì)造成溫度聚集，提高了測(cè)試精度。
本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置由發(fā)熱單元和散熱單元組成的測(cè)試夾具，將導(dǎo)熱材料夾持在所述發(fā)熱單元和散熱單元之間；將夾持導(dǎo)熱材料的測(cè)試夾具置于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，并設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱的參數(shù)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；對(duì)經(jīng)過(guò)環(huán)境試驗(yàn)的測(cè)試夾具，由發(fā)熱單元加熱，通過(guò)導(dǎo)熱材料將熱量傳導(dǎo)到散熱單元，并對(duì)發(fā)熱單元與散熱單元的溫度分別進(jìn)行測(cè)量；在溫度穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算發(fā)熱單元的功耗和發(fā)熱單元與散熱單元的溫差，從而計(jì)算熱阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述的環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)至少包括環(huán)境試驗(yàn)箱溫度參數(shù)，或者進(jìn)一步包括時(shí)間參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述環(huán)境試驗(yàn)通過(guò)在所述環(huán)境試驗(yàn)箱參數(shù)中設(shè)置不同的參數(shù)值進(jìn)行，分別測(cè)試并計(jì)算導(dǎo)熱材料的熱阻，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)導(dǎo)熱材料的熱阻可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述的發(fā)熱單元包括導(dǎo)熱金屬體和固定于該導(dǎo)熱金屬體上的發(fā)熱電子元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述的發(fā)熱電子元件采用穩(wěn)壓二極管，所述導(dǎo)熱金屬體采用銅塊，并將穩(wěn)壓二極管底部焊接到所述銅塊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述的散熱單元由一導(dǎo)熱金屬體和裝設(shè)在該導(dǎo)熱金屬體底部的散熱片組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，對(duì)所述散熱單元采用外部冷卻方式進(jìn)行降溫冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，其特征在于所述外部冷卻方式為采用風(fēng)扇對(duì)散熱單元進(jìn)行冷卻。
9.一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試夾具，其特征在于包括發(fā)熱單元和散熱單元，發(fā)熱單元和散熱單元分別具有用于夾持導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱金屬體，所述發(fā)熱單元的導(dǎo)熱金屬體上設(shè)置發(fā)熱電子元件，所述散熱單元的導(dǎo)熱金屬體底部設(shè)置散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試夾具，其特征在于所述發(fā)熱電子元件采用穩(wěn)壓二極管，所述發(fā)熱單元的導(dǎo)熱金屬體采用銅塊，并將所述穩(wěn)壓二極管底部焊接到所述銅塊上。
全文摘要
一種導(dǎo)熱材料熱阻測(cè)試方法，設(shè)置由發(fā)熱單元和散熱單元組成的測(cè)試夾具，將導(dǎo)熱材料夾持在所述發(fā)熱單元和散熱單元之間；將夾持導(dǎo)熱材料的測(cè)試夾具置于環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)，并設(shè)置環(huán)境試驗(yàn)箱的參數(shù)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)；對(duì)經(jīng)過(guò)環(huán)境試驗(yàn)的測(cè)試夾具，由發(fā)熱單元加熱，通過(guò)導(dǎo)熱材料將熱量傳導(dǎo)到散熱單元，并對(duì)發(fā)熱單元與散熱單元的溫度分別進(jìn)行測(cè)量；在溫度穩(wěn)定時(shí)，計(jì)算發(fā)熱單元的功耗和發(fā)熱單元與散熱單元的溫差，從而計(jì)算熱阻。本發(fā)明同時(shí)提供由發(fā)熱單元和散熱單元組成的測(cè)試夾具。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)熱材料進(jìn)行不同環(huán)境變化后的熱阻可靠性測(cè)試，并提高了測(cè)試精度。
文檔編號(hào)G01N25/20GK1971260SQ20051010173
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者習(xí)炳濤, 朱愛(ài)蘭 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司