發(fā)布時間：2017-10-13 07:32

  本文關鍵詞：大功率LED用AlN金屬化陶瓷基板的制備及性能研究

  更多相關文章： AlN基板 金屬化 金屬氧化物 結合強度 電學性能 釬焊連接

【摘要】：本文在充分了解大功率LED封裝基板及其表面金屬化的基礎上,采用反應結合型厚膜工藝制備AlN金屬化基板。通過在AlN基板絲網(wǎng)印刷銅電子漿料,經(jīng)過燒結、還原過程實現(xiàn)AlN基板表面的銅金屬化。在該厚膜工藝的基礎之上,通過向銅電子漿料當中摻入其他金屬氧化物(MgO,Co3O4和Fe2O3),經(jīng)過相同的金屬化工藝實現(xiàn)基板表面金屬化銅層的致密化,并通過金屬氧化物和AlN基板之間的反應,增強基板金屬化層和基板之間的結合強度,制備性能優(yōu)良的AlN金屬化基板。最后,基于該AlN金屬化基板,提出一種釬焊連接的LED封裝方式。采用XRD、SEM對金屬化基板進行物相和形貌分析,采用剝離法測試基板表面金屬銅層和基板之間的結合強度,采用四探針方法測試基板表面銅層的電學性能,以獲得具備優(yōu)異性能的AlN金屬化基板;采用計算機仿真和實驗對比分析其散熱性能。研究結果表明:1)經(jīng)過1075°C燒結30min,400°C還原處理120min,獲得的最佳試樣表面銅層的方塊電阻為2.2 mΩ/□,銅層和基板的最佳結合強度為11.9MPa。2)界面中間層化合物中,細小薄片狀的CuAlO2和八面體狀的尖晶石型CuAl2O4由于適中的熱膨脹系數(shù)和強烈的化學結合對于連接強度的增加有促進作用,而粗大層片狀的CuAlO2和界面間的Cu2O會降低結合強度。3)納米金屬氧化物(MgO、Co3O4和Fe2O3)的摻入有利于增加AlN基板金屬化層的致密性,進而影響表面金屬化層的電學性能;除此之外,部分納米氧化物(Co3O4和Fe2O3)還可以和AlN基板發(fā)生反應生成不同種類的中間化合物,同時增強表面金屬層和基板結合作用,影響金屬化基板的機械性能。4)對照三種不同的金屬氧化物(MgO、Co3O4和Fe2O3)對金屬化基板的影響,當摻入8%的Fe2O3于金屬化漿料,并經(jīng)過燒結還原實現(xiàn)金屬化后,AlN金屬化基板的綜合性能最佳,該基板的結合強度為20.6MPa,表面方塊電阻為5.65 mΩ/□。5)結合恒溫熱載荷條件下的瞬態(tài)分析和不同功率的熱載荷條件下的穩(wěn)態(tài)分析的仿真模擬計算以及實際的熱試驗分析發(fā)現(xiàn),基于該AlN金屬化基板,采用釬焊連接的封裝方式具備更好的散熱性能,更適合應用于大功率LED封裝中。
【關鍵詞】：AlN基板 金屬化 金屬氧化物 結合強度 電學性能 釬焊連接
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN312.8;TB306
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 引言14-15
• 1.2 LED發(fā)光機理及散熱問題15-17
• 1.2.1 LED的發(fā)光機理15-16
• 1.2.2 LED的產(chǎn)熱機理及散熱16-17
• 1.3 LED封裝結構和封裝基板材料17-24
• 1.3.1 LED封裝結構17-20
• 1.3.2 LED封裝基板材料20-24
• 1.4 AlN陶瓷基板金屬化24-28
• 1.4.1 AlN陶瓷基板金屬化技術24-27
• 1.4.2 AlN陶瓷厚膜金屬化機理及發(fā)展現(xiàn)狀27-28
• 1.5 本課題的提出及研究內(nèi)容28-30
• 1.5.1 本課題的提出28-29
• 1.5.2 本課題的研究內(nèi)容29-30
• 第二章 AlN金屬化陶瓷基板的制備及性能表征30-36
• 2.1 實驗原料與實驗設備30-31
• 2.1.1 實驗原料30
• 2.1.2 實驗儀器設備30-31
• 2.2 AlN金屬化陶瓷基板的制備31-33
• 2.3 AlN金屬化陶瓷基板的性能測試33-36
• 2.3.1 AlN金屬化陶瓷基板的XRD測試33
• 2.3.2 AlN金屬化陶瓷封裝基板的微觀形貌33-34
• 2.3.3 AlN金屬化陶瓷封裝基板的電學性能測試34
• 2.3.4 AlN陶瓷封裝基板的力學性能測試34-36
• 第三章 AlN陶瓷封裝基板的金屬化36-51
• 3.1 AlN陶瓷封裝基板的金屬化層形成機理36-38
• 3.2 AlN陶瓷基板的金屬化的燒結工藝38-45
• 3.2.1 燒結溫度對AlN陶瓷基板厚膜表面物相和形貌的影響38-41
• 3.2.2 燒結溫度對AlN金屬化基板結合強度的影響41
• 3.2.3 不同燒結工藝下的AlN金屬化基板結合機理探討41-45
• 3.3 AlN陶瓷基板的金屬化的還原工藝45-50
• 3.3.1 還原溫度對AlN陶瓷基板厚膜表面物相和形貌的影響46-48
• 3.3.2 還原溫度對AlN金屬化基板電學性能的影響48-49
• 3.3.3 還原溫度對AlN金屬化基板機械性能的影響49-50
• 3.4 本章小結50-51
• 第四章 金屬氧化物摻入對AlN基板表面金屬層形貌及性能的影響51-72
• 4.1 納米MgO摻入對AlN金屬化基板表面銅層形貌及性能的影響51-58
• 4.1.1 納米MgO顆粒的摻入機理51-52
• 4.1.2 摻入MgO對AlN金屬化基板燒結表面物相和形貌的影響52-53
• 4.1.3 摻入MgO對AlN金屬化基板還原表面物相和形貌的影響53-55
• 4.1.4 摻入MgO對AlN金屬化基板結合強度的影響55-57
• 4.1.5 摻入MgO對AlN金屬化基板電學性能的影響57-58
• 4.2 納米Co_3O_4摻入對AlN金屬化基板表面銅層形貌及性能的影響58-64
• 4.2.1 納米Co_3O_4摻入機理58
• 4.2.2 摻入Co_3O_4對AlN金屬化基板燒結表面物相和形貌的影響58-59
• 4.2.3 摻入Co_3O_4對AlN金屬化基板還原表面物相和形貌的影響59-61
• 4.2.4 摻入Co_3O_4對AlN金屬化基板結合強度的影響61-63
• 4.2.5 摻入Co_3O_4對AlN金屬化基板電學性能的影響63-64
• 4.3 納米Fe_2O_3摻入對AlN金屬化基板表面銅層形貌及性能的影響64-71
• 4.3.1 納米Fe_2O_3摻入機理64
• 4.3.2 摻入Fe_2O_3對AlN金屬化基板燒結表面物相和形貌的影響64-65
• 4.3.3 摻入Fe_2O_3對AlN金屬化基板還原表面物相和形貌的影響65-67
• 4.3.4 摻入Fe_2O_3對AlN金屬化基板結合強度的影響67-70
• 4.3.5 摻入Fe_2O_3對AlN金屬化基板電學性能的影響70-71
• 4.4 本章小結71-72
• 第五章 基于AlN金屬化基板的大功率LED新型封裝結構72-81
• 5.1 大功率LED封裝結構的優(yōu)化72-73
• 5.2 大功率LED新型封裝結構熱仿真分析73-76
• 5.2.1 熱仿真模擬條件73-74
• 5.2.2 熱仿真模擬結果分析74-76
• 5.3 大功率LED新型封裝結構的實現(xiàn)76-78
• 5.3.1 AlN金屬化基板與散熱翅片阻焊鎳層的制備76-77
• 5.3.2 AlN金屬化基板與散熱翅片釬焊的斷面形貌分析77-78
• 5.4 大功率LED新型封裝結構的散熱性能分析78-79
• 5.5 本章小結79-81
• 第六章 全文總結和課題展望81-84
• 6.1 全文工作總結81-82
• 6.2 本文的創(chuàng)新點82
• 6.3 課題展望82-84
• 參考文獻84-91
• 致謝91-92
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文92-93

【參考文獻】

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本文編號：1023591