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大功率LED用高热导率氮化铝陶瓷基座的制备与封装研究

李宏伟  
【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。


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