扩散热阻对FR4/AlN复合材料导热性能的影响

首先,将AlN陶瓷表面金属化后分别切割成10mm×10mm×1.0mm、12mm×12mm×1.0mm及15mm×15mm×1.0mm的方块,嵌入环氧树脂中制备成FR4/AlN复合材料;然后,利用SMT工艺将同款LED灯珠与上述内置三种不同尺寸AlN的复合基板材料组装成LED模组;最后,利用结温测试仪与半导体制冷温控台对三种LED模组分别进行了结温测试。同时,结合热仿真手段对复合材料水平面的温度分布情况进行了模拟研究。结果表明:上述三种尺寸陶瓷片对应LED的结温分别为96.95、92.94与91.81℃。热仿真结果显示,陶瓷片尺寸通过界面热阻对扩散热阻产生影响,增大陶瓷片尺寸有助于降低扩散热阻,进而改善FR4/AlN复合材料的整体散热性能。

陶瓷复合FR4结构界面形貌与导热性能

基于热电分离式设计理念,将AlN陶瓷片金属化后作为微散热器嵌入FR4材料内形成了复合散热基板。采用电镜扫描、光学显微,通过冷热循环冲击试验对FR4与AlN两相界面处在高低温突变情况下的界面形貌进行了分析。利用ANSYS软件对基板进行了仿真热模拟,研究了AlN嵌入后FR4导热性能的变化规律。利用结温测试仪、功率计和半导体制冷温控台等仪器设备,通过结温测试对比研究了该复合散热结构与金属芯印刷电路板(MCPCB)对大功率LED封装散热效果的影响。结果表明,该复合散热基板在经低温-55℃,高温125℃,1 000个冷热循环后,FR4和AlN界面无剥离现象发生,在环境温度急剧变化的条件下结合力良好。同时,FR4在嵌入AlN之后,导热性能得到了明显改善,且与MCPCB相比,能更有效降低LED芯片结温。