铝基板表面氧化膜的制备及其绝缘导热性能研究

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针对传统LED封装结构中铝基板绝缘层导热性差的现状,本课题通过不同脉冲宽度的微弧氧化和不同电解液体系的阳极氧化工艺在铝基板表面制备氧化膜,替代传统铝基板中环氧树脂绝缘层。借助XRD、SEM等检测手段,并对所制备膜层的微观形貌、物相及耐蚀性进行了检测分析,系统研究了氧化工艺对膜层绝缘导热性能的影响及变化规律,为微弧氧化和阳极氧化工艺在铝基板领域的应用提供借鉴参考和数据支持。研究表明:铝基板表面微弧氧化膜层随着脉冲宽度的提升,厚度先升高后下降,表面爆熔微孔数量和尺寸逐渐增加,氧化膜中主要成分αα-A1203和γ-A1203两相比值逐渐增加;随脉冲宽度的提升,铝基板表面微弧氧化膜层的体积电阻率逐渐增加,击穿电压先升高后下降,导热系数略微上升。在500Hz的脉冲频率下,当脉冲宽度为800μs时,膜层具有最佳的综合绝缘性能,体积电阻率高达8.6× 1014Ω·cm,击穿电压为1240V,满足铝基板绝缘层的体积电阻率应大于1010Ω·cm,击穿电压应高于1010V的使用要求。同时导热系数为27.09W/m·k,比环氧树脂高两个数量级。硫酸、草酸、混合有机酸三种电解液体系制备的铝基板表面阳极氧化膜层,厚度都随电解液浓度的升高先增加后下降,硫酸和草酸阳极氧化膜层表面通孔尺寸和孔隙率随电解液浓度提升而升高,混合有机酸阳极氧化膜层表面通孔结构和尺寸不受电解液浓度变化而变化。当硫酸浓度为140g/L、草酸浓度为60g/L、混合有机酸配比为100g/L磺基水杨酸加40g/L苹果酸时,制备的阳极氧化膜层拥有最佳的绝缘性能:硫酸氧化膜的体积电阻率为6.2×1011Ω·cm,击穿电压为1420V;草酸氧化膜的体积电阻率为3.6×1012Ω·cm,击穿电压为1200V;混合有机酸氧化膜的体积电阻率为7.1× 1013Ω·cm,击穿电压为1580V,都较好得满足了铝基板对绝缘性能的相关要求,此时三种阳极氧化膜层的导热系数分别为15.84W/m·K、17.53W/m·K、20.70W/m·K,与环氧树脂相比表现出良好的导热性能。电化学阻抗结果表明微弧氧化及混合有机酸阳极氧化膜层的耐蚀性优异,对电解液中离子侵蚀能起到较强的屏蔽作用,确保铝基板后期刻蚀铜箔电路时不受侵蚀。
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