自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜基板的制备及导热性能研究

利用先驱体熔融纺膜法,经熔融纺膜、氧化交联及900~1 200℃不同裂解温度制得系列自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜。利用红外光谱(FT-IR)分析氧化交联后及高温裂解薄膜的结构变化,通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)与扫描电镜(SEM)对薄膜微观结构及形貌进行分析,采用电阻测试仪和激光热导仪对其进行电阻率与热导率进行表征。结果表明,硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜具有较好的绝缘性能与热传导能力,随着裂解温度升高,薄膜电阻率减小,热导率大幅度增大。1 200℃制备的样品具有合适电阻率和最佳热导率(46.8 W/(m·K)),薄膜以非晶态相SiOxCy和游离碳为基体,细小等轴β-SiC晶弥散分布在基体中,其表面平整度高通过丝网印刷可获得两条平行的均匀致密高温银浆电路层,有望大规模应用于大功率LED封装散热基板。     

LED封装基板研究新进展

基板散热是LED散热的最主要途径,其散热能力直接影响到LED器件的性能和可靠性。总结了LED封装基板材料的性能,综述了金属基板、陶瓷基板、硅基板和新型复合材料基板的研究进展,展望了功率型LED封装基板的应用和发展趋势。综合表明,MCPCB,DBC,DAB,DPC等基板各具优势,但DPC基板各种制备工艺参数合适,特别是铝碳化硅基板(Al/Si C)有着低原料成本、高导热、低密度和良好可塑性的显著优势,有望大面积推广应用。     

功率型LED散热基板的研究进展

在与传统LED散热基板散热性能比较的基础上,分析了国内外功率型LED散热基板的研究现状,介绍了金属芯印刷电路板、陶瓷基板、金属绝缘基板和金属基复合基板的结构特点、导热性能及封装应用,指出了功率型LED基板材料的发展趋势及需要解决的问题.     

大功率LED封装基板研究进展

随着大功率LED向高电流密度、高光通量发展,热流密度猛增使得LED散热问题日益严重。封装基板对LED的散热至关重要。在简介LED的封装结构及散热方式的基础上,分析总结了常见封装基板材料的性能参数,并对目前市场常见封装基板MCPCB、DBC、DAB、DPC、LTCC、HTCC、Al/SiC以及最近出现的新型材料基板的特征、制造工艺、应用等进行了综述。     

大功率LED器件散热技术与散热材料研究进展

随着LED(light emitting diode)器件功率的增大,造成结温升高并导致LED器件可靠性和使用寿命明显降低。因此开发高效、低成本,且可靠性高的散热技术与散热材料已成为大功率LED器件研发领域的一个重要研究方向。从LED芯片结构设计、辅助散热装置及封装散热材料的设计与选用这3个方面对大功率LED器件的散热技术与散热材料研究进展进行了综述。     

金刚石/铜复合材料对大功率LED性能影响的数值分析

解决大功率发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的散热问题是提高LED封装可靠性的重要环节,其突破点就是对芯片热沉和基架材料及封装结构的设计.本文采用有限元方法研究了热沉材料及散热结构对大功率LED散热性能的影响.结果表明,当大功率LED具有相同的水冷散热结构、不同的热沉材料时,其温度场分布的趋势一致,都是芯片处的温度处于最高,随着与芯片距离的增加温度逐渐降低,水冷部分处于最低.与采用铜热沉的大功率LED相比,采用金刚石/铜复合材料热沉的大功率LED的芯片结温更低,芯片功率为5W和20W时芯片结温的降低率分别为9％和120,因此,金刚石/铜复合材料对降低大功率LED芯片结温的效果比较明显,且LED的芯片输入功率越大,金刚石/铜复合材料热沉对LED散热起到的作用越大.当大功率LED具有相同的金刚石/铜复合材料热沉、不同的散热结构时,水冷散热结构的散热效果要远远高于鳍片散热结构.     

硅基板上Fe掺杂TiO2氧敏薄膜的制备、结构与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以Ti(OC4H9)4为前驱体,用提拉法在硅基板上制备了掺Fe的TiO2氧敏薄膜,对薄膜物相结构进行了X射线衍射(XRD)测定,利用扫描电镜(SEM)对薄膜微结构进行了观察.结果表明在硅基板上生长的TiO2薄膜中锐钛矿相为均匀小晶粒分布结构,金红石相以大尺度团聚结构形貌出现.Fe离子的掺杂对硅基板上制备的TiO2薄膜中金红石相的形成有很大的影响.Fe的掺入降低了金红石相的形成温度约100℃,Fe掺量在6mol%时,形成金红石相的量达到最大,即析晶能力最强.薄膜中形成晶相的晶格常数在＜6mol%的低Fe范围内,随较小的Fe离子取代较大的Ti离子,锐钛矿相和金红石相的晶格常数都随之减小;在＞6mol%的高Fe掺量范围内,随Fe掺量的增加,体系缺陷过量增加,晶格结构畸变严重,伴随着畸变能的释放,金红石相的晶格常数c轴逐渐增长,a轴略有下降(或基本不变).TiO2氧敏薄膜的氧敏性能受金红石相含量和氧空位浓度控制.当Fe离子掺杂浓度为6mol%时,金红石相及相应氧空位达到最大值,TiO2氧敏薄膜的氧敏性能也达到最大值,比刚形成金红石相的薄膜的氧敏性能增加近19倍.     

氩等离子体处理增强TiO_2∶Er/p~+-Si异质结器件的电致发光

在我们以前的工作[1]中,报道了基于重掺硼硅片(p~+-Si)上掺Er的TiO_2(TiO_2∶Er)薄膜的TiO_2∶Er/p~+-Si异质结器件的电致发光。本文研究了TiO_2∶Er薄膜的氩(Ar)等离子体处理对TiO_2∶Er/p~+-Si异质结器件电致发光的影响。研究发现:Ar等离子体处理使TiO_2∶Er/p~+-Si异质结器件与Er3+离子相关的可见和近红外电致发光都得到了显著的增强,同时也增强了与TiO_2基体中氧空位相关的电致发光。这是由于Ar等离子体处理显著提高了TiO_2∶Er薄膜中的氧空位浓度,不但增强了与氧空位相关的电致发光,而且增强了以氧空位为敏化中心的从TiO_2基体向Er3+离子的能量传递,从而增强了Er3+离子的发光。     

嵌埋陶瓷基板散热的热阻问题分析

基于热电分离式设计理念,首先将表面经金属化处理且具备高导热率的AlN陶瓷片局部嵌入导热率较低的FR4材料中,利用压合工艺将二者复合制备成用于LED散热管理的嵌埋陶瓷基板;然后借助SMT工艺将LED灯珠与上述散热基板组装成LED模组;最后利用结温测试仪以及恒温控制系统对不同AlN尺寸及不同功率LED的上述模组进行了结温测试,并依据结温测试结果对上述嵌埋陶瓷基板的散热能力进行了对比研究。结果表明,当LED功率一定时,随着AlN陶瓷片尺寸不断加大,嵌埋陶瓷的扩散热阻及一维热阻均随之减小,从而致使基板总热阻呈现出下降趋势,LED的结温也因此而随之降低。而随着LED功率不断增加,嵌埋同一尺寸AlN陶瓷片的散热基板因一维热阻保持不变,扩散热阻不断增加,从而导致基板的总热阻也不断增加。     

硅基板上Fe掺杂TiO2氧敏薄膜的制备、结构与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以Ti(OC₄H₉)₄为前驱体,用提拉法在硅基板上制备了掺Fe的TiO₂氧敏薄膜,对薄膜物相结构进行了X射线衍射(XRD)测定,利用扫描电镜(SEM)对薄膜微结构进行了观察.结果表明:在硅基板上生长的TiO₂薄膜中锐钛矿相为均匀小晶粒分布结构,金红石相以大尺度团聚结构形貌出现.Fe离子的掺杂对硅基板上制备的TiO₂薄膜中金红石相的形成有很大的影响.Fe的掺入降低了金红石相的形成温度约100℃,Fe掺量在6mol% 时,形成金红石相的量达到最大,即析晶能力最强.薄膜中形成晶相的晶格常数在<6mol%的低Fe范围内,随较小的Fe离子取代较大的Ti离子,锐钛矿相和金红石相的晶格常数都随之减小;在>6mol%的高Fe掺量范围内,随Fe掺量的增加,体系缺陷过量增加,晶格结构畸变严重,伴随着畸变能的释放,金红石相的晶格常数c轴逐渐增长,n轴略有下降(或基本不变). TiO₂氧敏薄膜的氧敏性能受金红石相含量和氧空位浓度控制.当Fe离子掺杂浓度为6mol% 时,金红石相及相应氧空位达到最大值,TiO₂氧敏薄膜的氧敏性能也达到最大值,比刚形成金红石相的薄膜的氧敏性能增加近19倍.     

DFN封装器件热-结构模拟仿真分析

借助有限元模拟仿真软件ANSYS,研究分析了不同的封装体、芯片和框架厚度,以及散热底和芯片基岛尺寸对于小尺寸两边扁平无引脚(DFN)封装器件在回流焊温度条件下的热应力及翘曲变形分布影响。结果表明:封装体等效热应力最大处位置均位于框架、芯片和塑封料将银浆包裹处(即:银浆溢出的三角区域),其数值随封装体厚度减薄呈递减趋势;整体的热应力分布也随之沿着芯片、银浆和框架结合界面的中心位置向银浆三角区域延伸并逐步增大;对于薄型DFN封装体,芯片厚度、散热底和芯片基岛尺寸对于封装体总体翘曲变形的影响较小;框架厚度对于封装体总体翘曲变形及等效应力的影响较大;通过适当地减薄封装体厚度,并同时减薄框架厚度可以有效地降低封装体热应力,且总体翘曲变形都在1um以下。     

不同催化剂作用下生长的碳纳米管和碳纳米纤维复合膜的电吸附性能(英文)

采用低压低温气相沉淀法在不同催化剂(Fe和Ni)作用下制备碳纳米管-碳纤维复合薄膜,并研究其电容去离子行为,结果表明:在Ni催化作用下石墨上生长的碳纳米复合薄膜电极的去离子能力比Fe催化作用下生长的碳纳米复合薄膜电极的强;并且碳纳米复合薄膜的电吸附遵循langmuir单层等温吸附.     

LED绝缘铝基板的制备与散热性能研究

采用硬质阳极氧化工艺制备LED封装用铝基板绝缘层,通过实验分析了制备铝基板过程中氧化时间、草酸浓度、硫酸浓度和电流密度等因素对其氧化膜厚度、击穿电压的影响,得到了制备低热阻铝基板的最佳工艺参数:电流密度3A/dm2,草酸浓度为10g/L,H2SO4浓度150g/L,氧化时间45min。利用原子力显微镜(AFM)观察热冲击后裂纹萌生的情况,结果表明铝基板有微小裂纹,但仍满足绝缘要求,通过对氧化铝膜热阻的测试发现,铝基板与氧化膜的复合热阻在1～3℃/W之间。结果表明用阳极氧化法制备的铝氧化膜满足LED基板对散热及绝缘性的要求。     

柔性高导热石墨烯/富勒烯复合薄膜的制备及性能表征

石墨烯作为一种二维晶体,由于其独特的热传递性能超过了石墨体的极限,成为人们关注的散热材料。柔性石墨烯/富勒烯复合薄膜是通过将富勒烯纳米粉末(10000目)与氧化石墨烯水溶性浆料复合,获得氧化石墨烯/富勒烯分散体,经高温碳化-石墨化而制成的。在这种全碳结构中,采用零维的富勒烯作为石墨烯片层之间的桥接构件来增强薄膜的机械强度以及热稳定性。且富勒烯有效的填充了二维石墨烯片层之间的间隙,提高了石墨烯薄膜跨界面的热传输效率。所得到的分层石墨烯/富勒烯复合薄膜具有很高的平面内导热系数最高可达1 008 W/(m·K)以及优异的跨界面热传输性能,z向导热率可达50 W/(m·K),良好的热稳定性能和抗拉强度3.25 MPa,热分解温度比石墨烯薄膜提高50℃。机械性能和热性能的结合有望使这种材料成为下一代商用便携式电子产品的散热装置。     

铝合金表面阳极氧化处理及膜层的散热性能

通过阳极氧化在铝合金表面制备氧化铝薄膜,可提高铝基板绝缘及散热性能,是一种理想的发光二级管(LED)封装基板。在平行对电板模式下,采用直流电源,分别在硫酸和草酸体系中在1A90铝板表面制备了均匀、有序、纳米级孔洞结构的氧化铝薄膜。通过扫描电镜观察氧化膜的形貌并测量膜厚,采用高压电源测试了氧化膜的击穿电压。通过定值电阻通电模拟了LED放热,测试了氧化膜铝基板的散热能力。研究了电流密度、电解液类型及浓度、电极间距对氧化膜表面形貌、电绝缘及散热性的影响。结果表明:硫酸和草酸溶液中,随电流密度增加,氧化膜孔洞逐渐变大,孔壁变薄,当电流密度过大时,氧化膜表面杂乱无章;随电流密度增加,膜厚先增后减,电解液浓度对氧化膜形貌影响较小;硫酸溶液中所得氧化膜更致密、更厚;采用0.8 mol/L硫酸溶液,电极间距为7.5cm,电流密度为5.3 A/dm2时,可制备厚24μm,孔径约25 nm的氧化膜,其击穿电压达2.46 kV,散热性能良好。     

C镶嵌SiO2薄膜电致发光谱的数值分析

采用磁控溅射法制备了含纳米碳粒的氧化硅薄膜,在室温下测量了Au/镶嵌纳米碳粒氧化硅膜/p-Si结构的电致发光谱,电致发光谱显示,随着正向偏压的增加,来自该结构的电致发光峰位于650nm处几乎不移动,发光强度增大.利用位形坐标模型对C镶嵌SiO2薄膜的电致发光谱进行了分析,结果表明该结构的电致发光谱存在1.8和2.0eV左右的两个发光中心,分别来自SiO2层的非桥氧空位和纳米C团簇.     

聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸复合LB膜在OLED器件上的应用

采用Langmuir-Blodgett(LB)膜静电诱导沉积法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)高度有序导电聚合物复合薄膜,研究了薄膜的导电性能并进一步研究薄膜在改善器件性能方面的作用.并将其应用于有机电致发光二极管(OLED)器件的空穴缓冲层,将聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)复合LB沉积于纳米铟锡金属氧化物(ITO)电极上,制备了以复合LB膜为空穴缓冲层的OLED器件.发现复合LB膜改善了器件性能(启动电压降低,最大亮度增加),但进一步的研究表明LB膜器件在一定时间后出现性能劣化.I-V特性和X射线反射率(XRR)分析表明,薄膜的结构发生一定程度的改变是导致器件性能变差的可能原因.     

多元碳基薄膜中自形成纳米多层结构的研究进展

碳基薄膜作为一种新型的固体润滑材料其结构设计与调控一直是研究的重点与热点。近年来,在利用物理气相沉积法制备金属-碳多元薄膜时发现原位自形成纳米多层结构的奇特现象,研究表明在薄膜中形成纳米多层结构,可以很好地从微观尺度上增强薄膜材料的机械与摩擦学性能,从而利用纳米多层结构的自形成特性使润滑材料实现强韧一体化及多环境适应性。主要综述了在碳基薄膜制备过程中,复合元素、制备技术和沉积参数3种主要的影响因素分别对自形成纳米多层结构薄膜的生长和微观结构的影响规律,探讨了薄膜中纳米多层结构的自形成机制,展望了碳基薄膜自形成纳米多层结构的发展前景。     

高亮度LED灯具热界面材料制备及热模拟分析

利用具有优异导热性能的石墨烯制备了石墨烯／硅油热界面复合材料,研究了材料的相关性能,并将其用于高亮度LED路灯上的散热封装,在对其封装散热效果分析时发现,该热界面材料能有效地降低器件界面热阻,改善高亮度LED的散热问题;同时采用有限元模拟软件ANSYS对热界面材料的散热效果进行模拟,为改进LED封装技术提供了依据。     

FeP(Fe_2P)纳米颗粒/氮掺杂碳纳米复合结构的控制合成与电催化性能研究

采用溶液聚合法一步合成铁离子改性、植酸掺杂的聚苯胺,在800~900℃氩氢还原气氛下,将电催化析氢性能良好的磷化铁与磷化亚铁颗粒,负载在高温裂解聚苯胺高分子生成的网络多孔碳骨架上。制备了FeP(Fe_2P)纳米颗粒/多孔氮掺杂碳(NC)复合催化剂薄膜,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析表征了催化剂的微观结构。样品的催化性能采用线性扫描伏安法测试。结果表明,850℃条件下,得到的催化剂同时具有最好的电解水析氢及氧还原催化活性。