一種大功率led封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多孔散熱陶瓷領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的發(fā)光器件，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)潛力，且大功率LED被業(yè)界認(rèn)為是照明光源市場(chǎng)的主要方向I。當(dāng)前水平下，大功率LED只能將10%?20%的輸入功率轉(zhuǎn)化為光能，其余80%?90%均轉(zhuǎn)化為熱能。為保證其正常工作，需通過有效的散熱設(shè)計(jì)保證LED的工作溫度在允許范圍內(nèi)。因此大功率LED芯片散熱問題成了當(dāng)前LED技術(shù)在照明工程中應(yīng)用的障礙。
[0003]有學(xué)者使用粉末冶金法制備金屬/陶瓷復(fù)合散熱片。然而由于金屬和陶瓷熔點(diǎn)相差較大，因此不易共燒。若將具有小孔徑、直通孔的多孔陶瓷與金屬?gòu)?fù)合，不但能避免兩相共燒，還能減小金屬和陶瓷復(fù)合時(shí)由于兩相熱膨脹系數(shù)不匹配造成在使用有學(xué)者使用粉末冶金法制備金屬/陶瓷復(fù)合散熱片。然而由于金屬和陶瓷熔點(diǎn)相差較大，因此不易共燒。若將具有小孔徑、直通孔的多孔陶瓷與金屬?gòu)?fù)合，不但能避免兩相共燒，還能減小金屬和陶瓷復(fù)合時(shí)由于兩相熱膨脹系數(shù)不匹配造成在使用過程中的開裂失效問題。而制備這種片狀多孔陶瓷是該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0004]流延成型是目前制備大面積、薄平面陶瓷材料最有效的方法之一。以水作為溶劑代替有機(jī)溶劑的流延技術(shù)由于其低毒性、低污染的特點(diǎn)已經(jīng)成為目前研究的重點(diǎn)。同時(shí)冷凍干燥法在制備孔徑尺寸可控、高通孔率的多孔陶瓷方面也具有很大優(yōu)勢(shì)?！抖鄬拥蜏亓餮臃ㄖ苽淦瑺钛趸X多孔陶瓷》一文介紹了制備氧化鋁多孔陶瓷的方法，制作的陶瓷熱疲勞性能好。但是該方法不能將氧化鋁分散均勻，易團(tuán)聚，陶瓷結(jié)構(gòu)不均勻，而且如果將該陶瓷片應(yīng)用于LED散熱片，還需要提高陶瓷的韌性、導(dǎo)熱性、防開裂性、耐熱性等問題。該陶瓷片與金屬的相容性比較差，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷，該片狀氧化鋁多孔陶瓷具有更好的散熱性能，更適合應(yīng)用于大功率LED封裝中。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成:α -Α1203 (粒徑為2-8 μm) 34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素2-2.3、丙二醇1.6-1.8、莫來石晶須3-4、GaN2-3、酒石酸鐘納0.4-0.6、In2033-4、納米氣氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結(jié)劑0.9-1.1。
[0007]所述的大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于:
(I)將a -Al2O3、莫來石晶須、GaN、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5-5.5h，加入酒石酸鉀鈉、In2O3,混合均勻，再加入PVA粘結(jié)劑，混合均勻，再加入納米氫氧化鋁，球磨0.5-lh，靜置40-60min，得到漿料；
(2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續(xù)球磨20-22h，再加入其它剩余成分，繼續(xù)球磨2-2.5h，再進(jìn)行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷楽料；
(3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預(yù)凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結(jié)晶后，重復(fù)操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片；
(4)將多層流延片冷凍干燥23-24h后，在1600-1650°C下燒結(jié)，保溫2_2.5h，再隨爐冷至室溫，即得。
[0008]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的片狀氧化鋁多孔陶瓷層間孔道是連通，并且過渡良好，熱疲勞性能好；通過使用納米氫氧化鋁，改善了氧化鋁顆粒容易團(tuán)聚的現(xiàn)象；通過使用納米銅，提高了陶瓷與金屬的相容性，減小了金屬和陶瓷復(fù)合時(shí)由于兩相熱膨脹系數(shù)不匹配造成在使用過程中的開裂失效問題；通過使用莫來石晶須、GaN, In2O3，使得陶瓷具有更好的散熱性能，更適合應(yīng)用于大功率LED封裝中。
【具體實(shí)施方式】
[0009]—種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成:a -Al2O3 (粒徑為2-8 μ m) 35、去離子水103，聚丙烯酸鈉0.3、甲基纖維素2.2、丙三醇1.7、莫來石晶須3.5、GaN2.5、酒石酸鉀鈉0.5、In2033.5、納米氫氧化鋁4.5、納米銅1.3、PVA粘結(jié)劑I。
[0010]所述的大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于:
(1)將a-Al2O3、莫來石晶須、GaN、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5.5h，加入酒石酸鉀鈉、In2O3,混合均勻，再加入PVA粘結(jié)劑，混合均勻，再加入納米氫氧化鋁，球磨0.8h，靜置50min，得到漿料；
(2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續(xù)球磨21h，再加入其它剩余成分，繼續(xù)球磨2.5h，再進(jìn)行真空除泡6min，得到Al2O3陶瓷楽料；
(3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預(yù)凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結(jié)晶后，重復(fù)操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片；
(4)將多層流延片冷凍干燥23h后，在1650°C下燒結(jié)，保溫2.5h，再隨爐冷至室溫，即得。
[0011]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):將樣品在300次緩冷(25 °C)、200次急冷(25 °C )和195次急冷(-20 V)后，樣品裂紋出現(xiàn)的循環(huán)次數(shù)為701次，看出該樣品的熱疲勞性能很好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成:a -Al2O3 (粒徑為2-8 μ m) 34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素2-2.3、丙二醇1.6-1.8、莫來石晶須3-4、GaN2-3、酒石酸鐘納0.4-0.6、In2033-4、納米氣氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結(jié)劑0.9-1.1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產(chǎn)方法，其特征在于: (1)將a-Al2O3、莫來石晶須、GaN、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5-5.5h，加入酒石酸鉀鈉、In2O3,混合均勻，再加入PVA粘結(jié)劑，混合均勻，再加入納米氫氧化鋁，球磨0.5-lh，靜置40-60min，得到漿料； (2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續(xù)球磨20-22h，再加入其它剩余成分，繼續(xù)球磨2-2.5h，再進(jìn)行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷楽料； (3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預(yù)凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結(jié)晶后，重復(fù)操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片； (4)將多層流延片冷凍干燥23-24h后，在1600-1650°C下燒結(jié)，保溫2_2.5h，再隨爐冷至室溫，即得。
【專利摘要】一種大功率LED封裝用片狀氧化鋁多孔陶瓷，由下列重量份的原料制成：α-Al2O3(粒徑為2-8μm)34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素2-2.3、丙三醇1.6-1.8、莫來石晶須3-4、GaN2-3、酒石酸鉀鈉0.4-0.6、In2O33-4、納米氫氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結(jié)劑0.9-1.1。本發(fā)明的片狀氧化鋁多孔陶瓷通過使用納米氫氧化鋁，改善了氧化鋁顆粒容易團(tuán)聚的現(xiàn)象；通過使用莫來石晶須、GaN、In2O3，使得陶瓷具有更好的散熱性能，更適合應(yīng)用于大功率LED封裝中。
【IPC分類】C04B35/81, C04B38/00, C04B35/117
【公開號(hào)】CN105036717
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510440280
【發(fā)明人】董照海
【申請(qǐng)人】合肥凱士新材料貿(mào)易有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日