一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板制造技術

本發明專利技術提供一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。該基板由陶瓷粉、銅纖維及低溫玻璃燒結助劑組成。基板材料組成以質量百分數計：陶瓷粉30～40％，銅纖維20～40％，低溫玻璃燒結助劑30～40％。本發明專利技術提供的陶瓷基復合基板可在800～950℃燒成。本發明專利技術選取價格低廉的可實現低溫燒結的陶瓷粉體作為主要原料，通過在陶瓷基體中添加高導熱銅纖維，銅纖維穿插于陶瓷基體之間，使材料的傳熱阻力降低，基板的熱導率有很大程度的提高。同時加入一定量的低溫玻璃燒結助劑，在金屬纖維熔點以下實現基板的低溫燒結。本發明專利技術適用于LED的封裝應用等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于LED陶瓷散熱基板
，主要涉及大功率發光二極管(Light-EmittingDiode，LED)光源的散熱技術，具體為含有銅纖維的陶瓷基復合基板。
技術介紹
陶瓷材料化學性能穩定、電絕緣性好，線膨脹系數與電子元器件非常相近，是電子元器件中常用的基板材料之一。而且陶瓷材料價格相對低廉，在目前電子行業中得到廣泛的應用。低溫燒結陶瓷能夠根據預先設定的結構，將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成，能用于實現高集成度、高性能的電子封裝技術。但是低溫燒結陶瓷熱導率相對較低，難以滿足大功率集成電路或大功率LED的散熱要求。金屬具有高導熱、成本低廉，室溫熱導率高，但金屬基板熱膨脹系數很大，與電子元器件不匹配，容易造成電子元器件的脫落，難以滿足產業應用的要求。金屬纖維不僅具有長徑比高、結構完整、缺陷少、強度和模量高等特點，而且還具有金屬的固有高導熱特性，用銅纖維制備高導熱低成本復合材料散熱基板尚沒有人嘗試。
技術實現思路
本專利技術是針對低溫燒結陶瓷熱導率相對較低、金屬基板熱膨脹系數大的問題，通過銅纖維的橋接導熱，大幅度提高低溫燒結銅纖維陶瓷基復合材料基板的熱導率，使低成本的復合陶瓷基板適應大功率LED、高集成度大功率模塊電路的高熱導率要求。針對現有技術存在的不足之處，本專利技術的目的是提出一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。實現本專利技術上述目的的技術方案為：一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，所述基板由陶瓷粉、銅纖維及低溫玻璃燒結助劑組成，基板材料組分的質量百分含量為：陶瓷粉30～40％，銅纖維20～40％，低溫玻璃燒結助劑30～40％。所述的陶瓷粉為具有低溫燒結性能或在低溫燒結助劑作用下實現低溫燒結的氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷粉體或它們兩種以上的混合物。所述的陶瓷粉體為粉末狀，粉末粒徑為0.1～1μm。所述銅纖維直徑為0.5～2μm，長徑比大于10。所述銅纖維為純銅纖維或銅合金纖維，以及表面鍍其它材料的銅金屬或銅合金金屬纖維。所述的低熔點玻璃燒結助劑其氧化物質量百分比配方為：所述基板的燒成溫度在800～950℃，具體制備工藝如下：(1)混料：按權利要求1所述比例的陶瓷粉、銅纖維以及低溫玻璃燒結助劑混合后，加入一定量無水乙醇，經12-24h球磨混合或機械攪拌混合后烘干、過篩備用；(2)成型：按步驟(1)得到的混合料，加入混合料總質量為4％～6％的水和4～6％的聚乙二醇后置于鋼模中，在自動壓片機壓力作用下，模壓成型得到1～1.5mm厚的基板預制件；(3)干燥：將模壓成型基板預制件在烘箱中干燥1小時；(4)排膠：將預制件進行加熱排膠，升溫至500～700℃，保持1～3小時得到陶瓷坯片；(5)燒結：將排膠后的陶瓷坯片送入以氮氣或惰性氣體進行保護的燒結設備中，在800～950℃溫度下，燒結2～6小時，得到銅纖維陶瓷基復合基板。本專利技術所述的制備工藝得到的低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，其有益效果在于：選取價格低廉陶瓷粉體作為主要原料，通過在陶瓷基體中添加高導熱的金屬纖維，金屬纖維穿插于陶瓷基體之間，有利于形成導熱網絡，增加導熱通路，使材料的傳熱阻力降低，基板的熱導率有很大程度的提高；同時，通過添加低溫燒結助劑顯著降低了陶瓷基板的燒結溫度，降低了制備成本，避免了金屬纖維的高溫熔化弱點，從而為更大功率LED、更高集成度大功率模塊電路提供必要的散熱基板。附圖說明圖1為本專利技術陶瓷基復合基板的制備流程圖。圖2為本專利技術陶瓷基復合基板的剖面圖。具體實施方式低溫玻璃燒結助劑是根據不同的陶瓷粉體優選具有高導熱性能的能促進陶瓷粉體在低溫燒結的低熔點玻璃助劑。實施例中，如無特別說明，所用技術手段為本領域常規的技術手段。實施例1：參見圖1的流程圖。取平均粒徑為1μm的Al2O3粉體400g，直徑為1μm、長徑比10～12的銅纖維350g，平均粒徑為0.5μm的低溫玻璃燒結助劑250g，加入無水乙醇500g進行球磨混合24小時。將得到的混合料，加入75g水和75g的聚乙二醇后置于鋼模中，在自動壓片機80MPa壓力作用下，模壓成型得到1.5mm厚的基板預制件，并將脫模后的基板預制件在烘箱中經180℃的熱風進行干燥1小時。將干燥后的基板預制件送入排膠爐中，分段排膠，升溫至700℃，保溫3小時，排膠后得到陶瓷坯片。將陶瓷坯片送入氣氛燒結爐，在2個大氣壓的氮氣保護氣氛中，在830℃溫度下，燒結3小時得到低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。實施例2取平均粒徑為0.8μm的SiC粉體350g，直徑為1μm、長徑比10～12的黃銅纖維350g，平均粒徑為0.5μm的低溫玻璃燒結助劑300g，加入無水乙醇500g進行球磨混合24小時。將得到的混合料，加入70g水和70g的聚乙二醇后置于鋼模中，在自動壓片機70MPa壓力作用下，模壓成型得到1.4mm厚的基板預制件，并將脫模后的基板預制件在烘箱中經150℃的熱風進行干燥1小時。將干燥后的基板預制件送入排膠爐中，分段排膠，升溫至600℃，保溫3小時，排膠后得到陶瓷坯片。將陶瓷坯片送入氣氛燒結爐，在2個大氣壓的氮氣保護氣氛中，在870℃溫度下，燒結5小時得到低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。實施例3：取平均粒徑為0.75μm堇青石玻璃陶瓷粉體400g，直徑為1.5μm、長徑比10～15的銅纖維250g，平均粒徑為0.5μm的低溫玻璃燒結助劑300g，加入無水乙醇500g進行球磨混合24小時。將得到的混合料，加入65g水和65g的聚乙二醇后置于鋼模中，在自動壓片機60MPa壓力作用下，模壓成型得到1.3mm厚的基板預制件，并將脫模后的基板預制件在烘箱中經150℃的熱風進行干燥1小時。將干燥后的基板預制件送入排膠爐中，分段排膠，升溫至700℃，保溫2小時，排膠后得到陶瓷坯片。將陶瓷坯片送入氣氛燒結爐，在2個大氣壓的氮氣保護氣氛中，在910℃溫度下，燒結5小時得到低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。實施例4取平均粒徑為0.3μmAlN粉體400g，直徑為0.6μm、長徑比10～13的銅纖維300g，平均粒徑為0.1μm的低溫玻璃燒結助劑270g，加入無水乙醇500g進行球磨混合24小時。將得到的混合料，加入60g水和60g的聚乙二醇后置于鋼模中，在自動壓片機50MPa壓力作用下，模壓成型得到1.2mm厚的基板預制件，并將脫模后的基板預制件在烘箱中經115℃的熱風進行干燥1小時。將干燥后的基板預制件送入排膠爐中，分段排膠，升溫至570℃，保溫1小時，排膠后得到陶瓷坯片。將陶瓷坯片送入氣氛燒結爐，在2個大氣壓的氮氣保護氣氛中，在950℃下，燒結6小時得到低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板。以上的實施例僅僅是對本專利技術的具體實施方式進行描述，并非對本專利技術的范圍進行限定，本領域技術人員在現有技術的基礎上還可做多種修改和變化，在不脫離本專利技術設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本專利技術的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，由陶瓷粉、銅纖維及低溫玻璃燒結助劑組成，其特征在于：基板材料組分的質量百分含量為：陶瓷粉30～40％，銅纖維20～40％，低溫玻璃燒結助劑30～40％。

【技術特征摘要】
1.一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，由陶瓷粉、銅纖維及低溫玻璃燒結助劑組成，其特征在于：基板材料組分的質量百分含量為：陶瓷粉30～40％，銅纖維20～40％，低溫玻璃燒結助劑30～40％。
2.根據權利要求1所述的一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，其特征在于：所述的陶瓷粉為具有低溫燒結性能或在低溫燒結助劑作用下實現低溫燒結的氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷粉體或它們兩種以上的混合物。
3.根據權利要求2所述的一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，其特征在于：所述的陶瓷粉體為粉末狀，粉末粒徑為0.1～1μm。
4.根據權利要求1所述的一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，其特征在于：所述銅纖維直徑為0.5～2μm，長徑比大于10。
5.根據權利要求4所述的一種低溫燒結銅纖維陶瓷基復合基板，其特征在于：所述銅纖維為純銅纖維或銅合金纖維，以及表面鍍其它材料的銅金屬或銅合金金屬纖維。
6.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王雙喜，歐陽雪瓊，王亞東，
申請(專利權)人：佛山市百瑞新材料技術有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44