Kapton® 薄膜材料  

薄膜是一层厚度从几分之一纳米到几微米不等的材料，可以是保护层或光学涂层，也可以是电绝缘材料。准确测定 Kapton 薄膜的热导率对于许多电气设备的性能和热管理至关重要。然而，测量纳米级材料的热导率是一项挑战。薄膜的热导率受厚度的影响。因此，准确测量厚度是测量热导率的关键步骤。那么，如何才能准确测量薄膜的厚度和热导率呢？

Kapton® 聚酰亚胺薄膜是一种薄型柔性材料，常用于小型电子产品。自 20 世纪 60 年代由 Dupont™ 公司开发以来，这种高性能薄膜一直是许多应用中必不可少的材料，因为它能够在低至 -269ᵒC 高至 400ᵒC 的极端温度下保持电气、热、化学和机械性能，同时还具有柔韧和轻质的特点。 

薄膜的应用

有无数不同的领域依赖于薄膜，并受益于薄膜的各种能力。这也是它们被用于许多不同行业和应用的原因。绝缘薄膜和胶带（如 Kapton®）已被用于各种市场，包括电子设备（作为电子绝缘体）、电池、电力变压器等。由于具有半导体特性，薄膜同时具有绝缘体和半导体的特征。作为半导体，薄膜可以调节设备中的电子迁移率，从而在导电时保持平衡。

薄膜不仅用于电子设备，还可用于保护、光学或美学目的，如镜片和镜子的涂层。在所有这些应用中，准确测量和调节薄膜厚度至关重要，因为这会影响薄膜的性能。

测量设备

• 使用 MP-1 瞬态平面源 (TPS) 方法测量 100MT Kapton® 聚酰亚胺薄膜的热阻（m ² K/W）和热导率（W/m-K）：专有瞬态热阻 (TTR) 模块。
• MP-1 具备瞬态平面源（TPS，ISO 22007-2）和瞬态热线（THW，ASTM D7896-19）方法的强大组合，用于测试固体、液体、糊状物和粉末的绝对热导率、热扩散率和比热。对于厚度在 0.01 至 1 mm之间、电导率在 0.05 至 5 W/m-K 之间的样品，可使用带有瞬态热阻 (TTR) 修正模块的 MP-1 平台测量薄膜、粘合剂、浆料和涂层的热阻和热导率。

MP-1 瞬态热阻 (TTR) 模块

• 使用瞬态热阻模块测量薄膜、和涂层的热导率时，使用四块不锈钢作为基底，将薄膜样品沉积在上面。样品设置包括（从上到下）：25 毫米基底、薄膜样品、涂层、瞬态热阻模块：25 mm基底、薄膜样品、3 mm基底、TPS 传感器 (4617-1)、3 mm基底、薄膜样品、25 mm基底。
• 与 ASTM D5470 和 E1530 中的薄膜测试类似，在测试独立薄膜时，可使用堆叠层来减少接触电阻造成的误差。由于测试膏体和粘合剂时缺乏接触电阻，通常不需要堆叠。薄膜的热阻与材料的已知厚度相对应，线性拟合斜率的倒数就是材料的热导率。
• MP-1 瞬态热阻高度计首先在没有薄膜样品的不锈钢基底上归零。高度计归零后，将薄膜样品添加或沉积到基底上（图 2），然后在高度计上显示样品的厚度。

图 2.使用 MP-1 瞬态热阻模块测量薄膜样品的厚度

测试结果

测量了三层 100MT Kapton® 聚酰亚胺薄膜的热阻（mm ² /s）和热导率（W/m-K），每层之间滴入一滴乙二醇作为接触剂。直线斜率的倒数得出导热系数为 0.517 W/m-K。在比较 100MT Kapton® 的热导率测量值和供应商值（根据 ASTM D5470 为 0.46 W/m-K）时，使用带有 TPS TTR-TF 的 MP-1 测得的值在 5.6% 以内。

100MT Kapton® 薄膜样品的厚度和热阻测量值

不同厚度（层数增加）的 100MT Kapton® 薄膜样品的热阻

100MT Kapton 聚酰亚胺薄膜样品的导热系数结果

结论

测量薄膜样品的热导率既困难又繁琐。薄膜样品的热性能以及机械、电气和光学质量会受到不同厚度样品的影响，因此准确测量厚度至关重要。有了 MP-1 TPS TTR 薄膜模块，记录厚度和热测量就可以合二为一，从而获得准确的热特性结果。