环氧树脂基复合材料热界面(tim)的分析

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1.1引言自从爱迪生发明了碳丝白炽灯，新光源如荧光灯、高频无极荧光灯及微波硫灯层出不穷。但是白炽灯、荧光灯等光源耗电量大、发光效率低、寿命短，不利于能源的节约和环保。发光二极管（LightEmittingDiode,LED）,作为一种新型第四代环保固体发光光源，已经在逐步取代传统的白炽灯、荧光灯。LED具有节能环保、寿命长、响应速度快、无辐射、无电磁干扰、无有毒气体、发光效率高及易控制的优点(如表1.1所示)，得到国家政府的重视与财政支持，目前已经在室内照明、道路照明、汽车前照灯、

2、装饰等领域得到了广泛的应用（如图1.1）。[1~3]表1.1LED、白炽灯、节能灯的比较Table1.1ThecomparisonofLED,incandescentlampandcompactfluorescentlampLED白炽灯节能灯光效(lm/W)50~10012~2450~70寿命6万-10万小时平均1000小时5000-10000小时绿色环保无辐射，无污染，可回收热辐射汞污染，热辐射节能相同照明效果节能80%耗电量大耗电量高于白炽灯耐冲击性全固体器件，耐冲击易碎，灯丝易断易碎体积小中大光电转换率>3

3、0%,在迅速提高5%20%图1.1LED的应用Figure1.1TheapplicationsofLED1重庆大学硕士学位论文1绪论近年来，LED不断向着高光强、大功率发展，散热成为制约大功率LED发展的主要障碍。一方面，在不影响LED电光转换效率和寿命的前提下，增大驱动电流密度，可使输出功率增大；另一方面，通过改善LED的封装结构及出光设计，可以提高输出光的光通量。这些改进都会使得热量不断的积累，LED芯片的温度持续升高，这样就会加速LED芯片的老化，缩短LED的使用寿命。因此，在成本允许的条件下，必须采取一些

4、高效可靠的方法改善热传递的过程，降低热阻，从而延长大功率LED的使用寿命。1.2大功率LED散热问题简介1.2.1大功率LED结构与白炽灯不同，大功率LED是一种由多层层状结构构成的p-n结，在没有外部输入电能时，由于p-n结之间存在着载流子浓度梯度，n区的多数载流子（电子）由于浓度差向p区扩散，而p区的多数载流子（空穴）则同样向n区扩散。这样，对于n区，电子离开后，留下了带正电荷的电离受主，且没有负电荷与之保持电[4]中性，因此，在p-n结附近n区产生一个正电荷区。同样的，会在p-n结附近产生一个由电离受主构成

5、的负电荷区。导致界面处产生了电荷耗尽区，耗尽区的空间电荷会在p-n结内部产生一个内部电场，从而使得内部形成一个稳定的区域；在外加电场的作用下，p区的空穴将向n区扩散，n区的电子将向p区扩散，电子和空穴的复合，多出来的能量将以光量子的形式向外辐射。图1.2LED芯片的结构Figure1.2ThestructureofLEDchipLED封装的结构主要有：正装、倒装、金属线路板、板上封装、薄膜封装结构等。正装结构主要是通过蓝宝石层进行散热，热导率仅为20W/m.K,而倒装结2重庆大学硕士学位论文1绪论构的芯片则通过金

6、属凸点倒装连接到硅片上进行散热，热导率为140W/m.K，导[5~6]热性能好，倒装结构芯片的散热效果要优于正装结构芯片。金属线路板结构是目前大功率LED最主要的封装结构，其主要是利用铝、铜等热导率高的金属，将LED产生的热量散发出去，但是在灯珠，金属线路板以及散热器之间，会涂上一[7~8]层导热粘接材料，这层粘接材料的热导率较低，会影响大功率LED的散热性能。板上封装结构（COB）是将LED芯片直接封装在散热基板上，但是这种封装结构[9~11]适用于高集成的结构。这样，由于芯片的密集程度高，产生的热功率密度升高

7、，对COB封装的散热能力要求更高。薄膜集成封装结构采用磁控溅射技术，将电极热沉和绝缘层以薄膜的形式直接铺设在散热器上，其工艺较简单，成本低廉，适[12]合大规模生产，具有非常良好的应用前景(如图1.3)。图1.3LED不同的封装结构：(a)正装结构;(b)倒装结构;(c)金属板线路结构;(d)板上封装结构;(e)薄膜封装结构Figure1.3ThepackagingstructureofLED,(a)normalchip,(b)flip-chip,(c)metalcircuitboard,(d)chiponboa

8、rd,(e)thinfilm1.2.2大功率LED散热问题及概述由于LED芯片的热管理不方便，采取不同的封装结构能够有效地降低其芯片的温度。其封装结构的目的主要是确保发光芯片与电路板的良好接触，以及发光芯片不会被外部环境影响正常工作。同时，还加强封装结构的散热，降低芯片的温度，延长LED灯的使用寿命。3重庆大学硕士学位论文1绪论[13]图1.4大功率LED结构Figure