微纳米金属烧结体热导率试验方法:闪光法.docx

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1

微纳米金属烧结体热导率试验方法闪光法

1范围

本文件规定了第三代半导体器件封装用微纳米金属烧结体热导率的测试方法。

本方法适用于微纳米金属烧结体,不包括微纳米金属烧结件热导率的测定。

本方法测试的是样品在室温条件下的热导率值。

需注意的是,本方法适用于从样品正面到样品背面方向(即纵向方向)的热导率的测量,该方向与

器件封装样品的传热方向相同。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

T/CASA017中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

烧结体as-sinteredcompact

封装烧结材料在不含被连接件、连接基体的情况下,单独完成烧结工艺后形成的部件结构。

3.2

热导率thermalconductivity

即导热系数,单位时间内在单位温度梯度下沿热流方向通过材料单位面积传播的热量。

3.3

热扩散系数thermaldiffusioncoefficient

物体中某一点的温度的扰动传递到另一点的速率的量度。由材料的导热系数除以其体积和比热容。

3.4

体积密度density

材料的质量和体积之比。

3.5

比热容specificheat

单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。

3.6

差示扫描量热法differentialscanningcalorimetry

DSC

在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的功率差(如以热的形式)与温度关系的热分析法。

3.7

DSC曲线DSCcurve

2

以样品吸热或放热的速率,即热流率dH/dt(单位毫焦/秒)为纵坐标,以温度T或时间t为横坐标的曲线;该曲线可以测定多种热力学、动力学参数。

该曲线可以用来测量比热容、熔点、玻璃化转变温度、反应热、结晶速率、相转变等。

3.8

测试样品testingsample

用于微纳米金属烧结体热导率测试,具有特定尺寸要求的样品。

3.9

样品正面frontsideofsample

能量脉冲摄入试样的一面。

3.10

样品背面backsideofsample

与样品正面相对的样品另一面。在实验过程中,样品背面温度会因样品正面摄入能量脉冲而升高。

3.11

样品直径samplediameter

测试样品的平均直径。

3.12

样品厚度samplethickness

测试样品的平均厚度,也是样品正面到样品背面的平均距离。

4方法原理

4.1热导率值的计算

已知材料的热扩散系数、比热容及体积密度,可由下列公式求出材料的导热系数:

λ=a×cp×p (1)

式中:

λ——导热系数,单位为瓦每米开尔文W/(mk);

α——热扩散系数,单位为平方米每秒m2/s;

CP——比热容,单位为焦每千克开尔文J/(kgK);

ρ——体积密度,单位为千克每立方米kg/m3。

4.2热扩散系统的测量

测试样品的热扩散系数使用闪光法测量,如图1所示,测试样品在测试设备中受高强度短时能量脉冲(Q)辐射,试样正面吸收脉冲能量使背面温度升高,记录试样背面温度的变化。根据试样厚度(H)

和背面温度达到最大值的一半所需时间(t1/2)计算出试样的热扩散系数,具体计算公式如下:

a=k1/2×H2/t1/2 (2)

式中:

H——样品厚度;

t1/2——样品背面温度达到最大值的一半所需时间;

k1/2——样品背面温度达到最大值的一半条件下对应的经验常数,取值0.13879。

3

图1闪光法原理图

4.3比热容的测量

试验样品的比热容使用差式扫描量热仪测得。将试样与一已知比热容的标准物质(通常为蓝宝石,主要成分为α-Al2O3)在相同测试条件下进行升温扫描,与此同时还需进行一次相同条件的空白测试。每一条有样品的DSC线都要减去空白测试曲线,再用试样测试曲线DSC信号与已知的蓝宝石DSC信号进行比较。对比测量物和标准物质的测试曲线,即可得到待测物的比热容。具体计算公式如下:

cpsample=Dle×d×cstandard······································(3)

式中:

Dscsample——待测样品DSC曲线特征值,即DSC曲线中,某一温度(横坐标)下的取值(纵坐标);Dscstandard——标准物质DSC曲线特征值;

Dscbase——空白DSC曲线特征值;

msample——待测样品质量(差示扫描量热仪可软件直接读数);

mstandard——标准物质质量(差示扫描量热仪可

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