大功率LED用高热导率氮化铝陶瓷基座的制备与封装研究

发布时间：2017-03-17 18:07

  本文关键词：大功率LED用高热导率氮化铝陶瓷基座的制备与封装研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以研究大功率LED为导向，首先为节约成本且获得高热导率的氮化铝陶瓷基板材料，在AlN粉体中添加自主合成的低熔点氧化物CaMgSi2O6作为低温烧结助剂，探讨其单独添加以及与Y2O3、纳米AlN粉体复合添加后，对氮化铝陶瓷烧结性能、热性能及机械性能的影响规律，从而得到综合性能良好的AlN陶瓷基板材料；其次研究AlN陶瓷金属化所用银浆料中玻璃相的变化对Ag浆料性能的影响，以CBS(40%CaO、20%B2O3、40%SiO2)玻璃为基础玻璃料，探讨CBS玻璃组分含量的变化以及添加金属氧化物BaO、Li2O和ZnO、MgO后对Ag浆性能的影响，探寻适宜作为Ag浆粘结相的玻璃组分及组分含量，，获得与氮化铝陶瓷具有高强度结合的Ag浆料。最后设计氮化铝陶瓷基板电路图并利用制备的银浆按照图案进行丝网印刷金属化，配合其它LED器件对大功率LED进行封装，并探讨封装过程中焊线温度对焊接强度的影响、荧光胶量的控制以及具体工艺操作等实际应注意的问题，并对封装后的成品LED点亮后的基板温度进行测试，来检验氮化铝陶瓷基板的散热能力。 (1)系统研究了以CaMgSi2O6为单一烧结助剂，以及与Y2O3、纳米AlN粉体复合添加到AlN中后氮化铝陶瓷的低温烧结机理，探讨烧结助剂添加后对氮化铝陶瓷各项性能的影响规律，特别是助剂添加后第二相产生对AlN陶瓷热导率的影响，最终获得致密的氮化铝陶瓷体积密度达到理论密度的98.4%，热导率为112.44W/m·K。 (2)以CBS玻璃为基础玻璃组分，研究其组分含量的变化及添加金属氧化物BaO、Li2O和MgO、ZnO后对氮化铝陶瓷基板浸润性及玻璃软化性能的影响，利用玻璃熔融冷却后获得机械粘结力的机理，达到金属层牢固附在氮化铝陶瓷表面的目的，并探讨不同玻璃含量改性的Ag浆与氮化铝陶瓷金属化结合强度变化规律，最终获得对氮化铝陶瓷金属化后剪切强度为21.3Mpa的Ag浆料。 (3)设计AlN陶瓷基板的电路图，然后进行丝网印刷金属化，在850℃烧结固化后获得高热导率氮化铝陶瓷基座，再经点胶固晶、烘烤固化、焊线、点荧光粉等工序对大功率LED进行封装，探讨封装工艺流程中各个工序存在的难点及一些实际操作问题，最后封装得到功率分别为30W和60W的大功率LED，经点亮后通过测试基板在30s内每经过5s的温度变化来检测其散热能力。
【关键词】：大功率LED AlN陶瓷 高热导率 金属化 固晶
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ174.75
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 目次11-14
• 图清单14-17
• 表清单17-18
• 1 绪论18-38
• 1.1 LED 结构与封装18-21
• 1.1.1 LED 封装方式18-20
• 1.1.2 大功率 LED 的发展瓶颈20-21
• 1.2 几种不同的陶瓷基板材料21-23
• 1.2.1 Al_2O_3基板21
• 1.2.2 BeO 基板21
• 1.2.3 SiC 基板21
• 1.2.4 AlN 基板21-23
• 1.3 氮化铝陶瓷23-31
• 1.3.1 氮化铝的结构与性能23-25
• 1.3.2 氮化铝陶瓷导热性能的研究25-28
• 1.3.3 氮化铝陶瓷低温烧结的研究28-31
• 1.4 氮化铝陶瓷金属化31-36
• 1.4.1 AlN 陶瓷的金属化方法31-32
• 1.4.2 厚膜金属化及附着机理32-34
• 1.4.3 AlN 陶瓷厚膜金属化浆料研究现状及其发展趋势34-36
• 1.5 本论文研究的目的、意义及主要内容36-38
• 1.5.1 研究的目的及意义36
• 1.5.2 研究的主要内容36-38
• 2 实验内容38-45
• 2.1 实验原料及仪器38-40
• 2.1.1 实验主要原料38-39
• 2.1.2 实验主要设备39-40
• 2.2 实验过程40-42
• 2.2.1 纳米级氮化铝粉体的制备40-41
• 2.2.2 玻璃烧制及其粉体的制备41
• 2.2.3 氮化铝陶瓷的烧结过程41-42
• 2.2.4 氮化铝金属化工艺42
• 2.3 样品的性能与表征42-45
• 2.3.1 体积密度测试42-43
• 2.3.2 物相分析43
• 2.3.3 显微形貌分析43
• 2.3.4 热性能测试43
• 2.3.5 机械性能测试43-44
• 2.3.6 金属化层附着强度测试44-45
• 3 氮化铝陶瓷低温烧结45-68
• 3.1 CaMgSi_2O_6改性氮化铝陶瓷的研究45-52
• 3.1.1 引言45
• 3.1.2 CaMgSi_2O_6粉体的合成45-46
• 3.1.3 AlN 基陶瓷的性能分析46-52
• 3.1.4 小结52
• 3.2 CaMgSi_2O_6-Y2O_3助剂对 AlN 低温烧结及其性能的研究52-60
• 3.2.1 引言52-53
• 3.2.2 AlN 基陶瓷的性能分析53-60
• 3.2.3 小结60
• 3.3 CaMgSi_2O_6-Y2O_3掺杂纳米氮化铝粉体改性氮化铝陶瓷研究60-68
• 3.3.1 引言60
• 3.3.2 AlN 基陶瓷性能的分析60-67
• 3.3.3 小结67-68
• 4 AlN 陶瓷厚膜 Ag 金属化的研究68-85
• 4.1 Ag 浆的组成与制备68-71
• 4.1.1 金属相银粉68
• 4.1.2 玻璃料的选择68-69
• 4.1.3 有机载体的配制69
• 4.1.4 厚膜金属化浆料的制备69-70
• 4.1.5 金属化烧结70-71
• 4.2 CBS 玻璃改性银浆的研究71-76
• 4.2.1 实验配方设计71-72
• 4.2.2 实验过程及分析72-76
• 4.2.3 小结76
• 4.3 添加 BaO、Li_2O 的 CBS 玻璃改性银浆的研究76-80
• 4.3.1 引言76
• 4.3.2 玻璃料配方选择76-77
• 4.3.3 实验过程及结果分析77-79
• 4.3.4 小结79-80
• 4.4 添加 ZnO、MgO 和 BaO、Li_2O 的 CBS 玻璃改性银浆的研究80-85
• 4.4.1 引言80
• 4.4.2 配方设计80-81
• 4.4.3 实验过程及结果分析81-84
• 4.4.4 小结84-85
• 5 高热导氮化铝陶瓷为基板的大功率 LED 封装85-95
• 5.1 基板准备85-87
• 5.2 芯片检验87
• 5.3 扩晶87-88
• 5.4 固晶88-89
• 5.5 焊线（Wire Bonding）89-91
• 5.6 点胶封装91-92
• 5.7 烘烤固化92-93
• 5.8 封膜93-95
• 6 结论95-97
• 6.1 研究总结95-96
• 6.2 未来展望96-97
• 参考文献97-101
• 作者简历101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄小丽;胡晓青;;氮化铝陶瓷的低温烧结研究[J];兵器材料科学与工程;2006年04期

2 钱可元,胡飞,吴慧颖,罗毅;大功率白光LED封装技术的研究[J];半导体光电;2005年02期

3 蚁泽纯;熊旺;王力;刘立林;张佰君;吴昊;;大功率LED多芯片集成封装的热分析[J];半导体光电;2011年03期

4 苏达;王德苗;;大功率LED封装散热技术研究[J];半导体技术;2007年09期

5 李腾,刘静;芯片冷却技术中的微/纳米材料与结构的研究进展[J];微纳电子技术;2004年08期

6 李秀清;AlN陶瓷封装的研究现状[J];半导体情报;1999年02期

7 马雪刚;阚连合;张庆军;崔志敏;;氮化铝陶瓷烧结助剂研究进展[J];山东陶瓷;2010年04期

8 匡加才,张长瑞,周新贵,王思青,曹英斌;AlN陶瓷热导率影响因素的研究[J];材料导报;2003年04期

9 陈强;谭敦强;余方新;陈发勤;;功率型LED散热基板的研究进展[J];材料导报;2009年23期

10 方亮;钟前刚;何建;刘高斌;李艳炯;郭培;;大功率LED封装用散热铝基板的制备与性能研究[J];材料导报;2011年02期

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本文编号：253267