本發(fā)明屬于熱物性表征方法及設(shè)備，具體涉及一種聚合物復合熱界面材料的高分辨率熱物性檢測方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著電子產(chǎn)品功率密度的增加和集成化，熱管理解決方案需求大幅增加。熱界面材料(tims)常用于電子產(chǎn)品中，作為第一階段從熱源散熱的工具。對tims工作性能的評估，特別是熱傳輸特性，對于tims的實際開發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要。

2、熱界面材料在實際使用中常作為連接熱源與散熱部件的橋梁。熱界面材料的界面熱阻由三部分組成，可以表示為：

3、r＝rc1+rtim+rc2

4、其中rc1和rc2分別為熱界面材料和上下表面的接觸熱阻，為熱界面材料整體的等效熱阻，blt為鍵合層厚度即熱界面材料的厚度，κtim為熱界面材料的熱導率。

5、目前對熱界面材料熱物性進行表征的方法主要包括穩(wěn)態(tài)測量法、激光閃光法、低頻熱反射法等。

6、穩(wěn)態(tài)測量法通常是基于astm-d5470測試儀，該測試儀是一種一維熱傳導測試方法，其中試樣被放置在兩個共面表面之間。測試夾具的一個臂通常是電加熱的，而另一個是冷卻的，以便通過樣品建立幾乎均勻的熱流。通過外推測試夾具的兩臂之間的溫度差，可以找到樣品的總熱阻。由于測量區(qū)域遠離樣品，因此需要考慮到樣品區(qū)域外的其他熱阻，其他熱阻標定不準確的話也會對穩(wěn)態(tài)法測量帶來誤差。同時穩(wěn)態(tài)法測得的界面熱阻是熱界面材料在一定厚度時的整體熱阻，不能分別測出熱界面材料本身的熱導率和接觸熱阻，且其測量的結(jié)果不具有空間分布特征，因此無法對熱界面材料進行高空間分辨率的熱物性表征。

7、激光閃光法是一種能夠測定材料熱擴散率的無接觸方法。使用一盞閃光燈(通常是氙燈)照射樣品的一側(cè)，而背面表面的溫度則由紅外探測器監(jiān)測。背面的溫度隨時間變化被繪制出來，熱擴散率通常是通過將數(shù)據(jù)擬合到包含測試裝置邊界條件的各種模型中來確定。該方法通常由大光斑激光加熱，測量的空間分辨率在毫米至厘米級，無法區(qū)分樣品內(nèi)部的熱物性分布。

8、低頻熱反射法使用一束高功率激光照射樣品表面，引起周期性溫度振蕩，第二束探測光照射被加熱表面后反射光信號被鎖相放大器接收。反射信號的強度和相位依賴于樣品的熱性質(zhì)，并用于提取性質(zhì)，測量參數(shù)包括界面上的單獨熱阻和熱界面材料熱阻。使用該方法測量時，為了探測到深層信息，加熱光的光斑必須足夠大，并使用低頻進行調(diào)制，使熱信號能夠穿透至熱界面材料處，因此該方法最高的空間分辨率也只有幾百微米，無法進行更高分辨率的熱物性成像，觀察熱物性分布情況。

9、商用熱界面材料是聚合物復合熱界面材料，其微觀結(jié)構(gòu)(如填料分布、取向、孔隙率等)直接影響導熱路徑的形成，因此局部熱物性可能存在差異，宏觀測量方法難以表征，需要進行高分辨率熱物性成像。現(xiàn)代電子器件尺寸不斷縮小，熱點尺寸越來越小，局部熱點接觸的熱界面材料的熱導率無法通過傳統(tǒng)宏觀方法測量，可能造成局部熱點溫度過高，對電子器件造成損傷；熱界面材料在長期熱循環(huán)、機械應(yīng)力或化學腐蝕下可能出現(xiàn)性能退化(如填料沉降、基體開裂)等，高分辨率熱物性表征可監(jiān)測微觀缺陷的演變(如裂紋擴展、界面分層)，建立材料退化模型，宏觀測量方法僅能觀測到整體導熱性能的下降，無法解析其微觀機理。

10、現(xiàn)有的高分辨率熱物性測量通常使用fdtr頻域熱反射技術(shù)，該方法通常在被測表面沉積一層金屬傳感器層，加熱光通過物鏡聚焦到樣品表面對樣品進行諧波加熱，由于金屬薄膜表面反射率和溫升成正比，探測光通過樣品表面反射到鎖相放大器，探測樣品表面溫度響應(yīng)，將測量結(jié)果與傳熱模型擬合可以獲得測量處的熱導率。加熱光和探測光通常通過物鏡聚焦為半徑1～10微米的光斑，因此該方法可以實現(xiàn)微米級的高空間分辨率熱物性測量。但該方法需要在測量表面沉積一層金屬膜，對被測量表面的平整度要求較高，通常被測粗糙度ra小于10nm，聚合物復合熱界面材料具有一定的流動性無法在表面直接沉積平整的金屬薄膜，且由于其內(nèi)部含有導熱填料顆粒，表面也并非光滑表面，沒有很好的反射效果。無法直接通過頻域熱反射進行測量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物復合熱界面材料的高分辨率熱物性檢測方法及設(shè)備，通過待測樣品制備方法的改進，改變傳統(tǒng)熱物性測量方式，解決了聚合物復合熱界面材料測量空間分辨率不足，無法觀察熱物性不均勻分布的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種聚合物復合熱界面材料的熱物性檢測方法，包括以下步驟：

3、s101、在雙面拋光的二氧化硅基片的一側(cè)表面沉積金膜，采用頻域熱反射系統(tǒng)對金膜的熱物性參數(shù)進行標定，得到金膜的熱物性參數(shù)；

4、s102、在金膜表面涂覆聚合物復合熱界面材料得到待測樣品，采用壓片覆蓋在聚合物復合熱界面材料表面，然后用夾具將待測樣品夾緊；所述夾具預(yù)留有測試孔；

5、s103、選定測量區(qū)域，利用頻域熱反射系統(tǒng)設(shè)定采樣頻率和采樣范圍，逐點采集待測樣品表面的熱反射信號，得到測量信號；其中，測試過程的加熱光和探測光從二氧化硅基片一側(cè)入射；

6、s104、將待測樣品的初始參數(shù)值和預(yù)估待測參數(shù)值輸入至傳熱模型，得到理論信號，不斷調(diào)整所述預(yù)估待測參數(shù)值，當所述測量信號與所述理論信號之間的偏差最小時，所述預(yù)估待測參數(shù)值即為目標熱物性參數(shù)。

7、進一步的，所述聚合物復合熱界面材料為導熱硅脂或?qū)崮z類聚合物基體和導熱填料復合而成的流體，例如信越7921，信越x-23-8149，萊爾德607；厚度為10-200μm。導熱硅脂的主要成分為硅油(聚二甲基硅氧烷)和導熱填料，硅油質(zhì)量含量通常在20％-50％，導熱填料質(zhì)量含量通常在50％-80％，導熱填料為金屬氧化物(如氧化鋁、氧化鋅)、氮化物(如氮化硼)或金屬單質(zhì)(如銀粉、液態(tài)金屬鎵)等。

8、進一步的，所述壓片優(yōu)選為銅片。

9、進一步的，步驟s101中，所述金膜的熱物性參數(shù)包括金膜的熱導率和厚度、金膜與二氧化硅之間的界面熱阻；

10、步驟s104中，所述初始參數(shù)值包括二氧化硅基片的熱導率以及所述金膜的熱物性參數(shù)，所述預(yù)估待測參數(shù)值包括熱導率和預(yù)估界面熱阻值。

11、進一步的，所述金膜的厚度為50-200nm；

12、進一步的，所述金膜通過磁控濺射或電子束蒸發(fā)沉積。

13、進一步的，步驟s101中，通過柵格掩模板在所述二氧化硅基片上沉積若干個邊長為200-500μm的金膜方形區(qū)域，構(gòu)成金膜矩陣，通過對每個金膜方形區(qū)域的位置進行編號，實現(xiàn)定點采樣。

14、進一步的，步驟s103中，所述采樣頻率為對待測參數(shù)敏感度高的頻率范圍；具體為：將給定的熱物性參數(shù)輸入至傳熱模型，計算得到預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)的相位延遲信號，繼而按梯度改變某一熱物性參數(shù)的大小，重新計算在該參數(shù)下預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)的相位延遲信號，根據(jù)兩次的相位延遲信號差值和熱物性參數(shù)差值，依據(jù)下述敏感度計算公式對該熱物性參數(shù)在預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)的敏感度進行計算，得到敏感度和頻率的關(guān)系曲線，從曲線中選取敏感度大的頻率范圍作為采樣頻率：

15、

16、其中，x為熱物性參數(shù)，φ為相位延遲信號。

17、進一步的，步驟s104中，對所述測量信號及理論信號通過最小二乘擬合，得到目標熱物性參數(shù)，根據(jù)擬合得到的目標熱物性參數(shù)繪制熱物性分布圖。

18、進一步的，所述頻域熱反射系統(tǒng)包括：

19、光路系統(tǒng)，用向?qū)y量區(qū)域的采樣點發(fā)射加熱光和探測光；

20、電控位移臺，用于將加熱光和探測光移動至目標采樣點；

21、鎖相放大器，用于采集得到各采樣點的實際相位延遲信號，即為所述測量信號。

22、本發(fā)明第二方面提供一種聚合物復合熱界面材料的熱物性檢測系統(tǒng)，包括：

23、樣品固定模塊，用于通過夾具將待測樣品固定，所述待測樣品從下至上包括依次貼合設(shè)置的雙面拋光的二氧化硅基片、金膜和聚合物復合熱界面材料，夾具和聚合物復合熱界面材料之間設(shè)有壓片；

24、信號采集模塊，用于通過頻域熱反射系統(tǒng)對二氧化硅基片和金膜組成的試樣進行標定，得到金膜的熱物性參數(shù)，以及對待測樣品進行采樣得到測量信號；

25、數(shù)據(jù)擬合模塊，用于將待測樣品的初始參數(shù)值和預(yù)估待測參數(shù)值輸入至傳熱模型，得到理論信號，不斷調(diào)整所述預(yù)估待測參數(shù)值，當所述測量信號與所述理論信號之間的偏差最小時，所述預(yù)估待測參數(shù)值即為目標熱物性參數(shù)。

26、進一步的，所述熱物性檢測系統(tǒng)還包括成像模塊，用于根據(jù)所述目標熱物性參數(shù)得到擬合后的熱物性分布圖像。數(shù)據(jù)擬合模塊通過最小二乘擬合法得到目標熱物性參數(shù)。

27、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，所述設(shè)備包括：處理器、存儲器、系統(tǒng)總線；

28、所述處理器以及所述存儲器通過所述系統(tǒng)總線相連；

29、所述存儲器用于存儲一個或多個程序，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當被所述處理器執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行實現(xiàn)第一方面所述的方法。

30、第四方面，本發(fā)明提供一種計算機存儲介質(zhì)，所述計算機存儲介質(zhì)中存儲有代碼，當所述代碼被運行時，運行所述代碼的設(shè)備實現(xiàn)前述第一方面任一項所述方法。

31、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

32、1、本發(fā)明提供的聚合物復合熱界面材料的熱物性檢測方法，通過先在二氧化硅表面沉積金膜，再在金膜表面沉積聚合物復合熱界面材料，克服了聚合物熱界面材料粗糙度對金膜粗糙度的影響，待測樣品結(jié)構(gòu)的改變使得其熱傳遞過程發(fā)生改變，進而通過針對性調(diào)整測試過程和參數(shù)能夠得到高分辨率的熱物性參數(shù)。

33、2、本發(fā)明通過二氧化硅基片及夾具對聚合物復合熱界面材料進行固定，使其能夠模擬在實際應(yīng)用中的填充情況，并能夠方便被頻域熱反射測量系統(tǒng)測量。

34、3、本發(fā)明通過柵格掩模板制備微米級金膜矩陣，可以為每個金膜區(qū)域按位置坐標進行編號，便于后續(xù)通過金膜坐標直接在二氧化硅基片上找到微觀測量區(qū)域，提高檢測精度和效率。

35、4、本發(fā)明能夠通過對聚合物復合熱界面材料進行高空間分辨率的熱物性表征，精準觀測聚合物復合熱界面材料在工作情況下接觸面的熱物性分布，配合高精度位移臺分辨率可以達到1μm，為建立聚合物復合熱界面材料的熱物性分布與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系、分析聚合物復合熱界面材料的性能退化原因提供了技術(shù)手段。