CN104600182A - Led金属基板用陶瓷浆料及led金属基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了LED金属基板用陶瓷浆料及LED金属基板的制备方法。陶瓷浆料，由陶瓷粉、溶液、表面活性剂、润湿剂组成。其制备方法：将各种原料混合均匀，经过研磨分散搅拌和过滤后，得到浆料。LED金属基板的制备方法：1）选用金属板，打磨抛光金属板层印刷面，清洗烘干；2）将浆料涂覆到金属板印刷面，烧结，冷却至室温，形成绝缘层；3）将可焊银浆涂覆到绝缘层表面，烧结，冷却至室温，形成电路层；4）非电极部分涂覆阻焊油墨，标示正负极位置，油墨固化即可。本发明的绝缘层的导热系数高，绝缘性能好，绝缘层采用丝网印刷的方式进行涂覆，并中温烧结，金属板表面的绝缘层致密均匀光滑；电路层采用丝网印刷的方式进行涂覆，并中温烧结，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及LED金属基板用陶瓷浆料及LED金属基板的制备方法。
背景技术
LED金属基板主要由三部分结构组成的，从上到下分别为电路层、绝缘层和金属板层。电路层主要基材是铜箔，通过电镀、化学镀等方式形成所需电路图形。金属板层主要是导热性能好的常见金属，如铜、铝、铜合金、铝合金等等。绝缘层是该基板核心层，它起到粘结，导热和绝缘的作用。目前市场上制作绝缘层的方法主要有三种，第一种：用浸有环氧树脂的玻璃纤维布将铜箔和金属板层粘结起来，经过热烘烤之后固化而成。环氧树脂的玻璃纤维布起到绝缘层的作用，但是该材料导热性能差，导热系数不到0.3w/m.k。第二种：在环氧树脂或者硅树脂中加入氮化物系、碳化物系的导热陶瓷填充料，用以粘结铜箔和金属板层，但其导热系数大概在0.5～2.5w/m.k。第三种：采用阳极氧化或者微电弧氧化的工艺，在金属板层的表面形成一层氧化金属薄膜，以这层薄膜为绝缘层，但是该工艺会在绝缘层形成微孔，极大影响绝缘性，该制造工艺采用者甚少。
以上几种方案都存在一些缺陷：
绝缘层基本都是环氧树脂或者硅树脂热固化而成，为了追求导热性，绝缘层非常薄，大概在几十到几百微米，导热性能和绝缘性能都比较差。
铜箔与金属板层采用环氧树脂或者硅树脂粘结，铜箔与金属板层之前的粘结性和耐热性不好，会影响基板稳定性。
铜箔通过树脂绝缘层压合在金属板层上，表面平整度差，这给电镀精细线路带来难度。
国家大力提倡绿色环保，电镀或者化学镀等工艺污染环境，能耗高，越来越多的城市已经开始淘汰该产业。
发明内容
本发明的目的在于提供LED金属基板用陶瓷浆料及LED金属基板的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
LED金属基板用陶瓷浆料，其是由以下质量份的原料组成：70～75份的陶瓷粉、20～25份的溶液、0.5～2份的表面活性剂、0.5～2份的润湿剂组成。
陶瓷粉是这样制备的：将SiO2、B2O3、Bi2O3、ZnO、P2O5、CaO、Al2O3这7种氧化物的粉体按10：（18-22）：（35-45）：（8-12）：（6-10）：（5-10）：（3-7）的质量比例混合均匀；再将混合好的粉体进行烧结，以熔融掉粉体；将熔融态流体熔液进行水淬，得到陶瓷颗粒；最后将陶瓷颗粒球磨，得到粒径在2~4微米的陶瓷粉。
烧结的程序为：300℃起，300～400℃烧结15min，400℃保温30min，400～800℃烧结40min，800～1180℃烧结40min，1180℃保温150min。
所述的溶液为松油醇、二乙二醇丁醚DB、二乙二醇丁醚醋酸酸酯、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、醋丁纤维素、氢化蓖麻油按25:（4-6）:（8-10）:（2-4）:（3-5）:（1-3）:（1-3）的质量比例组成的混合物。
所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂。
所述的绝缘陶瓷浆料的制备方法，步骤为：将各种原料混合均匀，经过研磨分散搅拌和过滤后，得到浆料。
LED金属基板的制备方法，步骤为：1）选用金属板，打磨抛光金属板层印刷面，清洗烘干；2）将浆料涂覆到金属板印刷面，烧结，冷却至室温，形成绝缘层；3）将可焊银浆涂覆到绝缘层表面，烧结，冷却至室温，形成电路层；4）电路层的非电极部分涂覆阻焊油墨，标示正负极位置，油墨固化即可。
步骤2）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
步骤3）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
步骤2）中，浆料是通过丝网印刷的方式涂覆到金属板表面的，步骤3）中，可焊银浆是通过丝网印刷的方式涂覆到绝缘层表面的。
本发明的有益效果是：
绝缘层的导热系数高，绝缘性能好，绝缘层采用丝网印刷的方式进行涂覆，并中温烧结，金属板表面的绝缘层致密均匀光滑；电路层采用丝网印刷的方式进行涂覆，并中温烧结，绿色环保。
具体来说：
1、目前绝缘层导热系数大概在0.2～3W/m.k，导热性能比较差，本发明专利所制造的绝缘层类似陶瓷的性能，大大提升绝缘层导热和绝缘性能。
2、本发明专利所制造的绝缘层，采用丝网丝印刷的工艺，将制备的浆料涂覆在金属板层的表面，通过中温烧结的方式，在金属板层表面形成致密均匀光滑的绝缘层，解决之前绝缘层平整度和附着力不佳的问题。
3、本发明专利所制造的电路层，采用丝网印刷的工艺，将制备的导电银浆涂覆在金属板层的表面，通过中温烧结的方式，在金属板层的表面形成致密清晰的导电线路，无污染型尾气排放，烧结时间短（5～10min），相对现有制备电路层采用蒸镀、溅镀、化学镀等工艺更加节能环保，高效低廉。
具体实施方式
绝缘陶瓷浆料，其是由以下质量份的原料组成：70～75份的陶瓷粉、20～25份的溶液、0.5～2份的表面活性剂、0.5～2份的润湿剂组成。
陶瓷粉是这样制备的：将SiO2、B2O3、Bi2O3、ZnO、P2O5、CaO、Al2O3这7种氧化物的粉体按10：（18-22）：（35-45）：（8-12）：（6-10）：（5-10）：（3-7）的质量比例混合均匀；再将混合好的粉体进行烧结，以熔融掉粉体；将熔融态流体熔液进行水淬，得到陶瓷颗粒；最后将陶瓷颗粒球磨，得到粒径在2~4微米的陶瓷粉。
烧结的程序为：300℃起，300～400℃烧结15min，400℃保温30min，400～800℃烧结40min，800～1180℃烧结40min，1180℃保温150min。
所述的溶液为松油醇、二乙二醇丁醚DB、二乙二醇丁醚醋酸酸酯、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、醋丁纤维素、氢化蓖麻油按25:（4-6）:（8-10）:（2-4）:（3-5）:（1-3）:（1-3）的质量比例组成的混合物。
所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂；优选的，为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、失水山梨醇酯、蔗糖酯、烷基醇酰胺、非离子氟碳表面活性剂中的至少一种；进一步优选的，为失水山梨醇酯；更进一步优选的，为span-85。
优选的，所述的润湿剂为迪高655。
所述的绝缘陶瓷浆料的制备方法，将各种原料混合均匀，经过研磨分散搅拌和过滤后，得到浆料。
LED金属基板的制备方法，步骤为：1）选用金属板，打磨抛光金属板层印刷面，清洗烘干；2）将上述绝缘陶瓷浆料涂覆到金属板印刷面，烧结，冷却至室温，形成绝缘层；3）将可焊银浆涂覆到绝缘层表面，烧结，冷却至室温，形成电路层；4）电路层的非电极部分涂覆阻焊油墨，标示正负极位置，油墨固化即可。
步骤1）中，金属基板的材料选自铝、铝合金、铜、铜合金中的一种。
步骤2）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
步骤3）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
步骤2）中，浆料是通过丝网印刷的方式涂覆到金属板表面的，步骤3）中，可焊银浆是通过丝网印刷的方式涂覆到绝缘层表面的。
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1：
LED金属基板的制备方法，步骤为：
步骤一：选用金属铝板，长度为50mm，宽度为30mm，厚度为1mm。然后用机器打磨抛光铝板层印刷面，使其表面平整度小于±0.01mm，清洗烘干；
步骤二：第一步制备陶瓷粉体：陶瓷粉体是由绝缘陶瓷浆料的主体成份是陶瓷粉体。制备过程如下：将SiO2、B2O3、Bi2O3、ZnO、P2O5、CaO、Al2O3这7种氧化物的粉体按10：20：40：10：8：7：5的质量比例混合均匀。再将混合好的粉体倒入刚玉钳锅中。并将钳锅放入高温马氟炉中待烧。300℃起，300～400℃烧结15min，400℃保温30min，400～800℃烧结40min，800～1180℃烧结40min，1180℃保温150min，熔融掉钳锅中的粉体。将钳锅中熔炼好的熔融态流体熔液倒入去离子水中进行水淬。得到透明的细碎的晶盐状陶瓷颗粒。最后将陶瓷颗粒放入球磨机，以380转，球磨6.5h，得到粒径在2~4微米的陶瓷粉体，简称陶瓷粉。第二步溶液的制备：先将松油醇、二乙二醇丁醚DB、二乙二醇丁醚醋酸酸酯、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、醋丁纤维素、氢化蓖麻油这7种材料按25：5：9：3：4：2：2的质量比例配制成一种混合溶液，简称溶液。第三步浆料的制备：制作三种浆料，分别标记为A、B和C。
浆料A：按照质量比，陶瓷粉：溶液：司班（85）：迪高（655）=73:25:1:1；
浆料B：按照质量比，陶瓷粉：溶液：司班（85）：迪高（655）=74:24:1:1；
浆料C：按照质量比，陶瓷粉：溶液：司班（85）：迪高（655）=75:23:1:1；
然后经过研磨分散搅拌和过滤后。形成的浆料即为我们所要的绝缘陶瓷浆料。
步骤三：采用丝网或者钢丝网印刷工艺，将制备的浆料均匀地涂覆在金属板印刷面，厚度控制在18μm～30μm之间。然后将其放入650℃的隧道炉或者马沸炉中，烧结10min后冷却至室温，所形成涂层为绝缘层，浆料A、B、C得到绝缘层，测试的导热系数分别为150W/m.k、192W/m.k和170W/m.k。浆料B性能最优。
步骤四：清洗烘干金属板后，采用丝网或者钢丝网印刷工艺，将可焊银浆均匀涂覆在绝缘层表面，厚度控制在18μm～25μm之间，然后将其放入650℃～850℃的隧道炉或者马沸炉中，烧结3min～10min后冷却至室温，所形成涂层为电路层；
步骤五：采用UV绝缘阻焊油墨（白色），印刷在非电极部分，标示正负极位置，油墨固化后，新型LED金属基板制备完成。
Claims (10)
1.LED金属基板用绝缘陶瓷浆料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：70～75份的陶瓷粉、20～25份的溶液、0.5～2份的表面活性剂、0.5～2份的润湿剂组成。
2.根据权利要求1所述的LED金属基板用陶瓷浆料，其特征在于：陶瓷粉是这样制备的：将SiO2、B2O3、Bi2O3、ZnO、P2O5、CaO、Al2O3这7种氧化物的粉体按10：（18-22）：（35-45）：（8-12）：（6-10）：（5-10）：（3-7）的质量比例混合均匀；再将混合好的粉体进行烧结，以熔融掉粉体；将熔融态流体熔液进行水淬，得到陶瓷颗粒；最后将陶瓷颗粒球磨，得到粒径在2~4微米的陶瓷粉。
3.根据权利要求2所述的LED金属基板用陶瓷浆料，其特征在于：烧结的程序为：300℃起，300～400℃烧结15min，400℃保温30min，400～800℃烧结40min，800～1180℃烧结40min，1180℃保温150min。
4.根据权利要求1所述的LED金属基板用陶瓷浆料，其特征在于：所述的溶液为松油醇、二乙二醇丁醚DB、二乙二醇丁醚醋酸酸酯、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、醋丁纤维素、氢化蓖麻油按25:（4-6）:（8-10）:（2-4）:（3-5）:（1-3）:（1-3）的质量比例组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的LED金属基板用陶瓷浆料，其特征在于：所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂。
6.权利要求1所述的LED金属基板用陶瓷浆料的制备方法，其特征在于：步骤为：将各种原料混合均匀，经过研磨分散搅拌和过滤后，得到浆料。
7.LED金属基板的制备方法，其特征在于：步骤为：1）选用金属板，打磨抛光金属板层印刷面，清洗烘干；2）将权利要求1所述的浆料涂覆到金属板印刷面，烧结，冷却至室温，形成绝缘层；3）将可焊银浆涂覆到绝缘层表面，烧结，冷却至室温，形成电路层；4）电路层的非电极部分涂覆阻焊油墨，标示正负极位置，油墨固化即可。
8.根据权利要求7所述的LED金属基板的制备方法，其特征在于：步骤2）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
9.根据权利要求7所述的LED金属基板的制备方法，其特征在于：步骤3）中，浆料的涂覆厚度为1μm～1000μm，烧结温度为500℃～850℃，烧结时间为3min～10min。
10.根据权利要求7所述的LED金属基板的制备方法，其特征在于：步骤2）中，浆料是通过丝网印刷的方式涂覆到金属板表面的，步骤3）中，可焊银浆是通过丝网印刷的方式涂覆到绝缘层表面的。
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Denomination of invention: Ceramic slurry for LED (light-emitting diode) metal substrate and preparation method of LED (light-emitting diode) metal substrate Effective date of registration: 20200320 Granted publication date: 20170616 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou green finance reform and innovation pilot area Huadu Branch Pledgor: UV TECH MATERIAL Ltd. Registration number: Y2020980000908 |
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