第 1 页 共 4 页 功率电子器件界面热阻和接触热阻是如何测量的?
随着微电子技术的发展，电子芯片不断的趋向于小型化、集成化，热量通常被认为是电子系统前进发展的限制性因素，在电子设备热设计领域，热量的积累，温度上升过高对器件的寿命和可靠性都会产生非常不利的影响。
有研究表明，当工作环境为70℃~80℃时，工作温度每提高1℃，芯片的可靠性将下降5%。因此，对于界面热传导的研究就变得尤为重要。
在各种功率电子器件中，电子器件产生的热量由内而外的传递需要经过数层接触面，不同材料相互接触时会产生界面，界面对热流有阻碍作用, 而界面热阻的概念亦即运用于此。
界面热阻的精准测量也是在集成电路设计时选择热界面材料重要因素—— 当热量流经接触界面时，将产生一个间断的温度差∆T，根据傅里叶定律，界面热阻Rimp可表述为：Rimp=(T1T2)/Q。
其中，Rimp为界面热阻，T2为上接触部件的界面温度，T1为下接触部件的界面温度，Q为通过接触界面的热流通量。这里展示一个典型封装结构：
在热量由芯片传递至散热器的过程中，需要经过多个固固界面。当两个部件之间进行接触传热时，由于固体表面从微观上粗糙不平，部件之间实际上是通过离散的接触点进行接触传热的，有研究表明，这之间的实际接触面积不到部件对应表面积的3%，因而产生了非常 第 2 页 共 4 页 高的界面热阻。当界面填充有TIM时，增加了实际的接触面积，界面热阻的数值也随之减少。
界面热阻包括接触热阻和导热热阻两部分，各类热阻的关联如下图所示：
那么界面热阻和接触热阻是怎么样测量的呢?在实际应用中，为了充分表征热界面材料的导热能力，材料本身的导热率和热阻的准确测量是必须的。
其实，界面热阻的测量非常简单，目前业内常用于热阻测试的标准为ASTM D5470，根据上面提到的傅里叶公式Rimp=(T1T2)/Q，常用的测试设备可以直接或间接测得上下界面的温度和流经的热通量，进而得到材料的表观界面热阻。而由界面热阻引申而来，可以进一步得到接触热阻和导热系数：Rimp=1/λS*L+Rcon。
固体材料导热系数的测定实验指导书（邓权威）
《固体材料导热系数的测定》
实验指导书
河南理工大学
二〇一二年七月
固体材料导热系数的测定
实验类型：综合性实验实验学时：2
实验要求：必修实验房间：安全楼520
一、实验目的
1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定固体材料导热系数的实验方法和技能。
2、测定实验材料的导热系数。
3、确定实验材料导热系数与温度的关系。
二、实验内容
1、实验材料的导热系数的测定。
2、实验材料导热系数与温度的关系的确定。
三、仪器设备
稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图1所示。
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300]
mm，实际导热
[2
计算面积F为200×200]
mm，平板试件分别被夹紧在加
[2
mm，板的厚度为 ]
[2
热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通过自来水）来实现的。在中间200×200]
mm部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能
[2
够全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200×200]
mm之外的四侧）设有四个辅助加热器（1~4），利用专用的温度跟踪
[2
控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1(或t2)和水套冷面的中心温度t2(或t4)用四个热电偶（埋设在铜板上）来测量：辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两
个辅助电偶t5和t6（埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅助电偶t5(或t6)接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t1（或t2）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶t1(或t2)和热电偶t3(或t4)测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个辅助电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的，主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。
导热系数测定
实验报告
实验器材：
1.导热系数测定仪主机1台。
2.电源线1根。
3.专用测量热电偶2根。
4.保温杯1只。
5.测试样品。
6.使用说明书，产品合格证。
实验原理：
为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手、热传导定律指出：如果热量是沿着Z方向传导，那么在Z轴上任一为止Z0处到一个垂直截面积ds以dT/dz表示在Z处的温度梯度，以dQ/dt表示在该处的传热速度，那么传热定律可表示为：
dQ=-λ (dT/dz)Z0*dS*dt
式中的符号表示热量从高温区传导。比例系数λ 即为一个单位的情况下，单位内垂直通过单位面积截面的热量。利用该式测量材料的导热系数λ ，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz并确定其数值；另一个测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dt。
1.关于温度梯度dT/dz
为了在样品内造成一个温度的梯度分布。可以把样品加工成平板状，并把夹在两块良导体铜板之间使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。样品厚度可做成h<
为了保证样品中温度场的分布具有良好的对称性，把样品及两块铜板都加工成等大的圆形。
2.关于传热速率dQ/dt
单位时间内通过一截面积的热量dQ/dt是一个无法直接测量的量，我们设法将这个量转化为较为容易测量的量，为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。当加热速率、传热速率和散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡状态，称之为稳态。此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度T2下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们已经知道，铜板的散热速率与冷却速率有关，其表达式为：
"接触热阻" 和 "导热系数" 都是与热传导相关的概念，它们在热学和工程领域中具有重要意义。
1. **接触热阻**（Thermal Contact Resistance）：接触热阻是指在两个材料或物体的接触界面上，由于不完美的接触而导致的热阻。当两个物体接触时，其表面之间通常存在微小的间隙或不均匀性，这会导致热量传导的障碍。接触热阻通常以温度差、接触面积和材料性质等因素来描述，它的值通常以温度差除以接触界面上的热流率来表示。
2. **导热系数**（Thermal Conductivity）：导热系数是一个材料的热传导性能的度量。它表示了材料在单位时间内从高温区传导热量到低温区的能力。导热系数通常以热流密度、材料厚度和温度差来计算。不同材料具有不同的导热系数，例如，金属通常具有高导热系数，而绝缘材料具有较低的导热系数。
