al2o3基复合材料散热基板制备及其性能分析word格式论文.docxVIP

摘要电子信息技术的飞速发展使得集成电路和 LED 等器件的功率越来越高，对基板材 料提出了高导热性、高电绝缘性以及与芯片相匹配的热膨胀系数等要求，选择合适的基 板，对器件的寿命和可靠性都具有重要影响。氧化铝是目前应用最为成熟的陶瓷基板材 料，原料来源丰富，价格低廉，强度、硬度、化学稳定性和耐热冲击性能高，电绝缘性 较好，制作和加工的技术也较为成熟，但是其导热性能相对较差，尤其是低温共烧技术 要求陶瓷基板的烧结温度在 900℃以下，传统的氧化铝或氮化铝低温共烧基板，由于玻 璃等烧结助剂的加入，导热率显著降低，难以满足大功率 LED 芯片封装要求。本文以廉价的氧化铝为基础原料，采用软化温度为 620℃的低熔点玻璃为烧结助剂， 氮化铝晶须、铜纤维及碳纤维等一维高导热材料为导热增强物，采用氮气保护下的低温 烧结工艺，在 850℃烧结温度、25MPa 压力下分别制备了 Al2O3/glass/AlN、Al2O3/glass/Cu、 Al2O3/glass/C 复合材料，系统研究了导热增强物的含量及形态对复合材料致密度、导热 性能、电性能、热膨胀性能及力学性能的影响。通过在 Al2O3/glass/Cu、Al2O3/glass/C 复 合材料表面涂覆绝缘层保证了封装基板对复合材料的绝缘性能要求。实验研究发现，含一维导热增强物的复合材料其导热性能及力学性能明显优于含颗 粒导热增强物的复合材料。复合材料 Al2O3/30vol%glass/30vol%Cuf 热导率为 38.9W/mK， 为 Al2O3/30vol%glass/30vol%Cup 复 合 材 料 热 导 率 25.9W/mK 的 1.5 倍 ， 是 Al2O3/30vol%glass 的 6.13 倍 ； 复 合 材 料 Al2O3/30vol%glass/30vol%Cuf 抗 弯 强 度 为 263.4MPa，比 Al2O3/30vol%glass/30vol%Cup 复合材料抗弯强度 236.7MPa 高出 27MPa。 由 于 AlN 晶 须 原 料 不 纯 的 关 系 ， 复 合 材 料 Al2O3/30vol%glass/30vol%AlNw 热 导 率（8.4W/mK）仅比 Al2O3/30vol%glass/30vol%AlNp 热导率（7.41 W/mK）高 1W/mK 左右。 通过观察复合材料显微结构发现，当一维导热材料达到一定含量时，一维导热材料在陶瓷基体中相互搭接形成三维连通的网络，这种三维连通的网络有利于热量以声子、 电子形式快速传递。同时，由于一维材料在复合材料中的拔出、裂纹偏转和裂纹桥联效 果使得在导热增强物含量相同的情况下，含一维导热增强物的复合材料力学性能优于含 颗粒导热增强物的复合材料。 关键词：氧化铝；陶瓷基板；低温烧结；一维材料；导热系数IAbstractWith the development of electronic information technology, the power of integrated circuit and LED devices becomes higher and higher, which raises a high demand for the heat dissipation substrate with high thermal conductivity, high electrical insulating property and proper coefficient of thermal expansion to match with the silicon chip. There is no doubt that an appropriate substrate has an important influence on both the reliability and lifetime of the device. Alumina is a kind of widely-used ceramic substrate material due to the abundant source, the low price, and the excellent physical and chemical properties such as high strength, high hardness, good chemical stability, favorable thermal shock resistance, and good electrical insulating property. In addition, its manufacturing and pro