專利名稱：導(dǎo)熱材料及其制備工藝,以及使用該導(dǎo)熱材料的led線路板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱材料及其制備工藝，以及使用該導(dǎo)熱材料的LED線路板，屬于涂層材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，各種涂層技術(shù)不斷發(fā)展，為工業(yè)制造及人們的日常生活帶來許多進(jìn)步和便利。依托涂層技術(shù)，可以使產(chǎn)品或零部件獲得更好的表面性能，從而彌補(bǔ)材料本身所不具有的某些特性。類金剛石涂層(Diamond-like Carbon)，或簡(jiǎn)稱DLC涂層是含有金剛石結(jié)構(gòu) (sp3鍵)和石墨結(jié)構(gòu)(sp2鍵)的亞穩(wěn)非晶態(tài)物質(zhì)。涂層技術(shù)中，物理氣相沉積是指通過蒸發(fā)、電離或?yàn)R射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件表面，簡(jiǎn)稱PVD。目前常用的PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍和真空離子束鍍膜。其中，濺射鍍膜是用高能粒子轟擊固體表面時(shí)能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。在工業(yè)上，一些熱源或者光源，例如新興的LED器件或模組，往往需要快速導(dǎo)熱和散熱，同時(shí)，一些場(chǎng)合還需要導(dǎo)熱材料具有良好的絕緣性。與另外一種導(dǎo)熱性能較好的材料石墨(石墨的導(dǎo)熱系數(shù)在450W/mK左右)相比，DLC涂層不但有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)在各個(gè)方向上具有同樣的導(dǎo)熱能力，而石墨只在單一平面內(nèi)具有以上的導(dǎo)熱性能，而在垂直方向上的導(dǎo)熱性能較差。同時(shí)石墨本身是導(dǎo)電材料，所以若以石墨作為導(dǎo)熱基材做成的LED 線路板需要多種輔助絕緣工藝并致使成本增加。因此，同時(shí)滿足絕緣和高導(dǎo)熱性能的材料往往十分昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種采用同時(shí)具有高導(dǎo)熱性和高絕緣性的導(dǎo)熱材料。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種導(dǎo)熱材料，包括基材及設(shè)置在基材上的導(dǎo)熱涂層，所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜；通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜；通過磁控濺射工藝設(shè)于所述DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜。優(yōu)選的，所述Si層鍍膜的厚度為1 士0. 1微米，所述產(chǎn)生Si層鍍膜的磁控濺射工藝中使用的為純度99. 9999%以上的單晶Si靶。優(yōu)選的，所述DLC層鍍膜的厚度為2士0. 2微米。優(yōu)選的，所述Cu層鍍膜的厚度為5士0. 5微米，所述產(chǎn)生Cu層鍍膜的磁控濺射工藝中使用的為純度在95%以上的Cu靶。優(yōu)選的，導(dǎo)熱材料的綜合導(dǎo)熱系數(shù)大于等于480W/mK，耐擊穿電壓大于等于500V。優(yōu)選的，所述基材為絕緣基材。
本發(fā)明還揭示了一種導(dǎo)熱材料的制備工藝，包括如下步驟(1)將基材裝夾于真空鍍膜室中，對(duì)真空鍍膜室抽氣，使之達(dá)到IXlO-5Pa以上真空度；(2)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在500 900sCCm之間的氫氣，使用離子束對(duì)引入的氫氣進(jìn)行離化并轟擊基材，離化時(shí)離子能量在l，900eV以上；(3)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Si鍍膜，鍍膜使用純度在99. 9999%以上單晶Si靶，所述陰極上施加電壓 600 800V、頻率40 60kHz的脈沖直流；(4)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在300 500sCCm之間的乙炔氣體，使用離子束對(duì)基材進(jìn)行DLC的鍍膜，鍍膜時(shí)由離子束離化的離子能量在1，200eV以上，陰極上施加5000V 以上，脈沖頻率60 80kHz的直流脈沖偏壓；(5)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Cu的鍍膜，鍍膜使用純度在95%以上的Cu靶，所述陰極上施加電壓300 500V的脈沖直流。其中，所述第2步驟中的轟擊時(shí)間為45分鐘，所述第3步驟中的鍍膜時(shí)間為50分鐘，所述第4步驟中的鍍膜時(shí)間為150分鐘，所述第5步驟中的鍍膜時(shí)間為30分鐘。本發(fā)明還提供了一種LED線路板，包括基材、設(shè)置在基材上的導(dǎo)熱涂層，以及設(shè)置在導(dǎo)熱涂層上的LED顆粒，所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜；通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜；由通過磁控濺射工藝設(shè)于所述 DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜加工得到的銅箔電路；所述LED顆粒連接到所述銅箔電路中。優(yōu)選的，所述基材為鋁基板。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在采用物理氣相沉積技術(shù)，綜合應(yīng)用磁控濺射技術(shù)和離子束技術(shù)，在絕緣材料基板上沉積DLC涂層，使導(dǎo)熱材料具有超高導(dǎo)熱性能并且具有良好的絕緣性能。該導(dǎo)熱材料用作LED光源模組的線路板散熱性能優(yōu)異，絕緣性好，且導(dǎo)熱材料的制備工藝也簡(jiǎn)單高效，具有很好的推廣價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的導(dǎo)熱材料的示意圖。圖2為本發(fā)明的使用了導(dǎo)熱材料的LED線路板的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明本發(fā)明綜合采用PVD技術(shù)中的磁控濺射技術(shù)和離子束技術(shù)，選擇不同的材料如 Si, H2, C2H2和Cu，改變?cè)诔练e工藝過程中壓力、偏壓等參數(shù)，制備基材上具導(dǎo)熱涂層的導(dǎo)熱材料。在此簡(jiǎn)單介紹磁控濺射技術(shù)和離子束技術(shù)的工作原理。磁控濺射技術(shù)是用高能粒子轟擊固體表面時(shí)能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。離子束技術(shù)是指在真空環(huán)境下被引入的氣體在離子束的電磁場(chǎng)共同作用下被離子化；被離子化的離子在離子束和基片之間的電場(chǎng)作用下被加速，并以高能粒子的形式轟擊或沉積在基片上；被引入的氣體根據(jù)工藝的需要，可能為Ar，H2或C2H2等， 從而完成離子刻蝕清洗和離子束沉積等工藝。但是對(duì)于不同能量的選擇和不同的制備工藝，所制備的產(chǎn)品就能得到不同的性能。本發(fā)明的導(dǎo)熱涂層具有多層鍍膜，各鍍膜之間有良好的結(jié)合能力。最終產(chǎn)品的導(dǎo)熱材料具有超高導(dǎo)熱性能并且具有良好的絕緣性能，綜合導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到480W/mK，耐擊穿電壓達(dá)到500伏特以上。該導(dǎo)熱材料可用作LED光源模組的線路板，或?qū)嵘崞骷?。制備所述?dǎo)熱材料所使用的基材可以為絕緣基材或者為絕緣非基材，如鋁基板。制備所述導(dǎo)熱涂層所使用的磁控濺射靶材包括2種實(shí)體材料單晶Si (純度 99. 9999%以上)和Cu(純度95%以上)。反應(yīng)濺射工藝中所使用的氣體包括氫氣(純度 99. 999%以上)、氬氣(純度99. 999%以上)和乙炔氣體(純度98%以上)。磁控濺射所采用的電源為直流電源。制備導(dǎo)熱材料的工藝過程大致如下首先，將基材在超聲波清洗機(jī)中清洗干凈，然后依次進(jìn)行一下步驟(1)將基材裝夾于真空鍍膜室中，對(duì)真空鍍膜室抽氣，使之達(dá)到1 X10_5Pa以上真空度；(2)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在500 900sCCm之間的氫氣，使用離子束對(duì)引入的氫氣進(jìn)行離化并轟擊基材，離化時(shí)離子能量在l，900eV以上；該步驟中轟擊時(shí)間為40至50分鐘，優(yōu)選為45分鐘；(3)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Si鍍膜，鍍膜使用純度在99. 9999%以上單晶Si靶，所述陰極上施加電壓 600 800V、頻率40 60kHz的脈沖直流；該步驟中鍍膜時(shí)間為40至60分鐘，優(yōu)選為50分鐘，所鍍Si層厚度1微米左右， 優(yōu)選為1 士 0.1微米；(4)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在300 500sCCm之間的乙炔氣體，使用離子束對(duì)基材進(jìn)行DLC的鍍膜，鍍膜時(shí)由離子束離化的離子能量在1，200eV以上，陰極上施加5000V 以上，脈沖頻率60 80kHz的直流脈沖偏壓；該步驟中鍍膜時(shí)間為120至180分鐘，優(yōu)選為150分鐘，所鍍DLC層厚度2微米左右，優(yōu)選為2士0.2微米；(5)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Cu的鍍膜，鍍膜使用純度在95%以上的Cu靶，所述陰極上施加電壓300 500V的脈沖直流。該步驟中鍍膜時(shí)間20至40分鐘，優(yōu)選為30分鐘，所鍍Cu層厚度5微米左右，優(yōu)選為5士0.5微米。如圖1，使用上述工藝，制造出的導(dǎo)熱材料包括基材1及設(shè)置在基材1上的導(dǎo)熱涂層，所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜2 ；通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜3 ；通過磁控濺射工藝設(shè)于所述DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜4。使用該導(dǎo)熱材料，可以制造多種需要優(yōu)良散熱部件，尤其是同時(shí)對(duì)絕緣有要求的部件。
通過選用絕緣基材作為導(dǎo)熱材料的基材，最終的導(dǎo)熱材料能夠獲得尤其優(yōu)異的絕緣性能。以下通過具體實(shí)施例描述本發(fā)明的導(dǎo)熱材料在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。圖2為使用了本發(fā)明的導(dǎo)熱材料的LED線路板，其包括導(dǎo)熱材料和安裝在導(dǎo)熱材料上的LED顆粒5，導(dǎo)熱材料的Cu層鍍膜經(jīng)進(jìn)一步加工處理形成銅箔電路41，LED顆粒5安裝在銅箔電路41。在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱材料的基材1為金屬材質(zhì)，優(yōu)選的為鋁基板；如前所述的，基板1上方為Si層鍍膜2 ；Si層鍍膜上方為DLC層鍍膜3 ；DLC層鍍膜上為經(jīng)Cu層鍍膜4進(jìn)一步加工形成的銅箔電路41。LED發(fā)光顆粒5布置在銅箔電路41上方，LED發(fā)光顆粒5的正極和負(fù)極接入銅箔電路中，以被控制和供電而發(fā)光。圖2中的箭頭的指向?yàn)闊崃康纳l(fā)方向，如圖2，LED發(fā)光顆粒產(chǎn)生的熱量大部分通過導(dǎo)熱材料向外散發(fā)。本具體實(shí)施例的LED線路板具有優(yōu)異的導(dǎo)熱效果，如下表一，本發(fā)明的帶導(dǎo)熱材料的鋁基板的綜合導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到480W/mK，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通鋁基板的l_3W/mK和陶瓷基板的約 110W/mK。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱材料，其特征在于包括基材及設(shè)置在基材上的導(dǎo)熱涂層，所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜；通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜；通過磁控濺射工藝設(shè)于所述DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料，其特征在于所述Si層鍍膜的厚度為1士0. 1微米，所述產(chǎn)生Si層鍍膜的磁控濺射工藝中使用的為純度99. 9999%以上的單晶Si靶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料，其特征在于所述DLC層鍍膜的厚度為2士0.2微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料，其特征在于所述Cu層鍍膜的厚度為5士0.5微米，所述產(chǎn)生Cu層鍍膜的磁控濺射工藝中使用的為純度在95%以上的Cu靶。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱材料，其特征在于其綜合導(dǎo)熱系數(shù)大于等于480W/mK， 耐擊穿電壓大于等于500V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料，其特征在于所述基材為絕緣基材。
7.—種如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱材料的制備工藝，其特征在于依次包括如下步驟，(1)將基材裝夾于真空鍍膜室中，對(duì)真空鍍膜室抽氣，使之達(dá)到lX10_5Pa以上真空度；(2)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在500 900sCCm之間的氫氣，使用離子束對(duì)引入的氫氣進(jìn)行離化并轟擊基材，離化時(shí)離子能量在1，900eV以上；(3)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Si鍍膜，鍍膜使用純度在99. 9999%以上單晶Si靶，所述陰極上施加電壓 600 800V、頻率40 60kHz的脈沖直流；(4)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在300 500sCCm之間的乙炔氣體，使用離子束對(duì)基材進(jìn)行DLC的鍍膜，鍍膜時(shí)由離子束離化的離子能量在1，200eV以上，陰極上施加5000V以上、脈沖頻率60 80kHz的直流脈沖偏壓；(5)向鍍膜真空室內(nèi)通入氣流量在50 70sCCm之間的氬氣，使用非平衡磁控濺射陰極對(duì)基材進(jìn)行Cu的鍍膜，鍍膜使用純度在95%以上的Cu靶，所述陰極上施加電壓300 500V的脈沖直流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導(dǎo)熱涂層的制備工藝，其特征在于所述第2步驟中的轟擊時(shí)間為45分鐘，所述第3步驟中的鍍膜時(shí)間為50分鐘，所述第4步驟中的鍍膜時(shí)間為150 分鐘，所述第5步驟中的鍍膜時(shí)間為30分鐘。
9.一種LED線路板，包括，基材、設(shè)置在基材上的導(dǎo)熱涂層，以及設(shè)置在導(dǎo)熱涂層上的 LED顆粒，其特征在于所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜； 通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜；由通過磁控濺射工藝設(shè)于所述DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜加工得到的銅箔電路；所述LED顆粒連接到所述銅箔電路中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED線路板，其特征在于所述基材為鋁基板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱材料及其制備工藝，以及使用該導(dǎo)熱材料的LED線路板，導(dǎo)熱材料包括基材及設(shè)置在基材上的導(dǎo)熱涂層，所述導(dǎo)熱涂層包括通過磁控濺射工藝設(shè)于所述基材上的Si層鍍膜；通過離子束技術(shù)設(shè)于所述Si層鍍膜上的DLC層鍍膜；通過磁控濺射工藝設(shè)于所述DLC層鍍膜上的Cu層鍍膜。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在在絕緣材料基板上沉積DLC涂層，使導(dǎo)熱材料具有超高導(dǎo)熱性能并且具有良好的絕緣性能，且導(dǎo)熱材料的制備工藝也簡(jiǎn)單高效，具有很好的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)B32B15/20GK102179970SQ201110051609
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者錢濤 申請(qǐng)人:蘇州熱馳光電科技有限公司