5G时代 | 一文读懂材料导热性能测试方法！

Posted 2021-04-28 国高材实验室

随着通信的发展，能量损耗逐渐增加，到如今5G通信，由于传输速度的大幅提升，能量的损耗也急剧增加，发热也变得更多，因此，对于设备的散热性能要求也更高。散热成为5G设备亟需解决的一大问题。

导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数，在为处理器选择更好的散热材料时，研究人员都很重视导热系数这项技术指标。目前国内外市场没有制定统一的导热测试标准，由于不同标准下，测试方法不同，因此，测出材料的导热系数差异较大。那么，要选择合适的测试方法，必须先了解导热的测试标准。

常见导热测试标准

常见的国际通用标准是美国材料试验协会（ASTM）的 ASTM D5470，ASTM E1461，ASTM E1530三种标准。

1、ASTM-D5470

该标准是热导性电绝缘材料的热传输特性的试验方法，采用稳态热流法。

原理：对样品施加一定的热流量，压力，测试样品的厚度和在热板/冷板间的温度差，得到样品的导热系数，需要样品为较大的块体以获得足够的温度差。

遵从该标准的常见仪器有：湘潭湘科DRL-III导热系数测试仪、台湾瑞领进口热传导系数测试仪器LW-9389。

对于导热硅胶片，国内外大多著名导热硅胶片生产企业主流都是采用ASTM D5470标准，该标准是薄型热导性固体电工绝缘材料传热性的试验方法，相对更能模拟实际的使用状态反映导热系数，特别适合实际使用工况下的导热硅胶热导率测量以及各种热接触材料和接触热阻的测量。

2、ASTM-E1461

该标准是用闪光法（激光闪射法）确定固体热扩散率的试验方法。高强度的能量脉冲对小而薄的试样进行短时间的辐照，脉冲的能量被样品的前表面吸收并记录其所导致后表面温度上升（温度自记曲线）。热扩散系数的值通过试样的厚度和后表面温度上升达到某一比值的最大值所需要的时间计算出来。

图 温度与时间的关系图

原理：一束激光打在样品上表面，用红外检测器测下表面的温度变化，实际测得的数据是样品的热扩散系数，还需要知道试样的比热和密度，才能通过计算得到导热系数，即λ(T) = α(T) * Cp(T) * ρ(T)。

遵从该标准的常见仪器有：德国耐驰激光闪射导热仪LFA 467、美国TA导热仪器FL4010等。

ASTM E1461是反映的是材料自身内部的热传导性，但没有考虑界面接触热阻的影响，其只能准确的测量出固态导热硅胶的热扩散系数，对于膏状的导热硅胶这种激光脉冲法并不适合。

材料导热性能测试

国高材分析测试中心可依据GB/T 22588-2008，ASTM E 1461，ISO 18755等标准测试材料导热性能。测试温度范围：-100℃—500℃，热扩散系数测量范围：

0.1 ~ 2000 mm2/s，导热系数测量范围：0.1 ~ 4000 W/mK。

服务流程

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3、ASTM-E1530

该标准是用炉热式热流计技术评定材料抗热传输性的试验方法。

其测试原理几乎和普通的热流法导热仪相同，不同之处是：在测量区域（热板+样品+冷板）周边，增加了保护加热器，加热到样品的平均温度，通过减少样品与周边之间的温差，以减少横向的热损耗，提高测量精度。

遵从该标准的常见仪器有：美国Unitherm Model 2022导热仪 、德国耐驰导热仪HFM436。

ASTM E1530标准在理论上可以测量导热硅胶（膏状）和膜类材料，但由于试样厚度和试样上下两个表面温度的高精度测量存在较大的工程实现难度，因此很少用这种方法测量导热硅胶热导率，而且其测试导热硅胶的导热数据相对ASTM D5470和ASTM E1461的数据要大很多。

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