基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法
【专利摘要】本发明提供一种基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，所述的测试方法是采用3ω法分别测量待测样品对和对比样品的总热阻，然后通过作差计算得到接触热阻。所述的测量方法为：第一待测样品和第三待测样品叠加放置构成接触热阻待测样品对；第二待测样品作为对比对象；用压力加载装置调整待测样品对之间的接触压力大小；将电压测试单元与待测样品表面的加热测温金属线相连，并测量待测样品对和第二待测样品的总热阻，最后通过作差求得接触热阻。本方法可快速测量薄层材料间的接触热阻，测量原理相对其它瞬态法简单。
【专利说明】基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法【技术领域】
[0001]本发明属于接触热阻测量【技术领域】，特别是一种基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法。
【背景技术】
[0002]随着电子工业的快速发展，电子器件的封装密度越来越高，越来越小的封装体积使得电子设备的散热问题不断突出。有研究指出，在电子系统中温度是影响电子设备稳定性和可靠性的主要因素之一，55%的故障是由于器件所处的工作温度不合理造成的。而接触热阻是影响电子设备散热能力的重要因素，接触热阻的存在必定会阻碍热流在接触界面上的传递，接触热阻越大电子器件的散热能力就越差。因此，准确测定接触界面的接触热阻对电子设备热设计有重要的意义。
[0003]在接触热阻的实验测量方法中，主要采用的是传统的稳态法，但是稳态法在测量过程中需要将热电偶插入上下两个待测样品当中，为了得到样品的轴向温度梯度需要布置多个测温点，因此对样品的几何尺寸有较高的要求，难以测量厚度小于50_的薄层材料间的接触热阻，另外稳态法在测量过程中为了使温度达到稳态，测量时间可长达8小时。各种瞬态法(主要有激光光热测量法、激光闪光法、激光光声法)虽然具备测量薄层材料间接触热阻的能力，但影响测量结果的因素较多，公式推导复杂，测量精度难以保证。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种适用于测量薄层材料间的接触热阻，且原理简单、测量快速的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:
[0006]一种基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:选择第一待测样品和第二待测样品的材料，选择一个与第二待测样品材料相同的第三待测样品；
[0008]步骤2:分别在第一待测样品和第二待测样品的一个面上设置加热测温金属线，如果第一待测样品或第二待测样品为金属材料则在其制作加热测温金属线的表面上先沉积一层绝缘薄膜；
[0009]步骤3:将第一待测样品含有加热测温金属线的面朝上放置在第三待测样品上构成接触热阻待测样品对，调整待测样品之间的接触压力至所要测量的压力值为止；
[0010]步骤4:将第一待测样品表面的加热测温金属线与电压测试单元相连；
[0011]步骤5:用3ω法测量待测样品对上第一待测样品表面的加热测温金属线两端的基波电压νω及三次谐波电压ν3ω，然后根据3ω法测试原理计算待测样品对的总热阻Za ；
[0012]步骤6:将第二待测样品表面的加热测温金属线与电压测试单元相连；
[0013]步骤7:用3ω法测量第二待测样品表面的加热测温金属线两端的基波电压Vu及三次谐波电压ν3ω，根据3ω法测试原理计算第二待测样品的热阻Zb ；[0014]步骤8:第一待测样品和第三待测样品之间的接触热阻R。通过待测样品对的总热阻Za减去第二待测样品的热阻Zb以及第一待测样品的热阻R1求得。
[0015]本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0016]本发明的测量方法对待测样品的几何尺寸要求较低，可以测量薄层材料之间的接触热阻；且原理检测，测量快速，避免了了各种瞬态法测接触热阻中的复杂公式推导和计
笪
ο
[0017]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法的方法流程图。
[0019]图2是本发明基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法测试装置的结构示意图。
[0020]图3是本发明基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法待测样品对的结构主视图。
[0021]图4是本发 明基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法待测样品对的结构俯视图。
[0022]图5是本发明基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法第二待测样品的结构主视图。
[0023]图6是本发明基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法第二待测样品的结构俯视图。
【具体实施方式】
[0024]结合图1~图6:
[0025]一种基于3 ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，实现该方法的测试步骤如下:
[0026]步骤1:选择第一待测样品11和第二待测样品12的材料，选择一个与第二待测样品12材料相同的第三待测样品13 ；
[0027]步骤2:在第一待测样品11的一个面上制作出加热测温金属线21，在第二待测样品的一个面上制作出加热测温金属线22，如果第一待测样品11或第二待测样品12为金属材料则在其制作加热测温金属线的表面上先沉积一层绝缘薄膜；
[0028]步骤3:将第一待测样品11含有加热测温金属线21的面朝上放置在第三待测样品13上构成接触热阻待测样品对，并将待测样品对正放在压力加载装置的底座34的上面，将压力传感器探头35置于第一待测样品11的加热测温金属线21上，移动螺杆33，当螺杆33的顶端接触到压力传感器探头35后继续移动螺杆33直到压力传感器上的示数达到所要测量的接触热阻压力值为止；
[0029]步骤4:将第一待测样品11表面的加热测温金属线21与电压测试单元4电相连；
[0030]步骤5:用3 ω法测量待测样品对上第一待测样品11表面的加热测温金属线21两端的基波电压νω及三次谐波电压ν3ω，然后根据3 ω法测试原理计算待测样品对的总热阻Za;[0031]步骤6:移动螺杆33，释放待测样品对的压力，取出第一待测样品11和第三待测样品13，将第二待测样品12含有加热测温金属线22的表面朝上放在压力加载装置的底座34的上面，然后将第二待测样品12表面的加热测温金属线22与电压测试单元4电相连；
[0032]步骤7:用3ω法测量第二待测样品12表面的加热测温金属线22两端的基波电压Vu及三次谐波电压ν3ω，根据3ω法测试原理计算第二待测样品12的热阻Zb ；
[0033]步骤8:第一待测样品11和第三待测样品13之间的接触热阻Rc通过待测样品对的总热阻Za减去第二待测样品12的热阻Zb以及第一待测样品11的热阻R1求得。
[0034]上述步骤5和步骤7中的热阻Za与Zb的测量原理为:
【权利要求】
1.一种基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:选择第一待测样品和第二待测样品的材料，选择一个与第二待测样品材料相同的第三待测样品； 步骤2:分别在第一待测样品和第二待测样品的一个面上设置加热测温金属线，如果第一待测样品或第二待测样品为金属材料则在其制作加热测温金属线的表面上先沉积一层绝缘薄膜； 步骤3:将第一待测样品含有加热测温金属线的面朝上放置在第三待测样品上构成接触热阻待测样品对，调整待测样品之间的接触压力至所要测量的压力值为止； 步骤4:将第一待测样品表面的加热测温金属线与电压测试单元相连； 步骤5:用3ω法测量待测样品对上第一待测样品表面的加热测温金属线两端的基波电压νω及三次谐波电压ν3ω，然后根据3ω法测试原理计算待测样品对的总热阻Za ； 步骤6:将第二待测样品表面的加热测温金属线与电压测试单元相连； 步骤7:用3ω法测量第二待测样品表面的加热测温金属线两端的基波电压νω及三次谐波电压ν3ω，根据3ω法测试原理计算第二待测样品的热阻Zb ； 步骤8:第一待测样品和第三待测样品之间的接触热阻R。通过待测样品对的总热阻Za减去第二待测样品的热阻Zb以及第一待测样品的热阻R1求得。
2.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的第三待测样品外形状尺寸与第二待测样品相同。
3.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的第一待测样品厚度小于I毫米，第二待测样品厚度大于第一待测样品厚度。
4.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的第一待测样品和第二待测样品表面的绝缘薄膜厚度小于5微米。
5.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的第一待测样品和第二待测样品表面的加热测温金属线材料和形状尺寸均相同。
6.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的加热测温金属线通过沉积工艺附着在待测样品表面。
7.根据权利要求1所述的基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法，其特征在于:所述的加热测温金属线有四个引线端，其中里面两个引线端与电压测试单元的两个电压引线端通过导线连接，边缘两个引线端通过导线接入电压测试单元的另外两个电压引线端对加热测温金属线周期性电加热。
【文档编号】G01N25/20GK104034749SQ201410245721
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】宣益民, 李强, 麻景峰 申请人:南京理工大学