大功率LED散熱用導(dǎo)熱硅橡膠的制備與性能研究.pdf

1、LED((LightEmittingDiode))作為一種優(yōu)良的光電器件,具有體積小、功耗低、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),預(yù)計在未來的10~20年內(nèi)將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強(qiáng)、高功率發(fā)展,其散熱問題日漸突出,嚴(yán)重影響了LED的光輸出特性和器件的壽命,已成為大功率LED封裝必需解決的關(guān)鍵問題。
　　本文針對LED的散熱問題,選擇研究了可應(yīng)用于大功率LED的導(dǎo)熱硅橡膠。在闡述硅橡膠的硫化機(jī)理和導(dǎo)熱機(jī)理的基礎(chǔ)上,制備了K

2、H-550(硅烷偶聯(lián)劑)表面處理的Al2O3、AlN導(dǎo)熱硅橡膠、不同填料(氧化鋁、銅、氮化鋁、石墨、鋁)的導(dǎo)熱硅橡膠、不同粒徑的導(dǎo)熱硅橡膠以及二元混合填充導(dǎo)熱硅橡膠;分析了填料表面處理、填料種類、不同量補(bǔ)強(qiáng)劑、填料填充量、填料粒徑大小等因素對單組份硅橡膠以及主填充填料、增強(qiáng)填料對二元混合填充導(dǎo)熱硅橡膠熱導(dǎo)率的影響;并將所制備的導(dǎo)熱硅橡膠用于1W、3W、5WLED燈珠;最后,應(yīng)用COMSOLMultiphysic多物理場仿真軟件對LED溫

3、度場進(jìn)行了初步模擬。
　　論文的主要研究結(jié)果如下:
　　①經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱填料制備的導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱率總體高于未經(jīng)表面處理的;同時,適量的氣相法白炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑有利于增強(qiáng)硅橡膠活性,提高硅橡膠的導(dǎo)熱性能。
　　②不同導(dǎo)熱顆粒制備的硅橡膠導(dǎo)熱率不同,熱導(dǎo)率λAl>λAlN>λC>λCu>λAl2O3,Al導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱率最高,達(dá)到0.52W/(m?K),Al2O3導(dǎo)熱硅橡膠最低為0.36W/(m?K)。
　　③同種導(dǎo)熱

4、填料下,隨導(dǎo)熱填料填充量的增大,硅橡膠熱導(dǎo)率增加。相同填料用量下,AlN填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能比Al2O3的好。
　?、蹵l填充導(dǎo)熱硅橡膠熱導(dǎo)率與Al顆粒粒徑的關(guān)系表明:填料粒徑對熱導(dǎo)率的影響較大,當(dāng)Al粒徑為50μm時,熱導(dǎo)率最高為0.70W/(m?K);
　　⑤以Al(50μm)顆粒為主,添加不同粒徑(1、8、20、74μm)Al制備的二元混合導(dǎo)熱硅橡膠中,發(fā)現(xiàn):隨第二填充Al顆粒粒徑增大,熱導(dǎo)率減小;同一粒徑(20μm)

5、的Al和Cu作為第二填充顆粒時,熱導(dǎo)率變化不大。
　?、迣⒅苽涞膶?dǎo)熱硅橡膠用于1W、3W、5WLED燈珠,實(shí)際散熱結(jié)果表明:自制AlN填充制備的導(dǎo)熱硅橡膠封裝的LED結(jié)溫比市購深圳市鴻富誠散熱墊片封裝的LED結(jié)溫稍高,兩者結(jié)溫溫差最小為2.3℃;但當(dāng)LED功率較高(>5W)時,兩者結(jié)溫相差很小,說明:制備的導(dǎo)熱硅橡膠更適合應(yīng)用于5W以上大功率LED。
　?、逤OMSOLMultiphysic仿真軟件對LED溫度場的模擬結(jié)果與