一种大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂及其制备方法。它是以甲基硅油作为基底，加入一定组份的高导热微米粉体或化合物粉体、纳米金属粉体作为导热填料，并使用一定的表面活性剂，经过一定的工艺流程合成的二元混合纳米导热硅脂。本发明专利技术中的填料微粒经过表面处理后在表面形成一层有机包覆层，经过低温烧结，能够使填料与甲基硅油形成化学键网络连结，加入不同粒径和填充比例的纳米金属微粒后，提高了导热硅脂的填充率，从而提高了其热导率。当用于LED散热后，减小各界面之间热阻，形成了LED到环境的高效散热通道，以确保LED在允许的温度下工作，保障LED的高光效和使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导热界面材料及制备，特别涉及一种大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂及其制备方法。
技术介绍
解决大功率LED灯具中界面热阻问题，目前LED封装常用的界面材料 (TIM)为导热硅脂和导热垫片。Hung-En chou等在文献ThermalConductivity of Diamond-Containing Grease. J. Electron. Packag. 2010，132 (4) 1043—7398 中介绍了禾0 用填充金刚石的方法提高了导热硅脂的热导率，达到3. 5ff/m · K ；Prakash Khatri等在文献Dry-To-The-Touch，，Thermal Grease.2001 InternationalSymposium on Advanced Packaging Materials.中介绍了将聚酰亚胺、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氧化铝压制备成为导热垫片，热导率在0.8-2. 5W/m*K之间。在界面材料的研究方面，国外已经转向纳米材料的研究，但是其制备过程复杂，成本高。国内界面材料研究集中于导热填料的机械混合，容易出现导热填料的分离；而导热垫片使用简易，但是由于厚度较大，热阻偏大。因此，需要开发一种导热填料与基底能有效键合、热导率和稳定性更高的导热材料，以解决大功率LED 灯具的散热难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足，提供一种大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂及其制备方法。该材料通过填料与基底之间化学键合，具有更高的热导率和稳定性，能进一步降低界面热阻，且制备方法简单，成本较低，解决上述LED灯具散热技术难点。本专利技术所涉及的大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂，其特征在于组分如下甲基硅油_48%，高导热高导热微米粉体、化合物粉体、纳米金属粉体作为导热填料50% -70%，表面活性剂-2% ；所述高导热粉体包括Α1(1 μ m-30 μ m)、 Cu(20nm-30 μ m)、Ag(20nm_l μ m)、Α1Ν(2· 7-30 μ m)、SiC(30ym)、石墨(30 μ m)；表面活性剂包括硬脂酸以及硅烷偶联剂。本专利技术的二元混合纳米导热硅脂制备流程如下(1)将不同种粉体配制成导热填料，导热填料中粒径大小配比范围为 1:1-1: 20，小颗粒粒子质量占填料总质量10%-20% ；(2)将足够的酒精或丙酮水浴加热到70°C，将表面活性剂溶于酒精或者丙酮，表面活性剂的质量为导热填料质量的I. 5%，搅拌使其溶解；(3)放入导热填料(金属或者化合物)均勻搅拌10-30分钟，静置1小时，除去上层溶液，70°C烘干备用；(4)将甲基硅油与表面处理后的导热填料按照比例混合，导热填料的比例(体积比)为50% -70%，放入搅拌器搅拌2小时；(5)将制备的导热硅脂放入150°C烘箱焙烧2-4小时，取出再搅拌2小时。本专利技术的导热硅脂的使用方法是先将导热硅脂4均勻地涂于铝基板3与LED热沉1的接触平面上，将二者按照相对位置粘合，当接触紧密之后，将LED引脚7与铝基板上的电路焊接点8焊接在一起。再将导热硅脂4均勻地涂于LED散热器底座5，将封装了 LED 灯珠2的铝基板紧密地贴在散热器底座对应位置上，并固定。从而形成了由LED芯片一热沉一导热硅脂一铝基板一导热硅脂一散热器一散热鳍片6 —环境的高效散热通道。本专利技术所涉及的一种大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂，经过表面处理后，填料微粒表面形成一层有机包覆层，能够使填料与甲基硅油形成化学键网络连结，加入不同粒径和填充比例的纳米金属微粒后，提高了导热硅脂的填充率，从而提高了其热导率，降低了界面热阻，解决了上述LED灯具散热技术难点，且制备过程简单，成本较低。附图说明图1为本专利技术用于大功率LED灯具的结构关系图其中ILED灯珠热沉；2LED灯珠；3铝基板；4导热硅脂；5散热器底座；6散热器鳍片；7LED引脚；8引脚焊接点；图2为本专利技术的二元混合纳米导热硅脂SEM图片；(a) Al/Ag 混合；(b) A1N/Ag 混合；(c) Al/Cu 混合；(d) A1/A1N 混合。图3为本专利技术二元混合纳米导热硅脂热导率；图4为本专利技术用于大功率LED灯具散热的温度参数及热阻(a)温度参数；(b)热阻。具体实施例方式实施例实验材料A1 粉体 QO μ m) AlN 粉体 QO μ m)，Ag 粉体(1 μ m)，纳米 Cu (50nm)，甲基硅油，硬脂酸。操作步骤如下(1)将 Al 粉体(20μπι、2· 7μπι)，Α1Ν 粉体(20 μ m) ；Ag 粉体(1 μ m)，纳米 Cu (50nm) 配制成六种二元导热填料:A1/A1N、Al/Cu、Al/Ag、A1N/A1N、A1N/Cu、A1N/Ag，其中前者为 20ym粉体，占填料总质量80%，后者为小粒子粉体，占填料总质量20% ；(2)将足够的酒精水浴加热到70°C，将硬脂酸溶于酒精，表面活性剂的质量为导热填料质量的1. 5%，搅拌使其溶解；(3)将已配制好的导热填料放入硬脂酸酒精溶液中，均勻搅拌10分钟，静置1小时，除去上层溶液，70°C烘干备用；(4)将甲基硅油与表面处理后的导热填料按照比例混合，导热填料的比例(体积比)为60%，放入搅拌器搅拌2小时；(5)将制备的导热硅脂放入150°C烘箱焙烧2-4小时，取出再搅拌2小时。性能的检测用配有INCA350X-射线能谱仪的Tescan可变真空扫描电子显微镜分析填料的填充的分散情况；用DRL-II导热系数仪测量导热硅脂的热导率；再将硅脂应用于8W LED路灯散热，正向压降法测试8W LED路灯结温和热阻。测试仪器是FLUKE电表、KEITHLEY2400SourceMeter。 从图2可知，各种导热填料在甲基硅油中分散均勻，纳米级填料有效地填充了微米级填料之间的缝隙，使体系更加致密，致密的网络体系有利于提高导热硅脂的热导率；经过表面处理的AlN表面具有更好的亲油性，A1N/Ag、A1/A1N混合时，填料-基底，填料-填料之间的界面已经不再明显，而Al/Ag，Al/Cu混合时，界面清晰可见，由此，当AlN作为填料与其他高导热填料混合时，体系具有更高的致密性。经过热导率测试，如图3所示，当Ag/ AlN混充时，热导率达到5. 5ff/m · K，A1/A1N混充时，热导率可达3. 7ff/m · K，此结果与国内文献记载热导率相接近，但是优势在于制备过程中使用了表面处理技术，填料之间具有更好的化学键合作用，而并非简单的机械混合，因此本专利技术物具有更高的热稳定性。将所制备的六种二元混合纳米导热硅脂(A1/A1N、Al/Cu、Al/Ag、A1N/A1N、A1N/Cu、A1N/Ag共混)用于8W LED路灯散热，如图4所示，结温范围为51. 3°C -54. 5°C，热阻在1. 8-2. I/W之间。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种大功率ＬＥＤ灯具散热用二元混合纳米导热硅脂，其特征在于组分如下：甲基硅油２９％－４８％，高导热高导热微米粉体、化合物粉体、纳米金属粉体作为导热填料５０％－７０％，表面活性剂１％－２％；所述高导热粉体包括Ａｌ（１μｍ－３０μｍ）、Ｃｕ（２０ｎｍ－３０μｍ）、Ａｇ（２０ｎｍ－１μｍ）、ＡｌＮ（２．７－３０μｍ）、ＳｉＣ（３０μｍ）、石墨（３０μｍ）；表面活性剂包括硬脂酸以及硅烷偶联剂。
【技术特征摘要】
1.一种大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂，其特征在于组分如下甲基硅油-48%，高导热高导热微米粉体、化合物粉体、纳米金属粉体作为导热填料 50% _70%，表面活性剂1% -2%;所述高导热粉体包括41(14 111-3(^111)、0^20歷-3(^111)、 Ag(20nm-lym),AlN(2. 7-30 μ m)、SiC (30 μ m)、石墨(30 μ m)；表面活性剂包括硬脂酸以及硅烷偶联剂。2.权利要求1所述的大功率LED灯具散热用二元混合纳米导热硅脂的制备方法，其特征在于步骤如下(1)将不同种粉体配制成...
【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，钟前刚，何建，胡佳，李赟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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