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CN102127721A - 铝合金材料及铝合金背板的制备方法 - Google Patents

铝合金材料及铝合金背板的制备方法 Download PDF

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CN102127721A CN2010105309954A CN201010530995A CN102127721A CN 102127721 A CN102127721 A CN 102127721A CN 2010105309954 A CN2010105309954 A CN 2010105309954A CN 201010530995 A CN201010530995 A CN 201010530995A CN 102127721 A CN102127721 A CN 102127721A
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张汝京
程蒙召
饶青
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Abstract

本发明公开了一种铝合金材料，该铝合金材料由铝合金原料制备而成，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；本发明提供的铝合金材料的散热性能好，其热传导率大于200W/m℃；同时，本发明还公开了一种铝合金背板的制备方法，该方法将铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化，并将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板，从而提高了原料的利用率，降低了背板的制备成本。

Description

铝合金材料及铝合金背板的制备方法
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及一种铝合金材料及铝合金背板的制备方法。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。LED光源由于具有高节能、寿命长、利于环保等优点，而成为目前研究的热点，广泛应用于照明灯具中，并被认为是下一代光源。
根据提供功率的大小，LED可分为大功率LED及小功率LED。通常来说，小功率LED的额定电流都是200mA；额定电流高于200mA的LED基本上都可以算作大功率LED。
用于照明的大功率LED芯片在使用过程中将产生大量的热量，如不及时将热量散出，将无法获得稳定的光输出，并且会严重影响LED芯片的使用寿命。为了延长LED芯片的使用寿命，通常需要将LED芯片封装在背板上，通过背板将LED芯片在使用过程中产生的热量散出。并且，为了提高背板的散热性能，通常采用导热性能好的金属或合金作为背板。通过将LED芯片背面与背板焊接，制成照明产品。
目前使用的背板的材料可以为铝、铝合金或者铜。然而铝的热传导性能差，其热传导率小于等于92W/m℃；铜的热传导性能虽然很好，但是采用铜做背板的缺点是变形大，成本高。
对于铝合金来说，现有的铝合金为普通的工业铝合金，其成分主要是Al、Si、Mg、Cu等，并且Si和Mg的含量较高，使得其热传导性能差，其热传导率小于等于92W/m℃，且受热后容易变形；并且现有的工业铝合金背板的制备方法通常为锻造。
所谓锻造，是利用锻压机械对固态金属施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法；由于锻造没有熔化的过程，不易在加工过程中掺入杂质，因此主要用于加工板材，即对于铝合金来说，需先制备铝合金固体，再利用锻压机械对铝合金固体施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和一定尺寸的铝合金背板；锻造的缺点是材料利用率低，并且可能会造成板材破裂问题，因而制造成本高。
因此，有必要对现有的背板材料以及背板制备方法进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金材料及铝合金背板的制备方法，以提高背板材料的热传导性能，降低LED芯片用背板的制备成本。
为解决上述问题，本发明提出一种铝合金材料，该铝合金材料由铝合金原料制备而成，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：
石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al。
可选的，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物。
可选的，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
可选的，所述铝合金材料的热传导率大于200W/m℃。
同时，为解决上述问题，本发明还提出一种铝合金背板的制备方法，该方法包括如下步骤：
配置铝合金原料，其中所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；
将所述铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化；
将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板。
可选的，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物。
可选的，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
可选的，所述铝合金背板的热传导率大于200W/m℃。
本发明由于采用以上的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供的铝合金材料的热传导性能高，散热性能好；
2)本发明提供的铝合金材料的热稳定性能好，受热后不易变形；
3)本发明提供的铝合金背板的制备方法采用压铸成型，材料利用率高，生产成本低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LED芯片用铝合金背板的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的铝合金材料及铝合金背板的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
石墨烯(Graphene)是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，它是构建其它维度碳质材料(如零维富勒烯、三维石墨)的基本单元。石墨烯具有优异的电学性能和热学性能，其室温电子迁移率可达15000cm2V-1S-1，热传导率可达3000Wm-1K-1，并且其价格低廉、原料易得；但是由于石墨烯具有二维的片状结构，其在使用过程中特别容易卷曲变形。
碳纳米管(CNT，Carbon Nano Tube)是一种新型碳材料，它可以看成是由石墨烯卷成的无缝中空管体，其长度为数微米至数毫米，直径在几纳米到几十纳米之间。由于其独特的结构，碳纳米管在力学、电学等方面具有显著的优势，其抗变形能力好。
本发明的核心思想在于，提供一种铝合金材料，该铝合金材料由铝合金原料制备而成，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；本发明提供的铝合金材料的散热性能好，其热传导率大于200W/m℃；同时，本发明还提供一种铝合金背板的制备方法，该方法将铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化，并将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板，从而提高了原料的利用率，降低了背板的制备成本。
本发明实施例提供的铝合金材料，由铝合金原料制备而成，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：
石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al。
进一步地，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物；
进一步地，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
本发明提供的铝合金材料利用了石墨烯的优异的热学性能，同时也利用了碳纳米管的良好的抗变形能力，从而使得本发明提供的铝合金材料既具有优异的热传导性，使得其散热性能好；又具有良好的热稳定性能，使其受热后不易变形。
进一步地，所述铝合金材料的热传导率大于200W/m℃。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的LED芯片用铝合金背板的制备方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供的LED芯片用铝合金背板的制备方法，包括如下步骤：
S101、配置铝合金原料，其中所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；使用该配方配制成的铝合金材料的热稳定性能好，受热后不易变形。
S 102、将所述铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化；
S103、将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板；具体地，将所述熔化后的铝合金原料填充至背板压铸模具型腔，在压力下快速成型凝固，形成铝合金背板。由于压铸成型是直接对铝合金原料进行熔化后，使用背板压铸模具型腔对熔化后的铝合金原料进行压铸成型，从而提高了原料的利用率，降低了生产成本。
进一步地，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物。
进一步地，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
进一步地，所述铝合金背板的材质与上述铝合金材料相同，因此，所述铝合金背板的热传导率大于200W/m℃，使得铝合金背板的散热性能好。
在实际使用中，将所述铝合金背板与LED芯片进行连接，即可制备成照明灯具。
在本发明的一个具体实施例中，所述铝合金背板被描述成用于LED芯片中，作为散热背板，然而应该认识到，根据实际情况，所述铝合金背板还可以应用于其它芯片中，作为散热背板，例如用于有机发光二极管(OLED，Organic LightEmitting Diode)芯片的散热背板。
综上所述，本发明提供了一种铝合金材料，该铝合金材料由铝合金原料制备而成，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；本发明提供的铝合金材料的散热性能好，其热传导率大于200W/m℃；同时，本发明还提供一种铝合金背板的制备方法，该方法将铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化，并将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板，从而提高了原料的利用率，降低了背板的制备成本。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种铝合金材料，该铝合金材料由铝合金原料制备而成，其特征在于，所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：
石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al。
2.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物。
3.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
4.如权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料的热传导率大于200W/m℃。
5.一种铝合金背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
配置铝合金原料，其中所述铝合金原料由以下成分组成，且各成分的重量比为：石墨烯：0.1％～1％，碳纳米管：1％～5％，其余为Al；
将所述铝合金原料放入加热炉中进行加热熔化；
将所述熔化后的铝合金原料进行压铸成型，形成铝合金背板。
6.如权利要求5所述的铝合金背板的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨片或多层石墨片或单层石墨片与多层石墨片的混合物。
7.如权利要求5所述的铝合金背板的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为中空管状碳材料，其直径为5～200nm、长度为0.1～100um。
8.如权利要求5所述的铝合金背板的制备方法，其特征在于，所述铝合金背板的热传导率大于200W/m℃。
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