LED散热铝基板用导热介质材料的制备与性能研究.pdf

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1、工程塑料应用2011年，第39卷，第12期LED散热铝基板用导热介质材料的制备与性能研究马振辉黄金亮殷镖顾永军陈冠羽(河南科技大学材料学院，洛阳471003)r摘要通过浇注工艺制备环氧树脂(EP)／Si，N复合材料，研究Si3N含量对复合材料的热学和力学性能的影响。结果表明，复合材料的热导率和升温速率随si3N含量的增加而增大，当Si3N体积分数为25％时，热导率达到O．511】w／(m·K)，平均线性热膨胀系数随si，N含量的增加不断下降，在si3体积分数为25％时，平均线性热膨胀系数为49．18×10／℃，而EP／Si3N4复合材料的剪切强度则随着si]的含量的

2、增加先升高后下降，最高达47．6MPa。关键词环氧树脂SiN4颗粒热导率线性热膨胀系数剪切强度～在资源愈加短缺的今天，LED作为一种节能、1实验部分环保的新型光源，越来越受到人们的重视⋯。然而，1．1主要原材料LED芯片的有源区面积小，工作电流大，造成LED双酚A型EP(E-51)、固化剂、低分子聚酰胺芯片的工作温度高。尤其是大功率LED，芯片承受(651)：江苏丹徒树脂厂；的热流量更大，若不采取有效的散热措施，会使芯片偶联剂(KH一550)：南京曙光化工厂；温度过高，将导致LED的光效率减小，芯片发射光si粉体：粒径为1m，热导率为80w／谱发生红移，色温质量下降

3、，并加速LED芯片蜕化，(m·K)，秦皇岛一诺高新材料有限公司；使器件寿命缩短。而芯片产生的热量绝大部分丙酮：市售。是通过热传导的方式传到芯片底部的基板上，再以1．2仪器与设备热对流的方式耗散掉．4J。因此，LED基板材料要求扫描电子显微镜(SEM)：JSM-5610LV型，日具有较高的导热性能。本Joel公司；目前，常用的LED散热基板，其结构为：下层为热导率测定仪：YBF-3型，杭州大华仪器制造铝板，上层为铜线路及焊接电极，中间为高分子绝缘有限公司；介质层。虽然铝和铜的热导率很高，但是传统的绝热膨胀仪：pCY-III型，湘潭华丰仪器制造有限缘层使用的FI半固化片

4、热导率较低[0．15025公司；w／(m·K)]，绝缘层成为LED基板的散热瓶颈。、电子拉伸试验机：AG-I250kN型，日本岛津公且在高温下，由于热膨胀不一致，可能会产生绝缘层司。和金属基底分层的现象。因此，研究开发导热性好、1．3试样制备线性热膨胀系数与金属基板材料相匹配且具有一(1)SiN的改性定的粘结强度和刚度的绝缘层材料对大功率LED将sN4粉体在150℃干燥4h，以2％(占粉体的应用具有重要意义J。研究表明，由陶瓷颗粒如的质量百分数)的比例配制偶联剂一丙酮溶液。将Si02~、A1203[7]、AIN[8]、SiC【9等作为填充料制备干燥的Si，N4粉体加

5、入到配制好的溶液中，机械搅的聚合物基复合材料显示出优良的导热陛能、低膨拌2h，超声波震荡3Oil1in，然后边加热边搅拌使溶胀性和介电绝缘性等。剂基本挥发，置于真空干燥箱内烘干，研磨，装瓶待笔者¨。。选用热导率大、平均线性热膨胀系数小用。的SN4作为改善环氧树脂(EP)导热性能的填充(2)EP／Si3N4复合材料的制备材料，通过对si3N4表面改性，制备出EP／si3N复分别称取一定量的EP和si，N4粉体，在烧杯中合材料，研究了si3N含量对复合材料热导率、线性混合后，边加热边搅拌，搅拌40miI1后，超声波震荡热膨胀系数及剪切强度的影响，以期为大功率LED30m

6、in，然后在真空干燥箱中抽真空1．5h。再加入散热基板中的高导热绝缘介质材料的开发提供试验固化剂，缓慢搅拌，反复抽真空数次，浇注到自制模依据。收稿日期：2011-09—12马振辉，等：LED散热铝基板用导热介质材料的制备与性能研究51具中。8O℃固化4h，随炉冷却至室温后取出脱模。热导率为0．511w／(m·K)，约为纯EP的2．5倍。1．4性能测试O．55IO导热性能按GB3399—1982测试；．50·0．45热膨胀性能按GB1036-1989测试，试样尺寸—0．4O为6111111×6mm×501TUTI，测试温度为室温一80℃，0．35升温速率为5℃／min

7、；褂0．30剪切强度按GB7124-1986On,0试，拉伸速率2霪0．250．20mm／min；0510l52O25SEM观察：将试样拉伸断面进行喷金处理后用si3N4体积分数／％-—i：。一Maxwell—Eucken模型SEM观察并拍照。2结果与讨论图2不同含量Si3N4对EP／Si3N4复合材料热导率的影响对于热导率的预测，国内外研究者提出了多种2．1复合材料的微观组织导热模型13-15]，其中Maxwell—Eucken模型n预测应用于散热基板的绝缘层材料，其微观组织即了球状填料在树脂中无相互作用的均一无规则的分所添加无机填料的分散情况直接影响到复合材