CN116183662A - 一种散热性能测试装置及导热硅脂散热性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热性能测试装置及导热硅脂散热性能测试方法，包括温度控制机构、恒温加热平台、固定支架、温度数据采集器和感温探头，所述恒温加热平台装于温度控制机构的顶部，所述固定支架装于恒温加热平台上，所述温度数据采集器和感温探头与固定支架连接，所述恒温加热平台上放置有测试单体，所述感温探头设于测试单体的上方。通过本发明中的测试单体和散热性能测试装置结合热阻测试平台，能够快速、直观、有效地对导热硅脂在空调外机实际应用场景进行对比分析，避免因缺乏实际使用环境的评估，导致对材料开发、导入并在产品上使用而出现的质量隐患及使用风险。
Description
技术领域
本发明涉及散热性能测试技术领域，特别是一种散热性能测试装置及导热硅脂散热性能测试方法。
背景技术
目前对于导热硅脂散热性能的分析手段主要为测试导热率，参照ASTM-D5470(导热电绝缘材料热传输性能的标准测试方法)标准进行测试。该测试方法基于理想化条件，将给定厚度的测试样件置于两热等温的平行表面之间，用于测试处于稳定态的电绝缘材料的热阻抗，这些材料常用于加强电子电气应用中的热传输。该标准也特别适用于薄且缺乏机械稳定性的试样。
此标准强调了一种理想化的热流模式及特定的、平均的试样测试温度。此热阻抗测试不能直接用于大多数的具体应用，因为测试所需特定的、平均的热传导条件是不存在的。因此以上测试方法无法直观体现导热硅脂在电子元器件应用场景上的实际热阻性能及导热情况。所以，有必要发明一种用于测试散热性能的装置来测试导热硅脂在实际情况下的散热性能。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种散热性能测试装置及导热硅脂散热性能测试方法，以解决上述背景技术提出的问题，模拟还原空调外机功率器件运行过程中导热硅脂导热性能测试。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种散热性能测试装置，包括温度控制机构、恒温加热平台、固定支架、温度数据采集器和感温探头，所述恒温加热平台装于温度控制机构的顶部，所述固定支架装于恒温加热平台上，所述温度数据采集器和感温探头与固定支架连接，所述恒温加热平台上放置有测试单体，所述感温探头设于测试单体的上方。
作为本发明的进一步改进：所述恒温加热平台的上方一侧固定安装有固定支架，所述恒温加热平台的上方另一侧设有测试区域，所述测试区域的上方放置有测试单体。
作为本发明的进一步改进：所述测试单体包括导热基材、功率器件、锁紧组件和导热硅脂，所述功率器件设于导热基材上方，所述导热基材与功率器件之间涂覆有导热硅脂，所述导热基材与功率器件通过锁紧组件固定连接。
作为本发明的进一步改进：所述功率器件为空调控制器主板的IGBT功率模块或IPM功率模块。
作为本发明的进一步改进：所述导热基材为阳极氧化处理后的白色铝型材。
作为本发明的进一步改进：所述IGBT功率模块包括由上至下依次设有的硅芯片、第一焊料层、第一铜层、陶瓷层、第二铜层、第二焊料层和底板，所述底板通过导热硅脂与导热基材贴合。
作为本发明的进一步改进：所述温度控制机构与恒温加热平台连接，所述温度控制机构的外部设有温控电源开关和温度显示屏，所述温度控制机构用于控制恒温加热平台的温度。
作为本发明的进一步改进：所述固定支架为倒L形状，所述固定支架的顶部一侧装有温度数据采集器，所述固定支架的顶部另一侧装有感温探头，所述温度数据采集器与感温探头连接。
作为本发明的进一步改进：所述温度数据采集器与温度控制机构连接，所述温度数据采集器与电源连接。
作为本发明的进一步改进：所述锁紧组件为锁紧螺钉。
一种导热硅脂散热性能测试方法，使用如上所述的一种散热性能测试装置，包括以下步骤：
S1.将导热硅脂涂覆于导热基材上，将功率器件固定在导热基材上，功率器件通过导热硅脂与导热基材贴合，形成测试单体；
S2.将测试单体放置于测试装置的加热平台上并固定，感温探头下压与测试单体接触；
S3.开启温控电源开关，将恒温加热平台升温至指定温度，然后恒温进行测试；
优选地，将恒温加热平台加热至100℃，并恒温在100℃的状态下测试24小时；
S4.取出测试单体置于室温下，将功率器件的引脚与热阻测试仪的通电线路焊接连接，使其在设定功率下运行；
S5.将焊接好的测试单体放置于热阻测试仪上，测试单体的顶部和底部设置感温探头，开启热阻测试仪，收集测试过程的温度数据。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S1中导热硅脂使用钢网涂覆，所述导热硅脂的涂覆面积与功率器件的表面面积相同。
作为本发明的进一步改进：所述导热硅脂的涂覆面积为1～10cm2，所述导热硅脂的涂覆厚度为0.15mm。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S4中，测试单体放置于室温状态下稳定1小时。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S5开启热阻测试仪后，待温度稳定，持续测试1小时，收集测试单体的顶部和底部的温度与温差，并形成标准曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了标准测试方法内无法监控导热硅脂在空调外机元器件上实际导热性能及热阻情况的问题。通过本发明中的测试单体和散热性能测试装置结合热阻测试平台，能够快速、直观、有效地对导热硅脂在空调外机实际应用场景进行对比分析，避免因缺乏实际使用环境的评估，导致对材料开发、导入并在产品上使用而出现的质量隐患及使用风险。
附图说明
图1为散热性能测试装置的结构示意图；
图2为测试单体的结构示意图；
图3为测试单体的结构侧视图；
图4为导热硅脂与导热基材和功率器件的连接示意图；
图5为功率器件的内部结构示意图；
图6为本发明实施例二的测试数据示意图。
示意图中的标号说明：
1、温度控制机构；11、温控电源开关；12、温度显示屏；2、恒温加热平台；3、固定支架；4、温度数据采集器；5、感温探头；6、测试单体；61、导热基材；62、功率器件；621、硅芯片；622、第一焊料层；623、第一铜层；624、陶瓷层；625、第二铜层；626、第二焊料层；627、底板；63、锁紧组件；64、导热硅脂；7、测试区域。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，而不是指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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：如图1至图5所示，一种散热性能测试装置，包括温度控制机构1、恒温加热平台2、固定支架3、温度数据采集器4和感温探头5，所述恒温加热平台2装于温度控制机构1的顶部，所述固定支架3装于恒温加热平台2上，所述温度数据采集器4和感温探头5与固定支架3连接，所述恒温加热平台2上放置有测试单体6，所述感温探头5设于测试单体6的上方。
所述恒温加热平台2的上方一侧固定安装有固定支架3，所述恒温加热平台2的上方另一侧设有测试区域7，所述测试区域7的上方放置有测试单体6。
所述测试单体6包括导热基材61、功率器件62、锁紧组件63和导热硅脂64，所述功率器件62设于导热基材61上方，所述导热基材61与功率器件62之间涂覆有导热硅脂64，所述导热基材61与功率器件62通过锁紧组件63固定连接。
所述功率器件62为空调控制器主板的IGBT功率模块或IPM功率模块。
所述导热基材61为阳极氧化处理后的白色铝型材。
所述IGBT功率模块包括由上至下依次设有的硅芯片621、第一焊料层622、第一铜层623、陶瓷层624、第二铜层625、第二焊料层626和底板627，所述底板627通过导热硅脂64与导热基材61贴合。
所述温度控制机构1与恒温加热平台2连接，所述温度控制机构1的外部设有温控电源开关11和温度显示屏12，所述温度控制机构1用于控制恒温加热平台2的温度。
所述固定支架3为倒L形状，所述固定支架3的顶部一侧装有温度数据采集器4，所述固定支架3的顶部另一侧装有感温探头5，所述温度数据采集器4与感温探头5连接。
所述温度数据采集器4与温度控制机构1连接，所述温度数据采集器4与电源连接。
所述锁紧组件63为锁紧螺钉。
一种导热硅脂散热性能测试方法，使用如上所述的一种散热性能测试装置，包括以下步骤：
S1.将导热硅脂涂覆于导热基材上，将功率器件固定在导热基材上，功率器件通过导热硅脂与导热基材贴合，形成测试单体；
S2.将测试单体放置于测试装置的加热平台上并固定，感温探头下压与测试单体接触；
S3.开启温控电源开关，将恒温加热平台升温至指定温度，然后恒温进行测试；
S4.取出测试单体置于室温下，将功率器件的引脚与热阻测试仪的通电线路焊接连接，使其在设定功率下运行；
S5.将焊接好的测试单体放置于热阻测试仪上，测试单体的顶部和底部设置感温探头，开启热阻测试仪，收集测试过程的温度数据。
所述步骤S1中导热硅脂使用钢网涂覆，所述导热硅脂的涂覆面积与功率器件的表面面积相同。
所述导热硅脂的涂覆面积为1～10cm2，所述导热硅脂的涂覆厚度为0.15mm。
所述步骤S4中，测试单体放置于室温状态下稳定1小时。
所述步骤S5开启热阻测试仪后，待温度稳定，持续测试1小时，收集测试单体的顶部和底部的温度与温差，并形成标准曲线。
本发明的工作原理：空调主要在控制主板的IPM模块、稳压块等大功率器件上使用到导热硅脂63，控制器在运行过程中，这类大功率器件集电极损耗功率可达到50W，结壳热阻最大3℃/W，发热量很大，器件长期工作温度可达到100℃。因此需要在散热段涂覆导热硅脂63并与散热器固定，以在大功率器件、导热硅脂63、散热器之间形成一个高效的散热通道，将热量散发出去。测试过程中将导热硅脂63用钢网按照0.15mm厚度涂覆于导热基材61上，涂覆面积一般与大功率器件表面一致，约1-10cm2，然后将大功率器件用螺钉锁紧于导热基材61上，使其底板627通过导热硅脂63与导热基材61紧密贴合。再结合本发明的散热性能测试装置在热阻测试平台上开发全新导热硅脂导热性能测试方法。
实施案例一：
如图1至图5所示，本实施例一提供了一种散热性能测试装置，包括温度控制机构1、恒温加热平台2、固定支架3、温度数据采集器4和感温探头5，所述恒温加热平台2装于温度控制机构1的顶部，所述固定支架3装于恒温加热平台2上，所述温度数据采集器4和感温探头5与固定支架3连接，所述恒温加热平台2上放置有测试单体6，所述感温探头5设于测试单体6的上方。
所述恒温加热平台2的上方一侧固定安装有固定支架3，所述恒温加热平台2的上方另一侧设有测试区域7，所述测试区域7的上方放置有测试单体6。
所述测试单体6包括导热基材61、功率器件62、锁紧组件63和导热硅脂64，所述功率器件62设于导热基材61上方，所述导热基材61与功率器件62之间涂覆有导热硅脂64，所述导热基材61与功率器件62通过锁紧组件63固定连接，所述锁紧组件63为锁紧螺钉，所述导热基材61为阳极氧化处理后的白色铝型材。
所述功率器件62为空调控制器主板的IGBT功率模块或IPM功率模块。所述IGBT功率模块包括由上至下依次设有的硅芯片621、第一焊料层622、第一铜层623、陶瓷层624、第二铜层625、第二焊料层626和底板627，所述底板627通过导热硅脂64与导热基材61贴合。
所述温度控制机构1与恒温加热平台2连接，所述温度控制机构1的外部设有温控电源开关11和温度显示屏12，所述温度控制机构1用于控制恒温加热平台2的温度。
所述固定支架3为倒L形状，所述固定支架3的顶部一侧装有温度数据采集器4，所述固定支架3的顶部另一侧装有感温探头5，所述温度数据采集器4与感温探头5连接，所述温度数据采集器4与温度控制机构1连接，所述温度数据采集器4与电源连接。
实施案例二：
本实施例二提供了一种导热硅脂散热性能测试方法，包括以下步骤：
S1.将导热硅脂使用钢网涂覆于导热基材上，导热硅脂的涂覆面积与功率器件的表面面积相同或略大，所述导热硅脂的涂覆厚度为0.15mm，将功率器件固定在导热基材上，功率器件通过导热硅脂与导热基材贴合，形成测试单体；
S2.将测试单体放置于测试装置的加热平台上并固定，感温探头下压与测试单体接触；
S3.开启温控电源开关，将恒温加热平台升温至100℃，然后在100℃的状态下测试24小时；
S4.取出测试单体置于室温下稳定1小时，将功率器件的引脚与热阻测试仪的通电线路焊接连接，使其在设定功率下运行；
S5.将焊接好的测试单体放置于热阻测试仪上，测试单体的顶部和底部设置感温探头，开启热阻测试仪，待温度稳定，持续测试1小时，收集测试单体的顶部和底部的温度与温差，并形成标准曲线，测试数据如图6所示。
本发明的主要功能：本发明解决了标准测试方法内无法监控导热硅脂在空调外机元器件上实际导热性能及热阻情况的问题。通过本发明中的测试单体和散热性能测试装置结合热阻测试平台，能够快速、直观、有效地对导热硅脂在空调外机实际应用场景进行对比分析，避免因缺乏实际使用环境的评估，导致对材料开发、导入并在产品上使用而出现的质量隐患及使用风险。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种散热性能测试装置，其特征在于，包括温度控制机构、恒温加热平台、固定支架、温度数据采集器和感温探头，所述恒温加热平台装于温度控制机构的顶部，所述固定支架装于恒温加热平台上，所述温度数据采集器和感温探头与固定支架连接，所述恒温加热平台上放置有测试单体，所述感温探头设于测试单体的上方。
2.根据权利要求1所述的一种散热性能测试装置，其特征在于，所述恒温加热平台的上方一侧固定安装有固定支架，所述恒温加热平台的上方另一侧设有测试区域，所述测试区域的上方放置有测试单体。
3.根据权利要求2所述的一种散热性能测试装置，其特征在于，所述测试单体包括导热基材、功率器件、锁紧组件和导热硅脂，所述功率器件设于导热基材上方，所述导热基材与功率器件之间涂覆有导热硅脂，所述导热基材与功率器件通过锁紧组件固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种散热性能测试装置，其特征在于，所述温度控制机构与恒温加热平台连接，所述温度控制机构的外部设有温控电源开关和温度显示屏。
5.根据权利要求4所述的一种散热性能测试装置，其特征在于，所述固定支架为倒L形状，所述固定支架的顶部一侧装有温度数据采集器，所述固定支架的顶部另一侧装有感温探头，所述温度数据采集器与感温探头连接。
6.一种导热硅脂散热性能测试方法，其特征在于，使用上述权利要求1至5任意一项所述的一种散热性能测试装置，包括以下步骤：
S1.将导热硅脂涂覆于导热基材上，将功率器件固定在导热基材上，功率器件通过导热硅脂与导热基材贴合，形成测试单体；
S2.将测试单体放置于测试装置的加热平台上并固定，感温探头下压与测试单体接触；
S3.开启温控电源开关，将恒温加热平台升温，然后恒温进行测试；
S4.取出测试单体置于室温下，将功率器件的引脚与热阻测试仪的通电线路焊接连接，使其在设定功率下运行；
S5.将焊接好的测试单体放置于热阻测试仪上，测试单体的顶部和底部设置感温探头，开启热阻测试仪，收集测试过程的温度数据。
7.根据权利要求6所述的一种导热硅脂散热性能测试方法，其特征在于，所述步骤S1中导热硅脂使用钢网涂覆，所述导热硅脂的涂覆面积与功率器件的表面面积相同。
8.根据权利要求7所述的一种导热硅脂散热性能测试方法，其特征在于，所述导热硅脂的涂覆面积为1～10cm2，所述导热硅脂的涂覆厚度为0.15mm。
9.根据权利要求6所述的一种导热硅脂散热性能测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，测试单体放置于室温状态下稳定1小时。
10.根据权利要求6所述的一种导热硅脂散热性能测试方法，其特征在于，所述步骤S5开启热阻测试仪后，待温度稳定，持续测试1小时，收集测试单体的顶部和底部的温度与温差，并形成标准曲线。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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