大功率LED硅基板的制备及其性能研究

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随着大功率LED(Light-Emitting-Diode)的日益普及,散热问题已成为影响LED寿命、可靠性的主要因素。因此寻求低热阻的LED封装结构和封装材料对于大功率LED的发展至关重要。本文以大功率LED硅基板为研究对象,围绕硅基板的结构、制备工艺、性能测试这几个方面展开研究。具体工作和结论如下:  首先,对硅基板的结构进行了设计,先设计了SiO2绝缘层,然后提出了“粘附层+阻挡层+焊接层”多层膜系的导电层结构,选择了Cr/Cu/Ni梯度结构作为导电层;通过热阻理论分析和有限元模拟比较了传统铝基板封装体和硅基封装体的导热性能,结果表明硅基倒装芯片封装体导热性能更优;通过ANSYS仿真模拟软件对硅基板的硅片厚度、绝缘层厚度、LED芯片间距进行了热模拟优化,得到最优参数:硅片厚度0.7~0.9mm,绝缘层厚度30μm以下,芯片阵列间距2.0mm。  其次,设计了加成法、减成法、加减混合法等三种制备硅基板的工艺,并对三种制备工艺的优势与劣势进行了对比与分析,最终选择了加减混合制备法制备硅基板;对硅基板制备工艺中所涉及到的多项重要工艺进行了探究和优化。对化学气相沉积工艺参数进行了优化,解决了硅片表面SiO2厚度不均匀的问题。对电镀参数进行了优化,解决了电流密度过大或者过小造成的镀层质量不合格的矛盾。对化学镀参数进行了优化,解决了由于预处理不到位导致的镀不上或镀不匀的问题以及由于镀液温度过高而导致镀液分解等问题。  最后,对硅基板及其LED封装模块进行了绝缘耐压、镀层结合力、热学等多方面的测试。硅基板的体积电阻达到了1.3×1016Ω·cm~3.2×1016Ω·cm,抗击穿电压达到了3kV。在硅表面制备导电层时采用粘附层的结合强度远高于无粘附层。4W铝基封装体热阻是9.33℃/W,而4W硅基板封装体热阻是3.57℃/W,结果表明硅基封装体的导热性能优于铝基封装体。
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