[發(fā)明專利]定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法

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• 申請日: 2022-05-02
• 公開（公告）號: CN114894837A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凡;杜林;趙立有;張超;陳龍;王昆黍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海精密計(jì)量測試研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N1/28;G01R31/12;G01R31/20
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

1.定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，包括：制備微弧氧化膜厚度不同的鋁合金基板作為標(biāo)定基板；表征鋁合金基板表面微弧氧化膜厚度與鋁合金基板絕緣性能的關(guān)系；在各標(biāo)定基板上封裝LED芯片制得標(biāo)定樣品；采用瞬態(tài)熱阻法測試各標(biāo)定樣品的熱阻；根據(jù)微分函數(shù)曲線確定微弧氧化膜厚度與微弧氧化膜熱阻的獨(dú)立關(guān)系；根據(jù)微弧氧化膜厚度、微弧氧化膜熱阻和鋁合金基板絕緣性能的關(guān)系，判定微弧氧化膜的安全厚度范圍。

2.如權(quán)利要求1所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，所述標(biāo)定基板包含鋁合金基材，該鋁合金基材一表面上設(shè)有微弧氧化膜；各標(biāo)定基板的微弧氧化膜厚度不同，各標(biāo)定基板的鋁合金基材的厚度相同。

3.如權(quán)利要求1所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，所述表征鋁合金基板表面微弧氧化膜厚度與鋁合金基板絕緣性能的關(guān)系包括：標(biāo)定各標(biāo)定基板微弧氧化膜的厚度；檢測各標(biāo)定基板的擊穿電壓，確定微弧氧化膜厚度與鋁合金基板絕緣性能的關(guān)系。

4.如權(quán)利要求3所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，隨著微弧氧化膜厚度增大，鋁合金基板的擊穿電壓增大，鋁合金基板的耐絕緣性能不斷增強(qiáng)；然而，隨著微弧氧化膜厚度不斷增大，擊穿電壓增加的幅度不斷減緩；在10μm～20μm厚度范圍內(nèi)鋁合金基板的耐絕緣性能增強(qiáng)效果最明顯。

5.如權(quán)利要求1所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，所述采用瞬態(tài)熱阻法測試各標(biāo)定樣品的熱阻包括：

測試每個標(biāo)定樣品的溫度敏感參數(shù)K系數(shù)；

監(jiān)測標(biāo)定樣品PN結(jié)電壓降，通過數(shù)學(xué)變換得到標(biāo)定樣品的微分函數(shù)曲線，提取熱阻參數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，在標(biāo)定樣品中，LED芯片采用錫鉛焊料焊接在標(biāo)定基板的微弧氧化膜上；在標(biāo)定樣品的鋁合金基材底部涂覆導(dǎo)熱硅脂后，將標(biāo)定樣品固定到恒溫散熱Cu塊冷板上，采用瞬態(tài)熱阻測試電路監(jiān)測標(biāo)定樣品PN結(jié)電壓降，獲取標(biāo)定樣品的PN結(jié)電壓降曲線；利用K系數(shù)將PN結(jié)電壓降曲線轉(zhuǎn)化為瞬態(tài)降溫曲線；通過數(shù)學(xué)變換將瞬態(tài)降溫曲線轉(zhuǎn)換為微分函數(shù)曲線；

標(biāo)定樣品的微分函數(shù)曲線，橫坐標(biāo)為熱阻值，縱坐標(biāo)為熱容值；原點(diǎn)到第一主波峰所對應(yīng)的橫坐標(biāo)熱阻值代表LED芯片熱阻；第一主波峰到第二主波峰所對應(yīng)的橫坐標(biāo)熱阻值代表錫鉛焊料熱阻；第二主波峰到第三主波峰所對應(yīng)的橫坐標(biāo)熱阻值代表微弧氧化膜熱阻；第三主波峰到微分函數(shù)曲線最右端對應(yīng)的橫坐標(biāo)熱阻值代表鋁合金基材、導(dǎo)熱硅脂和恒溫散熱Cu塊冷板熱阻之和；原點(diǎn)到微分函數(shù)曲線最右端對應(yīng)的橫坐標(biāo)熱阻值代表該標(biāo)定樣品的總熱阻。

7.如權(quán)利要求1所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，所述根據(jù)微分函數(shù)曲線確定微弧氧化膜厚度與微弧氧化膜熱阻的獨(dú)立關(guān)系包括：

疊加各標(biāo)定樣品的微分函數(shù)曲線，不同微弧氧化膜厚度的標(biāo)定樣品對應(yīng)的LED芯片熱阻相同；對應(yīng)的錫鉛焊料熱阻相同；對應(yīng)的微弧氧化膜熱阻不同，隨著微弧氧化膜厚度增大，微弧氧化膜熱阻增大，50μm～100μm范圍內(nèi)微弧氧化膜熱阻的增長幅度大于10μm～50μm范圍內(nèi)微弧氧化膜熱阻的增長幅度；對應(yīng)的鋁合金基材、導(dǎo)熱硅脂和散熱Cu塊冷板熱阻之和相同；對應(yīng)的標(biāo)定樣品總熱阻不同，隨著微弧氧化膜厚度增大，標(biāo)定樣品總熱阻增大；任意兩種微弧氧化膜厚度不同的標(biāo)定樣品，標(biāo)定樣品總熱阻之差等于微弧氧化膜熱阻之差。

8.如權(quán)利要求7所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，計(jì)算各標(biāo)定樣品微弧氧化膜熱阻相對其總熱阻的熱阻比例系數(shù)，若熱阻比例系數(shù)u≥30％，微弧氧化膜厚度變化對總熱阻的影響較大；若熱阻比例系數(shù)u≤30％，微弧氧化膜厚度變化對總熱阻的影響較小。

9.如權(quán)利要求1所述的定量評估鋁基板表面微弧氧化膜散熱性和絕緣性的方法，其特征在于，所述根據(jù)微弧氧化膜厚度、微弧氧化膜熱阻和鋁合金基板絕緣性能的關(guān)系，判定微弧氧化膜的安全厚度范圍包括：

將鋁合金基板擊穿電壓-微弧氧化膜厚度曲線和微弧氧化膜熱阻-微弧氧化膜厚度曲線疊加；微弧氧化膜厚度增大時，對應(yīng)的鋁合金基板擊穿電壓依次增大，且在10μm～20μm厚度范圍內(nèi)鋁合金基板的耐絕緣性能增強(qiáng)效果最明顯；對應(yīng)的微弧氧化膜熱阻依次增大，且在50μm～100μm厚度范圍內(nèi)微弧氧化膜熱阻的增長幅度大于10μm～50μm厚度范圍內(nèi)微弧氧化膜熱阻的增長幅度，鋁合金基板散熱性能不斷惡化；在10μm～20μm厚度范圍內(nèi)，根據(jù)鋁合金基板擊穿電壓的最小值j_min，結(jié)合擊穿電壓與微弧氧化膜厚度的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出最小微弧氧化膜厚度T_min；在10μm～50μm厚度范圍內(nèi)，根據(jù)微弧氧化膜熱阻最大值y_max，結(jié)合微弧氧化膜熱阻與微弧氧化膜厚度的對應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出最大微弧氧化膜厚度T_max；根據(jù)最小微弧氧化膜厚度T_min和最大微弧氧化膜厚度T_max，確定微弧氧化膜安全厚度范圍。