大功率LED散熱封裝用鋁基氮化鋁薄膜基板研究.pdf

1、大功率LED是當(dāng)今照明技術(shù)的最重要研究方向，世界各大國家都把它列為重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)并不斷取得規(guī)模突破。然而，隨著LED照明的大功率發(fā)展，其散熱成為限制行業(yè)發(fā)展的尖銳問題，阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用。與此同時(shí)，氮化鋁(AlN)以其高絕緣性、高熱導(dǎo)性、優(yōu)秀的化學(xué)和熱穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)有望成為理想的大功率LED散熱材料。本課題以氮化鋁材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為目標(biāo)，對鋁基氮化鋁薄膜的性能及其制備工藝大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了探索和研究，取得了以下成果：
　　

2、(1)提出了一種以金屬鋁為基板，在其上鍍覆氮化鋁薄膜作為絕緣導(dǎo)熱層，再在AlN薄膜上濺射導(dǎo)電層的新穎的LED散熱封裝結(jié)構(gòu)及其制備工藝。氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前常用的鋁基覆銅板和氧化鋁陶瓷，其優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性能夠兼容現(xiàn)有印刷電路板的后續(xù)制備工藝，合理的晶體結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)膜層的快速沉積，此種結(jié)構(gòu)的金屬基覆銅板在熱導(dǎo)、絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性均能滿足大功率LED散熱基板的要求。
　　 (2)理論分析了大功率LED的散熱、熱量傳導(dǎo)行為，建立并簡

3、化了等效熱阻模型，利用Ansys進(jìn)行了仿真，從理論上證明了此種氮化鋁薄膜散熱封裝結(jié)構(gòu)能大幅度減小熱阻，提高LED的散熱性能，為LED散熱封裝的“熱阻”測算提供了理論基礎(chǔ)。
　　 (3)采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)高速率地制備了AlN薄膜，確定了最佳工藝參數(shù)：在3A濺射電流，0.7Pa的濺射氣壓、20-25％區(qū)間內(nèi)的氮分壓下，AlN薄膜沉積速率達(dá)到14μm/h，大大優(yōu)于現(xiàn)有報(bào)道的1μ m/h的濺射速率；所制備的AlN薄膜，其結(jié)構(gòu)緊密，

4、呈晶體結(jié)構(gòu)，有利于熱量的傳導(dǎo)。這一工藝研究為規(guī)?；a(chǎn)氮化鋁薄膜打下了良好的基礎(chǔ)
　　 (4)在AlN薄膜上磁控濺射沉積了三層金屬膜系結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層，并完整地制備出鋁基板+AlN絕緣導(dǎo)熱薄膜+導(dǎo)電薄膜的高效金屬基覆銅板散熱封裝模塊，采用熱阻分析儀、抗拉強(qiáng)度測試儀、SEM、XRD等對其進(jìn)行了分析測試，實(shí)測結(jié)果，熱阻值為3.47℃/W，相比現(xiàn)今常用金屬覆銅板的9.4.1℃/W有大幅提升，接近于氮化鋁陶瓷1.98℃/W而成本大幅下降，更