CN105304795A - 一种led用陶瓷散热基板 - Google Patents

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左士祥
张宇
王永飞
吕列超
于楼云
杨阳
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Abstract

本发明属于陶瓷基板技术领域,具体涉及一种LED用陶瓷散热基板。该陶瓷散热基板配料按质量份包括:氧化铝粉40~55份、氮化铝20~40份、三聚氰胺3~8份、羟甲基纤维素3~6份、去离子水6~10份和复合烧结助剂5~10份,其中所述的复合烧结助剂,按质量份包括:硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份。本发明的陶瓷基板导热系数大,耐热性能优,抗弯强度高,不存在弯曲、翘曲等现象。本发明通过采用合适的烧结方法和选取合适的烧结助剂,实现陶瓷烧结体的致密化,大大提高了陶瓷基板的热导率。

Description

一种LED用陶瓷散热基板
技术领域
本发明属于LED用基板技术领域,具体涉及一种LED用陶瓷散热基板。
背景技术
LED灯主要包括LED芯片和灯杯,通常LED芯片是用LED发光晶片以打金线、共晶或覆晶的方式连接在散热基板上形成的,再将LED芯片固定在系统的电路板上,散热基板扮演着散热、导电、绝缘三重角色,现有的散热基板主要是金属基板,但是这类金属基板连接LED发光晶片的技术存在着散热性差、绝缘性差的弊端。
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陶瓷基板是研究的热点。
发明内容
本发明针对背景技术中的存在的问题而提供一种散热性能好的LED用陶瓷散热基板。
为了实现本发明目的而采用的技术方案为:一种LED用陶瓷散热基板,该陶瓷散热基板配料按质量份包括:氧化铝粉40~55份、氮化铝20~40份、三聚氰胺3~8份、羟甲基纤维素3~6份、去离子水6~10份和复合烧结助剂5~10份,其中所述的复合烧结助剂,按质量份,包括:硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份。
优选地,所述的氧化铝粉为平均粒度1~4μm微观晶型呈片状或短柱状高温煅烧α-氧化铝粉。
本发明所述的复合烧结助剂由下述步骤制得:按质量份,将硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份分散于无水乙醇中,浸泡20min,所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为1g:5mL;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂。
更优选地,本发明的LED用陶瓷散热基板由如下步骤制得:
1)复合烧结助剂的制备
按质量份,将硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份分散于无水乙醇中,浸泡20分钟,所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为1g:5mL;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂;
2)陶瓷浆料的制备
按质量份,依次加入40~55份的氧化铝粉、氮化铝20~40份、三聚氰胺3~8份、羟甲基纤维素3~6份、去离子水6~10份和步骤1)制得的复合烧结助剂5~10份进行湿法球磨,球磨2~4小时,制成可凝胶陶瓷浆料,对该陶瓷浆料进行真空搅拌除泡;
3)陶瓷成型
将步骤2)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中,自然放置完成凝胶过程;取出陶瓷坯片进行干燥处理,放入热压模具中置于热压炉中进行烧结压制,再降温冷却得到陶瓷基板。
其中,步骤3)中陶瓷坯片采用至少2层层叠后进行高温烧结,烧结温度为1300~1600℃,烧结时间2~5小时,步骤3)中对陶瓷坯片进行干燥处理,干燥温度为60~90℃,干燥时间2~6小时。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明的陶瓷基板导热系数大,耐热性能优,抗弯强度高,不存在弯曲、翘曲等现象。
(2)本发明通过采用合适的烧结方法和选取合适的烧结助剂,实现氧化铝、氮化铝陶瓷烧结体的致密化,大大提高了陶瓷基板的热导率。
(3)本发明的烧结助剂可形成低熔点的物相,实现液相烧结,降低烧成温度,促进坯体的致密化。
(4)本发明配方中的三聚氰胺在高温下可以生产氮化铝和氮化碳,增加了陶瓷基板表面的硬度和光泽度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
1)复合烧结助剂的制备
将硅粉40千克、铝粉8千克、高岭土粉22千克、氟化钙30千克分散于200千克无水乙醇中,浸泡20分钟;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂;
2)陶瓷浆料的制备
依次加入平均粒度3.5μm片状微观晶型高温煅烧α-氧化铝粉40千克、氮化铝25千克、三聚氰胺4千克、羟甲基纤维素6千克、去离子水10千克和步骤(1)制得的复合烧结助剂10千克进行湿法球磨,球磨2小时,制成可凝胶陶瓷浆料,对该陶瓷浆料进行真空搅拌除泡;
3)陶瓷成型
将步骤(2)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中,自然放置完成凝胶过程;取出陶瓷坯片在温度60℃条件下干燥12小时,然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠2层放置承烧板上,放入热压模具中置于热压炉中在1600℃下烧结6小时,最后降温冷却得到陶瓷基板。
实施例2
1)复合烧结助剂的制备
将硅粉60千克、铝粉10千克、高岭土粉20千克、氟化钙10千克分散于300千克无水乙醇中,浸泡20分钟;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂;
2)陶瓷浆料的制备
依次加入平均粒度1.0μm短柱状微观晶型高温煅烧α-氧化铝粉55千克、氮化铝20千克、三聚氰胺8千克、羟甲基纤维素3千克、去离子水6千克和步骤(1)制得的复合烧结助剂8千克进行湿法球磨,球磨3小时,制成可凝胶陶瓷浆料,对该陶瓷浆料进行真空搅拌除泡;
3)陶瓷成型
将步骤(2)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中,自然放置完成凝胶过程;取出陶瓷坯片在温度80℃条件下干燥6小时,然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠3层放置承烧板上,放入热压模具中置于热压炉中在1300℃下烧结3小时,最后降温冷却得到陶瓷基板。
实施例3
1)复合烧结助剂的制备
将硅粉50千克、铝粉5千克、高岭土粉30千克、氟化钙15千克分散于250千克无水乙醇中,浸泡20分钟;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂;
2)陶瓷浆料的制备
依次加入平均粒度4.0μm片状微观晶型高温煅烧α-氧化铝粉45千克、氮化铝40千克、三聚氰胺3千克、羟甲基纤维素4千克、去离子水8千克和步骤(1)制得的复合烧结助剂5千克进行湿法球磨,球磨4小时,制成可凝胶陶瓷浆料,对该陶瓷浆料进行真空搅拌除泡;
3)陶瓷成型
将步骤(2)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中,自然放置完成凝胶过程;取出陶瓷坯片在温度90℃条件下干燥2小时,然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠5层放置承烧板上,放入热压模具中置于热压炉中在1500℃下烧结2小时,最后降温冷却得到陶瓷基板。
对实施例1~3所制得的陶瓷基板进行检测,性能如表1所示。
表1
实施例 密度 弯曲强度 表面粗糙度 翘曲量
实施例1 3.4g/cm3 230MPa 0.6μm <0.2%
实施例2 3.6g/cm3 236MPa 0.5μm <0.2%
实施例3 3.5/cm3 248MPa 0.5μm <0.2%

Claims (6)

1.一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:该陶瓷散热基板配料按质量份包括:氧化铝粉40~55份、氮化铝20~40份、三聚氰胺3~8份、羟甲基纤维素3~6份、去离子水6~10份和复合烧结助剂5~10份,其中所述的复合烧结助剂,按质量份包括:硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份。
2.根据权利要求1所述的一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:所述的氧化铝粉为平均粒度1~4μm微观晶型呈片状或短柱状高温煅烧α-氧化铝粉。
3.根据权利要求1所述的一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:所述的复合烧结助剂由下述步骤制得:按质量份,将硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份分散于无水乙醇中,浸泡20min,所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为1g:5mL;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂。
4.根据权利要求1所述的一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:该陶瓷基板由如下步骤制得:
1)复合烧结助剂的制备
按质量份,将硅粉40~60份、铝粉5~10份、高岭土粉20~30份、氟化钙10~30份分散于无水乙醇中,浸泡20分钟,所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为1g:5mL;然后在通风橱中边搅拌、边用热风吹,直至无水乙醇完全烘干而得到混合粉体,即制得复合烧结助剂;
2)陶瓷浆料的制备
按质量份,依次加入40~55份的氧化铝粉、氮化铝20~40份、三聚氰胺3~8份、羟甲基纤维素3~6份、去离子水6~10份和步骤1)制得的复合烧结助剂5~10份进行湿法球磨,球磨2~4小时,制成可凝胶陶瓷浆料,对该陶瓷浆料进行真空搅拌除泡;
3)陶瓷成型
将步骤2)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中,自然放置完成凝胶过程;取出陶瓷坯片进行干燥处理,放入热压模具中置于热压炉中进行烧结压制,再降温冷却得到陶瓷基板。
5.根据权利要求4所述的一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:步骤3)中陶瓷坯片采用至少2层层叠后进行高温烧结,烧结温度为1300~1600℃,烧结时间2~5小时。
6.根据权利要求4所述的一种LED用陶瓷散热基板,其特征在于:步骤3)中对陶瓷坯片进行干燥处理,干燥温度为60~90℃,干燥时间2~6小时。
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