熱界面材料作為芯片散熱系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，其導(dǎo)熱性能直接決定熱量傳遞效率，精準(zhǔn)測量導(dǎo)熱系數(shù)對材料篩選與優(yōu)化至關(guān)重要。紫創(chuàng)測控luminbox聚光太陽光模擬器憑借光譜匹配性好、功率可調(diào)范圍寬、加熱均勻性高等優(yōu)勢，突破傳統(tǒng)導(dǎo)熱測量方法的局限，可為芯片熱界面材料提供了高效、精準(zhǔn)的測量方案。本文將詳解聚光太陽光模擬器在芯片熱界面材料的熱傳導(dǎo)機理、導(dǎo)熱測量方法、原理以及應(yīng)用優(yōu)勢。

聚光條件下的材料熱傳導(dǎo)機理

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芯片的熱傳導(dǎo)機理

熱界面材料在高熱流環(huán)境下的熱傳導(dǎo)，是決定芯片封裝熱管理效率的核心，也是評估其在實際芯片工況下散熱性能的關(guān)鍵。聚光加熱模式下，熱界面材料的熱傳導(dǎo)呈現(xiàn)顯著瞬態(tài)特征。實驗表明，10Hz調(diào)制頻率對應(yīng)的熱波穿透深度約100μm，與典型超薄熱界面材料厚度匹配，確保熱擴散信息的完整捕獲。

高導(dǎo)熱材料（>5 W/(m?K)）的溫度相位滯后顯著小于低導(dǎo)熱材料，這一特性為導(dǎo)熱系數(shù)反演提供了敏感表征參數(shù)。通過建立三維熱傳導(dǎo)數(shù)值模型，系統(tǒng)分析聚光功率、調(diào)制頻率與材料導(dǎo)熱性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律，可實現(xiàn)各向異性導(dǎo)熱系數(shù)的精準(zhǔn)提取，解決了傳統(tǒng)方法難以表征材料方向性熱性能的難題。

芯片熱界面材料的導(dǎo)熱測量方法

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1.樣品制備

選取硅脂、相變材料、納米復(fù)合材料等典型芯片熱界面材料，制備直徑20-50 mm、厚度 0.1-1 mm 的圓形樣品，確保樣品表面平整無缺陷，減少接觸熱阻對測量結(jié)果的影響。

2.實驗搭建

將樣品固定在導(dǎo)熱系數(shù)測量夾具中，上下表面分別貼合銅質(zhì)散熱塊與溫度傳感器。調(diào)整聚光太陽光模擬器的聚光倍數(shù)與照射角度，使熱流垂直均勻覆蓋樣品表面，同時通過控溫單元維持環(huán)境溫度穩(wěn)定在25℃±0.5℃。

3.數(shù)據(jù)采集與處理

啟動聚光太陽光模擬器后，待樣品達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)（溫度波動≤0.1℃/min），記錄輸入熱功率與上下表面溫差數(shù)據(jù)。每組樣品重復(fù)測量3 次，取平均值作為最終導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果，通過標(biāo)準(zhǔn)差分析測量重復(fù)性。

聚光太陽光模擬器的技術(shù)原理

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1.核心構(gòu)成

聚光太陽光模擬器的輻照分布

聚光太陽光模擬器主要由光源系統(tǒng)、聚光光學(xué)系統(tǒng)、光譜校正模塊與控溫單元組成。光源采用氙燈模擬太陽光光譜，通過凹面反射鏡與凸透鏡組合實現(xiàn)功率聚光，可提供500多個太陽的高聚光能量（1sun=1000w/m2），可調(diào)節(jié)匹配芯片實際工作熱負(fù)荷。

2.測量原理

基于穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)定律，當(dāng)聚光太陽光模擬器產(chǎn)生的恒定熱流垂直作用于熱界面材料樣品時，樣品上下表面形成穩(wěn)定溫度差。通過高精度熱電偶測量溫差數(shù)值，結(jié)合樣品厚度、面積與輸入熱功率，依據(jù)公式λ=Q?d/(A?ΔT)計算導(dǎo)熱系數(shù)（λ 為導(dǎo)熱系數(shù)，Q 為熱流量，d 為樣品厚度，A 為樣品面積，ΔT 為上下表面溫差）。

聚光太陽光模擬器的應(yīng)用優(yōu)勢

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與傳統(tǒng)方法相比，聚光太陽光模擬器測量具備三大突出優(yōu)勢：

非破壞性，無需接觸樣品，保持了材料的原始狀態(tài)；

高時空分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)微米尺度的局部熱物性分析；

快速瞬態(tài)響應(yīng)，可模擬真實芯片的瞬態(tài)熱負(fù)荷。

聚光太陽光模擬器憑借其高功率密度、光譜匹配性與加熱均勻性，為芯片熱界面材料的導(dǎo)熱測量提供了可靠的解決方案。該方法有效克服了傳統(tǒng)接觸式測量的局限性，實現(xiàn)了非破壞、高精度的熱物性表征，尤其適用于超薄與各向異性新材料。其提供的在高熱流條件下的性能數(shù)據(jù)，對于材料篩選和配方優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。

Luminbox 聚光太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測控Luminbox 聚光太陽光模擬器以高性能氙燈為核心光源，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)AM1.5G 太陽光譜（可選 AM0、AM1.5D 光譜版本），可輸出高聚光能量，輻照穩(wěn)定可控，可為環(huán)境模擬、材料測試及航空航天驗證提供專業(yè)光照解決方案。

可提供500多個太陽的高聚光能量（1sun=1000w/m2）

時間不穩(wěn)定性和光譜匹配JIS C 8912/IEC 60904-9 2nd/ASTM E927-5的A Class標(biāo)準(zhǔn)

紫創(chuàng)測控Luminbox的聚光太陽光模擬器已應(yīng)用于材料科學(xué)、新能源、航空航天等領(lǐng)域，推動科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。未來，Luminbox將持續(xù)優(yōu)化聚光技術(shù)，提升光譜適配性與輻照穩(wěn)定性，為更多高要求場景提供更高效的解決方案。