[发明专利]一种LED用铝碳化硅陶瓷基板

说明书

技术领域

本发明属于LED用基板领域，特别涉及一种LED用铝碳化硅陶瓷基板。

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用铝碳化硅陶瓷基板：

一种LED用铝碳化硅陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：铝碳化硅70-90份；氮化铝5-10份；氧化铝微粉5-10份；MCM-41分子筛5-10份；玻璃烧结助剂5-10份；铜纳米颗粒5-10份；稀土氧化物2-5份；有机溶剂5-10份；增塑剂1-4份；分散剂1-4份；粘结剂1-4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；氧化铝5份；五氧化二磷3份；氧化锂3份；氧化钠3份；

所述的稀土氧化物为粒径小于1μm的Y2O3、La2O3、Yb2O3和Eu2O3的一种或几种；

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；

铜纳米颗粒的粒径为5-20纳米。

铜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1650～1750℃保温3h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，以导热率较高且膨胀系数与Si片相接近的铝碳化硅作为主要原料，同时，为了调节铝碳化硅在导热性和稳定性方面的不足，本发明进一步采用氮化铝作为主要原料，同时为了进一步优化陶瓷基板的物化性能，还添加了氧化铝微粉、MCM-41分子筛、玻璃烧结助剂、铜纳米颗粒、稀土氧化物、有机溶剂、增塑剂、分散剂和粘结剂等添加剂；本申请的陶瓷基板导热率大于1000W/(m·k)，抗弯强度大于500Mpa，介电常数小于3。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，以铝碳化硅和氮化铝作为主要原料，氧化铝微粉、MCM-41分子筛的辅助添加，综合降低了成本，但是依旧保持了优良的散热性能；同时，加入的氮化铝作为主成分的加入，大大调节了铝碳化硅基板的导热率。而MCM-41分子筛的使用，由于在陶瓷材料中形成一定的导热通道，也大大提高了基板的导热效果。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以及稀土氧化物，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用铝碳化硅陶瓷基板，由以下组分及其重量份制成：

铝碳化硅80份；氮化铝7份；氧化铝微粉7份；MCM-41分子筛7份；玻璃烧结助剂7份；铜纳米颗粒7份；稀土氧化物3份；有机溶剂7份；增塑剂1份；分散剂1份；粘结剂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；氧化铝5份；五氧化二磷3份；氧化锂3份；氧化钠3份；

所述的稀土氧化物为粒径小于1μm的Y₂O₃；