KR0145027B1 - 열 전도도 측정장치 및 방법 - Google Patents

열 전도도 측정장치 및 방법

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KR0145027B1
KR0145027B1 KR1019940014147A KR19940014147A KR0145027B1 KR 0145027 B1 KR0145027 B1 KR 0145027B1 KR 1019940014147 A KR1019940014147 A KR 1019940014147A KR 19940014147 A KR19940014147 A KR 19940014147A KR 0145027 B1 KR0145027 B1 KR 0145027B1
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에드윈 그래브너 존
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데이비드 아이. 캐플랜
에이티앤드티 코포레이션
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Abstract

시료 플레이트(sample plate)의 동평면(in-plane) 열전도도를 측정하기 위하여, (1) 한쌍의 열전쌍과, (2) 플레이트 내로의 열류원과, (3) 개방 캐비티를 가진 열류의 히트싱크와, (4) 탄성 중전재 상에 위치하며, 열류원과 열전쌍이 위에 부착되어 있는 팽팽한 맴브레인과, (5) 히트 싱크의 캐비티 내에 위치하며, 멤브레인의 바로 아래쪽에 위치하는 단열물질의 탄성 충전재와, (6) 플레이트를 덮으며 이 플레이트에 압축력을 가하는 단열매체(6)를 포함하는 사전 제작된 디바이스 내에 플레이트를 배치한다.

Description

열전도도 측정장치 및 방법
제1도는 본 발명의 특정 실시태양에 따라 직사각형 플레이트(plate)형태를 가진 시료체(sample body)의 열전도도를 측정하기 위한 장치의 투시도
제2도는 제1도는 부분 투시도
제3도는 시료체가 적소에 놓인 제1도 장치의 3-3선에 따른 부분 단면도
제4도는 본 발명의 다른 특정한 실시예에 따라, 플레이트의 열전도도를 측정하기 위한 장치의 절개 투시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:히트 싱크 2:플라스틱 시이트 또는 멤브레인
3:보조 열전도 플레이트 4:클램핑바(clamping bar)
5, 6, 7:나사 8:도포된 전기적 절연층
11 - 18, 31 - 38:결합 포스트(binding post)
21 - 30, 41 - 48:배선 51:길다란 전기적 저항
52, 53, 54:접합부 59, 69, 79, 89:벽(wall)
60:시료체 61:탄성 충전재
62:단열 매체 63:하중체
본 발명은 열전도도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 편평한 다이몬드 플레이트(plate)나 박막(film)같은 얇은 판의 열전도도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
시료체(sample body)를 통한 일차원 정상상태(steady-state) 열류(heat flow)의 경우, 시료의 열전도도 K는 다음과 같이 주어진다.
K=P/A(ΔT/Δx) (1)
여기서, P는 시료체의 단면을 통한 x축에 따른 단위 시간당 열량이고, 단면은 yz면과 평행하며 총면적이 A와 같은 면적을 갖고, ΔT는 x방향을 따라 거리 Δx만큼 서로 이격된 한 쌍의 국부적인 온도센서(써모메터), 통상적으로 열전접점(열전쌍)을 시료체에 부착하여 측정할 수 있는 거리 Δx에 따른 온도감소분이다. 이러한, 일차원 열류를 이용하는 직접적인 측정기법은 교재 “Elementary physics: Classical and Mordern, by Richard T. Weidner and Robert L. Sells, (1975)”의 306-307 페이지에 개괄적으로 기술되어 있다.
이 측정 기법에서는, 시료의 양단부면을 통한 시료와의 열교환을 최소화하기 위하여, 균일한 단면 A와 한쌍의 단부면을 갖는 원통형의 시료체(“로드(rod)”)를 절연물질로 둘러싼다. 한편, 한쪽 단부면은 고온 열원에 의해 일정하게 높은 온도 Th로 유지하고, 다른 한쪽 단부면은 저온 열원에 의해 일정하게 낮은 온도 Tc로 유지한다. 정상상태에서, 단위 시간당 시료체의 어떠한 단면을 지나가는 열은 상기 식(1)에 의하여 주어진 P값과 같으며, 온도 기울기(Gradient)ΔT/Δx는 로드 방향을 따라 어디서나 같다: 즉, X좌표에 독립적이다.
선행 기술에서, 그 같은 종류의 일차원적 기법을 이용하는 것은 시간 소비적이고 번거롭게 되는데 그 이유는 시료를 측정할 때마다 열원과 써모메타를 부착해야하기 때문이다. 또한 열손실(heat loss) 및 그의 보정 때문에 비교적 길고 조심스런 측정이 요구된다. 특히, 요구되는 절연은 열원과 그의 배선은 물론 이거니와 써모메타(열전쌍)와 그의 배선에 있어 열적 절연이 요구되는 경향이 있는데, 배선은 미세하고(직경이 작고) 파괴되기 쉬워 절연물질에 의해서 뒤틀리고 바삭바삭 부서지게 된다.
원대칭적인 방사열류 P의 경우에는, 정상상태에서 시료의 열전도도 K가 다음과 같이 주어진다.
여기서, T1과 T2는 원대칭의 중심에 위치한 시료상의 소정 점에서부터 방사 방향 거리 R1과 R2에서의 온도이며, h는 z축과 평행한 방향에서 측정한, 즉, 방사 열류가 발생하는 xy평면에 수직한 방향에서 측정한 시료체의 두께이다. 예를 들어, 상기한 시료는 거리h만큼 서로 이격된 한쌍의 단부면을 가진 원통형의 것이다. 선행 기술에서는, 복사 및 기타 다른 열 손실 문제 때문에, 열류가 방사 열류로 되도록 h를 반드시 R2보다 적어도 대략 10배 정도 크게 만들어야만 한다. 이렇게 하면, 열류가 방사열류로 되어, K를 식(2)로 부터 결정할 수 있다. 그러나,단부효과(end effects)로 인해 생기는 에러를 최소화하기 위해서는, 시료체의 양 단부면들 사이에 위치하는 지점들에서 온도 T1과 T2를 측정해야만 하는데, 이로 인해 측정절차가 번거롭고 시간을 소비하게 된다.
더욱이, 비교적으로 얇은 플레이트의 기하구조는 그의 두께h에 관한 상기 제한을 만족시키지 못하므로, 그러한 플레이트의 열전도도를 상기한 선행 기술의 방사열류 기법에 의해서는 정밀하게 측정할 수 없다.
그러므로, 비교적 빠르고 손쉬운 방법으로 시료체의 열전도도를 측정하기 위한 방법 및 장치가 요구된다.
선행 기술의 하나 또는 그 이상의 상기 결점을 해결하기 위하여, 일실시 태양에서, 본 발명의 열전도도 측정장치는 (a) 개방 캐비티(open cavity)를 갖는 히트 싱크와, (b) 상기 캐비티를 실제적으로 채우는 단열탄성물질
(thermally-insulating resilient material)의 몸체와, (c) 상기 단열탄성 물질의 몸체의 노출된 부분위에 위치하는 플라스틱 시이트와 같은 얇은 멤브레인(thin membrane)과, (d) 상기 얇은 멤브레인의 상호 이격된 제1 및 제2 국부적인 부분상에 각각 부착된 제1 및 제2의 상호 이격된(바람직하게 국부적인) 온도 센서와, (e) 상기 얇은 멤브레인의 제3의 국부적인 부분상에 부착된 열원과, (f) 제1단부가 열적으로 상기 히트 싱크에 부착되고 제2단부가 상기 얇은 멤브레인의 제4국부적인 부분상 위치하는, 보조 열전도 플레이트를 포함하며, 상기 얇은 멤브레인의 제1 및 제2의 국부적인 부분 모두는 상기 얇은 멤브레인의 제3 및 제4의 국부적인 부분들 사이에 위치한다.
바람직하게는, 상기 플라스틱 시이트가 상기 히트싱크에 부착되어, 그 플라스틱 시이트는 기계적으로 팽팽한 상태로 유지된다. 또한, 바람직하게는, 제1 및 제2 온도 센서가 차동 형태의 써모메터를 이루며, 제1 및 제2 온도 센서에 이르는 배선이 플라스틱 플레이트에 부착된다. 또한 바람직하게는, 본 발명의 장치가 제1 및 제2의 국부적인 부분들 사이의 위치에서 플라스틱 시이트의 제4의 국부적인 부분상에 부착된 제3 온도 센서를 더 포함하며, 제3 온도 센서는 플라스틱 시이트에 부착된 배선을 갖는다. 또한 바람직스럽게는, 열원이 플라스틱 시이트에 부착된 전기적 저항을 포함하고, 이 저항에 흐르는 배선은 플라스틱 시이트에 부착된다.
또한, 다른 실시 태양에서, 상기한 장치를 사용하여 시료의 열전도도를 측정하기위한 본 발명의 방법은 (a) 플라스틱 시이트와 중첩하는 위치에, 제1 및 제2 온도센서, 열원 그리고 열전도 플레이트와 열적으로 접촉하는 상태로 상기 시료체를 배치하는 단계와, (b) 상기 시료체를 덮는 상태로 단열 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 또한 바람직하게는, 본 발명의 방법은 절연매체에 압축력(compressive force)을 가하여, 시료체와 (1) 열원 (2) 제1 및 제2 상호 이격된 온도 센서 및 (3) 열전도 플레이트간의 열적 저항이 감소되게 한다. 이때, 열전도도 K(기하구조에 따르는)는 정상상태에서 Δx나 열류와 평행한 방향의 거리Δx저항 R1과 R2, 단면 A 또는 두께 h, 온도차 ΔT 또는 T2-T1, 그리고 전류를 전달하는 저항과 같은 열원에 의하여 생성되는 전력 P를 측정함으로써 식(1) 또는 (2)로부터 결정될 수 있다. 만약에 시료체가 비교적 얇은 플레이트나 박막의 형태를 갖는다면, 즉, 두께가 면적 치수에 비해 작은 시료체라면, 플레이트나 박막의 동평면 열전도도는 그 플레이트나 박막이 플라스틱 시이트위에 평평하게 놓여졌다고 가정했을 때 측정될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하게 하겠다. 단, 도면의 명료성을 위해 정확한 비율로 도시하지 않는다.
제 1,2,3에 따르면, 시료체(60)(제3도)의 열전도도를 측정하기 위한 장치(100)는 통상 동(copper)을 필수 성분으로 하는 히트싱크(heat sink)(1)를 포함한다. 상기 히트싱크(1)는 개방 캐비티(cavity)를 둘러싸는 4개의 벽(59), (69), (79) 및 (89)의 사각 베이스(base)를 갖는다. 상기 벽들의 각각은 대표적으로 대략 1 내지 2㎝의 범위의 두께를 갖고, 히트싱크 (1)내의 개방 캐비티는 대표적으로 발포고무(foam rubber)와 같은 단열물질의 탄성 충전재(61)로 채워진다. 대표적으로 캡톤(Kapton)과 같은 얇은 플라스틱 시이트나 멤브레인(2)은 플라스틱 시이트(2)가 기계적으로 탱탱한 상태로 당겨져 유지되도록, 즉, 플라스틱 시이트(2)가 늘어지지 않도록 벽(59), (69), 그리고 (89)의 상단에 부착된다. 플라스틱 시이트(2)는 대표적으로 대략 8㎛의 두께와 4㎝×4㎝의 면적 치수를 갖고, 이 플라스틱 시이트(2)는 충전재(61)의 상면상에 놓여 그와 접촉하게 된다.
얇은 플라스틱 시이트(2)의 왼쪽 부분(제3도)상에 놓인 보조적인 열전도 플레이트(3)는 히트싱크(1)의 벽(79)의 상면에 일부분 위에 견고하게 고정되어, 예를 들어, 통상 황동나사와 같은 나사(5), (6) 및 (7)에 의해 클램핑바(clamping bar)(4)와 벽(79)의 상면 사이에 견고하게 삽입되어 히트싱크(1)와 양호한 열접촉을 이룬다.
대표적으로, 보조적인 열전도 플레이트(3)는 비교적 작은 0.1㎜의 두께와 대략 0.5㎝×1.0㎝ 직사각형 면적 치수를 갖는 동(copper)을 필수성분으로 한다. (선택적인)배선 (28), (29) 및 (30)에 의하여 형성되는 (선택적인)열전쌍이 보조 플레이트(3)의 밑에 위치하는 경우에는 보조 플레이트(3)의 저면상에 전기적 절연층(8)(제3도)을 도포하는데, 이에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 기술하겠다.
대표적으로 동(copper)을 필수 성분으로 하는 결합 포스트(binding post) (11), (12), (13), (14)....,(18);(31), (32)....(38)는 그들 결합 포스트가 모두 히트싱크(1)로부터, 따라서 서로로 부터 전기적으로 절연되도록 벽(69)와 (89)의 상면의 구멍내로 통상 에폭시와 같은 절연 시멘트(cement)에 의해 결합된다. 얇은 배선(21), (22), (23), (25), (26), (27), (28), (29), (30), (41), (42), (43), (44), (45), (46), (47)그리고 (48)의 각각은 제1 및 2도에 나타낸 바와 같이 각각의 포스트에 개별적으로 결합 된다. 바람직하게는, 그들 배선의 각각도 에폭시 시멘트와 같은 것으로 플라스틱 시이트(2)의 상면에 결합시켜 탄성 충전재(61)위에 놓이는 소형의 기계적으로 안전된 배선 어레이를 형성해도 좋다. 각각의 배선 (21), (22), (41)그리고 (42)은, 통상 기본적으로, 대략 25㎛의 직경을 갖는, 즉, 아주 얇아서 무시할 수 있을 정도의 열을 전도하는 동이나 금의 배선이다.
길다란 전기적 저항(51)은 에폭시 시멘트에 의해 얇은 플라스틱 플레이트(2)의 상면에 부착되고, 그것의 한쪽 단부는 배선(21)과 (22)에 전기적으로 연결되며 다른쪽 단부는 배선(41)과 (42)에 연결된다.
시료체(60)를 적소에 놓고 측정하는 동안, 전압이 가해져 전류 i가 결합 포스트(11)에서 결합 포스트(31)로 배선 (21)과, 저항(51)과, 배선(41)을 통해 흐르도록 전압을 인가한다. 저항(51)의 양단부에 연결되는 부가적인 배선(22)와 (42)을 제공하는 목적은 영전류 전달배선(zero-current-carry wire)을 제공하여 저항(51) 양단간에 발생하는 전압의 좀더 정확한 측정을 가능하게 하기 위한 것이다. 이 전압은 식(1)에서 P의 계산시 필요하다.
배선(24)와 함께 배선(23)과 (25)은 접합부(52)와 (54)에 형성된 열전쌍에 의하여 차동 열전쌍을 구성하는 반면, 배선(43)과 (44)은 단일 접합부(53)에서 단일 열전쌍을 구성한다. 통상적으로, 배선(24)은 기본적으로 크로멜(Chromel)이나 컨스탄탄(Constantan)이며, 배선(23)과 (25)은 기본적으로 크로멜이나 컨스탄탄이다. 이들 배선의 각각은 대략 50㎛의 통상적인 직경을 갖는다. 본 기술 분야에서 알려진 것처럼, 결합 포스트(13)과 (14)의 양단 간에 발생되며 측정되는 전압 ΔV는 접합부(52)와 (53)사이의 온도차 ΔT에 비례하며, 이에 따라 식(1)에 대해서 요구되는 ΔT/ΔX의 값은 접합부(52)와 (53)사이의 거리 ΔX의 측정으로부터 결정될 수 있다.
배선 (43)과 (44)는 열전쌍 접합부 (53)를 구성한다. 전형적으로, 이들 배선중의 하나는 크로멜이고 다른 하나는 컨스탄탄이므로, 이에따라 결합 포스트(33)과 (34) 양단 간에 발생하여 측정되는 전압V는 접합부 (53)의 온도에 알려진 방식으로 비례한다. 결합 포스트(33)과 (34)의 모두는 히트싱크(1)의 알려진 온도와 같은 절대온도에 있다. 바람직하게는, 결합 포스트(13)과 (14) 양단 간의 측정된 전압 ΔV를 희망하는 온도차 ΔT로 변환하기 위하여, 접합부(53)를 대략 접합부(52)와 (54)간의 중앙에 위치 시킨다.
바람직하게는, 저항(51)과 열전쌍 접합부(52)사이의 거리는 적어도 시료체(60) 두께의 10배 이어서, 상기 시료체(60)를 통한 열류의 방향의 분포는 적어도 열전쌍 접합부(52), (53) 및 (54) 근처의 영역들 또한 그들 사이의 영역들에서 x방향 시료체(60)로부처 보조 플레이트(3) 쪽으로의 방향을 따르는 위치와는 독립적으로 된다. 만약 x방향으로의 시료체 길이가 두께와 폭보다 훨씬 크지 않다면, 시료체의 폭에 걸쳐 균일한 시료체(60)의 좌단부와 보조 플레이트(3)의 연결은 국부적인 열컨덕턴스(local thermal conductance)가 얻어지게 한다.
선택적으로, 배선 (26), (27), (45) 및 (46)과 결합 포스트(15), (16), (35) 및 (36)과 함께 또 다른 저항(55)은 시료체(60)의 표면으로부터의 전도나 복사 또는 둘다에 의한 열손실의 기인하는 보정을 판단하는 목적으로 부가될 수 있다. 이에 대해서는, J. E. Graebner와 J. A. Herb의 논문 “Dominance of Intrinsic Phonon Scattering in CVD Diamond”, published in Diamond Films and Technology, Vol. 1, No. 3, PP. 155-164 at pp. 157-158(1992)에 더욱 상세히 기술되어 있다. 또한, (각각 크로멜과 컨스탄탄의) 배선(28)과 (29)에 의해 그리고 (각각 컨스탄탄과 크로멜의)의 배선(29)와 (30)사이의 접합부에 의해 형성된 (선택적이고) 또 다른 열전쌍은, 보조 플레이트(3)과 히트싱크(1)사이나 보조 플레이트(3)와 시료체(60)사이의 분리나 불량한 열접촉을 확인할 목적으로, (각각, 컨스탄탄과 크로멜의)배선 (47)과 (48)에 의해 형성된 다른 써모커플을 함께 부가될 수 있다.
바람직하게는, 시료체(60)가 플레이트의 길이나 폭보다 훨씬 작은 균일한 두께를 갖는 직사각형 플레이트의 형태를 갖는다. 플레이트의 우단부의 (y방향)폭이 대략 저항의 (또한 y방향)길이와 같고 좌단부의 폭이 대략 보조 플레이트(3)의 폭과 같고, 플레이트의 (y방향)폭이 열전상 접합부(52)와 (54)사이의 영역에서 균일하다면, 모두 상기 열전쌍 접합부(52)와 (54)사이에서 일차원적 열류가 발생하도록 플레이트를 직사각형으로 할 필요는 없다. 따라서, 장치(100)는 x방향에서 동평면(xy 플레인) 시료체의 열전도도를 측정하기에 적합하다.
플라스틱 시이트(2)의 목적은 저항(51) 및 열전쌍 접합부(52), (53) 및 (54)와 같은 소자들과 그들의 연결 배선들(21), (22), (23), (24), (25), (41), (42), (43) 및 (44)에 적합한 기계적인 지지 시스템의 사전 제작을 가능케 하는데 있다. 전형적으로 열전쌍 접합부(52), (53) 그리고 (54)와 같은 열전쌍 접합부는 모두 아크(arc)중에서의 스폿 용접이나 산함유 용제(acid-containing flux)중에서의 납-주석 솔더(lead-tin solder)에 의한 납땜으로 형성한다.
시료체(60)의 (x방향의)(동평면)열전도도를 측정하는 동안, 시료체(60)는 그의 좌단부가 보조 플레이트(3)상에 겹쳐 놓이고 우단부가 저항(51)상에 겹쳐 놓이도록 위치된다. 이렇게 시료체(60)가 위치된 후, 스티로포옴(styrofoam)같은 절연매체(62)는 시료체(60)와, 플라스틱 시이트(2)의 잔여 상면부와, 보조 플레이트(3)의 상단부에 겹쳐 놓이게 된다. 대표적으로 금속하중체(63)에 의해 발생되는 압축력에 의하여, 단열매체(62)는 하방으로 가압되어, 플라스틱 시이트(2)의 노출된 상면부 및 보조 플레이트(3)의 상면부로 부터 단열매체(62) 까지의 분리 거리가 감소한다. 이러한 방식으로, 원하지 않은 열손실이 감소하며, 시료체와 히터(heaters), 열전쌍 접합부 및 보조 플레이트(3)사이의 열접촉이 양호하게 된다.
또한, 시료체(60)의 동평면 열전도도를 측정하는 동안, 저항(51)은 결합 포스트(11)과 (31)에 연결된 전류원(도시하지 않음)에 의해서 인가되는 전류 i 가 그를 통해 흐르기 때문에 가열소자나 열(전력)원으로서의 역할을 한다. 정상상태가 이루어진 후(즉, 써모커플의 판독치가 시간의 경과에 따라 변화하지 않게 되면) 식(1)의 P값은 P=vi 이다. 여기서, v는 결합포스트 (12)와 (32)에서 측정되는 저항(51)양단 간의 측정된 전압 강하분이고, i 는 잘 알려진 기법으로 측정되는 바와 같은 것으로서 결합포스트(11)과 (31)을 경유하여 저항(51)을 통과해 흐르는 상기한 전류이다. 상기 식P=vi는, 다른 열이 전혀 없는 상태로 저항(51)에 의하여 발생하는 모든 또는 거의 모든 열이 시료체(60)로 유입되며, 시료체(60)로 부터 나오는 열이 단지 아래에 더 상세히 기술할 열전쌍 접합부(54) 좌측지역의 것이라면 유효하다. 이들 가정은, 시료체(60)의 (y방향)쪽이 충전재(61)의 촉과 매체(62)의 폭 양자보다 상당히 작다고 했을 때, 다른 여러 가지 중에서도 충전재(61) 및 매체(62)에 의한 열절연 때문에 가능케 된다.
따라서 P=vi가 측정된 값 v와 i로 부터 계산될 수 있고, ΔT/ΔX의 값이 상기 기술한 열전쌍 전압 측정으로 부터 계산될 수 있으며, 또한 시료체의 단면적 A가 알려진 기법으로 측정될 수 있으므로, x방향에서 시료체의 동평면 열전도도의 원하는 값은 정상상태(열평형)가 이루어진 후, 또한 ΔT의 측정된 값, 결국은 식(1)로부터 계산된 K값이 시간에 따라 변하지 않게 된후, 식(1)로부터 계산될 수 있다. 장치(100)을 사용하면, 여러 다른 시료체들의 x방향 동평면 열전도도 들은 단일 시료체에 대하여 상기 기술한 것처럼 차례 차례 측정될 수 있다: 즉, 각각의 시료체의 열전도도를 측정한 후에 하중체(63)와 물질(62)를 제거하고 그 다음 상술한 방법으로 다음의 시료체를 처리하는 방법으로 간단히 측정될 수 있다.
제4도는 불균일한 형태의 외관을 갖는 시료체(명확성 및 가시성을 위해서 도시하지 않음)의 열전도도를 측정하기 위해 쓰이는 장치(300)를 도시한다. 제1 및 3도에 도시된 요소들과 기능 및 구조가 동일한 제4도에 도시된 요소들은 그들의 참조번호에 100을 더하여 도시한다. 히트싱크(101)내의 캐비티는 상술한 충전재(61)와 동일한 탄성충전재(도시되지 않음)로 채워진다. 제4도와 제1, 2 및 3도의 주된 차이점은 가열요소(151)가 선형이기 보다는 원형이고, 보조 플레이트(3)(제 1, 2 그리고 3도)가 페데스탈(pedestrl)(제4도)로 된다는 것이다.
배선 (121), (122), (141) 그리고 (142)는, 통상, 에폭시 시멘트에 의해서 플라스틱 시이트(102)의 상면부에 접착되고(명확성 및 가시성을 위해 도시하지 않았음): 배선 (123), (124) 그리고 (125)는 플라스틱 시이트(102)의 하면부에 동일하게 접착되며(명확성 및 가시성을 위해 도시하지 않았음): 배선 (128), (130), (147) 그리고 (148)은 (명확성 및 가시성을 위해서 제4도에 도시한 바와 같이 공간에 매달리는 것이 아니다) 페데스탈(103)의 측면에 동일하게 접착된다. 열전도도를 측정하는 동안, 시료체(도시하지 않은)는 가열요소나 저항(151)상에 놓여서 그 저항의 모든 부분 및 그 저항을 벗어난 부분들 까지도 덮음으로써 원대칭으로 가열된다. 장치(300)가 작동하는 동안, 매체(63)와 유사한 단열매체(제4도에 도시되지 않음)는 시료상에 겹쳐 놓이고, 하중체(63)와 유사한 하중체는 상기 단열매체상에 겹쳐 놓인다. 이때 동평면(xy)열전도도는 식(2)에 의해 계산된다.
저항과 보조 플레이트(3) 또는 페데스탈(103)은 물론 열전쌍 접합부와 시료체의 열접촉을 향상시키기 위하여, 장치 (100)이나 (300)내에 시료체를 배치하기 전에 열전도성 윤활유(grease)를 시료체의 밑면에 넣는 것이 바람직하다. 대표적으로 대략 1파스칼 이하의 압력에서, 장치(100)이나 (300)이 진공 챔버(chamber)내에 놓이게 하면서(측정할 때의)작업을 실행하는 것이 바람직하다.
비록 본 발명을 특정 실시 태양에 관해 기술하였으나, 본 발명의 범주의 벗어남 없이 다양한 변형이 만들어질 수 있다. 예를 들면, 배선(예로서, (21), (22)....,(30):(40)....,(121), (122), (123), (124), (125), (141), (142), (143), (144)과 저항(예로서, (51), (55), (151)은 플라스틱 시이트(즉, (2), (102)위에 얇은 박막 배선과 저항으로서 형성될 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) 개방 캐비티를 갖는 히트싱크(heat sink)몸체와, (b) 상기 캐비티를 실제적으로 채우는 단열탄성매체(thermally-insulating resilient material)의 몸체와, (c) 상기 단열탄성매체의 노출된 부분위에 위치하는 얇은 멤브레인(thin membrane)과, (d) 상기 얇은 멤브레인의 상호 이격된 제1 및 제2 국부적인 부분상에 각각 부착되는 상호 이격된 제1 및 제2 온도 센서와, (e) 상기 얇은 멤브레인의 제3의 국부적인 부분상에 부착된 열원(heat source)과, (f) 제1단부(end)가 열적으로 상기 히트싱크에 몸체에 부착되고 제2단부가 상기 얇은 멤브레인의 제4의 국부적인 부분상에 위치하는 보조 열전도 플레이트를 포함하며, 상기 얇은 멤브레인의 제1 및 제2의 국부적인 부분 모두는 상기 얇은 멤브레인의 제3 및 제4의 국부적인 부분들 사이에 위치하는 열전도도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 얇은 멤브레인은 상기 히트싱크 몸체에 부착된 상기 플라스틱 시이트이며, 상기 플라스틱 시이트는 기계적으로 팽팽한 상태를 유지되는 열전도도 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 온도센서는 서로 다른 열전쌍을 형성하며, 제1 및 제2온도센서에 대한 접근배선(acces wires)은 상기 얇은 멤브레인에 부착되는 열전도도 측정장치.
  4. 제1, 2 또는 3항에 있어서, 상기 열원은 상기 얇은 멤브레인에 부착된 전기적 저항을 포함하며, 상기 접근 배선은 상기 얇은 멤브레인에 부착되는 열전도도 측정장치.
  5. 시료체의 열전도도를 측정하는 방법으로서, (a) (1) 개방 캐비티를 갖는 히트싱크 몸체와, (2) 상기 캐비티를 실질적으로 채우는 단열탄성물질의 몸체와, (3) 상기 단열탄성물질의 노출된 부분상에 위치한 얇은 멤브레인과, (4) 상기 얇은 멤브레인의 상호 이격된 제1 및 제2의 국부적인 부분상에 각각 부착되는 상호 이격된 제1 및 제2 온도센서와, (5) 상기 얇은 멤브레인의 제3의 국부적인 부분상에 부착된 열원과, (6) 제1단부가 상기 히트싱크 몸체에 열적으로 부착되고 제2단부가 상기 얇은 멤브레인의 제4의 국부적인 부분상에 위치하는 보조 열전도 플레이트를 포함하며, 상기 얇은 멤브레인의 제1 및 제2의 국부적인 부분 모두가 상기 제3 및 제4의 국부적인 부분들 간에 위치하는 장치를 제공하는 단계와; (b)상기 얇은 멤브레인상에 중첩하며, 상기 제1 및 제2열센서, 상기 열원과 상기 보조 플레이트와 열적으로 접촉하는 위치에 상기 시료체를 배치하는 단계와; (c)상기 시료체 위에 단열 매체를 배치하는 단계를 포함하는 열전도도 측정방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단열매체에 압축력을 인가하여, 상기 시료체와 상기 열원사이의 열저항(heat resistance)과, 상기 시료체와 상기 제1 및 제2의 상호 이격된 온도 센서사이의 열저항, 그리고 상기 시료체와 상기 보조플레이트 사이의 열저항을 줄이는 단계를 더 포함하는 열전도도 측정방법.
  7. 제5 또는 6항에 있어서, 상기 단열매체에 압축력을 인가하여 상기 열원과 상기 시료체사이의 열저항, 상기 시료체와 상기 제1 및 제2의 상호 이격된 온도 센서사이의 열저항, 그리고 상기 시료체와 상기 보조플레이트사이의 열저항을 줄이는 단계를 더 포함하는 열전도도 측정방법.
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