激光闪射法测量双层材料导热系数的实验探索

印制 电路 信 息 ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ． ５
来源于试样材料的产品说 明书；铝材５ ０ ５ ２ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ． Ｏ
的 导热 系 数 为 １ ４ ４ Ｗ／ （ ｍ・ Ｋ） ，密 度 为 ２ ． ６ ９ ｇ ／ ｃ ｍ 。 （ ２ ）树 脂材 料 的 比热及 导 热系 数参 考值 为Ｆ Ｒ ． ４ 类 板 材 的参考值 。
射法 测量 铝基 板 导热 系数 。 铝 基板绝 缘层 及金属 层组 合成双 层 结构材料 ，其
ห้องสมุดไป่ตู้
２ ． ２ 试验测量单层材 料的导 热系数 ：
材 料 ：铝材 （ 代 码为 ； Ｆ Ｒ － ４ 树脂 材料 三种 （ 代 码分 别为Ｖ、Ｓ 、Ｉ ）； 设备 ：耐驰 Ｌ Ｆ Ａ ４ ４ ７ 激 光导 热系 数测量 仪 ； 试 样尺 寸 ：直径 为 １ ２ ． ７ ｍ ｍ的 圆盘 ；
来计 算综合 导热 系数 。
从表ｌ 的测试结果看 ，激光闪射法能够准确的测
量 铝 材 及 树 脂材 料 的导 热 系 数 ，测 量 误 差 较 小 ，测 试 结果 与参 考值 非常接 近 。
一
第二层材ｊ ｝ 轴 第一层材料
般 来 讲 ，激 光 闪射法 测 量 比热 的误 差 为５ ％，
２ ． ６ ９ ￣ ／ ｅ ｎ ￣．（ ２ ） 树 脂材 料 的 比热 及 导 热 系 数参 考 值为 Ｆ Ｒ－ ４ 类 板材 的 参 考 值 。
．．
３ ７ ． ．
产 品检测与可靠性 Ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
进行 对 比，分 析测量 结果存 在 的差异 。
。
测试温 度 ：２ ５℃。
２ 激 光 闪射 法 测 量 单层 材 料 的导 热 系 数
２ ． １ 激光闪射法测量导热系数 的原 理
激 光 闪射 法 测 量 导 热 系数 的 原理 是 由激 光 源 发 射 一 束 脉 冲 ，照射 在试 样 的 下 表 面 ，使 试 样 表 层 吸
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产品检测与可靠性 Ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
样品的厚度和在热板／ 冷板 问的温度差 ，使用傅里 叶
方 程 计 算得 到样 品 的导 热 系 数 。优 点 是 可 以准 确 、 直 接 地 获 取 材料 的 导热 系 数 ，缺 点 是 测 试 时 间长 ， 对 环 境 要 求 严 苛 ， 并且 导 热 系 数 的测 试 范 围较 小 ， 常用 于低 导热 系数 材料 的测 量 。
ａ＝０ ． １ ３ ８ ８￣ｄ ／ ｔ ５ ｏ （１ ）
激 光 打 在 圆 盘状 样 品 的下 表 面 ，使 样 品 下表 面温 度 瞬 间 升 高 ， 并 同 时 使用 红 外 检 测 器 检 测 样 品 上表 面
由导热 系数 与热扩 散系数 的关系 计算 导热系 数见
式 （ ２ ）。
激 光 闪射 法 属 于 瞬 态 非 稳 态 法 ， 原 理 是 通 过
导 方 式 向上表 面 （ 冷 端 ）传 递 。 在 下表 面接 受 激 光 照 射 的同 时 ，使 用 红外 探 测 器 在 试 样 上表 面 中心 部 位 连 续 探测 温 升过 程 ，得 到 温 度 上 升 至最 高 需 要 时 间 的一半 ，称 为 半生温 时 间ｔ ￣ｐ ａ ｒ ｋ ｅ ｒ 公 式式 （ １ ） 可 以计算 其热 扩散 系数 Ⅲ ：
激 光§ ｑ 曼
热 扩 散 系数 为 ３ ％， 导热 系 数 的误 差根 据 比热 ，密度 及 热扩 散系数 的测 量误 差决定 。
图 １双层 材 料 导 热 系数 模型
３ 激 光 闪射 法 测量 双层 材 料 的综 合 导热 系数
结 果修 正 ：测 试 过 程 产 生 的边 界 热 损 耗 等采 用
Ｌｅ ｈ ｍａ ｍ ｃ ａ ｐ ｅ 模 型及 脉冲修 正进 行修 正 。
．
每种 材 料 取 三 个 试 样 ，分 别 使 用 激 光 导 热系 数
仪 测 量其 导 热 系数 ，按照 文 献４ 中描述 的方法 对 四种
材 料 分别 进 行 测 试 其 导 热 系数 ， 结果 取 平 均 值 。测 量结 果与 参考值 对 比如表 １ ：
比热测 量 ： 比较 法 ；
综合 导热 系数 是衡 量铝 基板 散热 性 的重要 指标 。本文 主要 通过 实验 介 绍激光 闪射 法测 量铝 基板 单独材 料 的 导热 系数 及 绝缘层 和 金属层 的综 合导 热系 数 ，并通 过 稳态 热流 方法 理论 计 算双层 材料 的综 合导 热系数 与其
温度变化，得到样 品的热扩散系数。在 已知样 品的
比热 及 密度 的情 况 下根 据 热 扩 散 系 数 与 导热 系数 的 关 系 计 算 导 热 系数 。激 光 闪射 法 测 量 导 热 系 数速 度
快 ， 使 用 非 接触 的 方式 测 量 ，测 量 范 围 大 ， 适合 于
＾＝ａ・ Ｃ Ｉ ｐ・ ｐ
光后温度瞬间升高 ，并作 为热端将能量 以一维热传
表格说明： （ １ ）铝材的比热及导热系数参考值
表 １单独材料导热 系数测试结果 （ 激光闪射法 ）
表格说明： （ １ ）铝材 的 比热及导 热系 数参考 值来源于试样材 料的产 品说明书；铝材５ Ｏ ５ ２ ｔ ｅ ｒ ｎ ｐ ｅ ｒ Ｏ的导热系数 为１ ４ ４ Ｗ／ ｍ・ Ｋ ，密度为
（ ２ ）
其中： Ｃ ｐ Ｔ — — 比热 ，Ｊ ／ ｋ ｇ ／ Ｋ￣
ｔ ９ — —密 度 ，ｅ Ｃ ｃ ｍ ；
ａ — — 一 热 扩 散系数 ，ｍ ２ ／ ｓ ；
Ａ— — 导热 系数 ，Ｗ／ ｍ・ Ｋ；
高温 测 量 ，因此 不少 板材 及Ｐ Ｃ Ｂ 制 造商 都采 用激 光 闪