CN107591471A - 一种高寿命的led基板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED光电产业技术领域,提供了一种高寿命的LED基板及制备方法。该方法首先在低温条件下烧结制得氧化铝/碳化硅复合陶瓷板,然后配置聚苯乙烯微球分散乳液在一定条件下制得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球,最后将所得复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。该方法制备的LED基板具有有良好的散热性、抗热冲击性及耐腐蚀性,对于波长较长的可见光响应较好,使用寿命长,具有消臭、抗菌、防污、稳定性好、无毒、成本低廉等优点,同时操作简单,烧结温度较低,易于推广规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于LED光电产业技术领域,提供了一种高寿命的LED基板及制备方法。
背景技术
半导体技术与产业已经改变了世界。大规模集成电路的计算机和国际互联网进入了我们社会的每一个层面。人类以惊人的速度进入信息化时代,21世纪将是微电子和光电子共同发挥作用的时代,是未来信息社会的“基石”。LED已经成为第三代半导体技术发展的切入点,也是发展光电子的突破口。近20年来,人们一直在寻找绿色照明光源,欧洲专门制定了为期5年的行动计划,提出新型光源要符合的三个条件:高效;低耗;材料对环境没污染,近似(模拟)自然光,显色指数接近100.随着第三代半导体材料氮化镓(GaN)、的技术突破和蓝、绿、白光发光二极管(LightEmittingDiode)LED的问世,LED可望发展成为***光源,即半导体照明。
随着城市建设和电子信息产业的迅速发展,人们对光源的需求与日剧增,LED产业的开发、研制和生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业,显示出了巨大的发展潜力。LED不仅可以用大型广告显示屏、交通信号指示灯、城市重点建设夜景照明等领域,而且正在迅速成为汽车的标准配置,尤其是白色LED已成为便携式电子产品显示屏的主要光源,LED技术的发展引起了国内外光源界的普遍关注,先已成为极具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。
LED产业作为战略性新兴产业中的重要部分,受到国家政策的大力扶持。有数据称,2010年,我国LED产业规模已达1000亿,到2014年,中国LED产业规模达到3606亿元,这个数字仍在不断增长。我国目前LED企业有2万家以上。LED产业属于比较成熟的产业。
在LED产品应用中,通常需要将多个LED组装在一电路基板上。电路基板除了扮演承载LED模块结构的角色外,另一方面,随着LED输出功率越来越高,基板还必须扮演散热的角色,以将LED晶体产生的热传派出去,因此在材料选择上必须兼顾结构强度及散热方面的要求。要提升LED发光效率与使用寿命,解决LED产品散热问题即为现阶段最重要的课题之一。LED产业的发展亦是以高功率、高亮度、小尺寸LED产品为其发展重点,因此,提供具有其高散热性,精密尺寸的散热基板,成为未来在LED散热基板发展的趋势。
其中,LED散热基板材料要求具有高绝缘性、高稳定性、高导热性及芯片匹配的热膨胀系数(CTE),平整性和较高的强度。常用的基板材料有硅、金属、陶瓷和复合材料,从高热传导系数来看,银和铜最好的导热材料,其次是金和铝,但是金、银太过昂贵,成本太高,都没有选择,一般的基板材料因其具有吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色,而且在固化前有一定的毒性,固化的内应力大等缺陷,易降低LED器件使用寿命。氧化钛(TiO2)具有优异的紫外光照射光催化性能,能够有效的消臭、抗菌、防污,加之稳定性好、无毒、成本低廉等优点,被广泛作为光催化材料所使用和研究。然而,氧化钛的禁带较宽,而对于波长较长的可见光响应较差,所以需要对二氧化钛进行改性。
针对这种情况,我们提出一种高寿命的LED基板及制备方法。其主要制备过程是在陶瓷板上涂覆一层二氧化钛和聚苯乙烯组成的复合微球,并在上面添加一层氮化铝散热板。其特点是陶瓷板是由氧化铝、碳化硅组成,复合微球具有有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性、防止老化提高了陶瓷基板材料的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种高寿命的LED基板及制备方法,可以解决LED一般基本材料具有吸湿性、易老化、耐热性差、高温和短波光照下易变色的缺点,而且可以解决此类材料在固化前有一定的毒性,固化的内应力大等缺陷,从而使得材料寿命短;另外还可充分利用氧化钛(TiO2)优越的性能同时解决对可见光响应较差的缺点。
本发明涉及的具体技术方案如下:
一种高寿命的LED基板的制备方法,利用磷酸二氢铝为粘接剂,制备氧化铝/碳化硅复合陶瓷板,并以聚苯乙烯微球分散乳液吸附二氧化钛,制备二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球。将复合微球涂覆于陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即可制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板,具体步骤如下:
(1)将氧化铝、碳化硅及粘接剂磷酸二氢铝按一定的质量比例,加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,在一定的压力及速度下压制成型,然后在恒温电阻箱中干燥;然后在常压下进行低温烧结,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;
(2)配置一定质量浓度的聚苯乙烯微球分散乳液,加入一定量的二氧化钛及1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值,取沉积液搅拌并加热一段时间,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;
(3)将步骤(2)所得的二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在步骤(1)所得的氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
优选的,步骤(1)所述氧化铝的粒径为40~50μm,碳化硅的粒径为0.2~0.4μm;
优选的,步骤(1)所述各组分的质量分数为:氧化铝80~90份,碳化硅5~15份,磷酸二氢铝5~7份;
优选的,步骤(1)所述成型最大压力为100~110KN,运行速度为2~2.5mm/min;
优选的,步骤(1)所述电阻箱干燥的温度为70~90℃,时间为5~7h;
优选的,步骤(1)所述低温烧结的温度为800~1000℃;
优选的,步骤(2)所述聚苯乙烯微球的粒径为1~2μm,其乳液的质量浓度为1.5~2.5%;
优选的,步骤(2)所述二氧化钛的加入量为聚苯乙烯微球质量的20~30%,1-辛醇的加入量为聚苯乙烯微球质量的5~10%;
优选的,步骤(2)所述的PH值调节为2.5~3.5;
优选的,步骤(2)所述的加热温度为45~55℃,加热时间为5~7h。
一种高寿命的LED基板,其特征在于由上述所述方法制备得到的高寿命的LED基板。
本发明中的氧化铝多孔陶瓷,是以氧化铝为主要成分,通过磷酸二氢铝将氮化硅与氧化铝有效粘接,经一系列的成型工艺后,在一定温度下烧结而成,其微观组织内部具有各种微孔,包括开口气孔和闭气孔。烧结温度及碳化硅的添加量对陶瓷板的力学性能及孔隙率影响较大。通常,烧结温度越高,碳化硅添加量越大,陶瓷板的抗弯强度越高,而线收缩率变化较小。而孔隙率随烧结温度的提高而减小,随碳化硅的增加而增大。通常,采用二氧化钛对复合陶瓷板改性,为提高二氧化钛对波长较长的可见光的响应性,将其与聚苯乙烯微球复合,再涂覆与复合陶瓷板表面,并在其上添加一层氮化铝散热板,进一步提高复合陶瓷的传热能力,其使用寿命得到明显提高。
本发明提供了一种高寿命的LED基板及制备方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:
1.本发明制备的LED基板具有有良好的散热性、抗热冲击性及耐腐蚀性。
2.本发明制备的LED基板的复合微球禁带较窄,对于波长较长的可见光响应较好。
3.本发明制备的LED基板热循环周期数较高,使用寿命长。
4.本发明制备的LED基板具有消臭、抗菌、防污、稳定性好、无毒、成本低廉等优点。
5.本发明的制备方法,操作简单,烧结温度较低,易于批量生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将82kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、12kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及6kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以100KN的最大压制压力,2.5mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以90℃的温度干燥5h。然后在常压下进行低温烧结,温度为800℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2.5%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至3,取沉积液搅拌并在50℃下加热6h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例1得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例1得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例2
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将80kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、13kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及7kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以105KN的最大压制压力,2.2mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以80℃的温度干燥6h。然后在常压下进行低温烧结,温度为900℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至2.5,取沉积液搅拌并在55℃下加热5h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例2得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例2得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例3
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将85kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、8kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及7kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以100KN的最大压制压力,2.5mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以70℃的温度干燥7h。然后在常压下进行低温烧结,温度为850℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2.5%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至2.5,取沉积液搅拌并在55℃下加热5h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例3得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例3得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例4
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将85kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、9kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及6kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以110KN的最大压制压力,2.5mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以90℃的温度干燥5h。然后在常压下进行低温烧结,温度为1000℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2.5%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至3.5,取沉积液搅拌并在45℃下加热7h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例4得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例4得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例5
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将80kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、14kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及6kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以105KN的最大压制压力,2.3mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以90℃的温度干燥6h。然后在常压下进行低温烧结,温度为950℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为1.5%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入3.5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至3.5,取沉积液搅拌并在48℃下加热5h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例5得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例5得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例6
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将85kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、10kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及5kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以110KN的最大压制压力,2.5mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以70℃的温度干燥6h。然后在常压下进行低温烧结,温度为800~1000℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至3,取沉积液搅拌并在52℃下加热7h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例6得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例6得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
实施例7
一种高寿命的LED基板及制备方法,其制备LED基板的具体过程如下:
将90kg粒径为40~50μm的氧化铝微粒、5kg粒径为0.2~0.4μm的碳化硅微粒及5kg磷酸二氢铝加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,以100KN的最大压制压力,2.5mm/min的运行速度,将其压制成型,然后在恒温电阻箱中以80℃的温度干燥5h。然后在常压下进行低温烧结,温度为800℃,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;配置质量浓度为2.5%的聚苯乙烯微球分散乳液1L,加入5kg二氧化钛及1.2kg1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值至2.5,取沉积液搅拌并在50℃下加热7h,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;然后将二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
对实施例7得到的LED基板,测试其导热系数,数据如表1所示;
对实施例7得到的LED基板,在-40℃及180℃下,分别以2h为一个周期,进行温度转变,每20个周期观察一次有无裂纹产生,进行10次测试,计算平均值,得到的热循环周期数如表1所示。
表1:
具体实施例 | 导热系数(W/m▪K) | 热循环周期数 |
实施例1 | 13.25 | 250 |
实施例2 | 15.23 | 240 |
实施例3 | 14.18 | 260 |
实施例4 | 15.15 | 240 |
实施例5 | 14.21 | 250 |
实施例6 | 14.16 | 250 |
实施例7 | 16.19 | 260 |
Claims (10)
1.一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于,以磷酸二氢铝为粘接剂,制备氧化铝/碳化硅复合陶瓷板,并以聚苯乙烯微球分散乳液吸附二氧化钛,制备二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;将复合微球涂覆于陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即可制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板,制备的具体步骤如下:
(1)将氧化铝、碳化硅及粘接剂磷酸二氢铝按一定的质量比例,加入到碾钵中,研磨均匀,导入模具中,在一定的压力及速度下压制成型,然后在恒温电阻箱中干燥;然后在常压下进行低温烧结,1h后随炉冷却,得到氧化铝/碳化硅复合陶瓷板;
(2)配置一定质量浓度的聚苯乙烯微球分散乳液,加入一定量的二氧化钛及1-辛醇,摇动使乳液均匀稳定,立即倒入硼酸溶液中,并用盐酸调节PH值,取沉积液搅拌并加热一段时间,经过滤、水洗、乙醇洗涤、水洗及真空干燥,得到二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球;
(3)将步骤(2)所得的二氧化钛与聚苯乙烯的复合微球涂覆在步骤(1)所得的氧化铝/碳化硅复合陶瓷板上,并在其上添加一层氮化铝散热板,即制得具有良好的散热性、抗热冲击性、耐腐蚀性,且使用寿命较长的LED基板。
2.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述氧化铝的粒径为40~50μm,碳化硅的粒径为0.2~0.4μm。
3.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述各组分的质量分数为:氧化铝80~90份,碳化硅5~15份,磷酸二氢铝5~7份。
4.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述成型最大压力为100~110KN,运行速度为2~2.5mm/min。
5.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述电阻箱干燥的温度为70~90℃,时间为5~7h。
6.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述低温烧结的温度为800~1000℃。
7.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述聚苯乙烯微球的粒径为1~2μm,其乳液的质量浓度为1.5~2.5%;所述二氧化钛的加入量为聚苯乙烯微球质量的20~30%,1-辛醇的加入量为聚苯乙烯微球质量的5~10%。
8.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的PH值调节为2.5~3.5。
9.根据权利要求1所述一种高寿命的LED基板的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的加热温度为45~55℃,加热时间为5~7h。
10.一种高寿命的LED基板,其特征在于:由权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。
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