日本HRD-Thermal（哈德森）TA系列热波分析仪技术解析

1 产品概述

在智能手机、平板电脑薄型化与CPU性能不断提升的背景下，石墨片等高导热材料的散热设计日益重要；随着汽车电动化进程加快，逆变器等功率器件产生的大量热量也对热界面材料（TIM）提出更高要求。准确测定材料的热扩散率，是散热设计与产品开发的关键环节。日本HRD-Thermal（哈德森研究所）TA系列热波分析仪（Thermowave Analyzer TA），采用激光周期加热-辐射测温法（热波法），以非接触方式测量热扩散率的绝对值，测量范围覆盖有机薄膜到金刚石，并可对同一试样进行面内与面外方向及分布测量，是材料热物性表征的先进设备。

TA系列提供TA35、TA33、TA32、TA31四种型号，可测量热扩散率绝对值，输出频率、距离、振幅、相位、厚度等数据；通过另行测定比热容与密度，还可由热扩散率换算热导率与热渗透率，广泛应用于石墨片、热界面材料、高导热树脂、CFRP以及电子散热材料等领域的热物性评价。

2 测量原理

TA系列采用周期点加热-辐射测温法：由函数发生器产生正弦波信号调制808nm半导体激光，经聚光光学系统聚焦于样品表面进行周期加热；样品内部产生周期性的温度调制波（热波）并向周围传播，由样品背面的红外辐射温度计（InSb元件，液氮冷却）检测温度变化信号，经锁相放大器测量相对加热信号的相位延迟。该方法无需在样品上安装加热器与热电偶，实现非接触测量，样品无需固定，放置即可测定。

面内方向（水平）测量采用距离变化法：改变加热点与检测点之间的距离l，由相位与距离关系的斜率a求得热扩散率κ=πf/a²；面外方向（垂直）测量采用频率变化法：加热点与检测点同轴，改变调制频率f，由相位与频率平方根关系的斜率求得κ=πd²/a²（d为样品厚度）。当加热点与检测点同轴时，仅移动样品即可绘制样品面内的热扩散率分布图，用于无损评价样品缺陷与不均匀性。

3 主要技术特点

TA系列以非接触热波法为核心，具备多项区别于传统激光闪射法等设备的特点，主要技术特点如下表所示。

4 技术规格

TA系列四种型号的主要规格如下表所示。TA35为全功能机型，支持面内、面外与分布测量并配备自动对焦与样品台加热器选件；TA31为面内方向测量机型。

5 应用领域

TA系列在电子、汽车、能源与材料开发等领域广泛应用，主要应用领域与测量对象如下表所示。

6 测量性能与验证

TA系列通过标准样品验证了测量准确性：对NMIJ CRM5807-a认证标准样品（Al₂O₃-TiC，认证值9.51×10⁻⁶m²/s），面外方向测量值为9.79×10⁻⁶m²/s、面内方向为9.04×10⁻⁶m²/s；对等方性石墨标准样品（校正值92.5×10⁻⁶m²/s），面外方向测量值为91.8×10⁻⁶m²/s、面内方向为92.5×10⁻⁶m²/s，测量结果均与认证值、校正值在±5%以内一致。

在薄膜材料的各向异性测量中，TA系列可同时对垂直与水平方向进行评价：例如25μm聚酰亚胺薄膜垂直方向热扩散率0.14×10⁻⁶m²/s、水平方向0.8×10⁻⁶m²/s；石墨片垂直方向1.9×10⁻⁶m²/s、水平方向100×10⁻⁶m²/s；含CNT橡胶垂直方向0.24×10⁻⁶m²/s、水平方向6.0×10⁻⁶m²/s，充分反映出材料的面内/面外各向异性差异，为散热设计与工艺开发提供可靠数据。

7 结语

日本HRD-Thermal（哈德森）TA系列热波分析仪以激光周期加热-辐射测温法实现非接触、绝对值方式的热扩散率测量，覆盖从有机薄膜到金刚石的宽动态范围；同一试样可同时评价面内与面外方向及分布特性，配合0.1～1000×10⁻⁶m²/s的测量范围、±5%的重复性与标准样品验证结果，成为石墨片、热界面材料、高导热树脂等电子散热材料及新能源、复合材料领域热物性表征与质量评价的重要设备。