環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料熱界面(tim)的分析

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1、重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1緒論1.1引言自從愛迪生發(fā)明了碳絲白熾燈，新光源如熒光燈、高頻無極熒光燈及微波硫燈層出不窮。但是白熾燈、熒光燈等光源耗電量大、發(fā)光效率低、壽命短，不利于能源的節(jié)約和環(huán)保。發(fā)光二極管（LightEmittingDiode,LED）,作為一種新型第四代環(huán)保固體發(fā)光光源，已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈。LED具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快、無輻射、無電磁干擾、無有毒氣體、發(fā)光效率高及易控制的優(yōu)點(diǎn)(如表1.1所示)，得到國家政府的重視與財(cái)政支持，目前已經(jīng)在室內(nèi)照明、道路照明、汽車前照燈、

2、裝飾等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用（如圖1.1）。[1~3]表1.1LED、白熾燈、節(jié)能燈的比較Table1.1ThecomparisonofLED,incandescentlampandcompactfluorescentlampLED白熾燈節(jié)能燈光效(lm/W)50~10012~2450~70壽命6萬-10萬小時平均1000小時5000-10000小時綠色環(huán)保無輻射，無污染，可回收熱輻射汞污染，熱輻射節(jié)能相同照明效果節(jié)能80%耗電量大耗電量高于白熾燈耐沖擊性全固體器件，耐沖擊易碎，燈絲易斷易碎體積小中大光電轉(zhuǎn)換率>3

3、0%,在迅速提高5%20%圖1.1LED的應(yīng)用Figure1.1TheapplicationsofLED1重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論近年來，LED不斷向著高光強(qiáng)、大功率發(fā)展，散熱成為制約大功率LED發(fā)展的主要障礙。一方面，在不影響LED電光轉(zhuǎn)換效率和壽命的前提下，增大驅(qū)動電流密度，可使輸出功率增大；另一方面，通過改善LED的封裝結(jié)構(gòu)及出光設(shè)計(jì)，可以提高輸出光的光通量。這些改進(jìn)都會使得熱量不斷的積累，LED芯片的溫度持續(xù)升高，這樣就會加速LED芯片的老化，縮短LED的使用壽命。因此，在成本允許的條件下，必須采取一些

4、高效可靠的方法改善熱傳遞的過程，降低熱阻，從而延長大功率LED的使用壽命。1.2大功率LED散熱問題簡介1.2.1大功率LED結(jié)構(gòu)與白熾燈不同，大功率LED是一種由多層層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的p-n結(jié)，在沒有外部輸入電能時，由于p-n結(jié)之間存在著載流子濃度梯度，n區(qū)的多數(shù)載流子（電子）由于濃度差向p區(qū)擴(kuò)散，而p區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）則同樣向n區(qū)擴(kuò)散。這樣，對于n區(qū)，電子離開后，留下了帶正電荷的電離受主，且沒有負(fù)電荷與之保持電[4]中性，因此，在p-n結(jié)附近n區(qū)產(chǎn)生一個正電荷區(qū)。同樣的，會在p-n結(jié)附近產(chǎn)生一個由電離受主構(gòu)成

5、的負(fù)電荷區(qū)。導(dǎo)致界面處產(chǎn)生了電荷耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的空間電荷會在p-n結(jié)內(nèi)部產(chǎn)生一個內(nèi)部電場，從而使得內(nèi)部形成一個穩(wěn)定的區(qū)域；在外加電場的作用下，p區(qū)的空穴將向n區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)的電子將向p區(qū)擴(kuò)散，電子和空穴的復(fù)合，多出來的能量將以光量子的形式向外輻射。圖1.2LED芯片的結(jié)構(gòu)Figure1.2ThestructureofLEDchipLED封裝的結(jié)構(gòu)主要有：正裝、倒裝、金屬線路板、板上封裝、薄膜封裝結(jié)構(gòu)等。正裝結(jié)構(gòu)主要是通過藍(lán)寶石層進(jìn)行散熱，熱導(dǎo)率僅為20W/m.K,而倒裝結(jié)2重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論構(gòu)的芯片則通過金

6、屬凸點(diǎn)倒裝連接到硅片上進(jìn)行散熱，熱導(dǎo)率為140W/m.K，導(dǎo)[5~6]熱性能好，倒裝結(jié)構(gòu)芯片的散熱效果要優(yōu)于正裝結(jié)構(gòu)芯片。金屬線路板結(jié)構(gòu)是目前大功率LED最主要的封裝結(jié)構(gòu)，其主要是利用鋁、銅等熱導(dǎo)率高的金屬，將LED產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，但是在燈珠，金屬線路板以及散熱器之間，會涂上一[7~8]層導(dǎo)熱粘接材料，這層粘接材料的熱導(dǎo)率較低，會影響大功率LED的散熱性能。板上封裝結(jié)構(gòu)（COB）是將LED芯片直接封裝在散熱基板上，但是這種封裝結(jié)構(gòu)[9~11]適用于高集成的結(jié)構(gòu)。這樣，由于芯片的密集程度高，產(chǎn)生的熱功率密度升高

7、，對COB封裝的散熱能力要求更高。薄膜集成封裝結(jié)構(gòu)采用磁控濺射技術(shù)，將電極熱沉和絕緣層以薄膜的形式直接鋪設(shè)在散熱器上，其工藝較簡單，成本低廉，適[12]合大規(guī)模生產(chǎn)，具有非常良好的應(yīng)用前景(如圖1.3)。圖1.3LED不同的封裝結(jié)構(gòu)：(a)正裝結(jié)構(gòu);(b)倒裝結(jié)構(gòu);(c)金屬板線路結(jié)構(gòu);(d)板上封裝結(jié)構(gòu);(e)薄膜封裝結(jié)構(gòu)Figure1.3ThepackagingstructureofLED,(a)normalchip,(b)flip-chip,(c)metalcircuitboard,(d)chiponboa

8、rd,(e)thinfilm1.2.2大功率LED散熱問題及概述由于LED芯片的熱管理不方便，采取不同的封裝結(jié)構(gòu)能夠有效地降低其芯片的溫度。其封裝結(jié)構(gòu)的目的主要是確保發(fā)光芯片與電路板的良好接觸，以及發(fā)光芯片不會被外部環(huán)境影響正常工作。同時，還加強(qiáng)封裝結(jié)構(gòu)的散熱，降低芯片的溫度，延長LED燈的使用壽命。3重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論[13]圖1.4大功率LED結(jié)構(gòu)Figure