【CMA/CNAS资质】导热绝缘材料热阻抗测定 ASTM D5470-17
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- 化学工业合成材料老化质量监督检验中心
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- 广州老化所
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- 杨工
- 所在地
- 广州天河棠下车陂西路396号
- 更新时间
- 2026-03-11 10:22
| 标准号 | ASTM D5470-17 |
| 中文名称 | 热传导固体电绝缘薄材料热传导性能测试方法 |
| 英文名称 | Standard Test Method for Thermal Transmission Properties ofThermally Conductive Electrical Insulation Materials |
| 发布日期 | 2017-11-01 |
| 当前状态 | 历史版本（已被 ASTM D5470-17(2024) 替代）-3 |
| Zui新版本 | ASTM D5470-17(2024) -1 |
| 总页数 | 6页 -1-3-9 |
| 技术委员会 | ASTM D09.01（电气绝缘产品分技术委员会）-10 |
| 发布单位 | 美国材料与试验协会（ASTM International） |
| 适用范围 | 从液态化合物到硬固体材料的导热电绝缘材料的热阻抗测量和表观导热系数计算 -1-2 |
| ICS分类号 | 29.035.01（绝缘材料综合）-3-5 |
化学工业合成材料老化质量监督检验中心是获得CMA/CNAS双资质认证的检测机构。本中心依据ASTMD5470-17《热传导固体电绝缘薄材料热传导性能测试方法》标准，提供各类导热绝缘材料的热阻抗及表观导热系数检测服务，出具国际互认的检测报告。
在电子电气领域，随着设备功率密度不断提高，热管理成为关键挑战。导热绝缘材料在散热系统中扮演重要角色，准确测量其热传输性能对材料选择、产品设计和可靠性评估至关重要-5。本标准特别适用于测量那些太薄或机械稳定性不足而无法在试样中放置温度传感器的样品-2。
| I型（粘性液体） | 导热硅脂、导热膏、相变材料 -2 |
| II型（粘弹性固体） | 导热凝胶、导热垫片、软/硬橡胶 -2 |
| III型（弹性固体） | 陶瓷基片、金属基复合材料、导热塑料 -2 |
| 导热绝缘材料 | 导热硅胶片、导热绝缘垫、导热绝缘膜 |
| 电子封装材料 | LED散热基板、功率模块绝缘层 |
| 热界面材料 | TIM材料、相变导热片 |
试验原理：在两个平行等温表面之间放置均匀厚度的测试样品，通过温度差在样品中产生热流。热流垂直于测试表面且在表面均匀分布，无横向热扩散。通过测量热流速率、样品厚度及表面温差，计算热阻抗和表观导热系数-5。
核心概念定义：
| 热阻抗（Thermal Impedance） | 在稳态条件下，单位面积上的温差与通过该面积的热流之比，单位K·m²/W -5 |
| 表观导热系数（Apparent Thermal Conductivity） | 考虑到非均质材料的特性，用于确定均质和非均质材料的热传输性能 -1-2 |
| 界面热阻（Interfacial Thermal Resistance） | 试样与测试表面之间的接触热阻，可通过多厚度测试法分离 -2 |
关键测量参数 -5：
热计量棒温度T₁、T₂（热端）
热计量棒温度T₃、T₄（冷端）
测试表面积A
样品厚度d
四、核心技术参数| 导热系数测量范围 | 0.1～20 W/(m·K) -8 | ASTM D5470 |
| 测量精度 | ±3% -8 | ASTM D5470 |
| 热阻抗测量范围 | 根据材料特性确定 | ASTM D5470 |
| 试样厚度 | 按材料类型控制，薄至0.1mm | ASTM D5470 |
| 测试表面光洁度 | ≤0.4 μm -5 | ASTM D5470 |
| 表面平行度 | ≤5 μm -5 | ASTM D5470 |
| 温度稳定性 | ±0.2℃（计量棒）-5 | ASTM D5470 |
| 防护加热器温差控制 | ≤±0.2K -5 | ASTM D5470 |
| 接触压力范围 | I型：压力不关键 II型：0.069～3.4MPa III型：0.69～3.4MPa -5 | ASTM D5470 |
| 计量棒导热系数 | ≥50 W/(m·K) -5 | ASTM D5470 |
| 稳态判定 | 5分钟内热阻抗变化＜1%，或5分钟间隔两组温度读数差异＜±0.1℃ -5 | ASTM D5470 |
| 测试时间 | 120～180分钟（常规） | ASTM D5470 |
主要检测设备 -5-8：
导热系数测定仪（符合ASTM D5470标准）
高精度测温系统（热电偶或铂电阻）
热流计量棒（导热系数≥50W/(m·K)）
厚度测量装置（精度±0.1μm）
压力控制系统（线性执行器/气动/液压）
数据采集系统（三通道同步采样）
五、材料分类与测试要求 -2-5| I型（粘性液体） | 无限变形，无弹性恢复 | 垫片或机械挡块控制 | 压力不关键 | 导热硅脂、导热膏、相变材料 |
| II型（粘弹性固体） | 有限变形，显著弹性 | 5%压缩变形控制 | 0.069～3.4MPa | 导热凝胶、导热垫片、软硬橡胶 |
| III型（弹性固体） | 可忽略变形 | D374方法C测量厚度 | 0.69～3.4MPa | 陶瓷、金属、导热塑料 |
| 1. 样品准备 | 确定样品厚度，确保测试表面清洁，避免使用与样品反应或造成污染的溶剂 | 厚度按类型控制 |
| 2. 样品装载 | 将样品放置于冷热板之间，确保接触良好 | 面积匹配 |
| 3. 测试堆闭合 | 施加规定压力，确保压力方向垂直于测试表面 | 按类型选择压力 |
| 4. 温度平衡 | 加热至设定温度，等待热流稳定 | 温度稳定性±0.2℃ |
| 5. 稳态判定 | 5分钟内热阻抗变化＜1%，或5分钟间隔温度差异＜±0.1℃ | 连续监测 |
| 6. 数据采集 | 记录热流、温度差和样品厚度 | 多点测量取平均值 |
| 7. 结果计算 | 计算热阻抗和表观导热系数 | 公式见6.2 |
| 热流速率Q | Q=(Q₁₂+Q₃₄)/2（计量棒法） Q=V×I（电功率法） | 热流测量方式不同 |
| 热表面温度T_H | T_H=T₂-(d_B/d_A)×(T₁-T₂) | 通过计量棒温度外推 |
| 冷表面温度T_C | T_C=T₃+(d_D/d_C)×(T₃-T₄) | 通过计量棒温度外推 |
| 热阻抗θ | θ=(A/Q)×(T_H-T_C) | 单位K·m²/W |
| 表观导热系数λ_app | λ_app = 1/斜率（热阻抗-厚度曲线） | 通过多厚度测试法消除界面热阻 |
测量不同厚度样品的热阻抗，绘制热阻抗与厚度的关系曲线。所得直线的斜率倒数即为表观导热系数，零厚度截距为两个表面的界面热阻之和。
七、精度数据 -5| 材料B | 0.923 | 0.0383 | 0.163 | 0.107 | 0.456 |
| 材料E | 1.245 | 0.0834 | 0.175 | 0.234 | 0.491 |
| 材料C | 1.311 | 0.0423 | 0.192 | 0.119 | 0.536 |
| 材料A | 2.732 | 0.2010 | 0.311 | 0.563 | 0.872 |
| 材料D | 5.445 | 0.5691 | 0.711 | 1.594 | 1.991 |
精度说明：不同实验室对同一材料测量的导热系数值预计在全部实验室平均值的18%以内。目前该测试方法的偏差仍在研究中，需要合适的参考材料进行验证-5。
八、应用领域导热绝缘材料热性能检测广泛应用于以下领域：
| 功率半导体 | 评估IGBT模块、MOSFET的散热性能 | 导热绝缘垫、导热硅脂 |
| LED照明 | 控制LED散热基板的导热性能 | 导热绝缘膜、陶瓷基板 |
| 新能源汽车 | 保证动力电池热管理系统效率 | 导热凝胶、导热垫片 |
| 航空航天 | 评估电子设备在极端温度下的热管理 | 高导热复合材料 |
| 5G通信 | 控制基站设备的散热性能 | 导热相变材料、导热硅胶片 |
| 消费电子 | 保证智能手机、平板电脑的散热效果 | 导热石墨片、导热硅脂 |
| 工业电源 | 评估电源模块的热管理材料 | 导热绝缘片、导热灌封胶 |
| 产品质量控制 | 监控批次一致性，验证配方效果 | 各类导热绝缘材料 |
A：ASTMD5470-17已于2024年12月被重新批准确认，Zui新版本为ASTMD5470-17(2024)-1。本中心可提供Zui新版标准的测试服务，客户可根据需求选择适用版本。
Q2：本标准与GB/T 10294、GB/T 3399有什么区别？A：GB/T10294-2008和GB/T3399-1982主要适用于绝热材料和通用塑料的导热系数测定，采用护热平板法；而ASTMD5470专门针对导热绝缘材料，特别适用于薄层材料（厚度可低至0.1mm），并且可以分离界面热阻，通过多厚度测试法准确计算材料本身的表观导热系数-2-5。本标准是电子电气行业热界面材料（TIM）测试的黄金标准。
Q3：为什么需要使用“表观导热系数”而非“导热系数”？A：热传导电绝缘材料通常是非均质的，术语“导热系数”只适用于均质材料。为避免混淆，本标准使用“表观导热系数”来确定均质和非均质材料的热传输性能-1-2。
Q4：如何准确测定材料本身的导热系数而不受界面热阻影响？A：通过测量不同厚度样品的热阻抗，绘制热阻抗与厚度的关系曲线。曲线斜率的倒数即为表观导热系数，零厚度截距为界面热阻之和。这样可以有效排除界面热阻的影响，准确测定材料本身的导热性能-2-5。
Q5：测试结果受哪些因素影响？A：主要影响因素包括：①测试表面光洁度和平行度；②接触压力控制；③温度稳定性；④样品厚度测量精度；⑤界面热阻的大小；⑥样品代表性（特别是各向异性材料）。本中心严格按照标准控制各项参数，确保结果准确可靠。
Q6：刚性试样（III型）如何减少界面热阻？A：可以通过在刚性试样测试表面涂抹导热硅脂或导热油来减少接触热阻-2。
Q7：本标准的适用范围有哪些限制？A：本标准测量的热阻抗基于理想化的热流模式，在实际应用中，大多数情况下并不存在这种均匀、平行的热传导条件，因此测试结果需要结合实际应用场景进行合理解释和应用-2。
十、为什么选择我们？资质：CMA/CNAS双资质认可，检测报告国际互认，可用于国际项目招投标、材料认证、质量仲裁
标准灵活：可同时提供ASTMD5470-17（历史版）和ASTM D5470-17(2024)（Zui新版）标准测试服务，满足不同客户需求
设备先进：配备符合ASTMD5470标准的高精度导热系数测定仪，温度稳定性±0.2℃，测试表面光洁度≤0.4μm
专业团队：长期从事导热绝缘材料热性能测试研究，熟悉各类TIM材料的导热特性
标准理解：深刻理解ASTMD5470与GB/T 10294、GB/T 3399等技术差异，可协助客户选择合适的测试方法
界面分离技术：采用多厚度测试法，准确分离界面热阻，提供材料本身导热性能数据
数据可靠：严格按照标准进行温度校准、压力控制和稳态判定，确保结果准确
一站式服务：从样品准备指导到报告出具，流程完整无外包
十一、送样要求| 样品类型 | I型（粘性液体）：导热硅脂、导热膏、相变材料 II型（粘弹性固体）：导热垫片、导热凝胶、橡胶 III型（弹性固体）：陶瓷、金属、导热塑料 |
| 样品尺寸 | ≥30mm×30mm（与仪器匹配），面积应满足测试要求 |
| 样品厚度 | I型：垫片或挡块控制 II型：需提供不同厚度样品用于界面热阻分离 III型：按D374方法C测量 |
| 样品数量 | 每组至少3个不同厚度（建议5个），用于绘制热阻抗-厚度曲线 |
| 样品状态 | 表面清洁、无污染、无划痕 |
| 材料信息 | 提供材料类型、牌号、生产日期、是否各向异性 |
| 测试压力 | 如需特定压力条件，请明确要求 |
| 检测周期 | 10-15个工作日出具报告 |
化学工业合成材料老化质量监督检验中心
如需咨询或送检，欢迎联系本中心技术团队。我们将根据您的材料特性和应用需求，设计专业的热传导性能测试方案。
温馨提示：ASTMD5470-17已于2024年12月更新为ASTM D5470-17(2024)-1。本中心可提供Zui新版标准测试服务，也可按客户要求提供历史版本。本标准是电子电气行业热界面材料（TIM）测试的黄金标准，测试数据广泛用于功率半导体、LED照明、新能源汽车等领域。如需了解不同版本的差异或选择Zui合适的测试方案，欢迎来电咨询！