金属/氧化铝复合散热基片的制备及其性能研究

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由于LED具有节能环保等优异性能,使得其应用广泛。但是散热问题是LED发展的一大限制,尤其是大功率的LED元件,其散热问题的解决之一在于封装材料的选择,散热性好的封装材料有利于LED芯片热量的导出。作为封装的基片材料,应具有与芯片匹配的热膨胀系数和一定的电气绝缘性,同时满足高的热导率。氧化铝基片仅满足一定的要求,而金属-氧化铝复合基片,不仅满足热膨胀系数和电气绝缘性的要求,而且结合了金属本身的特性,满足了热导率的要求,提高基片散热性能。在氧化铝基体中,添加高导热相,使得复合材料的内部导热链可以完整的形成,进一步提高热导率,使其散热性满足电子器件的微型化和大功率化等要求。本文结合流延成型工艺与真空烧结工艺制备了金属-氧化铝复合散热基片,研究了致密度、热导率、抗弯强度,并分析了几种散热基片的击穿强度和散热性能。研究结果如下:(1)与其他Me-Al2O3基片对比,Ni-Al2O3复合基片的热导率较高,且比纯Al2O3基片的热导率、致密度和抗弯强度大。镍含量为0vol.%-10vol.%时,Ni-Al2O3复合基片的热导率和致密度均随之上升;Ni含量为10vol.%-15vol.%时,Ni-Al2O3复合基片的热导率和致密度均呈下降趋势。梯度变化基片中,梯度为5vol.%-10vol.%-15vol.%-10vol.%-5vol.%的Ni-Al2O3复合基片热导率最高。(2)NiF-Al2O3(Ni纤维-Al2O3)基片的热导率大于纯Al2O3基片的热导率,当镍粉含量为10vol.%,镍纤维间距密度为5mm时的NiF-Ni-Al2O3(Ni纤维-Ni-Al2O3)复合基片热导率最大。且大于同一镍粉含量的Ni-Al2O3复合基片的热导率和抗弯强度。(3)在同种功率的LED和同样阵列分布的LED条件下,用ANSYS对几种复合基片进行热分析,得到基片散热性能强弱为:NiF-Ni-Al2O3复合基片Ni-Al2O3复合基片梯度Ni-Al2O3复合基片Al2O3基片。(4)几种基片的击穿电压均满足要求。用结温、结温温升和系统热阻来表征基片的散热能力,散热能力的强弱顺序为:NiF-Ni-Al2O3复合基片Ni-Al2O3复合基片梯度Ni-Al2O3复合基片Al2O3基片,金属(或者金属纤维)的添加有利于提高基片的散热能力。
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