基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法
【專利摘要】本發明提供一種基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，所述的測試方法是采用3ω法分別測量待測樣品對和對比樣品的總熱阻，然后通過作差計算得到接觸熱阻。所述的測量方法為：第一待測樣品和第三待測樣品疊加放置構成接觸熱阻待測樣品對；第二待測樣品作為對比對象；用壓力加載裝置調整待測樣品對之間的接觸壓力大小；將電壓測試單元與待測樣品表面的加熱測溫金屬線相連，并測量待測樣品對和第二待測樣品的總熱阻，最后通過作差求得接觸熱阻。本方法可快速測量薄層材料間的接觸熱阻，測量原理相對其它瞬態法簡單。
【專利說明】基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法【技術領域】
[0001]本發明屬于接觸熱阻測量【技術領域】，特別是一種基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子工業的快速發展，電子器件的封裝密度越來越高，越來越小的封裝體積使得電子設備的散熱問題不斷突出。有研究指出，在電子系統中溫度是影響電子設備穩定性和可靠性的主要因素之一，55%的故障是由于器件所處的工作溫度不合理造成的。而接觸熱阻是影響電子設備散熱能力的重要因素，接觸熱阻的存在必定會阻礙熱流在接觸界面上的傳遞，接觸熱阻越大電子器件的散熱能力就越差。因此，準確測定接觸界面的接觸熱阻對電子設備熱設計有重要的意義。
[0003]在接觸熱阻的實驗測量方法中，主要采用的是傳統的穩態法，但是穩態法在測量過程中需要將熱電偶插入上下兩個待測樣品當中，為了得到樣品的軸向溫度梯度需要布置多個測溫點，因此對樣品的幾何尺寸有較高的要求，難以測量厚度小于50_的薄層材料間的接觸熱阻，另外穩態法在測量過程中為了使溫度達到穩態，測量時間可長達8小時。各種瞬態法(主要有激光光熱測量法、激光閃光法、激光光聲法)雖然具備測量薄層材料間接觸熱阻的能力，但影響測量結果的因素較多，公式推導復雜，測量精度難以保證。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種適用于測量薄層材料間的接觸熱阻，且原理簡單、測量快速的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:
[0006]一種基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:選擇第一待測樣品和第二待測樣品的材料，選擇一個與第二待測樣品材料相同的第三待測樣品；
[0008]步驟2:分別在第一待測樣品和第二待測樣品的一個面上設置加熱測溫金屬線，如果第一待測樣品或第二待測樣品為金屬材料則在其制作加熱測溫金屬線的表面上先沉積一層絕緣薄膜；
[0009]步驟3:將第一待測樣品含有加熱測溫金屬線的面朝上放置在第三待測樣品上構成接觸熱阻待測樣品對，調整待測樣品之間的接觸壓力至所要測量的壓力值為止；
[0010]步驟4:將第一待測樣品表面的加熱測溫金屬線與電壓測試單元相連；
[0011]步驟5:用3ω法測量待測樣品對上第一待測樣品表面的加熱測溫金屬線兩端的基波電壓νω及三次諧波電壓ν3ω，然后根據3ω法測試原理計算待測樣品對的總熱阻Za ；
[0012]步驟6:將第二待測樣品表面的加熱測溫金屬線與電壓測試單元相連；
[0013]步驟7:用3ω法測量第二待測樣品表面的加熱測溫金屬線兩端的基波電壓Vu及三次諧波電壓ν3ω，根據3ω法測試原理計算第二待測樣品的熱阻Zb ；[0014]步驟8:第一待測樣品和第三待測樣品之間的接觸熱阻R。通過待測樣品對的總熱阻Za減去第二待測樣品的熱阻Zb以及第一待測樣品的熱阻R1求得。
[0015]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0016]本發明的測量方法對待測樣品的幾何尺寸要求較低，可以測量薄層材料之間的接觸熱阻；且原理檢測，測量快速，避免了了各種瞬態法測接觸熱阻中的復雜公式推導和計
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[0017]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法的方法流程圖。
[0019]圖2是本發明基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法測試裝置的結構示意圖。
[0020]圖3是本發明基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法待測樣品對的結構主視圖。
[0021]圖4是本發 明基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法待測樣品對的結構俯視圖。
[0022]圖5是本發明基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法第二待測樣品的結構主視圖。
[0023]圖6是本發明基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法第二待測樣品的結構俯視圖。
【具體實施方式】
[0024]結合圖1~圖6:
[0025]一種基于3 ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，實現該方法的測試步驟如下:
[0026]步驟1:選擇第一待測樣品11和第二待測樣品12的材料，選擇一個與第二待測樣品12材料相同的第三待測樣品13 ；
[0027]步驟2:在第一待測樣品11的一個面上制作出加熱測溫金屬線21，在第二待測樣品的一個面上制作出加熱測溫金屬線22，如果第一待測樣品11或第二待測樣品12為金屬材料則在其制作加熱測溫金屬線的表面上先沉積一層絕緣薄膜；
[0028]步驟3:將第一待測樣品11含有加熱測溫金屬線21的面朝上放置在第三待測樣品13上構成接觸熱阻待測樣品對，并將待測樣品對正放在壓力加載裝置的底座34的上面，將壓力傳感器探頭35置于第一待測樣品11的加熱測溫金屬線21上，移動螺桿33，當螺桿33的頂端接觸到壓力傳感器探頭35后繼續移動螺桿33直到壓力傳感器上的示數達到所要測量的接觸熱阻壓力值為止；
[0029]步驟4:將第一待測樣品11表面的加熱測溫金屬線21與電壓測試單元4電相連；
[0030]步驟5:用3 ω法測量待測樣品對上第一待測樣品11表面的加熱測溫金屬線21兩端的基波電壓νω及三次諧波電壓ν3ω，然后根據3 ω法測試原理計算待測樣品對的總熱阻Za;[0031]步驟6:移動螺桿33，釋放待測樣品對的壓力，取出第一待測樣品11和第三待測樣品13，將第二待測樣品12含有加熱測溫金屬線22的表面朝上放在壓力加載裝置的底座34的上面，然后將第二待測樣品12表面的加熱測溫金屬線22與電壓測試單元4電相連；
[0032]步驟7:用3ω法測量第二待測樣品12表面的加熱測溫金屬線22兩端的基波電壓Vu及三次諧波電壓ν3ω，根據3ω法測試原理計算第二待測樣品12的熱阻Zb ；
[0033]步驟8:第一待測樣品11和第三待測樣品13之間的接觸熱阻Rc通過待測樣品對的總熱阻Za減去第二待測樣品12的熱阻Zb以及第一待測樣品11的熱阻R1求得。
[0034]上述步驟5和步驟7中的熱阻Za與Zb的測量原理為:
【權利要求】
1.一種基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:選擇第一待測樣品和第二待測樣品的材料，選擇一個與第二待測樣品材料相同的第三待測樣品； 步驟2:分別在第一待測樣品和第二待測樣品的一個面上設置加熱測溫金屬線，如果第一待測樣品或第二待測樣品為金屬材料則在其制作加熱測溫金屬線的表面上先沉積一層絕緣薄膜； 步驟3:將第一待測樣品含有加熱測溫金屬線的面朝上放置在第三待測樣品上構成接觸熱阻待測樣品對，調整待測樣品之間的接觸壓力至所要測量的壓力值為止； 步驟4:將第一待測樣品表面的加熱測溫金屬線與電壓測試單元相連； 步驟5:用3ω法測量待測樣品對上第一待測樣品表面的加熱測溫金屬線兩端的基波電壓νω及三次諧波電壓ν3ω，然后根據3ω法測試原理計算待測樣品對的總熱阻Za ； 步驟6:將第二待測樣品表面的加熱測溫金屬線與電壓測試單元相連； 步驟7:用3ω法測量第二待測樣品表面的加熱測溫金屬線兩端的基波電壓νω及三次諧波電壓ν3ω，根據3ω法測試原理計算第二待測樣品的熱阻Zb ； 步驟8:第一待測樣品和第三待測樣品之間的接觸熱阻R。通過待測樣品對的總熱阻Za減去第二待測樣品的熱阻Zb以及第一待測樣品的熱阻R1求得。
2.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的第三待測樣品外形狀尺寸與第二待測樣品相同。
3.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的第一待測樣品厚度小于I毫米，第二待測樣品厚度大于第一待測樣品厚度。
4.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的第一待測樣品和第二待測樣品表面的絕緣薄膜厚度小于5微米。
5.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的第一待測樣品和第二待測樣品表面的加熱測溫金屬線材料和形狀尺寸均相同。
6.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的加熱測溫金屬線通過沉積工藝附著在待測樣品表面。
7.根據權利要求1所述的基于3ω法的薄層材料間接觸熱阻的測試方法，其特征在于:所述的加熱測溫金屬線有四個引線端，其中里面兩個引線端與電壓測試單元的兩個電壓引線端通過導線連接，邊緣兩個引線端通過導線接入電壓測試單元的另外兩個電壓引線端對加熱測溫金屬線周期性電加熱。
【文檔編號】G01N25/20GK104034749SQ201410245721
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】宣益民, 李強, 麻景峰 申請人:南京理工大學