CN113376200B - 热界面材料自动测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热界面材料自动测量设备。所述热界面材料自动测量设备包括第一金属块、第二金属块，分别设于二者的加热机构、冷却机构；以及外壳，设于所述外壳的二个活动门和控制器，设于所述外壳内壁的第一移动机构、第二移动机构；所述第一移动机构的活动端依次设有所述加热机构和所述第一金属块，并通过联动机构与相近的所述活动门连接；所述第二移动机构的活动端依次设有所述冷却机构和所述第二金属块，并通过另一所述联动机构与相近的所述活动门连接。本发明提供的所述热界面材料自动测量设备解决了现有技术的热界面材料测量设备不能适应针对多种不同界面下热界面材料性能测量的技术问题。

Description

热界面材料自动测量设备

技术领域

本发明涉及热界面材料领域，具体涉及一种热界面材料自动测量设备。

背景技术

近年来，随着半导体元件集成工艺快速发展，半导体元件的集成程度越来越高，对散热的要求也更高。由于散热器与半导体集成元件的接触界面并不平整，之间必然会存在一些空隙或空腔，而空气的导热系数很低，因此会极大地影响了半导体元件向散热器进行热传递的效果。目前普遍会在接触面涂布热界面材料以解决上述问题。

在热界面材料的研发过程中，需要经常对样品进行测试以确定其导热性能。目前的测试方式大都是以两个金属块将一热界面材料通过一定的扣合力夹紧，对其中一金属块加热，对另一金属块冷却，直至该测量系统热平衡，通过计算得出待测热界面材料的导热系数。为了使测量数据更加准确，还会将金属块与热界面材料的接触面打磨光滑，例如申请号为CN200510101504.3的专利中所记载的方案。

但热界面材料的导热性能，除了受到自身的导热率的影响，还可能受到热界面材料与不同材料之间的界面热阻，以及热界面材料与不同材料之间的浸润性的影响。因此除了尽可能精确的测量热界面材料的理想导热性能，还应该模拟现实中的使用情况，采用与现实接触面中相同的材料进行测试，以获得热界面材料的实际导热性能。

发明内容

为解决现有技术的热界面材料测量设备不能适应针对多种不同界面下热界面材料性能测量的技术问题，本发明提供一种解决上述问题的热界面材料自动测量设备。

一种热界面材料自动测量设备，包括第一金属块、第二金属块，以及分别设于二者的加热机构、冷却机构；以及外壳，设于所述外壳的二个活动门和控制器，设于所述外壳内壁的第一移动机构、第二移动机构，所述第一移动机构、所述第二移动机构分别设于靠近二个所述活动门的位置，且运动方向分别与二个所述活动门垂直；所述第一移动机构的活动端依次设有所述加热机构和所述第一金属块，并通过联动机构与相近的所述活动门连接；所述第二移动机构的活动端依次设有所述冷却机构和所述第二金属块，并通过另一所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第一移动机构、所述第二移动机构、所述加热机构、所述冷却机构均与所述控制器电连接。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述外壳为长方体形壳体，其一侧壁设有所述控制器，另一侧壁设有二个开口和分别封闭二个开口的所述活动门，二个所述活动门分别在相互远离的一侧边缘设有转轴与所述外壳活动连接。所述外壳内与设有所述活动门的侧壁相邻的两面侧壁，分别设有所述第一移动机构和所述第二移动机构。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述第一移动机构包括第一直线滑台、第一底板、电动伸缩缸，所述第一直线滑台固定于所述外壳内壁，其运动方向与相近的所述活动门垂直，其滑块上固定有所述第一底板，所述第一底板朝所述活动门的方向延伸，并在远离所述第一直线滑台的末端通过所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第一底板上设有所述电动伸缩缸，所述电动伸缩缸指向所述第二移动机构，并在靠近所述第二移动机构的末端依次设有所述加热机构和所述第一金属块。所述第二移动机构包括第二直线滑台和第二底板，所述第二直线滑台固定于所述外壳内壁，其运动方向与相近的所述活动门垂直，其滑块上固定有所述第二底板，所述第二底板朝所述活动门的方向延伸，并在远离所述第二直线滑台的末端通过另一所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第二底板上靠近所述第一移动机构的一面依次设有所述冷却机构和所述第二金属块。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述加热机构包括加热金属块、设于所述加热金属块内的加热管，所述加热金属块与所述第一金属块通过衔接单元连接。所述冷却机构包括冷却金属块，设于所述冷却金属块内的冷却水管，以及设于所述第二底板并与所述冷却水管连接的散热单元，所述冷却金属块与所述第二金属块通过另一所述衔接单元连接。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述所述衔接单元包括分别设于所述加热金属块和所述第一金属块，或所述冷却金属块和所述第二金属块，的凸部分和凹部分；

所述凸部分包括容纳槽、衔接头、衔接弹簧、卡杆、卡杆弹簧，所述衔接头为“T”形结构，包括一根长直杆和垂直的设于其一端的短横杆，所述容纳槽与所述长直杆间隙配合，所述长直杆的另一端插入所述容纳槽内，并通过所述衔接弹簧与所述容纳槽底面连接，所述长直杆的侧壁设有容纳所述卡杆的凹槽，其内设有所述卡杆；所述卡杆的一端与所述长直杆和所述短横杆的连接处活动连接，另一端通过所述卡杆弹簧与所述长直杆的侧壁凹槽内连接；

所述凹部分包括衔接槽、限位板，所述限位板为“L”形结构，其外侧的尖端处与所述衔接槽的内壁活动连接。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述联动机构包括联动滑轨和连杆，所述联动滑轨的轨道部分设于所述活动门，滑块部分与所述连杆的一端活动连接，所述连杆的另一端与所述第一底板或所述第二底板固定连接。

在本发明提供的热界面材料自动测量设备的一种较佳实施例中，所述第一金属块和所述第二金属块均设有多个呈矩形阵列排布的、用于设置测温传感器的安装孔。

相较于现有技术，本发明提供的所述热界面材料自动测量设备将热界面材料样品的测试过程自动化，减轻了测试人员的操作压力。并且除了可用于对热界面材料自身的性能测试，还可以通过更换不同的金属块，来用于对热界面材料与不同的接触面之间的导热性能测试。

附图说明

图1是热界面材料自动测量设备的结构示意图；

图2和图3是图1的局部放大图；

图4是热界面材料自动测量设备中衔接单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

请同时参阅图1~图3，分别是本发明提供的热界面材料自动测量设备1的结构示意图，及其两处不同位置的局部放大图。

需要说明的是，附图仅做参考示意用，没有严格按照零部件的大小比例绘制，也没有严格按照剖面结构绘制剖面线。

所述热界面材料自动测量设备1包括外壳11、活动门12、控制器13、第一移动机构14、第二移动机构15、加热机构16、冷却机构17、第一金属块18、第二金属块19、联动机构20、衔接单元21。

所述外壳11为长方体形盒体，其左侧壁一上一下设有二个开口，二个开口内分别设有一个所述活动门12。靠上的所述活动门12的上边缘和靠下的所述活动门12的下边缘分别与所述壳体11通过转轴连接，实现开合。所述外壳11顶部设有所述控制器13。

所述第一移动机构14包括第一直线滑台41、第一底板42、电动伸缩缸43。所述第一直线滑台41固定于所述外壳11内顶面，其电机朝右、滑块朝下，伸缩方向与所述活动门12垂直。所述第一底板42为左右延伸的长条形板体，其上表面的右端与所述第一直线滑台41的滑块固定连接，上表面的左端通过另一个滑块与所述第一直线滑台41的左端边缘处可滑动的衔接，以分担负重。所述第一底板42的左端通过所述联动机构20与靠上的一个所述活动门12连接。所述第一底板42下表面的左端设有所述电动伸缩缸43。

所述电动伸缩缸43的缸体部分固定于所述第一底板42下表面，活塞杆朝下，并在末端依次固定有隔热块和所述加热机构16。

所述加热机构16包括加热金属块61和多根水平插入其内的加热管62。所述加热金属块61固定于所述隔热块的底部，所述加热管62的线路向上向右延伸，与所述电动伸缩杆43、所述第一直线滑台41的线路合并，最后向上穿出所述外壳11至所述控制器13内。

所述第二移动机构15包括第二直线滑台51、第二底板52。所述第二直线滑台51固定于所述外壳11内底面，其电机朝右、滑块朝上，伸缩方向与所述活动门12垂直。所述第二底板52为左右延伸的长条形板体，其下表面的右端与所述第二直线滑台51的滑块固定连接，下表面的左端通过另一个滑块与所述第二直线滑台51的左端边缘处可滑动的衔接，以分担负重。所述第二底板52的左端通过所述联动机构20与靠下的一个所述活动门12连接。所述第二底板52上表面的左端依次设有一个支架53和所述冷却机构17。

所述冷却机构17包括冷却金属块71、冷却水管72、散热单元73。所述冷却金属块71固定于所述支架53的顶部，内部穿插有所述冷却水管72。所述冷却水管72的两端穿出，并与设于所述第二底板52上表面右端的所述散热单元73连通。所述散热单元73的线路向右延伸，与所述所述第二直线滑台51的线路合并，最后沿所述外壳11的右侧壁向上穿出所述外壳11至所述控制器13内。

所述联动机构20包括联动滑轨81和连杆82。所述联动滑轨81的轨道设于所述活动门12，其滑块通过所述连杆82与所述第一底板42的左端，或所述第二底板52的左端通过转轴连接。

所述加热金属块61的底部通过所述衔接单元21可拆卸的连接有所述第一金属块18。所述冷却金属块71的顶部通过另一所述衔接单元21可拆卸的连接有所述第二金属块19。所述第一金属块18和所述第二金属块19内均按5*3的排列设有多个测温通孔。每一测温通孔内均布置有测温传感器，测温传感器的线路分别与所述加热管62或所述散热单元73的线路一并连接至所述控制器13内。

请参阅图4，是本发明提供的热界面材料自动测量设备1中所述衔接单元21的结构示意图。需要说明的是，图中包括了所述衔接单元21设于所述加热金属块61的部分结构的两种状态。

以设于所述加热金属块61和所述第一金属块18之间的所述衔接单元21为例：所述衔接单元21包括设于所述加热金属块61的容纳槽91、衔接头92、衔接弹簧93、卡杆94、卡杆弹簧95，以及设于所述第一金属块18的衔接槽96、限位板97。

所述衔接头92为倒“T”形结构，包括竖直设置的方柱形长直杆和水平设于其底端的长方形短横杆。所述容纳槽91设于所述加热金属块61的底部，与所述长直杆间隙配合。所述长直杆的顶端通过所述衔接弹簧93与所述容纳槽91的底部连接。

所述长直杆的相对两面侧壁分别设有一个“L”形的凹陷，所述卡杆94和所述卡杆弹簧95分别收纳于凹陷的竖直部分和凹陷的水平部分内。所述卡杆94的下端与所述长直杆和所述短横杆的拐角处通过转轴连接，上端通过所述卡杆弹簧95连接所述长直杆。

所述衔接槽96设于所述第一金属块18的顶部，其左右两侧内壁分别设有一个所述限位板97。所述限位板97为“L”形结构，其外侧尖端处通过转轴与所述衔接槽96的内壁连接，并设有扭簧将其向外扩，使其上半部分抵在所述衔接槽96的内壁上。

在进行简单的结构优化后，可以实现以下功能：将所述衔接头92向下拉出时，所述卡杆94会在所述卡杆弹簧95的作用下向外伸出，卡在所述加热金属块61的底部，避免所述衔接头92缩回。

将所述衔接头92插入所述衔接槽96时，所述短横杆先与所述限位板97的下半部分抵接，带动所述限位板97的上半部分向所述长直杆的方向转动。在所述短横杆穿越到所述限位板97之下时，所述限位板97的上半部分推动所述卡杆94缩回至所述长直杆内，使所述长直杆在所述衔接弹簧93的作用下回缩。

回缩后所述短横杆与所述限位板97的底部抵接实现限位，从而使所述加热金属块61与所述所述第一金属块18相抵接。

拆卸时，由于所述短横杆为长方形，转动所述第一金属块18即可解除所述限位板97的限制，使所述衔接头92缩回，所述加热金属块61与所述所述第一金属块18之间松开。

所述控制器13包括显示屏、控制按钮、处理单元等常规的控制结构，控制所述第一直线滑台41、所述电动伸缩缸43、所述第二直线滑台51、所述加热管62、所述散热单元73的运行。进一步的，预先编程并整合上述控制，实现伸出、收回、测量等功能。

实施伸出功能时，所述控制器13先控制所述电动伸缩缸43收缩，再控制所述第一直线滑台41和所述第二直线滑台51向左移动。向左移动的同时会推开所述活动门12，并将所述第一金属块18和所述第二金属块19移动至所述外壳11外。操作者可以对所述第一金属块18和所述第二金属块19之间的热界面材料进行更换，或对所述第一金属块18和所述第二金属块19本身进行更换。对所述第一金属块18和所述第二金属块19本身进行更换时，应先撤出二者的测温通孔内布置的测温传感器，更换后再插回测温传感器。

实施收回功能时，所述控制器13控制所述第一直线滑台41和所述第二直线滑台51向右移动，移动的同时会关闭所述活动门12，将所述第一金属块18和所述第二金属块19移动至所述外壳11内。

实施测量功能时，所述控制器13控制所述电动伸缩缸43伸长，使所述第一金属块18和所述第二金属块19接触。同时启动所述加热管62和所述散热单元73，并采集所述第一金属块18和所述第二金属块19内的各个测温传感器的测温数据。将测温数据直接在显示屏进行展示，并将最终测量结果也在显示屏进行展示。

进一步的，还可以在所述第一直线滑台41和所述第二直线滑台51滑轨的运行轨迹上设置位移传感器，在所述活动门12的边缘设置电控锁。随着所述第一直线滑台41和所述第二直线滑台51的运行，自动控制所述活动门12的开启或锁闭，避免误操作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热界面材料自动测量设备，包括第一金属块、第二金属块，以及分别设于二者的加热机构、冷却机构；其特征在于：还包括外壳，设于所述外壳的二个活动门和控制器，设于所述外壳内壁的第一移动机构、第二移动机构，所述第一移动机构、所述第二移动机构分别设于靠近二个所述活动门的位置，且运动方向分别与二个所述活动门垂直；所述第一移动机构的活动端依次设有所述加热机构和所述第一金属块，并通过联动机构与相近的所述活动门连接；所述第二移动机构的活动端依次设有所述冷却机构和所述第二金属块，并通过另一所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第一移动机构、所述第二移动机构、所述加热机构、所述冷却机构均与所述控制器电连接；

所述加热机构包括加热金属块、设于所述加热金属块内的加热管，所述加热金属块与所述第一金属块通过衔接单元连接；

所述冷却机构包括冷却金属块，设于所述冷却金属块内的冷却水管，以及设于所述第二移动机构并与所述冷却水管连接的散热单元，所述冷却金属块与所述第二金属块通过另一所述衔接单元连接；

所述衔接单元包括分别设于所述加热金属块和所述第一金属块，或所述冷却金属块和所述第二金属块，的凸部分和凹部分；

所述凸部分包括容纳槽、衔接头、衔接弹簧、卡杆、卡杆弹簧，所述衔接头为“T”形结构，包括一根长直杆和垂直的设于其一端的短横杆，所述容纳槽与所述长直杆间隙配合，所述长直杆的另一端插入所述容纳槽内，并通过所述衔接弹簧与所述容纳槽底面连接，所述长直杆的侧壁设有容纳所述卡杆的凹槽，其内设有所述卡杆；所述卡杆的一端与所述长直杆和所述短横杆的连接处活动连接，另一端通过所述卡杆弹簧与所述长直杆的侧壁凹槽内连接；

所述凹部分包括衔接槽、限位板，所述限位板为“L”形结构，其外侧的尖端处与所述衔接槽的内壁活动连接。

2.根据权利要求1所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述外壳为长方体形壳体，其一侧壁设有所述控制器，另一侧壁设有二个开口和分别封闭二个开口的所述活动门，二个所述活动门分别在相互远离的一侧边缘设有转轴与所述外壳活动连接。

3.根据权利要求2所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述外壳内与设有所述活动门的侧壁相邻的两面侧壁，分别设有所述第一移动机构和所述第二移动机构。

4.根据权利要求1所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述第一移动机构包括第一直线滑台、第一底板、电动伸缩缸，所述第一直线滑台固定于所述外壳内壁，其运动方向与相近的所述活动门垂直，其滑块上固定有所述第一底板，所述第一底板朝所述活动门的方向延伸，并在远离所述第一直线滑台的末端通过所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第一底板上设有所述电动伸缩缸，所述电动伸缩缸指向所述第二移动机构，并在靠近所述第二移动机构的末端依次设有所述加热机构和所述第一金属块。

5.根据权利要求4所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述第二移动机构包括第二直线滑台和第二底板，所述第二直线滑台固定于所述外壳内壁，其运动方向与相近的所述活动门垂直，其滑块上固定有所述第二底板，所述第二底板朝所述活动门的方向延伸，并在远离所述第二直线滑台的末端通过另一所述联动机构与相近的所述活动门连接；所述第二底板上靠近所述第一移动机构的一面依次设有所述冷却机构和所述第二金属块。

6.根据权利要求5所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述联动机构包括联动滑轨和连杆，所述联动滑轨的轨道部分设于所述活动门，滑块部分与所述连杆的一端活动连接，所述连杆的另一端与所述第一底板或所述第二底板固定连接。

7.根据权利要求1所述的热界面材料自动测量设备，其特征在于：所述第一金属块和所述第二金属块均设有多个呈矩形阵列排布的、用于设置测温传感器的安装孔。

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