[發明專利]一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統與方法

在審

• 申請號: 202010541443.7
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111795995A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 劉建影;張毛毛;陳淑靜;梁勇;葛正祥
• 申請（專利權）人: 上海超碳石墨烯產業技術有限公司;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: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統與系統。所述系統包括用于收集、處理數據的控制系統及用于放置導熱薄膜的導電基底，所述導電基底使用時表面有電流，導電基底上方設有激光測熱儀。測試方法為：將樣品的參數導入控制系統中；將導熱薄膜固定在導電基底上；打開電源，使導電基底通電流，導熱薄膜通入電流后，利用電機驅動激光測溫儀從導熱薄膜的一端運動到另一端，得到溫度?時間曲線圖；判斷激光測溫儀是否達到極限位置；選擇有效溫度值并計算。本發明利用焦耳自加熱原理，通過輸入測量數據，實現薄膜熱導率的快速測試。用戶在可視化系統中，通過輸入相關數據即可完成更快更有效地測量厚度低于20μm薄膜的熱導率。

技術領域

本發明涉及了一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統，具體涉及一種利用焦耳自加熱法來測量薄膜樣品的熱導率的系統。

背景技術

薄膜測熱導率一直是科學界一個重要的研究課題。最近數十年來，電子設備(如手機)的性能越來與好，因為更多高性能，體積小的硬件不斷升價換代，但同時也帶來了更嚴重的發熱問題。利用界面散熱性好的材料可以輔助散熱，最常用的是導熱硅脂散熱。但是，導熱硅脂的散熱性并不太優秀，且具有一定的污染性。隨著材料的發展，薄膜截面散熱材料逐漸成為熱門選擇，如石墨烯薄膜，銅片等。銅的熱導率在400w/(mK)左右，而石墨烯最高可達5000w/(mK)。如何很好的測量薄膜的熱導率，一些是現在熱學領域的重點研究方面。

激光導熱法是目前常用的熱導率測試方法，代表的有耐馳的Laser Flash測試儀器。Laser Flash使用激光閃射法，能夠快速有效地測量出溫度區間在-125℃-2800℃、熱導率在0.1W/(mK)-2000W/(mK)的材料的熱導率。然而，對于厚度在20μm以下的樣品，這種方法就無法保證精確度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統，它能夠更快更有效地測量厚度低于20μm薄膜的熱導率。

為了解決上述問題，本發明提供了一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統，其特征在于，包括用于收集、處理數據的控制系統及用于放置導熱薄膜的導電基底，所述導電基底使用時表面有電流，導電基底上方設有激光測熱儀。

本發明還提供了一種超薄薄膜散熱材料的熱導率測試方法，其特征在于，采用上述超薄薄膜散熱材料的熱導率測試系統，具體包括以下步驟：

步驟1)、輸入測試信息：將樣品的參數導入控制系統中；

步驟2)、調整樣品位置：利用導電銀漿將導熱薄膜固定在導電基底上，調整導電基底的位置，使其與激光測溫儀正對；

步驟3)、測試樣品溫度：打開電源，使導電基底通電流，導熱薄膜通入電流后，利用電機驅動激光測溫儀從導熱薄膜的一端運動到另一端，得到溫度-時間曲線圖；

步驟4)：判斷激光測溫儀是否達到極限位置，若是，進行下一步；若否，則重復步驟3)直至達到極限位置；

步驟5)、用戶選擇有效溫度值并計算：通過光標讀出曲線任意位置的溫度值，記錄下溫度的最大值T_m和最小值T₀，數據自動導入到控制系統中，計算該導熱薄膜的出熱導率。

優選地，所述步驟1)中的參數指：導熱薄膜的長度、寬度、厚度。

更優選地，所述導熱薄膜的長度控制在30mm之內，寬度在3mm之內，長寬比為10：1。

優選地，所述步驟2)中調整導熱薄膜與激光測溫儀之間的高度差，使激光測溫儀的激光焦點始終在導熱薄膜上。

優選地，所述步驟3)中導熱薄膜中通入的電流控制在2A之內。

優選地，所述步驟5)中導熱薄膜熱導率的計算公式為：