CN201016946Y - 一种导热材料参数测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的导热材料参数测试装置，在测试导热材料热阻时，选用与实际应用相近的芯片与散热器材料，并测试装置中设置了加压机构与压力传感器，可精确控制导热材料的测试压力，从而得出不同的测试压力下的导热材料的热阻。同时又能实现高温、高湿、低温等环境条件下的热阻测试，从而在测试过程中实现对实际应用环境(不同界面压力、不同散热器界面状况、不同发热功率、不同温湿度等)的模拟或加速。

Description

一种导热材料参数测试装置

技术领域

本实用新型涉及材料性能测试技术领域，尤其涉及一种导热材料参数测试装置。

背景技术

随着电子设备的功能越来越多，电路板的结构也越来越复杂，电路板设计不断向着高密度高集成度的方向快速发展，从而使得电路板的散热需求愈来愈强烈。因为发热高的集成电路工作时温升过高或因温升过高而损坏均将导致电子设备不能正常工作，为了避免这一问题通常需要给发热高的集成电路装配散热器，以加强散热。

参照图1所示，元器件1安装于线路板PCB4上，散热器3安装于元器件1上方，为了保证元器件1的热能很好的传递到散热器3上，通常都要在散热器3与元器件1间设置合适的界面导热材料2来完成这一过程的热量传递。

可见，界面导热材料2的选择对相应散热效果起着主要作用，而界面导热材料2的热阻是产品设计人员选用导热材料的最直接的性能参数。为此，若能够测得界面导热材料2的热阻，就可以为设计人员选用合适的界面导热材料2提供最直接的数据。

目前，现有技术的测试界面导热材料的参数的热阻测试装置如图2所示，测试仪器通常测试导热材料上下两个界面的温度值T_上与T_下，并通过上下两个界面的温度差来得出对应界面导热材料的热阻R：

R＝(T_上-T_下)×A/Q    公式(1)

式中：

T_上：测试导热材料高温侧的温度；

T_下：测试导热材料低温侧的温度；

A：测试导热材料的接触界面面积；

Q：热源供给的总热量。

显然，温差越大，热阻越大。这种方式虽然可以实现对界面导热材料的热阻的测量，但其还具有以下缺点：

1、其不能在不同的压力下测量界面导热材料的热阻，更不能在精确控制界面压力的条件下同时，实现高温、高湿、低温等环境条件下的热阻测试；

2、其不能在测试过程中实现对实际应用环境的模拟或加速，其中所述的实际应用环境包括不同界面压力、不同散热器界面状况、不同发热功率、不同温湿度等。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种导热材料参数测试装置，其能在精确控制导热材料的测试压力的条件测试导热材料的参数。

本实用新型的实施例提供了一种导热材料参数测试装置，包括热阻测试装置，所述的热阻测试装置包括发热体、散热片及测试仪器，导热材料位于发热体与散热片之间；且该装置还包括：加压机构，所述的加压机构与热阻测试装置接触，并通过热阻测试装置向设于热阻测试装置中的被测试的导热材料施加不同的压力，由测试仪器测试出不同压力下被测试的导热材料的两侧的温度差，得到对应的热阻。

由上述本实用新型提供的实施例可以看出，本实用新型所述的导热材料参数测试装置的实施例，在测试导热材料热阻时，可精确控制导热材料的测试压力，从而得出不同的测试压力下的导热材料的热阻。

附图说明

图1为现有技术中电路板散热的结构示意图；

图2为现有技术材料热阻检测结构原理示意图；

图3为本实用新型所述的导热材料参数测试装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的所述的导热材料参数测试装置的实施例，具体可以在测试导热材料(如界面导热材料)热阻时，在热阻测试装置中增加了加压机构，可精确控制导热材料的测试压力，从而得出不同的测试压力下的导热材料的热阻。

本实用新型实施例所述装置的具体实施方式如图3所示，即所述的导热材料参数测试装置，包括热阻测试装置与加压机构，所述的加压机构与热阻测试装置接触，并通过所述热阻测试装置向设置于热阻测试装置中的被测试的导热材料施加不同的压力，从而可以由所述热阻测试装置测试出不同压力下被测试的导热材料的热阻，其中，

所述的热阻测试装置可以包括发热体19、散热片17及测试仪器，导热材料18位于发热体19与散热片17之间；在测试过程中，发热体19相当于实际工作中的发热元件(如芯片等)，散热片17相当于实际工作中的散热器，发热体19的热量通过导热材料18传导到散热片17上，测试仪器通过测量发热体19与散热片17的温度差(也就是导热材料18的两侧的温度差)就可根据公式(1)得出导热材料18的热阻(公式(1)中的其它条件应是已知的)。

所述的加压机构可以包括支架14、丝杠10与压缩弹簧13；所述的支架14与热阻测试装置固定连接，所述的支架14具体可以但不限于为“冂”型结构，“冂”型支架14的两个支脚与热阻测试装置的散热片17连接；支架14与散热片17的连接方式通过螺钉16连接，当然也可为其它的可拆卸连接或不可拆卸连接。这种可拆卸连接便于在实际使用中根据产品的散热器尺寸、形状和材料灵活选择装配散热片17，通用性好。本实施例的支架14为“冂”型结构只是支架14的常用的较佳的结构；其它的形状如半圆形，∪型，倒梯形，悬臂的“”型等均是可行的。

在所述的支架14上设有固定螺母11，具体可以设于“冂”型支架14的横梁中部。这里的固定螺母11为一独立零件，与支架14固定连接(可以是可拆卸连接或不可拆卸连接)。当然所述的支架14与固定螺母11为一体结构，也就是说可直接在支架14上加工出螺纹孔作为固定螺母11使用。

所述的丝杠10与固定螺母11配合；且所述的丝杠10最好为自锁丝杠。也就是说丝杠10与固定螺母11配合的螺纹的螺旋升角应当满足自锁要求，当丝杠10旋到某一位置，向热阻测试装置施加压力时，不会因反作用力过大导致丝杠10反转，不能满足施加压力的要求。为了方便旋转丝杠10施加压力，在丝杠10的末端还设有手轮9与手柄8。

为了使加压机构对热阻测试装置施加的压力平稳，实现对测试区压力的线性调节，在丝杠10前端可以设有压缩弹簧13，如采用高精度的弹簧其调节将更加方便。在压缩弹簧13与丝杠10间还可以设有挡块12，挡块12下部设有凹槽，压缩弹簧13的后端设于凹槽中，用于支撑定位所述压缩弹簧13，而且，所述挡块12与丝杠10的前端间铰接连接，从而使得丝杠10旋转时压缩弹簧13不会产生旋转，即增加挡块12的目的是为了防止在使用过程中压缩弹簧13与丝杠10间存在扭矩而使压缩弹簧13发生扭转变形，这是因为：若产生扭转变形则会导致压力产生一定的波动，而压力波动会对测试过程中的压力调节产生一定的影响。但是，由于测试结果中的压力与热阻是一一对应的，故不会对最终测试结果造成影响，因此，所述的丝杠10前端直接连接压缩弹簧13在实际应用中也是可以的，即增加挡块12只是一个优化的技术方案。

压缩弹簧13的前端与热阻测试装置接触，具体一点讲，所述的压缩弹簧13是与发热体19接触。为了防止热量通过压缩弹簧13传至加压机构，造成热量损失，再有也是为了防止热量再由加压机构进一步传至散热片17对结果造成影响。在所述的加压机构与热阻测试装置间还可以设有隔热块15；具体的所述的隔热块15设于加压机构的压缩弹簧13与热阻测试装置的发热体19之间。同时隔热块15的上部设有凹槽用于支撑压缩弹簧13。

同时，为了获取导热材料18处的压力，在所述的加压机构与热阻测试装置间还可以设有压力传感器20，压力传感器20连接有可以实时显示当前压力的压力表21，以用于实现对所施加的压力大小的量化监控，从而获得一一对应的压力值与热阻值作为测试结果。所述的压力表21具体可以采用数字压力表，使压力值一目了然。当然，如通过计算机自动处理数据，则可直接将压力传感器20的输出端连接于计算机的接口进行压力数据的传输，从而使得计算机中的数据采集与处理器可以实现热阻数据的实时采集与处理分析。且这种情况下可不用使用压力表21。需要说明的是，所述的压力传感器20具体可以设于压缩弹簧13与热阻测试装置的发热体19间；或者，在设有隔热块15的情况下，也可将压力传感器20设于隔热块15与热阻测试装置的发热体19间。

在进行测试时，具体是通过旋转手轮9与手柄8旋转丝杠10，丝杠10同时向下移动，压缩其下方的压缩弹簧13，压缩弹簧13变形产生弹力通过隔热块15施加于发热体19上，进而对布置于散热片17上的导热材料18施加一定的压力，并由压力传感器20测出相应的压力值，通过多次旋转丝杠10便可以得出不同压力下被测试的导热材料18的热阻。

另外，本实用新型实施例中的所有零件可以选用耐高温和高湿的材料，因此可以放入高温、高湿环境试验箱进行导热材料的环境试验，测试材料热阻的环境稳定性。

实际应用中，本实用新型实施例所述的导热材料参数测试装置的所有的零件均采用耐高温、耐高湿与耐低温的材料制成。具体为：除隔热块15外均由金属材料制成，当然金属材料如有必要还要做一下防锈处理，如可选用不氧化，表面喷涂)，普通碳钢(防锈氧化处理，如电镀)。对于隔热块15须用绝热材料，如聚四氟乙烯、有机玻璃、云母及其它绝热材料。

上述的加压机构是通过丝杆-螺母来实现有，当然也可通过其它的机械压力传动结构实现。

综上所述，本实用新型所述的导热材料参数测试装置的实施例，可测试不同压力下的导热材料的热阻。同时又能实现高温、高湿、低温等环境条件下的热阻测试，从而在测试过程中实现对实际应用环境(不同界面压力、不同散热器界面状况、不同发热功率、不同温湿度等)的模拟或加速。其可测试的导热材料类别包括各种液态、固态的导热材料，如导热垫(膜)、导热硅脂、相变导热膜、导热胶等。

因此，使用实用新型所述的导热材料参数测试装置可以依据导热材料的实际应用需求(压力、发热功率、散热器材料状况、温度、湿度)进行导热材料热阻的测试，从而可以方便的选择导热材料或确定导热材料的应用条件(适用的压力范围、温湿度范围等)。

经过实际使用，本实用新型实施例提供的所述的导热材料参数测试装置适用测试的不同界面压力范围为：0～200psi(英制压强单位：磅每平方英寸，1psi＝6.894757kPa，其中Pa为帕斯卡)、温度范围为：-40℃～150℃、相对湿度范围为：0～100％RH(RH为相对湿度的概念，其范围为0～100％，相对湿度＝绝对湿度/饱和湿度×100％，国标中表示为％，是个相对值。没有实际的单位，通常人们都习惯于用RH表示其单位)。更可适用于不同界面粗糙度，适用范围为：Ra0～Ra5.0mm、导热材料厚度适用范围为：0.05mm～20mm。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种导热材料参数测试装置，包括热阻测试装置，所述的热阻测试装置包括发热体、散热片及测试仪器，导热材料位于发热体与散热片之间；其特征在于，还包括：加压机构，所述的加压机构与热阻测试装置接触，并通过热阻测试装置向设于热阻测试装置中的被测试的导热材料施加不同的压力，由测试仪器测试出不同压力下被测试的导热材料的两侧的温度差，得到对应的热阻。

2.根据权利要求1所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的加压机构包括支架、丝杠与压缩弹簧；

所述的支架与热阻测试装置固定连接，且在支架上设有固定螺母；丝杠与所述的固定螺母配合；丝杠前端设有压缩弹簧，压缩弹簧与热阻测试装置接触；丝杠与固定螺母配合运动通过压缩弹簧向热阻测试装置中的被测试的导热材料施加不同的压力。

3.根据权利要求2所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的支架为“冂”型，“冂”型支架的两个支脚与热阻测试装置的散热片连接；“冂”型支架的横梁中部设置固定螺母。

4.根据权利要求2或3所述的导热材料参数测试装置，其特征在于：

所述的支架与固定螺母为一体结构；或者，

所述的固定螺母为一独立零件，且固定螺母与支架固定连接。

5.根据权利要求2所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的丝杠为自锁丝杠。

6.根据权利要求1或2所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的加压机构与热阻测试装置间还设有压力传感器，所述的压力传感器连接有压力表。

7.根据权利要求5所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的压力传感器设于压缩弹簧与热阻测试装置的发热体间；或者，

所述的压缩弹簧与热阻测试装置的发热体间还设有隔热块，压力传感器设于隔热块与热阻测试装置的发热体间。

8.根据权利要求1或2所述的导热材料参数测试装置，其特征在于，所述的加压机构与热阻测试装置间还设有隔热块；所述的隔热块设于加压机构与热阻测试装置的发热体间。

Images