一种陶瓷散热材料及其在散热基板中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于大功率LED灯散热技术领域，具体涉及一种陶瓷散热材料及其及其在散热基板中的应用。
【背景技术】
[0002]LED灯是一种可将电能转变为光能的半导体发光材料，LED灯具有功耗低、体积小、可靠性高、控制方便、寿命长和响应快等优点而广泛应用于仪器仪表、计算机、汽车、自动控制、户外大屏幕信息显示和全彩色电视显示系统等领域。由于LED在其工作过程中只有15%?25%的电能转换为光能，其余的电能几乎全部转换为热能，使LED地温度升高，从而影响LED的发光亮度、LED系统的可靠性和使用寿命，因此随着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。
[0003]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陶瓷基板是研究的热点。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有散热基板散热性差、绝缘性差的问题而提供一种陶瓷散热材料及其在散热基板中的应用。
[0005]为了实现本发明目的而采用的技术方案为:一种陶瓷散热材料，所述的陶瓷散热材料，按重量份数计，包括氮化娃粉40?55份、石英粉10?20份、三聚氰胺3?8份、轻甲基纤维素3?6份、聚乙烯醇8?12份和烧结助剂5?10份。
[0006]本发明所述的陶瓷散热材料由以下步骤制得:1)依次加入40?55份的氮化硅粉、石英粉10?20份、三聚氰胺3?8份、羟甲基纤维素3?6份、聚乙烯醇8?12份和烧结助剂5?10份进行湿法球磨，球磨2?4小时，进行真空搅拌除泡，制得陶瓷浆料；2)将步骤1)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中，自然放置完成凝胶过程；取出陶瓷坯片进行干燥处理，放入热压模具中置于热压炉中进行高温烧结压制，再降温冷却得到陶瓷散热材料。
[0007]本发明所述的烧结助剂，按重量份数计，包括硅粉60?70份、铝粉5?10份、凹凸棒土 10?20份和氧化钙10?20份。所述的烧结助剂由以下步骤制得:将硅粉60?70份、招粉5?10份、凹凸棒土 10?20份、氧化I丐10?20份分散于无水乙醇中形成混合楽料，干燥后即制得复合烧结助剂，其中，所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为lg:5mL。
[0008]优选地，本发明所述的氮化硅粉的平均粒度为1?3 μ m，密度为2?3g/cm3。
[0009]在陶瓷散热材料的制备过程中，步骤2)中陶瓷坯片采用至少2层层叠后进行高温作么士
[0010]更优选地，高温烧结的具体条件为:在温度为1300?1500°C下保温0.5?2小时，继续提高温度至1600°C?1750°C下保温0.5?2小时。
[0011]步骤2)中对陶瓷坯片进行干燥处理，干燥温度为60?90°C，干燥时间2?4小时。
[0012]本发明所述陶瓷材料应用在大功率LED灯中，用作LED灯散热基板，该散热基板边长为150?350mm，厚度为0.2?10mm。
[0013]本发明的有益效果如下:
[0014](1)本发明的陶瓷散热复合材料导热系数大，耐热性能优，抗弯强度高，不存在弯曲、翘曲等现象。
[0015](2)本发明通过采用合适的烧结方法和选取合适的烧结助剂，实现陶瓷烧结体的致密化，大大提高了陶瓷材料的热导率。
[0016](3)本发明配方中的三聚氰胺在高温下可以生产氮化铝和氮化碳，增加了陶瓷材料的硬度和表面光泽度。
[0017](4)本发明的陶瓷散热复合材料可根据产品的形状、厚度等情况进行不同成型需求，可制备厚度0.2?10mm的不同陶瓷基板。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0019]本发明一种陶瓷散热材料，按重量份数计，包括氮化硅粉40?55份、石英粉10?20份、三聚氰胺3?8份、羟甲基纤维素3?6份、聚乙烯醇8?12份和烧结助剂5?10份。
[0020]本发明所述的烧结助剂，按重量份数计，包括硅粉60?70份、铝粉5?10份、凹凸棒土 10?20份和氧化I丐10?20份。
[0021]实施例1
[0022]1)将硅粉60千克、铝粉8千克、凹凸棒土 10千克、氧化钙20千克分散于300千克无水乙醇中形成混合浆料，干燥制得复合烧结助剂，备用；
[0023]2)往球磨机中依次加入平均粒度1 μπκ密度3g/cm3的氮化硅粉40千克、石英粉10千克、三聚氰胺4千克、羟甲基纤维素6千克、聚乙烯醇10千克和步骤(1)制得的复合烧结助剂10千克进行湿法球磨，球磨2小时，进行真空搅拌除泡，制得陶瓷浆料，备用；
[0024]3)将步骤⑵制得的陶瓷浆料由模具底部压入300mmX300mmX2.9mm内腔模具中，自然放置完成凝胶过程；取出陶瓷坯片在温度60°C条件下干燥2小时，然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠2层放置承烧板上，放入热压模具中置于热压炉中在1500°C下烧结
0.5小时，继续提高温度至1750°C下保温0.5小时，降温冷却得到陶瓷板。
[0025]将冷却得到的长宽约240 X 240mm X 2.9mm的陶瓷板进行激光切割成尺寸220 X 220mmX 2.9mm 的陶瓷基板。
[0026]实施例2
[0027]1)将硅粉70千克、铝粉5千克、凹凸棒土 20千克、氧化钙15千克分散于350千克无水乙醇中形成混合浆料，干燥制得复合烧结助剂，备用；
[0028]2)往球磨机中依次加入平均粒度3 μπκ密度3g/cm3的氮化硅粉55千克、石英粉20千克、三聚氰胺8千克、羟甲基纤维素5千克、聚乙烯醇12千克和步骤(1)制得的复合烧结助剂8千克进行湿法球磨，球磨4小时，进行真空搅拌除泡，制得陶瓷浆料，备用；
[0029]3)将步骤⑵制得的陶瓷浆料由模具底部压入450mmX450mmX 10.8mm内腔模具中，自然放置完成凝胶过程；取出陶瓷坯片在温度80°C条件下干燥3小时，然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠4层放置承烧板上，放入热压模具中置于热压炉中在1300°C下烧结2小时，继续提高温度至1600°C下保温2小时，降温冷却得到陶瓷板。
[0030]将冷却得到的长宽约380 X 380mm X 10.8mm的陶瓷板进行激光切割成尺寸360 X 360mmX 10.8mm 的陶瓷基板。
[0031]实施例3
[0032]1)将硅粉65千克、铝粉10千克、凹凸棒土 15千克、氧化钙10千克分散于325千克无水乙醇中形成混合浆料，干燥制得复合烧结助剂，备用；
[0033]2)往球磨机中依次加入平均粒度3 μπκ密度3g/cm3的氮化硅粉50千克、石英粉15千克、三聚氰胺3千克、羟甲基纤维素3千克、聚乙烯醇8千克和步骤⑴制得的复合烧结助剂12千克进行湿法球磨，球磨3小时，进行真空搅拌除泡，制得陶瓷浆料，备用；
[0034]3)将步骤⑵制得的陶瓷浆料由模具底部压入180mmX 180mmX 1.8mm内腔模具中，自然放置完成凝胶过程；取出陶瓷坯片在温度90°C条件下干燥2小时，然后将陶瓷坯体单片铺撒氧化铝粉叠3层放置承烧板上，放入热压模具中置于热压炉中在1500°C下烧结1小时，继续提高温度至1700°C下保温1.5小时，降温冷却得到陶瓷板。
[0035]将冷却得到的长宽约160 X 160mmX 1.8mm的陶瓷板进行激光切割成尺寸150X150mmXl.8mm 的陶瓷基板。
【主权项】
1.一种陶瓷散热材料，其特征在于:所述的陶瓷散热材料，按重量份数计，包括氮化硅粉40?55份、石英粉10?20份、三聚氰胺3?8份、羟甲基纤维素3?6份、聚乙烯醇8?12份和烧结助剂5?10份。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷散热材料，其特征在于:所述的烧结助剂，按重量份数计，包括硅粉60?70份、铝粉5?10份、凹凸棒土 10?20份和氧化钙10?20份。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷散热材料，其特征在于:所述的氮化硅粉的平均粒度为1?3 μ m，密度为2?3g/cm3。4.根据权利要求2所述的一种陶瓷散热材料，其特征在于:所述的烧结助剂由以下步骤制得:将硅粉60?70份、铝粉5?10份、凹凸棒土 10?20份、氧化钙10?20份分散于无水乙醇中形成混合浆料，干燥后即制得复合烧结助剂，其中，所述硅粉与无水乙醇的质量体积比为lg:5mL。5.根据权利要求2所述的一种陶瓷散热材料，其特征在于:所述的陶瓷散热材料由以下步骤制得:1)依次加入40?55份的氮化硅粉、石英粉10?20份、三聚氰胺3?8份、羟甲基纤维素3?6份、聚乙烯醇8?12份和烧结助剂5?10份进行湿法球磨，球磨2?4小时，进行真空搅拌除泡，制得陶瓷浆料；2)将步骤1)制得的陶瓷浆料由模具底部压入模具中，自然放置完成凝胶过程；取出陶瓷坯片进行干燥处理，放入热压模具中置于热压炉中进行高温烧结压制，再降温冷却得到陶瓷散热材料。6.根据权利要求5所述的一种陶瓷散热材料，其特征在于:步骤2)中陶瓷坯片采用至少2层层叠后进行高温烧结。7.根据权利要求6所述的一种陶瓷散热复合材料的制备方法，其特征在于:高温烧结的具体条件为:在温度为1300?1500°C下保温0.5?2小时，继续提高温度至1600°C?1750°C下保温0.5?2小时。8.根据权利要求5所述的一种陶瓷散热复合材料的制备方法，其特征在于:步骤2)中对陶瓷坯片进行干燥处理，干燥温度为60?90°C，干燥时间2?4小时。9.一种如权利要求1所述陶瓷材料在散热基板的应用，其特征在于:用作LED散热基板，该散热基板边长为150?350mm，厚度为0.2?10mm。
【专利摘要】本发明属于大功率LED灯散热技术领域，具体涉及一种陶瓷散热材料及其在散热基板中的应用。本发明所述的陶瓷散热材料，按重量份数计，包括氮化硅粉40～55份、石英粉10～20份、三聚氰胺3～8份、羟甲基纤维素3～6份、聚乙烯醇8～12份和烧结助剂5～10份。本发明的有益效果如下：1)本发明的陶瓷散热复合材料导热系数大，耐热性能优，抗弯强度高，不存在弯曲、翘曲等现象。2)本发明的陶瓷散热复合材料可根据产品的形状、厚度等情况进行不同成型需求，可制备厚度0.2～10mm的不同陶瓷基板。
【IPC分类】C04B35/645, H01L33/64, C04B35/634, C04B35/584
【公开号】CN105384445
【申请号】CN201510737039
【发明人】左士祥, 杨阳, 王永飞, 张宇
【申请人】苏州知瑞光电材料科技有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月4日