CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3. Phương pháp phân tích
1.3.1. Đo nhiệt trở theo tiêu chuẩn ASTM-D5470.
Để đo độ dẫn nhiệt của TIMs người ta sử dụng phương pháp tĩnh theo tiêu chuẩn ASTM-D5470. Phương pháp này sử dụng trong các công bố khoa học trên các tạp chí uy tín. Sơ đồ hệ đo của phương pháp được thể hiện trong hình 1.12.
1.3.1.1. Cấu tạo hệ đo
Cấu tạo hệ đo bao gồm:
- Hai khối đồng lớn kích thước 76mm x76mm x72mm kết nối với nguồn nóng và lạnh cho hệ.
- Hai khối đồng nhỏ kích thước 25mm x25mm x35mm dùng làm cột đo nhiệt.
- Bộ gia nhiệt cung cấp nhiệt cho hệ. - Bể nước giải nhiệt dùng tản nhiệt cho hệ.
- Bông gốm cách nhiệt được quấn xung quanh các khối đồng giúp hạn chế nhiệt tản ra xung quanh.
- Bốn cặp nhiệt độ cảm biến nhiệt tại các vị trí trên hai khối đồng nhỏ. - Bộ ghi tự động 4S Logger giúp ghi lại các giá trị nhiệt độ vào bộ ghi.
Khối số (1) gọi là khối nóng, cung cấp nhiệt cho quá trình thí nghiệm. Một mặt của khối nóng được tiếp xúc trực tiếp với bộ phận gia nhiệt, mặt còn lại sẽ tiếp xúc với khối đồng nhỏ (3). Bộ phận gia nhiệt bao gồm tấm vật liệu điện trở, một bộ điều khiển. Trong quá trình kiểm tra, nhiệt độ sẽ được nâng lên với tốc độ vài độ/phút.
Khối số (2) là khối lạnh, giúp giải nhiệt cho hệ, tạo sự chênh lệch nhiệt độ
trong hệ đo. Hai phần ba thể tích khối lạnh được đặt trong bể nước giải nhiệt, mặt còn lại sẽ tiếp xúc với khối đồng nhỏ (4).
Khối đồng nhỏ (3) sẽ có một mặt tiếp xúc với khối nóng (1) và mặt còn lại tiếp xúc với TIMs.
Tương tự, khối đồng nhỏ (4) sẽ có một mặt tiếp xúc với khối lạnh (2) và mặt còn lại tiếp xúc với TIMs.
Trên mỗi khối đồng nhỏ (3) và (4) sẽ có gắn 2 đầu đo nhiệt độ có nhiệt trở 100Ω tương ứng lần lượt là T1, T2, T3, T4, bố trí như trên hình 1.12. Độ chênh lệch nhiệt độ được xác định là T1 – T2 và T3 – T4. Hai đại lượng này sẽ bằng nhau khi nhiệt độ ở trạng thái cân bằng sau khi giữ nhiệt ở một thời gian đủ dài. Nhiệt độ sẽ được ghi lại tự động bằng bộ ghi tự động 4S logger với tốc độ ghi 90 giây/lần.
Các mẫu đo TIMs (như: keo, tấm dán, giấy bucky...) sẽ được đặt xen kẽ vào giữa hai thỏi đồng nhỏ (3) và (4). Bề mặt của hai thỏi đồng được đánh bóng với độ mấp mô trung bình 15µm. Độ mấp mô có thể được thay đổi trong các ứng dụng thực tế của LED, CPU máy tính.
Hình 1.12. Cấu tạo hệ đo nhiệt trở theo tiêu chuẩn ASTM-D5470.
Từ dữ liệu thu được từ phép đo, nhiệt lượng Q được tính là: 𝑄 =𝜆𝐴
Trong đó: ∆T = T1 – T2 = T3 –T4
𝜆 là độ dẫn nhiệt riêng của đồng
A là diện tích ( 25mm x 25mm) của thỏi đồng nhỏ dA là khoảng cách giữa T1 và T2.
Nhiệt độ ở phía trên của vật liệu truyền nhiệt trung gian là TA được tính theo công thức:
𝑇𝐴 = 𝑇2−𝑑𝐵
𝑑𝐴(𝑇1− 𝑇2)
Trong đó: dB là khoảng cách giữa điểm đo nhiệt độ T2 và mặt tiếp xúc phía trên lớp vật liệu truyền nhiệt trung gian.
Nhiệt độ phía dưới bề mặt vật liệu truyền nhiệt trung gian là TD được tính như sau:
𝑇𝐷 = 𝑇3+𝑑𝐷
𝑑𝐶(𝑇3− 𝑇4)
Trong đó: dD là khoảng cách giữa đầu đo nhiệt độ T3 và mặt tiếp xúc phía dưới
của vật liệu truyền nhiệt
dC là khoảng cách giữa T3 và T4. Nhiệt trở của TIMs là:
𝜃 = (𝑇𝐴− 𝑇𝐷)𝐴
𝑄
Thay Q trong công thức (1.9) vào (1.12) ta được công thức dùng để tính nhiệt trở: 𝜃 = (𝑇𝐴− 𝑇𝐷) 𝑑𝐴
𝜆∆𝑇
1.3.1.2. Quy trình đo mẫu
Các mẫu tấm dán được chuẩn bị với kích thước 25mm x 25mm.
Mẫu tấm dán được đặt vào chính giữa nơi tiếp xúc của 2 khối đồng nhỏ, sao
cho bề mặt khối đồng được tiếp xúc hoàn toàn với mẫu vật liệu tấn dán. Tiến hành nâng nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 100℃, sau đó hạ nhiệt về nhiệt độ phòng. Nhiệt độ sẽ được tự động ghi lại bằng bộ ghi tự động 4S Logger với tần số ghi 90giây/lần.
Sử dụng công thức tính nhiệt trở (1.13) kết hợp với dữ liệu thu được từ hệ đo để tính toán nhiệt trở.
(1.13) (1.10)
(1.11)
1.3.1.3. Đo tản nhiệt các mẫu sản phẩm:
Bên cạnh kết quả đo nhiệt trở, các mẫu cũng được đo tản nhiệt trên máy tính để so sánh với các mẫu thương mại. Các mẫu được dùng đo tản nhiệt : tấm dán Si/Al2O3, sản phẩm tản nhiệt APT Led.
Các mẫu tấm dán được đặt vào chính giữa nơi tiếp xúc của chíp CPU và quạt làm mát, sao cho bề mặt của chíp và quạt được tiếp xúc hoàn toàn với mẫu vật liệu TIMs. Thiết lập máy tính làm việc ở công suất tối đa (thông qua phần mềm CPU Overload), nhiệt độ trong hệ bắt đầu tăng dần đến một giá trị ổn định và được theo dõi thông qua phần mềm kiểm tra nhiệt độ (SpeedFan), ghi nhận nhiệt độ tại thời điểm đó.
Hình 1.13. Các bước thử nghiệm hiệu quả tản nhiệt của tấm dán trên máy tính.
1.3.2 Quan sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phân giải cao (FE-SEM). SEM).
Hình thái học của tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét phân giải cao, FE-SEM Hitachi S-4800 của Trung tâm nghiên cứu triển khai, kết hợp với kết quả đo nhiệt trở để nghiên cứu sự ảnh hưởng của hình thái học và sự phân bố của các hạt dẫn nhiệt lên độ dẫn nhiệt của tấm dán.
1.3.3 Đo sự sụt giảm khối lượng theo nhiệt độ (TGA).
Sự sụt giảm khối lượng của tấm dán truyền dẫn nhiệt trung gian theo nhiệt độ được thực hiện với các điều kiện:
- Mẫu được cân liên tục và tiến hành nâng nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 800℃.
- Mẫu được đặt trong nồi hoặc đĩa nông và gắn với bộ phận cân bằng ghi tự động. Bộ cảm biến sẽ tự động căn chỉnh vị trí cân bằng.
- Nhiệt độ của lò được thay đổi liên tục và điều khiển bởi cặp nhiệt độ. Tốc độ nâng nhiệt là 10℃/phút.
- Kết quả đầu ra là tín hiệu ∆W/∆t. - Khối lượng mẫu từ 1 đến 100 mg.
- Độ nhạy từ 1 đến vài µg.
Phép đo này nhằm mục đích xác định nhiệt độ xảy ra sự phân hủy từ đó suy ra vùng nhiệt độ hoạt động của sản phẩm tấm dán để sử dụng cho các thiết bị thích hợp. Đồng thời nghiên cứu tác động của thành phần hạt dẫn nhiệt lên độ ổn định nhiệt của polyme.