一种材料热阻和导热系数的测试方法技术

本发明专利技术涉及一种材料热阻和导热系数的测试方法，包括：将待测材料布置在恒温热沉上；将MOSFET功率器件贴装在待测材料上；使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随时间变化的第一加热曲线；拆除待测材料，并将MOSFET功率器件贴装在恒温热沉上；使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随温度变化的第二加热曲线；根据第一加热曲线和第二加热曲线拟合计算出待测材料的热阻；以及根据热阻确定待测材料的导热系数。根据热阻确定待测材料的导热系数。根据热阻确定待测材料的导热系数。

【技术实现步骤摘要】
一种材料热阻和导热系数的测试方法


[0001]本专利技术涉及材料热特性测试领域，尤其涉及一种材料热阻和导热系数的测试方法。

技术介绍

[0002]材料的导热系数是材料本身固有的属性，其不仅与材料的物质种类有关，而且与材料的微观结构、填料含量等由密切关系。在实际科学实验与工程设计中，导热系数的测试方法有许多，这些方法具有不同的适用领域、测量范围、精度、准确度和试样尺寸等要求。目前材料导热系数测试的主要方法有稳态和非稳态，在导热硅脂领域主要是稳态热板法(参照标准：ASTM D5470)以及瞬态平面热源法(参考标准ISO 22007
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2)。稳态热板法存在以下问题：对材料的厚度和样品尺寸有一定的要求，同时热源功耗难以控制，而且其测量范围和精度有一定的极限。瞬态测试也存在一定的问题：例如此方法只适用于测试均质材料的导热系数，不适合测量各向异性的材料，如石墨片。当前已有大量的导热系数测试方法，但没有任何一种方法能适用于所有产品、所有场合或者至少大多数产品和场合，而且产品特性、测试标准、测试环境等都会对导热系数的结果产生影响。需要开发一种适用于大多数材料的导热系数的测试方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的任务是提供一种材料热阻和导热系数的测试方法，采用功率可控的MOSFET功率器件作为加热源，并结合T3ster热阻测试设备，实现了对多种导热材料的热阻和导热系数的准确测量，并且该方法操作简单、结果准确。
[0004]根据本专利技术，前述任务通过一种材料热阻和导热系数的测试方法来解决，包括：
[0005]将待测材料布置在恒温热沉上；
[0006]将MOSFET功率器件贴装在待测材料上；
[0007]使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随时间变化的第一加热曲线；
[0008]拆除待测材料，并将MOSFET功率器件贴装在恒温热沉上；
[0009]使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随温度变化的第二加热曲线；
[0010]根据第一加热曲线和第二加热曲线拟合计算出待测材料的热阻；以及
[0011]根据热阻确定待测材料的导热系数。
[0012]进一步地，其中根据第一加热曲线和第二加热曲线拟合计算出待测材料的热阻包括：
[0013]根据第二加热曲线拟合计算出MOSFET功率器件的K系数；
[0014]根据所述K系数和第一加热曲线确定热阻和热容的结构函数曲线，并根据结构函数曲线确定待测材料的热阻。
[0015]进一步地，所述将待测材料布置在恒温热沉上的步骤之前，还包括：
[0016]测量待测材料的尺寸；
[0017]将MOSFET功率器件与热阻测试设备连接，热阻测试设备与计算机连接；以及
[0018]设置MOSFET功率器件的加热电流。
[0019]进一步地，所述热阻测试设备是T3ster热阻测试设备。
[0020]进一步地，其中测量待测材料的尺寸包括：
[0021]测量待测材料的厚度δ和待测材料的传热面积A。
[0022]进一步地，其中根据第二加热曲线拟合计算出MOSFET功率器件的K系数包括：计算机中的T3ster分析软件根据第二加热曲线拟合计算出MOSFET功率器件的K系数。
[0023]进一步地，其中根据所述K系数和第一加热曲线确定热阻和热容的结构函数曲线，并根据结构函数曲线确定待测材料的热阻包括：
[0024]计算机中的T3ster分析软件根据K系数将第一加热曲线进行数学变换得到热阻和热容的结构函数曲线，并从结构函数曲线的两个极大值点中分离出待测材料的热阻。
[0025]进一步地，其中从结构函数曲线的两个极大值点中分离出待测材料的热阻包括：
[0026]在分离待测材料的热阻时，以结构函数曲线中的极大值点为分离点，结构函数曲线中最右侧的分离点的热阻值为MOSFET功率器件、待测材料和恒温热沉的总热阻，次右侧的分离点的热阻值为MOSFET功率器件和恒温热沉的总热阻，结构函数曲线的两个分离点的热阻值之差为待测材料的热阻。
[0027]进一步地，其中根据热阻确定待测材料的导热系数包括：
[0028]根据导热系数的计算公式和待测材料的热阻的确定待测材料的导热系数：
[0029]其中λ为待测材料的导热系数，δ为待测材料的厚度，R为待测材料的热阻，A为待测材料的传热面积。
[0030]本专利技术至少具有下列有益效果：本专利技术提供了一种材料热阻和导热系数的测试方法，采用功率可控的MOSFET功率器件作为加热源，并结合T3ster热阻测试设备，实现了对多种导热材料的热阻和导热系数的准确测量；该测试方法基于一维稳态的热流法，可以测试出材料的热阻和导热系数两个参量；在测试过程中，待测材料与热沉直接热接触，可以模拟待测材料在真实工作条件下的散热状态；该测试方法以MOSFET功率器件作为加热源，拓展了T3ster热阻测试设备的应用范围。
附图说明
[0031]下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本专利技术。
[0032]图1示出了根据本专利技术的使用MOSFET功率器件作为热源测试材料热阻和导热系数的原理示意图；
[0033]图2示出了根据本专利技术的一个实施例的材料的热阻和导热系数的测试流程；
[0034]图3示出了根据本专利技术的一个实施例的MOSFET功率器件加热过程中的温度与电压的关系曲线示意图；以及
[0035]图4出了根据本专利技术的一个实施例的结构函数曲线示意图。
具体实施方式
[0036]应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。
[0037]在本专利技术中，各实施例仅仅旨在说明本专利技术的方案，而不应被理解为限制性的。
[0038]在本专利技术中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
[0039]在此还应当指出，在本专利技术的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本专利技术的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。
[0040]在此还应当指出，在本专利技术的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。
[0041]在此还应当指出，在本专利技术的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料热阻和导热系数的测试方法，包括：将待测材料布置在恒温热沉上；将MOSFET功率器件贴装在待测材料上；使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随时间变化的第一加热曲线；拆除待测材料，并将MOSFET功率器件贴装在恒温热沉上；使MOSFET功率器件发热直至热流传输路径达到热平衡，使用热阻测试设备来记录MOSFET功率器件的电压随温度变化的第二加热曲线；根据第一加热曲线和第二加热曲线拟合计算出待测材料的热阻；以及根据热阻确定待测材料的导热系数。2.根据权利要求1所述的材料热阻和导热系数的测试方法，其中根据第一加热曲线和第二加热曲线拟合计算出待测材料的热阻包括：根据第二加热曲线拟合计算出MOSFET功率器件的K系数；根据所述K系数和第一加热曲线确定热阻和热容的结构函数曲线，并根据结构函数曲线确定待测材料的热阻。3.根据权利要求1所述的材料热阻和导热系数的测试方法，所述将待测材料布置在恒温热沉上的步骤之前，还包括：测量待测材料的尺寸；将MOSFET功率器件与热阻测试设备连接，热阻测试设备与计算机连接；以及设置MOSFET功率器件的加热电流。4.根据权利要求3所述的材料热阻和导热系数的测试方法，其特征在于，所述热阻测试设备是T3ster热阻测试设备。5.根据权利要求3所述的材料热阻和导热系数的测试方法，其中测量待测材料的尺寸包括：测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，顾越，
申请(专利权)人：华芯检测无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：