CN104591702B

CN104591702B - 一种led用高抗热震氧化铝陶瓷基板及制造方法

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Publication number: CN104591702B
Application number: CN201410809840.2A
Authority: CN
Inventors: 王立平
Original assignee: JIANGSU SANHENG HI-TECH KILN FUMITURE CO LTD
Current assignee: JIANGSU SANHENG HI-TECH KILN FUMITURE CO LTD
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: CN104591702A

Abstract

一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板，属于高性能特种陶瓷制备领域，其在氧化铝陶瓷基板配方常规组分氧化铝96瓷中导入适量的蓝晶石，蓝晶石具有二次莫来石化的自修复功能和SiO2在颗粒表面的润湿效应，改善了基板热震性能，采用结冷胶与明胶或者黄原胶、槐豆胶组成的多种多糖协同效应的水基注模法制造，利用多种多糖随温度变化和二价或一价阳离子诱导凝固的机理，实现满足制程各工艺操作性的水基注模工艺，控制基板的各向异性，实现绿色环保工艺。

Description

一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板及制造方法

技术领域

一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板，属于高性能特种陶瓷制备领域，同时涉及这种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板的制造方法。

背景技术

LED显示及照明产业是近年来发展非常迅速的新兴产业，产业已进入快速发展期，支持LED芯片封装、散热和印刷电路的基板仍广泛使用金属铝层+绝缘层+电路层的铝基板，由于铝基板的导热系数仅为1～2w/m·k，其热膨胀系数与Si芯片热膨胀系数差异大，易导致LED灯过温死灯或芯片脱落，是目前LED灯损坏、寿命短的最主要原因。

陶瓷基板，尤其是氧化铝陶瓷基板一直是重要的电子绝缘衬板材料，LED对陶瓷基板的特殊要求有超厚（≥1mm)、热导率高、抗热震性好，尤其是抗热震，因为LED在使用陶瓷基板后续加工和LED工作都会发生温度快速变化，如发生热震开裂，将导致电路断路无法工作。氮化铝（AlN）陶瓷基板具有优良的热传导性，是LED照明理想的散热和封装材料,但是缺点是AlN价格相对于Al2O3价格约10～20倍，成本是制约其应用的瓶颈，LED是低成本才能推动发展的产业。氧化铝基板是LED照明成本最容易接受的基板材料（导热系数≥20w/m·k），LED选择的氧化铝陶瓷基板厚度主要尺寸为1～2mm。

氧化铝基板目前最主要的生产方法是流延法，流延法较适合0.5mm以下厚度，极限厚度也小于1mm，流延厚度若超过0.5mm，由于需要放慢流延速度才能增加厚度，会导致底面大颗粒富集，流延有方向性，制得的基板性能呈各向异性，导致流延法氧化铝基板抗热震差，用于LED易发生开裂。流延法大量有机溶剂的使用也面临资源和环境问题，在国外有些发达国家已禁止该法生产。轧膜法也只适合0.2～0.8mm厚度基板，平面精度差，有方向性，性能上呈各向异性，不能使用于LED；干压法不适合基板这种厚径比大的产品。以上3种方法制备的氧化铝基板性能存在严重的各向异性，是导致用于LED易发生热震开裂的主要原因。

凝胶注模成型工艺是20世纪90年代初由美国橡树岭国家实验室发明的一种新型陶瓷净尺寸的成型工艺，主要是应用的结构陶瓷中制用某些复杂形状的陶瓷器件，如琼脂糖凝胶大分子在陶瓷原位凝固成型中的应用（硅酸盐学报1999.2.27.1）；精密陶瓷部件的无毒性凝胶注模成型工艺（专利CN1215711A）；但在功能陶瓷领域运用的较少，尤其是利用天然高分子来进行功能陶瓷的凝胶注模成型工艺鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板，改变原料配方，提高材质抗热震性能，同时采用水基多糖注模工艺解决陶瓷基板的各向异性，开发适合LED用超厚（厚度为1～2mm）、大尺寸(≥300mm）高抗热震的氧化铝陶瓷基板，从而保障LED灯有可靠品质寿命，LED显示和照明产业能健康发展。

具体是这样实施的：一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板，其特征在于基板由浆料在Ca²⁺离子诱导引发剂作用下模压成型后烧成而得，所述的Ca²⁺离子诱导引发剂是乳酸钙或氯化钙，加入量为浆料体积的0.01～0.03%；浆料由陶瓷粉体、去离子水和稳定剂组成，去离子水占浆料体积的47%-52%，稳定剂是多种多糖混合胶，是结冷胶与明胶的组合，结冷胶：明胶=1：0.5～1或者是结冷胶、黄原胶与槐豆胶的组合，结冷胶：黄原胶：槐豆胶=1：0.5～1：0.2～0.5，稳定剂的含量是去离子水质量的0.5～0.8%；

陶瓷粉体的各组份质量配比为：

α-氧化铝 ≤320目 93%~96%

高岭土 ≤200目 2.5%~4.5%

氧化钙 ≤200目 0.5%~2%

蓝晶石 ≤200目 0.5%~2%

以上为100份，以此为基准，外加：

分散剂 0.5～2%

螯合剂 0.05%~0.5%；

所述的分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸氨、柠檬酸铵中的一种；

所述的螯合剂是氨基三甲叉膦酸四钠、次氮基三乙酸钠的一种。

这种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板的制造方法是：

1．按上述配比把陶瓷粉体各组份原料混合，加入稳定剂、去离子水，球磨20～36小时，球磨时控制浆料的温度为70～75℃；

2．放浆后抽真空除气，添加Ca²⁺离子诱导引发剂，注入可温控的组合模具中，冷却至40～45℃，凝固成型坯片，脱模，脱片后得到陶瓷坯体，进入80～100℃的烘房进行干燥8～15小时；

3．烘干后，按产品尺寸要求进行加工，加工后的陶瓷坯片，在1500～1600℃烧结，保温5～10小时，制得。

本制造方法中，球磨采用外循环水控温法控制浆料的温度保持70～75℃，通过球磨水温控制及球磨时间，简化浆料外加温的工艺步骤，提高浆料的有效利用率，便于工业化自动控制工艺的需要。

本发明方法中，稳定剂多种多糖混合胶先在去离子水中加热搅拌溶解，然后再和陶瓷粉体一起球磨形成浆料。

本发明在氧化铝陶瓷基板配方常规组分氧化铝96瓷中导入适量的蓝晶石，蓝晶石具有二次莫来石化的自修复功能和SiO2在颗粒表面的润湿效应，改善了基板热震性能；采用结冷胶与明胶或者黄原胶、槐豆胶组成的多种多糖协同效应的水基注模法制造，利用多种多糖随温度变化和二价或一价阳离子诱导凝固的机理，实现满足制程各工艺操作性的水基注模工艺，控制基板的各向异性，实现绿色环保工艺。

本发明与现有制备的陶瓷基板方法及凝胶注模成型相比较，简单可行，适用好，生产成本低，便于流程的全自动控制工艺要求，并且绿色环保，适合工业化的需要。

具体实施方式

实施例1

采用经过精选处理的原料混配陶瓷粉体：以质量百分比计，α-氧化铝≤320目95%，高岭土≤200目3%，氧化钙≤200目1%，蓝晶石≤200目1%，外加聚甲基丙烯酸氨0.5%，氨基三甲叉膦酸四钠螯合剂 0.1%；

将稳定剂多种多糖混合胶（结冷胶：明胶=1：0.5）先在去离子水中加热搅拌溶解，加入量为水质量的0.5%；在陶瓷粉体中加去离子水球磨形成浆料，去离子水的加入量占浆料体积的50%，球磨时间控制在20～36小时，利用球磨外循环水控温法控制浆料的温度70～75℃；

放浆后抽真空除气，添加Ca²⁺离子诱导引发剂乳酸钙，乳酸钙离子诱导引发剂的加入量为浆料体积的0.01%，注入可温控的组合模具中，冷却至40～45℃，凝固成型坯片，脱模；脱片后得到陶瓷坯体，进入80～100℃的烘房进行干燥；

烘干后，按产品尺寸要求进行加工；加工后的陶瓷坯片在1500～1600℃烧结，保温5～10小时，制得。

制备得到氧化铝陶瓷基板，经检测体积密度 ≥3.7g/cm³、抗热震数达到30次（室温～800℃）、常温抗弯强度≥275Mpa、线膨胀系数7.2×10^-6(20~800℃）℃^-1、表面粗糙度0.3~0.8(Ra /um )、翘曲度0.05 (～/25.4(长))，氧化铝陶瓷基板的体积密度高，抗热震效果好，常温抗弯强度好，线膨胀系数低，表面光滑，平整度好，是替代铝基板的最佳产品，具有大规模推广应用的价值。高抗热震的氧化铝陶瓷基板推广使用，从而保障LED灯有可靠品质寿命，LED显示和照明产业能健康发展。

实施例2

参考实施例1，陶瓷粉体的配伍为：以质量百分比计，α-氧化铝≤320目96%，高岭土≤200目2.5%，氧化钙≤200目1%，蓝晶石≤200目0.5%，外加聚甲基丙烯酸铵1.5%，次氮基三乙酸钠螯合剂 0.4%；

稳定剂多种多糖混合胶（结冷胶：黄原胶：槐豆胶=1： 1：0.5）溶于去离子水中，加入量为去离子水质量的0.6%，在陶瓷粉体中加去离子水球磨形成浆料，去离子水的加入量占浆料体积的52%；

浆料注入模具前添加Ca²⁺离子诱导引发剂氯化钙，氯化钙离子诱导引发剂的加入量为浆料体积的0.03%。

制造方法同参考实施例1。制备得到氧化铝陶瓷基板，经检测体积密度 ≥3.71g/cm³、抗热震数达到31次（室温～800℃）、常温抗弯强度≥275Mpa、线膨胀系数7.0×10^-6(20~800℃）℃^-1、表面粗糙度0.3~0.8(Ra /um )、翘曲度0.05(～/25.4(长))。

实施例3

参考实施例1，陶瓷粉体的配伍为：以质量百分比计，α-氧化铝≤320目93%，高岭土≤200目4.5%，氧化钙≤200目0.5%，蓝晶≤200目2%，外加聚丙烯酸2%，次氮基三乙酸钠螯合剂 0.1% ；

稳定剂多种多糖混合胶（结冷胶：黄原胶：槐豆胶=1: 0.5:0.2）溶于去离子水中，加入量为去离子水质量的0.8%，在陶瓷粉体中加去离子水球磨形成浆料，去离子水的加入量占浆料体积的47%；

浆料注入模具前添加Ca²⁺离子诱导引发剂乳酸钙，乳酸钙离子诱导引发剂的加入量为浆料体积的0.02%。

制造方法参考实施例1。制备得到氧化铝陶瓷基板，经检测体积密度 ≥3.71g/cm³、抗热震数达到33次（室温～800℃）、常温抗弯强度≥278Mpa、线膨胀系数7.1×10^-6(20~800℃）℃^-1、表面粗糙度0.3~0.8(Ra /um )、翘曲度0.04 (～/25.4(长))。

实施例4

参考实施例1，陶瓷粉体的配伍为：以质量百分比计，α-氧化铝≤320目94%，高岭土≤200目2.5%，氧化钙≤200目2%，蓝晶≤200目1.5%，外加柠檬酸铵1%，氨基三甲叉膦酸四钠螯合剂 0.05%；

稳定剂多种多糖混合胶（结冷胶：明胶=1：1）溶于去离子水中，加入量为去离子水质量的0.7%，在陶瓷粉体中加去离子水球磨形成浆料，去离子水的加入量占浆料体积的49%；

浆料注入模具前添加Ca²⁺离子诱导引发剂乳酸钙，乳酸钙离子诱导引发剂的加入量为浆料体积的0.01%。

制造方法参考实施例1。制备得到氧化铝陶瓷基板，经检测体积密度 ≥3.7g/cm³、抗热震数达到32次（室温～800℃）、常温抗弯强度≥275Mpa、线膨胀系数7.0×10^-6(20~800℃）℃^-1、表面粗糙度0.3~0.8(Ra /um )、翘曲度0.04(～/25.4(长))。

Claims

1.一种LED用高抗热震氧化铝陶瓷基板的制造方法，其特征在于，采用经过精选处理的原料混配陶瓷粉体：以质量百分比计，α-氧化铝≤320目95%，高岭土≤200目3%，氧化钙≤200目1%，蓝晶石≤200目1%，外加聚甲基丙烯酸氨0.5%，氨基三甲叉膦酸四钠螯合剂 0.1%；将稳定剂多种多糖混合胶先在去离子水中加热搅拌溶解，加入量为水质量的0.5%；在陶瓷粉体中加去离子水球磨形成浆料，去离子水的加入量占浆料体积的50%，球磨时间控制在20～36小时，利用球磨外循环水控温法控制浆料的温度70～75℃；所述多种多糖混合胶是指结冷胶：明胶=1：0.5，

烘干后，按产品尺寸要求进行加工；加工后的陶瓷坯片在1500～1600℃烧结，保温5～10小时，制得；制备得到氧化铝陶瓷基板，经检测体积密度 ≥3.7g/cm³、室温～800℃抗热震数达到30次、常温抗弯强度≥275MPa、在20~800℃内的线膨胀系数为7.2×10^-6℃^-1、表面粗糙度0.3~0.8Ra /um，在大于25.4的长度方向上的翘曲度为0.05。