CN105081329A - 一种led用碳氮化钛陶瓷基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，优化LTCC制备工艺中的各种原料，以碳氮化钛为主要原料，同时辅助添加氮化铝、氧化铝、钇稳定氧化锆、碳化硅和天然沸石为主要原料，添加了玻璃烧结助剂、铜纳米颗粒、溶剂、增塑剂、分散剂和粘结剂、增韧纤维等添加剂，进一步优化了陶瓷基板的物化性能，本申请的陶瓷基板导热率大于900W/(m·k)，抗弯强度大于500Mpa，介电常数小于2.2。同时，通过常规的LTCC制备方法，即可将主要原料和添加剂制备成具有高导率的陶瓷基板，制备工艺简单，利于产业化。

Description

一种LED用碳氮化钛陶瓷基板
技术领域
本发明属于LED用基板领域，特别涉及一种LED用碳氮化钛陶瓷基板。
背景技术
作为第四代照明光源，发光二极管(LED)以其维护费用低、寿命长、抗震性好、功耗小和环境友好等优势而受到世界各国的重视，被广泛用于指示灯、显示屏、背光源、景观照明、交通等，市场潜力巨大。
随着LED照明的需求日趋迫切，大功率LED的散热问题益发受到重视(过高的温度会导致LED发光效率衰减)；LED使用所产生的废热若无法有效散出，则会对LED的寿命造成致命性的影响。现阶段较普遍的陶瓷散热基板有4种:直接覆铜陶瓷板(DBC)、直接镀铜基板(DPC)、高温共烧多层陶瓷基板(HTCC)和低温共烧多层陶瓷基板(LTCC)。而如何设计一种性能优越尤其是散热性能好的LED陶瓷基板是现在研究的难题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种散热性能好的LED用碳氮化钛陶瓷基板：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛50-90份；氮化铝8-22份；氧化铝8-22份；钇稳定氧化锆8-22份；碳化硅8-22份；天然沸石8-22份；玻璃烧结助剂5-10份；铜纳米颗粒5-10份；有机溶剂5-10份；增塑剂1-2份；分散剂1-2份；粘结剂1-2份；增韧纤维1-2份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为10-90纳米。
铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法。
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1500～1800℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂。
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm。
陶瓷基板采用LTCC制备方法。
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
本发明的有益效果：
(1)整体而言，优化LTCC制备工艺中的各种原料，以碳氮化钛为主要原料，同时辅助添加氮化铝、氧化铝、钇稳定氧化锆、碳化硅和天然沸石为主要原料，添加了玻璃烧结助剂、铜纳米颗粒、溶剂、增塑剂、分散剂和粘结剂、增韧纤维等添加剂，进一步优化了陶瓷基板的物化性能，本申请的陶瓷基板导热率大于900W/(m·k)，抗弯强度大于500Mpa，介电常数小于2.2。同时，通过常规的LTCC制备方法，即可将主要原料和添加剂制备成具有高导率的陶瓷基板，制备工艺简单，利于产业化。
(2)具体来说，以碳氮化钛作为主要原料，氮化铝、氧化铝、钇稳定氧化锆、碳化硅的复合，综合降低了成本，但是依旧保持了优良的散热性能；同时，加入的天然沸石作为主成分的加入，由于在内部形成一定的导热孔道，大大提高了导热率。在添加剂方面，本申请通过添加铜纳米颗粒，对陶瓷粉体进行金属纳米颗粒化，同时，纳米颗粒的加入，有利于提高热传递，同时，也提高了陶瓷基板的致密度。并且本申请独特的玻璃烧结助剂，能够与主成分材料形成特殊晶体，继而对于陶瓷基板的成瓷性能也会大大增强。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛70份；氮化铝15份；氧化铝15份；钇稳定氧化锆15份；碳化硅15份；天然沸石15份；玻璃烧结助剂7份；铜纳米颗粒7份；有机溶剂7份；增塑剂1份；分散剂1份；粘结剂1份；增韧纤维1份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为50nm，铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法；
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1700℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂；
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm；
陶瓷基板采用LTCC制备方法；
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
该陶瓷基板导热率为930W/(m·k)，抗弯强度为520Mpa，介电常数为1.2。
实施例2：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛70份；氮化铝18份；氧化铝18份；钇稳定氧化锆18份；碳化硅18份；天然沸石18份；玻璃烧结助剂8份；铜纳米颗粒8份；有机溶剂8份；增塑剂1份；分散剂1份；粘结剂1份；增韧纤维1份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为50nm，铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法；
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1720℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂；
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm；
陶瓷基板采用LTCC制备方法；
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
该陶瓷基板导热率为950W/(m·k)，抗弯强度为510Mpa，介电常数为1.6。
实施例3：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛50份；氮化铝19份；氧化铝19份；钇稳定氧化锆19份；碳化硅19份；天然沸石19份；玻璃烧结助剂8份；铜纳米颗粒8份；有机溶剂8份；增塑剂2份；分散剂2份；粘结剂2份；增韧纤维2份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为50nm，铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法；
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1720℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂；
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm；
陶瓷基板采用LTCC制备方法；
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
该陶瓷基板导热率为953W/(m·k)，抗弯强度为555Mpa，介电常数为1.5。
实施例4：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛90份；氮化铝19份；氧化铝19份；钇稳定氧化锆19份；碳化硅19份；天然沸石19份；玻璃烧结助剂6份；铜纳米颗粒6份；有机溶剂6份；增塑剂2份；分散剂2份；粘结剂2份；增韧纤维2份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为50nm，铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法；
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1710℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂；
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm；
陶瓷基板采用LTCC制备方法；
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
该陶瓷基板导热率为923W/(m·k)，抗弯强度为510Mpa，介电常数为1.4。
实施例5：
一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛50份；氮化铝20份；氧化铝20份；钇稳定氧化锆20份；碳化硅20份；天然沸石20份；玻璃烧结助剂10份；铜纳米颗粒10份；有机溶剂10份；增塑剂2份；分散剂2份；粘结剂2份；增韧纤维2份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂；
铜铝合金纳米颗粒的粒径为50nm，铜铝合金纳米颗粒的制备方法为水热法；
玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1680℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂；
玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm；
陶瓷基板采用LTCC制备方法；
具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
该陶瓷基板导热率为933W/(m·k)，抗弯强度为525Mpa，介电常数为1.6。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：由以下组分及其重量份制成：碳氮化钛50-90份；氮化铝8-22份；氧化铝8-22份；钇稳定氧化锆8-22份；碳化硅8-22份；天然沸石8-22份；玻璃烧结助剂5-10份；铜纳米颗粒5-10份；有机溶剂5-10份；增塑剂1-2份；分散剂1-2份；粘结剂1-2份；增韧纤维1-2份；
所述玻璃烧结助剂的重量组成为：氧化硅70份；氧化硼10份；氧化铍10份；氧化钙10份；氧化镁5份；氧化铝5份；五氧化二磷3份；碳酸锂3份；
所述有机溶剂为丙酮、异丙醇二元混合有机溶剂体系；
所述分散剂为PEG分散剂；
所述粘结剂为PVB粘结剂。
2.一种如权利要求1所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：铜纳米颗粒的粒径为10-90纳米。
3.一种如权利要求1或2所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：铜纳米颗粒的制备方法为水热法。
4.一种如权利要求1或3所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：玻璃烧结助剂的制备方法为，将各氧化物的原料混料、研磨，混合均匀后置于坩埚中，在1500～1800℃保温2.5h熔融，倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒。将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨，得到玻璃烧结助剂。
5.一种如权利要求4所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：玻璃烧结助剂的粒径小于0.5μm。
6.一种如权利要求1或2或4所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：陶瓷基板采用LTCC制备方法。
7.一种如权利要求7所述的LED用碳氮化钛陶瓷基板，其特征在于：具体方法为，粉料制备—浆料配制—流延—切片—通孔成型—通孔填充—印刷—叠层—层压—排胶—烧结—检测。
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