炎懷科技導熱測量儀-芯片與功率器件熱管理的超高導熱石墨烯測試

在高功率電子器件持續向高集成、高功率密度發展的背景下，散熱問題已成為制約系統性能與可靠性的關鍵因素。圍繞芯片與功率器件的熱管理需求，各類高導熱材料正在被廣泛應用于實際工程中，包括紫銅、氮化鋁、導熱界面材料以及石墨類均溫擴散材料等。這些材料在不同結構層級中承擔著熱傳導、熱擴散與界面導熱等關鍵作用，共同構建完整的熱管理路徑。

散熱問題制約系統性能與可靠性

隨著器件功率密度進一步提升，傳統金屬與陶瓷材料在輕量化與熱擴散效率方面逐漸接近性能瓶頸。以石墨、石墨烯、金剛石/銅基復合材料為代表的高導熱材料，憑借其優異的導熱能力，開始在5G通信、功率電子、消費電子及新能源系統中得到廣泛應用，成為提升熱擴散效率的重要技術路徑。

圍繞這類高導熱材料的工程應用，一個核心問題逐漸凸顯—如何準確、穩定地獲得其真實導熱性能參數，并將其有效引入熱管理設計與仿真模型

炎懷科技TPS-YH100快速導熱測量儀搭載0.05 mm柔性傳感器以降低接觸熱阻影響，并攻克微納伏級電橋平衡技術抑制電路噪聲與系統誤差，配合內置 7 位半高精度Keithley數字萬用表可進行高速高精度數據采集，最快測試時間可達 0.2 s，導熱測量能力覆蓋至 2000 W/(m·K)，實現關鍵測試能力的國產替代，為半導體與功率電子等關鍵領域提供自主可控的測試支撐。

近期，我們面向客戶開展了一組超高導熱石墨烯膜的導熱測試服務。如圖1（a）所示，該石墨烯薄膜的厚度為0.21 mm。隨后，將兩片同尺寸的樣品裝夾與傳感器之間，并用標配的工裝加緊，如圖1（b）所示。

圖1 石墨烯樣品與裝夾

樣品裝夾完成后，啟動測試軟件。炎懷科技TPS-YH系列導熱測試儀圍繞實際測試流程對操作界面進行了優化。對于薄板類樣品，平板模塊適用于厚度約0.07~10 mm范圍內材料的面向導熱測量。結合石墨烯膜的樣品形態，本次測試選擇平板模塊，并采用雙面法測量模式，如圖 2（a）所示。完成測量模塊與模式設定后，按照界面提示配置測試參數，或直接調用歷史保存的參數方案，如圖 2（b）所示。

圖2 測試軟件設置

測試完成后，數據結果如圖3所示。綜合多次擬合結果，取其穩定區間平均值，得到該石墨烯膜樣品的面內等效導熱系數為：1475 W/(m·K)。該結果表明該石墨烯膜樣品在片層取向度優化、界面熱阻控制及導熱網絡構建方面已達到較高水平，能夠在極短時間內將局部熱量快速擴散，有效降低熱點溫度并改善溫度分布均勻性，對于5G通信射頻器件、功率模塊以及高集成芯片的散熱設計具有重要意義。測試結果可直接作為熱仿真模型輸入參數，為散熱結構優化與材料選型提供可靠數據支撐。

圖3 石墨烯膜導熱結果

該測試結果進一步體現了炎懷科技TPS-YH導熱儀在高導熱材料測試中的優越性能。依托柔性傳感器與微納伏級電橋平衡技術的協同作用，系統能夠在短時間內獲取高信噪比的溫升響應信號，并在極短擬合區間內實現穩定計算，非常適用于石墨、石墨烯及金剛石增強相復合材料等超高導熱的精確測量。