[發明專利]利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法和設備

在審

• 申請號: 202010535908.8
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111537560A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 劉建影
• 申請（專利權）人: 上海上大瑞滬微系統集成技術有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

本發明提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法，包括：(1)將待測試樣品水平放置，兩端分別置于兩個銅塊上并分別電連接兩個銅塊，長度為L，寬度為ω，厚度為t，L與ω之比大于10；(2)將紅外溫度探測器置于待測試樣品的上方并朝向待測試樣品，聚焦直徑小于待測試樣品的寬度；(3)通過紅外溫度探測器測量獲得待測試樣品的初始溫度T₀；(4)對兩個銅塊施加直流電流I，通過紅外溫度探測器測量獲得待測試樣品的中間位置的最高溫度T_M，同時測量待測試樣品的兩端的電壓值V；(5)采用下式計算導熱系數K：還提供了相關的設備。本發明的方法能夠測試導熱系數，特別是厚度低于20微米的樣品的導熱系數。

技術領域

本發明涉及材料性能測試技術領域，特別涉及材料導熱系數測試技術領域，具體是指一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法和設備。

背景技術

隨著電子工業的快速發展，電子產品日趨小型化、多功能化和高性能化的同時，單位面積上產生的熱量也急劇上升，例如，雷達基站在運行過程中每個單元產熱量約300W，局部熱流密度甚至達到400W/cm²。此外，在通訊中用作光源的激光產品功率密度高達500W/cm²～1000W/cm²。

高溫將會降低芯片工作的穩定性，而由高溫引起的熱應力會影響芯片的電性能、工作頻率、機械強度和可靠性。許多研究者及廠家采用高熱導率的薄膜散熱材料進行散熱。因此如何測試材料尤其是高熱導率薄膜材料的熱導系數變得至關重要。

熱導率的測試方法層出不窮，有激光散射法、穩態熱流法、熱橋法。Hot Disk技術只能測試厚度高于0.5毫米且熱擴散系數在100mm²/s以內的樣品。ASTM D5470技術雖然測試方法簡單，但是樣品熱導率明顯受到接觸表面影響。目前企業跟研究者普遍認可的是耐馳公司的Xenon NanoFlash測試方法，該方法是采用激光閃射法測試樣品的熱擴散系數，然后結合比熱和密度得到樣品的熱導系數。但是該測試設備只適用于厚度大于20微米的樣品，測試10微米以下的樣品，用該設備精確度非常低，誤差增大。因此開發新的導熱系數測試方法勢在必行。

因此，希望提供一種導熱系數測試方法，其能夠測試導熱系數，特別是厚度低于20微米的樣品的導熱系數。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺點，本發明的一個目的在于提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法，其能夠測試導熱系數，特別是厚度低于20微米的樣品的導熱系數，適于大規模推廣應用。

本發明的另一目的在于提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法，其設計巧妙，操作簡便，易于實現，成本低，適于大規模推廣應用。

本發明的另一目的在于提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的設備，其能夠測試導熱系數，特別是厚度低于20微米的樣品的導熱系數，適于大規模推廣應用。

本發明的另一目的在于提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的設備，其設計巧妙，結構簡潔，制造簡便，成本低，適于大規模推廣應用。

為達到以上目的，在本發明的第一方面，提供一種利用焦耳自加熱的方法測試導熱系數的方法，其特點是，包括以下步驟：

(1)將待測試樣品水平放置，將所述待測試樣品的兩端分別置于兩個銅塊上并分別電連接兩個所述銅塊，其中，所述待測試樣品的長度為L，所述待測試樣品的寬度為ω，所述待測試樣品的厚度為t，L與ω之比大于10；

(2)將紅外溫度探測器置于所述待測試樣品的上方并朝向所述待測試樣品，所述紅外溫度探測器的聚焦直徑小于所述的待測試樣品的寬度；

(3)通過所述紅外溫度探測器對所述待測試樣品進行測量獲得所述待測試樣品的初始溫度T₀；