大功率LED用陶瓷散热基板的制备及其性能研究

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散热一直是大功率LED照明领域亟待解决的难题,封装基板材料对LED散热性能影响巨大。陶瓷基板因具有热导率高、绝缘性好、热膨胀系数与芯片匹配等众多优点而受到广泛关注。本文以大功率LED陶瓷基板的应用为研究背景,提出了一种流延-压延复合成型陶瓷基板的新工艺,采用微纳跨尺度混合粒径的陶瓷粉体为基础原料,通过流延-压延成型,制备出包含微纳跨尺度颗粒的陶瓷生带,利用纳米粉在压延时的可迁移性,形成大颗粒做骨架、纳米小颗粒做填充的微纳跨尺度显微结构。通过连通的大颗粒骨架形成陶瓷基板内的高导热通道,通过纳米粉降低烧结温度,以实现在不添加玻璃烧结助剂的情况下,中低温烧结制备出具备优良导热性能的陶瓷基板。采用微纳分离三步球磨混合制浆工艺制备出了性能稳定的微纳跨尺度陶瓷流延浆料并对浆料性能进行了研究。利用流延-压延成型工艺制备出了包含微纳跨尺度陶瓷颗粒的生带,最后,在1300-1600℃的温度下,制备出了微纳跨尺度陶瓷基板,并对流延成型工艺以及流延-压延成型工艺两种不同工艺制备的陶瓷基板的性能进行了研究。重点研究了流延-压延成型工艺对制备的陶瓷基板导热性能的影响。主要研究结果如下:  (1)对纳米Al2O3的表面进行改性能降低纳米粉体的团聚,提高浆料的稳定性。钛酸酯偶联剂对纳米Al2O3粉体改性效果良好,经过改性的纳米Al2O3悬浮液分散均匀,稳定性较好,静置4天,无明显沉降,静置12天,沉降仅3%。  (2)提出了微纳分离三步球磨混合制浆工艺,该工艺较普通球磨工艺效率更高,制备的陶瓷浆料分散稳定性更好。  (3)筛选出了合适的流延浆料配方:固含量为65wt%,纳米与微米粉体积比为35%:65%。采用微纳颗粒混合的陶瓷浆料流动性、稳定性好,制备的包含2种尺度颗粒的生带表面光滑。  (4)在无玻璃、稀土等添加剂的情况下,在1600℃下,流延-压延成型工艺制备的微纳跨尺度Al2O3陶瓷基板致密度为96.9%,Z向收缩率为11.65%,断裂韧性为4.2MPa·m1/2,介电常数为9.5,热导率为23.8W/(m·K),基板性能接近1750℃烧结的Al2O3陶瓷基板的性能。
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