專利名稱：測量熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法，特別涉及一種測量熱介 面材質(zhì)的熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備越趨精密，電路集成程度越來越高，熱介面材質(zhì)(Thermal Interface Material, TIM)的應(yīng)用也越來越廣泛。然而，決定熱介面材質(zhì)的最 佳參數(shù)為熱傳導(dǎo)系數(shù)(Heat Conductivity Coefficient)，如何以成本較低的測 量熱傳導(dǎo)效果的裝置，來準(zhǔn)確地測量熱介面材質(zhì)的熱傳導(dǎo)效果(Heat Conductivity Effect)，對于熱介面材質(zhì)發(fā)展起著非常重要的作用。
在一維尺度下測量熱介面材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)時(熱傳導(dǎo)系數(shù)為一維溫度 熱傳導(dǎo)的距離的函數(shù))，其關(guān)系式如下
T2-T1
其中，K為熱傳導(dǎo)系數(shù)；Q為熱流量(Heat Flow Rate) ; (X2-X1)/(T2-T1) 為溫度梯度(Temperature Gradient)的倒數(shù)，X2-X1為一維溫度熱傳導(dǎo)的距 離，T2-T1為熱介面材質(zhì)的溫度差。
請參照圖1，此圖為傳統(tǒng)測量熱傳導(dǎo)系數(shù)的示意圖。提供熱介面材質(zhì)的 基板101，將該基板101設(shè)置于熱源102上，用以加熱該基板101，且將表面 溫度測量計103設(shè)置于該基板101上，利用直接測量熱傳導(dǎo)方式來測量該基 板101的熱傳導(dǎo)系數(shù)。其中該熱源102直接加熱該基板101，加熱方向104 如箭頭所示。上述公式中X2-X1為一維溫度熱傳導(dǎo)的距離，因直接加熱該基 板101，使得距離縮短，造成測量熱傳導(dǎo)系數(shù)的變化幅度縮小而不準(zhǔn)確。另 外，傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)系測量裝置成本昂貴，不利于熱介面材質(zhì)的開發(fā)。
因此，本發(fā)明人認(rèn)為可改善上述缺陷，且依據(jù)多年來從事此方面的相關(guān) 經(jīng)驗，悉心觀察且研究，并配合運用科學(xué)原理，提出設(shè)計合理且有效改善上 述缺陷的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的就是提出一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法，利用間 接熱傳導(dǎo)方式，達到降低裝置成本并提高測量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性的目的。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于 測量基板的熱傳導(dǎo)效果，至少包括加熱盤，該基板設(shè)置于該加熱盤上，該 基板與該加熱盤之間至少具有一個空間；以及表面溫度測量計，其中該表面 溫度測量計、該加熱盤與該基板的接觸位置錯開，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該基板可為環(huán)氧樹脂基板、絕緣金屬基 板、鋁基板或MCPCB。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該加熱盤提供的加熱模式可為固定溫度 模式或固定熱功率模式。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該加熱盤的形狀可為圓形、方形、矩形 或三角形。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該空間可填充空氣或絕熱材料。 上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該表面溫度測量計可為熱電偶、紅外線 傳感器或溫度傳感器。
本發(fā)明還提供一種測量熱傳導(dǎo)效果的方法，用于測量基板的熱傳導(dǎo)效果， 至少包括下列步驟將該基板放置于加熱盤上，啟動該加熱盤，選定加熱模 式，提供熱源功率加熱該基板，且使用計時器；以及使用表面溫度測量計以 測量該基板從低溫升溫至高溫，并使用該計時器記錄該低溫至該高溫的加熱 時間，其中該表面溫度測量計、該加熱盤與該基板的接觸位置錯開，形成間 接熱傳導(dǎo)方式。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該基板可為環(huán)氧樹脂基板、絕緣金屬基 板、鋁基板或MCPCB。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該加熱盤的形狀可為圓形、方形、矩形 或三角形。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該表面溫度測量計可為熱電偶、紅外線 傳感器或溫度傳感器。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該加熱模式可為固定溫度模式或固定熱 功率模式。
5上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該低溫至該高溫的范圍可介于約攝氏40
度至約攝氏65度。
上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法中，可利用下列公式來決定該基板的熱傳導(dǎo)
效果a— (ATXt) / (Q) +C，其中a為該基板的熱傳導(dǎo)效果，Q為該加 熱盤提供的熱源功率，t為該計時器所得到的該加熱時間的多次平均值，AT 為該表面溫度測量計所測量到的該基板的該高溫與該低溫的溫度差，而C為 常數(shù)。
本發(fā)明具有以下有益效果
(1) 上述測量熱傳導(dǎo)效果的裝置組成簡單，使用者可自行從市面購買組 裝，達到降低裝置成本的目的。
(2) 上述測量熱傳導(dǎo)效果的方法利用了間接熱傳導(dǎo)方式，達到了提高測 量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性的目的。
為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，以下發(fā)明內(nèi)容中，提供許多不同 的實施例或范例，可參照下列描述并配合附圖，用來了解在不同實施例中的 不同特征的應(yīng)用。


圖1為依照現(xiàn)有技術(shù)的示意圖。
圖2為依照本發(fā)明的第一實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的示意圖。 圖3為依照本發(fā)明的第二實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的示意圖。 圖4為依照本發(fā)明的第三實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的示意圖。 圖5為依照本發(fā)明的第四實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的示意圖。 圖6為依照本發(fā)明的測量熱傳導(dǎo)效果的方法的步驟流程圖。 圖7為依照本發(fā)明的實驗數(shù)據(jù)長條圖。 其中，附圖標(biāo)記說明如下 [現(xiàn)有技術(shù)] 101:基板
102:熱源
103:表面溫度測量計 104:加熱方向[本發(fā)明]
201:基板
202:加熱盤
203:表面溫度測量計
204:加熱方向
210:空間
301:基板
302:加熱盤
303:表面溫度測量計
304:加熱方向
310:空間
401:基板
402:加熱盤
403:表面溫度測量計
404:加熱方向
410:空間
501:基板
502:加熱盤
503:表面溫度測量計
504:加熱方向
510:空間
600—650:方法流程步驟
具體實施例方式
請參照圖2，此圖為依照本發(fā)明第一實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。本發(fā)明提供一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測量基板201的熱傳 導(dǎo)效果，至少包括加熱盤202，該基板201設(shè)置于該加熱盤202上，其中 該基板201與該加熱盤202之間至少具有空間210;以及表面溫度測量計203。 本發(fā)明所公開的裝置，使用者可自行在市面上購買并自行組裝，達到降低裝 置成本的目的。其中，該基板201可為環(huán)氧樹脂基板、絕緣金屬基板、鋁基板或金屬芯
印制板(Metal—core printed circuit board, MCPCB);該加熱盤202的形狀可 為圓形、方形、矩形或三角形，且所提供的加熱模式可為固定溫度模式、或 固定熱功率模式；該空間210可填充空氣、或絕熱材料，分別使得該基板201 與該加熱盤202之間懸空，或?qū)υ摶?01提供支撐，以避免熱源通過此空 間加熱該基板；該表面溫度測量計203可為熱電偶、紅外線傳感器或其他可 測量溫度的溫度傳感器。
該表面溫度測量計203、該加熱盤202與該基板201的接觸位置錯開， 提供由外向內(nèi)加熱的間接熱傳導(dǎo)方式，加熱方向204如箭頭所示，用以測量 該基板201的熱傳導(dǎo)效果，借著一維溫度熱傳導(dǎo)的距離增加，使得該基板201 的熱傳導(dǎo)系數(shù)變化幅度增加，從而達到測量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性的目的。
請參照圖3，此圖為依照本發(fā)明第二實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測量計303、該加熱盤302與該基板301的接觸 位置錯開，提供由內(nèi)向外加熱的間接熱傳導(dǎo)方式，加熱方向304如箭頭所示。
請參照圖4，此圖為依照本發(fā)明第三實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測量計403、該加熱盤402與該基板401的接觸 位置錯開，提供由左側(cè)向右側(cè)(加熱方向404如箭頭所示)、或由右側(cè)向左 側(cè)(未示出)加熱的間接熱傳導(dǎo)方式。
請參照圖5，此圖為依照本發(fā)明第四實施例的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測量計503、該加熱盤502與該基板501的接觸 位置錯開，提供同時由外向內(nèi)及由內(nèi)向外加熱的間接熱傳導(dǎo)的方式，加熱方 向504如箭頭所示。
請參照圖6，此圖為依照本發(fā)明的測量熱傳導(dǎo)效果的方法的步驟流程圖。 本發(fā)明提供一種測量熱傳導(dǎo)效果的方法600，用于測量基板的熱傳導(dǎo)效果， 至少包括下列步驟步驟610;步驟620;步驟630;步驟640;以及步驟650。
執(zhí)行步驟610，將該基板放置于加熱盤上，準(zhǔn)備加熱。
執(zhí)行步驟620，啟動加熱盤，選定加熱模式，提供熱源功率加熱該基板， 且使用計時器。其中該加熱模式至少包括固定溫度模式、或固定熱功率模式。
執(zhí)行步驟630，使用表面溫度測量計，測量該基板隨時間變化從低溫升 至高溫，該表面溫度測量計、該加熱盤與該基板的接觸位置錯開，當(dāng)溫度上升至該低溫時，該計時器開始計時。
執(zhí)行步驟640，當(dāng)溫度上升至該高溫時，計時器停止計時，并使用計時 器記錄得到該基板從該低溫到該高溫的加熱時間。其中該低溫至該高溫的范
圍可為攝氏50至攝氏100度之間或其他溫度范圍。該高溫需要低于該基板的 玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)。所提供的熱源功率為固定溫度時，該固定溫度需要高 于測量到的該基板的高溫兩倍以上。
執(zhí)行步驟650，利用公式計算得到該基板的熱傳導(dǎo)效果。其中該公式用 來決定該基板的熱傳導(dǎo)效果a— (ATxt) / (Q) +C，其中a為該基板的熱 傳導(dǎo)效果，Q為該加熱盤提供熱源為固定溫度時的溫度，其單位為絕對溫度 K， t為該計時器所得到該加熱時間的三次平均值，AT為該表面溫度測量計 所測量該基板的高溫與低溫的溫度差，與C為常數(shù)。其中，該溫度差與該加 熱時間的乘積(ATxt)，在所提供的熱源功率越高、或該基板的熱傳導(dǎo)特性 越佳的條件下，則該乘積(ATxt)越高；該基板的熱傳導(dǎo)效果a越大表示該 基板的熱傳導(dǎo)特性越差；常數(shù)C與裝置和環(huán)境有關(guān)系。
請參照圖7，此圖為依照本發(fā)明的實驗數(shù)據(jù)長條圖，采用加熱盤的固定 溫度模式時，固定溫度為約攝氏100度，將該基板切割成圓形直徑大小約7 公分，測量該基板的加熱時間，為從該低溫至該高溫的較佳范圍介于約攝氏 40度至約攝氏65度之間，重復(fù)計算三次加熱時間的平均值所得到的實驗數(shù) 據(jù)，縱軸為時間，以秒為單位，橫軸為不同基板的材質(zhì)。其中該基板的材質(zhì) 分別是e (Laird) 、 f (NRK) 、 g (Arlon)、及市售環(huán)氧樹脂h。根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)可分別得到各該基本的材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)K分別為e為約3 (W/m °C) 、 f的范圍介于約1.5至1.8 (W/m。C)之間、g的范圍介于約U至1.2 (W/m°C)之間、及環(huán)氧樹脂h的范圍介于約0.2至0.6 (W/m°C)之間。因 此得知上述該基板的材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)K雖相近，但本發(fā)明公開的測量熱傳 導(dǎo)效果的裝置與方法可有效地分辨出不同。
表1為熱傳導(dǎo)系數(shù)介于0.4 0.6 (W/mK)，不易分辨出熱傳導(dǎo)特性的三 種基板A、 B、 C，其中熱傳導(dǎo)特性A〈B〈C，利用不同加熱源(固定溫度Q) 加熱，在不同低溫到高溫的溫度范圍下實際測量結(jié)果，利用上述公式，可以 分別得到基板A的熱傳導(dǎo)效果a為12.74，基板B的熱傳導(dǎo)效果a為11.18， 基板C的熱傳導(dǎo)效果a為10.97?？梢缘弥獰醾鲗?dǎo)特性愈佳的材質(zhì)其熱傳導(dǎo)
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本發(fā)明利用間接測量熱傳導(dǎo)的方式，將該表面溫度測量計、該加熱盤與
該基板的接觸位置錯開，從而達到了降低裝置成本并提高測量熱傳導(dǎo)效果的 準(zhǔn)確性的目的。
雖然本發(fā)明已通過一個較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā) 明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的 更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
10
權(quán)利要求
1. 一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測量基板的熱傳導(dǎo)效果，其特征在于，至少包括加熱盤，該基板設(shè)置于該加熱盤上，該基板與該加熱盤之間至少具有一個空間；以及表面溫度測量計，其中該表面溫度測量計、該加熱盤與該基板的接觸位置錯開，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該基板的 材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、絕緣金屬基板、鋁基板或MCPCB。
3. 如權(quán)利要求1所述的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該加熱盤 提供的加熱模式為固定溫度模式或固定熱功率模式。
4. 如權(quán)利要求1所述的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該加熱盤 的形狀為圓形、方形、矩形或三角形。
5. 如權(quán)利要求1所述的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該空間填 充空氣或絕熱材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該表面溫 度測量計為熱電偶、紅外線傳感器或溫度傳感器。
7. —種測量熱傳導(dǎo)效果的方法，用于測量基板的熱傳導(dǎo)效果，其特征在 于，至少包括下列步驟將該基板放置于加熱盤上，啟動該加熱盤，選定加熱模式，提供熱源功 率加熱該基板，且使用計時器；以及使用表面溫度測量計，用以測量該基板從低溫升溫至高溫，并使用該計 時器記錄該低溫至該高溫的加熱時間，其中該表面溫度測量計、該加熱盤與 該基板的接觸位置錯開，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
8. 如權(quán)利要求7所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該基板的 材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、絕緣金屬基板、鋁基板或MCPCB。
9. 如權(quán)利要求7所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該加熱盤 的形狀為圓形、方形、矩形或三角形。
10. 如權(quán)利要求7所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該表面溫度測量計為熱電偶、紅外線傳感器或溫度傳感器。
11. 如權(quán)利要求7所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該加熱模 式為固定溫度模式或固定熱功率模式。
12. 如權(quán)利要求7所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該低溫至 該高溫的范圍介于約攝氏40度至約攝氏65度。
13. 如權(quán)利要求7至12任一項所述的測量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在 于，利用下列公式來決定該基板的熱傳導(dǎo)效果a— (ATXt) / (Q) +C， 其中a為該基板的熱傳導(dǎo)效果，Q為該加熱盤提供的熱源功率，t為該計時器 所得到的該加熱時間的多次平均值，AT為該表面溫度測量計所測量到的該 基板的該高溫與該低溫的溫度差，而C為常數(shù)。
全文摘要
一種測量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測量基板的熱傳導(dǎo)效果，至少包括加熱盤，該基板設(shè)置于該加熱盤上，該基板與該加熱盤之間至少具有空間；以及表面溫度測量計，該表面溫度測量計、該加熱盤與該基板的接觸位置錯開，形成間接熱傳導(dǎo)方式；本發(fā)明還提供一種測量熱傳導(dǎo)效果的方法。本發(fā)明能夠降低裝置成本并提高測量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N25/20GK101487805SQ20081000129
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者陳文仁 申請人:聯(lián)茂電子股份有限公司