CN102821550B - 一种纳米结构复合led陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米结构复合LED陶瓷基板及其制造方法，其关键步骤是以纯度为95%以上的氧化铝为主配方，以形成粒界层半导性电子陶瓷的氧化锌和氧化镁为次配方，此外还有增加复合陶瓷粒界层导电率、电子迁移率、插层、掺杂的稀土元素和纳米无机高分子作为微量配方，制造过程中，以纯水作为配浆用水，通过一系列工序和特定工艺制造而成的纳米结构复合LED陶瓷基板具有不导电、抗静电、抗电磁干扰、水浸入性为0%、其纵向导热系数大于横向导热系数、良好热传导与红外线辐射两种散热方式等特点，且没有任何有毒成份，环保安全，特别适合用作大功率LED基片。

Description

一种纳米结构复合LED陶瓷基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷板，尤其是涉及一种用于LED基板纳米结构复合LED陶瓷板及其制造方法。`

背景技术

氧化铝陶瓷基片由于其具有极高的机械强度，良好的散热性能等，而被广泛应用于如机械、仪器仪表、电子等领域。在电子领域应用中，尤其LED灯照明领域，由于LED灯具有发光效率高、实用寿命长、故障少、启动速度快、体积小，重量轻、颜色效果多样、有动态的彩色效果等特点，随着技术的进步，LED灯需求量越来越大，LED灯的功率的也不断增大，其散热技术随之不断更新，氧化铝陶瓷以其优越的导热性、防腐性、不透水性和性价比逐渐代替金属复合铝材等昂贵的材料。但电子产品对氧化铝陶瓷基片绝缘性能和抗静电性能有着更高的要求。陶瓷基片的性能质量取决于氧化铝陶瓷的制备过程，常规的陶瓷基片的制备方法适应性较差，成品率较低，绝缘性能不够高和抗静电性能差，不具有抗干扰能力,而且对主要材料氧化铝粉的纯度要求高，一般要达到99.5％以上。

发明内容

为了解决氧化铝陶瓷基片在电子应用中存在的各种不足，本发明提供了一种除具有常规氧化铝陶瓷基片的特点外，还具有抗静电性能、抗电磁干扰能力和绝缘性能高的蓝色纳米结构复合LED陶瓷基板(或陶瓷片)及其制造方法，主要原料也是氧化铝粉，其技术方案如下：

一种纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a、配粉，按粉料重量百分比，氧化铝为75～85％、氧化锌和氧化镁为10～20％、稀土元素和纳米无机高分子3～7％，按配比总量100％将粉料配好；

b、混合，将按份配好的粉料与纯水按1：2的比例混合成浆料；

c、球磨，将混合所得浆料置入球磨机中研磨，研磨时间至少为192小时，形成粒径为0.5μm的纳米高分子-陶瓷复合浆料(一次粒径材料)；

d、烘干，使用真泵将研磨好的复合浆料抽出到不锈钢烤盘，然后将烤盘送入无尘烤箱，将浆料烘干；

e、粗磨，将烘干的复合浆料敲打成小块状，再用粉碎机粉碎成粉状陶瓷粉密封保存；

f、造粒，在滤袋式循环系统中，按重量百分比添加粘结剂≤10％、纯水≤40％、余量为陶瓷粉，混合搅拌制成浆，经珠磨、冷冻、喷雾造粒、干燥、自动筛选分级，制成的陶瓷粒料密封保存；

g、成形，在成型机中，陶瓷粒料经相关治具和模具制成陶瓷板生坯；

h、烧结，将陶瓷板生坯置于匣钵中，在高温炉中烧结成陶瓷板熟坯，烧结温度范围为1300℃～1400℃；烧成周期，按一般氧化铝陶瓷基片常规烧成周期即可；

i、熟坯研磨，将合格的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中研磨至其厚度符合要求，研磨完后用清水洗干净；

j、熟坯抛光，将研磨完后的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中进行抛光至其外面表面光滑度符合要求，研磨完后用超声波清洗干净，并烘烤干燥；

k、线路制作，在网印机中，对干燥陶瓷板熟坯进行金属线路网印，将金属膏通过网印机网板印在陶瓷板熟坯上，并将陶瓷板熟坯置于烧附炉中将金属膏烧附成金属线路，再印制保护层、送入烤箱烘烤干燥后制成陶瓷基板；

l、布植晶片，先在网印机中布植晶片焊垫，然后在布晶片机系统中进行布植晶片、固定晶片、烘烤干燥，最后进行烧附。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤a中，氧化铝粉的纯度>95％，相对于制作一般氧化铝陶瓷基片对氧化铝粉的纯度要求在>99.5％以上的要求更小，有利于降低原材料的成本。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤a中，纳米无机高分子一维<100nm，其余粉料粒径为1～2μm。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤a中，纯度>95％的氧化铝为80％、氧化锌和氧化镁为15％、稀土元素和纳米无机高分子5％。纳米无机高分子可增加复合陶瓷的粒界导电率、电子迁移率、插层、掺杂，以降低热阻及增加红外线热辐射的散热能力，还可以促进复合陶瓷的烧结效率，降低烧结温度，优选为矽－氧浣键之矽基纳米无机高分子。氧化锌和氧化镁作为次配方，其目的是使复合陶瓷形成粒界层半导性电子陶瓷，使复合陶瓷板具有抗电磁干扰能力和抗静电能力及其纵向(Z)导热系数大于横向(XY)导热系数。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤b中，纯水的电阻值>5MΩ。纯水的作用是将影响复合陶瓷特性的水中不纯物降至最低。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤b中，混合成的浆料中，还添加有化学研磨剂，有利于无机高分子插层与介面反应，降低粒子再团聚。进一步地，该化学研磨剂优选为特殊配方的硝酸基化学混合剂，其代号为CM5。化学研磨剂可促进一次粒子崩解，使一次粒子变小，使烧结反应加速完成、粒子接触表面积增加，促进粒子间的热传导，提升复合陶瓷的导热功能。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤c中，球磨机中的研磨球料径分别为10mm、12mm、16mm和18mm,其数量比为1:1:1:1。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤c中，球磨机中的压力<5kg/cm²。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤c中，球磨机中的转速为30rpm±1rpm。以促进纳米陶瓷微粒、纳米无机高分子与溶剂进行反应形成纳米高分子-陶瓷复合浆料(一次粒径材料)。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤e中，所述陶瓷粉可直接作为高等精密成形的纳米高分子-陶瓷复合材料(二次粒径材料)，不用再添加有机高分子黏结剂，避免碳水化合物烧结时产生积碳影响产品品质。所述密封保存为用塑胶盛装封好陶瓷粉，置于塑胶桶中加盖封存。

作为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法的进一步说明，所述步骤f中，滤袋式循环系统的使用，造粒系统产出率>97.5％,高于一般的循环系统(约85％),且无环保问题，不用增加环保设备，减少成本支出。所述制成的陶瓷粒料密封保存指的是秤重后用塑胶盛装封好，置于塑胶桶中加盖封存；

一种纳米结构复合LED陶瓷基板，由上所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法制成，其特征在于：由氧化锌、氧化镁、稀土元素和纳米无机高分子在氧化铝中形成半导性电子粒界层。其颜色为蓝色、不导电、具有抗电磁干扰能力、水浸入性为0％、其纵向导热系数大于横向导热系数。其形状为圆形、正方形或长方形。其导热率为6～13W/mk，可作为大功率LED灯解热或散热应用。

相对于现有的氧化铝陶瓷板，本发明的有益效果是：

1、氧化铝粉的纯度要求相对较低，降低了原材料的成本。

2、滤袋式循环系统的使用，造粒系统产出率高且无环保问题，减少环保设备成本支出。

3、二次粒径材料可直接作为高等精密成形的纳米高分子-陶瓷复合材料，不用再添加有机高分子黏结剂，产品品质好。

4、制成的纳米结构复合LED陶瓷基板具有不导电、抗电磁干扰、水浸入性为0％、其纵向导热系数大于横向导热系数、良好热传导与红外线辐射两种散热方式等特点，可作为大功率LED灯解热或散热应用。

5、制成的纳米结构复合LED陶瓷基板没有任何有毒成份，环保安全。

6、制成的纳米结构复合LED陶瓷基板具有半导性晶粒粒界层结构，抗静电能力>15kv。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明，其中：

图1为纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法主要流程图；

具体实施方式

作为优选的一种实施方式，工艺流程参见图1，对图1所示步骤制造纳米结构复合LED陶瓷基板的一种方法，其特征在于包括以下步骤：

a、配粉，按粉料重量百分比，纯度>95％的氧化铝为80％、氧化锌和氧化镁为15％、稀土元素和纳米无机高分子5％配好，其中纳米无机高分子一维<100nm的任一值，其余粉料粒径为1～2μm,环境温度维持在15℃～25℃之间，温度65％，循环风速小于0.5m/s；

b、混合，将按份配好的粉料与纯水按1：2的比例混合成浆料，并代号为CM5添加适量的化学研磨剂，纯水的电阻值>5MΩ,纯水静置时间不得超过1小时，混合机器需加隔热材料，在无尘室中操作，环境温度维持在15℃～25℃之间，温度65％，循环风速小于0.5m/s；

c、球磨，将混合所得浆料置入球磨机中研磨，研磨时间为192小时，保证材料间反应充分，形成粒径为0.5μm的纳米高分子-陶瓷复合浆料(一次粒径材料)；混合浆料优选使用隔膜泵置入球磨机时，避免暴露于空气中；球磨机中的研磨球料径分别为10mm、12mm、16mm和18mm,其数量比为1:1:1:1，球磨机中的转速为30rpm±1rpm，球磨机中的压力<5kg/cm²的任一值；

d、烘干，使用真泵将研磨好的复合浆料抽出到不锈钢烤盘，然后将烤盘送入无尘烤箱，将浆料烘干；

e、粗磨，将烘干的复合浆料敲打成小块状，再用粉碎机粉碎成粉状陶瓷粉，用塑胶盛装封好，置于塑胶桶中加盖封存；粉碎时按定量定速入料；

f、造粒，在滤袋式循环系统中，按重量百分比添加粘结剂10％、电阻值>5MΩ的纯水40％、余量为陶瓷粉，混合搅拌制成浆，经珠磨、冷冻、喷雾造粒、干燥、自动筛选分级制成的陶瓷粒料，秤重后用塑胶盛装封好，置于塑胶桶中加盖封存；各环节按定量定速入料；

g、成形，在成型机中，陶瓷粒料经相关治具和模具制成陶瓷板生坯；每次进料重量偏差<1％；

h、烧结，将陶瓷板生坯置于匣钵中，在高温炉中烧结成陶瓷板熟坯，烧结温度范围为1300℃～1400℃；烧成周期优选为75分钟；

i、熟坯研磨，将合格的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中研磨至其厚度符合要求，研磨完后用清水洗干净；

j、熟坯抛光，将研磨完后的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中进行抛光至其外面表面光滑度符合要求，研磨完后用超声波清洗干净，并烘烤干燥；

k、线路制作，在网印机中，对干燥陶瓷板熟坯进行金属线路网印，将金属膏通过网印机网板印在陶瓷板熟坯上，并将陶瓷板熟坯置于烧附炉中将金属膏烧附成金属线路，再印制保护层、送入烤箱烘烤干燥后制成陶瓷基板；

l、布植晶片，先在网印机中布植晶片焊垫，然后在布晶片机系统中进行布植晶片、固定晶片、烘烤干燥，最后进行烧附。

一种纳米结构复合LED陶瓷基板，由上所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法制成圆形、正方形或长方形等形状，其特征在于：由氧化锌、氧化镁、稀土元素和纳米无机高分子在氧化铝中形成半导性电子粒界层。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。本发明所述的基片和基板为等同概念。

Claims (9)

1.一种纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a、配粉，按粉料重量百分比，氧化铝为75～85％、氧化锌和氧化镁为10～20％、稀土元素和纳米无机高分子3～7％，按配比总量100％将粉料配好；

b、混合，将按份配好的粉料与纯水按1：2的比例混合成浆料；

c、球磨，将混合所得浆料置入球磨机中研磨，研磨时间至少为192小时，形成粒径为0.5μm的纳米高分子-陶瓷复合浆料；

d、烘干，使用泵将研磨好的复合浆料抽出到不锈钢烤盘，然后将烤盘送入无尘烤箱，将浆料烘干；

e、粗磨，将烘干的复合浆料敲打成小块状，再用粉碎机粉碎成粉状陶瓷粉密封保存；

f、造粒，在滤袋式循环系统中，按重量百分比添加粘结剂≤10％、纯水≤40％、余量为陶瓷粉，混合搅拌制成浆，经珠磨、冷冻、喷雾造粒、干燥、自动筛选分级，制成的陶瓷粒料密封保存；

g、成形，在成型机中，陶瓷粒料经相关治具和模具制成陶瓷板生坯；

h、烧结，将陶瓷板生坯置于匣钵中，在高温炉中烧结成陶瓷板熟坯，烧结温度范围为1300℃～1400℃；

i、熟坯研磨，将合格的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中研磨至其厚度符合要求，研磨完后用清水洗干净；

j、熟坯抛光，将研磨完后的陶瓷板熟坯置于双面球磨机中进行抛光至其外面表面光滑度符合要求，研磨完后用超声波清洗干净，并烘烤干燥；

k、线路制作，在网印机中，对干燥陶瓷板熟坯进行金属线路网印，将金属膏通过网印机网板印在陶瓷板熟坯上，并将陶瓷板熟坯置于烧附炉中将金属膏烧附成金属线路，再印制保护层、送入烤箱烘烤干燥后制成陶瓷基板；

l、布植晶片，先在网印机中布植晶片焊垫，然后在布晶片机系统中进行布植晶片、固定晶片、烘烤干燥，最后进行烧附。

2.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤a中，纳米无机高分子一维<100nm，其余粉料粒径为1～2μm。

3.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤a中，纯度>95％的氧化铝为80％、氧化锌和氧化镁为15％、稀土元素和纳米无机高分子5％。

4.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，混合成的浆料中，还添加有化学研磨剂。

5.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，球磨机中的研磨球料径分别为10mm、12mm、16mm和18mm,其数量比为1:1:1:1。

6.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，球磨机中的压力<5kg/cm²。

7.如权利要求1所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，球磨机中的转速为30rpm±1rpm。

8.一种纳米结构复合LED陶瓷基板，由权利要求1～7任一项所述的纳米结构复合LED陶瓷基板的制造方法制成，其特征在于：由氧化锌、氧化镁、稀土元素和纳米无机高分子在氧化铝中形成半导性电子粒界层。

9.如权利要求8所述的纳米结构复合LED陶瓷基板，其特征在于：其形状为圆形或长方形。