熱傳導-TC Hot Disk應用於陶瓷基板熱傳導測試

Hot Disk應用-陶瓷基板熱傳導測試

近期不管是碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)的陶瓷散熱基板，都常被應用於熱工程的解決方案內。隨著科技進步各式產品體積小型化、輕量化、元件功能化發展下，伴隨而來的就是嚴重的蓄熱問題，越來越多的應用透過這類薄型且絕緣的高導熱散熱片來解決散熱的問題，實際上不管是哪種散熱片都會需要做熱傳導係數(TC)的測試以及在耐熱特性下的膨脹係數(CTE)，這對於研發抑或是品質管理上，科邁斯都具有相當的經驗以及可以為客戶設計一套完整的測試方法。

一般常見生產廠商認為氮化鋁(AlN)膨脹係數會在4-5ppm範圍內，熱傳導係數則是160-200 W/mＫ以上，但是日本大廠或是製造能力好的產品，一般製程不佳，產品內部孔隙、裂縫…也常見到膨脹係數太高或是熱傳導係數僅130 W/mK的不良品，所以利用膨脹係數儀TMA(Thermomechanical Analyzer)檢測CTE或是熱傳導係數儀Hot Disk TPS 2500S及3500量測熱傳導TC，都是氮化鋁材料監控品質特性的最重要因素之一。基板材料也常使用在多種材料複合或是多層基材上，如果膨脹係數無法搭配，產品勢必會有曲翹或是破裂問題產生。

▲圖一氧化鋁測試結果

▲圖二氮化鋁基板不同條件下測試結果

▲圖三不同配方之氮化鋁基板差異測試

針對陶瓷基板不論是哪種原料製成都能夠精準測試出熱傳導係數之數值氧化鋁31.59 W/mK、氮化鋁166.6 W/mK以及不同配方之氮化鋁 210.5 W/mK，Hot Disk在圖二測試中也嘗試三種不同的功率條件結果顯示十分穩定，圖三則是顯示出在同樣製程下配方比例差異上是否能夠測得差異性，結果看得出來效果十分顯著能夠分辨從210.5 W/mK-215.1 W/mK的提升。

一般測試下熱膨脹係數(CTE)或是熱傳導係數(TC)可以明顯看出產品品質及製造能力，熱傳導係數的測試上許多方法都會破壞測試的樣品，不過Hot Disk對應到的ISO-22007-2.2測試方法本身屬於非破壞式的，測試完畢後樣品還是能夠繼續使用，以及在測試上時間極短的特性，讓研發或是品管上都有更即時的解決方案。