芯片热界面材料在聚光下的热传导测量

最新推荐文章于 2025-12-03 20:31:34 发布

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热界面材料作为芯片散热系统的关键组成，其导热性能直接决定热量传递效率，精准测量导热系数对材料筛选与优化至关重要。紫创测控luminbox聚光太阳光模拟器凭借光谱匹配性好、功率可调范围宽、加热均匀性高等优势，突破传统导热测量方法的局限，为芯片热界面材料提供了高效、精准的测量方案。本文将详解聚光太阳光模拟器在芯片热界面材料的热传导机理、导热测量方法、原理以及应用优势。

一、聚光条件下的材料热传导机理

芯片的热传导机理

热界面材料在高热流环境下的热传导，是决定芯片封装热管理效率的核心，也是评估其在实际芯片工况下散热性能的关键。聚光加热模式下，热界面材料的热传导呈现显著瞬态特征。实验表明，10Hz 调制频率对应的热波穿透深度约 100μm，与典型超薄热界面材料厚度匹配，确保热扩散信息的完整捕获。

高导热材料（>5 W/(m・K)）的温度相位滞后显著小于低导热材料，这一特性为导热系数反演提供了敏感表征参数。通过建立三维热传导数值模型，系统分析聚光功率、调制频率与材料导热性能的关联规律，可实现各向异性导热系数的精准提取，解决了传统方法难以表征材料方向性热性能的难题。

二、芯片热界面材料的导热测量方法

1. 样品制备

选取硅脂、相变材料、纳米复合材料等典型芯片热界面材料，制备直径 20-50 mm、厚度 0.1-1 mm 的圆形样品，确保样品表面平整无缺陷，减少接触热阻对测量结果的影响。

2.实验搭建

将样品固定在导热系数测量夹具中，上下表面分别贴合铜质散热块与温度传感器。调整聚光太阳光模拟器的聚光倍数与照射角度，使热流垂直均匀覆盖样品表面，同时通过控温单元维持环境温度稳定在 25℃±0.5℃。

3.数据采集与处理

启动聚光太阳光模拟器后，待样品达到热稳态（温度波动≤0.1℃/min），记录输入热功率与上下表面温差数据。每组样品重复测量 3 次，取平均值作为最终导热系数结果，通过标准差分析测量重复性。

三、聚光太阳光模拟器的技术原理

1. 核心构成

聚光太阳光模拟器的辐照分布

聚光太阳光模拟器主要由光源系统、聚光光学系统、光谱校正模块与控温单元组成。光源采用氙灯模拟太阳光光谱，通过凹面反射镜与凸透镜组合实现功率聚光，可提供500多个太阳的高聚光能量（1sun=1000w/m²），可调节匹配芯片实际工作热负荷。

2. 测量原理

基于稳态热传导定律，当聚光太阳光模拟器产生的恒定热流垂直作用于热界面材料样品时，样品上下表面形成稳定温度差。通过高精度热电偶测量温差数值，结合样品厚度、面积与输入热功率，依据公式 λ=Q・d/(A・ΔT) 计算导热系数（λ 为导热系数，Q 为热流量，d 为样品厚度，A 为样品面积，ΔT 为上下表面温差）。

四、聚光太阳光模拟器的应用优势

与传统方法相比，聚光太阳光模拟器测量具备三大突出优势：

非破坏性，无需接触样品，保持了材料的原始状态；

高时空分辨率，能够实现微米尺度的局部热物性分析；

快速瞬态响应，可模拟真实芯片的瞬态热负荷。

聚光太阳光模拟器凭借其高功率密度、光谱匹配性与加热均匀性，为芯片热界面材料的导热测量提供了可靠的解决方案。该方法有效克服了传统接触式测量的局限性，实现了非破坏、高精度的热物性表征，尤其适用于超薄与各向异性新材料。其提供的在高热流条件下的性能数据，对于材料筛选和配方优化具有重要指导意义。

Luminbox 聚光太阳光模拟器

紫创测控Luminbox 聚光太阳光模拟器以高性能氙灯为核心光源，精准复现AM1.5G 太阳光谱（可选 AM0、AM1.5D 光谱版本），可输出高聚光能量，辐照稳定可控，可为环境模拟、材料测试及航空航天验证提供专业光照解决方案。