CN115389551A - 一种薄膜材料散热特性测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜材料散热特性测试系统及方法，所述系统包括：热成像装置和基底，所述基底相对两端分别设置有加热端和冷却端，所述基底上表面设有多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，所述凹槽内卡设有导热条。本发明在基底上表设置多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，并在凹槽内卡设有导热条，通过多个导热条将加热端与冷却端连接，并将基底分为不同的导热区域，通过热成像装置拍摄导热区域内的被测薄膜材料，形成热成像图，从而将现有技术中测量的狭小导热点扩展为较大的导热区域，通过热成像图可以直观的观测、比较不同薄膜材料的散热特性；提高测试数据对不同油墨材料导热性能差异的灵敏度，减小测试系统误差对测试结果的影响。

Description

一种薄膜材料散热特性测试系统及方法

技术领域

本发明涉及材料性能表征技术领域，特别是涉及一种薄膜材料散热特性测试系统及方法。

背景技术

随着5G时代的到来，更多高频、高功率、轻薄化的设备也随之涌现，伴随着这些器件的产生，薄膜薄膜材料在这些器件的热管理领域得到广泛应用。因此，对薄膜材料散热特性的准确测量显得尤为重要。

在现有技术中，通过加热方法检测薄膜材料上不同位置的温度和热传递情况，从而实现对材料散热特性的测量。如图1a和1b所示，在基板上设置有加热端(温度为T1)和冷却端(温度为T2)，测试过程中：将待测试材料放置于基板之上，并由加热端和冷却端压置，通过一定时间的加热，待测试材料的温度达到平衡状态，即待测试材料的每个点温度基本保持稳定。对于不同的待测试材料，通过测量待测试材料上距离加热端不同距离的点的温度，形成如图1c所示的温度距离曲线，可比较不同待测试材料散热特性。

上述方法在对薄膜材料(比如散热油膜，等)进行测量时，由于不同油墨之间导热率差异比较小，且油墨导热率很低，比如：环氧树脂玻璃纤维布基板FR4的热导系数仅为0.2W/m/K，而铜的热导系数可达400W/m/K。由于油膜导热率低，热量无法及时向冷端传递，会导致在距离加热端很近的位置油膜温度急速下降，比如图1a～1c中，在距离加热端很近的A点和B点测量油膜温度急速下降，在距离加热端比较远的C点和D点测量油膜温度基本相同。而在实际测量中，由于A点和B点距离加热端过近，不便于测量，而不同的薄膜材料的C点和D点测温体现不出差异性，因此，无法准确描述不同油墨之间导热性能的差别。

发明内容

本发明旨在提出一种薄膜材料散热特性测试系统及方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种薄膜材料散热特性测试系统，包括：热成像装置和基底，所述基底相对两端分别设置有加热端和冷却端，所述基底上表面设有多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，所述凹槽内卡设有导热条。

根据本发明一种优选实施方式，多个所述导热条相互平行且间距相等。

根据本发明一种优选实施方式，所述加热端、冷却端的宽度均与所述基底宽度相同。

根据本发明一种优选实施方式，所述冷却端与所述导热条采用相同的导热材料一体成型。

根据本发明一种优选实施方式，所述加热端、冷却端和导热条上分别设有测温元件。

根据本发明一种优选实施方式，所述热成像装置安装于所述基底上方预定拍摄范围内，所述系统还包括：分别与各个测温元件和热成像装置相连接的控制器，

所述控制器，用于根据各个测温元件的数据提示喷涂待测试薄膜，和/或，根据各个测温元件的数据控制热成像装置采集热成像图。

第二方面，本发明提供一种薄膜材料散热特性测试方法，采用上述任意一项所述的薄膜材料散热特性测试系统进行测试，所述方法包括：

开启加热端；

当所述加热端、冷却端和所有加热条的温度达到平衡状态时，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面；

当待测试薄膜材料温度达到平衡状态时，通过所述热成像装置采集基底上表面待测试薄膜的热成像图；

根据所述热成像图确定待测试薄膜的散热特性。

根据本发明一种优选实施方式，实时检测加热端、冷却端和所有加热条的温度是否达到平衡状态时，若达到，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面；

或者，预先检测从开启加热端到加热端、冷却端和所有加热条的温度达到平衡状态时所需的第一时间，开启加热端第一时间后，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面。

根据本发明一种优选实施方式，所述根据所述热成像图确定待测试薄膜的散热特性包括：

显示各个待测试薄膜材料的热成像图；

根据各个热成像图分析各个待测试薄膜材料散热特性的差异。

综上所述，本发明的薄膜材料散热特性测试系统及方法，在基底上表设置多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，并在凹槽内卡设有导热条，通过多个导热条将加热端与冷却端连接，并将基底分为不同的导热区域，通过热成像装置拍摄导热区域内的被测薄膜材料，形成热成像图，从而将现有技术中测量的狭小导热点扩展为较大的导热区域，通过热成像图可以直观的观测、比较不同薄膜材料的散热特性；提高测试数据对不同油墨材料导热性能差异的灵敏度，减小测试系统误差对测试结果的影响。

附图说明

图1a是现有材料散热特性测试装置的结构示意图；

图1b图1a中O-O截面示意图；

图1c是图1a中A、B、C和D点温度距离曲线示意图；

图2a是本发明实施例一一种薄膜材料散热特性测试系统的结构框架示意图；

图2b是图2a中A-A截面示意图；

图3是本发明实施例二一种薄膜材料散热特性测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例一

请参阅图2a～2b，本发明实施例一提供了一种薄膜材料散热特性测试系统，如图2a～2b所示，该测试系统包括：热成像装置和基底2，其中：将热成像装置安装于基底2上方预定拍摄范围内，基底2的相对两端分别设置有加热端21和冷却端22，在基底2上表设置多个连接所述加热端21和所述冷却端22的凹槽，并在凹槽内卡设有导热条23，其中：导热条23与凹槽的尺寸相匹配，以保证二者之间紧密结合，不留空隙。这样，多个导热条23将加热端21与冷却端22连接，并在基底2表面形成不同的导热区，通过热成像装置可拍摄各个导热区域内的被测薄膜材料，形成热成像图，从而将现有技术中通过测温仪器测量的狭小导热点扩展为基底表面较大的导热区域，并通过热成像图直观的观测、比较不同薄膜材料的散热特性；提高测试数据对不同油墨材料导热性能差异的灵敏度，减小测试系统误差对测试结果的影响。

其中：热成像装置可以采用热成像相机，基底2可以设置为长方体，则加热端21和冷却端22可以分别设置于基底2两个宽边所在的两端。优选的，加热端21、冷却端22的宽度均与基底2宽度相同，并且加热端21、冷却端22位于基底2上表面的上方并与上表面接触，以保证喷涂薄膜材料的厚度均匀，提高测量精度。

示例性的，加热端21可以采用长方形的加热片或加热板，加热端21与供电电源连接，加热端21的加热功率由电源所施加的电压和产生的电流来调节。冷却端22可以采用水冷板，水冷板与冷机连接，水冷板可以由导热系数高的铜或铝制成，水冷板上表面进行抛光处理，使得待测试薄膜材料与水冷板充分接触。

为了在基底2上表面形成不同的导热区域，基底2上表面与导热条23采用不同导热系数的材料制成，比如：基底2表面可以采用环氧树脂玻璃纤维布基板FR4材料制成，冷却端21的水冷板与导热条23可以采用相同的导热材料(比如：铜、铝等)制成，此外，为了方便制造，冷却端21与导热条23可以采用一体成型工艺制成。

本实施例中，各个导热条23可以相互交叉、也可以相互平行，只要能够在基底2表面形成导热区域即可。导热条23的形状可以是直条形、锯齿形、等任意形状，本发明不做具体限定。在一种优选示例中，为了方便散热特性的观察，将各个导热区域形状和面积统一起来，可以将各个导热条23设置为相互平行且间距相等，这样，加热端21、导热条23与冷却端22之间形成面积相等的矩形导热区域，方便散热特性的观察和对比。

进一步的，为了方便在测量过程中测量基底2和/或待测试薄膜材料不同位置的温度，以确定其是否达到温度平衡状态，可以在加热端21、冷却端22和导热条23上分别设置测温元件(比如：温度计，温度传感器，等等)。

进一步的，为了实现自动化测试，所述系统还可以包括：分别与各个测温元件和热成像装置相连接的控制器，该控制器用于根据各个测温元件的数据提示喷涂待测试薄膜，和/或，根据各个测温元件的数据控制热成像装置采集热成像图。其中：控制器可以采用中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

实施例二

请参阅图3，本发明实施例二提供一种薄膜材料散热特性测试方法，该防护采用实施例一中任意一种薄膜材料散热特性测试系统进行测试，如图3所示，所述方法包括：

S301、开启加热端；

比如：打开加热端21的电源，进一步，可以通过调节电源电压控制加热端21的加热功率，进而控制加热速度。

S302、当所述加热端、冷却端和所有加热条的温度达到平衡状态时，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面；

其中：所述温度达到平衡状态指各个点之间热量稳定，从而温度保持恒定，既不会升高也不会降低。也就是说，当所述加热端21、冷却端22和所有加热条23的温度达到平衡状态时，加热端21、冷却端22及其之间的加热条23形成的整个结构的热量稳定，从而加热端21、冷却端22及其之间的加热条23的温度保持恒定。

本实施例中，可以通过测温元件实时检测加热端21、冷却端22和所有加热条23的温度是否达到平衡状态，若达到，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底2上表面；也可以在步骤S301之前设置第一初始化的步骤，通过第一初始化步骤预先检测在预定加热功率下，从开启加热端21到加热端21、冷却端22和所有加热条23的温度达到平衡状态时所需的第一时间，则本步骤在预定加热功率下，开启加热端21第一时间后，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底2上表面。

S303、当待测试薄膜材料温度达到平衡状态时，通过所述热成像装置采集基底上表面待测试薄膜的热成像图；

其中：待测试薄膜材料温度达到平衡状态时，基底2表面各个导热区域的薄膜材料热量稳定，从而各个导热区域的薄膜材料的温度保持恒定。

本实施例中，可以通过测温元件实时检测各个导热区域待测试薄膜的温度是否达到平衡状态，若达到，通过所述热成像装置采集基底2上表面待测试薄膜的热成像图；也可以在步骤S301之前设置第二初始化的步骤，通过第二初始化步骤预先检测在预定加热功率下，从将待测试薄膜材料喷涂于所述基底2上表面到待测试薄膜材料温度达到平衡状态时所需的第二时间，则本步骤在预定加热功率下，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底2上经过第二时间后，通过所述热成像装置采集基底2上表面待测试薄膜的热成像图。

S304、根据所述热成像图确定待测试薄膜的散热特性。

其中：热成像图与基底2表面上的薄膜材料的热分布场相对应，热成图像上面的不同颜色代表被测薄膜材料的不同温度。本实施例通过多个导热条23将加热端21与冷却端22连接，在基底2表面形成不同的导热区，通过热成像装置拍摄各个导热区域内的被测薄膜材料，形成热成像图，从而将现有技术中通过测温仪器测量的点式的狭小导热区域扩展为基底表面较大的导热区域，通过热成像图可以直观的展示、比较不同薄膜材料的散热性能。

示例性的，在得到多个不同待测试薄膜的热成像图后，本步骤可以包括：

S31、显示各个待测试薄膜材料的热成像图；

比如：用户可以通过可视界面选取想比较的多个薄膜材料，则根据用户选取操作获取待比较的多个待测试薄膜材料，比如：薄膜A、薄膜B和薄膜C。在显示的过程中，可以根据预设显示方式对多个待测试薄膜材料的热成像图进行显示。比如：预设显示方式可以是：按照横向顺序排序显示多个待测试薄膜材料的热成像图。

S32、根据各个热成像图分析各个待测试薄膜材料散热特性的差异。

本实施例中，热成图像上面的不同颜色代表被测薄膜材料的不同温度。因此，对比热成像图的颜色可以直观的确定各个待测试薄膜材料散热特性的差异。

综上所述，本发明的薄膜材料散热特性测试系统及方法，在基底上表设置多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，并在凹槽内卡设有导热条，通过多个导热条将加热端与冷却端连接，并将基底分为不同的导热区域，通过热成像装置拍摄导热区域内的被测薄膜材料，形成热成像图，从而将现有技术中测量的狭小导热点扩展为较大的导热区域，通过热成像图可以直观的观测、比较不同薄膜材料的散热特性；提高测试数据对不同油墨材料导热性能差异的灵敏度，减小测试系统误差对测试结果的影响。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定结构和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，包括：热成像装置和基底，所述基底相对两端分别设置有加热端和冷却端，所述基底上表面设有多个连接所述加热端和所述冷却端的凹槽，所述凹槽内卡设有导热条。

2.根据权利要求1所述的薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，多个所述导热条相互平行且间距相等。

3.根据权利要求1所述的薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，所述加热端、冷却端的宽度均与所述基底宽度相同。

4.根据权利要求3所述的薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，所述冷却端与所述导热条采用相同的导热材料一体成型。

5.根据权利要求1所述的薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，所述加热端、冷却端和导热条上分别设有测温元件。

6.根据权利要求5所述的薄膜材料散热特性测试系统，其特征在于，所述热成像装置安装于所述基底上方预定拍摄范围内，所述系统还包括：分别与各个测温元件和热成像装置相连接的控制器，

所述控制器，用于根据各个测温元件的数据提示喷涂待测试薄膜，和/或，根据各个测温元件的数据控制热成像装置采集热成像图。

7.一种薄膜材料散热特性测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的薄膜材料散热特性测试系统进行测试，所述方法包括：

开启加热端；

当所述加热端、冷却端和所有加热条的温度达到平衡状态时，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面；

当待测试薄膜材料温度达到平衡状态时，通过所述热成像装置采集基底上表面待测试薄膜的热成像图；

根据所述热成像图确定待测试薄膜的散热特性。

8.根据权利要求7所述的薄膜材料散热特性测试方法，其特征在于，实时检测加热端、冷却端和所有加热条的温度是否达到平衡状态时，若达到，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面；

或者，预先检测从开启加热端到加热端、冷却端和所有加热条的温度达到平衡状态时所需的第一时间，开启加热端第一时间后，将待测试薄膜材料喷涂于所述基底上表面。

9.根据权利要求7所述的薄膜材料散热特性测试方法，其特征在于，所述根据所述热成像图确定待测试薄膜的散热特性包括：

显示各个待测试薄膜材料的热成像图；

根据各个热成像图分析各个待测试薄膜材料散热特性的差异。

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