功率型LED陶瓷基印刷电路板的研究

作     者：董政 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王德苗;金浩

授予年度：2012年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：功率型LED 散热基板 氧化铝陶瓷 丝网印刷 磁控溅射 

摘      要：经历了白炽灯、荧光灯之后,LED照明以其耗电少、寿命长、绿色无污染等优点成为未来照明产业的发展方向。随着LED功率增大,散热问题已经成了制约大功率LED发展的一个瓶颈。陶瓷基印刷电路板具有绝缘强度高、散热性能好等优点,被业界广泛看好,本论文从理论、实验以及产业化三个方面研究了大功率LED用高导热陶瓷基印刷电路板,论文的主要研究工作和取得的成果如下： 1、建立了功率型LED电路散热模型,从理论上研究了功率型LED散热基板的导热系数以及基板厚度对散热性能的影响。采用ANSYS有限元稳态热分析对模型进行仿真分析,得出较为理想的大功率LED器件材料及结构,并进行了实验验证。实验结果表明：新型陶瓷基板可以使功率型LED散热热阻从传统FR-4环氧树脂覆铜板的300K/W降低到10K/W左右;一定的陶瓷基板厚度可使基板散热效率和材料韧性两方面达到最佳值。 2、提出了一整套采用氧化铝陶瓷为散热基板的印刷电路制备方案。选用了市场上工艺较为成熟的氧化铝陶瓷为基板材料,采用丝网印刷技术,以正性、负性两种油墨掩膜方式制作电路图型,成功地制备出符合产业化要求的功率型LED印刷电路板。该方案与现行的印刷电路制备工艺比较接近,能大大降低了工艺设备的改进成本。 3、设计了“过渡层+阻挡层+焊接层多层膜系导电层结构,研究了用磁控溅射技术制备导电膜层的工艺参数,确定了导电层的最佳材料及膜层厚度,其导电层薄膜拉脱强度达到1.5MPa以上,能承受450℃无铅焊料熔蚀,完全满足无铅贴片焊接的工艺要求。 4、参与了磁控溅射金属化生产线的设计和工艺制定,并调试了该生产设备,进行了产业化生产研究。 5、探索了氮化铝陶瓷基印刷板的制备,采用等离子喷涂工艺在铝基板上制备了氮化铝绝缘层,分析并提出了在此绝缘层上制备导电电路图案的方法。