JPS63293454A - 高熱伝導性薄板の熱拡散率測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＬＬＬ匹糺ＬＬＬ この発明は高熱伝導性薄板の熱拡散率測定方法およびそ
の装置に関する。

従１とｌ１− 通常、熱拡散率測定をするためのフラッシュ法たとえば
レーザーフラッシュ法では、厚み一定で所定温度に保持
された試料に一様なエネルギーを瞬時照射して、瞬時に
熱に変換する。そして試料に吸収された熱による試料の
裏面湯度の変化を赤外線検出器などにより測定して、求
められた温度上昇曲線の特性１１（ハーフタイム：ｔ１
／２）を求める。

試料厚さをＬとすると熱拡散率αは、α−０゜１３８８
・Ｌ２　／ｌ　１／２で与えられる。本方法はレーザー
フラッシュ法で最も一般的な測定法となっている。（例
えば、１ｓ４！洋−著：熱物性１［１］１９８７．３−
１２に記載） ところが、後述するように、この方法では薄板試料に対
応できないので薄板試料に対する測定法が工夫されたが
、理論曲線との一致も難しく、比較法に依らざるを得な
いなど問題点もあり一般化しているとは言えない。（安
積忠彦、岸　証：第６回熱物性シンポジウム、１９８５
．２０１−２、　　　　　　　しよ　　と　　る　　　
　−一般的な従来の測定方法では、試料厚み方向の熱伝
導を測定に利用しているため、高熱伝導性の薄板試料で
は裏面への熱伝導がはやすぎて必要な測定データが得ら
れず熱拡散率が求まらない。

また少しでも試料に光透過性があると、試料を透過した
光、あるいは散乱した光が検出器に直接入射して正常な
潤度上昇曲線が得られない。

立」し１月」！ この発明は上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、従来測定不可能である熱拡散率測定ができ、
しかもたとえ透光性の薄板であっても測定に影響を与え
ない高熱伝導性薄板の熱拡散率測定方法及びその装置を
提供することを目的としている。

１貝ぶり１１ 第１発明は特許請求の範囲第１項を要旨としている。第
２発明は特許請求の範囲第２項を要旨としている。

を　　するための− 第１図を参照する。この発明の測定方法においては、高
熱伝導性の薄板２の一部領域にフラッシュ光（実施例で
はレーザフラッシュ光５）を照射し、少くともこの照射
領域７もしくはこの照射領域７に対応する高熱伝導性の
薄板２の少くとも裏面領域８を検出器１２からａＷ１す
る。そしてこの遮ｍｍ域１１より外側の温度変化領域（
実施例では検出領域１３）の熱を前記検出器１２で検出
するのである。

またこの発明の測定装置では、 高熱伝導性の薄板２にフラッシュ光を照射するフラッシ
ュ光発生源３と、 このフラッシュ光発生源３と前記高熱伝導性の薄板２の
間に設けられて高熱伝導性の薄板２の一部領域（実施例
では照射領域７）にフラッシュ光５を当てる第１遮閉手
段（実施例では遮閉ジグ１）と、 少くともこの照ｔＩ４ｆ！４域７もしくはこの照射領域
７に対応する高熱伝導性薄板の少くとも裏面領域８を遮
閉する第２遮閉手段（実施例では遮閉板１０）と、 前記第２遮閉手段により前記照射領域７もしくは裏面領
域８から遮閉された検出器１２であって、第２遮ｍ手段
により遮閉された連部領域１１より外側の範囲の温度変
化領域（実施例では検出領域１３）に配置されてその湿
度を検出する前記検出！１１２とを備えている。

ＬＪＬ フラッシュ光は照射領域７において熱に変換し第１図矢
印方向に薄板２の試料面内に薄板２の中心から同心円状
にその熱が拡がる。検出器１２は温度変化領域（検出領
域１３）の熱を検出する。

たとえ薄板２に透過性があったとしても、第２遮閉手段
はフラッシュ光の透過光やそれによる散乱光を検出器１
２には伝えない。つまり薄板２の厚み方向の熱を検出器
１２には伝えないのである。

支ｉ１ 第１図はこの発明の測定装置の概念図である。

遮閉ジグ１は、試料である高熱伝導性の円形状薄板２と
、レーザフラッシュ光発生源３の間に装置している。こ
の遮閉ジグ１はたとえばステンレス製であり、中央に断
面円形状の通し孔４が形成されている。この通し孔４は
たとえば直径が３１１１１である。

レーザフラッシュ′光発生源ｊはたとえばルビーレーザ
発振器を用いることができる。レーザフラッシュ光５は
前記通し孔４を通り薄板２の前面６側の一部領域に照射
する。この照射１Ｎ域７ではし−デフラッシュ光５が瞬
時に熱に変わり吸収されるのである。

薄板２の裏面９における裏面領域８は、前記円形状の照
射領域７に対応している。この裏面領域８を含みこの裏
面領域８より広範囲の円形状の領域は、遮閉板１０によ
り遮閉されている。この遮閉板１０はたとえば直径が４
ｍｍである。遮閉板１０による遮閉領域１１より外側の
広範囲の温度変化領域ずなわち検出領域１３の温度は、
円環状に遮閉板１０のまわりに配置された検出器１２、
たとえば赤外線検出器１２で検出するようになっている
。この遮閉板１０はたとえば厚紙である。

裏面領域８あるいは遮閉領域１１を検出器１２から遮閉
板１０により遮閉することにより、遮閉領域１１からの
検出器１２への検出強度寄与をなくす。裏面領域８もし
くは遮閉領域１１から熱を検出ａ１２に伝えない。この
ことにより、薄板２の厚み方向の熱伝達により温度上昇
する裏面領域８を遮閉できるとともに、薄板２が透光性
である場合、フラッシュ光の透過光と散乱光が検出器１
２への直接入射するのを防止できる。

検出器１２は実際には円環状の検出器１４１３に対応し
ており、この検出領域１３の温度変化を検出器１２によ
り測定する。検出強度に寄与するのは検出領域１３であ
り、裏面領域８から（矢印で示す）面内方向を放射状に
拡がる熱を検出器１２は効率よく検出できる。

前記薄板２は、たとえば直径１０１１１１厚さ０．。

５ｇｖのＡｌｌ　Ｎ焼結体であり、熱拡散率αを有して
いる。

熱伝導率を測定する場合には、薄板２の前方に置いた＊
閉ジグ１により３ｎ＋ｍのレーザフラッシュ光を薄板２
に入射させる。このときはレーザフラッシュ光を集光し
ているのでなく、単に一部分の光のみを通し穴４により
通しているのである。薄板２の後方に遮閉板１０を置く
ことにより、裏面９の円環状の検出領域１３の温度上昇
変化を検出する。得られた温度上昇面ｗＡ（熱履歴曲線
）からその特性値（ハーフタイムＳｔ　１／２）を求め
、熱拡散率αの逆数に対してプロットしたのが第２図で
ある。このハーフタイムｔ１／２は薄板２の熱拡散率α
と一定の直線的関係をもつ。

第２図において、黒丸印の薄板はＡＱＮに１０重隋％の
Ｙ２０３を加えた焼結体基板である。また白い三角印の
薄板は、Ａｌｌ　Ｎに１１１％のＹ２Ｏ３を加えた焼結
体基板である。さらに黒い三角印の薄板は、ｉ　Ｎに５
重量％のＹ２０３を加えた焼結体基板である。さらに４
角印の薄板は、ＡＱＮに５重量％のＹＦ３を加えた焼結
体基板である。一定の測定条件下では、検量線を引くこ
とは容易であり、他試料の薄板をこの条件下で測定すれ
ば熱拡散率αを既知検量線から求めることができる。

いずれにしても１１Ｉｍ以下の薄いＩＣ用のＡｌｌ　Ｎ
基板などの高熱伝導性の薄板の熱拡散率αを測定するこ
とが可能となる。

またこの発明の測定装置では、レーザフラッシュ光発生
源を用いてもこのフラッシュ光をレンズ系を用いて絞る
のでなく、単に第１″ａ閉部材で一部領域にフラッシュ
光を当てるので、レーザフラッシュ光のエネルギ密度が
大きくすることがなく、薄板試料に損傷をより小さくす
ることができる。

ところでこの発明は上述の実施例に限定されない。たと
えば、検出器１２と初期吸熱部である照射ｆＩＡ域７が
薄板２の表裏に分かれて配置されている。これを同一面
（たとえば表面６）で行なえるよう工夫をすれば、検出
感度の向上が可能となるとともに、試料厚さの影響を小
さくできる。また基材上の薄膜側に入射面をとれば、薄
膜に対する測定に応用できる。この場合、第２遮閉手段
である遮閉板は、少くとも照射領域７を円環状に配置さ
れた検出器１２から遮閉するのである。

また、２次元温度分布計測装置（サーモグラフィとテレ
ビジョン）とこの発明のＷＡＩとを組み合わせることも
できる。レーザフラッシュ光などにより与えられた熱は
基板上を同心円状に拡散するが、クラックヤホールなど
の欠陥部では、理想的な温度分布に対し、乱れを生じる
ことが予想され、このことを逆に利用して、品質管理、
非破壊検査をライン上で行なえる。

１里ｊｌＵ先 以上説明したことから明らかなように、この発明によれ
ば少くとも照射領域もしくは照射領域に対応する薄板の
少くとも裏面領域を検出器から遮閉し、薄板の面内の熱
伝達を利用している。

これにより、たとえば厚みが１１程度かそれ以下の薄板
試料の中心から同心円状に比較的時間をかけて拡がる熱
を、従来の薄板試料の厚み方向への熱拡がりを測定する
のに比べて温度変化領域（検出領域）で有効に捉えて熱
伝導率の測定ができる。

検出器側の第２遮閉手段は、たとえ薄板試料が光透過性
があってもフラッシュ透過光や散乱光が検出器に直接入
射するのを防ぐので、正常な測定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の高熱伝導性薄板の熱拡散率測定装置
の概念図、第２図はハーフタイムと熱拡散率αの逆数と
の関係を示す図である。 １・・・・・・・・・連間ジグ ２・・・・・・・・・薄板 ３・・・・・・・・・レーザフラッシュ光発生源４・・
・・・・・・・通し孔 ５・・・・・・・・・レーザフラッシュ光６・・・・・
・・・・表　面 ７・・・・・・・・・照射領域 ８・・・・・・・・・裏面領域 ９・・・・・・・・・裏　面 １０・・・・・・遮閉板 １１・・・・・・遮閉領域 １２・・・・・・検出器 １３・・・・・・検出領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高熱伝導性薄板の一部領域にフラッシュ光を照射
   し、少くともこの照射領域もしくはこの照射領域に対応
   する高熱伝導性薄板の少くとも裏面領域を検出器から遮
   閉し、この遮閉領域より外側の温度変化領域の熱を前記
   検出器で検出することを特徴とする高熱伝導性薄板の熱
   拡散率測定方法。
2. （２）高熱伝導性薄板にフラッシュ光を照射するフラッ
   シュ光発生源と、 このフラッシュ光発生源と前記高熱伝導性薄板の間に設
   けられて高熱伝導性薄板の一部領域にフラッシュ光を当
   てる第１遮閉手段と、 少くともこの照射領域もしくはこの照射領域に対応する
   高熱伝導性薄板の少くとも裏面領域を遮閉する第２遮閉
   手段と、 前記第２遮閉手段により前記照射領域もしくは裏面領域
   から遮閉された検出器であって、第２遮閉手段により遮
   閉された遮閉領域より外側の範囲の温度変化領域に対応
   して配置されてその温度を検出する前記検出器とを備え
   たことを特徴とする高熱伝導性薄板の熱拡散率測定装置
   。