大功率LED散热封装用铝基印刷电路板研究

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LED照明是当今科技的研究热点之一。随着LED发光效率的不断提高,LED驱动电流的大幅度增加,散热问题已经成为大功率LED商品化的最大障碍。本课题选择了大功率LED的散热封装作为研究方向,以产业化应用为目标,对大功率LED散热封装用铝基印刷电路板的若干关键技术问题进行了研究,论文取得了如下研究成果:1、提出了一种在铝质基板上直接制备氧化铝绝缘层,再在绝缘层上溅射镀覆导电薄膜来制备高导热覆铜基板的新构思,通过降低绝缘层导热系数,减少基板内部热沉数量,把热阻降到最低程度。进行了ANSYS有限元仿真与计算,分析了这种铝基覆铜板的散热行为与性能,以此为依据设计了大功率LED散热封装新结构,并进行了实验验证。实测结果,这种新颖结构的散热封装,其热阻可从传统的FR-4环氧树脂覆铜板的300K/W以上降低到10K/W左右;相比近年来开始应用的金属基覆铜板(MCPCB),对于3W单颗LED芯片,其等效位置温度还可降低3℃左右,表明此种散热封装结构能有效提高散热效果。该结构和制备方法都已申请国家发明专利,并进入了公示阶段,专利申请号200910097241.1、200910097243.0、200910097242.6。2、从理论和实验两个方面研究了阳极氧化的工艺,通过在铝基板上采用阳极氧化技术,低成本地制备了性能良好的氧化铝绝缘层。重点对阳极氧化形成氧化铝绝缘层短路及与导电层附着力不良的原因进行系统的分析研究,认为,绝缘层开裂和合金中的杂质金属析出是造成绝缘层短路的主要原因,提出选择5系铝合金作为基材并适当控制氧化膜厚度可以改善短路现象,同时,增大基板表面粗糙度和改善封孔效果是提升附着力的较佳方法,从而对利用阳极氧化技术规模化生产氧化铝绝缘层提出了有指导意义的制备方案。3、设计了“过渡层+阻挡层+焊接层”多层膜系的导电层结构,并研究用磁控溅射技术制备该导电层薄膜,同时,详细研究了利用该导电层制备电路的制造工艺,通过比较掩膜法、正性油墨-腐蚀法、负性油墨法三种工艺方案,提出了负性油墨法作为产业化应用的推荐方案。4、参与了大吞吐量磁控溅射金属化连续生产设备的设计和镀膜工艺的制定,调试了该生产制备,进行了产业化试验。对产业化样品进行了测试,所制备的导电层薄膜的拉脱强度达到1.5MPa以上,绝缘电阻大于20MΩ,能承受450℃无铅焊料溶蚀,能满足无铅贴片焊接和手工焊接的工艺要求。5、提出了采用A1N作绝缘层的金属基覆铜板的研究设想,并申请了国家发明专利,专利申请号201010505050.7。
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