專利名稱：測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法，特別涉及一種測(cè)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(lái)越高，熱介面材質(zhì)(Thermal Interface Material, TIM)的應(yīng)用也越來(lái)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(cè) 量熱傳導(dǎo)效果的裝置，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量熱介面材質(zhì)的熱傳導(dǎo)效果(Heat Conductivity Effect)，對(duì)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(cè)量熱介面材質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)時(shí)(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(qǐng)參照?qǐng)D1，此圖為傳統(tǒng)測(cè)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(cè)量計(jì)103設(shè)置于該基板101上，利用直接測(cè)量熱傳導(dǎo)方式來(lái)測(cè)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(cè)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(cè)量裝置成本昂貴，不利于熱介面材質(zhì)的開(kāi)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(lái)從事此方面的相關(guān) 經(jīng)驗(yàn)，悉心觀察且研究，并配合運(yùn)用科學(xué)原理，提出設(shè)計(jì)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置與方法，利用間 接熱傳導(dǎo)方式，達(dá)到降低裝置成本并提高測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于 測(cè)量基板的熱傳導(dǎo)效果，至少包括加熱盤(pán)，該基板設(shè)置于該加熱盤(pán)上，該 基板與該加熱盤(pán)之間至少具有一個(gè)空間；以及表面溫度測(cè)量計(jì)，其中該表面 溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該基板可為環(huán)氧樹(shù)脂基板、絕緣金屬基 板、鋁基板或MCPCB。
上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該加熱盤(pán)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該加熱盤(pán)的形狀可為圓形、方形、矩形 或三角形。
上述測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置中，該表面溫度測(cè)量計(jì)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法，用于測(cè)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(pán)上，啟動(dòng)該加熱盤(pán)，選定加熱模 式，提供熱源功率加熱該基板，且使用計(jì)時(shí)器；以及使用表面溫度測(cè)量計(jì)以 測(cè)量該基板從低溫升溫至高溫，并使用該計(jì)時(shí)器記錄該低溫至該高溫的加熱 時(shí)間，其中該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，形成間 接熱傳導(dǎo)方式。
上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該基板可為環(huán)氧樹(shù)脂基板、絕緣金屬基 板、鋁基板或MCPCB。
上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該加熱盤(pán)的形狀可為圓形、方形、矩形 或三角形。
上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法中，該表面溫度測(cè)量計(jì)可為熱電偶、紅外線 傳感器或溫度傳感器。
上述測(cè)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(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法中，可利用下列公式來(lái)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(pán)提供的熱源功率，t為該計(jì)時(shí)器所得到的該加熱時(shí)間的多次平均值，AT 為該表面溫度測(cè)量計(jì)所測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置組成簡(jiǎn)單，使用者可自行從市面購(gòu)買組 裝，達(dá)到降低裝置成本的目的。
(2) 上述測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法利用了間接熱傳導(dǎo)方式，達(dá)到了提高測(cè) 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(shí)施例或范例，可參照下列描述并配合附圖，用來(lái)了解在不同實(shí)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(shí)施例的測(cè)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(shí)施例的測(cè)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(shí)施例的測(cè)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(shí)施例的測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)條圖。 其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下 [現(xiàn)有技術(shù)] 101:基板
102:熱源
103:表面溫度測(cè)量計(jì) 104:加熱方向[本發(fā)明]
201:基板
202:加熱盤(pán)
203:表面溫度測(cè)量計(jì)
204:加熱方向
210:空間
301:基板
302:加熱盤(pán)
303:表面溫度測(cè)量計(jì)
304:加熱方向
310:空間
401:基板
402:加熱盤(pán)
403:表面溫度測(cè)量計(jì)
404:加熱方向
410:空間
501:基板
502:加熱盤(pán)
503:表面溫度測(cè)量計(jì)
504:加熱方向
510:空間
600—650:方法流程步驟
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D2，此圖為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。本發(fā)明提供一種測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測(cè)量基板201的熱傳 導(dǎo)效果，至少包括加熱盤(pán)202，該基板201設(shè)置于該加熱盤(pán)202上，其中 該基板201與該加熱盤(pán)202之間至少具有空間210;以及表面溫度測(cè)量計(jì)203。 本發(fā)明所公開(kāi)的裝置，使用者可自行在市面上購(gòu)買并自行組裝，達(dá)到降低裝 置成本的目的。其中，該基板201可為環(huán)氧樹(shù)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(pán)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(pán)202之間懸空，或?qū)υ摶?01提供支撐，以避免熱源通過(guò)此空 間加熱該基板；該表面溫度測(cè)量計(jì)203可為熱電偶、紅外線傳感器或其他可 測(cè)量溫度的溫度傳感器。
該表面溫度測(cè)量計(jì)203、該加熱盤(pán)202與該基板201的接觸位置錯(cuò)開(kāi)， 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(cè)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(dá)到測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性的目的。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，此圖為依照本發(fā)明第二實(shí)施例的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測(cè)量計(jì)303、該加熱盤(pán)302與該基板301的接觸 位置錯(cuò)開(kāi)，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(qǐng)參照?qǐng)D4，此圖為依照本發(fā)明第三實(shí)施例的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測(cè)量計(jì)403、該加熱盤(pán)402與該基板401的接觸 位置錯(cuò)開(kāi)，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(qǐng)參照?qǐng)D5，此圖為依照本發(fā)明第四實(shí)施例的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置的 示意圖。其中，該表面溫度測(cè)量計(jì)503、該加熱盤(pán)502與該基板501的接觸 位置錯(cuò)開(kāi)，提供同時(shí)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(qǐng)參照?qǐng)D6，此圖為依照本發(fā)明的測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法600，用于測(cè)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(pán)上，準(zhǔn)備加熱。
執(zhí)行步驟620，啟動(dòng)加熱盤(pán)，選定加熱模式，提供熱源功率加熱該基板， 且使用計(jì)時(shí)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(cè)量計(jì)，測(cè)量該基板隨時(shí)間變化從低溫升 至高溫，該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，當(dāng)溫度上升至該低溫時(shí)，該計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。
執(zhí)行步驟640，當(dāng)溫度上升至該高溫時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，并使用計(jì)時(shí) 器記錄得到該基板從該低溫到該高溫的加熱時(shí)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(shí)，該固定溫度需要高 于測(cè)量到的該基板的高溫兩倍以上。
執(zhí)行步驟650，利用公式計(jì)算得到該基板的熱傳導(dǎo)效果。其中該公式用 來(lái)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(pán)提供熱源為固定溫度時(shí)的溫度，其單位為絕對(duì)溫度 K， t為該計(jì)時(shí)器所得到該加熱時(shí)間的三次平均值，AT為該表面溫度測(cè)量計(jì) 所測(cè)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(shí)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(qǐng)參照?qǐng)D7，此圖為依照本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)條圖，采用加熱盤(pán)的固定 溫度模式時(shí)，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(cè)量該基板的加熱時(shí)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(jì)算三次加熱時(shí)間的平均值所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，縱軸為時(shí)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(shù)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(shù)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(kāi)的測(cè)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(shí)際測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)的方式，將該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與
該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，從而達(dá)到了降低裝置成本并提高測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的 準(zhǔn)確性的目的。
雖然本發(fā)明已通過(guò)一個(gè)較佳實(shí)施例公開(kāi)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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測(cè)量基板的熱傳導(dǎo)效果，其特征在于，至少包括加熱盤(pán)，該基板設(shè)置于該加熱盤(pán)上，該基板與該加熱盤(pán)之間至少具有一個(gè)空間；以及表面溫度測(cè)量計(jì)，其中該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
2. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)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(shù)脂、絕緣金屬基板、鋁基板或MCPCB。
3. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該加熱盤(pán) 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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該加熱盤(pán) 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(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，其特征在于，該表面溫 度測(cè)量計(jì)為熱電偶、紅外線傳感器或溫度傳感器。
7. —種測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法，用于測(cè)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(pán)上，啟動(dòng)該加熱盤(pán)，選定加熱模式，提供熱源功 率加熱該基板，且使用計(jì)時(shí)器；以及使用表面溫度測(cè)量計(jì)，用以測(cè)量該基板從低溫升溫至高溫，并使用該計(jì) 時(shí)器記錄該低溫至該高溫的加熱時(shí)間，其中該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與 該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，形成間接熱傳導(dǎo)方式。
8. 如權(quán)利要求7所述的測(cè)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(shù)脂、絕緣金屬基板、鋁基板或MCPCB。
9. 如權(quán)利要求7所述的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該加熱盤(pán) 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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在于，該表面溫度測(cè)量計(jì)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(cè)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(cè)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(xiàng)所述的測(cè)量熱傳導(dǎo)效果的方法，其特征在 于，利用下列公式來(lái)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(pán)提供的熱源功率，t為該計(jì)時(shí)器 所得到的該加熱時(shí)間的多次平均值，AT為該表面溫度測(cè)量計(jì)所測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的裝置，用于測(cè)量基板的熱傳導(dǎo)效果，至少包括加熱盤(pán)，該基板設(shè)置于該加熱盤(pán)上，該基板與該加熱盤(pán)之間至少具有空間；以及表面溫度測(cè)量計(jì)，該表面溫度測(cè)量計(jì)、該加熱盤(pán)與該基板的接觸位置錯(cuò)開(kāi)，形成間接熱傳導(dǎo)方式；本發(fā)明還提供一種測(cè)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(cè)量熱傳導(dǎo)效果的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N25/20GK101487805SQ20081000129
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:聯(lián)茂電子股份有限公司