LED封装用高导热金刚石/铜复合材料的制备及其性能分析

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Jeanneyli
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目前,随着大功率LED的快速发展,其散热问题已越来越严峻,研究具有高导热率的金刚石/铜复合封装材料对解决LED的散热问题具有重要的理论及实用价值。  本文采用SPS放电等离子烧结、HIP热等静压处理和高温高压烧结三种方法制备金刚石/铜复合材料,通过石墨化、复合材料组织形貌和热导率的观察测试,对比三种方法得出最佳烧结工艺,最后将材料加工成基板应用于LED中测试其热学性能和光电性能。  首先采用SPS烧结,确定烧结温度1040℃,加压约55.5Mpa,使用大小金刚石混合的方法得出材料的热导率只有17.96w/mk,针对存在的问题采用HIP处理方法对SPS烧结制备的材料进行二次烧结,同等条件下,加压200MPa,得出材料的热导率最高达到53.87w/mk,热导率提高了2倍左右,据此指出了压强对材料热导率的影响,接下来采用高温高压烧结,烧结温度仍为1040℃,加压4GPa,所得材料最高热导率达263.55w/mk,推断压强的增加加大了金刚石与铜的机械结合程度,改进了铜的结晶质量,提高了界面结合,故热导率大大上升,因此确定了高温高压烧结为最优制备工艺。另外,三种方法都没有观察到石墨化现象。  接下来在高温高压法烧结下,利用正交实验法得出各因素对复合材料的热导率的影响程度,表明:铜与金刚石的体积比影响最大,金刚石的粒度尺寸次之,保温保压时间排第三,而大小金刚石的体积比例影响最弱。接下来进一步实验得出随着金刚石的体积比例的增加,热导率逐渐减少,随着金刚石颗粒的尺寸的增加,热导率逐渐增大,随着大小金刚石的配比的不同,热导率变化不大。  最后将所得材料加工成基板形状应用于LED中,与传统铜基板和铝基板进行对比,在700mA驱动电流下进行610h的老化测验,其红外热像图表明金刚石/铜复合基板的温度分布很均匀,光通量、光效和色温随时间的变化趋势图与传统基板接近,表明此复合材料可应用于LED封装中,并随着未来热导率的提高将取代传统基板。
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