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材料导报B：研究篇
2011年1月（下）第25卷第1期
大功率LED封装用散热铝基板的制备与性能研究*
方亮12，钟前刚"，何建，刘高斌'，李艳炯'，郭培
（1重庆大学应用物理系，重庆400044;2重庆大学光电技术及系统教育部重点试验室，重庆400044）
摘要
通过正交试验分析了阳极氧化法制备LED封装用铝基板过程中电流密度、硫酸质量浓度、温度和时间
等因素对其热阻、厚度、绝缘电阻率的影响，得到了制备低热阻铝基板的最佳工艺参数。根据优化参数制备了阳极氧化铝基板，将LED分别封装在自制基板和深划光恒光电公司提供的铝基板上，检测温度与时间变化的关系，结果表明，自制散热铝基板性能更优。
关键词
LED铝基板阳极氧化热阻厚度绝缘电阻率
StudyontheFabricationandPerformanceofAluminumSubstrateforHeat
DissipationofHighPowerLED
FANGLiang',ZHONGQiangang,HEJian',LIUGaobing',LIYanjiong',GUOPei(1 Department of Applied Physics, Chongqing University, Chongqing 400044; 2 Key Laboratory of Optoelectronie Technolog)
and Systems of Ministry of Education China, Chongqing University, Chongqing 400044)
The effect of process parameters (current density, concentration of sulfuric acid, temperature and
Abstract
time) on the thermal resistance, thickness, insulation resistivity of Al substrate prepared by the anodizing was studied by an orthogonal experiment. The optimum parameters to fabricate aluminum heat-dissipation substrates for high power LED were obtained. LEDs were packaged on self-made Al substrates prepared at the optimum parameters and that of Guangheng Guangdian company, respectively, then the change of LEDs' temperature with lighting time was analysed and compared, It shows that the dissipating heat performance of Al substrates is better than that of Guang heng Guangdian company.
Key wordsLED, aluminum substrate, anodic oxidation, thermal resistance, thickness, insulation resistivity
LED(Lightemittingdiode)作为一种优秀的半导体光电器件，以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点，已在显示、照明、交通、电子器件等行业中得到广泛应用。但随着 LED向大功率、高光强方向发展，其散热问题日渐突出，已成为LED行业的难题，必须从导热材料、散热结构等多方面出发才能加以解决。散热基板是解决大功率LED散热问题的有效手段之一，用于大功率LED的基板材料必须有高热导率、高稳定性、高电绝缘性、高强度和平整性以及与芯片相近的热膨胀系数(")。在满足性能和可靠性的前提下，从材料热导率或综合成本考虑，陶瓷材料、陶瓷薄膜以及半导体材料用作半导体照明的LED基板材料均有不尽人意之处3，少数金属或合金能满足高导热率低膨胀系数的要求，但为保障电绝缘性，需要涂覆高分子聚合物介质膜，因此热导率通常很低，而且高温性能会变差。
金属铝由于热导率较高，成本相对较低，因此是目前最常用的LED散热材料之一。铝经过阳极氧化处理，可在表面形成具有较高电绝缘性的氧化铝薄膜，满足LED散热基
板的性能要求。J.A.Curran等利用离子微弧氧化处理生成的氧化铝膜热导率在2W/(m·K)左右45),远高于普通导热树脂和高分子PCB的热导率。李华平等用微弧氧化法生长了氧化铝，发现当普通氧化铝热导率为2W/(m·K)、薄膜厚度为40um和20μm时，热阻分别为11.3K/W和9.1K/W；若氧化铝热导率提高到5W/（m·K)，其薄膜的热阻可以分别降低到6.9K/W和5.5K/Wt6)。可见，氧化铝薄膜厚度对基板的热导率影响很大，膜薄时导热性能高，但绝缘性能低，膜厚时，导热性能低。因此，必须选择合适的薄膜，在导热性能和绝缘性能之间进行权衡。
目前，阳极氧化法制备的氧化铝膜多用于耐磨、耐蚀等场合，用于LED散热的报道相对较少。因此，本实验针对大功率LED的散热问题，研究大功率LED封装用导热绝缘铝基板的阳极氧化制备工艺，通过正交试验研究基板厚度、导热、绝缘性能与制备条件之间的关系，提出合适的制备工艺参数，并将自制基板与深圳光恒光电有限公司提供的铝基板进行性能对比，发现自制阳极氧化铝基板的散热性能更佳。
*重庆市科技攻关计划(CSTC2009AC4187)；重庆大学"211工程"三期创新人才培养计划建设项目（S-09109)；重庆大学大型仪器设备开放基金资助（2010063072)
方亮：男，1968年生，教授，博士生导师，主要从事半导体材料与器件和表面处理工艺的研究Tel：023-65105870】
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