大功率LED散熱界面材料的制備及散熱封裝研究.pdf

1、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)具有能耗低、壽命長(zhǎng)及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有望成為二十一世紀(jì)新一代固態(tài)節(jié)能綠色照明光源而越來(lái)越受到關(guān)注。為滿足照明需求，LED日趨于高亮度、大功率的方向發(fā)展。隨著LED的功率上升，其散熱問(wèn)題也日漸突出，嚴(yán)重影響了LED的性能及壽命，限制了其的發(fā)展。所以，散熱問(wèn)題是LED實(shí)現(xiàn)照明應(yīng)用的關(guān)鍵，有效解決LED的散熱問(wèn)題具有重要的意義。
　　本文圍繞大功率LED的散熱問(wèn)題，研究制備了可用

2、于大功率LED散熱封裝的熱界面材料（Thermal Interface Materials，TIM）—導(dǎo)熱硅脂與導(dǎo)熱貼片，同時(shí)針對(duì)LED的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱模擬分析，旨在提出合理的LED散熱封裝設(shè)計(jì)。文中采用離子交換法及交替微波加熱法分別制備碳包銅納米粒子(Cu@C)與石墨烯，并將其用于制備包括石墨烯導(dǎo)熱硅脂、石墨烯導(dǎo)熱貼片及Cu@C導(dǎo)熱硅脂的系列熱界面材料。通過(guò)各種分析測(cè)試表征手段，如XRD、SEM、BSE、TEM、DSC及TGA等，分析

3、了熱界面材料中填料的分散性，熱界面材料的熱穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性。為了研究界面材料的實(shí)際散熱能力，將制備的系列界面材料用于40W LED路燈散熱封裝，考察其實(shí)際散熱效果。最后，采用ANSYS有限元模擬軟件對(duì)熱界面材料導(dǎo)熱性能、LED輸入功率、空氣對(duì)流系數(shù)及芯片集成方式等影響LED散熱的因素進(jìn)行熱模擬分析，探討各因素在影響LED散熱時(shí)的熱學(xué)行為。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):1）表面活性劑KH-550能有效改善填料（石墨烯與Cu@C）在熱界面材料

4、中的分散性及相容性;2）采用離子交換法與交替微波加熱法制備Cu@C與石墨烯，能有效解決其制備效率低的問(wèn)題，有助于Cu@C與石墨烯的廣泛應(yīng)用;3）制備的系列熱界面材料具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，石墨烯導(dǎo)熱硅脂、石墨烯導(dǎo)熱貼片及Cu@C導(dǎo)熱硅脂的最高導(dǎo)熱系數(shù)分別為2.78W/(m·k)、1.55W/(m·k)及1.95W/(m·k)，對(duì)應(yīng)的填料填充量分別為2.0wt％、1.5wt％及200wt％，且制備的系列熱界面材料具有良好的熱穩(wěn)定性;4）制備的

5、系列界面材料導(dǎo)熱系數(shù)高于2.5W/(m·k)時(shí)，能滿足LED的散熱封裝，且導(dǎo)熱硅脂的散熱效果優(yōu)于導(dǎo)熱貼片;5）通過(guò)ANSYS對(duì)影響LED散熱的系列因素進(jìn)行模擬分析發(fā)現(xiàn)，輸入功率大于3W的LED燈珠存在嚴(yán)重的散熱問(wèn)題，為進(jìn)一步滿足大功率高強(qiáng)度的LED照明要求，需采用LED集成封裝工藝。對(duì)于這種封裝工藝，在散熱設(shè)計(jì)時(shí)選用導(dǎo)熱系數(shù)大于3.0 W/(m·K)的熱界面材料，風(fēng)冷空氣對(duì)流系數(shù)高于50 W/m2·℃，集成芯片間距大于6mm，LED整體