一種不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠及其生產方法與流程

2023-06-14 20:18:36 1

本發明涉及LED散熱橡膠技術領域，尤其涉及一種不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠及其生產方法。

背景技術：

LED((LightEmittingDiode))作為一種優良的光電器件，具有體積小、功耗低、壽命長、環保等優點，預計在未來的10~20年內將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強、高功率發展，其散熱問題日漸突出，嚴重影響了LED的光輸出特性和器件的壽命，已成為大功率LED封裝必需解決的關鍵問題。本文針對LED的散熱問題，選擇研究了可應用於大功率LED的導熱矽橡膠。在闡述矽橡膠的硫化機理和導熱機理的基礎上，製備了KH-550(矽烷偶聯劑)表面處理的Al2O3、AlN導熱矽橡膠、不同填料(氧化鋁、銅、氮化鋁、石墨、鋁)的導熱矽橡膠、不同粒徑的導熱矽橡膠以及二元混合填充導熱矽橡膠；分析了填料表面處理、填料種類、不同量補強劑、填料填充量、填料粒徑大小等因素對單組份矽橡膠以及主填充填料、增強填料對二元混合填充導熱矽橡膠熱導率的影響；並將所製備的導熱矽橡膠用於1W、3W、5WLED燈珠；最後，應用COMSOLMultiphysic多物理場仿真軟體對LED溫度場進行了初步模擬。論文的主要研究結果如下：①經過表面處理的導熱填料製備的導熱矽橡膠導熱率總體高於未經表面處理的；同時，適量的氣相法白炭黑補強劑有利於增強矽橡膠活性，提高矽橡膠的導熱性能。②不同導熱顆粒製備的矽橡膠導熱率不同，熱導率λAl>λAlN>λC>λCu>λAl2O3，Al導熱矽橡膠導熱率最高，達到0.52W/(mK)，Al2O3導熱矽橡膠最低為0.36W/(mK)。③同種導熱填料下，隨導熱填料填充量的增大，矽橡膠熱導率增加。相同填料用量下，AlN填充矽橡膠的導熱性能比Al2O3的好。④Al填充導熱矽橡膠熱導率與Al顆粒粒徑的關係表明：填料粒徑對熱導率的影響較大，當Al粒徑為50μm時，熱導率最高為0.70W/(mK)；⑤以Al(50μm)顆粒為主，添加不同粒徑(1、8、20、74μm)Al製備的二元混合導熱矽橡膠中，發現：隨第二填充Al顆粒粒徑增大，熱導率減小；同一粒徑(20μm)的Al和Cu作為第二填充顆粒時，熱導率變化不大。⑥將製備的導熱矽橡膠用於1W、3W、5WLED燈珠，實際散熱結果表明：自製AlN填充製備的導熱矽橡膠封裝的LED結溫比市購深圳市鴻富誠散熱墊片封裝的LED結溫稍高，兩者結溫溫差最小為2.3℃；但當LED功率較高（>5W）時，兩者結溫相差很小，說明：製備的導熱矽橡膠更適合應用於5W以上大功率LED。

該論文使用氮化鋁製備的橡膠導熱性較好，但是還是不能滿足生產的需要，而且橡膠的耐熱性、韌性、抗拉性能、耐水性、阻氣性、耐腐蝕性、耐磨性、抗輻射性、導熱性、耐酸鹼性、阻燃性、易變形性、抗氧化性還是不夠好，需要進一步改進。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠及其生產方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠，由下列重量份的原料製成：PVP11-12、二氯甲烷適量、DMF適量、107矽橡膠100-104、二甲基矽油5-5.4、正矽酸乙酯4.2-4.4、二月桂酸二丁基錫1-1.3、矽烷偶聯劑kh-550 1.7-1.9、乙醇170-190、氣相法白炭黑10-11、40-50μm氮化鋁100-105、納米氧化銦錫1.8-2.2、雙二茂鐵基乙炔2.4-2.6、5-氨基四唑1.2-1.3、納米氮化鋁18-18.5、納米纖維素1-1.5。

所述的不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠的生產方法，包括以下步驟：

（1）按體積比二氯甲烷：DMF=2:8配製成溶劑，加入PVP配製成12-13wt%的溶液，再加入納米氮化鋁、納米氧化銦錫，室溫下磁力攪拌12-13h，送入靜電紡絲裝置，溶液流速設定為0.2ml/h，驅動電壓為15kV，噴絲頭到收集裝置的距離為20cm，將40-50μm氮化鋁放入收集裝置中，在噴絲的同時不斷攪拌收集裝置內的物料，噴絲完畢得到混合物料；

（2）將乙醇加熱至70-75℃，加入矽烷偶聯劑kh-550，攪拌均勻，加入第（1）步得到的混合物料，保溫並攪拌10-11min，靜置2-2.5h，用吸管吸去上層清液，剩餘沉澱物放入乾燥箱，在80-82℃下乾燥2-2.5h，得到粉體；

（3）將107矽橡膠中加入二甲基矽油，混合均勻，得到稀釋橡膠；

（4）將第（2）步得到的粉體和第（3）步得到的稀釋橡膠以及其他剩餘原料混合均勻，送入模具，再連同模具放入真空乾燥箱中抽真空排除氣泡，10-12分鐘後取出，在室溫下自行固化4-4.5小時，即得。

本發明的優點是：本發明將納米氮化鋁、納米氧化銦錫紡絲，得到了納米絲，附著在微米級氮化鋁表面，使得納米絲能夠與微米級氮化鋁緊密結合，使得納米絲均勻分散在橡膠中，形成了點和線的穩定導熱通路，提高了橡膠的導熱性，還有效提高了矽橡膠的力學性能；通過使用雙二茂鐵基乙炔、5-氨基四唑、納米纖維素，可使得橡膠的力學性能、耐磨性能、壓縮永久變形性和撕裂性得到明顯提高。

具體實施方式

一種不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠，由下列重量份（公斤）的原料製成：PVP11、二氯甲烷適量、DMF適量、107矽橡膠100、二甲基矽油5、正矽酸乙酯4.2、二月桂酸二丁基錫1、矽烷偶聯劑kh-550 1.7、乙醇170、氣相法白炭黑10、40μm氮化鋁100、納米氧化銦錫1.8、雙二茂鐵基乙炔2.4、5-氨基四唑1.2、納米氮化鋁18、納米纖維素1。

所述的不易變形大功率LED散熱用導熱橡膠的生產方法，包括以下步驟：

（1）按體積比二氯甲烷：DMF=2:8配製成溶劑，加入PVP配製成12wt%的溶液，再加入納米氮化鋁、納米氧化銦錫，室溫下磁力攪拌12h，送入靜電紡絲裝置，溶液流速設定為0.2ml/h，驅動電壓為15kV，噴絲頭到收集裝置的距離為20cm，將40μm氮化鋁放入收集裝置中，在噴絲的同時不斷攪拌收集裝置內的物料，噴絲完畢得到混合物料；

（2）將乙醇加熱至70℃，加入矽烷偶聯劑kh-550，攪拌均勻，加入第（1）步得到的混合物料，保溫並攪拌10min，靜置2h，用吸管吸去上層清液，剩餘沉澱物放入乾燥箱，在80℃下乾燥2h，得到粉體；

（3）將107矽橡膠中加入二甲基矽油，混合均勻，得到稀釋橡膠；

（4）將第（2）步得到的粉體和第（3）步得到的稀釋橡膠以及其他剩餘原料混合均勻，送入模具，再連同模具放入真空乾燥箱中抽真空排除氣泡，10分鐘後取出，在室溫下自行固化4小時，即得。

本實施例散熱橡膠的導熱係數為0.71W/(m.K),硬度HA（s）為61。