大功率led封装用铝基pcb导热基板研究.doc

本文由jinbu1贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 前言随着 LED 在道路照明、家用照明、汽车大灯照明等领域的广泛使用，大功率 LED 的散 热成为越来越重要的问题，封装基板是 LED 散热中最重要的部分之一。理化特性稳定、绝 缘及散热良好的散热基板将会大大改善 LED 的散热问题， 提高大功率 LED 的稳定性和寿命。 微弧氧化[1](MAO?Micro arcOx i d a t i o n )又称微等离子体氧化(MPO?Micro Plasma Oxidation)或阳极火花沉积(ASD?Anodic SparkDeposition) ， 该技术在导电溶液中利用微等离 子体放电，能直接在铝、钛、镁轻金属表面通过复杂的电化学、等离子体化学和热化学过程 原位生长氧化物陶瓷膜层。 微弧氧化技术是在阳极氧化基础上发展起来的， 但与传统的阳极 氧化法相比，微弧氧化技术工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强。利用微弧氧化技 术生成的氧化陶瓷膜具有很好的物理化学性能，如结合力强、硬度高，耐磨性、耐蚀性、抗 热震性高，膜层电绝缘性好，击穿电压高等，具有很大的实用价值，是一项很有前途的材料 表面处理新技术，具有广阔的应用前景。 在 LED 领域，采用此技术制作散热基板却鲜有报道。国外公司[2]有美国 UOE 公司制 作的 Norlux 系列功率 LED 封装基板， 美国 TT 公司(TT 前言随着 LED 在道路照明、 家用照 明、汽车大灯照明等领域的广泛使用，大功率 LED 的散热成为越来越重要的问题，封装基 板是 LED 散热中最重要的部分之一。理化特性稳定、绝缘及散热良好的散热基板将会大大 改善 LED 的散热问题，提高大功率 LED 的稳定性和寿命。 微弧氧化[1](MAO?Micro arcOx i d a t i o n )又称微等离子体氧化(MPO?Micro Plasma Oxidation)或阳极火花沉积(ASD?Anodic SparkDeposition) ， 该技术在导电溶液中利用微等离 子体放电，能直接在铝、钛、镁轻金属表面通过复杂的电化学、等离子体化学和热化学过程 原位生长氧化物陶瓷膜层。 微弧氧化技术是在阳极氧化基础上发展起来的， 但与传统的阳极 氧化法相比，微弧氧化技术工艺简单、效率高、无污染、处理工件能力强。利用微弧氧化技 术生成的氧化陶瓷膜具有很好的物理化学性能，如结合力强、硬度高，耐磨性、耐蚀性、抗 热震性高，膜层电绝缘性好，击穿电压高等，具有很大的实用价值，是一项很有前途的材料 表面处理新技术，具有广阔的应用前景。 在 LED 领域，采用此技术制作散热基板却鲜有报道。国外公司[2]有美国 UOE 公司制 作的 Norlux 系列功率 LED 封装基板，美国 TT 公司(TT electronics)的 Anotherm 导热基板， Lamina 公司采用金属上低温共烧陶瓷(LTCC-M)技术制作的多层互连的三维电路基板等，这 些基板均存在制作成本较高等问题。国内外公司制作的铝基覆铜 PCB 基板，此基板由铝板、 掺陶瓷颗粒改性环氧树脂或环氧玻璃布粘结片、铜箔三者经热压而成，优点是结构简单、易 于后期加工、机械强度高、耗能较低。但是设备工艺复杂、散热性能一般，特别是高低温下 介质层热导率不稳定、 抗剥离强度下降， 此外， 随着掺杂量的增加， 在获得较高导热特性 的 同时，其耐压、剥离等性能会大幅下降。 本文采用微弧氧化技术制作大功率 LED 铝基陶瓷散热基板。在铝的表面生长一层 20～ 40um 厚的氧化铝薄膜，通过溅射或丝网印刷工艺制作电路层。该板能够抵抗 500V 以上的 静电击穿电压，可以简化 LED 的封装结构和工艺，成本较低，散热效率较高，稳定性好。 散热基板的制作实验材料及设备本实验采用 60×60×1mm3 的铝合金做为铝基底。 Na2SiO3 和 KOH 混合电解液作为溶液。 采用双脉冲微弧氧化电源设备、电解槽、电解液冷却循环系统及气体搅拌装置等。其中 电源设备的正负向脉冲电压、个数及脉宽均可调。 实验方法将铝合金进行表面清洁处理， 然后将其中一面密封， 此面不进行氧化膜的生长。 基底前期准备完毕后， 即开始进行氧化铝陶瓷膜的生长。 膜层的生长的主要工艺流程如 下图 1 所示： 图 1 微弧氧化工艺流程作为大功率 LED 封装用导热基板，膜层在保证绝缘击穿电压的 前提下，生长的氧化铝陶瓷膜的厚度越薄越好，这样有利于减少陶瓷膜层的热阻，提高导热 基板的散热效率。 实验结果及分析膜层的表面形貌微弧氧化膜一般有三层组成，由内向外可以分为过渡 层、致密层和疏松层。致密层与基体金属间存在着一个过渡带。在