一种陶瓷散热器的复合材料及制备方法和LED照明装置

摘要

本发明公开了一种陶瓷散热器的复合材料及制备方法和LED照明装置。复合材料各原料的重量份为：三氧化二铝94—98份，氧化镁0.5—2份，东阳土0.5—2份，轻质钙0.5—2份，石英粉0.5—2份。带基板线路的陶瓷材料散热器的制备方法由下列步骤制作而成：原料组合，干法球磨，料饼，造粒，模具，注塑成型，低温素烧、排胶，高温烧成，检验，线路图设计，银浆丝网印刷，烤烧，检验。本发明利用丝网印刷+烧结的厚膜工艺，在复合陶瓷材料散热器底部用丝网印刷法，印刷LED线路图，解决大功率LED灯泡的散热瓶颈，较现有的铝合金LED灯泡可同比降低温度10℃左右，使用寿命延长至5万小时以上。

权利要求

1.一种带基板线路的陶瓷材料散热器的制备方法，包括陶瓷材料散热器的注塑成型法和LED线路图的印制工艺及烤烧，其特征是所述的陶瓷材料散热器的注塑成型法由下列步骤组成：①将复合陶瓷材料：三氧化二铝94—98份，氧化镁0.5—2份，东阳土0.5—2份，轻质钙0.5—2份，石英粉0.5—2份，混合后用干式球磨成细粉，万孔筛余0.03—0.08%；再加入助塑成型物质，助塑成型物质为复合陶瓷材料质量的6—10%；并制成蜡饼状成型物质，所述的助塑成型物质包括蜂蜡或半精炼石蜡；

②采用挤出造粒机对所述的蜡饼状成型物质进行造粒得料粒材料；所述的料粒材料的料粒的直径在0.3cm以下；

③将所述料粒材料放入注塑机及成型模具中注塑成型，注塑机将料粒材料熔解成流动浆料，通过100MPa以内的高压注入模具而成型，得到散热器坯料；

④将散热器坯料在900—1100度低温素烧，排胶，排出助塑成型物质，得素坯；

⑤将素坯入推板窑中，于1430—1530℃温度下高温烧成，烧成时间为25—35分钟，得成瓷体。

2.根据权利要求1所述的一种带基板线路的陶瓷材料散热器的制备方法，其特征是：所述的LED线路图的印制工艺及烤烧为将线路直接印刷在注塑成型后的散热器成瓷体上。

说明书

一种陶瓷散热器的复合材料及制备方法和LED照明装置

技术领域

[0001] 本发明属于照明技术领域，涉及一种陶瓷散热器的复合材料及制备方法和LED照明装置。

背景技术

[0002] 目前行业内常规的LED灯泡的散热较差，以致LED灯泡的寿命较短（2-3万小时），尤其是大功率LED灯泡的使用寿命，变成了一个影响其性能的主要问题。解决LED灯泡的散热问题，是打破生产技术瓶颈、加大产品市场竞争力的重要手段。现有技术中如CN201020536196.3，名为“一种LED照明灯的散热改良结构”，包括LED灯珠、金属散热器，金属散热器的正面烧结有金属电路；双如CN201120206872.5，名为 “一种基于陶瓷基PCB板的LED模组”，基于陶瓷基PCB板的LED模组，包括散热器、陶瓷基PCB板、LED芯片、封装胶体、密封硅胶和透镜模组，LED芯覆载在陶瓷基PCB板上，并通过引线焊接到陶瓷基PCB板电气层的电极焊盘；再如CN201020554550.5，名为“一种高效散热LED路灯”，公开了一种高效散热LED路灯，包括壳体、透明灯罩、吸热铜板、陶瓷基板和LED阵列，壳体下面依次固定吸热铜板和陶瓷基板，陶瓷基板上焊接LED阵列，LED阵列通过导线穿过防水接口与外部的恒流电源连接。目前，未见发现采用本发明复合陶瓷制作LED散热器；利用丝网印刷+烧结的厚膜工艺，在复合陶瓷散热器底部印刷LED线路图；采用注塑成型技术开发LED散热器的报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于解决LED灯泡散热瓶颈，从而提供一种陶瓷散热器的复合材料及制备方法和LED照明装置，利用丝网印刷+烧结的厚膜工艺，在复合陶瓷材料散热器底部印刷LED线路图；采用注塑成型技术开发LED散热器。

[0004] 本发明的技术方案之一：一种陶瓷散热器的复合材料，它主要由三氧化二铝、氧化镁、东阳土、轻质钙和石英粉制备而成，各原料的重量份为：三氧化二铝94—98份，氧化镁0.5—2份，东阳土0.5—2份，轻质钙0.5—2份，石英粉0.5—2份。

[0005] 优选：各原料的重量份为：三氧化二铝96份，氧化镁1份，东阳土1份，轻质钙1份，石英粉1份。

[0006] 本发明的技术方案之二：一种带基板线路的陶瓷材料散热器的制备方法，由下列步骤制作而成：

[0007] （1）、陶瓷材料散热器的注塑成型法：

[0008] ①将复合陶瓷材料：三氧化二铝94—98份，氧化镁0.5—2份，东阳土0.5—2份，轻质钙0.5—2份，石英粉0.5—2份，混合后用干式球磨成细粉，万孔筛余0.03—0.08%；再加入助塑成型物质，助塑成型物质为复合陶瓷材料质量的6—10%；并制成蜡饼状成型物质；

[0009] ②采用挤出造粒机对所述的蜡饼状成型物质进行造粒得料粒材料； [0010] ③将所述料粒材料放入注塑机及成型模具中注塑成型，注塑机将料粒材料熔解成流动浆料，通过100MPa以内的高压注入模具而成型，得到散热器坯料；

[0011] ④将散热器坯料在900—1100度低温素烧，排胶，排出助塑成型物质，得素坯；

[0012] ⑤将素坯入推板窑中，于1430—1530°C温度下高温烧成，烧成时间为25—35分钟，得成瓷体。

[0013] （2）、LED线路图的印制工艺及烤烧：

[0014] 将线路直接印刷在注塑成型后的散热器成瓷体上：

[0015] ①将设计线路图制成丝网，将丝网放置在散热器成瓷体的基板1上，用银浆对散热器坯料的基板1进行丝网印刷，银浆印刷到散热器成瓷体的基板1上形成线路图；

[0016] ②将印刷好线路图的散热器成瓷体放入烤烧窑炉中，于840—880℃的温度下烤烧成，烤烧成后银浆形成的线路图与陶瓷材料散热器成瓷体结合形成整体。

[0017] 优选：所述的助塑成型物质包括蜂蜡或半精炼石蜡；所述的料粒材料的料粒的直径在0.3cm以下；所述于840—880℃的温度下烤烧成的烤烧时间为0.5—1小时之间。

[0018] 本发明的技术方案之三：一种带基板线路的陶瓷材料散热器，所述的散热器的前端为基板，基板的中心设有中心接口，基板的面板上串联或并联设有基板线路，散热器的后端设有与灯座连接的连接头。

[0019] 优选：所述基板上的各电路接头径向均匀分布。

[0020] 所述的基板与连接头之间的散热器的径向上均匀设有若干连接筋，连接筋之间为散热空间，散热空间内的基板上设有若干个散热孔。

[0021] 本发明的技术方案之四：一种由带基板线路的陶瓷材料散热器组成的LED照明装置，它包括散热器和灯座，基板线路上的各电路接头分别与各LED发光单元连接，基板线路的正负极分别通过中心接口内的内置电路或连接电线与灯座的正负极连接。

[0022] 本发明具有如下显著效果：

[0023] 1、利用复合陶瓷材料作为LED灯泡的散热器，具有更好的导热性能和绝缘性，安全又环保。复合陶瓷材料既有金属材料的环境导热功能，又有金属材料不具备的辐射导热性能，并且复合陶瓷材料为非金属材料其本质绝缘。

[0024] 2、利用丝网印刷+烧结的厚膜工艺。在复合陶瓷材料散热器底部用丝网印刷法，印刷LED线路图，省去铝基板，减少导热层级，解决大功率LED灯泡的散热瓶颈，本发明较现有的铝合金LED灯泡可同比降低温度10℃左右，使用寿命延长至5万小时以上。

[0025] 3、采用注塑成型技术替代传统的成型工艺，具有设备利用率高，产量大，生坯合格率高、产品尺寸精确等优点。该复合陶瓷材料、线路一体LED散热器，密度达到3.7—3.5kg/3
cm，热导率24—29 W/(m·K)，灯泡流明值每w在80—90lm，产品使用寿命大大延长。

附图说明

[0026] 图1是本发明实施例1的结构示意图。

[0027] 图中：基板1，散热器2，灯座3，LED发光单元4，中心接口7，基板线路8。

具体实施方式

[0028] 本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

[0029] 实施例1：

[0030] 由下列步骤制作而成：原料组合→干法球磨→料饼→造粒→模具→注塑成型→低温素烧、排胶→高温烧成→检验→线路图设计→银浆丝网印刷→烤烧→检验。

[0031] （1）、陶瓷材料散热器的注塑成型法：

[0032] ①将组合的复合陶瓷材料：三氧化二铝96份，氧化镁1份，东阳土1份，轻质钙1份，石英粉1份，用干式球磨成细粉，万孔筛余0.05%；再加入7.5%（与复合陶瓷材料比例）助塑成型物质，并制成蜡饼状成型物质，助塑成型物质包括蜂蜡或半精炼石蜡。

[0033] ②采用挤出造粒机对所述的蜡饼状成型物质进行造粒得料粒材料；料粒的大小为直径0.3cm。

[0034] ③将所述料粒材料放入注塑机及成型模具中注塑成型，注塑机将料粒材料熔解成流动浆料，通过高压（高压在100MPa以内）注入模具而成型，得到散热器坯料；

[0035] ④将散热器坯料在900度低温素烧，排胶，排出助塑成型物质，得素坯；

[0036] ⑤将素坯入推板窑中，于1480°C温度下高温烧成，推板时间为30分钟/板，得成瓷体；

[0037] （2）、LED线路图的印制工艺及烤烧：

[0038] 将线路直接印刷在注塑成型后的散热器成瓷体上：

[0039] ①将设计线路图制成丝网，将丝网放置在散热器成瓷体的基板1上，用银浆对散热器坯料的基板1进行丝网印刷，即厚膜工艺，银浆印刷到散热器成瓷体的基板1上形成线路图；

[0040] ②将印刷好线路图的散热器成瓷体放入烤烧窑炉中，于860℃的温度下40分钟左右烤烧成，由于银的熔点：961.78℃大于烤烧窑860℃的温度，所以，银浆形成的线路图能与陶瓷材料散热器成瓷体结合形成整体；

[0041] （3）、LED发光单元的连接：

[0042] ①首先QC检测银浆形成的线路图，然后通过钢网将锡膏放在焊盘上；

[0043] ②再通过SMT高速贴片机把LED发光单元的灯珠芯附着在基板1的线路上，然后贴片好的基板1通过回流焊，固定LED发光单元的灯珠；

[0044] ③再将散热器2和灯座3的连接，灯座3正负极通过中心接口7内的电线与线路图的正负极连接；最后通过电路检验，合格后得成品。

[0045] 所述的成品的散热器2的前端为基板1，基板1的中心设有中心接口7，基板1的面板上串联或并联设有基板线路8，散热器2的后端设有与灯座3连接的连接头。

[0046] 所述基板1上的各电路接头径向均匀分布。

[0047] 所述的基板1与连接头之间的散热器2的径向上均匀设有若干连接筋6，连接筋之间为散热空间5，散热空间5内的基板1上设有若干个散热孔。

[0048] LED照明装置包括散热器2和灯座3，基板线路8上的各电路接头分别与各LED发光单元4连接，基板线路8的正负极分别通过中心接口7内的内置电路或连接电线与灯座3的正负极连接。