本文引用GB/T 46773—2025《超薄陶瓷基片导热系数试验方法 闪光法》

1范围

本文件描述了用闪光法测试高导热陶瓷基片室温到300℃导热系数的试验方法。

本文件适用于厚度在0.1 mm~1 mm、室温导热系数在50 W/（m·K）~2 000 W/（m·K）的均质高导热陶瓷基片材料。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T 22588—2008闪光法测量热扩散系数或导热系数

TD22588-2型闪光法热扩散系数及导热系数试验仪

GB/T 25995精细陶瓷密度和显气孔率试验方法

GB/T 39862—2021高热导率陶瓷导热系数的检测

3术语和定义

GB/T 22588—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1陶瓷基片ceramic substrate

可在其表面印制导体图形、膜元件或粘贴电子元器件的一种片状陶瓷支撑物。注：简称基片。

4原理

在一定的设定温度下，样品受高强度、短时能量脉冲辐射，受光面吸收脉冲能量使背面温度升高，记录样品背面温度的变化曲线（如图1所示）。根据样品厚度和背面温度达到最大值的某一百分率（通常取50%）所需时间计算出样品的热扩散系数。根据样品的热扩散系数、体积密度和比热容，计算出样品的导热系数。

标引符号说明：

ΔT——样品背面温度变化；

t——时间。

图1样品背面温度随时间变化曲线

5热扩散系数的测量

5.1试验设备

试验设备的基本构成见图2，包括闪光源、加热炉、样品支架、背面温度探测器和信号采集与处理系统，技术要求应符合GB/T 22588—2008中第7章的规定。

标引说明：

1——闪光源；2——加热炉；3——样品支架；4——背面温度探测器；5——样品热电偶；6——温度控制器；7——信号采集与处理系统；8——样品托；9——紧固滑块；10——紧固螺丝；11——样品；

l——样品长度；y——样品宽度；w——样品厚度；L——夹具内部长度；Y——夹具内部宽度（随紧固滑块的移动而变化）；d——样品托底部平台宽度。

图2闪光法试验设备及夹具示意图

5.2夹具

夹具用来装载和紧固样品，如图2所示，要求如下：

a）夹具主要由样品托、紧固滑块、紧固螺丝组成，紧固滑块可随着紧固螺丝的移动前后移动，保证样品不松动，样品托底部平台可放置样品，保持底面平行；

b）夹具材质不应与样品及样品支架发生化学反应，可使用不锈钢制成；

c）夹具的外形尺寸取决于所使用设备的样品支架，内部尺寸见图2。

5.3样品制备

样品制备过程如图3所示，要求如下：

a）先通过机械加工或激光切割等方法制成长度、宽度一致的陶瓷条（加工数量m依据制备完成后的样品宽度y与陶瓷基片厚度估算）；

b）陶瓷条长度l推荐尺寸为（13±0.1)mm，陶瓷条宽度w推荐尺寸为2 mm~4 mm，且w偏差小于0.01 mm，长边切割面加工平整，长边切割面加工后粗糙度小于0.8μm；

c）测量陶瓷条宽度w，精确至0.001 mm，至少选择三个不同的陶瓷条进行测量，取其算术平均值；

d）将加工完成的陶瓷条排列整齐装入夹具；

e）使用扭力螺丝刀对样品进行紧固，施加扭矩值范围（0.5±0.1)N·m；

f）拼接完成后的样品不松动且表面平整，拼接后样品宽度y与长度l尺寸接近，陶瓷条宽度w即为拼接后的样品厚度。

标引说明：

1——陶瓷基片；2——加工陶瓷条；3——翻转90°；4——拼接陶瓷条；5——制备完成的样品；

l——样品长度（即陶瓷条长度）；w——样品厚度（即陶瓷条宽度）；y——样品宽度；m——陶瓷条加工数量。

图3样品制备过程示意图

5.4试验步骤

按照GB/T 22588—2008中第10章规定的方法，样品在每个测试温度下测量三次热扩散系数。

6比热容的测量

比热容（Cp）按照GB/T 39862—2021中第6章规定的方法进行测试。

7体积密度的测量

体积密度(ρ)按照GB/T 25995规定的方法进行测试。

8结果计算

8.1导热系数计算

根据公式（1）计算样品的导热系数(λ),结果按照GB/T 8170进行数值修约，结果保留一位小数。

λ=α•Cp•ρ…………………………（1）

式中：

λ——导热系数，单位为瓦每米开[W/（m·K）]；

α——热扩散系数，单位为平方米每秒（m2/s）；

Cp——比热容，单位为焦每千克开[J/（kg·K）]；

ρ——体积密度，单位为千克每立方米（kg/m3）。

注：在试验温度范围内，样品的密度近似视为与室温条件下保持不变。

8.2导热系数的平均值和标准偏差

在对应温度下，导热系数的平均值λ和标准偏差s分别按照公式（2）和公式（3）计算：

式中：

9试验报告

试验报告应包含但不限于以下内容：

a）本文件的编号；

b）样品说明，包括陶瓷基片的厚度、拼接完成后的样品长度、宽度、厚度；

c）设备信息，包括所用仪器的制造厂家、型号；

d）试验结果，包括测试温度、导热系数的平均值和标准偏差，以及比热容、体积密度的测试值和测试标准；

e）试验日期；

f）与测试及其结果相关的备注。

附录A（资料性）

一种Si3N4陶瓷基片导热系数的测试示例

表A.1为尺寸138 mm×190.5 mm×0.32 mm的Si3N4陶瓷基片，采用本文件给出的试验方法得到的导热系数测试结果。

表A.1 Si3N4陶瓷基片导热系数测试结果

参考文献

[1]GB/T 14619—2013厚膜集成电路用氧化铝陶瓷基片