CN108928062A - 一种辐射散热复合铝基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射散热复合铝基板及其制备方法，所述铝基板包括依次压合连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层，所述导电金属层为铜箔，包括电解铜和延压铜中的一种；该铝基板导热性能好，能够实现快速散热，满足大功率电子、电器及LED照明等产品的需求；具有良好的可绕性，适应更多不同形状的产品的需求，所述方法工艺简单，容易实现，成本低，适合广泛使用。

Description

一种辐射散热复合铝基板及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝基板技术领域，特别涉及一种辐射散热复合铝基板及其制备方法。
背景技术
近年来，随着电子产品的高密度、高集成度，解决其散热的方案的重要性越来越高，LED照明也不例外，也需要解决其散热的方案。目前LED照明灯具的最大技术难题之一就是散热问题，散热效果差容易导致LED驱动电源、电解电容器成了LED照明灯具进一步发展的短板、LED光源早衰的缘由。
LED光源本身没有红外线、紫外线，因此其本身没有辐射散热功能，其散热途径只能通过与LED灯珠板密切组合的散热器来导出热量，散热速度有待提高，只有快速导出热量才能够有效地降低LED灯具内的腔体温度，才可能维护电源不在耐久的高温环境在做业，防止LED光源因长时间高温作业而发生早衰。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种辐射散热复合铝基板，旨在解决现有技术中电子产品、LED照明灯具等散热效果差的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层，所述导电金属层为铜箔，包括电解铜和延压铜中的一种。
所述辐射散热复合铝基板中，所述陶瓷绝缘材料保护层包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 40%～60%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 25%～35%，
分散剂 0%～1%，
偶联剂 2%～5%，
流平剂 0～1%，
余量为溶剂。
所述辐射散热复合铝基板中，所述氧化铝和氮化铝复合粉体的粒度为2～7μm。
所述辐射散热复合铝基板中，所述铝板包括1系列的铝或3、5、6、7系列的铝合金中的一种。
所述辐射散热复合铝基板中，所述辐射散热层包括以下质量分的成分：
铝溶胶 15%～62%，
硅溶胶 15%～62%，
纳米氧化物 4%～23%，
颜料 3%～27%，
防沉剂 5%～23%。
所述辐射散热复合铝基板中，所述铝溶胶为分散型纳米氧化铝，粒度为2～7μm。
所述辐射散热复合铝基板中，所述硅溶胶为改性有机硅合成环氧树脂。
所述辐射散热复合铝基板中，所述纳米氧化物为Mn-Cr-Ti-Cu系多元氧化物，粒度为12～27μm。
一种辐射散热复合铝基板的制备方法，包括以下步骤：
S001.复合陶瓷绝缘材料的制备：按照上述配比准备原材料，将溶剂、氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
S002.辐射散热涂料的制备：按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
S003.复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层的制备：通过流延设备将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将步骤S001中制备的复合陶瓷绝缘材料制备为复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
S004.含辐射散热涂层的铝板的制备：将步骤S002制备的辐射涂料喷涂在铝板上，烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
S005.将步骤S003得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与步骤S004得到的含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺压制成所述辐射散热复合铝基板。
所述辐射散热复合铝基板的制备方法中，所述步骤S005中的真空热压温度大于等于90℃。
有益效果：
本发明提供了一种辐射散热复合铝基板，通过在铝板下设置具有特定组成的辐射散热涂层，结合所述符合铝基板的其它结构层，导热性能好，能够实现快速散热，满足大功率电子、电器及LED照明等产品的需求；特定的厚度各层组成，使其具有良好的可绕性，适应更多不同形状的产品的需求，且制备成本低，适合广泛使用。
附图说明
图1为本发明提供的所述辐射散热复合铝基板的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种辐射散热复合铝基板，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层1、复合陶瓷绝缘保护层2、铝板3和辐射散热层4，所述导电金属层1为铜箔，包括电解铜和延压铜中的一种。
为保证所述复合铝基板的可绕性要求，所述导电金属层1即铜箔的厚度为15～36μm，复合陶瓷绝缘保护层2的厚度为70～120μm，铝板3的厚度为300～800μm，辐射散热层4的厚度为20～35μm，此厚度下所述复合铝基板具有良好的可绕性，满足不同形状的电子产品的需求；上述复合铝基板中组成的各层次都具有优异的导热性能，配合设置在铝板3底下的辐射散热层4，能够快速地散热，适合大功率电子、电器和LED照明灯具等散热比较困难的产品使用。
优选地，所述陶瓷绝缘材料保护层2包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 40%～60%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 25%～35%，
分散剂 0%～1%，
偶联剂 2%～5%，
流平剂 0～1%，
余量为溶剂。
优选地，所述氧化铝和氮化铝复合粉体的粒度为2～7μm，在此范围内的氧化铝和氮化铝复合粉体能够均匀地分散在绝缘材料体系中，保证材料的均匀性和绝缘性能。
优选地，所述铝板3包括1系列的铝或3、5、6、7系列的铝合金中的一种。1系列的铝为纯铝，3系列的铝合金为Al-Mn合金，5系列的铝合金为Al-Mg合金，6系列的铝合金为Al-Mg-Si合金，7系列的铝合金为Al-Zn-Mg-Cu合金，上述铝或铝合金均具有优异的热传导性能，同时又具有优良的机械性能，有效地降低所述复合铝基板的运行温度，延长使用寿命。
优选地，所述辐射散热层4包括以下质量分的成分：
铝溶胶 15%～62%，
硅溶胶 15%～62%，
纳米氧化物 4%～23%，
颜料 3%～27%，
防沉剂 5%～23%。
优选地，所述铝溶胶为分散型纳米氧化铝，粒度为2～7μm；纳米氧化铝的粒度分布均匀、纯度高、极好分散，具有耐高温惰性，高活性，应用于辐射散热材料中能够起到补强增韧的作用，提到材料的冷热疲劳性和断裂韧性，对于经受温度变化比较大的铝基板材料来说，能够极大地提高辐射散热材料的使用寿命，进而提高所示复合铝基板的使用寿命。
优选地，所述硅溶胶为改性有机硅合成环氧树脂，所述树脂兼具环氧树脂和有机硅树脂的优点，具有优异的耐热性，并且耐油、防潮，经过改性后其耐热性能和耐燃性能得到进一步的提高，适用于调配耐高温的有机绝缘涂料。
优选地，所述纳米氧化物为Mn-Cr-Ti-Cu系多元氧化物，粒度为12～27μm。纳米氧化物的大小均匀，颗粒小，比表面积大，表面活性中心多，能加速反应的进行，能一定程度上提高所述辐射散热层的散热速率；采用Mn-Cr-Ti-Cu系多元氧化物，使所述辐射散热层具有高的红外辐射率和良好的散热性能。
一种辐射散热复合铝基板的制备方法，包括以下步骤：
S001.复合陶瓷绝缘材料的制备：按照上述配比准备原材料，将溶剂、氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
S002.辐射散热涂料的制备：按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
S003.复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层的制备：通过流延设备在160～180℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层1，将步骤S001中制备的复合陶瓷绝缘材料制备为70～120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层2，并将导电金属层1接合在复合陶瓷绝缘保护层2上方；
S004.含辐射散热涂层的铝板的制备：将步骤S002制备的辐射涂料喷涂在铝板上，180～200℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
S005.将步骤S003得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与步骤S004得到的含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
优选地，所述步骤S005中的真空热压温度大于等于90℃，低于该温度，复合陶瓷绝缘保护层2与铝板层3的结合能力差，满足不了要求。
实施例1
所述辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层；
所述导电金属层为铜箔，厚度为15μm，包括电解铜和延压铜中的一种；
复合陶瓷绝缘保护层厚度为120μm，包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 40%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 32%，
偶联剂 5%，
流平剂 0.2%，
余量为溶剂；
铝板为1系列的铝材料，厚度为800μm；
辐射散热层厚度为20μm，包括以下质量份的成分：
铝溶胶 62%，
硅溶胶 15%，
纳米氧化物 4%，
颜料 9%，
防沉剂 10%；
所述辐射散热复合铝基板的制备方法，包括：按照上述配比准备原材料，将溶剂、 氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
通过流延设备在180℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将上述制备的复合陶瓷绝缘材料制备为120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
将上述制备的辐射涂料喷涂在铝板上，200℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
将得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
实施例2
所述辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层；
所述导电金属层为铜箔，厚度为36μm，包括电解铜和延压铜中的一种；
复合陶瓷绝缘保护层厚度为70μm，包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 46%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 35%，
分散剂 0.5%，
偶联剂 4%，
流平剂 0.4%，
余量为溶剂；
铝板为3系列的铝合金材料，厚度为680μm；
辐射散热层厚度为32μm，包括以下质量份的成分：
铝溶胶 15%，
硅溶胶 62%，
纳米氧化物 7%，
颜料 3%，
防沉剂 13%；
所述辐射散热复合铝基板的制备方法，包括：按照上述配比准备原材料，将溶剂、 氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
通过流延设备在160℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将上述制备的复合陶瓷绝缘材料制备为120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
将上述制备的辐射涂料喷涂在铝板上，195℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
将得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
实施例3
所述辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层；
所述导电金属层为铜箔，厚度为22μm，包括电解铜和延压铜中的一种；
复合陶瓷绝缘保护层厚度为80μm，包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 52%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 25%，
分散剂 0.8%，
偶联剂 3%，
流平剂 0.8%，
余量为溶剂；
铝板为5系列的铝合金材料，厚度为550μm；
辐射散热层厚度为28μm，包括以下质量份的成分：
铝溶胶 28%，
硅溶胶 20%，
纳米氧化物 23%，
颜料 12%，
防沉剂 17%；
所述辐射散热复合铝基板的制备方法，包括：按照上述配比准备原材料，将溶剂、 氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
通过流延设备在165℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将上述制备的复合陶瓷绝缘材料制备为120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
将上述制备的辐射涂料喷涂在铝板上，190℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
将得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
实施例4
所述辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层；
所述导电金属层为铜箔，厚度为28μm，包括电解铜和延压铜中的一种；
复合陶瓷绝缘保护层厚度为95μm，包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 58%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 28%，
分散剂 1%，
偶联剂 2%，
余量为溶剂；
铝板为6系列的铝合金材料，厚度为420μm；
辐射散热层厚度为35μm，包括以下质量份的成分：
铝溶胶 34%，
硅溶胶 18%，
纳米氧化物 16%，
颜料 27%，
防沉剂 5%；
所述辐射散热复合铝基板的制备方法，包括：按照上述配比准备原材料，将溶剂、 氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
通过流延设备在175℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将上述制备的复合陶瓷绝缘材料制备为120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
将上述制备的辐射涂料喷涂在铝板上，180℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
将得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
实施例5
所述辐射散热复合铝基板，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层；
所述导电金属层为铜箔，厚度为32μm，包括电解铜和延压铜中的一种；
复合陶瓷绝缘保护层厚度为105μm，包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 60%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 30%，
分散剂 0.3%，
偶联剂 3.5%，
流平剂 1%，
余量为溶剂；
铝板为7系列的铝合金材料，厚度为300μm；
辐射散热层厚度为24μm，包括以下质量份的成分：
铝溶胶 18%，
硅溶胶 29%，
纳米氧化物 10%，
颜料 20%，
防沉剂 23%；
所述辐射散热复合铝基板的制备方法，包括：按照上述配比准备原材料，将溶剂、 氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，研磨至粒度为10μm以下，保持材料的颗粒均匀性和细度，保证其具有良好的分散性，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
通过流延设备在170℃下将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将上述制备的复合陶瓷绝缘材料制备为120μm厚的复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
将上述制备的辐射涂料喷涂在铝板上，185℃烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
将得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺通过热辊压机压制成所述辐射散热复合铝基板。
上述实施例1～5制备的铝基板，均具有优异的散热性能和可绕行，能够适应大功率和形状多样的电子、电器产品的要求。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种辐射散热复合铝基板，其特征在于，包括依次连接的导电金属层、复合陶瓷绝缘保护层、铝板和辐射散热层，所述导电金属层为铜箔，包括电解铜和延压铜中的一种。
2.根据权利要求1所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述陶瓷绝缘材料保护层包括以下质量份的成分：
改性硅氧烷前聚体 40%～60%，
氧化铝和氮化铝复合粉体 25%～35%，
分散剂 0%～1%，
偶联剂 2%～5%，
流平剂 0～1%，
余量为溶剂。
3.根据权利要求2所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述氧化铝和氮化铝复合粉体的粒度为2～7μm。
4.根据权利要求1所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述铝板包括1系列的铝或3、5、6、7系列的铝合金中的一种。
5.根据权利要求1所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述辐射散热层包括以下质量分的成分：
铝溶胶 15%～62%，
硅溶胶 15%～62%，
纳米氧化物 4%～23%，
颜料 3%～27%，
防沉剂 5%～23%。
6.根据权利要求5所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述铝溶胶为分散型纳米氧化铝，粒度为2～7μm。
7.根据权利要求5所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述硅溶胶为改性有机硅合成环氧树脂。
8.根据权利要求5所述的辐射散热复合铝基板，其特征在于，所述纳米氧化物为Mn-Cr-Ti-Cu系多元氧化物，粒度为12～27μm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的辐射散热复合铝基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001.复合陶瓷绝缘材料的制备：按照上述配比准备原材料，将溶剂、氧化铝和氮化铝复合粉体、分散剂、偶联剂混合均匀，球磨成浆料；再将所述浆料与改性硅氧烷树脂混合均匀，加入流平剂，混合均匀，得所述复合陶瓷绝缘材料；
S002.辐射散热涂料的制备：按照上述配比准备原材料，将铝溶胶、纳米氧化物、防沉剂、填料和颜料高速分散，再加入硅溶胶，混合均匀后研磨，过滤，得辐射散热涂料；
S003.复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层的制备：通过流延设备将电解铜或延压铜制备为导电金属层，将步骤S001中制备的复合陶瓷绝缘材料制备为复合陶瓷绝缘保护层，并将导电金属层接合在复合陶瓷绝缘保护层上方；
S004.含辐射散热涂层的铝板的制备：将步骤S002制备的辐射涂料喷涂在铝板上，烘干，得含有辐射散热涂层的铝板；
S005.将步骤S003得到的复合陶瓷绝缘保护层组合导电金属层与步骤S004得到的含有辐射散热涂层的铝板采用真空热压工艺压制成所述辐射散热复合铝基板。
10.根据权利要求9所述的辐射散热复合铝基板的制备方法，其特征在于，所述步骤S005中的真空热压温度大于等于90℃。
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