【精品】覆铜陶瓷基板研究

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1、用于高功率发光二极管的覆铜陶瓷基板研究过去几年封装型发光二极管的功率密度增加了，同时模块的寿命要求亦增加了。这样就带出了对改进基板导热性和可靠性的新要求，以超越标准FR4或绝缘金属基板。覆铜陶瓷（DCB）基板提供了较低热阻并口已成功应用于高功率高压变频器和固态继电器。DCB工艺DCB基板的制造是使用一种特別的热熔式粘合方法，一块已有-层薄氧化铜（氧化于热处理时或之前）的铜片与AI2O3陶瓷密贴并于1065°C至1085°C的温度下受热（图1和图2）。108010701060105000.40.81.21.60,-ConcentrationinAtom-%图1氧和氧化铜的

2、共晶CopperCeramicHeatingCopperCopperOxideCopperCeramicEutecticMeltO,DiffusionandCooling图2DCB工艺共品熔化体与陶瓷结合而铜片则仍然是固态。AI2O3陶瓷的卓越湿性是基于以下反应：CuO+AI2O3=CuAI2O4以下的特性，使DCB能取代用于多芯片功率模块的传统物料。尽管铜层相当厚(0.3mm),热膨胀系数仍然很低(7.2x10-6);铜具高抗剥强度(>50N/cm);由于厚铜片的高效率散热和铜直接接合于陶瓷，基板的热阻非常低;高机械和环境稳定性。基板的横切面(图3)显示氧化铝(24W

3、/mK)与氮化铝基板(180W/mK)的紧密接触面。图3氧化铝(左图)和氮化铝切面动机预期灾难性故障比率和接面温度的和依性是众所周知和有案可稽的事实，并可于Arrhenius模型预见。较高接面温度会导至流明降低，因而缩短模块的预期寿命。制造优质发光二极管模块的主要方法是以较好封装以取得较低接面温度。用适当组合的DCB基板Z物料可加反装配发光二极管模块装的寿命和减少价格和寿命比。氮化铝与薄氧化铝（0.25mm）DCB基板都同样可以对以上的挑战做出经济性和技术性的解决方案。当我们考虑一套典型的5W高功率发光二极管封装和大约9mm?的接触面积（支持基板之金属片的接触），根据表

4、一之顕示可容易计算出，就算是标准氧化铝陶瓷基板已经很足够，那就可以避免花费使用制定材料如Si3N4或氮化铝引致的成本增加。根据几何条件热阻可大为降低并较之传统IMS基板（75pm絶縁物厚和2.2W/mK传热度）低约60%o农I塞于9mnr更积的热沮计算（无热扩散）FunctionThickness[mm]MaterialSpecificThermalConductivity[W/mK]ThermalResistance[K/W](onductor().2Copper3900.057Isolator025CeramicAI2O3241.157(won

5、opper3

6、dy100"10100100010000Absolutetemperature[K]图5功率密度和温度我们参看三家主要发光二极管制造商的封装型高功率发光二极管Z发展趋势（图6）。推动设计师去设计一些可降低热阻的封装。19171513i119750123456W图6LED功率和封装热阻的发展趋势根据这些数据去推断，似乎进-步发展是把接面和金属片之间的热阻降低。对丁功率价值人于5W的LED4K/W热阻值可于不久的将来达到。对丁•晶粒直焊基板封装，基板本身已经是热管理的樽颈地带，这趋势会迫使基板作进一步改良。发光二极管封装的热能特性图7显示功率发光二极管封装的散热途径。我们且

7、不谈散热器而集中于RJ-B=RJ-S+RS-B的情况。R