[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱片-金屬熱沉界面熱阻測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810009990.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN108387601B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏俊俊;吳晶恩;李成明;陳良賢;劉金龍;高旭輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱片?金屬熱沉界面熱阻測(cè)量裝置及方法，屬于封裝測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括可調(diào)直流電源、集熱系統(tǒng)、集熱體、保溫絕熱材料和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可調(diào)直流電源連接集熱系統(tǒng)，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)集熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，集熱體設(shè)置在集熱系統(tǒng)內(nèi)，集熱體周圍包裹保溫絕熱材料。可調(diào)直流電源給集熱體加熱；集熱體傳熱通道上等距分布三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，布置高精度熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量；將待測(cè)試樣的高導(dǎo)熱片表面與集熱體工作面進(jìn)行直接接觸，在金屬熱沉面一側(cè)布置另一個(gè)高精度熱電偶，進(jìn)行溫度采集。溫度穩(wěn)定后，記錄各點(diǎn)溫度作為計(jì)算溫度。該裝置總體結(jié)構(gòu)簡單、可靠，搭建成本低，可用于指導(dǎo)高導(dǎo)熱材料與金屬熱沉材料的低熱阻連接設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及封裝測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種高導(dǎo)熱片-金屬熱沉界面熱阻測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

電子設(shè)備的小型化趨勢(shì)和單芯片電子元件密度的增加使得現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)熱管理材料的性能要求越來越高。金剛石具有極高的硬度、低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱率(高達(dá)2200W·m^-1k^-1)，在高功率電子芯片熱設(shè)計(jì)中的作用十分顯著。CVD金剛石片用作大功率電子設(shè)備的熱沉材料時(shí)，除與功率電子器件進(jìn)行連接外，也需要與外部散熱系統(tǒng)(通常是金屬熱沉系統(tǒng))進(jìn)行連接(采用膠結(jié)或焊接手段)，因此，金剛石片-金屬熱沉連接界面是決定整個(gè)體系導(dǎo)熱能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，一方面對(duì)金剛石片-金屬界面的熱傳導(dǎo)機(jī)制的理解仍然不足。另一方面，關(guān)于界面熱阻的測(cè)試方法及測(cè)量裝置也相對(duì)缺乏，目前還難以獲得真實(shí)可信的測(cè)量數(shù)據(jù)，從而限制了諸如金剛石片等超高導(dǎo)熱材料的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。此外，從界面設(shè)計(jì)方面考慮，如何對(duì)金剛石類高導(dǎo)熱片和金屬的連接方式進(jìn)行優(yōu)選，也需要建立在對(duì)界面熱阻數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集的基礎(chǔ)上。因此，基于上述現(xiàn)狀，需要一套有針對(duì)性且行之有效的測(cè)量方法及裝置，來實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

關(guān)于傳熱界面熱阻測(cè)試方法，通常有穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法。前者是通過在兩接觸樣品上保持一定溫度差，測(cè)量兩樣品縱向各點(diǎn)溫度值，再根據(jù)傅里葉定律外推至接觸界面從而得到界面溫差。這種方法測(cè)試相對(duì)簡單，儀器操作容易，但是測(cè)量時(shí)間較長，對(duì)小薄片狀試樣不太容易實(shí)現(xiàn)，適合尺寸較大的樣品。中國發(fā)明專利(公開號(hào)CN104359942A)采用該穩(wěn)態(tài)測(cè)量方式；后者則采用熱成像、激光光熱、激光閃爍等手段，通過紅外高速攝像系統(tǒng)對(duì)接觸的兩樣品界面進(jìn)行高速紅外二維溫度記錄，再通過一維反向問題求解得出界面熱阻數(shù)據(jù)。該方法非接觸、響應(yīng)快、分辨率高，但對(duì)測(cè)量裝置及算法要求極高，測(cè)量精度也有待提升。中國專利(CN104849308A)采用的就是瞬態(tài)測(cè)量方法。以上兩個(gè)中國專利雖然都是界面測(cè)量方法，但是前者僅適用于大尺寸構(gòu)件，無法用于薄片導(dǎo)熱片的連接熱阻測(cè)量；后者則主要針對(duì)界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，采用的是專用熱阻測(cè)試平臺(tái)。

就目前的技術(shù)而言，尚沒有一種簡單有效的測(cè)量高導(dǎo)熱片封裝界面熱阻的測(cè)量方法及裝置，對(duì)于如金剛石高導(dǎo)熱片以及其它熱沉片的應(yīng)用研究造成了一定的障礙。因此，需要探索一套相對(duì)簡單有效、精度滿意的高導(dǎo)熱片-金屬熱沉界面熱阻測(cè)量方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高導(dǎo)熱片-金屬熱沉界面熱阻測(cè)量裝置及方法，主要用于高導(dǎo)熱片材料，特別是指CVD金剛石材料，與金屬熱沉材料的封裝界面進(jìn)行熱阻測(cè)試分析。

該裝置包括可調(diào)直流電源、集熱系統(tǒng)、集熱體、保溫絕熱材料和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可調(diào)直流電源連接集熱系統(tǒng)，溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)集熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，集熱體設(shè)置在集熱系統(tǒng)內(nèi)，集熱體周圍包裹保溫絕熱材料。

集熱體封閉在集熱系統(tǒng)殼體中，集熱系統(tǒng)殼體中間由保溫絕熱材料填充。

集熱體上等距離分布三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)上分別布置一個(gè)高精度熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量。

集熱體包括加熱體、傳熱材料、高導(dǎo)熱片和連接層，加熱體周圍布置傳熱材料，傳熱材料和連接層之間設(shè)置高導(dǎo)熱片。

加熱體采用并聯(lián)處理，并聯(lián)后通過一根導(dǎo)線連接到電源輸出端；加熱體通過蓋板密封，固定在集熱體下表面凹槽里。