眾所周知，隨著溫度升高，電子器件可靠性和壽命將呈指數規律下降。對于LED產品和器件來說，選用導熱系數和熱阻盡可能小的原材料是改善產品散熱狀況、提高產品可靠性的關鍵環節之一。在LED產品中，經常會使用到大量的導熱電絕緣界面材料，而由于導熱材料本身質量參差不齊，同時，由于各家使用的測試設備和測試方法不同，經常導致同一產品測得的熱阻或導熱系數出入較大，造成實際使用中經常出現糾紛、數據誤解、造假等亂象。鑒于此，金鑒LED品質實驗室專門推出“導熱系數鑒定”的業務，通過金鑒實驗室特定檢測設備和標準規范LED市場，逐漸形成統一標準，給出可參考的LED導熱材料熱阻或導熱系數值。

導熱系數-金相法與導熱系數-掃描電鏡法：

1.定義

（1）導熱系數-金相法：根據ASTM D5470-2017熱導性電絕緣材料的熱傳輸特性的標準試驗方法，采用金相顯微鏡對樣品進行金相截面拍照，測量絕緣層厚度，計算得出導熱系數。

（2）導熱系數-掃描電鏡法：根據ASTM D5470-2017熱導性電絕緣材料的熱傳輸特性的標準試驗方法，采用掃描電子顯微鏡及能譜儀對樣品進行截面形貌拍照，測量截面各層結構（白油、銅箔、絕緣層和基材等）厚度，并對絕緣層進行元素檢測，計算得出導熱系數。

2.區別

（1）區別一：采用不同的儀器設備進行切片拍照測試，金相法采用的是金相顯微鏡，掃描電鏡法采用的是掃描電子顯微鏡及能譜儀。

（2）區別二：金相法僅提供樣品絕緣層厚度數據，掃描電鏡法則提供測樣品整體截面形貌、各層結構（白油、銅箔、絕緣層和基材等）厚度以及絕緣層元素成分。

3.優缺點

（1）導熱系數-金相法

優點：可快速在金相下拍照測量，測試周期較短以及費用較低。

缺點：只提供送檢樣品絕緣層厚度圖片，且金相測量精度相對較低，會直接影響導熱系數結果。

（2）導熱系數-掃描電鏡法

優點：可觀察樣品截面形貌、各層結構（白油、銅箔、絕緣層和基材等）厚度以及絕緣層元素成分，測量精度高，導熱系數結果更準確。

缺點：費用相對較高。

服務客戶：

PCB、MCPCB板生產廠商，陶瓷基板生產商，導熱膏、導熱片和導熱類塑料生產商，金屬散熱器生產商，LED燈具廠，LED照明廠

金鑒導熱系數/熱阻鑒定具有以下幾大優勢：

1.統一檢測標準：由于各家使用的測試設備和測試方法不同，經常導致同一產品測得的熱阻或導熱系數出入較大，造成實際使用中經常出現糾紛、數據誤解、造假等亂象。金鑒通過特定的檢測設備和標準規范LED市場，逐漸形成統一標準，給出大眾認可、極具參考性的LED導熱材料熱阻或導熱系數值。

2.為價格比較提供數據支撐：以鋁基板為例，不同產品導熱系數的高低直接決定了其價格的高低，1W/m?K和2W/m?K的材料價格可以相差近一倍。然而由于各檢測設備和測試方法不同，有的采用基板的整個厚度作計算，有的以絕緣層厚度作計算，在產品甄選時極易導致導熱系數的比較出現造假、誤解等亂象，金鑒LED品質實驗室擁有業內最高端和穩定的材料導熱系數/熱阻測試設備，引用業內目前最公認的測試標準，對測試結果附以詳細的解釋說明，為客戶在產品甄選時提供最有力的數據支撐。

3.結果公正、數據可查：金鑒LED品質實驗室通過了CMA等資質認定，也是全世界范圍內唯一一家推出導熱系數/熱阻鑒定的公司，檢測結果和數據絕對公正可信，并可以在金鑒實驗室的官方網站 syshcw.cn查詢。

關鍵詞定義：

熱阻：熱量在熱流路徑上傳遞時遇到的阻力，反映介質或介質間的傳熱能力的大小，表明了1W的熱量在1m²的面積內所引起的溫升大小，單位為m²K/W或m²℃/W。

導熱系數：在穩定傳熱條件下，1m厚的材料，上下兩側表面的溫差為1度（K,°C），在1秒內，通過1m²面積傳遞的熱量，用λ表示，單位為瓦/米?開爾文（W/m?K），此處K可用°C代替。（注意攝氏度和開爾文僅在溫標表示上有所區別，在表示溫差的量值意義上等價，因此這些單位中的℃和K可以任意互相替換。）

檢測方法：

針對導熱硅膠片、導熱硅脂、硅膠布、相變材料、鋁基板、覆銅基板（導熱系數0.05W/mK--50.00W/mK），選擇穩態熱流法；針對金屬、合金等均勻的、各向同性高導熱的固體材料，選擇激光閃射法。

檢測標準：

穩態熱流法: ASTM D 5470-17;  激光閃射法：ASTM E1461

穩態熱流法測試原理：

穩態熱流法是基于測試兩平行等溫界面中厚度均勻試樣的理想熱傳導。試樣兩接觸界面間施加不同溫度，使得試樣上下兩面形成溫度梯度，促使熱流量全部垂直穿過試樣測試表面而沒有側面的熱擴散。測試方法：將厚度一定的方形樣品插入于兩熱等溫的平行表面之間，熱梯度通過兩接觸面的溫度差施加在試樣上，導致熱流從試樣通過，熱流垂直且均衡的穿過測試表面，同時確保無橫向熱傳輸。設備通過偵測出流過試樣的熱流量及熱端面和冷端面的溫度，推算出試樣的熱阻及導熱系數。

樣品尺寸：正方形：26mm×26mm，厚度<5mm；

測試標準：ASTM D 5470-17

測試項目：導熱系數、熱阻

測試范圍：熱阻＞0.01℃?cm2/W，熱傳導系數＜20W/m℃，適用于低導熱材料；可控制材料之受熱面溫度或冷卻面溫度，分析材料在不同溫度下的熱阻，不同壓力及加熱功率的熱阻測試，可作材料于長期反復加熱之壽命試驗。

測試溫度：室溫 to 180℃

測試類別：硅膠、硅橡膠、導熱樹脂、固體絕緣材料、導熱膏、導熱片、導熱膠、界面材料、相變化材料、玻璃、陶瓷、氧化鋁瓷、氧化鈹瓷、金屬、基板、鋁基板、覆銅基板、軟板導熱硅膠、導熱灌封膠、導熱雙面膠、導熱絕緣墊片、鋁箔散熱膜、銅箔散熱膜、鋁制散熱片、天然石墨膜、人工石墨膜、納米碳散熱膜、導熱塑料、導熱陶瓷、導熱相變材料、石墨烯散熱膜等低導熱材料。檢測材料為固態片狀，加圍框可檢測粉狀態材料及膏狀材料。

激光散射法測試原理:

激光散射法是使用脈沖激光照射到試樣的一個表面，然后通過紅外線測溫器監控另一表面的溫度變化情況。激光閃射法測量材料導熱系數的原理是根據導熱系數K與熱擴散系數A、比熱容c和體積密度Q三者之間的關系，如下式給出，首先測出試樣的體積密度Q，然后分別或者同時測量出材料的熱擴散系數A和比熱容c，則根據下式即可計算出材料的導熱系數。

激光閃射法的物理模型是，如果能量為Q的激光脈沖被一圓片狀試樣(厚度為L)的正面吸收，同時試樣及激光脈沖應滿足以下條件：1、熱量在試樣內是一維熱流；2、試樣表面沒有熱損失；3、激光脈沖能量被試樣正面均勻吸收；4、激光脈沖寬度足夠；5、激光脈沖能量的吸收僅在正面很小的厚度內發生；6、試樣是均勻不透光的；7、試驗條件下,溫度保持恒定。當測試過程滿足以上條件時，那么在試樣內熱量的傳輸可認為是一維熱流。因此，由激光脈沖瞬間輻射而引起背面的溫度變化及分布可用簡化的數學方法進行描述和計算。

測試介紹

激光頭位于儀器下部位，樣品放置在管狀爐體中央的樣品支架上。不同類型的爐子可達到的最高測試溫度不同，最高可達1000℃（石墨爐體）。用InSb檢測器測量樣品背部的溫升，該檢測器位于系統的頂部。儀器的垂直結構確保了良好的信噪比與樣品形狀的靈活性。應用激光閃射法時，樣品在爐體中被加熱到所需的測試溫度。隨后，由激光器產生的一束短促激光脈沖對樣品的前表面進行加熱。熱量在樣品中擴散，使樣品背部的溫度上升。用紅外探測器測量溫度隨時間上升的關系。

樣品尺寸：圓柱的片狀：直徑12.7mm±0.1mm，厚度:0.5mm～4mm。

測試標準：ASTM E1461

測試項目：導熱系數、熱擴散系數、比熱容

導熱系數范圍：0.1~2000W/m·K

測試溫度：室溫 to 1000°C

測試類別：金屬、合金、塑料、陶瓷、橡膠、粉末、纖維（需壓片）等均勻、各向同性的固體材料的導熱性能，導熱系數最高可以測試2000W/m·K。

金鑒實驗室應用舉例：

案例1：LED鋁基板

LED鋁基板的導熱系數和基板中間的絕緣層有關，因此，測試鋁基板的導熱系數，實際上是測量絕緣層的導熱系數，在測試過程中要涉及到切片用掃描電鏡測量絕緣層的厚度，在通過計算公式得出絕緣層的厚度。下面這個導熱系數認證案例，金鑒測得基板的總熱阻為0.72℃·cm²/W。取送測基板，制作切片樣品，掃描電鏡SEM測得基板厚度約1232.14μm，絕緣層厚度約132.60μm，通過計算得出絕緣層導熱系數1.851W/m·℃，此數值也為該鋁基板的導熱系數。

基板樣品

               掃描電鏡測試基板總厚度                                掃描電鏡測試絕緣層厚度

測試結果表1

案例2：導熱膏

客戶送測A、B兩款導熱膏樣品，要求于熱面溫度為80℃狀態下，對兩款導熱膏樣品進行導熱系數對比測試。測試中，采用如下圖所示的治具，控制樣品分別在0.1mm，0.2mm，0.3mm厚度，分別測試樣品在三種厚度下的熱阻，從而可以在以厚度為橫坐標、熱阻值為縱坐標的坐標系中擬合出一條直線，直線的斜率的倒數即為導熱膏樣品的導熱系數。

     導熱膏厚度限定治具

A、B兩款導熱膏測試結果

由A、B兩款導熱膏測試結果對比表可知，樣品A導熱系數優于樣品B，測試結果一目了然。

案例分析3

某LED公司在研發某款新產品時，委托金鑒對氮化鋁陶瓷基板做導熱系數鑒定測試。測試結果滿足客戶開發的新產品要求的各項指標，最終客戶選用這款基板作為散熱基板。

測試樣品

檢測條件：環境溫度：23±2℃； 濕度：50±5%R.H；

檢測標準：ASTM E1461用閃光法測定熱擴散率的標準試驗方法

測試結果：