熱傳導-TC 工業材料－散熱片熱傳導測試方法

簡介：矽膠的材質柔軟，可使機件表面相互較密合地接觸，降低接觸熱組的產生。使用上其優點擁有極佳的電氣特性，並具有耐高（低）溫、抗酸鹼、防水、抗UV的特性。因此就有一些絕緣導熱的產品就是在矽膠裡面加入一些導熱成分，形成絕緣導熱材，提升機件的使用功率及延長壽命。可應用在電子產業、精密儀器、汽車業、手機、GPS…等高科技產業。因為它的機械強度較差，所以要在低壓力的情況下使用，並且外型多以片狀及膏狀的型態來呈現。

一、原理說明：

Hot Disk的測量原理係基於瞬變平面熱源法(Transient Plane Source Method，簡稱TPS)。

在此方法中，感測器為一平面的探頭，探頭由導電金屬-鎳經刻蝕處理後形成連續雙螺旋結構薄片，探頭外層以雙層Kapton做為保護層，其厚度只有0.025 mm ，它令探頭具有一定的機械強度，同時保持探頭與樣品間的電絕緣性。

探頭通常被放置於兩片樣品中間進行測試。Hot Disk 提供了不同材質、尺寸與構造的探頭供客戶選擇，適用於各種不同性質樣品的測試。在測試過程中，電流通過鎳時，產生一定熱源使溫度上升，所產生的熱量同時向探頭兩側樣品進行擴散，熱擴散的速度依賴於材料之熱傳導特性；儀器經由記錄溫度及探頭的反應時間，即可計算出材料的熱傳導係數(Thermal Conductivity)、熱擴散係數(Thermal Diffusivity)與熱容(Heat Capacity)等特性。

二、TPS 2500S規格：

符合規範	ISO/DIS 22007-2.2
熱導範圍	0.005~500 W/mK
熱擴散範圍	0.1~100 mm²/s
比容	Up to 5MJ/m³K
量測時間	1~1280秒
準確性	± 5%
精確度	± 1%
溫度範圍	-20°C ~ 750°C

三、量測材料及數據：

A.樣品種類：矽膠絕緣散熱片

B.測量條件：

使用方法	標準量測法（Standard Method）
適用範圍	標準測試法適合用於高度絕緣的高分子聚合物、陶瓷以及金屬等高熱導體。
感測器尺寸	C5465（半徑 3.189 mm）
測試溫度	26 degree (在常溫環境下測試)
測試功率	0.05 W
測試時間	20 sec

C.量測結果

完成即可得到熱傳導係數(Thermal Conductivity)、熱擴散係數(Thermal Diffusivity)與熱容(Heat Capacity) 等特性。無需再輸入比熱或密度。

四、測試分析圖：

（X軸為時間，Y軸為溫度）

Drift－可以知道樣品的溫度穩定性，樣品溫度不穩定熱傳導就會改變，此圖可以判端樣品是否溫度已穩定。

（X軸為時間，Y軸為溫度）

Transient－檢測樣品在加溫的情形下溫度的變化，可以從圖形上知道樣品是否有明顯裂縫，或不同材質複合，或是樣品狀況好壞。

Calc－計算後數據的穩定性，線條呈現的越線性，測試出來的數據就越穩定。

Residual－顯示200筆資料的溫度偏差值，對應到Mean Deviation的數值，數值越小越好。

而Drift的樣品溫度穩定性，將會直接影響此數據的變化。

Probing Depth－可以判端樣品大小是否適合。

Temperature Increase－可以知道量測時使用的加熱功率是否是最佳條件。

Total to Charac. Time－可以知道感測器是否選擇適合，測試時間是否是最佳條件。

五、結論：
TPS-2500S它符合了ISO-22007-2.2的規範，而每一次的量測熱導時間平均約1~2分鐘，而量測熱導的範圍又可以從低熱導0.005W/mk到高熱導500W/mk。此外，在接觸熱阻的部分可透過計算實際測得溫度的數據，有效的降低接觸阻抗對於熱導的影響，精準地計算出材料的熱傳導係數(Thermal Conductivity)、熱擴散係數(Thermal Diffusivity)與熱容(Heat Capacity)等特性。如下圖所示：