TWI603497B - 發光二極體陶瓷基板及其製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體陶瓷基板及其製造方法

本發明係有關一種發光二極體基板及其製造方法，特別是有關一種本體層與被覆在本體層外之表面層所構成，表面層結構緻密，可使本體層受到保護，較不會受損之餘，亦可得到高的光反射率之發光二極體基板。

眾所周知，發光二極體產品由於具有較為省電，節約能源，效率高，通電後之反應快，產品壽命長，不含有毒的汞，具有環保效益...等的優點，故如今已逐漸為人們所接受，並為人們普遍採用。

發光二極體裝置中，基板是很重要一個部份，其主要的用途為將發光二極體與系統電路板之間所產生的熱發散導出，發光二極體基板之材料，較為人所熟知者，有矽基板、碳化矽基板、氮化鋁陶瓷基板、氧化鋁陶瓷基板等。

其中，目前的發光二極體基板以氧化鋁陶瓷基板最為相關人士所歡迎，因為其散熱性佳，厚度薄，尺寸 小，使用壽命長，可抗腐蝕，耐高溫，物理特性穩定。

氧化鋁陶瓷基板係將氧化鋁磨成細粉，混合黏合劑、分散劑、增塑劑等，製成片狀體，再進行燒結而成。此種氧化鋁陶瓷基板，其對光的反射率雖已達到90%至95%之間，但尚未能滿足業者與使用人士的要求。又，經過有志者的研究，利用在氧化鋁陶瓷基板的製造過程中，於氧化鋁陶瓷細粉增加混合造孔劑材料，如此，氧化鋁陶瓷基板粗胚乃混合了造孔劑材料，燒結所得的氧化鋁基板(如第1圖所示)，具有多數的細孔1A、1B...，經過光反射測試，其光反射率可達到95%至100%，對於氧化鋁陶瓷基板的散熱效率而言，實有相當的貢獻。

然而，上述改良的氧化鋁陶瓷基板，其基板本體因為具有細孔，導致陶瓷基板本體較為脆弱(且對外界環境變化之水氣有吸附之疑慮)。

有鑑於最近所發展出來的發光二極體陶瓷基板有上述的缺失，發明人乃針對該些缺失研究改進之道，經多時研究測試，終有本發明產生。

因此，本發明旨在提供一種發光二極體陶瓷基板，其係可使最近發展出來的高反射率發光二極體之強度得到改善者。

依本發明之此種發光二極體陶瓷基板，其對光 的反射率仍然可維持在高度之狀態，而可符合人們在應用上的需求，為本發明之次一目的。

依本發明之發光二極體陶瓷基板，其在製造上不會增加製造上的製程，故其成本上可以維持一定的基準而不會導致成本上的大幅提高，為本發明之再一目的。

依本發明之發光二極體陶瓷基板，其在製造上不會增加製造上的成本，對光的反射率仍然可維持在高度之狀態，基板強度並不會降低至不堪使用的狀態，經濟效益大為改進，為本發明之又一目的。

至於本發明之詳細構造，應用原理，作用與功效，則請參照下列依附圖所作之說明即可得到完全的了解。

1‧‧‧本體層

1A、1B‧‧‧細孔

101、102、103‧‧‧小孔

2‧‧‧表面層

S11A、S11B‧‧‧本體層與表面層原材料選取

S12A、S12B‧‧‧本體層與表面層原材料混合、粉碎

S13A、S13B‧‧‧本體層與表面層胚體製備

S14‧‧‧陶瓷基板壓胚成型

S15‧‧‧陶瓷基板胚體切片

S16‧‧‧陶瓷基板胚片燒結

201、202、203‧‧‧盛料筒

201A、202A、203A‧‧‧滾筒

201B、202B、203B‧‧‧刮刀

300‧‧‧離型紙

301‧‧‧捲筒狀

302、303‧‧‧滾輪

304‧‧‧捲收筒

305‧‧‧滾刀

401、402‧‧‧滾輪

500‧‧‧烘乾機

600‧‧‧胚體

700‧‧‧胚片

701‧‧‧燒結爐

第1圖為習見之發光二極體陶瓷基板之示意圖。

第2圖為本發明之發光二極體陶瓷基板之示意圖。

第3圖為本發明之發光二極體陶瓷基板之實施例分解示意圖。

第4圖為本發明之發光二極體陶瓷基板之製造流程圖。

第5圖為本發明之發光二極體陶瓷基板之製造流程示意圖。

本發明之發光二極體陶瓷基板，如第2圖所示，是由本體層1與表面層2所構成，表面層2至少具有一層，其被覆在本體層1之外，可作為本體層1的保護層，並與本體層1構成發光二極體之陶瓷基板。

如第2、3圖所示，本發明之發光二極體陶瓷基板，其本體層1與表面層2的構成材料均為發光二極體陶瓷材料，故其可為矽基板、碳化矽基板、氮化鋁陶瓷基板、氧化鋁陶瓷基板，而較佳的即為氧化鋁陶瓷基板。本體層1中，並形成多數的小孔101、102、103...，提高了其對光的反射率，且因為氧化鋁陶瓷基板可如同玻璃一般透明，進入其中的折射光再經穿透基板本體層，幾已完全發散。

表面層2的構成材料亦為發光二極體陶瓷材料，較佳的亦為氧化鋁陶瓷材料，其內部未形成多數的小孔。如此，雖未提高表面層2對光的反射率，惟，因本體層1對光的反射率較高，且本體層可如同玻璃一般透明，從表面層2折射進入本體層中的光線，乃又從本體層折射出去，幾乎不會殘留，故具有表面層2的本體層1，其對於散熱的效果較佳，更因為表面層2不具備細小孔洞，其質地較為緻密堅實，其被覆於本體層1之外，更有保護本體層1的效果，增強了整個發光二極體基板的效能。

本發明之發光二極體陶瓷基板，其製造方法乃如第4圖所示，包括有：本體層與表面層原材料選取 S11A、S11B；本體層與表面層原材料混合、粉碎S12A、S12B；本體層與表面層胚體製備S13A、S13B；陶瓷基板壓胚成型S14；陶瓷基板胚體切片S15；以及陶瓷基板胚片燒結S16等步驟，多步驟並分述如下：

步驟S11A、S11B，本體層與表面層原材料選取：如上所述，本發明之發光二極體陶瓷基板，可為矽基板、碳化矽基板、氮化鋁陶瓷基板、氧化鋁陶瓷基板，而較佳的即為氧化鋁陶瓷基板。因此，主要原料即為：氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、矽等材料之至少一種，材料的選擇並需考慮到純度，粉末之粒度分佈，分散性及粉粒形狀等，本體層之材料除了陶瓷粉以外，並包括：造孔劑材料、溶劑、黏合劑、分散劑和增塑劑(PVB,Polyvinyl Butyral Film，聚乙烯醇縮丁醛)；造孔劑材料可為：石墨粉、木炭粉、纖維素、聚苯乙烯、聚乙烯醇、尿素、聚氯乙烯、鋁木粉末等；表面層材料則不包含造孔劑。

步驟S12A、S12B，本體層與表面層原材料混合、粉碎：本體層與表面層原材料選取後，進行粉碎與混合；由於兩者之原材料均含有適當的溶劑、黏合劑、分散劑、增塑劑等，故其粉碎混合後，實際上乃成為泥漿狀之胚料。

步驟S13A、S13B，本體層與表面層胚體之製備：如第5圖所示，本體層與表面層之原材料粉碎、混合 後所得之泥漿狀胚料，先分別置入盛料筒201、202、203，配合滾筒201A、202A、203A與刮刀201B、202B、203B，將本體層與表面層之胚料塗佈於一離型紙300上，較佳的，離型紙300係為捲筒狀301，以滾輪302、303帶動，胚體形成後，離型紙則捲繞於捲收筒304，以為回收使用。

步驟S14，陶瓷基板壓胚成型：胚料經過塗佈於離型紙300上後，乃利用滾輪401、402滾壓，使之成型為帶狀胚料，再經送入烘乾機500中，經過乾燥，即得胚體600。

步驟S15，陶瓷基板胚體切片：經過乾燥所得的胚體600，可利用滾刀305壓切成為小片狀之胚片700。

步驟S16，陶瓷基板胚片燒結：最後，將所得的陶瓷基板胚片700送入燒結爐701中進行燒結，即可得到陶瓷基板單元，其燒結溫度較佳的為1570℃~1650℃，而陶瓷基板單元表面層之體密度(bulk density)為大於3.72，陶瓷基板單元本體層之體密度(bulk density)為小於3.72。

此處，需陳明者，上述本發明的製造方法中，其步驟中，有關原材料的選取、粉碎、混合、壓胚成型、胚體裁切、燒結等，其步驟細節均可視需要調整，該調整在不違背本發明之精神時，當在本發明之申請範圍之內。

綜上所述可知，本發明之發光二極體陶瓷基板及其製造方法，確能達到使發光二極體陶瓷基板在維持其 散熱效能的情形下，並且能使陶瓷基板較脆弱的特性獲得改善，而其並未公開使用，合於專利法之規定，懇請賜准專利，實感德便。

需陳明者，以上所述乃是本發明較佳具體的實施例，若依本發明之構想所作之改變，其產生之功能作用，仍未超出說明書與圖示所涵蓋之精神時，均應在本發明之範圍內，合予陳明。

1‧‧‧本體層

2‧‧‧表面層

Claims (9)

1. 一種發光二極體陶瓷基板，該種發光二極體陶瓷基板是由表面層與本體層所構成，表面層至少一層被覆在本體層之外；表面層與本體層係由主要成分為氧化鋁陶瓷材料之薄形板材貼合後燒結而成，其中，本體層材料係以陶瓷材料、氧化鋁、造孔劑材料、溶劑、黏合劑、分散劑和增塑劑等混合，磨成細粉而成之漿料；表面層之材料則不含有造孔劑材料，本體層材料與表面層材料先經刮帶成型，並經壓合成為胚體，再經切片、燒結，即得到表面緻密，結構堅實，光反射率高的發光二極體基板者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體陶瓷基板，其中所述本體層與表面層主要是由氧化鋁所構成，本體層中，形成多數孔洞。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體陶瓷基板，其中所述表面層之體密度大於本體層之體密度。
4. 一種如申請專利範圍第1項所述發光二極體陶瓷基板之製造方法，其中所述製造方法包括下列步驟：本體層與表面層原材料選取；本體層與表面層原材料混合、粉碎；本體層與表面層胚體製備；陶瓷基板壓胚成型；陶瓷基板胚體切片；以及陶瓷基板胚片燒結。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體陶瓷基板之 製造方法，其中所述本體層與表面層之主要原料為氧化鋁、氮化鋁、碳化矽、矽等材料之至少一種，材料的選擇並需考慮到純度，粉末之粒度分佈，分散性及粉粒形狀等，本體層之材料除了陶瓷粉以外，並包括：造孔劑材料、溶劑、黏合劑、分散劑和增塑劑(PVB,Polyvinyl Butyral Film，聚乙烯醇縮丁醛)；造孔劑材料可為：石墨粉、木炭粉、纖維素、聚苯乙烯、聚乙烯醇、尿素、聚氯乙烯、鋁木粉末；表面層材料則不包含造孔劑。
6. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體陶瓷基板之製造方法，其中本體層與表面層原材料粉碎混合後，係得到泥漿狀之胚料者。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體陶瓷基板之製造方法，其中所述泥漿狀之胚料獲得後，係經塗佈、疊層、滾壓成為胚料，再予以乾燥成為胚體者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體陶瓷基板之製造方法，其中所述之胚體係予以切片成為小片狀之胚片者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體陶瓷基板之製造方法，其中所述之胚片係經燒結爐燒結成為陶瓷基板單元者。