一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性的方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性的方法。通过在环氧树脂中分别加入外掺剂石墨烯及其衍生物氧化石墨烯，提高环氧树脂的导热性；并采用改性后的环氧树脂完成LED封装，从而提高LED的散热性。该发明专利技术中，在环氧树脂中加入一定量的石墨烯充当导热结点，可降低界面热阻，同时能够在聚合物中形成传递热量的导热网络，从而提高复合材料的导热性；并且当氧化石墨烯作为外掺剂时，氧化石墨烯/环氧树脂复合材料导热性能更优。因此，采用石墨烯改性环氧树脂封装LED，将更好地提高LED的散热性。热性。热性。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性的方法


[0001]本专利技术涉及电子器件封装
，具体涉及一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性的方法。

技术介绍

[0002]发光二极管（LED）是由芯片、金属线、支架、导电胶、封装材料等组成，而封装材料主要用于发光芯片的封装。封装的目的主要是密封和保护芯片正常工作，避免其受到周围环境中湿度与温度的影响。然而，随着LED芯片集成度的不断提高，其不可避免带来的高热量无疑给LED的封装材料提出了更高的要求。
[0003]现有的LED封装材料主要包括环氧树脂、有机硅、玻璃等高透明的材料。在过去的二、三十年里，大多数LED都用环氧树脂封装材料。普通的环氧树脂，例如双酚A环氧树脂，由于其自身导热率不高，芯片在使用的过程中易造成损坏。通过改进封装材料是改善LED散热性能的一个非常重要的问题。
[0004]采用纳米填料改性环氧树脂时，可以改善环氧树脂导热性。纳米材料在环氧树脂复合材料里面充当导热结点，能够降低界面的热阻，同时还能够在聚合物中形成传递热量的导热网络。纳米填料与聚合物之间的相互作用越强，复合材料的热稳定性与导热性能就会越好。石墨烯导热率最高可达5300W/m*K，石墨烯碳纳米材料是目前已知导热率最高的材料，氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物，它的物理结构和性质与石墨烯类似，也被人们看作是一种可以改善复合材料热学性能的材料。
[0005]综上所述，现有技术存在的问题是：随着集成电路的集成度越来越高，对LED散热要求越来越高。因环氧树脂封装材料热导率不高，限制了其在电子封装领域的应用。因此，开发出性能优良的环氧树脂封装复合材料，对我国LED产业的发展意义重大。同时，对电子封装领域的发展有积极的推动作用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于通过外掺剂来改进环氧树脂的导热率，以提高环氧树脂封装LED的导热性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性方法，其特征在于：该方法选用石墨烯及其衍生物氧化石墨烯分别作为外掺剂，增大环氧树脂导热率，从而达到提高用改性后的环氧树脂封装LED散热效果。
[0008]进一步，所述的环氧树脂属于双酚A型的二缩水甘油醚(DGEBA)，其化学式为C
21
H
24
O4，环氧树脂固化剂采用二氨基二苯酚(DDS)，其化学式为C
12
H
12
N2O2S。
[0009]进一步，所述的石墨烯和氧化石墨烯分别添加到环氧树脂中。当石墨烯和氧化石墨烯的含量不断增加时，复合材料的热导率也随之升高。在环氧树脂中添加石墨烯和氧化石墨烯均能改善复合材料的热导率。
[0010]进一步，所述的石墨烯和氧化石墨烯均能改善复合材料的热导率，其特征在于，氧
化石墨烯能更好地提高环氧树脂的导热性。
[0011]本专利技术的优点及积极效果为：通过石墨烯、氧化石墨烯用作外掺剂时，分别加入到环氧树脂中，经过测量制备出的复合材料的导热率，改性后的环氧树脂导热性均有所增加。当石墨烯、氧化石墨烯的含量不断增加时，得到的复合材料的热导率也会不断升高。表明二维平面结构的石墨烯、氧化石墨烯片层与片层之间逐渐形成有效的导热网络，这些导热网络有助于将热量快速传递到低温区域。因而，用石墨烯或氧化石墨烯改性后的环氧树脂封装LED均能有效地改善LED的散热效果。并且，氧化石墨烯含有丰富的含氧基团，有助于氧化石墨烯与环氧树脂之间的相互作用，因此氧化石墨烯与环氧树脂能够形成更好的导热网络，复合材料导热性能的改善更为明显。忽略石墨烯与氧化石墨烯本身导热性能的差别，氧化石墨烯对环氧树脂导热性能的提升效果强于石墨烯。因而，用氧化石墨烯改性环氧树脂封装LED将极大提高LED的散热性，从而促进了大功率LED的进一步发展。
附图说明
[0012]图1：不同石墨烯、氧化石墨烯含量下，复合材料热导率的变化。
[0013]图2：填料添加量变化时，石墨烯/环氧树脂、氧化石墨烯/环氧树脂复合材料热导率与填料热导率的比值。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0015]实施例1（对照组）将20 ml的环氧树脂E51在60℃的水浴锅中预热30min，使其成为流动性强的液体。然后加入50 ml的无水乙醇，6g的DDS固化剂，超声分散60min。充分分散后，在60℃的水浴锅中搅拌30min。接着将其放入80℃的真空箱中保持两小时，抽真空脱气泡，挥发无水乙醇。同时，将模具进行预热，并且涂抹甲基硅油脱模剂以便于后期脱模。最后将混合溶液倒入模具中，在烘箱中依次用80℃两小时、120℃两小时、160℃两小时进行固化。使用天平、量筒分别测量固化后的环氧树脂复合材料的质量和体积。利用导热系数仪测量复合材料的扩散系数和比热容。最后，通过公式ρ=m/v和k=α*Cp*ρ计算得到复合材料的热导率。
[0016] 如下表一是环氧树脂固化后测量得到的10组热导率数据，最后取其平均值，可以得到环氧树脂复合材料的热导率为0.2068 W/m*K。
[0017]表一环氧树脂复合材料的热导率。
[0018]实施例二 将20 ml的环氧树脂E51在60℃的水浴锅中预热30min，使其成为流动性强的液体。同时将不同含量的石墨烯添加到50 ml的无水乙醇中，超声分散30min，使得石墨烯均匀地分散在无水乙醇中。然后将石墨烯无水乙醇溶液倒入环氧树脂中，超声分散60min。充分分散后，在60℃的水浴锅中搅拌30min。接着将其放入80℃的真空箱中，抽真空脱气泡，挥发无水乙醇，保持两小时。然后加入6g DDS固化剂，在60℃的水浴锅中搅拌30min。搅拌完毕后，放入80℃的真空箱中保持30min，抽真空脱气泡，挥发剩余的无水乙醇。同时将模具进行预热，并且涂抹甲基硅油脱模剂以便于后期脱模。最后将混合溶液倒入模具中，在烘箱中依次用80℃两小时、120℃两小时、160℃两小时进行固化。分别制备石墨烯质量为0.05g、0.1g、0.15g、0.2g时的石墨烯/环氧树脂复合材料。使用天平、量筒分别测量固化后石墨烯/环氧树脂复合材料的质量和体积。利用导热系数仪测量复合材料的扩散系数和比热容。最后，通过公式ρ=m/v和k=α*Cp*ρ计算得到复合材料的热导率。
[0019]如下表二是石墨烯/环氧树脂复合材料复合材料固化后热导率，当石墨烯含量不断增加时，石墨烯/环氧树脂复合材料的热导率也在不断升高。说明在环氧树脂中添加石墨烯能改善复合材料的热导率。当石墨烯含量较低时，填料之间的接触较少，导热路径未能有效形成。随着含量的增多，石墨烯片层与片层之间的接触机会增多，石墨烯的二维平面结构使得其可以得到较好的接触面积，形成有效的导热路径，继而形成导热网络。热量可以通过这些导热网络快速传递到低温区域。内部形成的导热网络越多，热量传递的速度就越快。
[0020]表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性方法，其特征在于：该方法选用石墨烯及其衍生物氧化石墨烯分别作为外掺剂，增大环氧树脂复合材料导热率，提高环氧树脂封装LED的散热性。2.根据权力要求1所述的一种石墨烯改性环氧树脂提高LED散热性的方法，其特征在于，所述的环氧树脂属于双酚A型的二缩水甘油醚(DGEBA)，其化学式为C
21
H
24
O4；环氧树脂固化剂采用二氨基二苯酚(DDS)，其化学式为C

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海情，丁花，崔凯月，宜新博，李洁颖，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：