热传导-Hot Disk 陶瓷基板的热膨胀与散热性能评估：TMA与Hot Disk的关键应用

随着电子设备的高功率密度发展，陶瓷基板因其优异的高热传导性High K、低热膨胀系数（CTE）、耐高温等特性，在高性能电子封装、LED 散热基板、功率模组与5G通讯设备中广泛应用。然而，为了确保其在极端工作环境下的稳定性，必须透过精确的热机械分析（TMA）与热传导测试来评估其材料热特性。

➤热机械分析（TMA）：陶瓷基板的热膨胀行为评估

热膨胀系数（CTE）是影响陶瓷基板可靠性的关键参数，特别是在不同材料（如金属、封装材料）组成的复合结构中，热膨胀失效可能会导致界面应力、翘曲或裂缝。因此，使用TMA（热机械分析仪）进行CTE测试至关重要。

• Hitachi TMA测试优势：

• 高灵敏度测试：Hitachi TMA配备高解析度LVDT位移感测技术，可精确测量奈米级尺寸变化，适用于超薄陶瓷基板。
• 广泛温度范围：支援 -150°C至1500°C测试，适用于各种电子封装与高温应用材料。
• 多种测试模式：提供膨胀、压缩、穿刺、拉伸、应力-应变等测试模式，可评估陶瓷基板的机械性能。
• 精准CTE测量：确保在不同温度条件下陶瓷材料的稳定性，避免热应力导致的结构失效。
• 低荷重测试：适用于薄膜与脆性材料，确保测试过程中不对样品造成破坏。
• 快速分析：数秒即可得到热传导系数, 热扩散系数与比热容, 适合多种配方, 多种烧结条件, 找寻适合研发条件与品质控管之用。

▲图一 Hitachi TMA7100热机械分析仪 与 使用Hitachi TMA7100 量测AlN基板CTE测试结果

➤热传导率测试（Hot Disk）：陶瓷基板的高效散热评估

陶瓷基板的热传导性能直接影响电子元件的散热能力。常见的陶瓷材料如氮化铝（AlN）、氧化铝（Al₂O₃）、氮化矽（Si₃N₄），其热传导率需准确量测，以确保符合电子封装的散热需求。
 

• Hot Disk TPS（瞬态平面热源法）测试优势：

• 非破坏性测试：适用于多种陶瓷材料，无需特殊样品制备。
• 各向异性测量：可分别测量垂直方向（Z轴）与平面方向（X-Y轴）的热传导系数，对于层状陶瓷复合材料至关重要。
• 广范的测试能力：可测量从低热传导（0.005 W/mK）至高热传导（1800 W/mK）材料，涵盖各类复合材料。

▲图二 Hot Disk TPS3500热传导系数仪 与 使用Hot Disk TPS3500 量测陶瓷基板 测试结果

➤整合TMA与Hot Disk，提升陶瓷基板可靠性

陶瓷基板的热性能直接关系到电子产品的可靠度与效能。透过TMA评估热膨胀行为，确保尺寸稳定性，并利用Hot Disk测试热传导特性，优化散热设计，可大幅提升产品可靠性与使用寿命。

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