热传导-TC 复合材料接触热阻与热传导特性之探讨

举凡是任何复合材料，就必须探讨关于接触热阻与热传导特性之关联性，接触热阻存在于两个固体表面之间的界面中。界面因孔隙减缓了结构中的热量传播，这可以用边界区域的温度下降来说明，如下方左图所示。

0.2 mm thick copper sheets

因此，即使材料的固有导热率再高，若以粉末状量测材料之导热率却会很低，这便是因为粉体存在大量的接触热阻所导致。在具有大量界面的结构材料中，例如：粉末、层压板、复合材料等，接触电阻与复合材料之导热性的关系更显得重要。我们将铜箔以数层堆栈成0.2mm厚的铜板，同时施加轴向的力，为了比较各层之间的接触电阻对整体复合材料热导率的影响，分别施加两种不同的压力重复测量。

透过Hot Disk异方向性测试模块(Anisotropic method) 量测堆栈后的铜片，可以得到平面(In-Plane)以及垂直(Axial)方向的热导率。从测试结果中显示，径向(XY方向)的热导率在块状铜的预期范围内，大约落在386 W/mK。然而，不论是在施加1.8 kPa 或是7.5kPa的压力下，轴向(Z方向)之热导率则显著降低，这便是因堆栈而使得Z轴向存在大量的接触热阻所导致。同时比较不同施力下之Z轴向热导率，可以推断较大的施力也能够降低接触热阻对热传导特性造成的影响。在本次的应用中，由于层间不存在界面材料，因此热传导特性的下降可以归因于接触电阻。这也清楚地说明了固体表面之间接触热阻的重要性。

在实际应用上，如软性铜箔基材FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)中，PI膜与铜箔间无任何胶合树脂的2-Layer无胶式软板，便是由挠性绝缘基膜与金属箔组成的，对于这类型的复合材料，使用Hot Disk热传导系数仪搭配不同测试模块，可以同时针对单层低导热薄膜、高导热金属片材以及结构型复合材料进行一系列的散热性评估。