瞬态平面热源法HOTDISK法测量导热脂不同温度下的导热系数.PDF

瞬态平面热源法测试技术应用——Application Note ：004 瞬态平面热源法 （HOTDISK 法）测量 导热脂不同温度下的导热系数 上海依阳实业有限公司 上海依阳实业有限公司—— 摘要：针对某一牌号导热脂这种热界面材料，采用瞬态平面热源法（HOTDISK 法）测量了这种材料 在25℃至150℃范围内导热系数，由此了解导热脂在不同温度下的导热性能，为这种材料的工程应用提供 参考。 1. 背景 导热脂作为一类典型的热界面材料（TIM —ThermalInterfaceMaterials ）长期以来在各个行业中被用 作传热材料，具有诸多优势，包括高低温稳定性、本身固有的低离子含量及很高的纯度。而且，由于其可 与基板实现优异的表面接触和无孔隙界面，因而它们常常是各种传热材料的首选。导热脂在化学性质上为 惰性，可在-45 ℃至+200 ℃的温度范围内保持较稳定的物理性能，这使其成为极少数能够承受各种恶劣运 行环境的材料之一。由于模量很低，导热脂具有足够的柔性，可适应不同的热膨胀系数(CTE)，传递到部 件或基板的应力达到最小。导热脂有多种形式： （1）灌封剂和凝胶形式导热脂 灌封剂 （或封装化合物）和凝胶形式的导热脂用于嵌入整个电路组件，以最大程度提高热传递（通常 为多个方向），并为器件或电路提供一定程度的物理保护。灌封剂形式的导热脂也可固化为耐久的弹性橡 胶，提供更大的物理保护，而更软的凝胶形式导热脂则可更多地减缓热膨胀和机械应力。这些可流动的液 体也可用作填隙料，或用来连接电路和热沉，便于自动生产的大批量加工。 （2 ）粘合剂形式导热脂 由于导热粘合剂能够填满不规则形状的间隙，产生更大的接触面积，最大化热传导，因而，增强了电 子器件的设计灵活性。同样，在不能严格控制零件的平面度和装配公差时，它们还能提高生产的可靠性和 成本效率。有机硅配方一般为没有腐蚀性的热固化材料，在加工过程中不会产生很多副产物，这使其即使 在完全封闭的情况下也能作为结构胶使用，而无需机械固定装置。 （3 ）填隙形式导热脂 热界面材料的一个关键功能是完全填补任何不规则表面并将空气排出。实际上，材料或复合材料的本 体导热系数可能并不如流动和润湿基板的能力重要。从热传导的角度来看，导热脂很适合TIM 应用，但是 油脂在较高温度下可能易被抽空，尤其是在经过反复的热循环后。 填隙料形式的导热脂通过一种干法技术解决了这个问题。它们通常比粘合剂软，具有极好的应力减缓 能力，且一般比粘合剂产品的导热系数更高。填隙料使用时，一般有机械固定，具有传统油脂的性能优势， 但又保持了自我支撑。在低至0.703 kg/cm2 的压力下，可观察到这类替代性材料的完全流动，它们还可在 部件表面直接印刷和固化，或采用贴膜转移工艺用作预固化垫片。 导热脂这类热界面材料在冷却散热中应用广泛，各种厂家和型号的产品也是众多，但很少看到过厂家 提供导热脂在不同温度下的导热系数数据，而不同温度下的导热系数数据是产品性能评价、冷却散热系统 设计和工程应用选型的重要依据。 本文针对导热脂这类材料，采用瞬态平面热源法，在不同温度下测量导热脂的导热系数，由此给出导 热脂随温度变化的规律，为导热脂产品的评价和应用提供参考。 2. 测试方法和测试仪器 2.1. 测试方法 对于导热脂导热系数的测量，我们选择采用瞬态平面热源法。瞬态平面热源法作为一种绝对测量方法， 在理论上可以达到很高的测量精度，特别适合导热脂这类热界面材料的测试。采用瞬态平面热源法测量导 热脂的导热系数，主要体现出以下几方面的优势： （1）标准测试方法：瞬态平面热源法是一种标准测试方法，具有相应的测试标准方法，及 ISO/DIS 22007-2.2 Plastics - Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity - Part 2: Transient plane heat source (Hot Disk) method。具有标准方法有利于测试的准确性、可延续性和可对比性。 （2 ）测试精度高：在瞬态平面热源法标准测试方法中，明确把瞬态平面热源法归结到塑料材料，塑