[发明专利]LED散热基板用Al2O3陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及LED散热基板用材料领域技术，尤其是指一种LED散热基板用Al₂O₃陶瓷材料。

背景技术

LED 是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，在照明及背光源等领域有着广阔的市场前景。

近年来，随着半导体材料和封装工艺的完善、光通量和出光效率的提高，功率型LED已在城市景观、交通标志、LCD背光源、汽车照明、广告牌等特殊照明领域得到应用，并向普通照明市场迈进。然而，随着LED芯片输入功率的不断提高，大耗散功率带来的大发热量及要求高的出光效率给LED的散热基板材料提出了更新、更高的要求。对高功率LED产品来讲，其散热基板材料要求具有高电绝缘性、高稳定性、高导热性及与芯片匹配的热膨胀系数(CTE)、平整性和较高的强度。

传统上最常用作LED散热基板的有FR4印刷电路基板（PCB）和金属芯印刷电路板(MCPCB)。PCB板的热传导率约在0.36W/(m·K)、热膨胀系数约在13～17ppm/K。其优点是技术相对成熟，成本低廉，缺点是热性能较差，一般只能应用于传统的低功率LED。MCPCB板是将热导系数相对高的金属(如铝、铜)装进PCB板内，以此来强化散热效果。但MCPCB板中绝缘层导热系数极低，因此绝缘层成为该结构基板的散热瓶颈，影响整个基板的散热效果，使得整体的热导率也只为1～2.2 W/(m·K)；同时由于绝缘层的存在，使得其无法承受高温焊接，从而影响了封装工艺的实施，限制了封装结构的优化，因此不利于LED散热。

高纯Al₂O₃陶瓷室温下的热导率为29W/(m·K)，与钢铁的热导率接近，且具有高绝缘性能、与元器件相近的线膨胀系数、高的化学稳定性等诸多优点；此外，与MCPCB的制备相比，Al₂O₃陶瓷基板的制备也要容易很多。因此，采用Al₂O₃陶瓷材料替代传统的PCB和MCPCB板是整个行业的发展趋势，Al₂O₃陶瓷材料在功率型LED散热基板领域有着广阔的应用前景。

然而，由于Al₂O₂ 自身阳离子电荷多, 半径小, 离子键强的特点, 导致其晶格能较大, 扩散系数较低, 烧结温度高。一般纯氧化铝陶瓷的烧结温度在1800度左右, 这样高的烧结温度在工业上较难普遍实现，不利于节约能耗；且窑炉与窑具的使用寿命短, 生产周期长, 生产效率低; 陶瓷结构上也会存在较多的缺陷, 对材料力学性能不利。这使得Al₂O₃陶瓷在LED散热基板领域的应用和推广受到极大限制。

目前国内外科学工作者或以高纯超细氧化铝粉为原料、或采用先进的烧结工艺、以TiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂等变价氧化物为烧结助剂来获得烧结温度低、晶粒细小的氧化铝粉陶瓷。但原材料及设备成本过高，产能低，使得生产成本仍然较高；且用变价氧化物作烧结助剂时不能获得白色的氧化铝陶瓷，因而其应用范围并不大。此外，尽管国内成功开发出烧结温度低于1000℃的低温共烧Al₂O₃陶瓷材料并实现产业化，但为了降低烧结温度，加入了高达30wt%～40wt%的导热性能不好的玻璃组分，使得这类陶瓷材料的导热系数只有2～3W/(m·K)，不能满足大功率LED器件的散热要求。

因此，开发出同时具有较高导热系数和较低烧结温度的Al₂O₃陶瓷材料将极大促进其在LED散热基板领域的应用和推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种LED散热基板用Al₂O₃陶瓷材料，克服现有Al₂O₃陶瓷材料烧结温度高、导热系数低和生产成本过大的缺陷。

本发明采用的解决方案是：

一种LED散热基板用Al₂O₃陶瓷材料，按质量百分比计，包括以下组分：

Al₂O₃         85～95%