专利名称：一种大功率led用铜电极氧化铝陶瓷基板的制作方法
技术领域：
本发明属于陶瓷散热材料技术领域，具体来说，本发明涉及一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板及其制备方法。
背景技术：
LED产品具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、具有环保效益等优点， 是近年来最受瞩目的产业之一。通常大功率LED产品输入功率约为15%能转换成光，剩下 85%的电能均转换为热能，过高的LED p-n结结面温度会导致LED发光效率衰减。因此LED 发光时所产生的热量若无法及时散出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、 发光效率、稳定性，对LED的寿命造成致命性的影响。实验表明，当LED的p-n结结面温度由25°C上升至100°C时，其发光效率将会衰退20%到75%不等，其中黄色光的衰退将达到 75%。因此，散热问题是LED产业面临的重要课题，要提升LED的发光效率，必须要解决散热问题。LED芯片基板主要是作为LED芯片与系统电路板的间热能导出的媒介，传统的以铝基板居多，但散热效果不理想。目前市面上LED芯片基板主要以陶瓷基板为主，包括矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板，其中矽及碳化矽基板材料的半导体特性， 使其现阶段还不可用，而阳极化铝基板则因其阳极化氧化层强度不足而容易因碎裂导致导通；现阶段较成熟且普通接受度较高的为以氮化铝作为散热基板；然而，目前受限于氮化铝基板不适用传统厚膜制程(材料在银胶印刷后须经850°C大气热处理，使其出现材料信赖性问题)，因此，氮化铝基板也还存在许多问题。本发明意图提供一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板及其制备方法，来解决大功率LED散热与稳定性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板及其制备方法。通过以下技术方案实现一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于由氧化铝层(1)、第一铜电极O)、第二铜电极(3)和铜铝氧化物改性层⑷组成；氧化铝层⑴上为铜铝氧化物改性层G)，铜铝氧化物改性层(4)上为第一铜电极( 和第二铜电极(3)；第一铜电极O) 和第二铜电极⑶之间分隔距离范围为0. 1 1mm。所述一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于包括以下制备步骤①称取试剂(三水铝石(Al2O3 ·3Η20)占60%的铝矾土和氢氧化钠(纯度 99. 99% ))，将这些组分充分混勻，静置1 4小时，并过滤；②将上述过滤后的混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1000 1400°C，煅烧时间为3 8小时；③将上述烧结物粉碎，研磨过筛，细度为200 400目；④用50 100°C去离子水洗涤过滤，100 150°C温度下烘干，即得到α相Al2O3 ；
⑤将上述所得的α相Al2O3与助熔剂、粘结剂、分散剂混合置于高温炉中煅烧，煅烧气氛为氢气，煅烧温度为1500 1600°C;煅烧时间为1 3小时；然后在常温中冷却；再经过过模成型，制备出氧化铝陶瓷基板。⑥在上述氧化铝陶瓷基板上采用真空镀膜方式溅镀铜金属复合层，自下而上形成氧化铝陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层；⑦对上述基板上的铜层采用黄光微影刻蚀，蚀刻出LED芯片用第一铜电极和第二铜电极；并通过电镀沉积方式增加电极的厚度，得到铜电极氧化铝陶瓷基板。所述一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤①中混勻的过程中可以加入适量的无水乙醇，以使其充分混合均勻。所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤②中烧结温度升高的速率为50 100°C /小时。所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤⑤的混合原料中添加重量为原料总重量的2 5%的助熔剂、粘结剂、分散剂，所述的助熔剂为NH4Cl, BaF, SrF2中的一种或一种以上，所述的粘结剂为聚乙烯醇聚丁醛树脂，所述的分散剂为鱼油，邻苯二甲酸二丁脂中的一种或一种以上。所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤⑥中的陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层的厚度范围分别为1 3mm，0. 01 0. Imm和0. 1 1mm。所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板制备方法，其特征在于步骤⑦ 中经过黄光刻蚀的到的铜电极的宽度范围为50微米 1000微米。本发明的有益效果是氧化铝陶瓷基板导热系数高，热稳定性好，制备工艺简单， 同时采用真空镀膜法将铜溅镀到氧化铝陶瓷基板，在高温过程中能使铜金属氧化、扩散与 Al2O3材质产生共晶熔体，形成铜铝氧化物改性层，使铜与陶瓷基板牢固粘合，形成陶瓷复合金属基板，最后可依据所需的LED线路设计，以蚀刻方式灵活制备铜导电线路和电极。
图1为一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板示意图；图2为一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板俯视具体实施例方式现结合本发明的实施实例作进一步说明实施实例1 如图1和图2所示，一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于由氧化铝层(1)、第一铜电极O)、第二铜电极C3)和铜铝氧化物改性层(4)组成； 氧化铝层(1)上沉积铜铝氧化物改性层G)，铜铝氧化物改性层(4)上为第一铜电极(2)和第二铜电极⑶；第一铜电极⑵和第二铜电极⑶之间分隔距离范围为1mm。一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，包括以下制备步骤①称取试剂(三水铝石(Al2O3 ·3Η20)占60%的铝矾土和氢氧化钠(纯度 99. 99% ))，将这些组分充分混勻，静置4小时，并过滤；②将上述过滤后的混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1000°C，烧结温度升高的速率为50°C /小时，煅烧时间为4小时；
③将上述烧结物粉碎，研磨过筛，细度为400目；④用100°C去离子水洗涤过滤，150°C温度下烘干，即得到α相Al2O3 ；⑤将上述所得的α相Al2O3与混合原料中添加重量为原料总重量的2 5 % NH4C1、聚乙烯醇聚丁醛树脂、邻苯二甲酸二丁脂，混合置于高温炉中煅烧，煅烧气氛为氢气，煅烧温度为1500°c;煅烧时间为3小时；然后在常温中冷却；再经过过模成型，制备出氧化铝陶瓷基板。⑥在上述氧化铝陶瓷基板上采用真空镀膜方式溅镀铜金属复合层，自下而上形成厚度分别为3mm，0. Imm和0. 8mm氧化铝陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层；⑦对上述基板上的铜层采用黄光微影刻蚀，蚀刻出LED晶片用第一铜电极和第二铜电极；铜电极的宽度为200微米，通过电镀沉积方式增加电极的厚度，得到铜电极氧化铝陶瓷基板。经过测试得到该铜电极氧化铝陶瓷基板的导热率为27W/m K。
权利要求
1.一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于由氧化铝层(1)、第一铜电极O)、第二铜电极(3)和铜铝氧化物改性层⑷组成；氧化铝层⑴上为铜铝氧化物改性层G)，铜铝氧化物改性层(4)上为第一铜电极( 和第二铜电极(3)；第一铜电极(2)和第二铜电极⑶之间分隔距离范围为0. 1 1mm。
2.根据权利要求1所述一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于包括以下制备步骤①称取试剂(三水铝石(Al2O3·3Η20)占60%的铝矾土和氢氧化钠(纯度99. 99% )), 将这些组分充分混勻，静置1 4小时，并过滤；②将上述过滤后的混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1000 1400°C，煅烧时间为 3 8小时；③将上述烧结物粉碎，研磨过筛，细度为200 400目；④用50 100°C去离子水洗涤过滤，100 150°C温度下烘干，即得到α相Al2O3；⑤将上述所得的α相Al2O3与助熔剂、粘结剂、分散剂混合置于高温炉中煅烧，煅烧气氛为氢气，煅烧温度为1500 1600°C;煅烧时间为1 3小时；然后在常温中冷却；再经过过模成型，制备出氧化铝陶瓷基板。⑥在上述氧化铝陶瓷基板上采用真空镀膜方式溅镀铜金属复合层，自下而上形成氧化铝陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层；⑦对上述基板上的铜层采用黄光微影刻蚀，蚀刻出LED芯片用第一铜电极和第二铜电极；并通过电镀沉积方式增加电极的厚度，得到铜电极氧化铝陶瓷基板。
3.根据权利要求2所述一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤 ①中混勻的过程中可以加入适量的无水乙醇，以使其充分混合均勻。
4.根据权利要求2所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤②中烧结温度升高的速率为50 100°C /小时。
5.根据权利要求2所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤⑤的混合原料中添加重量为原料总重量的2 5%的助熔剂、粘结剂、分散剂，所述的助熔剂为NH4Cl, BaF, SrF2中的一种或一种以上，所述的粘结剂为聚乙烯醇聚丁醛树脂，所述的分散剂为鱼油，邻苯二甲酸二丁脂中的一种或一种以上。
6.根据权利要求2所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤⑥中的陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层的厚度范围分别为1 3mm，0. 01 0. Imm 禾口 0. 1 1mm。
7.根据权利要求2所述的一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于步骤⑦中经过黄光刻蚀的到的铜电极的宽度范围为50微米 1000微米。
全文摘要
一种大功率LED用铜电极氧化铝陶瓷基板，其特征在于由氧化铝层(1)、第一铜电极(2)、第二铜电极(3)和铜铝氧化物改性层(4)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物改性层(4)、铜铝氧化物改性层(4)上为第一铜电极(2)和第二铜电极(3)；第一铜电极(2)和第二铜电极(3)之间分隔距离范围为0.1～1mm；将三水铝石(Al2O3·3H2O)占60％的铝矾土、和氢氧化钠(纯度99.99％)研磨混匀、高温烧结、研磨、过筛、水洗并过模成型，得到氧化铝陶瓷基板，采用真空镀膜方式溅镀铜金属复合层，自下而上形成氧化铝陶瓷基板层、铜铝氧化物改性层和铜层；然后采用黄光微影刻蚀，蚀刻出LED芯片用第一铜电极和第二铜电极；并通过电镀沉积方式增加电极的厚度，得到铜电极氧化铝陶瓷基板；该陶瓷基本具有很好的散热特性，在大功率LED的散热和封装方面具有良好的应用前景。
文档编号H01L33/64GK102496670SQ20111044182
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者李萍, 沈常宇, 牟晟, 褚金雷, 邹新, 金尚忠, 钟川 申请人:中国计量学院