同一款导热垫片送检不同的材料厂商测试导热系数，结果不同，为什么？

导热垫片一般都采用ASTM D5470测试方法，其的核心是在被测物两侧形成温度差，待两侧温度分布达到稳定后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来计算出样品的热阻值。一般通过单层和多层试样的热阻和试样厚度作曲线得到导热系数。其中X轴为试样的厚度，Y轴为热阻。如果曲线是一条直线的话，那么其斜率就是表观导热系数。

 

关键词：热流量，温差，热阻，接触面积，厚度等，因为ASTM D5470是一种相对法，不同厂商的设备对这些关键因素的测量会存在一定的偏差。及时同一个厂商因为这些参数的准确性也会影响其设备测量数据的准确性。

 

 

一，设备参数准确性与测试过程中漏热

 

（1）充当热流传感器（一般是纯铜）的导热参数的准确性，以及设备标的（一般为塑料）导热参数的准确性。

（2）在测试中因为装配等原因，难免一小部分热量会泄露。而这部分漏热并未对上下表面的温度差有贡献，但却作为分母参与了热阻计算，导致热阻计算值偏低，导热系数偏高。当然，关于热源漏热引起的误差，可采用保护热板法中用到的补偿加热的思路。在ASTM D5470标准中也推荐采用这种补偿加热的方式来实现理论上的绝热边界条件，如下图:

 

二，温度测量的精度

对于标准测试仪器中温度的测量精度要求非常高。对于采用ASTM D5470标准的测量仪器，一般需采用一等精度特殊误差限的热电偶，并进行相应的标定或校准。例如，某些仪器采用铂电阻作为测温元件，测温精度更高，但价格更贵。

 

三，导热柱端面的粗糙度和平整度

用于夹住导热垫片的上、下导热柱端面的表面粗糙度要求至少要小于10um，平面度要小于30um。一般性能指标要求比较高的热阻测试仪器的端面采用特殊工艺进行抛光，所以粗糙度能控制在几微米，甚至0.5微米以内。但实际应用中因为频繁的使用，甚至不当的使用，很容易造成导热柱端面变的粗糙，而很难直观发现，并不易维修。这将直接影响对导热垫片厚度的测量准确性。

 

四，导热柱的对准误差

对于具有相同截面尺寸的导热柱，如果对准出现偏差将导致实际接触面积偏小。即使对准偏差只有1%，这在实践中是很难发现的，而这将导致至少存在1%的热阻测试误差。

五，压力测试误差

导热系数或热阻测量仪器设计中的一个重要环节就是保持测试过程中所设置的测试压力处于恒定值。精准控制压力的难度在于：在达到稳定状态前，在不同温度下导热柱的膨胀变形量不同，导致压力随之变化。一般较好的压力误差可控制在1psi以内，能满足大多数测试的要求。

 

为什么导热界面材料的热阻和导热系数的测试多选择ASTM D5470作为标准？

 

这有一定的历史传承因素，因为一种标准一旦在某个细分领域中得到大家的认可，别的测试方法就再难有取代的机会，这就是所谓的行业惯性。特别是，ASTM D5470测试能满足大多数的工程应用。经过不同参数设定（如温度，压力，厚度等），可以获得与实际工况接近的条件，实现准原位测试。

 

同时，依据以上的分析，我们注意到：

 

（1）导热硅脂不适合采用热流法测试导热系数。原因是导热硅脂实际使用厚度很小（0.1mm左右），待导热铜柱加压后，导热硅脂最薄处不足0.05mm，很难在被测物两面形成明显的温差，容易造成热阻值计算误差的扩大。同时，一般厂商设备很难精准控制到此类场景。目前也有很多品牌厂商采用平板热源法（Hotdisk）测量导热硅脂的导热性能。而且这种测试方法是绝对法，从理论上说其测试精度要高于ASTM D5470的相对法，实际的测试精度也如此。

（2）另外值得一提的是，不同测试方法（如ASTM D5470、HOT DISK法、激光闪射法ASTM E1461）一般不能进行对比测量。这主要是由于不同测试方法所采用的测试模型和边界条件不一样。