CN208818771U - 用于各向异性导热片的热阻测试装置 - Google Patents
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Abstract
用于各向异性导热片的热阻测试装置设有上支撑座和下支撑座，在上支撑座和下支撑座之间设有测试平台，上支撑座下端面的一端设有发热组件，另一端设有上支撑部，下支撑座上端面上且与发热组件相对位置设有冷却组件，与上支撑部相对位置设有下支撑部，在测试平台内分布有多个用于采集待测各向异性导热片厚度及温度的采集装置，采集装置与控制单元连接。本实用新型通过采集装置采集待测各向异性导热片厚度数据及横向和纵向的温度数据，并通过控制单元根据厚度数据、横向和纵向的温度及功率数据计算出各向异性导热片的热阻及导热系数，不仅测试效率高，而且准确性高。此外，通过设置施压装置，可满足不同客户对于不同压力的测试需求，使用范围广泛。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种热阻测试装置，特别是涉及一种可测量横向和纵向电阻、测试效率及准确率高且使用范围广泛的用于各向异性导热片的热阻测试装置。
【背景技术】
随着电子产品的发展和IC芯片功率的增加，电子产品的发热量也越来越大，对导热片的需求也日益增加。目前导热片以各向同性为主，其导热系数为1-5W/m·k，无法满足更高导热系数产品的需求，且一旦各向同性的导热片达到极限导热系数后，并不能通过单纯的增加导热填料的份数增加导热系数。研究发现，各向异性导热片状材料具有较高的导热系数。然而，目前市面上的热阻测试设备主要针对各向同性导热系数的导热片状材料测试，测试方法有稳态热流法，该方法是通过测量导热材料上下表面的温差，然后根据傅里叶方程的计算，得出材料的热阻，如图3所示。其测试过程为：
在一定的压力下，使发热元件1及散热元件2与待测导热片3接触，发热元件1与电源连接，接通电源后发热元件1发热，其产生的热量通过待测导热材料3到达散热元件2，通过测量待测导热材料3的上表面温度及下表面温度，从而根据以下公式计算得出该导热材料3的热阻值和导热系数：
热阻值R＝(Th-Tc)A/Q
导热系数K＝D/R
其中，Th为待测导热材料3的热端温度，Tc为待测导热材料3的冷端温度，A为待测导热材料3的面积(实验前可测试出导热材料3的面积)，Q为发热元件1的发热功率，D为待测导热材料3的厚度(实验前可测试出导热材料3的原始厚度)。基于该方法测试导热材料导热性能的设备比较常见，一般情况下，其基本满足各向同性导热材料的性能模拟测试，但是针对各项异性材料(纵向和横向传热不同的材料)，现有的设备存在一定的局限性，即：每次只可以测定材料一个方向的传热效果，不可以同时表征出材料在纵向和横向的传热和热阻值，测试效率低，因此不适用于各向异性材料的测试。
【发明内容】
本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种可同时表征各向异性导热片横向及纵向热阻值、测试效率高且使用范围广泛的用于各向异性导热片的热阻测试装置。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种用于各向异性导热片的热阻测试装置，该装置设有上支撑座和下支撑座，在上支撑座和下支撑座之间设有测试平台，所述上支撑座下端面的一端设有发热组件，另一端设有上支撑部，所述下支撑座上端面上且与发热组件相对位置设有冷却组件，与上支撑部相对位置设有下支撑部，在测试平台内分布有多个用于采集待测各向异性导热片厚度及温度的采集装置，所述采集装置与控制单元连接，所述控制单元向设备提供功率数据，且
将待测各向异性导热片置于测试平台上并分别与发热组件、冷却组件、上支撑部及下支撑部接触，所述发热组件产生的热量经各向异性导热片沿竖直方向传导至冷却组件，沿水平方向传导至上支撑部，所述采集装置采集待测各向异性导热片的厚度数据及横向和竖向的温度数据，并将采集的数据发送至控制单元，所述控制单元根据厚度、温度数据及功率数据计算出各向异性导热片的热阻值及导热系数。
所述上支撑座上设有驱动其上下运动的施压装置。
所述施压装置包括压力泵及压力传感器，压力泵与上支撑座连接，所述压力传感器分别设于冷却组件及下支撑部上。
所述上支撑座的下端面和下支撑座上端面上分别设有隔热层，所述发热组件及冷却组件分别设于隔热层内。
所述上支撑座的隔热层的中部设有真空玻璃隔热管。
所述发热组件包括发热丝及加热控制开关，所述加热控制开关分别与发热丝及控制单元连接。
所述冷却组件包括降温循环装置及温度控制装置，所述降温循环装置为冷却水循环装置，所述温度控制装置为温控仪，其分别与降温循环装置及控制单元连接。
所述采集装置包括温度传感器及厚度传感器，所述多个温度传感器分别设于发热组件、冷却组件及上支撑部的端面上，所述多个厚度传感器分别设于发热组件及上支撑部上。
所述控制单元计算热阻值的公式为：
R纵＝(T1-T2)A/Q
R横＝(T1-T3)A/Q
导热系数的公式为：
K纵＝H/R纵
K横＝L/R横
其中，T1为发热端的温度、T2为冷却端的温度、T3为第一支撑端的温度，A为测试平台的面积，Q为功率，H为导热片厚度，L为发热端与第一支撑端的距离。
该装置设有控制测试平台温度的温度控制装置，其设于测试平台内并与控制单元连接。
本实用新型的贡献在于，其有效解决了现有各向异性材料电阻值测试每次只能测定材料一个方向的传热效果的问题。本实用新型通过采集装置采集待测各向异性导热片厚度数据及横向和纵向的温度数据，并通过控制单元根据厚度数据及横向和纵向的温度数据计算出各向异性导热片的热阻及导热系数，不仅测试效率高，而且准确性高。此外，通过设置施压装置，可满足不同客户对于不同压力的测试需求，使用范围广泛。
【附图说明】
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的结构框图。
图3是现有热阻测试设备的结构示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本实用新型的进一步解释和补充，对本实用新型不构成任何限制。
参阅图1，本实用新型的用于各向异性导热片的热阻测试装置设有上支撑座11、下支撑座12、测试平台20、发热组件30、冷却组件40、上支撑部51、下支撑部52、采集装置60、控制单元70、施压装置80及温度控制装置90。
如图1所示，在上支撑座11与下支撑座12之间设有测试平台20，待测各向异性导热片置于测试平台20内，该测试平台20的长度小于待测各向异性导热片的长度，以确保测试过程中可采集到各向异性导热片的横向及纵向的温度数据。其中，下支撑座12固定于测试台上，上支撑座11可在下支撑座12上方上下移动。本实施例中的上支撑座11和下支撑座12分别与支架连接，其中，下支撑座12固定于支架底部，上支撑座11可拆卸连接于支架上。在上支撑座11的下端面设有隔热层13A，在下支撑座12的上端面设有隔热层13B，以减小待测各向异性导热片在测试过程中与外界环境的热传递。本实施例中，在隔热层13A的中部设有真空玻璃隔热管131，不仅可进一步减小待测各向异性导热片在测试过程中与外界环境的热传递，减小测试过程中待测各向异性导热片热量的损耗，还可取代一部分隔热层13A，降低成本。如图1所示，在上支撑座11上设有施压装置80，其驱动上支撑座11上下运动。该施压装置80包括压力泵及压力传感器81，其中，压力泵与上支撑座11连接，其驱动上支撑座11上下运动，该压力泵可以为气压泵，也可以为液压泵。压力传感器81为市售的压力传感器，其与控制单元70连接，该压力传感器81分别设于冷却组件40及下支撑部52上。通过施压装置80对待测各向异性导热片施加一定的压力，以满足不同客户对压力的需求。其中，压力数据通过压力传感器采集，并发送至控制单元70。本实施例中的施压装置80对待测各向异性导热片施加的压力范围为10～200PSI。
如图1所示，在上支撑座11的隔热层13A的一端设有发热组件30，该发热组件30与待测各向异性导热片的上端面接触，用于对待测各向异性导热片进行加热。该发热组件30包括发热丝及加热控制开关，且加热控制开关分别与发热丝及控制单元70连接，其通过加热控制开关控制发热丝加热，并将温度数据发送至控制单元70。本实施例中的发热丝及加热控制开关可以为市售的发热丝及加热控制开关。在上支撑座11的隔热层13A的另一端设有上支撑部51，其用于支撑待测各向异性导热片。本实施例中的上支撑部51伸出隔热层13A的下端面，且上支撑部51的下端面与发热组件30的下端面齐平，以确保待测各向异性导热片测试过程中上端面处于水平状态，使待测各向异性导热片测试过程中，热量从发热组件端沿水平方向传递。如图1所示，在下支撑座12的隔热层13B的一端设有冷却组件40，其用于对待测各向异性导热片进行冷却，该冷却组件40与上支撑座11的发热组件30位置相对应，使待测各向异性导热片测试过程中，热量从发热组件端沿竖向传递到冷却组件端。该冷却组件40包括降温循环装置及温度控制装置，且温度控制装置分别与降温循环装置及控制单元70连接，其通过温度控制装置控制降温循环装置进行冷却，并将温度数据发送至控制单元70。本实施例中的降温循环装置为冷却水循环装置，温度控制装置为市售的温控仪。在下支撑座12的隔热层13B的另一端设有下支撑部52，其用于支撑待测各向异性导热片。本实施例中的下支撑部52伸出隔热层13B的上端面，且下支撑部52的上端面与冷却组件50的上端面齐平，以确保待测各向异性导热片测试过程中下端面处于水平状态。
如图1、图2所示，在测试平台20内设有采集装置60，其与控制单元70无线连接，用于采集待测各向一项导热片厚度及横向和竖向的温度数据，并将采集的数据发送至控制单元70。该采集装置60包括温度传感器61及厚度传感器62，其中，温度传感器61分别设于发热组件30、冷却组件40及上支撑部51的端面上，用于采集待测各向异性导热片发热端、冷却端及第一支撑端的温度数据，并将采集的数据发送至控制单元70。厚度传感器62分别设于发热组件30及上支撑部51的端面上，用于采集待测各向异性导热片的厚度数据，并将采集的数据发送至控制单元70。为了减少测试误差，在测试平台20内设有温度控制装置90，该温度控制装置90与控制单元70连接，用于控制测试平台20内的温度恒定，使待测各向异性导热片在测试过程中不受测试环境温度影响，从而保证测试数据的一致性，提高测试的准确率。
如图1、图2所示，控制单元70与采集装置60连接，用于接收采集装置60发送的数据，提供设备的功率数据，并根据厚度、温度数据及功率数据计算出各向异性导热片的热阻值及导热系数。该控制单元70可以为计算机、单片机或者其他控制设备。本实施例中的控制单元70为单片机。该控制单元70计算热阻值的公式为：R纵＝(T1-T2)A/Q，R横＝(T1-T3)A/Q，导热系数的计算公式为：K纵＝H/R纵，K横＝L/R横。其中，T1为发热端的温度、T2为冷却端的温度、T3为第一支撑端的温度，A为测试平台的面积，Q为功率，H为导热片厚度，L为发热端与第一支撑端的距离。由此可通过采集装置60采集的待测各向异性导热片的厚度、横向和竖向温度的数据及功率数据，分别计算出导热片的横向及纵向热阻值及导热系数。
如图1所示，本实用新型的本实用新型的用于各向异性导热片的热阻测试装置的测试方法为：首先计算出测试平台20的面积A，将待测各向异性导热片放置于测试平台20内，测量出导热片发热端与第一支撑端的长度L及导热片的厚度H，并将面积A、长度L及厚度H数据输入控制单元70内，再通过控制单元70根据材料的压缩率分别设置压力值、厚度值、温度值及压缩率，并给该热阻测试装置一个功率数据Q；待参数稳定后分别读取导热片发热端的温度值T1、冷却端的温度值T2及第一支撑端的温度T3，控制单元70根据热阻值及导热系数的公式分别计算出待测各向异性导热片的横向和竖向的热阻值及导热系数。
籍此，本实用新型的用于各向异性导热片的热阻测试装置通过采集装置60采集待测各向异性导热片厚度数据及横向和纵向的温度数据，并通过控制单元70根据厚度数据及横向和纵向的温度数据计算出各向异性导热片的热阻及导热系数，不仅测试效率高，而且准确性高。此外，通过设置施压装置80，可满足不同客户对于不同压力的测试需求，使用范围广泛。
尽管通过以上实施例对本实用新型进行了揭示，但本实用新型的保护范围并不局限于此，在不偏离本实用新型构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本实用新型的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，该装置设有上支撑座(11)和下支撑座(12)，在上支撑座(11)和下支撑座(12)之间设有测试平台(20)，所述上支撑座(11)下端面的一端设有发热组件(30)，另一端设有上支撑部(51)，所述下支撑座(12)上端面上与发热组件(30)相对位置设有冷却组件(40)，与上支撑部(51)相对位置设有下支撑部(52)，在测试平台(20)内分布有多个用于采集待测各向异性导热片厚度及温度数据的采集装置(60)，所述采集装置(60)与控制单元(70)连接，所述控制单元(70)向测试装置提供功率数据，且
将待测各向异性导热片置于测试平台(20)上并分别与发热组件(30)、冷却组件(40)、上支撑部(51)及下支撑部(52)接触，所述发热组件(30)产生的热量经各向异性导热片沿竖直方向传导至冷却组件(40)，沿水平方向传导至上支撑部(51)，所述采集装置(60)采集待测各向异性导热片的厚度数据及横向和竖向的温度数据，并将采集的数据发送至控制单元(70)，所述控制单元(70)根据厚度、温度数据及功率数据计算出各向异性导热片的热阻值及导热系数。
2.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述上支撑座(11)上设有驱动其上下运动的施压装置(80)。
3.如权利要求2所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述施压装置(80)包括压力泵及压力传感器(81)，所述压力泵与上支撑座(11)连接，所述压力传感器(81)分别设于冷却组件(40)及下支撑部(52)上。
4.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述上支撑座(11)的下端面和下支撑座(12)上端面上分别设有隔热层(13A，13B)，所述发热组件(30)及冷却组件(40)分别设于隔热层(13A，13B)内。
5.如权利要求4所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述上支撑座(11)的隔热层(13A)的中部设有真空玻璃隔热管(131)。
6.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述发热组件(30)包括发热丝及加热控制开关，所述加热控制开关分别与发热丝及控制单元(70)连接。
7.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述冷却组件(40)包括降温循环装置及温度控制装置，所述降温循环装置为冷却水循环装置，所述温度控制装置为温控仪，其分别与降温循环装置及控制单元(70)连接。
8.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述采集装置(60)包括温度传感器(61)及厚度传感器(62)，所述多个温度传感器(61)分别设于发热组件(30)、冷却组件(40)及上支撑部(51)的端面上，所述多个厚度传感器(62)分别设于发热组件(30)及上支撑部(51)上。
9.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，所述控制单元(70)计算热阻值的公式为：
R纵＝(T1-T2)A/Q
R横＝(T1-T3)A/Q
导热系数的公式为：
K纵＝H/R纵
K横＝L/R横
其中，T1为发热端的温度、T2为冷却端的温度、T3为第一支撑端的温度，A为测试平台的面积，Q为功率，H为导热片厚度，L为发热端与第一支撑端的距离。
10.如权利要求1所述的用于各向异性导热片的热阻测试装置，其特征在于，该装置设有控制测试平台温度的温度控制装置(90)，其设于测试平台(20)内并与控制单元(70)连接。
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| CN201821305432.3U CN208818771U (zh) | 2018-08-13 | 2018-08-13 | 用于各向异性导热片的热阻测试装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108957195A (zh) * | 2018-08-13 | 2018-12-07 | 深圳市博恩实业有限公司 | 用于各向异性导热片的热阻测试装置 |
| CN111579587A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-25 | 青岛中加特电气股份有限公司 | 用于检测导热材料热阻的检测装置及其检测方法 |
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