導熱系數(shù)/熱阻鑒定解決方案

眾所周知，隨著溫度升高，電子器件可靠性和壽命將呈指數(shù)規(guī)律下降。對于LED產(chǎn)品和器件來說，選用導熱系數(shù)和熱阻盡可能小的原材料是改善產(chǎn)品散熱狀況、提高產(chǎn)品可靠性的關鍵環(huán)節(jié)之一。在LED產(chǎn)品中，經(jīng)常會使用到大量的導熱電絕緣界面材料，而由于導熱材料本身質(zhì)量參差不齊，同時，由于各家使用的測試設備和測試方法不同，經(jīng)常導致同一產(chǎn)品測得的熱阻或?qū)嵯禂?shù)出入較大，造成實際使用中經(jīng)常出現(xiàn)糾紛、數(shù)據(jù)誤解、造假等亂象。鑒于此，金鑒檢測LED品質(zhì)實驗室專門推出“導熱系數(shù)鑒定”的業(yè)務，通過金鑒特定檢測設備和標準規(guī)范LED市場，逐漸形成統(tǒng)一標準，給出可參考的LED導熱材料熱阻或?qū)嵯禂?shù)值。

服務客戶：PCB、MCPCB板生產(chǎn)廠商，陶瓷基板生產(chǎn)商，導熱膏、導熱片和導熱類塑料生產(chǎn)商，金屬散熱器生產(chǎn)商，LED燈具廠，LED照明廠

金鑒導熱系數(shù)/熱阻鑒定具有以下幾大優(yōu)勢：

1.統(tǒng)一檢測標準：由于各家使用的測試設備和測試方法不同，經(jīng)常導致同一產(chǎn)品測得的熱阻或?qū)嵯禂?shù)出入較大，造成實際使用中經(jīng)常出現(xiàn)糾紛、數(shù)據(jù)誤解、造假等亂象。金鑒通過特定的檢測設備和標準規(guī)范LED市場，逐漸形成統(tǒng)一標準，給出大眾認可、極具參考性的LED導熱材料熱阻或?qū)嵯禂?shù)值。

2.為價格比較提供數(shù)據(jù)支撐：以鋁基板為例，以鋁基板為例，不同產(chǎn)品導熱系數(shù)的高低直接決定了其價格的高低，1W/m?K和2W/m?K的材料價格可以相差近一倍。然而由于各檢測設備和測試方法不同，有的采用基板的整個厚度作計算，有的以絕緣層厚度作計算，在產(chǎn)品甄選時極易導致導熱系數(shù)的比較出現(xiàn)造假、誤解等亂象，金鑒LED品質(zhì)實驗室擁有業(yè)內(nèi)最高端和穩(wěn)定的材料導熱系數(shù)/熱阻測試設備，引用業(yè)內(nèi)目前最公認的測試標準，對測試結(jié)果附以詳細的解釋說明，為客戶在產(chǎn)品甄選時提供最有力的數(shù)據(jù)支撐。

3.結(jié)果公正、數(shù)據(jù)可查：金鑒LED品質(zhì)實驗室通過了CMA等資質(zhì)認定，也是全世界范圍內(nèi)唯一一家推出導熱系數(shù)/熱阻鑒定的公司，檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)絕對公正可信，并可以在金鑒實驗室的官方網(wǎng)站 www.gmatg.com查詢

關鍵詞定義：熱阻：熱量在熱流路徑上傳遞時遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了1W的熱量在1m2的面積內(nèi)所引起的溫升大小，單位為m2K/W或m2℃/W。導熱系數(shù)：在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，上下兩側(cè)表面的溫差為1度（K，°C），在1秒內(nèi)，通過1m2面積傳遞的熱量，用λ表示，單位為瓦/米?開爾文（W/m?K），此處K可用°C代替。（注意攝氏度和開爾文僅在溫標表示上有所區(qū)別，在表示溫差的量值意義上等價，因此這些單位中的℃和K可以任意互相替換。）

檢測方法：

針對導熱硅膠片、導熱硅脂、硅膠布、相變材料、鋁基板、覆銅基板（導熱系數(shù)0.05W/mK--20.00W/mK），選擇穩(wěn)態(tài)熱流法；針對金屬、合金等均勻的、各向同性高導熱的固體材料，選擇激光閃射法。

檢測標準：

穩(wěn)態(tài)熱流法： ASTM D5470; 激光閃射法：ASTM E1461

穩(wěn)態(tài)熱流法測試原理：

穩(wěn)態(tài)熱流法是基于測試兩平行等溫界面中厚度均勻試樣的理想熱傳導。試樣兩接觸界面間施加不同溫度，使得試樣上下兩面形成溫度梯度，促使熱流量全部垂直穿過試樣測試表面而沒有側(cè)面的熱擴散。測試方法：將厚度一定的方形樣品插入于兩熱等溫的平行表面之間，熱梯度通過兩接觸面的溫度差施加在試樣上，導致熱流從試樣通過，熱流垂直且均衡的穿過測試表面，同時確保無橫向熱傳輸。設備通過偵測出流過試樣的熱流量及熱端面和冷端面的溫度，推算出試樣的熱阻及導熱系數(shù)。

樣品尺寸：正方形：26mm×26mm，厚度<5mm；

測試標準：ASTM D 5470-06

測試項目：導熱系數(shù)、熱阻

測試范圍：熱阻＞0.01℃?cm2/W，熱傳導系數(shù)＜20W/m℃，適用于低導熱材料；可控制材料之受熱面溫度或冷卻面溫度，分析材料在不同溫度下的熱阻，不同壓力及加熱功率的熱阻測試，可作材料于長期反復加熱之壽命試驗。

測試溫度：室溫 to 180℃

測試類別：硅膠、硅橡膠、導熱樹脂、固體絕緣材料、導熱膏、導熱片、導熱膠、界面材料、相變化材料、玻璃、陶瓷、氧化鋁瓷、氧化鈹瓷、金屬、基板、鋁基板、覆銅基板、軟板導熱硅膠、導熱灌封膠、導熱雙面膠、導熱絕緣墊片、鋁箔散熱膜、銅箔散熱膜、鋁制散熱片、天然石墨膜、人工石墨膜、納米碳散熱膜、導熱塑料、導熱陶瓷、導熱相變材料、石墨烯散熱膜等低導熱材料。檢測材料為固態(tài)片狀，加圍框可檢測粉狀態(tài)材料及膏狀材料。

激光散射法測試原理：

激光散射法是使用脈沖激光照射到試樣的一個表面，然后通過紅外線測溫器監(jiān)控另一表面的溫度變化情況。激光閃射法測量材料導熱系數(shù)的原理是根據(jù)導熱系數(shù)K與熱擴散系數(shù)A、比熱容c和體積密度Q三者之間的關系，如下式給出，首先測出試樣的體積密度Q，然后分別或者同時測量出材料的熱擴散系數(shù)A和比熱容c，則根據(jù)下式即可計算出材料的導熱系數(shù)。

激光閃射法的物理模型是，如果能量為Q的激光脈沖被一圓片狀試樣（厚度為L）的正面吸收，同時試樣及激光脈沖應滿足以下條件：1、熱量在試樣內(nèi)是一維熱流；2、試樣表面沒有熱損失；3、激光脈沖能量被試樣正面均勻吸收；4、激光脈沖寬度足夠；5、激光脈沖能量的吸收僅在正面很小的厚度內(nèi)發(fā)生；6、試樣是均勻不透光的；7、試驗條件下，溫度保持恒定。當測試過程滿足以上條件時，那么在試樣內(nèi)熱量的傳輸可認為是一維熱流。因此，由激光脈沖瞬間輻射而引起背面的溫度變化及分布可用簡化的數(shù)學方法進行描述和計算。

測試介紹

激光頭位于儀器下部位，樣品放置在管狀爐體中央的樣品支架上。不同類型的爐子可達到的最高測試溫度不同，最高可達1000℃（石墨爐體）。用InSb檢測器測量樣品背部的溫升，該檢測器位于系統(tǒng)的頂部。儀器的垂直結(jié)構確保了良好的信噪比與樣品形狀的靈活性。應用激光閃射法時，樣品在爐體中被加熱到所需的測試溫度。隨后，由激光器產(chǎn)生的一束短促激光脈沖對樣品的前表面進行加熱。熱量在樣品中擴散，使樣品背部的溫度上升。用紅外探測器測量溫度隨時間上升的關系。

樣品尺寸：圓柱的片狀：直徑12.7mm±0.1mm，厚度：0.5mm～4mm。

測試標準：ASTM E1461

測試項目：導熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)、比熱容

導熱系數(shù)范圍：0.1~2000W/m·K

測試溫度：室溫 to 1000°C

測試類別：金屬、合金、塑料、陶瓷、橡膠、粉末、纖維（需壓片）等均勻、各向同性的固體材料的導熱性能，導熱系數(shù)最高可以測試2000W/m·K。

金鑒實驗室應用舉例：

案例1：LED鋁基板

LED鋁基板的導熱系數(shù)和基板中間的絕緣層有關，因此，測試鋁基板的導熱系數(shù)，實際上是測量絕緣層的導熱系數(shù)，在測試過程中要涉及到切片用掃描電鏡測量絕緣層的厚度，再通過計算公式得出絕緣層的厚度。下面這個導熱系數(shù)鑒定案例，金鑒測得基板的總熱阻為0.72℃·cm2/W。取送測基板，制作切片樣品，掃描電鏡SEM測得基板厚度約1232.14μm，絕緣層厚度約132.60μm，通過計算得出絕緣層導熱系數(shù)1.851W/m·℃，此數(shù)值也為該鋁基板的導熱系數(shù)。

案例2：導熱膏

客戶送測A、B兩款導熱膏樣品，要求于熱面溫度為80℃狀態(tài)下，對兩款導熱膏樣品進行導熱系數(shù)對比測試。測試中，采用如下圖所示的治具，控制樣品分別在0.1mm，0.2mm，0.3mm厚度，分別測試樣品在三種厚度下的熱阻，從而可以在以厚度為橫坐標、熱阻值為縱坐標的坐標系中擬合出一條直線，直線的斜率的倒數(shù)即為導熱膏樣品的導熱系數(shù)。

由A、B兩款導熱膏測試結(jié)果對比表可知，樣品A導熱系數(shù)優(yōu)于樣品B，測試結(jié)果一目了然。

案例分析3

某LED公司在研發(fā)某款新產(chǎn)品時，委托金鑒對氮化鋁陶瓷基板做導熱系數(shù)鑒定測試。測試結(jié)果滿足客戶開發(fā)的新產(chǎn)品要求的各項指標，最終客戶選用這款基板作為散熱基板。

測試樣品

檢測條件：環(huán)境溫度：23±2℃； 濕度：50±5%R.H；

檢測標準：ASTM E1461用閃光法測定熱擴散率的標準試驗方法。

責任編輯：tzh