大功率led用aln金属化陶瓷基板的制备及性能研究

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1、中图分类号：TN452论文编号：102870616-S060学科分类号：080503硕士学位论文大功率LED用AlN金属化陶瓷基板的制备及性能研究研究生姓名张鹏飞学科、专业材料加工工程研究方向微电子封装基板材料指导教师傅仁利教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyPreparationandPropertiesofAlNCeramicSubstratef

2、orHigh-powerLEDAThesisinMaterialsProcessingEngineeringByZhangPengfeiAdvisedbyProf.FuRenliSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位

3、或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：_______日期：_______南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文在充分了解大功率LED封装基板及其表面金属化的基础上，采用反应结合型厚膜工艺制备AlN金属化基板。通过在AlN基板丝网印刷铜电子浆料，经过烧结、还原过程实现AlN基板表面的铜金属化。在该厚膜工艺的基础之上，通过向铜电子浆料当中掺入其他金属氧化物(MgO,Co3O4和Fe2O3)，经过相同的金属化工艺实现

4、基板表面金属化铜层的致密化，并通过金属氧化物和AlN基板之间的反应，增强基板金属化层和基板之间的结合强度，制备性能优良的AlN金属化基板。最后，基于该AlN金属化基板，提出一种钎焊连接的LED封装方式。采用XRD、SEM对金属化基板进行物相和形貌分析，采用剥离法测试基板表面金属铜层和基板之间的结合强度，采用四探针方法测试基板表面铜层的电学性能，以获得具备优异性能的AlN金属化基板；采用计算机仿真和实验对比分析其散热性能。研究结果表明：1）经过1075°C烧结30min，400°C还原处理120min，获得的最佳试样表面铜层的方块电阻为2.2mΩ/□，铜层和基板的最佳结合

5、强度为11.9MPa。2）界面中间层化合物中，细小薄片状的CuAlO2和八面体状的尖晶石型CuAl2O4由于适中的热膨胀系数和强烈的化学结合对于连接强度的增加有促进作用，而粗大层片状的CuAlO2和界面间的Cu2O会降低结合强度。3）纳米金属氧化物(MgO、Co3O4和Fe2O3)的掺入有利于增加AlN基板金属化层的致密性，进而影响表面金属化层的电学性能；除此之外，部分纳米氧化物(Co3O4和Fe2O3)还可以和AlN基板发生反应生成不同种类的中间化合物，同时增强表面金属层和基板结合作用，影响金属化基板的机械性能。4）对照三种不同的金属氧化物(MgO、Co3O4和Fe2

6、O3)对金属化基板的影响，当掺入8%的Fe2O3于金属化浆料，并经过烧结还原实现金属化后，AlN金属化基板的综合性能最佳，该基板的结合强度为20.6MPa，表面方块电阻为5.65mΩ/□。5）结合恒温热载荷条件下的瞬态分析和不同功率的热载荷条件下的稳态分析的仿真模拟计算以及实际的热试验分析发现，基于该AlN金属化基板，采用钎焊连接的封装方式具备更好的散热性能，更适合应用于大功率LED封装中。关键词：AlN基板，金属化，金属氧化物，结合强度，电学性能，钎焊连接i大功率LED用AlN金属化陶瓷基板的制备及性能研究ABSTRACTInthispaper,themetalliz

7、edAlNsubstratewasrealisedbyareactivelythickfilmmethodafterlearningthepackagesubstrateandit’smetallizationforthehigh-powerLED.ThickfilmcopperisdepositedonthesurfaceofAlNsubstratethroughtheprocessesofprinting,heattreatmentandreductionrespectively.Onthebasisofthisresearch,se