专利名称：一种大功率led散热用覆铜线路铝碳化硅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散热用覆铜线路铝碳化硅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散热用覆铜线路铝碳化硅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一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于由铝碳化硅层 (1)、铜铝氧化物层( 和铜线路C3)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物层O)，铜铝氧化物层(2)上为铜线路(3)；铜线路(2)之间分隔距离范围为0. 1 Imm ；铜线路O)的宽度范围为200微米 1000微米，铜线路O)的高度范围为0. Olmm 2mm。所述一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于包括以下制备步骤①称取试剂(SiO2、焦炭和助熔剂)，将这些组分充分混勻；②将上述混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1800 2100°C，煅烧时间为2 4小时；③将上述烧结物冷却，粉碎，研磨过筛，细度为800 1000目；④用50 100°C去离子水洗涤过滤，100 150°C温度下烘干，即得到多孔、晶碳化娃；⑤将铝块高温熔融成铝液，按化学式Alx(SiC)y配比，在氮气气氛保护下，与多孔、 晶SiC在600 1000°C高温及一定压力下浸渗，形成Alx (SiC)y, χ和y的取值范围分别为 0. 8 1，0· 6 0. 8。⑥将上述所得的Alx(SiC)y与助熔剂、粘结剂、分散剂混合置于高温炉中煅烧，冷却后研磨，用喷雾干燥方法形成Alx(SiC)y粉体，将其与多层石墨制成的隔离片依次排列， 形成多层元胚，再通过真空热压，形成Alx (SiC) y陶瓷基板。⑦在上述Alx (SiC)y陶瓷基板上覆上铜金属波片，经高温加热，使铜金属与铝碳化硅产生共晶熔体，自下而上形成铝碳化硅陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层；然后采用刻蚀方法，蚀刻出LED芯片用的导电铜线路；得到覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板。所述一种大功率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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于步骤⑥ 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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于步骤⑦ 中的陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层的厚度范围分别为1 4mm，0. 01 0. 08mm和0. 1 1. 5mm ；步骤⑥中的真空热压的压力范围为2MPa 5MPa。本发明的有益效果是铝碳化硅陶瓷基板导热系数高，可达200W/m K，热稳定性好，制备工艺简单，并且可以通过调节Al元素和SiC的比例，可以实现铝碳化硅陶瓷基板的热膨胀系数的调节，有利于该基板的热膨胀系数与LED芯片的热膨胀系数协调；同时采用直接将铜片覆在铝碳化硅陶瓷基板，在高温过程中能使铜金属氧化、扩散与AlSiC材质产生共晶熔体，形成铜铝氧化物层，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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板示意图；图2为一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板俯视图；图3为铝碳化硅陶瓷粉末多层元胚图；图4为铝碳化硅陶瓷基板制备的真空热压装置。附标说明1-铝碳化硅层；2-铜铝氧化物层；3-铜线路；4-层状元胚；41-铝碳化硅元胚；42-石墨隔离片；5-真空热压装置；51-加压棒；52-石墨模具；53-真空室； 54-外接电源；55-线圈；56-电极。
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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于由铝碳化硅层(1)、铜铝氧化物层( 和铜线路C3)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物层O)，铜铝氧化物层⑵上为铜线路⑶；铜线路⑵之间分隔距离为Imm; 铜线路⑵的宽度为1000微米，铜线路⑵的高度为2mm。一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，包括以下制备步骤①称取试剂(SiO2、焦炭和助熔剂)，将这些组分充分混勻；②将上述混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1800°C，温度升高的速率为 500C /小时煅烧时间为2小时；③将上述烧结物冷却，粉碎，研磨过筛，细度为1000目；④用50°C去离子水洗涤过滤，100°C温度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤将铝块高温熔融成铝液，按化学式Al (SiC)a7m比，在氮气气氛保护下，与多孔、 晶SiC在600°C高温及一定压力下浸渗，形成Al (SiC)。.7。⑥将上述所得的Al (SiC)a7与BaF、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，冷却后研磨，用喷雾干燥方法形成Al (SiC)a7粉体，将其与多层石墨隔离片依次排列，形成多层元胚，如图3所示，再通过真空热压，如图4所示，压力为2MPa，形成 Al (SiC)a7陶瓷基板。⑦在上述Al (SiC) ο. 7陶瓷基板上覆上铜金属波片，经高温加热，使铜金属与铝碳化硅产生共晶熔体，自下而上形成铝碳化硅陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层；陶瓷基板层、 铜铝氧化物层和铜层的厚度范围分别为4mm，0. 05mm和1. 5mm ；然后采用刻蚀方法，蚀刻出 LED芯片用的导电铜线路；得到覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，经过测试得到该铜电极氧化铝陶瓷基板的导热率为201W/m K，热膨胀系数为9. OX 10_6/K。实施实例2 如图1和图2所示，一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于由铝碳化硅层(1)、铜铝氧化物层( 和铜线路C3)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物层O)，铜铝氧化物层(2)上为铜线路(3)；铜线路(2)之间分隔距离范围为 Imm;铜线路O)的宽度范围为500微米，铜线路O)的高度范围为1mm。一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，包括以下制备步骤①称取试剂(SiO2、焦炭和助熔剂)，将这些组分充分混勻；②将上述混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为2000°C，温度升高的速率为 IOO0C /小时煅烧时间为3小时；③将上述烧结物冷却，粉碎，研磨过筛，细度为800目；④用50°C去离子水洗涤过滤，100°C温度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤将铝块高温熔融成铝液，按化学式Al (SiC)a6m比，在氮气气氛保护下，与多孔、 晶SiC在600°C高温及一定压力下浸渗，形成Al (SiC)。.6。⑥将上述所得的Al (SiC)a7与BaF、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，冷却后研磨，用喷雾干燥方法形成Al (SiC)a6粉体，将其与多层石墨隔离片依次排列，形成多层元胚，如图3所示，再通过真空热压，如图4所示，压力为2MPa，形成 Al (SiC)a6陶瓷基板。⑦在上述Al (SiC)a6陶瓷基板上覆上铜金属波片，经高温加热，使铜金属与铝碳化硅产生共晶熔体，自下而上形成铝碳化硅陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层；陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层的厚度范围分别为4mm，0. 08mm和1. 5mm ；然后采用刻蚀方法，蚀刻出 LED芯片用的导电铜线路；得到覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，经过测试得到该铜电极氧化铝陶瓷基板的导热率为180W/m K，热膨胀系数为7. 1X10—7K。
权利要求
1.一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于由铝碳化硅层 (1)、铜铝氧化物层( 和铜线路C3)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物层O)，铜铝氧化物层⑵上为铜线路⑶；铜线路⑵之间分隔距离范围为0. 1 Imm ；铜线路⑵的宽度范围为200微米 1000微米，铜线路O)的高度范围为0. Olmm 2mm。
2.根据权利要求1所述一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于包括以下制备步骤①称取试剂(SiO2、焦炭和助熔剂)，将这些组分充分混勻；②将上述混合物置于高温炉中煅烧，煅烧温度为1800 2100°C，煅烧时间为2 4小时；③将上述烧结物冷却，粉碎，研磨过筛，细度为800 1000目；④用50 100°C去离子水洗涤过滤，100 150°C温度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤将铝块高温熔融成铝液，按化学式Alx(SiC)y配比，在氮气气氛保护下，与多孔、晶 SiC在600 1000°C高温及一定压力下浸渗，形成Alx(SiC)y, χ和y的取值范围分别为 0. 8 1，0· 6 0. 8。⑥将上述所得的Alx(SiC)y与助熔剂、粘结剂、分散剂混合置于高温炉中煅烧，冷却后研磨，用喷雾干燥方法形成Alx(SiC)y粉体，将其与多层石墨制成的隔离片依次排列，形成多层元胚，再通过真空热压，形成Alx (SiC) y陶瓷基板。⑦在上述Alx(SiC) y陶瓷基板上覆上铜金属波片，经高温加热，使铜金属与铝碳化硅产生共晶熔体，自下而上形成铝碳化硅陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层；然后采用刻蚀方法，蚀刻出LED芯片用的导电铜线路；得到覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板。
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制备方法，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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于步骤⑥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散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于步骤⑦中的陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层的厚度范围分别为1 4mm，0. 01 0. 08mm和0. 1 1. 5mm ；步骤⑥中的真空热压的压力范围为2MPa 5MPa。
全文摘要
一种大功率LED散热用覆铜线路铝碳化硅陶瓷基板，其特征在于由铝碳化硅层(1)、铜铝氧化物层(2)和铜线路(3)组成；氧化铝层(1)上为铜铝氧化物层(2)，铜铝氧化物层(2)上为铜线路(3)；铜线路(2)之间分隔距离范围为0.1～1mm；铜线路(2)的宽度范围为200微米～1000微米，铜线路(2)的高度范围为0.01mm～2mm；称量SiO2和焦炭和助熔剂制备成多孔碳化硅；将铝块加热熔融成铝液，按一定比例将铝液与多孔碳化硅混合，制备成铝碳化硅粉末并制成高导热铝碳化硅基板；将铜覆盖在铝碳化硅基板上，经高温加热形成共晶熔体，自下而上形成铝碳化硅陶瓷基板层、铜铝氧化物层和铜层；然后刻蚀出导电铜线路；该陶瓷基板在大功率LED的散热方面具有良好的应用前景。
文档编号H01L33/62GK102569625SQ201210004980
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5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