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一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板的制作方法

文檔序號(hào):11929169閱讀:680來源:國知局

本發(fā)明涉及氮化鋁陶瓷技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板。



背景技術(shù):

大功率LED芯片產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)有效的散失,將嚴(yán)重影響LED的發(fā)射光譜、發(fā)光強(qiáng)度、封裝材料性能、芯片的壽命等,因此,大功率LED的散熱問題一直是固態(tài)照明行業(yè)的一大技術(shù)瓶頸,在傳統(tǒng)封裝工藝生產(chǎn)的LED中,基板散熱因其直接有效的散熱優(yōu)勢(shì)成為國內(nèi)外重點(diǎn)研究的對(duì)象。目前研究應(yīng)用較多的為鋁基散熱基板,然而,隨著LED散熱需求的提升,鋁基板的缺陷也逐步表現(xiàn)出來,其內(nèi)部的絕緣層導(dǎo)致整體散熱性差,容易結(jié)溫,從而降低燈具的使用壽命。相比于鋁基板散熱套件,陶瓷散熱基板具有高絕緣性、高熱輻射、高導(dǎo)熱、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)成為備受矚目的一種替代材料,其中氮化鋁陶瓷是綜合性能較為理想的封裝材料,然而,在實(shí)際應(yīng)用中氮化鋁陶瓷存在燒結(jié)溫度高,導(dǎo)熱性能較差等缺陷,制約著產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

《Y2O3和納米AlN協(xié)同作用對(duì)氮化鋁陶瓷燒結(jié)性能及熱傳導(dǎo)的影響》一文介紹了以Y2O3作為燒結(jié)助劑與納米氮化鋁協(xié)同作用在低燒結(jié)溫度下制成了較高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化鋁陶瓷,這種方法雖然一定程度的提高了氮化鋁陶瓷的致密度,但是其導(dǎo)熱系數(shù)仍有待提高,且納米粉體的添加量必須受到嚴(yán)格的控制,需要在較高的燒結(jié)溫度下才能改善氮化鋁陶瓷的性能。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷,提供一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板,該陶瓷基板由以下重量份的原料制成:氮化鋁40-50、納米氮化鋁12-18、氮化硼納米管0.5-1、氟化鈉0.1-0.2、氧化鎳0.4-0.5、氧化釔2-4、聚乙烯醇1-2、離子液體10-15、異丙醇鋁0.1-0.2、正硅酸乙酯0.4-0.5、去離子水20-25,適量的稀硝酸溶液。

所述的氮化鋁的氧含量為0.5-1.5wt.%,D50粒徑為0.5-2μm。

所述的氧化鎳純度大于99.99%,D50粒徑為0.1-0.5μm。

所述的氧化釔純度大于99.99%,D50粒徑為0.1-0.5μm。

所述的離子液體為水溶性離子液體。

所述的一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板的制備方法分為以下幾個(gè)步驟:

(1)先將異丙醇鋁與8-10重量份的去離子水混合,置于90℃水浴條件下,磁力攪拌混合,待混合液的pH值不再變化為止,隨后加入稀硝酸溶液,調(diào)節(jié)體系pH值為4.0-5.0,隨后水浴升溫至100℃,繼續(xù)回流1-1.5h得到穩(wěn)定的鋁溶膠備用。

(2)將正硅酸乙酯與余量的去離子水混合,在50-60℃的水浴中超聲反應(yīng)20-30min,隨后滴加稀硝酸溶液,調(diào)節(jié)溶液pH值為4.0-5.0,反應(yīng)40-50min后得硅溶膠備用。

(3)將步驟(1)制備的鋁溶膠加熱至80-85℃,緩慢加入步驟(2)制備的硅溶膠,邊加邊攪拌,隨后再加入聚乙烯醇,繼續(xù)攪拌混合40-50min后備用。

(4)將納米氮化鋁、氮化硼納米管與離子液體混合球磨20-30min,隨后將其與氮化鋁、氧化鎳、氧化釔、氟化鈉混合,繼續(xù)球磨分散3-5h,最后再將其與步驟(3)制得的物料混合,再次球磨分散10-15h,球磨結(jié)束后所得漿料真空脫泡,控制粘度為5000-6000mPa.s,所得漿料進(jìn)行流延處理,控制厚度,得到胚體。

(5)將制得的胚體在承燒板上以1-2℃/min的升溫速率升溫至300-350℃,保溫排膠5-6h,隨后在1600-1750℃條件下真空保溫?zé)Y(jié)4-5h,出料后即得。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于,使用離子液體和去離子水混合作為溶劑介質(zhì),取代了傳統(tǒng)的流延成型工藝中的有毒有機(jī)溶劑,提高了各原料的分散性和結(jié)合性,此外本發(fā)明以鋁硅溶膠-聚乙烯醇混合溶膠作為分散劑和粘接劑,可使得各原料相互結(jié)合浸潤,達(dá)到高效的改性效果,其中的有效成分還能降低燒結(jié)氛的氧含量,提高陶瓷基體的導(dǎo)熱性,摻雜的氮化硼納米管可有效改善基體的力學(xué)性能,其在大功率LED芯片散熱方面表現(xiàn)優(yōu)異,且克服了傳統(tǒng)氮化鋁陶瓷脆性大的缺陷,應(yīng)用價(jià)值突出。

具體實(shí)施方式

一種摻雜氮化硼納米管的大功率LED散熱用氮化鋁陶瓷基板,該陶瓷基板由以下重量份的原料制成:氮化鋁40、納米氮化鋁12、氮化硼納米管0.5、氟化鈉0.1、氧化鎳0.4、氧化釔2、聚乙烯醇1、離子液體10、異丙醇鋁0.1、正硅酸乙酯0.4、去離子水20,適量的稀硝酸溶液。

其中氮化鋁的氧含量為0.5wt.%,D50粒徑為0.5μm。

其中氧化鎳純度大于99.99%,D50粒徑為0.1μm。

其中氧化釔純度大于99.99%,D50粒徑為0.1μm。

其中離子液體為水溶性離子液體。

該實(shí)施例陶瓷基板由以下幾個(gè)步驟制得:

(1)先將異丙醇鋁與8重量份的去離子水混合,置于90℃水浴條件下,磁力攪拌混合,待混合液的pH值不再變化為止,隨后加入稀硝酸溶液,調(diào)節(jié)體系pH值為4.0,隨后水浴升溫至100℃,繼續(xù)回流1h得到穩(wěn)定的鋁溶膠備用。

(2)將正硅酸乙酯與余量的去離子水混合,在50℃的水浴中超聲反應(yīng)20min,隨后滴加稀硝酸溶液,調(diào)節(jié)溶液pH值為4.0,反應(yīng)40min后得硅溶膠備用。

(3)將步驟(1)制備的鋁溶膠加熱至80℃,緩慢加入步驟(2)制備的硅溶膠,邊加邊攪拌,隨后再加入聚乙烯醇,繼續(xù)攪拌混合40min后備用。

(4)將納米氮化鋁、氮化硼納米管與離子液體混合球磨20min,隨后將其與氮化鋁、氧化鎳、氧化釔、氟化鈉混合,繼續(xù)球磨分散3h,最后再將其與步驟(3)制得的物料混合,再次球磨分散10h,球磨結(jié)束后所得漿料真空脫泡,控制粘度為5500mPa.s,所得漿料進(jìn)行流延處理,得到厚度為0.65mm的胚體。

(5)將制得的胚體在承燒板上以1℃/min的升溫速率升溫至300℃,保溫排膠5h,隨后在1680℃條件下真空保溫?zé)Y(jié)4h,出料后即得。

該陶瓷基板根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試得到的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下:

密度:3.28g.cm-3;導(dǎo)熱率:194.0W/(mk);表面粗糙度Rmax≤0.2μm;抗彎強(qiáng)度:425MPa;斷裂韌性:3.26±0.05MPa.m1/2。

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