專利名稱：一種鋁合金及應用有該鋁合金的led燈基板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，還涉及應用有鋁合金材料的LED燈基板。
背景技術：
由于發(fā)光二極管(LED)環(huán)保、節(jié)能、且使用壽命長、亮度足，因而已被廣泛地 應用在各領域中。但單個LED的燈具由于其亮度無法達到標準照明燈具的要求，因而 通常僅被用作指示燈。為此，人們想在印刷線路板上放置多個LED或安裝大功率的 LED來克服上述缺陷，但LED密集或采用大功率的LED后，在使用過程中會產(chǎn)生大量 的熱量，而當熱量無法得到有效及時地散發(fā)時，會導致結溫點(即LED與基板之間的 連接點)溫度偏高，將會明顯地降低發(fā)光效果，造成燈具的工作可靠性低、使用壽命 短的弊端。常規(guī)燈具(如白熾燈)所采用的輻射散熱方式根本無法滿足LED燈具的散 熱要求，故在設計LED燈時，均是通過設計熱傳導結構以熱傳導的方式將熱傳導到 LED封裝的基板上，再由該基板傳導至散熱裝置進行散熱?；迥壳坝胁捎娩X基板或 銅基板，二者各有優(yōu)缺點。但出于成本控制的考慮，散熱裝置(一般是鋁質(zhì)的燈殼) 通常為鋁基材質(zhì)。由于銅基板的導熱系數(shù)(380-400W/(m*K))高于鋁基板的導熱系 數(shù)，為了取得更好的散熱效果，因此目前普遍采用銅來制作基板。
釆用銅基板雖然具有散熱快的優(yōu)點，但其在與散熱裝置的配合上存在問題。如中 國專利公開號為CN101159300A的《銅基座大功率LED封裝》中披露的結構就存在著以 下缺陷(1)由于銅基板和鋁質(zhì)外殼之間的熱膨脹系數(shù)不同，兩者接觸面之間受內(nèi)應 力而易引起裂縫，該裂縫既形成了外部濕氣和污染物侵入的通道，又大大地降低了導 熱面積，同時還會導致銅基板、鋁質(zhì)外殼相對應的接觸面的氧化，進而降低導熱效 率。(2)由于銅基板與鋁質(zhì)燈殼之間通常是用導熱膠和螺絲進行固定，工人在操作 時，難免會出現(xiàn)螺絲擰緊程度不一致的現(xiàn)象，因而無意之中也會產(chǎn)生上述讓外部濕氣 和污染物侵入的通道。(3)基板完全采用銅質(zhì)材料，也將在一定程度上提高成本。
采用鋁基板，在與散熱裝置的配合安裝上有優(yōu)勢，但鋁及目前的鋁合金在導熱性 方面明顯不足，特別是對于大功率LED燈具而言，鋁及目前的鋁合金均難以滿足其散 熱要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種導熱性好、能適合用于制作LED燈基板的鋁合金。
本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種散熱效果 好且與散熱裝置的配合安裝好的LED燈基板。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為
本發(fā)明的鋁合金，它的重量百分組成為
0.5《Si《12、 0.1《Mn《1.5、 Fe《L2 、 Cu《4.5、 Mg《0.5、 0.005《RE《0.85、 不可避免的雜質(zhì)《0.5，及余量的A1;所述的RE優(yōu)選為選自La、 Ce、 Nd及Yb中的至少 一種。該組成的鋁合金具有較好的導熱性，同時還具有較好的機械性能和較好的成型 加工性能，相對于現(xiàn)有鋁合金而言，由于其合理的組成，更主要的是由于特定RE的加 入，其導熱性能能提高10%以上，同時還獲得了優(yōu)異的高溫抗氧化性能，特別是在優(yōu) 選Yb時，其導熱性能提高高達25%，而且，該組成的鋁合金的熱膨脹系數(shù)也有所改變 而有所趨向于Cu。
為降低生產(chǎn)工藝的難度、進一步提高鋁合金的機械性能及導熱性，所述Si在鋁合 金中的重量百分含量優(yōu)選為0.5《Si《7.5。
為使鋁合金具有合適的硬度以更利于成型加工，所述Cu在鋁合金中的重量百分含 量優(yōu)選為Cu〈2，所述Mg在鋁合金中的重量百分含量優(yōu)選為Mg《0.4。同時，Cu含量 的降低也有利于降低鋁合金的生產(chǎn)成本。為進一步提高鋁合金的成型加工性能，所述 Cu在鋁合金中的重量百分含量優(yōu)選為Cu《0.5 。
所述Mn在鋁合金中的重量百分含量為O.l《Mn《1.0，所述Fe在鋁合金中的重量百 分含量為Fe《0.6，以便獲得的鋁合金在各項性能上均衡。
本發(fā)明的鋁合金可以單獨用于制造LED燈基板，但更為合適的做法是采用如下結 構的銅、鋁合金復合基板，特別是對于大功率LED燈而言，如下結構的復合基板在導 熱性方面及與散熱裝置的@￡合安裝方面有著更好的表現(xiàn)。
本發(fā)明應用上述鋁合金的LED燈基板，其為一種銅、鋁合金復合基板，它具有一 層銅板和一層鋁合金板，且該銅板和鋁合金板通過高壓成型而貼合為一體。綜合導熱 性及生產(chǎn)成本，所述銅板的厚度優(yōu)選為0.1 1.2mm，而鋁合金板的厚度^1.5mm，并 且，最好是鋁合金板的厚度要明顯大于銅板的厚度，至于鋁合金板厚度的上限，在不 考慮用料多所帶來的成本增加因素時，只要其不影響燈具裝配和燈具的整體外觀即 可。所述銅板的未被所述鋁合金板遮蓋的部分的表面上最好還能電鍍有一層銀，以提 高基板的電氣性能。
與現(xiàn)有技術相比，由于本發(fā)明的鋁合金具有良好的導熱性和高溫抗氧化性能，同 時還具有足夠的機械性能，從而可適用于制造LED燈基板，既降低了生產(chǎn)成本，又仍 能獲得工作可靠性好和使用壽命長的LED燈，同時還能解決基板與散熱裝置(鋁制燈 殼)之間的配合安裝問題，特別是在散熱裝置也采用同樣的鋁合金制造的情況下。而本發(fā)明的LED燈基板，由于鋁合金板具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能及良好的導熱性，而 且，由于銅板和鋁合金板之間是通過高壓成型而成為一體，故使銅、鋁之間的結合已 至通過金屬鍵結合的程度，遠非通過螺釘將二者壓在一起可比，再加上銅板的厚度 薄，降低了銅、鋁合金二者熱膨脹系數(shù)不同的影響而整體上表現(xiàn)為鋁合金的熱膨脹系 數(shù)，從而徹底地解決了現(xiàn)有技術中制作基板和燈殼的兩種材料熱膨脹系數(shù)不均所帶來 的變形和氧化問題，良好的成型加工性能，則使得鋁合金板與銅板的高壓一體成型成 為可能。在工作狀態(tài)，可借助于本發(fā)明基板中的鋁合金板，使銅板上的熱量經(jīng)鋁合金 板完全過渡到鋁質(zhì)外殼上，且這種銅鋁過渡型的自然散熱結構，由于鋁合金板導熱性 的提升，而能將大功率LED工作時發(fā)出的熱量能迅速地轉移出去，可降低結溫點溫 度，大大地提高LED壽命，同時也避免了人工裝配所帶來的不均衡問題。再者，由于 稀土鋁合金基板，在保持基板同等厚度的情況下，可以減小銅板的厚度，從而可以降 整個基板的制作成本，以提高產(chǎn)品的市場競爭力。
圖1為本發(fā)明LED燈基板實施例的結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。 本發(fā)明實施例中鋁合金的具體組成見表l，其制備工藝為
先制備含20wt。/。稀土 (RE)的中間合金用工頻爐將純鋁于740'C下熔融，加入 RE，最終制成含RE20wtM的中間合金。然后，按常規(guī)鋁合金制備工藝(其中，硅含量 在7.5wf/。以上的鋁合金按高硅鋁合金制備工藝)，先于74(TC下熔融純鋁，惰性氣體氛 下，根據(jù)所需用量，加入各種合金元素和前述的中間合金，除氣除渣，靜置后將鋁水 軋制成板材，再經(jīng)淬火時效即可。當然，也可以直接在具有合適組成的鋁合金的基礎 上加入前述的中間合金而制備本發(fā)明的鋁合金，比如在3003鋁合金的基礎上添加含 20wt。/。稀土Yb的中間合金。
如圖1所示，本發(fā)明實施例LED燈基板，它具有一層銅板1和一層鋁合金板2，且該 銅板1和鋁合金板2通過高壓成型而貼合為一體，銅板1的厚度可以在0.1~1.2111111之間選 擇，本實施例銅板l的厚度為0.5mm，鋁合金板2的厚度應大于或等于1.5mm，并且鋁合 金板2的厚度應明顯大于銅板1的厚度，本實施例中鋁合金板2的厚度為2.5mm。另外， 本實施例中銅板1的未被鋁合金板2遮蓋的部分的表面上電鍍有一層銀3。表l本發(fā)明實施例中鋁合金的重量百分組成及性能表。
\名稱 序號\SiMnFeCuMgRE雜質(zhì)Al導熱系數(shù) W/(m . K)成型加 工性高溫抗氧 化性能
112,000.980.34—0.500.85(Yb)《0.5余量149良優(yōu)
210.201.50—0.120.450.66(Yb)《0.5余量149.8良優(yōu)
38.501.231.201.980.500.47(Yb)《0.5余量152良優(yōu)
47.501.020.601.560,400.34(Yb)《0.5余量155優(yōu)優(yōu)
5.800.770.451.060.330.22(Yb)《0.5余量159優(yōu)優(yōu)
64.200.110.180.840.360.13(Yb)《0.5余量153良優(yōu)
2.911.321.024.500.210.005(Yb)《0.5余量163良優(yōu)
81.880.490.842.800.15O.Ol(Yb)《0.5余量167優(yōu)優(yōu)
90.921.370.370,500.110.08(Yb)《0.5余量169優(yōu)優(yōu)
100.731.280.220.330.260.18(Yb)《0.5余量193良良
110.641.440.530.190.180.25(Yb)《0.5余量181良良
120.591.420.690.15—0,28(Yb)《0.5余量189良良
130.501.170.400.260.240.39(Yb)《0.5余量197良良
140.641.440.530.190.180.25(La)《0.5余量185.5良良
150.641.440.530.190.180.25(Ce)《0,5余量185.1良良
160.641.440.530.190.180.25(Nd)《0.5余量185.7良良
注表l中表示未添加該元素。
權利要求
1、一種鋁合金，其特征在于它的重量百分組成為0.5≤Si≤12、0.1≤Mn≤1.5、Fe≤1.2、Cu≤4.5、Mg≤0.5、0.005≤RE≤0.85、不可避免的雜質(zhì)≤0.5，及余量的Al；所述的RE為選自La、Ce、Nd及Yb中的至少一種。
2、 根據(jù)權利要求l所述的鋁合金，其特征在于所述Si在鋁合金中的重量百分含量 為0.5《Si《7.5。
3、 根據(jù)權利要求l所述的鋁合金，其特征在于所述Cu在鋁合金中的重量百分含量 為01<2，所述Mg在鋁合金中的重量百分含量為Mg《0.4。
4、 根據(jù)權利要求2所述的鋁合金，其特征在于所述Cu在鋁合金中的重量百分含量 為01<2，所述Mg在鋁合金中的重量百分含量為Mg《0.4。
5、 根據(jù)權利要求3所述的鋁合金，其特征在于所述Cu在鋁合金中的重量百分含量 為Cu《0.5。
6、 根據(jù)權利要求4所述的鋁合金，其特征在于所述Cu在鋁合金中的重量百分含量 為Cu《0.5。
7、 根據(jù)權利要求1至6中任一權利要求所述的鋁合金，其特征在于所述Mn在鋁合 金中的重量百分含量為0.1《Mn《1.0，所述Fe在鋁合金中的重量百分含量為Fe《0.6。
8、 一種應用如權利要求1所述鋁合金的LED燈基板，其特征在于它具有一層銅板 和一層鋁合金板，且該銅板和鋁合金板通過高壓成型而貼合為一體。
9、 根據(jù)權利要求8所述的LED燈基板，其特征在于所述銅板的厚度為0.1 1.2mm， 鋁合金板的厚度^1.5mm。
10、 根據(jù)權利要求8或9所述的LED燈基板，其特征在于所述銅板的未被所述鋁合 金板遮蓋的部分的表面上電鍍有一層銀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金及應用有該鋁合金的LED燈基板。鋁合金的重量百分組成為0.5≤Si≤12、0.1≤Mn≤1.5、Fe≤1.2、Cu≤4.5、Mg≤0.5、0.005≤RE≤0.85、不可避免的雜質(zhì)≤0.5，及余量的Al；所述的RE為選自La、Ce、Nd及Yb中的至少一種。LED燈基板具有一層銅板和一層鋁合金板，且該銅板和鋁合金板通過高壓成型而貼合為一體。本發(fā)明鋁合金具有良好的導熱性和高溫抗氧化性能，可適用于制造LED燈基板。本發(fā)明的LED燈復合基板徹底解決了現(xiàn)有技術中制作基板和燈殼的兩種材料熱膨脹系數(shù)不均所帶來的變形和氧化問題，有利于制作出價廉的大功率LED燈。
文檔編號H01L33/00GK101591747SQ20091009998
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權日2009年6月22日
發(fā)明者張建林 申請人:寧波銀風能源科技股份有限公司