專利名稱：一種大功率led陶瓷散熱基板制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED基板的制作方法，尤其涉及大功率LED陶瓷散熱基板制作方法。
技術(shù)背景
與普通光源相比,發(fā)光二極管(Light Emitting Diode簡稱LED)具有省電、壽命長、光效高、無輻射、無污染等特點，已被廣泛的應(yīng)用于照明領(lǐng)域以及其它領(lǐng)域中。但由于大功率LED耗散功率高，造成與大功率LED相連的芯片溫升幅度大。芯片溫度升高將使其輸出光通量減小、峰值波長漂移、熒光粉轉(zhuǎn)換效率降低、在金屬界面區(qū)域形成金屬擴散以及金屬化合物、隧穿電流增大等。因此如何提高大功率LED散熱性能，是大功率LED器件封裝應(yīng)用要解決的關(guān)鍵問題。大功率LED所產(chǎn)生熱量主要通過散熱基板傳導(dǎo)到外界環(huán)境中，不同的散熱基板材料，其導(dǎo)熱性能各不相同，散熱基板的選取對大功率LED器件熱性能有直接影響。常用的散熱基板材料包括娃、金屬芯印制板(Metal Core Printed Circuit Board 簡稱MCPCB)、陶瓷(氧化鋁Al2O3，氮化鋁)和復(fù)合材料等。MCPCB是將印刷電路板貼附在另外一種熱傳導(dǎo)效果更好的金屬上，增強散熱性能，然而MCPCB中絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)極低， 因此絕緣層稱為該類散熱基板的散熱瓶頸，制約MCPCB散熱基板的散熱效果。另外，在實用陶瓷基板材料中，Al2O3價格較低，從機械強度、絕緣性、導(dǎo)熱性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性等方面考慮，綜合性能好。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、制作方便且散熱效果好的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，所述制作方法包括以下步驟 1)取氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體；2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以8-llmm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆一個以上穿孔形成散熱通道，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層；3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿；4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路；5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔；6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體；7)將步驟6)得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36°C / min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫45-50分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫105-115分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
所述步驟I)中的硅酸鹽玻璃粉末包括以下重量份數(shù)的組分SiO2 75%-85% ；Al2O3 1%-3% ；CaO 6%-14% ；Na2O 4%-8%。
本發(fā)明中，所述基板胚體由氧化鋁(Al2O3)和硅酸鹽玻璃粉末混合制成，而硅酸鹽玻璃粉末的主要成分是氧化硅(SiO2)和氧化鈣(CaO)，從而可在步驟7)中的電爐中能降低燒結(jié)溫度。由于SiO2材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，若加入量過高，將會明顯減低基板胚體的導(dǎo)熱性能，且容易使基板胚體內(nèi)產(chǎn)生氣孔及裂紋，降低基板胚體的密度以及機械強度。通過改變硅酸鹽玻璃粉末中的氧化硅、CaO的含量比，可以調(diào)整基板胚體熔點、熱膨脹系數(shù)以及浸潤性， 進而滿足不同制備工藝要求。
步驟I)中，加入非金屬Al2O3做為基板胚體的基材，可降低基板胚體成本，相對現(xiàn)有的金屬基材，大大減輕基板胚體重量，且使基板胚體的制作、使用上得到很大的方便，同時減少金屬資源的浪費。
步驟I)中加入低軟化點硅酸鹽玻璃，經(jīng)球磨成細粉后作為第二相加入基板胚體中以降低步驟7)中的燒結(jié)溫度。
采用以上方法制作的大功率LED陶瓷散熱基板，使用時，將大功率LED固定在上層基板表面，大功率LED工作產(chǎn)生的熱量聚集在上層基板中心區(qū)域，由于上層基板的中心區(qū)域設(shè)有陶瓷銀鍍層穿孔，下層基板上的中心陶瓷銀鍍層一端嵌設(shè)在上層基板中心的陶瓷銀鍍層穿孔中，所以中心陶瓷銀鍍層將熱量傳導(dǎo)到下層基板上表面，通過下層基板中心區(qū)域的散熱通孔內(nèi)的銀漿將熱量傳導(dǎo)到下層基板下表面，熱量進一步通過自然對流以及熱輻射擴散至空氣中，從而達到散熱的目的。
由于銀漿及中心陶瓷銀鍍層均具有高熱導(dǎo)率，所以本發(fā)明的大功率LED陶瓷散熱基板具有很好的散熱效果。
所述步驟I)中的凝膠溶液為聚乙烯醇溶液。
所述步驟2)中的散熱通道為9個以上，均勻分布在下層基板的中心陶瓷銀鍍層區(qū)域，達到均勻、快速導(dǎo)熱的目的。
所述氧化鋁的純度為98%以上。
總之，采用本發(fā)明的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，具有以下優(yōu)點1、以非金屬Al2O3陶瓷材質(zhì)為制作基板胚體的基材，可降低基板胚體成本，大大減輕基板胚體重量，且使基板胚體的制作、使用上得到很大的方便，同時減少金屬資源的浪費。
2、在下層基板中心區(qū)域上設(shè)有多個散熱通孔，使大功率LED產(chǎn)生的熱量可從上層基板的一面經(jīng)由填滿銀漿的散熱通孔傳導(dǎo)至下層基板表面，進而熱量通過自然對流以及熱輻射擴散至空氣中，具有良好的散熱效果。
3、本發(fā)明得到的大功率LED陶瓷散熱基板具有較高機械強度、導(dǎo)熱、耐熱性優(yōu)點， 且能夠進行二次散熱通道加工(設(shè)計散熱通道形狀、間距以及填充導(dǎo)熱材料)等優(yōu)異性能， 應(yīng)用到大功率LED封裝中可以明顯提高大功率LED的散熱效果、工作壽命和可靠性。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明本發(fā)明一種大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，所述制作方法包括以下步驟1)取氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體；2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以8-llmm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆一個以上穿孔形成散熱通道，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層；3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿；4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路；5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔；6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體；
7)將步驟6)得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36°C/ min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫45-50分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫105-115分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
實施例11)取純度為98%以上氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和聚乙烯醇凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體；2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以8mm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆9個穿孔形成散熱通道，散熱通道均勻分布在下層基板的中心陶瓷銀鍍層區(qū)域，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層；其中，硅酸鹽玻璃粉末包括以下重量份數(shù)的組分SiO2 75% ；Al2O3 3% ；CaO 14% ；Na2O 8% ο
3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿；4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路；5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔；6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體；7)將步驟6)得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36°C/ min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫45分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫115分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
實施例21)取純度為98%以上氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和聚乙烯醇凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體；2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以Ilmm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆10個穿孔形成散熱通道，散熱通道均勻分布在下層基板的中心陶瓷銀鍍層區(qū)域，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層；其中，硅酸鹽玻璃粉末包括以下重量份數(shù)的組分 SiO2 85% ；Al2O3 1% ；CaO 10% ；Na2O 4% ο
3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿；4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路；5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔；6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體；7 )將步驟6 )得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36 V / min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫50分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫105分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
實施例31)取純度為98%以上氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和聚乙烯醇凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體；2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以IOmm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆11個穿孔形成散熱通道，散熱通道均勻分布在下層基板的中心陶瓷銀鍍層區(qū)域，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層；其中，硅酸鹽玻璃粉末包括以下重量份數(shù)的組分SiO2 83% ；Al2O3 3% ；CaO 6%% ；Na2O 8% ο
3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿；4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路；5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔； 6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體；7 )將步驟6 )得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36 V / min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫47分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫110分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
權(quán)利要求
1.一種大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其特征在于所述制作方法包括以下步驟 1)取氧化鋁與硅酸鹽玻璃粉末按3:2的重量比混合，經(jīng)濕法球磨后烘干，再將烘干的粉體和凝膠溶液按2:1的重量比混合成澆注漿體，將混合均勻的澆注漿體注入模具中燒注成型，得到基板胚體； 2)取一塊步驟I)得到的基板胚體為下層基板，以下層基板中心為圓心，以8-llmm為半徑畫圓，對以上畫圓得到的區(qū)域鉆一個以上穿孔形成散熱通道，然后再對以上畫圓得到的區(qū)域一端表面鍍銀，形成圓柱形的中心陶瓷銀鍍層； 3)往步驟2)形成的散熱通道中注入銀漿； 4)對下層基板上設(shè)置中心陶瓷銀鍍層的一端表面除中心陶瓷銀鍍層外的區(qū)域進行印刷電路； 5)取另一塊步驟I)制作的基板胚體作為上層基板，并將其中心加工出與步驟2)中心陶瓷銀鍍層大小對應(yīng)的陶瓷銀鍍層穿孔，再在上層基板上與印刷電路的電極相對應(yīng)處加工電極穿孔； 6)將上層基板通過粘膠固定到印刷電路上，下層基板的陶瓷銀鍍層一端嵌入上層基板的陶瓷銀鍍層穿孔中，用絲網(wǎng)印刷方式在上層基板上布置電極線路，得到所述LED陶瓷散熱基板胚體； 7)將步驟6)得到的LED陶瓷散熱基板胚體放入電爐中緩慢升溫，升溫速率為30-36°C/min，直至電爐溫度達到420°C之后保溫45-50分鐘進行排氣，排氣完畢以46_52°C /min的速率升至750°C并保溫105-115分鐘，然后自然冷卻，最后在上層基板的電極穿孔中引出電極，得到所述的LED陶瓷散熱基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其特征在于所述步驟I)中的硅酸鹽玻璃粉末包括以下重量份數(shù)的組分 SiO2 75%-85% ； Al2O3 1%-3% ； CaO 6%-14% ； Na2O 4%-8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其特征在于所述步驟1)中的凝膠溶液為聚乙烯醇溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其特征在于所述步驟2)中的散熱通道為9個以上，均勻分布在下層基板的中心陶瓷銀鍍層區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其特征在于所述氧化鋁的純度為98%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率LED陶瓷散熱基板制作方法，其包括以下步驟1)制備基板胚體；2)制備下層基板，并在下層基板上制備中心陶瓷銀鍍層及內(nèi)注有銀漿的散熱通道；3)對下層基板進行印刷電路；4)制備上層基板；5)將上層基板固定到印刷電路上，并通過加熱得到所述的LED陶瓷散熱基板。本發(fā)明的優(yōu)點為在下層基板上設(shè)有多個散熱通孔，使大功率LED產(chǎn)生的熱量可從上層基板經(jīng)散熱通孔傳導(dǎo)至下層基板表面，進而熱量通過自然對流以及熱輻射擴散至空氣中，具有良好的散熱效果；得到的大功率LED陶瓷散熱基板具有較高機械強度、導(dǎo)熱、耐熱性好，應(yīng)用到大功率LED封裝中可以明顯提高大功率LED的散熱效果、工作壽命和可靠性。
文檔編號H01L33/48GK103000787SQ20121047770
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者陳煥庭, 何仲全, 楊偉藝, 羅毅, 陳建順, 曾曉峰, 戴龍煌, 張志鵬, 楊佰成, 林竹欽 申請人:富順光電科技股份有限公司