CN104087113B - 一种led铝基板用散热涂层的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，使用特制的由多种丙烯酸酯类单体、单层片或多层片绝缘石墨烯及其他组成成份所组成的原料，通过一定的共聚接枝合成方法，制成LED铝基板用散热涂层。本发明可取代常规LED铝基板用散热涂层；使用本发明可充分利用单层片或者多层片绝缘石墨烯的高导热系数特性，来改性LED铝基板用散热涂层,从而最大化地散热和绝缘，是一种绿色环保、低用量的LED铝基板用散热涂层耗材；所制成的铝基板用散热涂层具有非常好的耐磨牢度、超薄的涂层和均匀一致、高的导热系数,？能匹配大功率LED有良好的散热特性。

Description

一种LED铝基板用散热涂层的制作方法

技术领域

本发明涉及一种LED铝基板用散热涂层的制作方法。

背景技术

LED照明产品由于能量转化效率非常高，能耗理论上仅有白炽灯的10%，相比荧光灯，可以达到50%的节能效果，因而具有节能、环保和长寿命的优势，可广泛应用于景观照明、安全照明、特种照明和普通照明光源等照明领域，市场潜力巨大。

一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升时，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1%左右，LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一部分转化成为热能。LED的光效目前只有100lm/W，其电光转换效率大约仅20~30%左右，也就是说大约70%的电能都变成了热能。因此，影响大功率LED照明的核心突破点是散热技术。

目前国外和台湾已经能够生产一种“全胶铝基板”。而采用全胶铝基板的热阻可以做到0.05℃/W，市场出售的商品也可以低至0.2-0.5℃/W。

几乎绝大多数的LED灯具中都采用了铝基板。而下面一层绝缘体则要求其绝缘性能很好，而且还要导热性能很好。然而这两个性能是矛盾的，通常都是导体的导热性能好，而绝缘体的导热性能差。满足既导热性好同时又绝缘性好是很难做到的。

未来发展的可挠曲基板是期望应用在汽车导航的LCD背光模块薄型化需求而开发，以及高功率LED可以完成立体封装要求，基本上可挠曲基板以铝为材料，利用铝的高热传导性与轻量化特性，制成高密度封装基板，透过铝质基板薄板化后达到可挠曲特性，并且也能够具高热传导特性，但同样受到大功率LED封装散热问题限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种可靠性高、散热效率高的LED铝基板用散热涂层的制作方法，使得LED铝基板既满足导热性好同时又绝缘性好。

本发明的技术方案是：一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，包括以下步骤：

（1）称取一定量的多种结构的丙烯酸酯类单体与绝缘石墨烯,采用单体共聚接枝合成方法，在丙烯酸酯类单体共聚过程中引入绝缘石墨烯，获得高分子量的聚合体，制成含绝缘石墨烯散热共聚树脂的复配基料；

（2）使用涂胶机和PCB线路板印刷装置将绝缘石墨烯散热共聚树脂印刷成LED灯具用PCB散热涂层铝基板经表面烘干、或者使用柔性基板涂胶机和PCB线路板印刷机，将绝缘石墨烯散热共聚树脂均匀涂覆在以铝为材料的可挠曲基板表面，再经烘干，即可制得涂层厚度可控的LED铝基板用散热涂层。

进一步，所述多种结构的丙烯酸酯类单体由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺单体中的三种以上组成。

进一步，所述绝缘石墨烯为单层片或者多层片，所述单层片的厚度为0.33nm，长度为3~5um。

进一步，所述绝缘石墨烯散热共聚树脂的组成成份及占单体总量的百分比为：所述甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺单体中的三种以上组成的单体总量为100%，引发剂0.25~0.55%，乙醇200~650%，绝缘石墨烯5~320%。

进一步，所述采用单体共聚接枝合成方法制成绝缘石墨烯散热共聚树脂，包括以下步骤：

a.称取乙醇总量3/4用于溶解N-羟甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺复合单体,边搅拌边加入至乙醇中充分溶解；随后边搅拌边加入全部用量的绝缘石墨烯，均匀分散并充分搅拌1.5小时；

b.称取其余单体,溶入引发剂总量的3/5；

c.将步骤a与步骤b所得的溶液混合均匀，称取混合溶液总量的一半加入至共聚合成装置中，加热开动搅拌器，冷凝回流系统，待混合溶液温度达到75℃~85℃出现回流时，开始计时，在维持回流温度的条件下，将混合溶液剩余的一半追加至共聚合成装置中，控制时间在30~45分钟内加完；

d.继续反应3~5小时后将剩余的1/4乙醇和剩余1/5引发剂混合液追加至共聚合成装置中，控制时间在10~15分钟内加完；

e.继续反应1.5~2.5小时后，停止加热搅拌，冷却至30℃~40℃时出料即可制得绝缘石墨烯散热共聚树脂。

进一步，所述复配基料的组成配比为：绝缘石墨烯散热共聚树脂15~50%、醋酸乙酯10~60%、乙醇15~30%、丁醇12~25%、氨基酚醛树脂2~10%。

进一步，所述散热涂层的厚度为0.2um~2.0um。

进一步，所述散热涂层的厚度在0.2um~1.0um时，烘干温度为120℃~180℃,烘干时间为5~10分钟。

进一步，所述含绝缘石墨烯散热共聚树脂的复配基料用于制成LED灯具用PCB散热涂层铝基板或LED灯具用可挠曲基板印刷散热涂层铝基板。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

（1）采用绝缘石墨烯和多种丙烯酸酯类单体合成绝缘石墨烯散热共聚树脂来取代常规用LED铝基板散热涂层，利用单层片或者多层片绝缘石墨烯的高导热系数特性，来改性LED铝基板散热涂层，使得LED铝基板既满足导热性好同时又绝缘性好；

（2）在整个合成工艺路线中，单体共聚时，将共聚树脂接枝到单层片或者多层片绝缘石墨烯表面形成单体共聚高分子与石墨烯组成一个共聚体，是绝缘石墨烯散热共聚树脂的核心；

(3)使用涂胶机和PCB线路板印刷装置将绝缘石墨烯散热共聚树脂印刷成LED灯具用PCB散热涂层铝基板表面经烘干，或者使用柔性基板涂胶机或PCB线路板印刷机，将绝缘石墨烯散热共聚树脂均匀涂覆在以铝为材料的可挠曲基板表面再经烘干，而制成涂层厚度可控的散热涂层，既可适用于硬性铝基板，又可适用于柔性铝基板，以满足不同热膨胀系数材料的铝基板，且所制成的铝基板用散热涂层具有非常好的耐磨牢度、超薄的涂层和均匀一致、高的导热系数,能匹配大功率LED有良好的散热特性，可靠性高；

（4）全胶的铝基板的热阻可低至0.001℃/W。

附图说明

图1为本发明LED散热铝基板的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

以下通过配制100kg含单层片或者多层片绝缘石墨烯散热共聚树脂具体阐述本发明的制作方法：

实施例1

一.绝缘石墨烯散热共聚树脂的组成成份比

甲基丙烯酸甲酯38.5%

丙烯酸丁酯11.5%

甲基丙烯酸乙酯2.5%

丙烯酸42.0%

N-羟甲基丙烯酰胺4.0%

丙烯酰胺1.5%

单体总量100%

引发剂0.45%(占单体总量)

乙醇300%(占单体总量)

单层片绝缘石墨烯(厚度0.33nm,长度3um)180%(占单体总量)

二.共聚合成工艺

a.称取乙醇总量3/4用于溶解N-羟甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺复合单体，边搅拌边加入至乙醇中充分溶解；随后边搅拌边加入全部用量的单层片绝缘石墨烯，均匀分散并充分搅拌1.5小时；

b.称取其余单体，溶入引发剂总量的3/5；

c.将步骤a与步骤b所得的溶液混合均匀，称取此混合溶液总量的一半加入至共聚合成装置中，加热开动搅拌器，冷凝回流系统，待混合溶液温度达到75℃~85℃出现回流时,开始计时,在维持回流温度的条件下，将混合溶液剩余的一半追加至共聚合成装置中，控制时间在30~45分钟内加完；

d.继续反应3~5小时后将剩余的1/4乙醇和剩余1/5引发剂混合液追加至共聚合成装置中，控制时间在10~15分钟内加完；

e.继续反应1.5~2.5小时后，停止加热搅拌，冷却至30℃~40℃时出料即可制得绝缘石墨烯散热共聚树脂。

实施例2

一.绝缘石墨烯散热共聚树脂的组成成份比

甲基丙烯酸甲酯38.5%

丙烯酸丁酯11.5%

甲基丙烯酸乙酯2.5%

丙烯酸42.0%

N-羟甲基丙烯酰胺4.0%

丙烯酰胺1.5%

单体总量100%

引发剂0.45%(占单体总量)

乙醇300%(占单体总量)

多层片绝缘石墨烯(厚度3nm,长度5um)280%(占单体总量)

二.共聚合成工艺

a.称取乙醇总量3/4用于溶解N-羟甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺复合单体，边搅拌边加入至乙醇中充分溶解；随后边搅拌边加入全部用量的单层片绝缘石墨烯，均匀分散并充分搅拌1.5小时；

b.称取其余单体，溶入引发剂总量的3/5；

c.将步骤a与步骤b所得的溶液混合均匀，称取此混合溶液总量的一半加入至共聚合成装置中，加热开动搅拌器，冷凝回流系统，待混合溶液温度达到75℃~85℃出现回流时,开始计时,在维持回流温度的条件下，将混合溶液剩余的一半追加至共聚合成装置中，控制时间在30~45分钟内加完；

d.继续反应3~5小时后将剩余的1/4乙醇和剩余1/5引发剂混合液追加至共聚合成装置中，控制时间在10~15分钟内加完；

e.继续反应1.5~2.5小时后，停止加热搅拌，冷却至30℃~40℃时出料即可制得绝缘石墨烯散热共聚树脂。

实施例3

PCB印刷散热涂层铝基板的组成配比:

采用实施例1所制得的绝缘石墨烯散热共聚树脂，即：

单层片绝缘石墨烯散热共聚树脂20%

醋酸乙酯35%

乙醇25%

丁醇15%

氨基酚醛树脂5%

上述铝基板散热涂层主要用于制成LED灯具用PCB散热涂层铝基板。在涂层厚度0.8~1.0um时，烘干温度为125℃,烘干时间为5分钟。全胶铝基板的热阻可以做到0.002℃/W。

实施例4

可挠曲基板印刷散热涂层铝基板的组成配比:

采用实施例2所制得的绝缘石墨烯散热共聚树脂，即：

多层片绝缘石墨烯散热共聚树脂15%

醋酸乙酯45%

乙醇20%

丁醇15%

氨基酚醛树脂5%

上述散热涂层主要用于制成LED灯具用可挠曲基板印刷散热涂层铝基板。在涂层厚度0.3um时，烘干温度为125℃，烘干时间为5分钟。全胶的铝基板的热阻可以做到0.001°C/W。

图1为由实施例3或实施例4制成的LED散热铝基板，在LED封装芯片4与散热铝基板1之间均匀涂覆有散热涂层2，散热涂层2可以是导电散热涂层,也可以是绝缘散热涂层，在散热铝基板1的底层涂覆有绝缘散热涂层3。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）称取一定量的多种结构的丙烯酸酯类单体与绝缘石墨烯,采用单体共聚接枝合成方法，在丙烯酸酯类单体共聚过程中引入绝缘石墨烯，获得高分子量的聚合体，制成含绝缘石墨烯散热共聚树脂的复配基料；

所述多种结构的丙烯酸酯类单体由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺单体中的三种以上组成；

所述绝缘石墨烯散热粘合共聚树脂的组成成份及占单体总量的百分比为：所述甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺单体中的三种以上组成的单体总量为100%，引发剂0.25~0.55%，乙醇200~650%，绝缘石墨烯5~320%；

所述采用单体共聚接枝合成方法制成的绝缘石墨烯散热粘合共聚树脂，包括以下步骤：

a.称取乙醇总量3/4用于溶解N-羟甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺复合单体,边搅拌边加入至乙醇中充分溶解；随后边搅拌边加入全部用量的绝缘石墨烯，均匀分散并充分搅拌1.5小时；

b.称取其余单体,溶入引发剂总量的3/5；

c.将步骤a与步骤b所得的溶液混合均匀，称取混合溶液总量的一半加入至共聚合成装置中，加热开动搅拌器，冷凝回流系统，待混合溶液温度达到75℃~85℃出现回流时，开始计时，在维持回流温度的条件下，将混合溶液剩余的一半追加至共聚合成装置中，控制时间在30~45分钟内加完；

d.继续反应3~5小时后将剩余的1/4乙醇和剩余的引发剂混合液追加至共聚合成装置中，控制时间在10~15分钟内加完；

e.继续反应1.5~2.5小时后，停止加热搅拌，冷却至30℃~40℃时出料即可制得绝缘石墨烯散热共聚树脂；

（2）使用涂胶机和PCB线路板印刷装置将绝缘石墨烯散热共聚树脂印刷成LED灯具用PCB散热涂层铝基板经表面烘干、或者使用柔性基板涂胶机和PCB线路板印刷机，将绝缘石墨烯散热共聚树脂均匀涂覆在以铝为材料的可挠曲基板表面，再经烘干，即可制得涂层厚度可控的LED铝基板用散热涂层。

2.根据权利要求1所述一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：所述绝缘石墨烯为单层片或者多层片，所述单层片的厚度为0.33nm，长度为3~5μm。

3.根据权利要求1所述一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：所述复配基料的组成配比为：绝缘石墨烯散热共聚树脂15~50%、醋酸乙酯10~60%、乙醇15~30%、丁醇12~25%、氨基酚醛树脂2~10%。

4.根据权利要求3所述一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：所述散热涂层的厚度为0.2μm~2.0μm。

5.根据权利要求4所述一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：所述散热涂层的厚度在0.2μm~1.0μm时，烘干温度为120℃~180℃,烘干时间为5~10分钟。

6.根据权利要求3或4或5所述一种LED铝基板用散热涂层的制作方法，其特征在于：所述含绝缘石墨烯散热共聚树脂的复配基料用于制成LED灯具用PCB散热涂层铝基板或LED灯具用可挠曲基板印刷散热涂层铝基板。