一種共燒玻璃陶瓷材料及制備方法與利用共燒玻璃陶瓷材料制作led封裝用基板的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種共燒玻璃陶瓷材料及制備方法與利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法，其包括：步驟1：共燒玻璃陶瓷生胚的制備；步驟2：LED封裝用基板的制備；本發(fā)明制備150um厚的生胚表面平整，光滑，繞卷不開裂。
【專利說明】一種共燒玻璃陶瓷材料及制備方法與利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種共燒玻璃陶瓷材料及制備方法與利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法，屬于電子陶瓷基板材料及其制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷基板材料以其優(yōu)良的導熱性和氣密性，廣泛應(yīng)用于功率電子、電子封裝、混合微電子與多芯片模塊等領(lǐng)域?；宓淖畲笤V求為導熱更佳，照明的LED封裝需求最重要的就是散熱和高反射率問題；其次則是需要強而有力的結(jié)構(gòu)體和穩(wěn)定可靠的材料。
[0003]LED封裝經(jīng)過30年的演進，最大的特色就是尺寸愈來愈小，因此熱效應(yīng)問題在輸入驅(qū)動電流較高時便凸顯出來。在一定的尺寸下，要求更高功率，要不就是增加LED芯片數(shù)量，要不就是提高單顆芯片的電流，對于后者在相對狹小的空間范圍內(nèi)就會增大LED的發(fā)熱，燈內(nèi)溫度就會升高，結(jié)果是每升高20°C，LED效能就要降低5%。
[0004]為了解決以上問題，國內(nèi)外都積極致力于開發(fā)出功率高，散熱能力強，熱膨脹系數(shù)小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的LED基板，如專利CN1905223A，介紹一種熱電分離設(shè)計的LED共燒玻璃陶瓷基板，可以明顯降低LED封裝溫度，提高光效，CN101188260A通過氧化鋁陶瓷基板與氮化鋁陶瓷基板疊層結(jié)合在一起，結(jié)合兩者的優(yōu)點，去除缺點，將散熱能力提高幾十到上百倍，US20050161682A1提出一種適于較高溫度工作的LED封裝結(jié)構(gòu)是使用金屬與LTCC結(jié)合的基板，并在LTCC上形成導電和導熱焊盤。另外，照明反光板的研究現(xiàn)在朝反光材料和反光角度兩方面展開，反光材料研究已經(jīng)有上百年的時間，包括PVC晶格反光片、電鍍、鏡面鋁、納米膜、熒光布等等，大量用于反光板和其他方面，技術(shù)相當完善，其中納米材料反射率可以達86%，德國安鋁的鏡面鋁最高可以達到98%，本項目采用高平滑性，導電系數(shù)高的銀層，它具有下列優(yōu)點:優(yōu)秀的光反射特性(95%以上全反射率、擴散反射率:92%、鏡面反射率:3%)、反射能力都能夠維持均一性，對于有忠實反射光源要求的情況下，更能發(fā)揮其特長。
[0005]先前封裝用陶瓷基板材料由于材料成本高且燒結(jié)后強度不足，造成應(yīng)用面的拓展困難，本發(fā)明提供一種成本低且制程相對簡易的陶瓷生胚制造方法，提高陶瓷坯體有效性及致密度，加上內(nèi)埋銀線路當導熱體及反射面，大幅度提高散熱性及發(fā)光效率，滿足量產(chǎn)的需求，由于成本較低有助降低LED晶粒的生產(chǎn)成本，具產(chǎn)業(yè)推廣效益。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種高熱傳導率、高強度和低成本的共燒玻璃陶瓷材料制作的LED封裝用基板。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用一定的銀膏印刷得到高反射率的LED封裝用陶瓷基板的方法。
[0008]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種共燒玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述共燒玻璃陶瓷材料主要組分包括40-60wt%的無機相成分和40-60%有機相成分，其中:所述無機相成分占總整體重量百分含量為:20-30wt%高精細氧化鋁粉料和20-30wt%精加工玻璃粉；
所述有機相包括溶劑乙醇、粘結(jié)劑聚乙稀醇縮丁醛、塑化劑鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯其中一種或兩種。
[0009]所述高精細氧化鋁粉料是來自昭和電工株式會社，粉料型號為A1-160SG-4，平均粒徑為0.55um，純度達到99.5% ;所述精加工玻璃粉是來自磊盈股份有限公司，粉料型號為TF888，平均粒徑為0.67um。
[0010]所述溶劑乙醇來自贛縣銀基化工商行，純度達到99%;所述粘結(jié)劑聚乙稀醇縮丁醛來自格雷斯蒙-偉斯公司，型號為GMB-705，固含量為18.5wt%，粘度235cps ;所述塑化劑鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯來自南昌全友化工原料有限公司，純度達到99.9%以上。
[0011]所述有機相成分中各組成占無機與有機整體重量百分含量為:溶劑乙醇20-25wt%，粘結(jié)劑 20-25wt%，塑化劑 2_8%。
[0012]所述的一種共燒玻璃陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括:
O將氧化鋁粉放入行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1進行球磨3-6h，然后烘干進行600度淬火4-8h ；
2)將玻璃粉放入行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1進行球磨l_3h，然后烘干進行200度淬火4-8h ；
3)按照制備共燒玻璃陶瓷所需原材料中各組分占無機與有機整體質(zhì)量百分含量，分別稱取淬火好的氧化鋁與玻璃粉和溶劑、粘結(jié)劑與塑化劑，添加到球磨罐中，然后放入行星式球磨機中進行一次性球磨8-12h ；
4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為10-20r/min，脫泡時間 20-40min ；
5)將脫泡好的料漿倒入流延機中進行流延，流延刀口高度1.0-1.5mm，流速0.5-1.5m/min，烘制溫度40-60°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行90_120°C烘制。
[0013]所述的利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法，其特征在于，首先將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-350°C階段升溫速度為5-80C /min,保溫 20_40min，350_770°C階段升溫速度為 5_10°C /min,保溫 20_40min，然后隨爐降溫。
[0014]所述疊層水壓等靜壓的壓力為6000-8000psi，溫度為65_80°C，合模水壓等靜壓的壓力為500-800psi，溫度為65-80°C。
[0015]所述球磨罐中球為氧化鋁球和氧化鋯球混合體，按質(zhì)量百分含量均為50%，各類球含有兩種不同的直徑，分別是12mm和7mm。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:
1、原材料全部來自已商業(yè)化產(chǎn)品，可以大幅度降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力；
2、本發(fā)明產(chǎn)品保證較高的熱傳導率，較小的熱膨脹系數(shù)的情況下，具有低收縮率和高密度，可以顯著提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和抗震性。
[0017]3、采用一定的銀膏印刷，可得到反射率95%以上的LED基板，提高LED光效。
[0018]4、此燒結(jié)出來的LED封裝用基板可以達到密度3.2-3.5g/cm3，熱傳導率在18-20W/m.k，基板光反射率95 %以上，熱膨脹系數(shù)低于6.2 ppm/°C，達到高強度、高熱導率及低成本的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是LED封裝用單顆基板的正視圖。
[0020]圖2是LED封裝用單顆基板的反視圖。
[0021]圖3是LED封裝用單顆基板的剖面圖。
[0022]圖4是LED封裝用單顆基板的立體圖。
[0023]圖5是成品整體圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1是LED封裝用單顆基板正視圖，基板內(nèi)層導電銀膏表層區(qū)域I起到導電和光線反射作用，基板內(nèi)層導熱銀膏表層區(qū)域2同時也起到導熱和光線反射作用，大面積銀膏表層可以起到大幅度提高光線的反射率的效果。為了提高基板導電導熱性能，對基板下層打通若干孔，通過填充高導電導熱銀膏提高導電和導熱性能，如圖2，單顆基板上設(shè)有導熱孔3、導電孔5、基板外層導熱銀膏表層區(qū)域4和基板外層導電銀膏表層區(qū)域6，如圖3，填充好的導熱銀膏7、導電銀膏8。為了后續(xù)封裝方便并提供一定的LED芯片位置空間，需要加上基板上層，如圖4基板立體圖，基板上層9是由5張150um厚度的毛坯帶疊壓在一起的，在上層槽中填充一定反射率的硅膠，硅膠在這里一方面可以起到固定LED芯片，另一方面可以提高光的反射率的作用?；逑聦?0是由2張150um厚度的薄毛坯帶疊壓在一起，先進行打孔，銀膏填孔，并在其上下兩面印刷銀膏，它是LED封裝用基板的重要部分。圖5是基板成品整體圖，它是由上下兩層合模在一起而成，尺寸為60*60mm，共有180顆LED封裝單顆基板。
[0025]實施案例I
一種制備共燒玻璃陶瓷生胚帶的制備方法，包括如下步驟:
(1)將昭和電工氧化鋁粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨3h,然后烘干進行600度淬火6h,
(2)將磊盈玻璃粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨2h，然后烘干進行200度淬火4h，
(3)將淬火好的氧化鋁22wt%，淬火好的玻璃粉28wt%,溶劑乙醇22.5wt%,粘結(jié)劑
22.5wt°/c^P塑化劑5%，放入球磨罐中，球料溶劑質(zhì)量比為6:3:1，放入行星式球磨機中進行一次性球磨10h，
(4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為12rpm，脫泡時間30min,
(5)將脫泡好的料衆(zhòng)倒入流延機中進行流延,流延刀口高度1.2mm,流速1.5m/min,烘制溫度50°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行120°C烘制。
[0026](6)將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，
(7)將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，
(8)將基板毛坯放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-400°C階段升溫速度為7V/min,保溫20min，400-750°C階段升溫速度為8°C /min，保溫20min，然后隨爐降溫。
[0027]實施案例2
一種制備共燒玻璃陶瓷生胚帶的制備方法，包括如下步驟:
(1)將昭和電工氧化鋁粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨3h,然后烘干進行600度淬火6h,
(2)將磊盈玻璃粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨2h，然后烘干進行200度淬火4h，
(3)將淬火好的氧化鋁24wt%，淬火好的玻璃粉26wt%，溶劑乙醇22.5wt%，粘結(jié)劑23wt%和塑化劑5.5%，放入球磨罐中，球料溶劑質(zhì)量比為6:3:1，放入行星式球磨機中進行一次性球磨1h,
(4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為14rpm，脫泡時間30min,
(5)將脫泡好的料衆(zhòng)倒入流延機中進行流延,流延刀口高度1.3mm,流速1.3m/min,烘制溫度50°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行110°C烘制。
[0028](6)將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，
(7)將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，
(8)將基板毛坯放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-350°C階段升溫速度為6°C/min,保溫30min，350-770°C階段升溫速度為7V /min，保溫30min，然后隨爐降溫。
[0029]實施案例3
一種制備共燒玻璃陶瓷生胚帶的制備方法，包括如下步驟:
(1)將昭和電工氧化鋁粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨3h,然后烘干進行600度淬火6h,
(2)將磊盈玻璃粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨2h，然后烘干進行200度淬火4h，
(3)將淬火好的氧化鋁26wt%’淬火好的玻璃粉24wt%’溶劑乙醇22.5wt%,粘結(jié)劑
23.5wt°/c^P塑化劑6%，放入球磨罐中，球料溶劑質(zhì)量比為6:3:1，放入行星式球磨機中進行一次性球磨10h，
(4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為16rpm，脫泡時間30min,
(5)將脫泡好的料衆(zhòng)倒入流延機中進行流延,流延刀口高度1.4mm,流速1.lm/min,烘制溫度50°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行100°C烘制。
[0030](6)將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，(7)將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，
(8)將基板毛坯放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-300°C階段升溫速度為5°C/min,保溫40min，300-790°C階段升溫速度為6°C /min，保溫30min，然后隨爐降溫。
[0031]實施案例4
一種制備共燒玻璃陶瓷生胚帶的制備方法，包括如下步驟:
(1)將昭和電工氧化鋁粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨3h,然后烘干進行600度淬火6h,
(2)將磊盈玻璃粉放入球磨罐中，于行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1，進行球磨2h，然后烘干進行200度淬火4h，
(3)將淬火好的氧化鋁28wt%,淬火好的玻璃粉22wt%，溶劑乙醇22.5wt%,粘結(jié)劑24wt%和塑化劑6.5%，放入球磨罐中，球料溶劑質(zhì)量比為6:3:1，放入行星式球磨機中進行一次性球磨1h,
(4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為ISrpm，脫泡時間30min,
(5)將脫泡好的料衆(zhòng)倒入流延機中進行流延,流延刀口高度1.5mm,流速0.9m/min,烘制溫度50°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行90°C烘制。
[0032](6)將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，
(7)將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，
(8)將基板毛坯放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-250°C階段升溫速度為4°C/min,保溫60min，250-750°C階段升溫速度為5°C /min，保溫40min，然后隨爐降溫。
[0033]以上實例1-4，按照實施案例步驟制作出來的產(chǎn)品，將本發(fā)明產(chǎn)品與日本薄帶7IEAS制備的LED基板進行特性對比，具體特性對比情況如表1所示:
表1本發(fā)明產(chǎn)品與日本7IEAS薄帶特性對比
【權(quán)利要求】
1.一種共燒玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述共燒玻璃陶瓷材料主要組分包括40-60wt%的無機相成分和40-60%有機相成分，其中: 所述無機相成分占總整體重量百分含量為:20-30wt%高精細氧化鋁粉料和20-30wt%精加工玻璃粉； 所述有機相包括溶劑乙醇、粘結(jié)劑聚乙稀醇縮丁醛、塑化劑鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯其中一種或兩種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共燒玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述高精細氧化鋁粉料是來自昭和電工株式會社，粉料型號為A1-160SG-4，平均粒徑為0.55um,純度達到99.5%;所述精加工玻璃粉是來自磊盈股份有限公司，粉料型號為TF888，平均粒徑為0.67um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共燒玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述溶劑乙醇來自贛縣銀基化工商行，純度達到99% ;所述粘結(jié)劑聚乙稀醇縮丁醛來自格雷斯蒙-偉斯公司，型號為GMB-705，固含 量為18.5wt%，粘度235cps ;所述塑化劑鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯來自南昌全友化工原料有限公司，純度達到99.9%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共燒玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述有機相成分中各組成占無機與有機整體重量百分含量為:溶劑乙醇20-25wt%，粘結(jié)劑20-25wt%，塑化劑2-8% ο
5.—種權(quán)利要求1所述的一種共燒玻璃陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括: O將氧化鋁粉放入行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1進行球磨3-6h，然后烘干進行600度淬火4-8h ； 2)將玻璃粉放入行星球磨機按質(zhì)量球料水比3:1:1進行球磨l_3h，然后烘干進行200度淬火4-8h ； 3)按照制備共燒玻璃陶瓷所需原材料中各組分占無機與有機整體質(zhì)量百分含量，分別稱取淬火好的氧化鋁與玻璃粉和溶劑、粘結(jié)劑與塑化劑，添加到球磨罐中，然后放入行星式球磨機中進行一次性球磨8-12h ； 4)將球磨料漿放入脫泡機中進行真空脫泡，脫泡要求攪拌速度為10-20r/min，脫泡時間 20-40min ； 5)將脫泡好的料漿倒入流延機中進行流延，流延刀口高度1.0-1.5mm，流速0.5-1.5m/min，烘制溫度40-60°C，然后裁切成150*150mm的生胚帶，放入烘箱中進行90_120°C烘制。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法，其特征在于，首先將若干張?zhí)沾缮邘НB層、沖孔，通孔內(nèi)填滿銀漿，在生胚帶上絲網(wǎng)印刷銀漿導體圖形及相應(yīng)電極，將印刷好的生胚帶按預先設(shè)計的層數(shù)和次序合模后經(jīng)水壓機均勻等靜壓，最后切割成相應(yīng)尺寸的基板毛坯，放入箱式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)程式:0-350°C階段升溫速度為5-8°C /min，保溫20_40min，350_770°C階段升溫速度為5_10°C /min，保溫20-40min，然后隨爐降溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用共燒玻璃陶瓷材料制作LED封裝用基板的方法，其特征在于，所述疊層水壓等靜壓的壓力為6000-8000psi，溫度為65-80°C，合模水壓等靜壓的壓力為 5OO-8OOpsi,溫度為 65_80°C。
【文檔編號】H01L33/48GK104129920SQ201410365217
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】黃信二, 鐘立軍 申請人:研創(chuàng)光電科技（贛州）有限公司