01 熱分析基礎(chǔ)

物質(zhì)在加熱或冷卻過(guò)程中的某一特定溫度下往往會(huì)伴隨吸熱或放熱效應(yīng)的物理、化學(xué)變化，如晶型轉(zhuǎn)變、沸騰、升華、蒸發(fā)、融化等物理變化以及氧化還原、分解、脫水等化學(xué)變化。一些物理變化如玻璃化轉(zhuǎn)變，雖無(wú)熱效應(yīng)發(fā)生，但熱熔等某些物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。此時(shí)的物質(zhì)不一定會(huì)改變，但是溫度是必定會(huì)變化的。熱分析技術(shù)能夠在程序控溫和一定氣氛下，檢測(cè)物理轉(zhuǎn)變和化學(xué)變化過(guò)程中的熱效應(yīng)，從而判斷其機(jī)理過(guò)程。

1.1 定義與術(shù)語(yǔ)

1977年，國(guó)際熱分析協(xié)會(huì)(International Conference on Thermal Analysis，ICTA)第七次會(huì)議在日本京都召開(kāi)，并將熱分析（Thermal Analysis，TA）定義為：“在程序控溫（和一定氣氛）下，測(cè)量物質(zhì)的某種物理性質(zhì)與溫度或時(shí)間關(guān)系的一類技術(shù)“，熱分析是一種利用熱力學(xué)參數(shù)或物理參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系進(jìn)行分析的方法。熱分析方法主要有熱重分析法、差熱分析法、熱膨脹法、熱機(jī)械法及動(dòng)態(tài)熱機(jī)械法等，熱分析技術(shù)可分為9類17種，在化學(xué)、化工、冶金、地質(zhì)、建材、燃料、輕紡、食品、生物等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

表1 熱分析方法及相關(guān)術(shù)語(yǔ)

熱導(dǎo)率測(cè)量方法
圖片來(lái)源：賽寶可靠性

1.2 學(xué)會(huì)/協(xié)會(huì)組織

學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)等組織作為廣大熱分析測(cè)試領(lǐng)域從業(yè)人員的溝通紐帶，可以深入交流探討領(lǐng)域所面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向，也可以加強(qiáng)與其他學(xué)科的相互交叉，并提高創(chuàng)新能力推動(dòng)學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展。

表1 熱分析部分代表性組織

ICTAC

ICTAC的前身是國(guó)際熱分析聯(lián)合會(huì)（International Confederation for Thermal Analysis, ICTA），1965年9月成立于英國(guó)蘇格蘭亞伯丁，1992年更改為現(xiàn)名，現(xiàn)總部位于法國(guó)普羅旺斯大學(xué)圣杰羅姆中心。

ICTAC對(duì)該領(lǐng)域所有繳納適當(dāng)會(huì)費(fèi)的個(gè)人、研究機(jī)構(gòu)、公司、國(guó)家和地區(qū)的學(xué)術(shù)團(tuán)體開(kāi)放。通過(guò)每4年舉行的國(guó)際熱分析及量熱學(xué)大會(huì)（International Congress onThermal Analysis and Calorimetry）進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，以促進(jìn)這兩個(gè)科學(xué)分支領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)際理解和合作，通過(guò)彼此的協(xié)調(diào)努力使熱分析及量熱學(xué)的方法與命名趨向標(biāo)準(zhǔn)化。主要出版物：The ICTAC News、For Better Thermal Analysisand Calorimetry、Thermal Analysis Abstracts、ICTAC Handbook、ICTAC Directory of Members。

1990年中國(guó)化學(xué)會(huì)通過(guò)中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)向國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)申請(qǐng)參加該組織，國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)。1991年以中國(guó)化學(xué)會(huì)名義正式申請(qǐng)入會(huì)，1992年被該組織表決通過(guò)。

NATAS

北美熱分析協(xié)會(huì)（The North American Thermal Analysis Society，NATAS）是一個(gè)歷史悠久的組織，為科學(xué)家和從業(yè)者提供探索熱分析、流變學(xué)和材料表征前沿的平臺(tái)和機(jī)會(huì)，協(xié)會(huì)于1979年9月在特拉華州威爾明頓注冊(cè)成立。

北美熱分析學(xué)會(huì)年會(huì)只NATAS是重要活動(dòng)，始創(chuàng)于上世紀(jì)60年代初，北美熱分析學(xué)者在研究過(guò)程中聯(lián)合發(fā)起的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。北美熱分析學(xué)會(huì)年會(huì)已經(jīng)成為國(guó)際熱分析領(lǐng)域?qū)哟巫罡?，信息量最大，最具影響力的學(xué)術(shù)盛會(huì)之一。

CCTTA

中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)熱力學(xué)與熱分析專業(yè)委員會(huì)（Commission of Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis，Chinese Chemical Society；CCTTA，CCS)。該委員會(huì)于1979年在昆明成立，當(dāng)時(shí)是隸屬于中國(guó)化學(xué)會(huì)物理化學(xué)專業(yè)委員會(huì)的一個(gè)專業(yè)組，稱“熱化學(xué)、熱力學(xué)和熱分析專業(yè)組”（Committee of Thermal Chemistry，Thermodynamicsand Thermal Analysis，簡(jiǎn)稱CTTT）；不久，稱“溶液化學(xué)、熱化學(xué)、熱力學(xué)和熱分析專業(yè)委員會(huì)”（Commission of Solution Chemistry，Thermal Chemistry，Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis，簡(jiǎn)稱CSTTT）；到1996年改稱現(xiàn)在這個(gè)名稱。

1.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方法

測(cè)試需求與對(duì)象的復(fù)雜性，人們很難使用一種測(cè)試技術(shù)解決所有問(wèn)題。面對(duì)千奇百怪的測(cè)試對(duì)象和層出不窮的測(cè)試需求，熱學(xué)科學(xué)家和工程師們發(fā)明了多種測(cè)試方法：（保護(hù)）熱板法、軸向熱流法、比較法、熱線/熱探針?lè)āotDisk法、激光閃射法（閃光法）、熱反射法、3ω法、交流量熱法……

不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍以及對(duì)應(yīng)測(cè)試方法的測(cè)量范圍
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1.3.1 常用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)析

1）ASTMD5470

ASTMD5470，即通常所說(shuō)的穩(wěn)態(tài)熱流法。ASTM D5470：”Standard Test Method for ThermalTransmission Properties of Thermally Conductive Electrical InsulationMaterials”，直譯為“導(dǎo)熱型電絕緣材料的熱傳輸性能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”。ASTM D5470標(biāo)準(zhǔn)是熱界面材料的傳統(tǒng)測(cè)試方法，應(yīng)用十分廣泛。

ASTMD5470是薄型熱導(dǎo)性固體電工絕緣材料傳熱性的試驗(yàn)方法，特別適合軟性材料如導(dǎo)熱膏和導(dǎo)熱硅膠在模擬實(shí)際使用工況下的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，以及各種熱接觸材料和接觸熱阻的測(cè)量。

（1）測(cè)量原理

該標(biāo)準(zhǔn)是基于一維導(dǎo)熱模型，兩個(gè)平行的等溫面，中間為夾持的測(cè)試樣品。熱流垂直流過(guò)測(cè)試樣品，并在測(cè)試樣品上下表面形成溫差。通過(guò)測(cè)量流過(guò)試樣的熱流Q和試樣上下表面的溫度差ΔT、試樣面積As即可計(jì)算出熱阻或?qū)嵯禂?shù)，公式如下：
R=ΔT/Q·As，λ=L/R
采用ASTM D5470標(biāo)準(zhǔn)的熱阻/導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀器的測(cè)量原理和相應(yīng)的儀器示意圖如下。

ASTM D5470測(cè)量原理和相應(yīng)的熱阻測(cè)定儀

（2）適用對(duì)象

（a）在受力后可無(wú)限形變得粘性液體。包括液態(tài)混合物，如油脂，膠及相變材料。這些材料不具備彈性特征（移除外力后無(wú)法恢復(fù)到原始狀態(tài)）。
（b）粘彈性固體。受力后發(fā)生粘彈性變形，最終與材料內(nèi)應(yīng)力平衡。如凝膠，橡膠等。這些材料的變形量一般與材料厚度線性相關(guān)。
（c）微小形變得彈性固體。包括陶瓷，金屬以及某些硬質(zhì)塑料。

（3）測(cè)量?jī)?nèi)容

ASTMD5470標(biāo)準(zhǔn)主要用于測(cè)量導(dǎo)熱型電絕緣材料的熱阻抗（Thermal Impedance）和等效導(dǎo)熱系數(shù)（Apparent Thermal Conductivity）。由于此標(biāo)準(zhǔn)是穩(wěn)態(tài)法測(cè)試，所謂熱阻抗（Thermal Impedance）也即常規(guī)的熱阻（Thermal Resistance）。這里的等效導(dǎo)熱系數(shù)是區(qū)別于導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)是針對(duì)各向同性的均質(zhì)材料的，而導(dǎo)熱型電絕緣材料既可能是各向同性的，也可能是各向異性的，所以用等效導(dǎo)熱系數(shù)做一下區(qū)分。

關(guān)于等效導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量，分為兩種情況：
（a）如果試樣與熱阻儀的接觸熱阻較之試樣自身熱阻非常微小（≤1%），則可以通過(guò)測(cè)出的熱阻及試樣厚度利用傅里葉導(dǎo)熱定律直接計(jì)算出被測(cè)試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。注意：此時(shí)得到的導(dǎo)熱系數(shù)為等效導(dǎo)熱系數(shù)或表觀導(dǎo)熱系數(shù)，是被測(cè)試樣在試樣平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，而非某個(gè)固定溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。
（b）如果試樣與熱阻儀的接觸熱阻比較大，則試樣的等效導(dǎo)熱系數(shù)需要剔除接觸熱阻后計(jì)算得出。在保持測(cè)試壓力、樣品接觸面積不變等各種工況不變的前提下，不同厚度樣品對(duì)應(yīng)的接觸熱阻相同。因此，分別測(cè)試出不同厚度（L1、L2）的同款試樣的熱阻值（R1、R2），則樣品厚度差|L1-L2|對(duì)應(yīng)的熱阻差|R1-R2|。根據(jù)傅里葉的導(dǎo)熱定律便可方便計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。若以圖表的形式表示，則在熱阻-厚度坐標(biāo)系上繪制出不同厚度的樣品對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并擬合出曲線，則直線斜率的倒數(shù)即為試樣的等效導(dǎo)熱系數(shù)。而擬合曲線在在零厚度時(shí)的熱阻值即為試樣與導(dǎo)熱柱的兩個(gè)接觸面的接觸熱阻之和。

（4）測(cè)試精度影響因素

漏熱和熱流測(cè)試誤差
熱流的計(jì)算主要有兩種方式。一種是采用已知導(dǎo)熱系數(shù)的高導(dǎo)熱材料（如純銅）作為熱流計(jì)來(lái)測(cè)量流經(jīng)試樣上的熱流。準(zhǔn)確性取決于充當(dāng)熱流傳感器（熱流計(jì)）高導(dǎo)熱材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)的準(zhǔn)確性。另一種是利用加熱器的電氣輸入?yún)?shù)（電壓、電流）直接計(jì)算。小部分從隔熱保溫材料中的漏熱并未對(duì)TIMs上下表面的溫度差有貢獻(xiàn)，但卻作為分母參與了熱阻的計(jì)算，導(dǎo)致熱阻計(jì)算值偏低。為了獲取精確的測(cè)試結(jié)果，需要對(duì)這部分漏熱進(jìn)行修正，或者采用特殊的措施實(shí)現(xiàn)絕熱邊界條件。臺(tái)灣清華大學(xué)林唯耕教授在其著作《電子構(gòu)裝散熱理論與量測(cè)試驗(yàn)之設(shè)計(jì)》中提到，采用保護(hù)熱板法（Guarded Hot Plate Method）補(bǔ)償加熱可作為補(bǔ)償熱源漏熱的一個(gè)有效途徑。在ASTM D5470標(biāo)準(zhǔn)中也推薦采用這種補(bǔ)償加熱的方式，實(shí)現(xiàn)理論上的絕熱邊界條件，而在很多導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀器和熱分析儀器中也有較為廣泛的應(yīng)用。

溫度測(cè)量
對(duì)于采用ASTM D5470標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器，一般需要采用一等精度特殊誤差限的熱電偶，并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定或校準(zhǔn)。某些儀器也有采用尺寸較小的鉑電阻作為測(cè)溫元件，測(cè)溫精度更高，當(dāng)然價(jià)格也更為昂貴。

端面的粗糙度和平整度
上、下導(dǎo)熱柱用于夾持TIM材料的兩個(gè)端面的表面粗糙度至少要小于10um，平面度要小于30um，性能指標(biāo)比較高的熱阻測(cè)試儀器端面粗糙度一般采用拋光工藝，控制在幾微米甚至0.5um以內(nèi)。導(dǎo)熱柱的表面特性是影響測(cè)量精度的重要因素，這是由于很多待測(cè)熱界面材料的厚度僅為數(shù)百微米量級(jí)，對(duì)于大多數(shù)導(dǎo)熱脂來(lái)說(shuō)，實(shí)際涂布厚度更小，厚度一般只有50~100um。

導(dǎo)熱柱對(duì)準(zhǔn)誤差
對(duì)于具有相同截面尺寸的導(dǎo)熱柱，由于對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的偏差而導(dǎo)致實(shí)際接觸面積偏小。對(duì)齊誤差即便只有1%，也很難在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)。而這將直接引起的1%的熱阻測(cè)試誤差。D. R. Thompson等提出上導(dǎo)熱柱和下導(dǎo)熱柱采用不同的截面尺寸以消除對(duì)齊誤差。這種設(shè)計(jì)大大降低了樣品對(duì)齊難度，有效提高了測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。但不同截面尺寸的導(dǎo)熱柱接觸時(shí)會(huì)引入擴(kuò)散熱阻，為了減少其影響，上下導(dǎo)熱柱的截面面積不能相差過(guò)大。

TIMs厚度測(cè)試誤差
由于導(dǎo)熱界面材料的厚度一般多在幾百微米級(jí)別，厚度測(cè)試精度直接決定著熱阻測(cè)試精度。對(duì)于熱阻測(cè)試儀，一般需要在線厚度測(cè)試裝置，以便實(shí)時(shí)測(cè)試其厚度。關(guān)于電絕緣固體材料的厚度測(cè)試方法，可以參考：ASTM D374 Test Methods for Thicknessof Solid Electrical Insulation(Metric).

壓力測(cè)試誤差
導(dǎo)熱系數(shù)或熱阻測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)中，保持測(cè)試過(guò)程中所設(shè)置的測(cè)試壓力處于恒定值是一個(gè)重要因素。精確控制壓力的難度在于，在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前，導(dǎo)熱柱在不同溫度下的膨脹變形量不同，導(dǎo)致壓力隨之變化。一般較好的壓力誤差，可控制在1psi以內(nèi)，能滿足大多數(shù)測(cè)試要求。

2）ASTM-E1461

ASTM-E1461，“Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method”，即通常所說(shuō)的閃光法/激光法。其測(cè)試原理為使用高強(qiáng)度的能量脈沖對(duì)小而薄的試樣進(jìn)行短時(shí)間的輻照，脈沖的能量被樣品的前表面吸收并記錄其所導(dǎo)致后表面溫度上升（溫度自記曲線）。用紅外檢測(cè)器測(cè)量樣品表面的溫度變化，實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)是樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)，還需要知道試樣的比熱和密度，熱擴(kuò)散系數(shù)的值通過(guò)試樣的厚度和后表面溫度上升達(dá)到某一比值的最大值所需要的時(shí)間計(jì)算出來(lái)，即λ(T) = α(T) × Cp(T) × ρ(T)。

ASTME1461是確定固體熱擴(kuò)散率的試驗(yàn)方法，反映的是材料自身內(nèi)部的熱傳導(dǎo)性，但沒(méi)有考慮界面接觸熱阻的影響，其只能準(zhǔn)確的測(cè)量出固態(tài)導(dǎo)熱硅膠的熱擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)于膏狀的導(dǎo)熱硅膠這種激光脈沖法并不適合。

ASTM-E1461測(cè)試原理圖

3）ASTME1530

ASTME1530，“Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission by the Guarded Heat Flow Meter Technique”，其測(cè)試原理幾乎和普通的熱流法導(dǎo)熱儀相同，不同之處是在測(cè)量區(qū)域(熱板/樣品/冷板)外圍增加保護(hù)加熱器，加熱到樣品的平均溫度，通過(guò)減少樣品與周邊之間的溫差，以減少橫向的熱損耗，提高測(cè)量精度。

ASTME1530是用護(hù)熱式熱流計(jì)技術(shù)評(píng)定材料抗熱傳輸性的試驗(yàn)方法，理論上可以測(cè)量軟性材料(膏狀)和膜類材料，但由于試樣厚度和試樣上下兩個(gè)表面溫度的高精度測(cè)量存在較大的工程實(shí)現(xiàn)難度，因此很少用這種方法測(cè)量導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)，而且其測(cè)試導(dǎo)熱硅膠得出的數(shù)據(jù)相對(duì)ASTM D5470和ASTM E1461要大很多。

ASTM E1530測(cè)試原理圖

4）ISO22007-2

ISO22007-2，即瞬變平面熱源法(TPS)，由熱線法改進(jìn)而來(lái)，即稱之為Hot Disk法。將帶有自加熱功能的溫度探頭（Hot Disk探頭由熱阻性材料鎳制成，包覆有絕緣材料（聚酰亞胺，云母等）放置于樣品中，測(cè)試時(shí)在探頭上施加一個(gè)恒定的加熱功率，使其溫度上升，鎳的熱電阻系數(shù)—溫度和電阻的關(guān)系呈線性關(guān)系，即可通過(guò)了解電阻的變化可以知道熱量的損失，從而反映樣品的導(dǎo)熱性能。然后測(cè)量探頭本身和與探頭相隔一定距離的圓球面上的溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)模型擬合同時(shí)得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)。

該測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)主要有，能夠同時(shí)測(cè)量熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率以及單位體積的熱容；相對(duì)于穩(wěn)態(tài)法具有測(cè)試范圍廣～500W/m·K)、精度高(±3%)、重復(fù)性好(±1%)、測(cè)量時(shí)間短(單次測(cè)量3~5min)和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)；適用的樣品形式多樣，可測(cè)試固體，液體，膠體，粉末，帶有孔隙的材料以及各向異性材料，也可對(duì)薄膜及涂層材料進(jìn)行測(cè)試；使用額外的控溫設(shè)備還能涵蓋30K~1000℃的測(cè)試溫度范圍；不受接觸熱阻的影響，其測(cè)試結(jié)果更貼近于材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)。缺點(diǎn)是此方法適用于測(cè)均質(zhì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，不適合用于測(cè)各向異性材料(如石墨片)。

Hotdisk法原

理圖

1.3.2 熱重分析儀的應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)方法 ASTM / ISO / JIS

熱分析中的熱重分析儀(TG)主要作為材料在升溫過(guò)程或恒溫過(guò)程中重量的變化分析，通常有兩種設(shè)計(jì)，一種是單一功能的Thermogravimetry (TG or TGA)，另一種是同步式熱重?zé)崾静罘治鰞xSTA(Simultaneous Thermogravimetric Analyze 技術(shù)簡(jiǎn)寫(xiě)TG/DSC or TG/DTA)，差異有兩點(diǎn)：

①STA同一樣品可以同時(shí)得到樣品TG熱重變化信號(hào)及DSC熱示差的吸放熱信號(hào)；
②當(dāng)樣品分兩次使用單一功能儀器測(cè)試時(shí)，兩樣品本身存在的差異，會(huì)很容易造成兩種儀器信號(hào)無(wú)法比對(duì)，這是同步式STA (TG/DSC or TG/DTA)的優(yōu)點(diǎn)。

諸如高分子、陶瓷等不同種類的材料，都會(huì)在不同溫度時(shí)有低分子量分子氣化、裂解，利用不同溫度下的變化可以分析材料的組成成分比例，TG熱重分析儀可以提供成分比例信號(hào)，但一般無(wú)法利用這些信號(hào)得到成份種類，因此常會(huì)使用TG串聯(lián)FTIR傅立葉紅外線光譜儀(STA-FTIR)或是TG串聯(lián)MS質(zhì)譜儀(STA-Mass)，來(lái)分析裂解成份，兩種儀器串聯(lián)就可以在不同溫度下得到定性的成分及定量的比例。

用途
常見(jiàn)各種膠材的溶劑比例，低分子量未反應(yīng)的材料比例，吸水性分析，長(zhǎng)時(shí)間吸水性分析，絕緣材料對(duì)氧氣的熱穩(wěn)定性，碳黑，石墨比例，對(duì)特定氣體的吸收，各種在不同溫度下會(huì)有重量變化的訊息都可以使用STA同步式熱重?zé)崾静罘治鰞x。

應(yīng)用領(lǐng)域
Polymer高分子產(chǎn)業(yè)：STA可以作為材料的成分比例分析，添加物比例，溶劑含量，含水量分析，殘留灰分及高分子的耐熱溫度測(cè)試；
半導(dǎo)體銀膠, 太陽(yáng)能銀漿領(lǐng)域：利用STA分析數(shù)種膠材比例及銀粉比例，銀粉比例影響導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率、成本，是銀膠及銀漿的必要了解參數(shù)，膠材比例影響交連速度及交連后Tg點(diǎn)的變化。
IC封裝領(lǐng)域：利用STA測(cè)試無(wú)機(jī)添加物如玻纖、碳纖、碳黑比例，這些比例影響熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)、最后強(qiáng)度、應(yīng)力殘留狀況，也影響封裝材料長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性。
橡膠領(lǐng)域：利用STA可以分析不同橡膠比例，各種添加物比例及碳黑比例。橡膠在不同防震頻率下具有高tanδ，在不同使用溫度范圍，常利用不同橡膠混練產(chǎn)生不同特性的橡膠。
電絕緣材料：利用STA加上氧氣，分析材料在高溫、純氧狀態(tài)下的反應(yīng)時(shí)間及溫度, 材料開(kāi)始劣化氧化時(shí)，重量會(huì)開(kāi)始增加，適合用STA分析。

表2 常見(jiàn)熱重分析相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM/ISO/JIS

1.3.3 熱機(jī)械分析儀的應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)方法 ASTM / ISreqeO / JIS

所有材料在溫度變化——升溫、恒溫、降溫，甚至多次升降溫后都會(huì)有物性上的變化，如膨脹、收縮、軟化等，而為一窺材料在不同溫度下的物性，常用的測(cè)量工具之一便是TMA (Thermal Mechanical Analyzer) 熱機(jī)械分析儀。高分子、陶瓷等復(fù)合材料常出現(xiàn)如尺寸穩(wěn)定性、撥離peeling、翹曲warpage等問(wèn)題，很多都是因?yàn)閺?fù)合材料的膨脹系數(shù)、強(qiáng)度、回復(fù)力等因素影響。

應(yīng)用領(lǐng)域
高分子材料：高分子鏈的擺動(dòng)會(huì)使材料的一些特性出現(xiàn)在TMA的信息中，如玻璃化溫度（Tg），膨脹系數(shù)（CTE），軟化點(diǎn)（Softening temperature），而材料的強(qiáng)度就可以藉由應(yīng)力應(yīng)變（Stress & Strain）測(cè)試，機(jī)械粘彈性參數(shù)（Modulus/Viscosity& tanδ）模式，材料的回復(fù)力可以利用蠕變恢復(fù)（Creep & Relaxation）等模式來(lái)了解其特性。
PCB產(chǎn)業(yè)的印刷電路板,銅箔基板標(biāo)準(zhǔn)需求：Tg玻璃化溫度，CTE線性膨脹系數(shù)，IPC TM650的爆板耐溫測(cè)試。
EMC封裝：各種封裝、銀膠、硅芯片、金線等材料的Tg、CTE、楊氏模量、錫鉛球脫錫。
熱塑性材料常見(jiàn)形變：薄膜材料收縮、纖維染色等都跟溫度變化時(shí)材料的收縮或膨脹有關(guān)，可以選用TMA來(lái)分析MLCC/LTCC陶瓷燒結(jié)的收縮狀況。
高靈敏度TMA與其他熱分析儀比較：相對(duì)于DSC，在金屬或無(wú)機(jī)填充物（銀膠、封裝材料、PCB）比例高時(shí)，或如Polyimide（PI）等高Tg的熱穩(wěn)定材料，TMA相變化靈敏度會(huì)比常用測(cè)Tg的DSC（熱示差掃描分析儀）更高。

表3 常見(jiàn)熱機(jī)械分析相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM/ISO/JIS

1.3.4 差示掃描量熱分析儀的應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)方法 ASTM / ISO / JIS

熱分析中的差示掃描量熱法DSC（Differential Scanning Calorimetry）主要應(yīng)用于材料的相變化溫度測(cè)試及相變化能量測(cè)試，只要樣品在升溫/恒溫/降溫/照UV光的過(guò)程中會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)的相變化，就會(huì)伴隨著樣品的能量吸收（吸熱）或釋放（放熱），DSC就是藉由樣品的吸放熱行為偵測(cè)到信號(hào)，常見(jiàn)的相變化溫度如玻璃化溫度Tg、結(jié)晶點(diǎn)Tc、熔點(diǎn)Tm，交連范圍、能量大小也可以定量，如熔融熱、交連熱、D Cp，也能利用動(dòng)力學(xué)計(jì)算活化能Ea。

DSC是表征材料熱性能和熱反應(yīng)的一種高效研究工具，具有操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛、測(cè)量值物理意義明確等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)儀器校準(zhǔn)、樣品制備、溫度程序控制、保護(hù)氣氛等實(shí)驗(yàn)技巧，可應(yīng)用于材料的比熱容、熱轉(zhuǎn)變溫度（玻璃化溫度、熔點(diǎn)等）、轉(zhuǎn)變焓等參數(shù)的測(cè)試。也可以與紅外光譜儀(infrared spectrometer, IR)、X射線衍射(X-ray diffraction, XRD)、色譜等常規(guī)技術(shù)連用，獲得高分子樣品在相轉(zhuǎn)變以及反應(yīng)過(guò)程中的形貌結(jié)構(gòu)、組成成分、熱性能、機(jī)械性能等多種信息，幫助研究者從多個(gè)角度、更深層次地理解高分子在熱轉(zhuǎn)變過(guò)程中的內(nèi)在機(jī)理；DSC與X射線衍射、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)、拉曼光譜等技術(shù)的連用被廣泛應(yīng)用于研究高分子的相轉(zhuǎn)變機(jī)理，包括晶體結(jié)構(gòu)的相轉(zhuǎn)變、嵌段共聚物中的微相分離與結(jié)晶的相互作用，以及共混物中的分級(jí)結(jié)晶行為等；將DSC與動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（Dynamic Mechanical Analysis, DMA）等技術(shù)連用有助于推進(jìn)對(duì)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)在拉伸和取向狀態(tài)下隨溫度變化的相關(guān)研究。

熱流型DSC的測(cè)試裝置圖
圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)用領(lǐng)域
高分子產(chǎn)業(yè)：利用DSC取得Tg作為材料的分子量控制、加工、結(jié)晶度分析。
印刷電路板：利用DSC的Tg及D Tg作為產(chǎn)品的加工溫度及時(shí)間的管控參數(shù)，并成為印刷電路板領(lǐng)域的基本產(chǎn)品參數(shù)。
熱固形材料：利用DSC測(cè)得交聯(lián)溫度及交聯(lián)放熱能量，管控?zé)峁滩牧系脑霞按_保沒(méi)有老化現(xiàn)象，用D Tg做熱固材料的失效分析。
IC封裝：利用DSC及TMA取得Tg及其他熱特性Cp作為加工條件的條件改善，避免溫控及時(shí)間問(wèn)題造成熱應(yīng)力引發(fā)曲翹問(wèn)題。
LED封裝：利用DSC作為環(huán)氧樹(shù)酯或硅膠等封裝材料是否硫化完成的標(biāo)準(zhǔn)方法。
LCD液晶面板：利用DSC做為液晶材料的澄清點(diǎn)管控，確保液晶面板可以承受高溫而不會(huì)失效。
食品及淀粉：利用DSC做為分析淀粉在不同濕度下的糊化溫度與放熱量。
鞋類紡織：利用DSC的結(jié)晶半周期或結(jié)晶焓及溫度，做為材料射出成形后的脫模及紡紗速度評(píng)斷的標(biāo)準(zhǔn)。
手機(jī)觸控面板：利用UV-DSC做為光學(xué)膠OCA、OCF的加工條件依據(jù)。

表4 常見(jiàn)差示掃描量熱分析相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM/ISO/JIS

1.3.5 國(guó)內(nèi)相關(guān)部分標(biāo)準(zhǔn)

GB/T3651-2008 金屬高溫導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法
GB/T8722-2008 石墨材料中溫導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法
GB/T10294-2008 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定——防護(hù)熱板法
GB/T10295-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定——熱流計(jì)法
GB/T10296-2008 絕熱層穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定——圓管法
GB/T17357-2008 設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定——熱流計(jì)法
YBT4130-2005 耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法水流量平板法
GJB1201.1-1991 固體材料高溫?zé)釘U(kuò)散率試驗(yàn)方法激光脈沖法
GB/T5990-2006 耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法 熱線法
GBT10297-1998非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法
GBT22588-2008 閃光法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)
GB7423.1-87半導(dǎo)體器件散熱器通用技術(shù)條件
GB7423.2-87半導(dǎo)體器件散熱器型材散熱器
GB7423.3-87半導(dǎo)體器件散熱器叉指形散熱器國(guó)標(biāo)
GBT12992-1991電子設(shè)備強(qiáng)迫風(fēng)冷熱特性測(cè)試方法
GBT12993-1991電子設(shè)備熱性能評(píng)定
GBT14278-1993電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)
GBT31845-2015電工電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)規(guī)范
QJ1474-1988電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)規(guī)范
SJ20077-92微電路應(yīng)用熱設(shè)計(jì)指南
SJ20131-92軍用電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)指南
SJ20590-96軍用微型計(jì)算機(jī)熱設(shè)計(jì)技術(shù)要求

02 主要廠商及儀器

參考資料
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[8] 中國(guó)熱管理網(wǎng) reguanli.com 整理