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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）

摘要 通过浇注工艺制备环氧树脂(EP)／Si3N4复合材料，研究了Si3N4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Si3N4含量的增加而增大，当Si3N4体积分数为25%时，热导率达到0.511 W／（m·K），线性热膨胀系数随着Si3N4含量的增加不断下降，在Si3N4体积分数为25%时，线性热膨胀系数为49.18×10–6／℃，而EP／Si3N4复合材料的剪切强度则随着Si3N4的含量的增加先升高后下降,最高达47.6 MPa。

关键词 环氧树脂 Si3N4 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［1］。然而，1．1　主要原材料

造成LEDLED芯片的有源区面积小，工作电流大，双酚A型EP（E–51）：江苏丹徒树脂厂；

芯片的工作温度高。尤其是大功率LED，芯片承受固化剂、低分子聚酰胺（651）：江苏丹徒树脂的热流量更大，若不采取有效的散热措施，会使芯片厂；结温过高，将导致LED的光效率减小，芯片发射光偶联剂（KH–550）：南京曙光化工厂；谱发生红移，色温质量下降，并加速LED芯片蜕化，Si3N4粉体：粒径为1 μm，热导率为80 W／使器件寿命缩短［2–3］。而芯片产生的热量绝大部分（m·K），秦皇岛一诺高新材料有限公司；是通过热传导的方式传到芯片底部的基板上，再以丙酮：市售。热对流的方式耗散掉［4］。因此，LED基板材料要求1．2　仪器与设备具有较高的导热性能。扫描电子显微镜（SEM）：JSM–5610LV型，日

目前，常用的LED散热基板，其结构为：下层为本Joel公司；铝板，上层为铜线路及焊接电极，中间为高分子绝缘热导率测定仪：YBF–3型，杭州大华仪器制造介质层。虽然铝和铜的热导率很高，但是传统的绝有限公司；缘层使用的FR–4半固化片热导率较低［0.15～0.25 热膨胀仪：PCY–Ⅲ型，湘潭华丰仪器制造有限W／（m·K）］，绝缘层成为LED基板的散热瓶颈。公司；且在高温下，由于热膨胀不一致，可能会产生绝缘层电子拉伸试验机：AG–I250kN型，日本岛津公和金属基底分层的现象。因此，研究开发导热性好、司。线性热膨胀系数与金属基板材料相匹配且具有一1．3　试样制备定的粘结强度和刚度的绝缘层材料对大功率LED（1）Si3N4的改性的应用具有重要意义［5］。研究表明，由陶瓷颗粒如将Si3N4粉体在150℃干燥4 h，以2%（占粉体

6］7］

SiO［Al2O［AlN［8］、SiC［9］等作为填充料制备的质量百分数）的比例配制偶联剂–丙酮溶液。将2、3、

的聚合物基复合材料显示出优良的导热性能、低膨干燥的Si3N4粉体加入到配制好的溶液中，机械搅胀性和介电绝缘性等。拌2 h，超声波震荡30 min，然后边加热边搅拌使溶

笔者［10］选用热导率大、线性热膨胀系数小的剂基本挥发，置于真空干燥箱内烘干，研磨，装瓶待Si3N4作为改善环氧树脂（EP）导热性能的填充材用。料，通过对Si3N4表面改性，制备出EP／Si3N4复合（2）EP／Si3N4复合材料的制备材料，研究了Si3N4含量对复合材料热导率、线性热分别称取一定量的EP和Si3N4粉体，在烧杯中膨胀系数及剪切强度的影响，以期为大功率LED散混合后，边加热边搅拌，搅拌40 min后，超声波震荡热基板中的高导热绝缘介质材料的开发提供试验依30 min，然后在真空干燥箱中抽真空1.5 h。再加入据。2011-09-12收稿日期：