韩媛媛
,
郭宏
,
尹法章
,
张习敏
,
褚克
,
范叶明
,
陈超
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z1.009
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.
关键词:
金刚石/铜复合材料
,
大功率LED
,
有限元方法
,
芯片结温
范叶明
,
郭宏
,
尹法章
,
张习敏
,
褚克
,
韩媛媛
,
徐骏
材料热处理学报
研究了控制氢气流量为5 L/min,热处理温度为400、600和800℃,热处理时间为30 min条件下的氢气热处理对CuCr0.8/金刚石复合材料组织和性能的影响。断口SEM观察表明,氢气热处理后基体铜合金塑性变差且从金刚石表面脱粘,复合材料断裂方式为沿晶断裂,随热处理温度的上升组织劣化程度增加。复合材料残余抗弯强度随温度上升单调下降,最小值仅相当于未处理的28.0%,而热膨胀系数（CTE）最大值可达9.82×10-6/℃。经外观颜色与断口SEM观察并结合XRD分析可以推断氢蚀机制为：高温下氢夺取了复合材料中的氧生成了高压水蒸汽,不仅使基体脆化与界面胀裂,而且加速了界面碳化铬层的氧化及金刚石表层的石墨化。
关键词:
铜/金刚石
,
氢气
,
热处理
,
氢蚀机制
,
抗弯强度
,
热膨胀系数
范叶明
,
郭宏
,
尹法章
,
张习敏
,
褚克
,
韩媛媛
,
徐骏
材料导报
研究了流动Ar和N2对镀铬金刚石热处理后镀层组织的影响,热处理温度分别为450℃、650℃和850℃,采用XRD、SEM和EDS方法对镀层组织进行了研究.研究结果表明,流动Ar时镀层易发生氧化,在较低的温度(如650℃)氧化已经十分显著,不同的是,流动N2氧化温度升高到850℃.在两种气氛下均发现,当热处理温度由650℃升至850℃时,镀层中碳化铬由低C/Cr相Cr7C3向高C/Cr相Cr3C2发生转化,且在氮气条件下转化率更高.上述现象归因于N2与镀层中的Cr反应生成了CrN,阻碍并延迟了镀层的氧化,有利于高温下金刚石表面的C原子与镀层中的Cr原子相互扩散.
关键词:
金刚石
,
镀铬
,
热处理
,
氩气
,
氮气
王鹏鹏
,
郭宏
,
张习敏
,
尹法章
,
范叶明
,
韩媛媛
稀有金属
doi:10.13373/j.cnki.cjrm.2015.04.003
金刚石/铜复合材料(Diamond/Cu)的界面层相比基体与增强体有显著的化学成分变化,具有促进彼此结合、传递载荷的作用.Diamond/Cu复合材料作为热管理材料,热导率是一个关键性能参数.在众多影响因素中,界面对热导率的影响尤为重要.主要研究Diamond/Cu复合材料的界面组成,及成分梯度分布情况.通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料断口形貌和界面区碳化铬的形态及分布,在近铜端,发现碳化铬以类鳞片状随机零散分布于铜与界面层的互扩散区,界面层处则集中堆垛为层状;采用能谱分析测试仪(EDS)对金刚石/铜复合材料界面区进行元素分布分析,发现各元素具有明显的过渡区域,根据实验结果可估算出过渡区域大约厚700 nm,碳化铬层大约厚400nm;利用X射线衍射仪(XRD)对金刚石/铜复合材料的界面层进行物相分析,研究表明Diamond/CuCr复合材料中界面反应生成的碳化铬以3种形式存在,分别为Cr3C2,Cr7C3,Cr23C6.通过这些实验手段获取界面信息,如界面类型、界面结构、界面组成等,为进一步深入研究Diamond/Cu复合材料界面与性能的关系奠定坚实基础.
关键词:
金刚石/铜复合材料
,
界面
,
界面反应
,
成分梯度
张习敏
,
郭宏
,
尹法章
,
张永忠
,
范叶明
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2010.02.011
采用预制件制备,压力浸渗金属工艺制备Diamond/Cu复合材料,分析了cu基体合金化及金刚石颗粒表面金属化情况下,Cr元素对复合材料界面结构和热性能的影响.结果表明,Diamond/Cu-Cr复合材料中金刚石与Cu-Cr合金界面结合良好,Cr元素在界面处发生富集并与金刚石反应生成Cr_3C_2,其界面结构为金刚石-Cr_3C_2-富Cr的Cu-Cr合金层-Cu-Cr基体,复合材料的热导率达到520W·m~(-1)·K~(-1);Diamond-Cr/Cu复合材料中金刚石表面金属化Cr层在熔渗过程中与Cu互扩散,促进界面结合,形成金刚石-Cr_3C_2层-纯Cr层-Cu-Cr互扩散层-Cu的界面结构.与Diamond/Cu-Cr复合材料相比界面处增加了Cr层,材料的热导率仅为279W·m~(-1)·K~(-1),但均高于Diamond/Cu复合材料的热导率.
关键词:
Diamond/Cu复合材料
,
界面
,
热导率
,
Cr
,
压力浸渗
陈超
,
郭宏
,
尹法章
,
张习敏
,
韩媛媛
,
范叶明
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z1.015
采用压力融渗的方法制备了高金刚石体积分数的Diamond/ Cu-Cr复合材料.研究了金刚石粒径对复合材料热导率的影响,并依据理论模型计算了界面热阻值.实验结果显示,金刚石颗粒平均粒径分别为40μm,100μm,200μm的Diamond/Cu-Cr复合材料的热导率依次增高,与理论模型计算结果一致.其中,颗粒粒径为200μm的Diamond/Cu-Cr复合材料的热导率达到736.15W/mK.当金刚石的颗粒粒径增大时,其比表面积降低,由于金刚石与基体合金接触的表面热阻高,减少金刚石表面积有助于提高复合材料的热导率.但是,当金刚石的颗粒粒径增大到一定程度时,复合材料二次加工的难度增大,表面质量降低,对工业应用造成困难.
关键词:
颗粒粒径
,
Diamond/Cu(Cr)复合材料
,
热导率
,
机械压力融渗
张习敏
,
郭宏
,
尹法章
,
韩媛媛
,
范叶明
,
王鹏鹏
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2013.02.025
电子封装用金刚石/铜复合材料中金刚石颗粒与基体纯铜的界面不润湿,界面结合状态差.通过引入碳化物形成元素Cr,Ti,B等来改善两者界面结合状态,结果表明在铜基体中加入碳化物形成元素制备的复合材料比涂覆碳化物形成元素后金刚石颗粒制备的复合材料界面结合紧密,热导率高.而另一种改善界面结合状态的方法是在此基础上增大金刚石与基体之间接触面积.对比品级差异较大的破碎料金刚石与六八面体金刚石制备的复合材料的热导率性能发现,破碎料金刚石表面积的增大有利于更充分的发挥金刚石的导热性能,且原材料成本大大降低,此类材料也将有一定的应用空间；而针对细颗粒金刚石通过表面腐蚀方法来增大表面积,预计制备的复合材料热导率也会有不同程度地提高.
关键词:
电子封装
,
金刚石/铜复合材料
,
界面结合
,
碳化物形成元素
白智辉
,
郭宏
,
张习敏
,
尹法章
,
韩媛媛
,
范叶明
稀有金属
doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2013.05.024
采用压力浸渗和超高压熔渗法制备不同界面状态的金刚石/铜复合材料,分析界面状态对热学性能的影响,重点研究在-65～125℃和-196 ～ 85℃两种热冲击载荷下,循环100周次后材料的热导率和热膨胀系数的变化规律.结果表明:通过添加Cr元素的Dia/CuCr和使用超高压制备的EHV-Dia/Cu,材料的界面状态得到了改善;界面强度的提高,有利于获得高热导率,低热膨胀系数的复合材料.Dia/Cu的热导率仅有459.1 W.m-1.K-1,而EHV-Dia/Cu高达678.2 W·m-1.K-1,Dia/CuCr则为529.7 W·m-1·K-1.-55 ～125℃的热冲击条件下,Dia/Cu,Dia/CuCr,EHV-Dia/Cu的热导率保持良好的稳定性,变化在2.5％以内.而在-196～85℃的热冲击条件下,Dia/Cu由于界面结合力弱,在热应力的作用下热导率急剧下降;Dia/CuCr和EHV-Dia/Cu则表现出了良好的抗热冲击能力,循环后热导率仅下降3％左右.Dia/Cu和Dia/CuCr的初始热膨胀系数分别为8.45 ×10-6 K-1和6.93×10-6 K.-1,Cr元素的添加使得界面结合强度提高,低膨胀系数的金剐石对高膨胀系数的基体约束力增加,使得热膨胀系数明显下降.在两种热冲击实验条件下,Dia/Cu的热膨胀系数基本保持不变,Dia/CuCr分别上升6.64％和7.22％.
关键词:
金刚石/铜复合材料
,
界面
,
热冲击
,
热导率
,
热膨胀系数
尹法章
,
郭宏
,
张习敏
,
贾成厂
,
范叶明
,
张永忠
复合材料学报
分别采用在Cu基体添加0.1 wt%的Ti元素形成Cu-Ti合金和在Diamond颗粒表面镀钛(DiamondTi)的方法,制备了含Diamond体积分数为60%的Diamond/Cu-Ti复合材料和DiamondTi/Cu复合材料.对比分析了Ti元素对复合材料微观组织、界面结合及性能的影响规律.结果表明:添加0.1 wt%Ti元素能改善Diamond与Cu的界面结合,在界面处观察到明显的碳化物反应层;且以Cu-Ti合金的方式添加Ti元素改善界面的效果优于在Diamond颗粒表面镀Ti的方式.所制备的Diamond/Cu-Ti复合材料的热导率为621 W(m·K)-1,而DiamondTi/Cu复合材料的热导率仅为403.5 W(m·K)-1,但均高于未添加Ti制备的Diamond/Cu复合材料.
关键词:
压力熔渗
,
Diamond/Cu复合材料
,
Ti
,
合金化
,
热导率
