大功率器件及材料的热特性表征技术研究进展

以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体高功率密度的发展受限于自身热积累效应引起器件结温升高问题,严重导致器件性能和可靠性的下降。因此,器件的热管理已成为大功率器件研发和应用领域的一个重要研究方向,而器件本身及其材料的热特性表征贯穿于功率器件散热技术开发的整个过程,是评估和指导热管理研发的重要途径。为此,综述了国内外正在开展的器件芯片级热特性表征技术研究进展,系统分析了器件结温、外延薄膜热导率、界面热阻等热性能表征技术的优势及局限性,并阐述了这些热性能表征技术对芯片级热管理开发提供的技术指导及其面临的技术挑战。     

宁波材料所在制备高导热环氧复合材料方面取得进展

<正>第三代半导体材料先进电子器件的功能性、集成度和功率密度的持续提高,势必会造成器件运行产生废热的高度集中。电子封装材料是电子器件热管理的关键,目前使用的环氧树脂电子封装材料的导热性能已不能满足先进半导体材     

高导热金属基纳米复合材料的研究动态

正随着电子工业的飞速发展,微波电子、微电子、光电子和功率半导体器件的集成度越来越高,功率密度越来越大;电子元件和集成电路芯片产生的大量热量,如果得不到及时散除会造成温升,导致器件失效。因此,电子及半导体工业对散热基板和热沉等热管理材料提出了更高要求,亟待开发新型高导热热管理材料。当前,纳米技术尤其是纳米碳增强金属基复合材料的迅速发展,给高导热金属基复合材料的发展带来了新的机遇。纳米碳增强体包括:碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片、纳米金刚石等,不但具有优异     

高亮度LED灯具热界面材料制备及热模拟分析

利用具有优异导热性能的石墨烯制备了石墨烯／硅油热界面复合材料,研究了材料的相关性能,并将其用于高亮度LED路灯上的散热封装,在对其封装散热效果分析时发现,该热界面材料能有效地降低器件界面热阻,改善高亮度LED的散热问题;同时采用有限元模拟软件ANSYS对热界面材料的散热效果进行模拟,为改进LED封装技术提供了依据。     

大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展

随着LED(light emitting diode)器件功率的增大,造成结温升高并导致LED器件可靠性和使用寿命明显降低。因此开发高效、低成本,且可靠性高的散热技术与散热材料已成为大功率LED器件研发领域的一个重要研究方向。从LED芯片结构设计、辅助散热装置及封装散热材料的设计与选用这3个方面对大功率LED器件的散热技术与散热材料研究进展进行了综述。     

数值模拟在大功率LED封装热分析中的应用现状

综述了采用计算机模拟方法研究芯片衬底材料及厚度、键合材料及厚度、热沉材料及厚度、透镜材料、散热肋片结构、榆入功率、空气对流换热系数、外加热管等对大功率LED散热性能影响的现状.芯片的结温随衬底材料、热沉材料热导率的升高呈先快速降低而后缓慢降低的趋势,选用热导率高的键合材料会对降低芯片结温起到一定作用,而透镜材料对LED散热性能的影响较小.LED的输入功率与芯片结温呈正比关系,散热器结构与散热方式会时LED散热性能有不同的影响.此外,还指出了提高大功率LED散热能力的途径.     

薄膜热导率测量方法研究进展

薄膜材料对微纳器件制造不可或缺,而其热导率直接限制微纳器件的散热性能,从而影响器件的可靠性。因此,研究薄膜热物理性质对于半导体器件的制造以及集成电路的设计极为重要。为此,对薄膜材料热导率测量方法进行了综述,并在分析薄膜微结构模型的基础上,对热导率测量方法进行了可行性分析,从而为薄膜材料热性能测量提供技术参考。     

微型星用可变辐射器

微型星用热开关辐射器因其辐射能力可根据需要主动调节,整体采用薄膜和微结构制造,具有轻小、低功耗等的特点,非常适合于微/纳卫星热控应用.国外同类器件主要采用硅工艺制作,由于材料和工艺限制,器件热性能较差.本文提出了一种基于激光微加工技术,采用聚酰亚胺作为结构材料的微型星用热开关辐射器,介绍了器件的工作原理,对器件结构和热性能进行了理论分析,确定了影响器件性能的主要因素.然后采用紫外激光微加工、浸渍提拉法和磁控溅射薄膜沉积等技术制作了微型热开关辐射器样件,并进行了驱动电压和性能测试.测试结果表明,样件驱动电压为97V,辐射功率调节量约为0.1W.最后对测试结果进行了分析和讨论,提出了改进方案.     

半导体制冷器在弱散热条件下的制冷性能分析

利用ANSYS Workbench中的热电耦合模块对3款型号半导体制冷器进行建模与数值模拟,并将模拟结果与文献进行对比。基于此模型分析了在热端散热条件受到限制的情况下3款型号半导体制冷器制冷性能的变化规律。研究表明:热端散热条件对功率越大的器件影响越显著,在冷端温度为10℃时大功率器件的散热量较小功率器件高出13. 8%,热端温度高出7. 7℃,其制冷量与制冷系数仅为后者的25. 7%和19. 7%。将输入电压由12 V减小为9 V后,在相同的散热条件下大功率器件的制冷量增加了2. 1 W,增幅达211%,制冷系数增幅达142%。但其性能依然不及其余两款小功率器件。因此,在热端散热条件受到限制时,适当减小器件的输入功率反而可以得到更好的制冷性能,且小功率器件更适合在该场合下使用。在器件的冷端温度高于室温时,大功率器件的热端温度容易过高,影响器件使用寿命甚至烧毁器件。将输入电压由12 V减小为9 V后,大功率器件的制冷量较小功率器件高6. 9%。因此,在适当减小输入功率后,大功率器件会更适合冷端温度高于室温的制冷工况。     

环路热管精密控温性能的热真空实验研究

本文研制了一套高性能的改进型环路热管,具有驱动功率与散热功率分离的特点,具备对多个分散热源的控温与散热能力。为验证改进型环路热管的精确控温的性能,本文以CCD相机的4个CCD器件作为控温对象,在热真空环境下,对环路热管进行了稳态运行测试、热补偿功率测试及不同蒸发器加载功率测试。实验结果表明:通过控制改进型环路热管的储液器温度可以实现控制CCD器件的温度,控温精度在±0. 5℃以内;对于CCD器件开关机引起的温度波动,提出了3种维持器件温度稳定性的方法,并通过实验及理论分析验证了其可行性。     

非对称热环境下人体热舒适度模型研究进展

本文根据热空间模型、人体热生理模型和人体热心理模型的分类标准,对非对称热环境下人体热舒适度研究进行全面综述。热空间模型通过空调、环境参数直接预测人体客观、主观反应,人体热生理模型通过研究人体内部主动、被动生理调节预测人体生理参数,人体热心理模型侧重研究生理参数和主观反应的联系或人体如何适应热环境,最后概述了各模型的优点及局限。结果表明:热空间模型与选用的空间结构具有重大联系,一旦空间结构改变,模型建立的很多关系便无法成立,在车辆的应用领域价值更大;大多数热生理及热心理模型不够全面或仅限于特定环境,只有少数能够通过详细的体温调节解决人类对非均匀和瞬态条件的反应;Berkeley热舒适模型同时涵盖了热生理及热心理模型,但其耦合模拟过程过于复杂,而等效温度模型虽然精度相对较低,但由于其运算简便受到更广泛的应用;自适应模型充分考虑了人的主观能动性,但仍处于初级研究阶段。     

有机保温材料热解行为的研究进展

介绍了热降解机理和有机保温材料的热解行为的研究进展,着重介绍了聚苯乙烯类(EPS和XPS)、聚氨酯类(PU)和橡塑保温材料(NBR/PVC)3种有机保温材料近年来的热解研究进展,指出其重要的研究手段通常是热分析技术或热分析与其他技术联用,同时也阐述了有机保温材料热分析今后的研究发展方向。     

Realizing the Accurate Measurements of Thermal Conductivity over a Wide Range by Scanning Thermal Microscopy Combined with Quantitative Prediction of Thermal Contact Resistance

Quantitative thermal performance measurements and thermal management at the micro-/nano scale are becoming increasingly important as the size of electronic components shrinks. Scanning thermal microscopy (SThM) is an emerging method with high spatial resolution that accurately reflects changes in local thermal signals based on a thermally sensitive probe. However, because of the unclear thermal resistance at the probe-sample interface, quantitative characterization of thermal conductivity for different kinds of materials still remains limited. In this paper, the heat transfer process considering the thermal contact resistance between the probe and sample surface is analyzed using finite element simulation and thermal resistance network model. On this basis, a mathematical empirical function is developed applicable to a variety of material systems, which depicts the relationship between the thermal conductivity of the sample and the probe temperature. The proposed model is verified by measuring ten materials with a wide thermal conductivity range, and then further validated by two materials with unknown thermal conductivity. In conclusion, this work provides the prospect of achieving quantitative characterization of thermal conductivity over a wide range and further enables the mapping of local thermal conductivity to microstructures or phases of materials.     

西安市冬季办公建筑和商场室内热环境调查研究

于2010年1月对西安市5栋办公楼和3栋商场的冬季采暖系统进行调查,测试了建筑室内温湿度等参数,并对室内人员热舒适情况进行了问卷调查。调研结果表明：被调查建筑内热源形式主要为市政蒸汽和燃气锅炉;冬季办公楼和商场内平均空气温度分别为19.9℃和21.1℃,满足热舒适空调的要求,但是商场内平均温度偏高,不符合建筑节能的要求;而两种类型建筑内平均空气相对湿度都要低于30%,空气较干燥。通过问卷调查统计得到办公楼和商场内人们的热感觉、热舒适以及满意程度百分率分布情况,都有高于83%的人感觉满意和刚好满意,满意程度都较高。进一步地分析得到办公楼和商场内实际热中性温度分别为18.8℃和18.7℃,并获得了对应的能被80%的人所接受的热舒适温度范围。     

导热高分子材料在包装印刷领域的研究进展

目的综述导热高分子材料在包装印刷领域的应用及研究现状,拓展导热高分子材料的应用领域。方法首先介绍2类导热高分子材料的制备方法,即本征型和填充型导热高分子材料;其次全面综述用于包装印刷领域的导热膜/纸、导热胶黏剂和导热油墨;最后总结常用的各类导热机理模型。结果与本征型导热高分子相比,填充型导热高分子具有加工简单、成本低廉、应用面广等优点,是目前研究最多的导热高分子材料。导热膜/纸、导热胶黏剂和导热油墨具有广泛的研究基础,市场需求旺盛。导热预测模型虽能够有效预测复合材料的热导率,但会受到填料含量和粒子形貌的影响。结论导热高分子材料在包装印刷领域拥有巨大的应用需求,开展导热高分子的研究具有重要的现实和理论意义。     

影响材料热膨胀系数的主要因素

材料膨胀系数的选用对精密机械热误差修正的结果好坏有着决定性的影响。在工程实际中,各种手册或工具书中提供的材料热膨胀系数均为在确定条件下的实验测得值,并且不同参考资料上同种材料的热膨胀系数有较大的出入。文章系统地分析了影响材料热膨胀系数的参考值的主要因素,指出热膨胀系数定义的差异,测量方法的差异。试样化学成分、加工方法和形体尺寸是影响参考值的主要因素。文章为在工程实际中选用恰当的材料热膨胀系数提供了依据。     

热舒适参数选取中存在的问题分析

为了实现热舒适研究的国内外接轨、修正地区性设计规范以及促进建筑节能的可持续发展,本文针对PMV、TSV、TCV对人体热舒适性的评价结果存在差异、所得热舒适参数也不尽一致的现象,分析了产生这些现象的原因,给出了相应的建议,并提出了综合考虑国内外标准规定、现场实测及问卷调查结果来确定热舒适参数的思路。结合研究实例,利用这一方法得到了合理的室内热舒适参数。     

双陶瓷层热障涂层的隔热行为有限元模拟研究

基于热传导、热对流和热辐射理论建立了双陶瓷层热障涂层不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS软件模拟了稳态温度场。结果表明双陶瓷层在不透明时,随总厚度或顶层厚度增加,顶层上表面温度近似线性增加,第2层和粘结层上表面温度近似线性降低。在陶瓷层半透明条件下,衰减系数对各层温度有一定影响。在衰减系数很大时,各层温度与不透明情况类似;在衰减系数较小时,顶层上表面温度略低于不透明时,第2层上表面温度略高于不透明时,粘结层上表面温度先快速后缓慢降低并保持不变,且远高于不透明时,界面反射能降低各层温度。     

染料多次热转移印刷色带

本文介绍了反复使用的染料多次热转移移印刷色带的特点,热力学原理和主要原材料。并为读者提供了几个配方和简单的制备工艺。     

Deformation Data from Thermal Marking

Abstract: A novel experimental technique for strain measurement, named thermal moiré, and based on a combination of thermography and moiré concepts, is presented in this paper. The proposed technique essentially involves the temporary imprinting of a thermal pattern onto the surface of the object of interest as a substitute for conventional gratings, to remove the need for physical printing, etching or bonding. In materials with low diffusivity, the thermal pattern can be observed with an infrared camera and analysed using conventional techniques. Work on the development of suitable laboratory apparatus is described, and preliminary experimental results are presented to illustrate the feasibility of the method.