论文部分内容阅读
大功率LED是当今照明技术的最重要研究方向,世界各大国家都把它列为重点发展行业并不断取得规模突破。然而,随着LED照明的大功率发展,其散热成为限制行业发展的尖锐问题,阻碍了它的进一步应用。与此同时,氮化铝(A1N)以其高绝缘性、高热导性、优秀的化学和热稳定等优点有望成为理想的大功率LED散热材料。本课题以氮化铝材料的产业化生产为目标,对铝基氮化铝薄膜的性能及其制备工艺大规模工业化生产技术进行了探索和研究,取得了以下成果：(1)提出了一种以金属铝为基板,在其上镀覆氮化铝薄膜作为绝缘导热层,再在A1N薄膜上溅射导电层的新颖的LED散热封装结构及其制备工艺。氮化铝的导热系数远远优于目前常用的铝基覆铜板和氧化铝陶瓷,其优秀的化学稳定性能够兼容现有印刷电路板的后续制备工艺,合理的晶体结构可实现膜层的快速沉积,此种结构的金属基覆铜板在热导、绝缘、化学稳定性均能满足大功率LED散热基板的要求。(2)理论分析了大功率LED的散热、热量传导行为,建立并简化了等效热阻模型,利用Ansys进行了仿真,从理论上证明了此种氮化铝薄膜散热封装结构能大幅度减小热阻,提高LED的散热性能,为LED散热封装的“热阻”测算提供了理论基础。(3)采用直流反应磁控溅射技术高速率地制备了A1N薄膜,确定了最佳工艺参数：在3A溅射电流,0.7Pa的溅射气压、20-25%区间内的氮分压下,A1N薄膜沉积速率达到14μm/h,大大优于现有报道的1u m/h的溅射速率；所制备的A1N薄膜,其结构紧密,呈晶体结构,有利于热量的传导。这一工艺研究为规模化生产氮化铝薄膜打下了良好的基础(4)在A1N薄膜上磁控溅射沉积了三层金属膜系结构的导电层,并完整地制备出铝基板+A1N绝缘导热薄膜+导电薄膜的高效金属基覆铜板散热封装模块,采用热阻分析仪、抗拉强度测试仪、SEM、XRD等对其进行了分析测试,实测结果,热阻值为3.47℃/W,相比现今常用金属覆铜板的9.41℃/W有大幅提升,接近于氮化铝陶瓷1.98℃/W而成本大幅下降,更具产业化基础。实验结果证明了这种薄膜结构的优越性。