專利名稱：一種大功率led散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板的制作方法
技術領域：
本發明屬于陶瓷散熱材料技術領域，具體來說，本發明涉及一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板及其制備方法。
背景技術：
LED產品具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命周期長、具有環保效益等優點， 是近年來最受矚目的產業之一。通常大功率LED產品輸入功率約為15%能轉換成光，剩下 85%的電能均轉換為熱能，過高的LED p-n結結面溫度會導致LED發光效率衰減。因此LED 發光時所產生的熱量若無法及時散出，將會使LED結面溫度過高，進而影響產品生命周期、 發光效率、穩定性，對LED的壽命造成致命性的影響。實驗表明，當LED的p-n結結面溫度由25°C上升至100°C時，其發光效率將會衰退20%到75%不等，其中黃色光的衰退將達到 75%。因此，散熱問題是LED產業面臨的重要課題，要提升LED的發光效率，必須要解決散熱問題。LED芯片基板主要是作為LED芯片與系統電路板的間熱能導出的媒介，傳統的以鋁基板居多，但散熱效果不理想。目前市面上LED芯片基板主要以陶瓷基板為主，包括矽基板、碳化矽基板、陽極化鋁基板或氮化鋁基板，其中矽及碳化矽基板材料的半導體特性， 使其現階段還不可用，而陽極化鋁基板則因其陽極化氧化層強度不足而容易因碎裂導致導通；現階段較成熟且普通接受度較高的為以氮化鋁作為散熱基板；然而，目前受限于氮化鋁基板不適用傳統厚膜制程(材料在銀膠印刷后須經850°C大氣熱處理，使其出現材料信賴性問題)，因此，氮化鋁基板也還存在許多問題。本發明意圖提供一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板及其制備方法，來解決大功率LED散熱與穩定性問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板及其制備方法。通過以下技術方案實現一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于由鋁碳化硅層 (1)、銅鋁氧化物層( 和銅線路C3)組成；氧化鋁層(1)上為銅鋁氧化物層O)，銅鋁氧化物層(2)上為銅線路(3)；銅線路(2)之間分隔距離范圍為0. 1 Imm ；銅線路O)的寬度范圍為200微米 1000微米，銅線路O)的高度范圍為0. Olmm 2mm。所述一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于包括以下制備步驟①稱取試劑(SiO2、焦炭和助熔劑)，將這些組分充分混勻；②將上述混合物置于高溫爐中煅燒，煅燒溫度為1800 2100°C，煅燒時間為2 4小時；③將上述燒結物冷卻，粉碎，研磨過篩，細度為800 1000目；④用50 100°C去離子水洗滌過濾，100 150°C溫度下烘干，即得到多孔、晶碳化娃；⑤將鋁塊高溫熔融成鋁液，按化學式Alx(SiC)y配比，在氮氣氣氛保護下，與多孔、 晶SiC在600 1000°C高溫及一定壓力下浸滲，形成Alx (SiC)y, χ和y的取值范圍分別為 0. 8 1，0· 6 0. 8。⑥將上述所得的Alx(SiC)y與助熔劑、粘結劑、分散劑混合置于高溫爐中煅燒，冷卻后研磨，用噴霧干燥方法形成Alx(SiC)y粉體，將其與多層石墨制成的隔離片依次排列， 形成多層元胚，再通過真空熱壓，形成Alx (SiC) y陶瓷基板。⑦在上述Alx (SiC)y陶瓷基板上覆上銅金屬波片，經高溫加熱，使銅金屬與鋁碳化硅產生共晶熔體，自下而上形成鋁碳化硅陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層；然后采用刻蝕方法，蝕刻出LED芯片用的導電銅線路；得到覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板。所述一種大功率LED用銅電極氧化鋁陶瓷基板制備方法，其特征在于步驟①中混勻的過程中可以加入適量的無水乙醇，以使其充分混合均勻。所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟② 中燒結溫度升高的速率為50 100°C /小時。所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟⑥ 的混合原料中添加重量為原料總重量的2 5%的助熔劑、粘結劑、分散劑，所述的助熔劑為NH4Cl, BaF, SrF2中的一種或一種以上，所述的粘結劑為聚乙烯醇聚丁醛樹脂，所述的分散劑為魚油，鄰苯二甲酸二丁脂中的一種或一種以上。所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟⑦ 中的陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層的厚度范圍分別為1 4mm，0. 01 0. 08mm和0. 1 1. 5mm ；步驟⑥中的真空熱壓的壓力范圍為2MPa 5MPa。本發明的有益效果是鋁碳化硅陶瓷基板導熱系數高，可達200W/m K，熱穩定性好，制備工藝簡單，并且可以通過調節Al元素和SiC的比例，可以實現鋁碳化硅陶瓷基板的熱膨脹系數的調節，有利于該基板的熱膨脹系數與LED芯片的熱膨脹系數協調；同時采用直接將銅片覆在鋁碳化硅陶瓷基板，在高溫過程中能使銅金屬氧化、擴散與AlSiC材質產生共晶熔體，形成銅鋁氧化物層，使銅與陶瓷基板牢固粘合，形成陶瓷復合金屬基板，最后可依據所需的LED線路設計，以蝕刻方式靈活制備銅導電線路和電極。
圖1為一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板示意圖；圖2為一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板俯視圖；圖3為鋁碳化硅陶瓷粉末多層元胚圖；圖4為鋁碳化硅陶瓷基板制備的真空熱壓裝置。附標說明1-鋁碳化硅層；2-銅鋁氧化物層；3-銅線路；4-層狀元胚；41-鋁碳化硅元胚；42-石墨隔離片；5-真空熱壓裝置；51-加壓棒；52-石墨模具；53-真空室； 54-外接電源；55-線圈；56-電極。
具體實施例方式現結合本發明的實施實例作進一步說明
實施實例1 如圖1和圖2所示，一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于由鋁碳化硅層(1)、銅鋁氧化物層( 和銅線路C3)組成；氧化鋁層(1)上為銅鋁氧化物層O)，銅鋁氧化物層⑵上為銅線路⑶；銅線路⑵之間分隔距離為Imm; 銅線路⑵的寬度為1000微米，銅線路⑵的高度為2mm。一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，包括以下制備步驟①稱取試劑(SiO2、焦炭和助熔劑)，將這些組分充分混勻；②將上述混合物置于高溫爐中煅燒，煅燒溫度為1800°C，溫度升高的速率為 500C /小時煅燒時間為2小時；③將上述燒結物冷卻，粉碎，研磨過篩，細度為1000目；④用50°C去離子水洗滌過濾，100°C溫度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤將鋁塊高溫熔融成鋁液，按化學式Al (SiC)a7m比，在氮氣氣氛保護下，與多孔、 晶SiC在600°C高溫及一定壓力下浸滲，形成Al (SiC)。.7。⑥將上述所得的Al (SiC)a7與BaF、聚乙烯醇聚丁醛樹脂、鄰苯二甲酸二丁脂混合置于高溫爐中煅燒，冷卻后研磨，用噴霧干燥方法形成Al (SiC)a7粉體，將其與多層石墨隔離片依次排列，形成多層元胚，如圖3所示，再通過真空熱壓，如圖4所示，壓力為2MPa，形成 Al (SiC)a7陶瓷基板。⑦在上述Al (SiC) ο. 7陶瓷基板上覆上銅金屬波片，經高溫加熱，使銅金屬與鋁碳化硅產生共晶熔體，自下而上形成鋁碳化硅陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層；陶瓷基板層、 銅鋁氧化物層和銅層的厚度范圍分別為4mm，0. 05mm和1. 5mm ；然后采用刻蝕方法，蝕刻出 LED芯片用的導電銅線路；得到覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，經過測試得到該銅電極氧化鋁陶瓷基板的導熱率為201W/m K，熱膨脹系數為9. OX 10_6/K。實施實例2 如圖1和圖2所示，一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于由鋁碳化硅層(1)、銅鋁氧化物層( 和銅線路C3)組成；氧化鋁層(1)上為銅鋁氧化物層O)，銅鋁氧化物層(2)上為銅線路(3)；銅線路(2)之間分隔距離范圍為 Imm;銅線路O)的寬度范圍為500微米，銅線路O)的高度范圍為1mm。一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，包括以下制備步驟①稱取試劑(SiO2、焦炭和助熔劑)，將這些組分充分混勻；②將上述混合物置于高溫爐中煅燒，煅燒溫度為2000°C，溫度升高的速率為 IOO0C /小時煅燒時間為3小時；③將上述燒結物冷卻，粉碎，研磨過篩，細度為800目；④用50°C去離子水洗滌過濾，100°C溫度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤將鋁塊高溫熔融成鋁液，按化學式Al (SiC)a6m比，在氮氣氣氛保護下，與多孔、 晶SiC在600°C高溫及一定壓力下浸滲，形成Al (SiC)。.6。⑥將上述所得的Al (SiC)a7與BaF、聚乙烯醇聚丁醛樹脂、鄰苯二甲酸二丁脂混合置于高溫爐中煅燒，冷卻后研磨，用噴霧干燥方法形成Al (SiC)a6粉體，將其與多層石墨隔離片依次排列，形成多層元胚，如圖3所示，再通過真空熱壓，如圖4所示，壓力為2MPa，形成 Al (SiC)a6陶瓷基板。⑦在上述Al (SiC)a6陶瓷基板上覆上銅金屬波片，經高溫加熱，使銅金屬與鋁碳化硅產生共晶熔體，自下而上形成鋁碳化硅陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層；陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層的厚度范圍分別為4mm，0. 08mm和1. 5mm ；然后采用刻蝕方法，蝕刻出 LED芯片用的導電銅線路；得到覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，經過測試得到該銅電極氧化鋁陶瓷基板的導熱率為180W/m K，熱膨脹系數為7. 1X10—7K。
權利要求
1.一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于由鋁碳化硅層 (1)、銅鋁氧化物層( 和銅線路C3)組成；氧化鋁層(1)上為銅鋁氧化物層O)，銅鋁氧化物層⑵上為銅線路⑶；銅線路⑵之間分隔距離范圍為0. 1 Imm ；銅線路⑵的寬度范圍為200微米 1000微米，銅線路O)的高度范圍為0. Olmm 2mm。
2.根據權利要求1所述一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于包括以下制備步驟①稱取試劑(SiO2、焦炭和助熔劑)，將這些組分充分混勻；②將上述混合物置于高溫爐中煅燒，煅燒溫度為1800 2100°C，煅燒時間為2 4小時；③將上述燒結物冷卻，粉碎，研磨過篩，細度為800 1000目；④用50 100°C去離子水洗滌過濾，100 150°C溫度下烘干，即得到多孔、晶碳化硅；⑤將鋁塊高溫熔融成鋁液，按化學式Alx(SiC)y配比，在氮氣氣氛保護下，與多孔、晶 SiC在600 1000°C高溫及一定壓力下浸滲，形成Alx(SiC)y, χ和y的取值范圍分別為 0. 8 1，0· 6 0. 8。⑥將上述所得的Alx(SiC)y與助熔劑、粘結劑、分散劑混合置于高溫爐中煅燒，冷卻后研磨，用噴霧干燥方法形成Alx(SiC)y粉體，將其與多層石墨制成的隔離片依次排列，形成多層元胚，再通過真空熱壓，形成Alx (SiC) y陶瓷基板。⑦在上述Alx(SiC) y陶瓷基板上覆上銅金屬波片，經高溫加熱，使銅金屬與鋁碳化硅產生共晶熔體，自下而上形成鋁碳化硅陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層；然后采用刻蝕方法，蝕刻出LED芯片用的導電銅線路；得到覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板。
3.根據權利要求2所述一種大功率LED用銅電極氧化鋁陶瓷基板制備方法，其特征在于步驟①中混勻的過程中可以加入適量的無水乙醇，以使其充分混合均勻。
4.根據權利要求2所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟②中燒結溫度升高的速率為50 100°C /小時。
5.根據權利要求2所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟⑥的混合原料中添加重量為原料總重量的2 5%的助熔劑、粘結劑、分散劑， 所述的助熔劑為NH4Cl, BaF，SrF2中的一種或一種以上，所述的粘結劑為聚乙烯醇聚丁醛樹脂，所述的分散劑為魚油，鄰苯二甲酸二丁脂中的一種或一種以上。
6.根據權利要求2所述的一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于步驟⑦中的陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層的厚度范圍分別為1 4mm，0. 01 0. 08mm和0. 1 1. 5mm ；步驟⑥中的真空熱壓的壓力范圍為2MPa 5MPa。
全文摘要
一種大功率LED散熱用覆銅線路鋁碳化硅陶瓷基板，其特征在于由鋁碳化硅層(1)、銅鋁氧化物層(2)和銅線路(3)組成；氧化鋁層(1)上為銅鋁氧化物層(2)，銅鋁氧化物層(2)上為銅線路(3)；銅線路(2)之間分隔距離范圍為0.1～1mm；銅線路(2)的寬度范圍為200微米～1000微米，銅線路(2)的高度范圍為0.01mm～2mm；稱量SiO2和焦炭和助熔劑制備成多孔碳化硅；將鋁塊加熱熔融成鋁液，按一定比例將鋁液與多孔碳化硅混合，制備成鋁碳化硅粉末并制成高導熱鋁碳化硅基板；將銅覆蓋在鋁碳化硅基板上，經高溫加熱形成共晶熔體，自下而上形成鋁碳化硅陶瓷基板層、銅鋁氧化物層和銅層；然后刻蝕出導電銅線路；該陶瓷基板在大功率LED的散熱方面具有良好的應用前景。
文檔編號H01L33/62GK102569625SQ201210004980
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者李萍, 沈常宇, 牟晟, 褚金雷, 鄒新, 金尚忠, 鐘川 申請人:中國計量學院