CN103543173A - 热导率测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热导率测试仪，包括机架、加热模块、冷却模块和测量模块，所述加热模块安装在所述机架的上中部，所述冷却模块安装在所述机架的下中部，所述加载模块安装在所述机架的顶部并对所述加热模块的顶面进行加载施压，所述测量模块包括埋设在所述加热模块和冷却模块内的热电偶，所述加热模块和所述冷却模块外套装有隔热装置（21），所述隔热装置（21）通过紧固装置（10）锁紧固定，所述紧固装置（10）包括两个箍紧件，两个所述箍紧件的一侧通过铰链连接，另一侧可拆卸连接。本发明热导率测试仪结构简单，安装方便，易于维护。

Description

热导率测试仪

技术领域

本发明涉及材料热物性测试技术领域，更具体地说，涉及一种热导率测试仪。

背景技术

随着LED向背投射、路灯、汽车车灯等新兴领域的延伸，作为光源的LED器件也向高功率密度、高亮度、高集成度等性能发展，这样一来，会引起LED单位面积过热而导致发光度降低、波长偏移、使用寿命缩短等诸多问题。因此，LED的散热显得尤为突出，目前，散热已经成为制约这些应用的技术瓶颈之一。

LED基板、芯片黏结层、热界面导热硅脂，作为散热路径的一部分或中间环节，对整个系统的散热起着承上启下的作用，一旦材料选用不当，便会带来散热方面的问题，进而影响光学性能及可靠性。因此其材料的选用至关重要，热导率，作为衡量材料热传导能力的物理参量，便成为这些材料选用的一项极其重要的测试指标。换言之，材料热导率的高低直接关系到光学性能的优劣。热导率测试仪的开发能够指导此类封装材料尤其是热界面材料的研发，从而起到对材料筛选优化的作用。

此外，在进行电子产品热设计和热模拟计算时，都要用到热导率这一物理参量，而实际情况是某些材料的热导率无法确定，这便给设计和仿真带来很大的困难。为使热设计和模拟计算准确可靠，必须确定材料的热学特性使其与材料实际使用时的情况相符，因此，进行热导率仪的开发将对电子产品在设计研发之初的选材上具有很重大的意义。现有的热导率测量相关设备结构复杂，价格昂贵，并且存在精度、可维修性低，针对性不强等问题。因此，对该热导率测试仪的研究开发具有很重要的实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有的热导率测试仪结构复杂、不易维护的缺陷，提供一种结构简单、易于维护的热导率测试仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种热导率测试仪，包括机架、加热模块、冷却模块和测量模块，所述加热模块安装在所述机架的上中部，所述冷却模块安装在所述机架的下中部，所述加载模块安装在所述机架的顶部并对所述加热模块的顶面进行加载施压，所述测量模块包括埋设在所述加热模块和冷却模块内的热电偶，所述加热模块和所述冷却模块外套装有隔热装置，所述隔热装置通过紧固装置锁紧固定，所述紧固装置包括两个箍紧件，两个所述箍紧件的一侧通过铰链连接，另一侧可拆卸连接。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述机架包括底座、顶盘和连接所述底座和顶盘的支撑杆，所述支撑杆的下部设有托盘，所述托盘与所述支撑杆滑动配合，所述冷却模块固定在所述托盘上。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述加载模块包括丝杆、手柄和顶盖，所述手柄与所述丝杆固定连接，所述顶盖上设有夹具，所述夹具的一端固定在所述顶盖上，另一端与所述支撑杆滑动配合，所述顶盘上设有带内螺纹的通孔，所述丝杆穿过所述通孔插入所述顶盖内，所述顶盖内设有与所述丝杆配合的盲孔，所述盲孔底部设有滚珠，所述顶盖与所述加热模块固定连接。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述支撑杆上设有限位台，所述限位台与所述夹具之间设有弹簧，所述弹簧套装在所述支撑杆上。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述限位台为套装在所述支撑杆上的螺母，所述支撑杆上设有与所述螺母配合的外螺纹。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述加热模块包括环形件、隔热槽、加热块和加热棒，所述隔热装置包裹在所述加热块外侧，所述加热块上设有轴肩部，所述加热棒埋设在所述轴肩部内，两个所述隔热槽分别从上下两侧包夹所述轴肩部，所述隔热槽设置在所述环形件内部，所述环形件与所述顶盖固定连接。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述冷却模块包括冷却块、水冷头和绝热盖，所述隔热装置包裹在所述冷却块外侧，所述绝热盖设置在所述冷却块底部，所述冷却块穿过所述绝热盖与所述水冷头接触，所述水冷头固定在所述托盘上。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述测量模块包括压力传感器，所述压力传感器固定在所述底座上，所述压力传感器和所述水冷头之间设有隔热板。

在本发明所述的热导率测试仪中，所述底座上设有散热排，所述散热排上的出水口与所述水冷头的进水口连接，所述散热排上的进水口与所述水冷头的出水口连接。

在本发明所述的热导率测试仪中，两个所述铰链分别固定在所述环形件和所述托盘上。

实施本发明的热导率测试仪，具有以下有益效果：隔热装置套装在加热模块和冷却模块的外侧，起到隔热的作用，隔热装置是通过两个箍紧件固定的，两个箍紧件在一侧通过铰链连接，另一侧可拆卸连接，安装时转动两个箍紧件并将另一侧连接即可，拆卸时将两个箍紧件可拆连接的一侧分离即可，隔热装置拆装方便，便于更换隔热装置，同时也可以很方便的取出热电偶，维护方便。本发明热导率测试仪结构简单，安装方便，易于维护。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明热导率测试仪的结构示意图；

图2是本发明热导率测试仪的轴测示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明一种热导率测试仪包括机架、加热模块、冷却模块和测量模块。加热模块安装在机架的上中部，冷却模块安装在机架的下中部，加热模块的底面和冷却模块的顶面形成待测样品11的上下施压面。加载模块安装在机架的顶部并对加热模块的顶面进行加载施压。

测量模块包括埋设在加热模块和冷却模块内的热电偶。在加热模块和冷却模块上按不同的间距分别钻多个小孔到中心，用以安置热电偶，孔径大小与热电偶焊点大小一样，并在孔中涂以硅胶固定热电偶位置，保证焊点与加热块9、冷却块12接触充分。孔间距按热模拟的结果来确定，保证各测试点存在一定的温差；焊点与加热模块、冷却模块接触充分，保证准确测量加热模块与冷却模块各点的温度及发热量，从而保证后续正确、有效地计算热导率。

加热模块和冷却模块外套装有隔热装置21，隔热装置21通过紧固装置10锁紧固定，紧固装置10包括两个箍紧件，两个箍紧件的一侧通过铰链连接，另一侧可拆卸连接。可拆卸连接方式有多种，例如通过螺钉8连接、卡扣连接等。设置隔热装置21可以保证热导率测试系统的一维稳态测试过程。安装时转动两个箍紧件并将另一侧连接即可，拆卸时将两个箍紧件可拆连接的一侧分离即可，隔热装置21拆装方便，便于更换隔热装置21，同时也可以很方便的取出热电偶，维护方便。本实施例中的铰链为合页，通过合页实现两箍紧件之间的转动连接，可以理解的是合页只是一种优选的实施方式，铰链的具体形式可以有多种。

进一步的，机架包括底座17、顶盘27和支撑杆18。支撑杆18连接底座17和顶盘27，底座17和顶盘27分别固定在支撑杆18的上部和下部，下底盘底部可以安装调节脚16。支撑杆18的下部设有托盘19，托盘19与支撑杆18滑动配合，冷却模块固定在托盘19上。

进一步的，加载模块包括丝杆2、手柄1和顶盖4。顶盖4上设有夹具26，夹具26的一端固定在顶盖4上，另一端与支撑杆18滑动配合。顶盘27上设有带内螺纹的通孔，丝杆2穿过通孔插入顶盖4内，丝杆2上的外螺纹与内螺纹配合。顶盘27上的通孔内也可以安装轴承3，在轴承3内设置内螺纹，使传动更加平稳。顶盖4内设有与丝杆2配合的盲孔，盲孔底部设有滚珠5，顶盖4与加热模块固定连接。手柄1与丝杆2固定连接，通过旋转手柄1可以带动加热模块运动。设置滚珠5可以保证加热模块作直线运动，从而保证测试样品11与加热模块受力均匀、接触充分。

进一步的，支撑杆18上设有限位台24，限位台24与夹具26之间设有弹簧25，弹簧25套装在支撑杆18上。弹簧25可以起到缓冲减震的作用，进一步保证加载过程的平稳度。限位台24可以通过多种方式实现，本实施例中的限位台24为螺母，支撑杆18上设有相应的外螺纹，螺母套装在外螺纹上，拆装方便，同时还可以通过旋转螺母来调节弹簧25的压缩程度，简单方便。可以理解的是，螺母只是限位台24的一种优选的实施方式，限位台24还可以通过凸台等方式实现。

进一步的，加热模块包括环形件6、隔热槽7、加热块9和加热棒23。隔热装置21包裹在加热块9外侧，加热块9由高热导率的材料制成。本实施例中的加热块9为“T”形，其上设有轴肩部，加热棒23埋设在轴肩部内，加热棒23的温度、功率可通过外接电源控制。两个隔热槽7分别从上下两侧包夹轴肩部，隔热槽7设置在环形件6内部。环形件6与顶盖4固定连接，本实施例中是通过螺钉固定连接在顶盖4上。加热模块上的连接箍紧件的铰链可以固定在环形件6上，本实施例中是通过长螺钉22实现连接的。通过上述方式安装的加热块9拆装方便，便于更换热电偶，同时隔热效果好。

进一步的，冷却模块包括冷却块12、水冷头13和绝热盖20。隔热装置21包裹在冷却块12外侧，冷却模块上的连接箍紧件的铰链可以固定在托盘19上，本实施例中是通过长螺钉22实现连接的。绝热盖20设置在冷却块12底部，冷却块12下端嵌入绝热盖20的中心孔中，同时绝热盖也嵌入托盘19的中心孔，绝热盖20用于定位冷却块12。冷却块12穿过绝热盖20与水冷头13接触，水冷头13固定在托盘19上。本实施例中，水冷头13通过扣具固定在托盘19的下端面。底座17上设有散热排28，散热排28上的出水口与水冷头13的进水口连接，散热排28上的进水口与水冷头13的出水口连接。散热排28内可以设置风扇或散热鳍片等散热装置，提高散热效果。本实施例中采用风冷加水冷的循环冷却机构，从而避免使用蓄水池，节约了生产成本，也减小了产品的体积。在水冷头13靠近热面的地方可以埋置一根温度传感器，用于测量及控制水冷头13的温度，确保待测样品11上下表面的温度差。

进一步的，测量模块包括压力传感器15，压力传感器15固定在底座17上，压力传感器15和水冷头13之间设有隔热板14，目的是避免温度对压力传感器15的影响。采用压力传感器15有利于控制力的大小，从而确保样品11和贴合面间的接触热阻的可重复性，并能为后续的测量分析提供依据。

进一步的，由于需要实时测量待测样品11厚度，以便后续热导率计算，整个测量系统采用高精度的光栅尺微位移传感器29来读取。在本实施例中，微位移传感器29通过螺钉和螺母垂直固定安装在加热块9的紧固装置10上，微位移传感器29探头与加热模块顶面接触。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种热导率测试仪，包括机架、加热模块、冷却模块和测量模块，所述加热模块安装在所述机架的上中部，所述冷却模块安装在所述机架的下中部，所述加载模块安装在所述机架的顶部并对所述加热模块的顶面进行加载施压，所述测量模块包括埋设在所述加热模块和冷却模块内的热电偶，其特征在于，所述加热模块和所述冷却模块外套装有隔热装置（21），所述隔热装置（21）通过紧固装置（10）锁紧固定，所述紧固装置（10）包括两个箍紧件，两个所述箍紧件的一侧通过铰链连接，另一侧可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的热导率测试仪，其特征在于，所述机架包括底座（17）、顶盘（27）和连接所述底座（17）和顶盘（27）的支撑杆（18），所述支撑杆（18）的下部设有托盘（19），所述托盘（19）与所述支撑杆（18）滑动配合，所述冷却模块固定在所述托盘（19）上。

3.根据权利要求2所述的热导率测试仪，其特征在于，所述加载模块包括丝杆（2）、手柄（1）和顶盖（4），所述手柄（1）与所述丝杆（2）固定连接，所述顶盖（4）上设有夹具（26），所述夹具（26）的一端固定在所述顶盖（4）上，另一端与所述支撑杆（18）滑动配合，所述顶盘（27）上设有带内螺纹的通孔，所述丝杆（2）穿过所述通孔插入所述顶盖（4）内，所述顶盖（4）内设有与所述丝杆（2）配合的盲孔，所述盲孔底部设有滚珠（5），所述顶盖（4）与所述加热模块固定连接。

4.根据权利要求3所述的热导率测试仪，其特征在于，所述支撑杆（18）上设有限位台（24），所述限位台（24）与所述夹具（26）之间设有弹簧（25），所述弹簧（25）套装在所述支撑杆（18）上。

5. 根据权利要求4所述的热导率测试仪，其特征在于，所述限位台（24）为套装在所述支撑杆（18）上的螺母，所述支撑杆（18）上设有与所述螺母配合的外螺纹。

6.根据权利要求2所述的热导率测试仪，其特征在于，所述加热模块包括环形件（6）、隔热槽（7）、加热块（9）和加热棒（23），所述隔热装置（21）包裹在所述加热块（9）外侧，所述加热块（9）上设有轴肩部，所述加热棒（23）埋设在所述轴肩部内，两个所述隔热槽（7）分别从上下两侧包夹所述轴肩部，所述隔热槽（7）设置在所述环形件（6）内部，所述环形件（6）与所述顶盖（4）固定连接。

7. 根据权利要求2所述的热导率测试仪，其特征在于，所述冷却模块包括冷却块（12）、水冷头（13）和绝热盖（20），所述隔热装置（21）包裹在所述冷却块（12）外侧，所述绝热盖（20）设置在所述冷却块（12）底部，所述冷却块（12）穿过所述绝热盖（20）与所述水冷头（13）接触，所述水冷头（13）固定在所述托盘（19）上。

8.根据权利要求7所述的热导率测试仪，其特征在于，所述测量模块包括压力传感器（15），所述压力传感器（15）固定在所述底座（17）上，所述压力传感器（15）和所述水冷头（13）之间设有隔热板（14）。

9.根据权利要求7所述的热导率测试仪，其特征在于，所述底座（17）上设有散热排（28），所述散热排（28）上的出水口与所述水冷头（13）的进水口连接，所述散热排（28）上的进水口与所述水冷头（13）的出水口连接。

10.根据权利要求6或7所述的热导率测试仪，其特征在于，两个所述铰链分别固定在所述环形件（6）和所述托盘（19）上。

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