论文摘要
为了降低大功率LED的封装热阻,本文采用加成型室温硫化硅橡胶为基胶,粒径为4.9μm的Al2O3和1μm的ZnO以及粒径分别为10μm,2.2μm,30μm和6μm的AlN填料组合使用,研制了一款硅橡胶基绝缘型导热胶。本文通过差示扫描量热分析和热重分析,确定了一定含氢硅油和乙烯基硅油用量（即一定的SiH/SiVi）下的催化剂和抑制剂的最佳用量,及其相应室温固化时间和加热固化温度,从而确定了本文导热胶基体的成分及固化工艺。采用沉降实验,比较了三种偶联剂对所选用的填料的表面处理效果,确定了本文所选用的填料的最佳表面处理剂及相应的表面处理工艺。采用稳态热流法,研究了填料的种类和用量对导热胶热导率的影响。采用γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和高黏度乙烯基硅油对导热胶基体进行改性以提高导热胶对铝合金的粘接性能,按照GB-T7124（ISO4587）用拉伸剪切强度表征了导热胶对铝合金的粘接强度;测试导热胶成品的黏度。最后,按照ASTM D 149-09测试了所制得的硅橡胶基绝缘导热胶的介电强度。试验结果发现:本课题所使用的加成型硅橡胶的配比为乙烯基硅油10份,含氢硅油3.086份,铂金催化剂0.05份,抑制剂0.025份,能保证硅橡胶在室温下的操作时间为15h,当加热到78.8℃时能迅速固化。KH-550、A-171和ND-42三种偶联剂,对本文所使用填料的表面处理效果为KH-550最好,ND-42次之,A-171最差,由于KH-550分子中存在-NH2会导致铂金催化剂中毒,使硅橡胶无法固化,所以本课题选用ND-42作为填料的通用表面处理剂。对填料进行表面处理能明显改善相应导热胶的热导率,表面处理前后,10μmAlN填充的导热胶的最高热导率分别为1.752W/m·K和1.823W/m·K,2.2μmAlN填充的导热胶的最高热导率分别为1.512W/m·K和1.523W/m·K。经表面处理的Al2O3、ZnO和30μmAlN填料单独使用时制得的导热胶的极限热导率分别为1.327 W/m·K、1.021W/m·K和1.202 W/m·K。40份10μmAlN和10份2.2μmAlN组合使用时出现协同效应,导热胶热导率1.87W/m·K;当40份Al2O3和5份ZnO组合使用时出现协同效应,相应导热胶的热导率为1.036 W/m·K; 30μmAlN和6μmAlN组合使用时并没有出现明显的协同效应。当γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和高黏度乙烯基硅油用量分别为0.1份和2份时,40份10μmAlN和10份2.2μmAlN填充的导热胶对铝合金粘接强度达到1.056MPa,黏度为52000 mPa·s。40份10μmAlN和10份2.2μmAlN填充的导热胶的介电强度大于14.78kV/mm。试验结果分析认为AlN填充的加成型室温硫化硅橡胶基导热胶具有热导率高、电气性能好,可以满足大功率LED封装散热的要求,具有很好的应用前景。