一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置及方法与流程

1.本发明涉及一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置及方法。


背景技术：

2.半导体器件工作时产生的热量可通过导热材料向外传导。导热系数是导热材料的一项重要评价指标。在引入一款新的导热材料时，需进行导热系数测算，以确保供应商技术手册中的数据准确可信。
3.测算导热系数一般是基于astm d5470标准，测算原理是根据一维傅里叶传热定律，即该标准的测算方法是在四周绝热的装置里，搭建一维传热路径，传热路径中存在热板和冷板，在热板和冷板之间，放置特定横截面积和厚度的待测导热材料，在热面一侧施以特定功率的热量，记录热板平均温度和冷板的平均温度，通过热功耗、热冷板间平均温差、待测材料厚度和横截面积来计算相应的导热系数。


技术实现要素：

4.本发明目的是解决现有技术中的诸多问题，而提供一种新型的半导体器件用导热材料导热系数测算装置及方法。
5.为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置，包含有，热瞬态测试仪、恒温热沉、标定用垫片、铝基板及半导体器件，所述恒温热沉作为所述热瞬态测试仪的工作台，所述标定用垫片在所述恒温热沉上方，所述标定用垫片具有中心通孔，所述中心通孔内部容纳有导热材料，所述标定用垫片用于标定所述导热材料的厚度d和横截面积a，所述铝基板布置于所述标定用垫片顶面，所述半导体器件布置于所述铜基板顶面。
6.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述标定用垫片底面直接接触所述恒温热沉顶面。
7.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述标定用垫片底面与所述恒温热沉顶面间布置有铝块。
8.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述标定用垫片底面与所述恒温热沉顶面间布置有铜块。
9.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述标定用垫片采用塑胶材质。
10.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述半导体器件为led、mosfet或igbt。
11.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置的优选方案，所述导热材料为导热硅脂或导热垫。
12.本发明还提供一种半导体器件用导热材料导热系数测算方法，包含有以下步骤，
13.提供所述测算装置；
14.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为半导体器件、铜基板、空气间隙、恒温热沉的试验a，并且根据所述试验a获取其对应的热容热阻曲线a；
15.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为半导体器件、铜基板、导热材料、铝块、恒温热沉的试验b，并且根据所述试验b获取其对应的热容热阻曲线b；
16.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为半导体器件、铜基板、导热材料、铜块、恒温热沉的试验c，并且根据所述试验c获取其对应的热容热阻曲线c；
17.将所述热容热阻曲线a、所述热容热阻曲线b及所述热容热阻曲线c三者汇总于同一坐标系，其中，所述坐标系的横坐标为热阻，所述坐标系的纵坐标为热容；
18.确定测算所述导热材料导热系数所需的热阻δr，所述热阻δr为所述热容热阻曲线a与所述热容热阻曲线b的分离点和所述热容热阻曲线b与所述热容热阻曲线c的分离点的热阻之差；以及，
19.根据所述热阻δr、所述导热材料的厚度d及横截面积a测算所述导热材料导热系数λ，即
20.作为一种半导体器件用导热材料导热系数测算方法的优选方案，通过改变所述半导体器件的输入功率重新测算所述导热材料导热系数所需的热阻δr，并且将所有测算到的热阻δr作算术平均以得到最终的所述热阻δr。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：提供一种新的半导体器件用导热材料导热系数测算方式。利用热瞬态测试仪获取整条传热路径的热容热阻曲线，合理地设计三组试验，从热容热阻曲线上准确地截取待测材料的热阻值并测算得到导热材料导热系数。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图。
23.图2为本发明的方法流程图。
24.图3为本发明的传热路径示意图。
25.图4为本发明的热容热阻曲线示意图。
具体实施方式
26.下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.请参见图1，图中示出的是一种半导体器件用导热材料导热系数测算装置。所述半导体器件包括但不限于led、mosfet、igbt。本实施例以led为例。所述导热材料是一种导热间隙填充材料，包括但不限于导热硅脂、导热垫。本实施例以导热硅脂为例。
28.所述测算装置由热瞬态测试仪、恒温热沉1、标定用垫片2、铝基板3、led4等组成。所述热瞬态测试仪可采用市售的t3ster。所述恒温热沉作为所述热瞬态测试仪的工作台。所述标定用垫片在所述恒温热沉上方。所述标定用垫片可直接置放于所述恒温热沉顶面，
或者所述标定用垫片与所述恒温热沉间布置有铝块5或铜块。所述标定用垫片可采用塑胶材质。塑胶材质的导热能力差，可避免热量通过所述标定用垫片扩散。所述标定用垫片具有中心通孔。所述中心通孔内部容纳有所述导热硅脂。所述标定用垫片用于标定所述导热硅脂的厚度d和横截面积a，即所述导热材料的厚度d为所述中心通孔的深度，所述导热材料的横截面积a为所述中心通孔的横截面积。所述铝基板布置于所述标定用垫片顶面。所述led布置于所述铜基板顶面。所述led与所述铜基板以回流焊方式相固定连接。所述铝基板、所述标定用垫片、所述铝块或铜块通过螺钉固定在一起，构成一整体。
29.请参见图2，图中示出的是一种半导体器件用导热材料导热系数测算方法。所述导热系数测算方法，包含有以下步骤，
30.提供所述测算装置。
31.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为led、铜基板、空气间隙、恒温热沉的试验a，并且根据所述试验a获取其对应的热容热阻曲线a。
32.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为led、铜基板、导热硅脂、铝块、恒温热沉的试验b，并且根据所述试验b获取其对应的热容热阻曲线b。
33.利用所述测算装置搭建传热路径顺序依次为led、铜基板、导热硅脂、铜块、恒温热沉的试验c，并且根据所述试验c获取其对应的热容热阻曲线c。
34.将所述热容热阻曲线a、所述热容热阻曲线b及所述热容热阻曲线c三者汇总于同一坐标系，其中，所述坐标系的横坐标为热阻，所述坐标系的纵坐标为热容。
35.确定测算所述导热硅脂导热系数所需的热阻δr，所述热阻δr为所述热容热阻曲线a与所述热容热阻曲线b的分离点和所述热容热阻曲线b与所述热容热阻曲线c的分离点的热阻之差。
36.根据所述热阻δr、所述导热材料的厚度d及横截面积a测算所述导热材料导热系数λ，即
37.较佳地，为了避免由一组数据测算所述热阻δr可能带来的误差，可改变所述led的输入功率，以获取多组不同的数据，并且对所有组数据测算的所述热阻δr作算术平均，得到最终的所述热阻δr。
38.以下是对半导体器件用导热硅脂导热系数测算方法的原理分析：
39.所述试验a与所述试验b共同构成对照试验一。所述试验b与所述试验c共同构成对照试验二。
40.对照试验一：请参见图3和4，所述试验a与所述试验b在虚线框中的传热路径是一致的，故所述热容热阻曲线a与所述热容热阻曲线b对应在虚线框中的路径是重合的。当热量进一步传递，热量在所述试验a中遇到所述空气间隙，而在所述试验b中遇到所述导热硅脂，即所述热容热阻曲线a与所述热容热阻曲线b出现分离点，所述分离点称为所述导热硅脂的上分离点。
41.对照试验二：请参见图3和4，所述试验b与所述试验c在实线框中的传热路径是一致的，故所述热容热阻曲线b与所述热容热阻曲线c对应在实线框中的路径是重合的。当热量进一步传递，热量在所述试验b中遇到所述铝块，而在所述试验c中遇到所述铜块，即所述热容热阻曲线b与所述热容热阻曲线c出现分离点，所述分离点称为所述导热材料的下分离
点。
42.由所述导热硅脂的上分离点与所述导热材料的下分离点确定所述导热材料导热系数所需的热阻δr。
43.以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。