用於led大功率照明模組的石墨基板及製作工藝的製作方法
2023-10-09 15:33:59 1
專利名稱：用於led大功率照明模組的石墨基板及製作工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種LED燈領域，尤其涉及一種用於LED大功率照明模組的石墨基板及其製作エ藝。
背景技術：
現有技術中的LED大功率照明燈具的基板，一般多為鋁基板或銅基板，來作為大功率LED光源的貼裝電路載板及作為光源的散熱傳導。此鋁基板或銅基板實際上算是均溫板，把熱源均溫掉，再傳導到基板背面的其它加裝的散熱器上。基板主要的功能之ー是電路，另ー個最重要的功能是散熱。 目前的基板材料主要以鋁、銅為主。銅的導熱係數是鋁的約I.8倍(AL導熱係數200W/m*K，Cu 導熱係數380W/m*K)，密度則約是 3 倍(AL 密度2. 7g/cm3，Cu 密度8. 9g/cm3)，換句話說，同樣體積、面(材積)的散熱片，銅的重量是鋁的3倍。以銅為材料用作LED照明模組散熱基板，雖然熱傳導高，但是成本高，少有散熱基板採用銅材料。以鋁或銅為材料製作而成的基板，分別比同樣尺寸的石墨為材料的基板要重30%和80%，重量較重,在運輸和安裝過程中會造成較大的負擔。以鋁或銅為材料製作而成的基板，傳熱方式是向所有方向傳熱效率相同，但由於高接觸阻力，它們不能有效地進行組分之間傳熱。金屬鋁或銅價格在市場上一直居高不下，對於LED燈加工製造業，技術已不是企業的核心競爭力，成本成為制約許多企業的瓶頸。高熱量積聚的LED燈迫切需求導熱係數高的材料提供散熱，而金屬基板無法滿足其需求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供了ー種以石墨為材料製作而成的LED大功率照明模組的石墨基板及其製作エ藝。為實現上述目的，本發明通過以下方案來實現所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板包括高導熱石墨基層、導熱絕緣層、電路層；所述的導熱石墨基層採用WT70%的微細石墨粉、WT5%的銅粉、WT5%的鋁粉、WT14%的矽烷偶聯劑、WT6%的鈦酸酯偶聯劑在IOOO0C -1200°c的高溫條件下燒結得到石墨組合物，將石墨組合物通過石墨卷材生產設備製成高導熱石墨片狀基材；所述的導熱絕緣層採用的材料為陶瓷填充聚合物；所述的電路層使用厚度為35um-280um的銅箔通過PCB印刷線路板エ藝製成電路層。進ー步的，所述的高導熱石墨基層置於底層，導熱絕緣層置於中間層，電路層置於頂層。進一步的，所述的聞導熱石墨基層可作線路板基材使用。進ー步的，所述的導熱絕緣層具有導熱，使上層電路絕緣的作用。進ー步的，所述的電路層能過載大電流、貼裝大功率LED單顆光源。
進一步的，所述的聞導熱石墨基層厚度為5mm。進ー步的，所述的導熱絕緣層厚度為O. 3mm-0. 8mm之間。進ー步的,所述的電路層厚度約O. 6mm。為實現上述目的，本發明還給出了用於LED大功率照明模組的石墨基板的製造エ藝，該製造エ藝包括以下步驟和條件(I)酸處理將含碳量在99%以上的磨細石墨粉(粒徑彡O. 9mm)放入由硫酸與雙氧水混合而成的酸處理液(酸處理液，硫酸雙氧水=30% 70%，重量比)中，在100±5°C的高溫環境下浸泡120分鐘；(2)水洗將經過酸處理的石墨粉水洗到PH = 5-6. 5 ；
(3)高溫膨化將經過水洗的石墨粉放入石墨膨化爐中，在800-1000°C的條件下
高溫膨化4小吋，再緩慢冷卻至室溫； (4)混料將高溫所得的石墨粉取70 %，添加5 %的銅粉、5 %的鋁粉、14%的矽烷偶聯劑、6%的鈦酸酯偶聯劑，機械混合15-20分鐘，再熱混捏15-20分鐘(溫度80±5°C )，製作成糊料；(5)破碎將所得糊料冷卻、破碎，將破碎的石墨化合物放入石墨膨化爐中，在1000-1200°C的條件下高溫膨化I小時，再緩慢冷卻至室溫；(6)模壓將再膨化後的石墨化合物裝入模具或通過石墨卷材機製成厚度為5麗石墨片狀基材；(7)鍍鋁將所得的石墨片狀基材的表面使用電鍍或噴鍍鍍上5-15um的鋁層，以上為製作導熱石墨基層的エ藝；(8)製作導熱絕緣層在鋁鍍後的石墨基材表面粘貼絕緣層，絕緣層材料為高導熱、高絕緣的陶瓷粉末填充而成的聚合物(主要是環氧樹脂)所構成，這樣的絕緣層具有良好的熱傳導性能(導熱係數高達2. O/m-Κ)，絕緣層具有很高的絕緣強度、良好的粘接性能；(9)覆銅箔層壓板將含銅箔(厚度為35um-280um)的酚荃樹脂覆蓋在絕緣層上；(10)層壓通過紙基覆銅層壓機將上述所完成的材料層壓，成為石墨基板；(11)製作線路將經過上述エ序完成的石墨基板經過PCB製作エ序開料一鑽孔—幹膜光成像一檢板一蝕刻一蝕檢一綠油一字符一綠檢一噴錫一石墨基面處通一衝板一終檢，即得到可用於LED大功率照明模組的石墨基板。本發明的優點是就導熱性能而言，散熱的材質無疑是最重要的因素，其價格也相對比金屬銅鋁要便宜，製造エ藝步驟簡單，生產條件便於控制。石墨基板的主要成分是碳材料，方便易得，成本低廉，抗腐蝕，耐酸鹼，抗氧化，抗老化能力強，其廢棄物也不會汙染環境。石墨基板與鋁基板及銅基板相比，散熱更快、重量輕、方便與其它散熱器貼合組裝。同時，石墨具有各向異性的傳熱特性，能夠定向傳熱，向其它組分(散熱器)傳熱效果更好，把大功率LED光源產生的熱量更快、更完全地往其它散熱器上傳導走，從而降低LED發光晶片的結溫，提高LED的光效、延長LED燈具的壽命。
以下結合附圖
對本發明作詳細說明。圖I為本發明用於LED大功率照明模組的石墨基板結構示意圖。
附圖中1是高導熱石墨基層，2是導熱絕緣層，3是電路層。
具體實施例方式如圖I所不，用於LED大功率照明I旲組的石墨基板包括聞導熱石墨基層I、導熱絕緣層2、電路層3 ;所述的導熱石墨基層I採用WT70%的微細石墨粉、WT5%的銅粉、WT5%的鋁粉、WT14%的矽烷偶聯劑、WT6%的鈦酸酯偶聯劑在1000°C -1200°C的高溫條件下燒結得到石墨組合物，將石墨組合物通過石墨卷材生產設備製成高導熱石墨片狀基材；所述的導熱絕緣層2採用的材料為陶瓷填充聚合物；所述的電路層3使用厚度為35um-280um的銅箔通過PCB印刷線路板エ藝製成電路層。所述的高導熱石墨基層I置於底層，導熱絕緣層2置於中間層，電路層3置於頂層。實施例I :將含碳量在99%以上的磨細石墨粉(粒徑彡O. 9mm) 100KG放入由硫酸50KG與雙氧水117KG混合而成的酸處理液中，在100±5°C的高溫環境下浸泡120分鐘。然後將經過 酸處理的石墨粉水洗到PH = 5-6. 5，放入石墨膨化爐中，在800-1000°C的條件下高溫膨化4小吋，再緩慢冷卻至室溫。將高溫所得的石墨粉取70KG，添加5KG的銅粉、5KG的鋁粉、14KG的矽烷偶聯劑、6KG的鈦酸酯偶聯劑，機械混合15-20分鐘，再熱混捏15-20分鐘，溫度控制在80 ± 5°C，製作成糊料。將所得糊料冷卻、破碎，將破碎的石墨化合物放入石墨膨化爐中，在1000-1200°C的條件下高溫膨化I小時，再緩慢冷卻至室溫。將再膨化後的石墨化合物裝入模具或通過石墨卷材機製成厚度為5MM石墨片狀基材若干個。最後將所得的石墨片狀基材的表面使用電鍍或噴鍍鍍上5-15um的鋁層，得到所需的導熱石墨基層I若干個。在每個導熱石墨基層I粘貼導熱絕緣層2，將含銅箔(厚度為35um-280um)的酚荃樹脂覆蓋在導熱絕緣層2上，通過紙基覆銅層壓機將上述所完成的材料層壓，成為帶導熱絕緣層石墨基板。將經過上述エ序完成的帶導熱絕緣層石墨基板經過PCB製作エ序開料一鑽孔一幹膜光成像一檢板一蝕刻一蝕檢一綠油一字符一綠檢一噴錫一石墨基面處通一衝板一終檢，即得到本發明用於LED大功率照明模組的石墨基板若干個。經測試，以上採用本發明エ藝製作的用於LED大功率照明模組的石墨基板的導熱係數為760W/m · K。統計發現石墨是最好的導熱材料，這種材料有著平面內兩維熱傳導性，可以能夠製作出高達800W/mK，而在厚度方向的第三維傳導性在6-10W/mK的範圍內。以上所述僅為本發明的優選實例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
權利要求
1.用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板包括高導熱石墨基層(I)、導熱絕緣層(2)、電路層(3);所述的導熱石墨基層(I)採用WT70%的微細石墨粉、WT5%的銅粉、WT5%的鋁粉、WT14%的矽烷偶聯劑、WT6%的鈦酸酯偶聯劑在1000°C -1200°C的高溫條件下燒結得到石墨組合物，將石墨組合物通過石墨卷材生產設備製成高導熱石墨片狀基材；所述的導熱絕緣層(2)採用的材料為陶瓷填充聚合物；所述的電路層⑶使用厚度為35um-280um的銅箔通過PCB印刷線路板エ藝製成電路層。
2.按照權利要求I所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的高導熱石墨基層(I)置於底層，導熱絕緣層(2)置於中間層，電路層(3)置於頂層。
3.按照權利要求I或2所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的高導熱石墨基層(I)可作線路板基材使用。
4.按照權利要求I或2所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的導熱絕緣層(2)具有導熱，使上層電路絕緣的作用。
5.按照權利要求I或2所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的電路層(3)能過載大電流、貼裝大功率LED單顆光源。
6.按照權利要求I或2或3所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的高導熱石墨基層(I)厚度為5mm。
7.按照權利要求I或2或4所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的導熱絕緣層(2)厚度為O. 3mm-0. 8mm之間。
8.按照權利要求I或2或5所述的用於LED大功率照明模組的石墨基板，其特徵在於所述的電路層(3)厚度約O. 6mm。
9.用於LED大功率照明模組的石墨基板的製造エ藝，其特徵在於該製造エ藝包括以下步驟和條件 (1)酸處理將含碳量在99%以上的磨細石墨粉(粒徑<O. 9mm)放入由硫酸與雙氧水混合而成的酸處理液(酸處理液，硫酸雙氧水=30% 70%，重量比)中，在100±5°C的高溫環境下浸泡120分鐘； (2)水洗將經過酸處理的石墨粉水洗到PH= 5-6. 5 ； (3)高溫膨化將經過水洗的石墨粉放入石墨膨化爐中，在800-1000°C的條件下高溫膨化4小吋，再緩慢冷卻至室溫； (4)混料將聞溫所得的石星粉取70添加5%的銅粉、5 %的招粉、14%的娃燒偶聯劑、6%的鈦酸酯偶聯劑，機械混合15-20分鐘，再熱混捏15-20分鐘(溫度80±5°C )，製作成糊料； (5)破碎將所得糊料冷卻、破碎，將破碎的石墨化合物放入石墨膨化爐中，在1000-1200°C的條件下高溫膨化I小時，再緩慢冷卻至室溫； (6)模壓將再膨化後的石墨化合物裝入模具或通過石墨卷材機製成厚度為5MM石墨片狀基材； (7)鍍鋁將所得的石墨片狀基材的表面使用電鍍或噴鍍鍍上5-15um的鋁層，以上為製作導熱石墨基層(I)的エ藝； (8)製作導熱絕緣層(2):在鋁鍍後的石墨基材表面粘貼絕緣層，絕緣層材料為高導熱、高絕緣的陶瓷粉末填充而成的聚合物(主要是環氧樹脂)所構成，這樣的絕緣層具有良好的熱傳導性能(導熱係數高達2. O/m-K)，絕緣層具有很高的絕緣強度、良好的粘接性能； (9)覆銅箔層壓板將含銅箔(厚度為35um-280um)的酚荃樹脂覆蓋在絕緣層上； (10)層壓通過紙基覆銅層壓機將上述所完成的材料層壓，成為石墨基板； (11)製作線路將經過上述エ序完成的石墨基板經過PCB製作エ序開料一鑽孔一幹 膜光成像一檢板一蝕刻一蝕檢一綠油一字符一綠檢一噴錫一石墨基面處通一衝板一終檢，即得到用於LED大功率照明模組的石墨基板。
全文摘要
本發明公開了一種用於LED大功率照明模組的石墨基板及其製作工藝，包括高導熱石墨基層、導熱絕緣層、電路層。導熱石墨基層採用WT70％的微細石墨粉、WT5％的銅粉、WT5％的鋁粉、WT14％的矽烷偶聯劑、WT6％的鈦酸酯偶聯劑在1000℃-1200℃的高溫條件下燒結得到石墨組合物，將石墨組合物通過石墨卷材生產設備製成高導熱石墨片狀基材。導熱絕緣層採用的材料為陶瓷填充聚合物。電路層使用厚度為35μm-280μm的銅箔通過PCB印刷線路板工藝製成電路層。石墨基板的主要成分是碳材料，方便易得，成本低廉，抗腐蝕，耐酸鹼，抗氧化，抗老化能力強，其廢棄物也不會汙染環境。
文檔編號F21Y101/02GK102692000SQ201210181319
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者劉榮, 楊詩毅 申請人:山西山地新源科技有限公司