在高功率电子器件持续向高集成、高功率密度发展的背景下,散热问题已成为制约系统性能与可靠性的关键因素。围绕芯片与功率器件的热管理需求,各类高导热材料正在被广泛应用于实际工程中,包括紫铜、氮化铝、导热界面材料以及石墨类均温扩散材料等。这些材料在不同结构层级中承担着热传导、热扩散与界面导热等关键作用,共同构建完整的热管理路径。
随着器件功率密度进一步提升,传统金属与陶瓷材料在轻量化与热扩散效率方面逐渐接近性能瓶颈。以石墨、石墨烯、金刚石/铜基复合材料为代表的高导热材料,凭借其优异的导热能力,开始在5G通信、功率电子、消费电子及新能源系统中得到广泛应用,成为提升热扩散效率的重要技术路径。
围绕这类高导热材料的工程应用,一个核心问题逐渐凸显—如何准确、稳定地获得其真实导热性能参数,并将其有效引入热管理设计与仿真模型
炎怀科技TPS-YH100快速导热测量仪搭载0.05 mm柔性传感器以降低接触热阻影响,并攻克微纳伏级电桥平衡技术抑制电路噪声与系统误差,配合内置 7 位半高精度Keithley数字万用表可进行高速高精度数据采集,最快测试时间可达 0.2 s,导热测量能力覆盖至 2000 W/(m·K),实现关键测试能力的国产替代,为半导体与功率电子等关键领域提供自主可控的测试支撑。
近期,我们面向客户开展了一组超高导热石墨烯膜的导热测试服务。如图1(a)所示,该石墨烯薄膜的厚度为0.21 mm。随后,将两片同尺寸的样品装夹与传感器之间,并用标配的工装加紧,如图1(b)所示。
样品装夹完成后,启动测试软件。炎怀科技TPS-YH系列导热测试仪围绕实际测试流程对操作界面进行了优化。对于薄板类样品,平板模块适用于厚度约0.07~10 mm范围内材料的面向导热测量。结合石墨烯膜的样品形态,本次测试选择平板模块,并采用双面法测量模式,如图 2(a)所示。完成测量模块与模式设定后,按照界面提示配置测试参数,或直接调用历史保存的参数方案,如图 2(b)所示。
测试完成后,数据结果如图3所示。综合多次拟合结果,取其稳定区间平均值,得到该石墨烯膜样品的面内等效导热系数为:1475 W/(m·K)。该结果表明该石墨烯膜样品在片层取向度优化、界面热阻控制及导热网络构建方面已达到较高水平,能够在极短时间内将局部热量快速扩散,有效降低热点温度并改善温度分布均匀性,对于5G通信射频器件、功率模块以及高集成芯片的散热设计具有重要意义。测试结果可直接作为热仿真模型输入参数,为散热结构优化与材料选型提供可靠数据支撑。
该测试结果进一步体现了炎怀科技TPS-YH导热仪在高导热材料测试中的优越性能。依托柔性传感器与微纳伏级电桥平衡技术的协同作用,系统能够在短时间内获取高信噪比的温升响应信号,并在极短拟合区间内实现稳定计算,非常适用于石墨、石墨烯及金刚石增强相复合材料等超高导热的精确测量。
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