专利名称：测量热传导效果的装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种测量热传导效果的装置与方法，特别涉及一种测量热介 面材质的热传导效果的装置与方法。
背景技术：
随着电子设备越趋精密，电路集成程度越来越高，热介面材质(Thermal Interface Material, TIM)的应用也越来越广泛。然而，决定热介面材质的最 佳参数为热传导系数(Heat Conductivity Coefficient)，如何以成本较低的测 量热传导效果的装置，来准确地测量热介面材质的热传导效果(Heat Conductivity Effect)，对于热介面材质发展起着非常重要的作用。
在一维尺度下测量热介面材质的热传导系数时(热传导系数为一维温度 热传导的距离的函数)，其关系式如下
T2-T1
其中，K为热传导系数；Q为热流量(Heat Flow Rate) ; (X2-X1)/(T2-T1) 为温度梯度(Temperature Gradient)的倒数，X2-X1为一维温度热传导的距 离，T2-T1为热介面材质的温度差。
请参照图1，此图为传统测量热传导系数的示意图。提供热介面材质的 基板101，将该基板101设置于热源102上，用以加热该基板101，且将表面 温度测量计103设置于该基板101上，利用直接测量热传导方式来测量该基 板101的热传导系数。其中该热源102直接加热该基板101，加热方向104 如箭头所示。上述公式中X2-X1为一维温度热传导的距离，因直接加热该基 板101，使得距离縮短，造成测量热传导系数的变化幅度縮小而不准确。另 外，传统热传导系测量装置成本昂贵，不利于热介面材质的开发。
因此，本发明人认为可改善上述缺陷，且依据多年来从事此方面的相关 经验，悉心观察且研究，并配合运用科学原理，提出设计合理且有效改善上 述缺陷的本发明。
发明内容
因此本发明的目的就是提出一种测量热传导效果的装置与方法，利用间 接热传导方式，达到降低装置成本并提高测量热传导效果的准确性的目的。
根据本发明的上述目的，本发明提出一种测量热传导效果的装置，用于 测量基板的热传导效果，至少包括加热盘，该基板设置于该加热盘上，该 基板与该加热盘之间至少具有一个空间；以及表面温度测量计，其中该表面 温度测量计、该加热盘与该基板的接触位置错开，形成间接热传导方式。
上述测量热传导效果的装置中，该基板可为环氧树脂基板、绝缘金属基 板、铝基板或MCPCB。
上述测量热传导效果的装置中，该加热盘提供的加热模式可为固定温度 模式或固定热功率模式。
上述测量热传导效果的装置中，该加热盘的形状可为圆形、方形、矩形 或三角形。
上述测量热传导效果的装置中，该空间可填充空气或绝热材料。 上述测量热传导效果的装置中，该表面温度测量计可为热电偶、红外线 传感器或温度传感器。
本发明还提供一种测量热传导效果的方法，用于测量基板的热传导效果， 至少包括下列步骤将该基板放置于加热盘上，启动该加热盘，选定加热模 式，提供热源功率加热该基板，且使用计时器；以及使用表面温度测量计以 测量该基板从低温升温至高温，并使用该计时器记录该低温至该高温的加热 时间，其中该表面温度测量计、该加热盘与该基板的接触位置错开，形成间 接热传导方式。
上述测量热传导效果的方法中，该基板可为环氧树脂基板、绝缘金属基 板、铝基板或MCPCB。
上述测量热传导效果的方法中，该加热盘的形状可为圆形、方形、矩形 或三角形。
上述测量热传导效果的方法中，该表面温度测量计可为热电偶、红外线 传感器或温度传感器。
上述测量热传导效果的方法中，该加热模式可为固定温度模式或固定热 功率模式。
5上述测量热传导效果的方法中，该低温至该高温的范围可介于约摄氏40
度至约摄氏65度。
上述测量热传导效果的方法中，可利用下列公式来决定该基板的热传导
效果a— (ATXt) / (Q) +C，其中a为该基板的热传导效果，Q为该加 热盘提供的热源功率，t为该计时器所得到的该加热时间的多次平均值，AT 为该表面温度测量计所测量到的该基板的该高温与该低温的温度差，而C为 常数。
本发明具有以下有益效果
(1) 上述测量热传导效果的装置组成简单，使用者可自行从市面购买组 装，达到降低装置成本的目的。
(2) 上述测量热传导效果的方法利用了间接热传导方式，达到了提高测 量热传导效果的准确性的目的。
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，以下发明内容中，提供许多不同 的实施例或范例，可参照下列描述并配合附图，用来了解在不同实施例中的 不同特征的应用。
图1为依照现有技术的示意图。
图2为依照本发明的第一实施例的测量热传导效果的装置的示意图。 图3为依照本发明的第二实施例的测量热传导效果的装置的示意图。 图4为依照本发明的第三实施例的测量热传导效果的装置的示意图。 图5为依照本发明的第四实施例的测量热传导效果的装置的示意图。 图6为依照本发明的测量热传导效果的方法的步骤流程图。 图7为依照本发明的实验数据长条图。 其中，附图标记说明如下 [现有技术] 101:基板
102:热源
103:表面温度测量计 104:加热方向[本发明]
201:基板
202:加热盘
203:表面温度测量计
204:加热方向
210:空间
301:基板
302:加热盘
303:表面温度测量计
304:加热方向
310:空间
401:基板
402:加热盘
403:表面温度测量计
404:加热方向
410:空间
501:基板
502:加热盘
503:表面温度测量计
504:加热方向
510:空间
600—650:方法流程步骤
具体实施例方式
请参照图2，此图为依照本发明第一实施例的测量热传导效果的装置的 示意图。本发明提供一种测量热传导效果的装置，用于测量基板201的热传 导效果，至少包括加热盘202，该基板201设置于该加热盘202上，其中 该基板201与该加热盘202之间至少具有空间210;以及表面温度测量计203。 本发明所公开的装置，使用者可自行在市面上购买并自行组装，达到降低装 置成本的目的。其中，该基板201可为环氧树脂基板、绝缘金属基板、铝基板或金属芯
印制板(Metal—core printed circuit board, MCPCB);该加热盘202的形状可 为圆形、方形、矩形或三角形，且所提供的加热模式可为固定温度模式、或 固定热功率模式；该空间210可填充空气、或绝热材料，分别使得该基板201 与该加热盘202之间悬空，或对该基板201提供支撑，以避免热源通过此空 间加热该基板；该表面温度测量计203可为热电偶、红外线传感器或其他可 测量温度的温度传感器。
该表面温度测量计203、该加热盘202与该基板201的接触位置错开， 提供由外向内加热的间接热传导方式，加热方向204如箭头所示，用以测量 该基板201的热传导效果，借着一维温度热传导的距离增加，使得该基板201 的热传导系数变化幅度增加，从而达到测量热传导效果的准确性的目的。
请参照图3，此图为依照本发明第二实施例的测量热传导效果的装置的 示意图。其中，该表面温度测量计303、该加热盘302与该基板301的接触 位置错开，提供由内向外加热的间接热传导方式，加热方向304如箭头所示。
请参照图4，此图为依照本发明第三实施例的测量热传导效果的装置的 示意图。其中，该表面温度测量计403、该加热盘402与该基板401的接触 位置错开，提供由左侧向右侧(加热方向404如箭头所示)、或由右侧向左 侧(未示出)加热的间接热传导方式。
请参照图5，此图为依照本发明第四实施例的测量热传导效果的装置的 示意图。其中，该表面温度测量计503、该加热盘502与该基板501的接触 位置错开，提供同时由外向内及由内向外加热的间接热传导的方式，加热方 向504如箭头所示。
请参照图6，此图为依照本发明的测量热传导效果的方法的步骤流程图。 本发明提供一种测量热传导效果的方法600，用于测量基板的热传导效果， 至少包括下列步骤步骤610;步骤620;步骤630;步骤640;以及步骤650。
执行步骤610，将该基板放置于加热盘上，准备加热。
执行步骤620，启动加热盘，选定加热模式，提供热源功率加热该基板， 且使用计时器。其中该加热模式至少包括固定温度模式、或固定热功率模式。
执行步骤630，使用表面温度测量计，测量该基板随时间变化从低温升 至高温，该表面温度测量计、该加热盘与该基板的接触位置错开，当温度上升至该低温时，该计时器开始计时。
执行步骤640，当温度上升至该高温时，计时器停止计时，并使用计时 器记录得到该基板从该低温到该高温的加热时间。其中该低温至该高温的范
围可为摄氏50至摄氏100度之间或其他温度范围。该高温需要低于该基板的 玻璃转移温度(Tg)。所提供的热源功率为固定温度时，该固定温度需要高 于测量到的该基板的高温两倍以上。
执行步骤650，利用公式计算得到该基板的热传导效果。其中该公式用 来决定该基板的热传导效果a— (ATxt) / (Q) +C，其中a为该基板的热 传导效果，Q为该加热盘提供热源为固定温度时的温度，其单位为绝对温度 K， t为该计时器所得到该加热时间的三次平均值，AT为该表面温度测量计 所测量该基板的高温与低温的温度差，与C为常数。其中，该温度差与该加 热时间的乘积(ATxt)，在所提供的热源功率越高、或该基板的热传导特性 越佳的条件下，则该乘积(ATxt)越高；该基板的热传导效果a越大表示该 基板的热传导特性越差；常数C与装置和环境有关系。
请参照图7，此图为依照本发明的实验数据长条图，采用加热盘的固定 温度模式时，固定温度为约摄氏100度，将该基板切割成圆形直径大小约7 公分，测量该基板的加热时间，为从该低温至该高温的较佳范围介于约摄氏 40度至约摄氏65度之间，重复计算三次加热时间的平均值所得到的实验数 据，纵轴为时间，以秒为单位，横轴为不同基板的材质。其中该基板的材质 分别是e (Laird) 、 f (NRK) 、 g (Arlon)、及市售环氧树脂h。根据现 有技术可分别得到各该基本的材质的热传导系数K分别为e为约3 (W/m °C) 、 f的范围介于约1.5至1.8 (W/m。C)之间、g的范围介于约U至1.2 (W/m°C)之间、及环氧树脂h的范围介于约0.2至0.6 (W/m°C)之间。因 此得知上述该基板的材质的热传导系数K虽相近，但本发明公开的测量热传 导效果的装置与方法可有效地分辨出不同。
表1为热传导系数介于0.4 0.6 (W/mK)，不易分辨出热传导特性的三 种基板A、 B、 C，其中热传导特性A〈B〈C，利用不同加热源(固定温度Q) 加热，在不同低温到高温的温度范围下实际测量结果，利用上述公式，可以 分别得到基板A的热传导效果a为12.74，基板B的热传导效果a为11.18， 基板C的热传导效果a为10.97。可以得知热传导特性愈佳的材质其热传导
9效果a值越低。
表l
AT1520253035C
Q383403423443463At374140.943.945.112.744300
ATxt555819102313181580Bt33.634.835.837.939.911.183810
ATxt50468787411361398Ct31.931.233.036.138.510.973768
ATxt47962582510841346本发明利用间接测量热传导的方式，将该表面温度测量计、该加热盘与
该基板的接触位置错开，从而达到了降低装置成本并提高测量热传导效果的 准确性的目的。
虽然本发明已通过一个较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发 明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的 更动与修改，因此本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
10
权利要求
1. 一种测量热传导效果的装置，用于测量基板的热传导效果，其特征在于，至少包括加热盘，该基板设置于该加热盘上，该基板与该加热盘之间至少具有一个空间；以及表面温度测量计，其中该表面温度测量计、该加热盘与该基板的接触位置错开，形成间接热传导方式。
2. 如权利要求1所述的测量热传导效果的装置，其特征在于，该基板的 材质为环氧树脂、绝缘金属基板、铝基板或MCPCB。
3. 如权利要求1所述的测量热传导效果的装置，其特征在于，该加热盘 提供的加热模式为固定温度模式或固定热功率模式。
4. 如权利要求1所述的测量热传导效果的装置，其特征在于，该加热盘 的形状为圆形、方形、矩形或三角形。
5. 如权利要求1所述的测量热传导效果的装置，其特征在于，该空间填 充空气或绝热材料。
6. 如权利要求1所述的测量热传导效果的装置，其特征在于，该表面温 度测量计为热电偶、红外线传感器或温度传感器。
7. —种测量热传导效果的方法，用于测量基板的热传导效果，其特征在 于，至少包括下列步骤将该基板放置于加热盘上，启动该加热盘，选定加热模式，提供热源功 率加热该基板，且使用计时器；以及使用表面温度测量计，用以测量该基板从低温升温至高温，并使用该计 时器记录该低温至该高温的加热时间，其中该表面温度测量计、该加热盘与 该基板的接触位置错开，形成间接热传导方式。
8. 如权利要求7所述的测量热传导效果的方法，其特征在于，该基板的 材质为环氧树脂、绝缘金属基板、铝基板或MCPCB。
9. 如权利要求7所述的测量热传导效果的方法，其特征在于，该加热盘 的形状为圆形、方形、矩形或三角形。
10. 如权利要求7所述的测量热传导效果的方法，其特征在于，该表面温度测量计为热电偶、红外线传感器或温度传感器。
11. 如权利要求7所述的测量热传导效果的方法，其特征在于，该加热模 式为固定温度模式或固定热功率模式。
12. 如权利要求7所述的测量热传导效果的方法，其特征在于，该低温至 该高温的范围介于约摄氏40度至约摄氏65度。
13. 如权利要求7至12任一项所述的测量热传导效果的方法，其特征在 于，利用下列公式来决定该基板的热传导效果a— (ATXt) / (Q) +C， 其中a为该基板的热传导效果，Q为该加热盘提供的热源功率，t为该计时器 所得到的该加热时间的多次平均值，AT为该表面温度测量计所测量到的该 基板的该高温与该低温的温度差，而C为常数。
全文摘要
一种测量热传导效果的装置，用于测量基板的热传导效果，至少包括加热盘，该基板设置于该加热盘上，该基板与该加热盘之间至少具有空间；以及表面温度测量计，该表面温度测量计、该加热盘与该基板的接触位置错开，形成间接热传导方式；本发明还提供一种测量热传导效果的方法。本发明能够降低装置成本并提高测量热传导效果的准确性。
文档编号G01N25/20GK101487805SQ20081000129
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者陈文仁 申请人:联茂电子股份有限公司