一種led用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種LED用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板，屬于高性能特種陶瓷制備領(lǐng)域，同時涉及這種LED用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED顯示及照明產(chǎn)業(yè)是近年來發(fā)展非常迅速的新興產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)已進入快速發(fā)展期，支持LED芯片封裝、散熱和印刷電路的基板仍廣泛使用金屬鋁層+絕緣層+電路層的鋁基板，由于鋁基板的導熱系數(shù)僅為I?2w/m.k，其熱膨脹系數(shù)與Si芯片熱膨脹系數(shù)差異大，易導致LED燈過溫死燈或芯片脫落，是目前LED燈損壞、壽命短的最主要原因。
[0003]陶瓷基板，尤其是氧化鋁陶瓷基板一直是重要的電子絕緣襯板材料，LED對陶瓷基板的特殊要求有超厚O 1mm)、熱導率高、抗熱震性好，尤其是抗熱震，因為LED在使用陶瓷基板后續(xù)加工和LED工作都會發(fā)生溫度快速變化，如發(fā)生熱震開裂，將導致電路斷路無法工作。氮化鋁(AlN)陶瓷基板具有優(yōu)良的熱傳導性，是LED照明理想的散熱和封裝材料，但是缺點是AlN價格相對于A1203價格約10?20倍，成本是制約其應用的瓶頸，LED是低成本才能推動發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。氧化鋁基板是LED照明成本最容易接受的基板材料(導熱系數(shù)彡20w/m.k)，LED選擇的氧化鋁陶瓷基板厚度主要尺寸為I?2_。
氧化鋁基板目前最主要的生產(chǎn)方法是流延法，流延法較適合0.5mm以下厚度，極限厚度也小于1mm，流延厚度若超過0.5mm,由于需要放慢流延速度才能增加厚度，會導致底面大顆粒富集，流延有方向性，制得的基板性能呈各向異性，導致流延法氧化鋁基板抗熱震差，用于LED易發(fā)生開裂。流延法大量有機溶劑的使用也面臨資源和環(huán)境問題，在國外有些發(fā)達國家已禁止該法生產(chǎn)。軋膜法也只適合0.2?0.8_厚度基板，平面精度差，有方向性，性能上呈各向異性，不能使用于LED ;干壓法不適合基板這種厚徑比大的產(chǎn)品。以上3種方法制備的氧化鋁基板性能存在嚴重的各向異性，是導致用于LED易發(fā)生熱震開裂的主要原因。
[0004]凝膠注模成型工藝是20世紀90年代初由美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)明的一種新型陶瓷凈尺寸的成型工藝，主要是應用的結(jié)構(gòu)陶瓷中制用某些復雜形狀的陶瓷器件，如瓊脂糖凝膠大分子在陶瓷原位凝固成型中的應用(硅酸鹽學報1999.2.27.1);精密陶瓷部件的無毒性凝膠注模成型工藝(專利CN1215711A);但在功能陶瓷領(lǐng)域運用的較少，尤其是利用天然高分子來進行功能陶瓷的凝膠注模成型工藝鮮有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種LED用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板，改變原料配方，提高材質(zhì)抗熱震性能，同時采用水基多糖注模工藝解決陶瓷基板的各向異性，開發(fā)適合LED用超厚(厚度為I?2_)、大尺寸(> 300_)高抗熱震的氧化鋁陶瓷基板，從而保障LED燈有可靠品質(zhì)壽命，LED顯示和照明產(chǎn)業(yè)能健康發(fā)展。
[0006]具體是這樣實施的:一種LED用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板，其特征在于基板由漿料在Ca2+離子誘導引發(fā)劑作用下模壓成型后燒成而得，所述的Ca2+離子誘導引發(fā)劑是乳酸鈣或氯化鈣，加入量為漿料體積的0.0l?0.03% ;漿料由陶瓷粉體、去離子水和穩(wěn)定劑組成，去離子水占漿料體積的47%-52%，穩(wěn)定劑是多種多糖混合膠，是結(jié)冷膠與明膠的組合，結(jié)冷膠:明膠=1:0.5?I或者是結(jié)冷膠、黃原膠與槐豆膠的組合，結(jié)冷膠:黃原膠:槐豆膠=1:0.5?1:0.2?0.5，穩(wěn)定劑的含量是去離子水質(zhì)量的0.5?0.8% ；
陶瓷粉體的各組份質(zhì)量配比為: α -氧化鋁(320 目 93%~96%
高嶺土 ( 200 目 2.5%~4.5%
氧化鈣 (200目 0.5%~2%
藍晶石 (200目 0.5%~2%
以上為100份，以此為基準，外加:
分散劑0.5?2%
螯合劑0.05%~0.5% ；
所述的分散劑為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸氨、檸檬酸銨中的一種；
所述的螯合劑是氨基三甲叉膦酸四鈉、次氮基三乙酸鈉的一種。
[0007]這種LED用高抗熱震氧化鋁陶瓷基板的制造方法是:
I.按上述配比把陶瓷粉體各組份原料混合，加入穩(wěn)定劑、去離子水，球磨20?36小時，球磨時控制漿料的溫度為70?75°C ；
2.放漿后抽真空除氣，添加Ca2+離子誘導引發(fā)劑，注入可溫控的組合模具中，冷卻至40?45°C，凝固成型坯片，脫模，脫片后得到陶瓷坯體，進入80?100°C的烘房進行干燥8?15小時；
3.烘干后，按產(chǎn)品尺寸要求進行加工，加工后的陶瓷坯片，在1500?1600°C燒結(jié)，保溫5?10小時，制得。
[0008]本制造方法中，球磨采用外循環(huán)水控溫法控制漿料的溫度保持70?75°C，通過球磨水溫控制及球磨時間，簡化漿料外加溫的工藝步驟，提高漿料的有效利用率，便于工業(yè)化自動控制工藝的需要。
[0009]本發(fā)明方法中，穩(wěn)定劑多種多糖混合膠先在去離子水中加熱攪拌溶解，然后再和陶瓷粉體一起球磨形成漿料。
[0010]本發(fā)明在氧化鋁陶瓷基板配方常規(guī)組分氧化鋁96瓷中導入適量的藍晶石，藍晶石具有二次莫來石化的自修復功能和Si02在顆粒表面的潤濕效應，改善了基板熱震性能；采用結(jié)冷膠與明膠或者黃原膠、槐豆膠組成的多種多糖協(xié)同效應的水基注模法制造，利用多種多糖隨溫度變化和二價或一價陽離子誘導凝固的機理，實現(xiàn)滿足制程各工藝操作性的水基注模工藝，控制基板的各向異性，實現(xiàn)綠色環(huán)保工藝。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有制備的陶瓷基板方法及凝膠注模成型相比較，簡單可行，適用好，生產(chǎn)成本低，便于流程的全自動控制工藝要求，并且綠色環(huán)保，適合工業(yè)化的需要。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
采用經(jīng)過精選處理的原料混配陶瓷粉體:以質(zhì)量百分比計，α -氧化鋁< 320目95%，高嶺土< 200目3%，氧化鈣< 200目1%，藍晶石< 200目1%，外加聚甲基丙烯酸氨0.5%，氨基三甲叉膦酸四鈉螯合劑0.1%；
將穩(wěn)定劑多種多糖混合膠(結(jié)冷膠:明膠=1:0.5)先在去離子水中加熱攪拌溶解，加入量為水質(zhì)量的0.5% ;在陶瓷粉體中加去離子水球磨形成漿料，去離子水的加入量占漿料體積的50%，球磨時間控制在20?36小時，利用球磨外循環(huán)水控溫法控制漿料的溫度70?75 0C ；
放漿后抽真空除氣，添加Ca2+離子誘導引發(fā)劑乳酸鈣，乳酸鈣離子誘導引發(fā)劑的加入量為漿料體積的0.01%,注入可溫控的組合模具中，冷卻至40?45°C，凝固成型坯片，脫模；脫片后得到陶瓷坯體，進入80?100°C的烘房進行干燥；
烘干后，按產(chǎn)品尺寸要求進行加工；加工后的陶瓷坯片