功率型LED散热钨铜基板表面绝缘层制备研究

论文摘要

近年来,钨铜复合材料因具有低膨胀、高导热性、膨胀系数可调节等优点在大规模集成电路、大功率器件中作为新型散热基板被大力开发应用,然而耐蚀性差、可焊性差、表面难于绝缘化等缺点却成为其进一步推广的阻碍,如何弥补钨铜材质缺陷成为当务之急。本文采用钨铜复合材料作为基板的基体材料,通过电解抛光等预处理后,采用有机镀铝的方法在表面沉积一定厚度的铝层,再采用硫酸阳极氧化法将铝层转化为氧化铝层,在钨铜箔片表面生成氧化铝薄膜,制备出新型金属基绝缘基板。采用扫描电镜、XRD、光谱仪、显微维氏硬度测试仪等对试样表面及镀层进行形貌、组织及性能分析。研究方法和结果如下：1、采用正交实验方法对钨铜箔片（W-10wt.%Cu、W-15wt.%Cu）进行电解抛光。以硫酸-磷酸系作为电解液,通过对抛光后箔片宏观表面质量评定、反射率测量及SEM微观表面形貌分析,初步确定了W90Cu10、W85Cu15电解抛光的最佳工艺参数,分析了抛光液及工艺参数对抛光质量的影响及钨铜箔片电解抛光机理。实验结果表明：在硫酸与磷硫体积比4：5、温度为45-55℃、抛光时间4-6min、电流密度25-35A/dm2条件下电解抛光试样表面相对反射率高达90%以上,表面呈镜面光亮。2、采用AlCl3+LiAlH4有机溶剂作为电镀液在W90Cu10箔片上进行了镀铝实验,并成功地获得了高质量的镀铝层。采用扫描电子显微镜观察铝镀层的表面及断面形貌,X-ray衍射仪分析铝镀层的物相组成。实验结果表明：铝镀层外观银白色、均匀,呈现锥状颗粒生长特征,表面颗粒排列紧密。镀液中AlCl3/LiAlH4比值越小,电流密度越大,表面颗粒越粗大；镀层颗粒在（220）方向择优生长突出。且当AlCl3/LiAlH4=3:1、电流密度2-5A/dm2、电镀时间45～60 min时,铝镀层质量最佳。3、采用直流草酸法在0℃对镀铝层进行阳极氧化,得到了较致密的氧化铝层。采用金相显微镜对镀铝层和氧化层表面形貌进行初步观察,扫描电镜和X射线衍射仪分析镀铝层和氧化层的成分与结构,并对其硬度进行测试,探索钨铜箔片上制备氧化铝的最佳工艺。实验结果表明：电镀铝经阳极氧化处理后,氧化铝膜的表面由非晶Al2O3和Al相组成,氧化铝膜的硬度呈现先增加后降低,最后趋于稳定的趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LED发展史简介
• 1.2 我国LED应用现状及前景
• 1.3 功率型LED迫切需要解决的问题
• 1.4 功率型LED散热基板研究进展
• 1.4.1 金属芯印刷电路板（MCPCB）
• 1.4.2 陶瓷基板
• 1.4.3 金属绝缘基板（IMS）
• 1.4.4 金属基复合基板
• 1.5 一种新型散热基板的制备设计
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究的主要内容
• 1.5.3 研究方案
• 1.5.4 本课题的创新之处
• 参考文献
• 第二章 提高钨铜LED散热基板表面质量研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 试样预处理
• 2.2.2 电解液的配制方法
• 2.2.3 实验试剂和仪器
• 2.2.4 正交试验
• 2.2.5 性能检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 正交实验结果
• 2.3.2 试样微观表面分析
• 2.3.3 试样表面反射率测量结果分析
• 2.3.4 电解抛光表面质量及影响因素
• 2.3.5 钨铜箔片电解抛光机理探究
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 钨铜基板表面电沉积铝工艺及沉积过程的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 试剂、材料及设备
• 3.2.2 铝镀层的制备
• 3.2.3 镀铝工艺的探究
• 3.2.4 铝镀层形貌及相组成检测
• 3.2.5 铝镀层形成机理探究
• 3.3 实验现象与讨论
• 3.3.1 镀铝工艺正交分析与镀铝最优方案的确定
• 3.3.2 铝镀层表面形貌分析
• 3.3.3 电流密度和时间对沉积铝层厚度的影响
• 3.3.4 铝镀层形貌与性能的关系
• 3.3.5 电结晶过程中的晶粒取向与镀层织构
• 3.3.6 钨铜箔片上铝镀层形成机理的分析
• 3.3.7 钨铜箔片表面状况对镀铝过程影响初探
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 钨铜基板电镀铝层阳极氧化后的组织和性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 钨铜表面镀铝层的制备
• 4.2.2 氧化电解液的配备
• 4.2.3 镀铝层的阳极氧化
• 4.2.4 性能检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 镀铝层阳极氧化前后表面形貌变化
• 4.3.2 镀铝层阳极氧化前后组织结构变化
• 4.3.3 阳极氧化时间对氧化铝膜表面形貌的影响
• 4.3.4 阳极氧化电压对氧化铝膜相貌的影响
• 4.3.5 阳极氧化工艺对氧化铝膜硬度的影响
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果