用于铝基板的介电糊剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了在用于LED和高功率电路应用的铝合金基板上使用的高导热性介电 材料系统或糊剂。
【背景技术】
[0002] 对提供待施用到由铝及其合金制成的基板上的具有好的电绝缘性而又具有优异 的导热性的无机基电介质持续有兴趣。这样的基板在高瓦特下工作和/或传导高电流通过 铺设在涂布这些电介质的用于电子应用的金属基板(如用于在汽车电子设备中使用的高亮 度高功率LED、下一代照明、电视、高功率电子设备、0LED和太阳能应用的基板)顶部的电路 时，这样的基板可以用作好的散热片，以将设备/电介质界面的热带走，从而保持该设备/电 介质界面冷却。
【发明内容】
[0003] 在本发明中克服了与已知系统相关的困难和缺陷。
[0004] 虽然用于相对较低温度的流动和烧结应用（对于铝及其合金，通常为660°C或更 低），但是对于高使用温度(高达200~300 °C)，需要无机(玻璃或玻璃-陶瓷或陶瓷)基介电 系统。在其他希望的性质中，这些玻璃或玻璃-陶瓷基电介质提供避免熔化铝及其合金所需 要的低流动温度。通常，玻璃具有相对较低的导热性和高的绝缘电阻。因此，在保持高击穿 电压和绝缘电阻(为了电绝缘)的同时提高导热性(为了好的散热性)是一种挑战。
[0005] 为了将金属颗粒掺入这些玻璃基电介质中以提高导热性所作的任何尝试都可能 导致电绝缘损失。因此，进行了该研究以探索在玻璃基无机电介质中实现高导热性和更高 的绝缘电阻(或者，换句话而言，更高的击穿电压）。
[0006] 本发明的一种实施方式为一种包含玻璃组分的糊剂，用于在烧制时在铝基板上形 成介电层。
[0007] 玻璃组分包含至少一种选自由如下组成的组的玻璃：（i)富含碱金属氧化物的玻 璃;和(i i)富含氧化铋的玻璃。
[0008] 本发明的一种实施方式为一种介电组合物，包含：（a)玻璃组分，包含(i)约30至约 75摩尔％的3丨〇2，（ii)约5至约25摩尔％的11〇2，（iii)约5至约40摩尔％的（Li2〇+Na2〇+K2〇+ Rb2〇+CS2〇)，和（iv)约0.1至约15摩尔％的(？2〇5+他2〇5+￥2〇5);(13)有机载体，和((3)溶剂。本文 中该实施方式或任何其它实施方式的介电组合物可以进一步包含导热性增强剂。
[0009] 本发明的另一种实施方式为一种电子装置，包含：（a)铝基板；（b)至少一层本文公 开的任何介电组合物，其设置在所述铝基板的至少一部分上；（c)导电线路（conductive trace)，包含至少一种选自由铜、铝、银、铂和钯组成的组的金属;和(d)电源电路，其中所述 基板、介电组合物和导电线路被设置为使得所述介电组合物将所述铝基板和所述导电线路 进行电分离和物理分离中的至少一种，并且其中所述电源电路仅接触所述导电线路。
[0010] 本发明的另一种实施方式为一种在铝基板上形成介电层的方法，包括以下步骤： (a)将介电组合物糊剂涂覆到铝基板上，以及(b)烧制所述基板，以在所述基板上形成介电 层。所述介电组合物为本文公开的任何介电组合物。可以在烧制前涂覆多层介电糊剂。烧制 可以在约400至约660°C的温度下进行。
[0011] 本发明的一种实施方式为一种制造电子装置的方法，包括：（a)提供铝基板，（b)在 所述铝基板上涂覆至少一层本文公开的任何介电组合物，（c)在所述至少一层介电组合物 上涂覆至少一层导电糊剂，以形成组合件，（d)在400-660°C下烧制所述组合件以烧结所述 电介质和导电糊剂，以及(e)将电源电路配置为与所述至少一层导电糊剂电接触。
[0012] 本发明的一种实施方式为一种电子装置，选自由如下组成的组:真空绝缘玻璃，太 阳能电池触点、太阳能电池、太阳能电池组件、有机PV装置、等离子体显示装置、纳米晶体显 示器、电致变色装置、电致变色材料系统、传感器、悬浮颗粒装置、微型百叶窗（micro-blind)、液晶装置、智能窗、可切换型窗、智能玻璃、电子玻璃 (eglass)、量子点装置、热电装 置、电池、发光二极管(LED)、表面传导电子发射显示器(SED)、场发射显示器(FED)、有机发 光二极管（0LED)、液晶显示器(LCD)、数字光处理(DLP)、铁电液晶显示器(Ferro-liquid display，FLD)、干涉调制器显示器（MOD)、厚膜介电电致发光显示器(TDEL)、量子点电致发 光显不器（QDLED)、时序多工光学快门（time multiplexed optical shutters，TM0S)、伸缩 像素显示器（telescopic pixel display，TPD)、液晶激光器（LCL)、激光焚光体显示器 (LTO)、有机发光晶体管(0LET)及其组合，所述电子装置包含至少一层本文公开的任何介电 组合物。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的优选实施方式的剖视图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供一种可用在许多应用中的电绝缘的低温可烧制的玻璃基介电组合物。 在本发明的某些形式中，所述组合物不含溶剂。本发明还提供了使用本发明的组合物形成 导电膜、电路、线路、触点等的方法。本发明包括使用本发明的组合物和方法形成的装置、产 品和/或经涂布的基板。
[0015] 虽然用于相对较低温度的流动和烧结应用（对于铝及其合金，通常为<660°C)，但 是对于高使用温度(高达200~300 °C)，需要无机(玻璃或玻璃-陶瓷或陶瓷)基介电系统。其 中，玻璃或玻璃-陶瓷基电介质提供不熔化铝合金所需要的低流动温度。通常，玻璃具有相 对较低的导热性和高的绝缘电阻。因此，在保持高击穿电压(BDV)和绝缘电阻(为了电绝缘） 的同时提高导热性(为了好的散热性)是一种挑战。
[0016] 使用本发明的介电糊剂的装置按如下进行制造。
[0017] 如图1中所示，提供可以由铝合金（如下表1中的那些）制成的铝基板110。在基板 110的至少一侧上，施加至少一层（120,130)包含本文的任何玻璃组合物的介电糊剂。在该 介电糊剂层上选择性地施加导电糊剂140。在足以烧结电介质和导电糊剂的温度下，烧制组 合件。最后，将150表示的电源电路如电子装置或LED (例如)置于与导电糊剂140接触。独立 地印刷并烧制每层。然而，也设想同时共烧制多层。
[0018] 本发明人已经开发出了新的无机电介质，该无机电介质：（a)可以被施加到铝及其 合金上并在其上于400-660°C (使用厚膜烧制谱的峰值温度）下烧结；（b)可以在顶部具有 铜、铝或银厚膜的导电线路，以提供电流传导路径；（c)可以根据介电层厚度、导体长度和层 的数量提供750V/mil或更高的击穿电压；（d)可以具有高达1.0至5.0W/m-K的热导率；（e)可 以具有高达350°C的使用温度；以及⑴在某些情况下，可以通过在85°C/85%RH下持续1000 小时或更高的测试，而没有失去电绝缘作用。
[0019] 下文给出了本发明的主要部分:基板、玻璃组合物、有机载体。
[0020] 铝基板:将铝及其合金用于基板要求介电糊剂必须在低于合金固相线的温度下烧 制。任何铝合金都是合适的。合适的铝合金的实例包括每种单独地或任意组合的AL 1050、 AL 1060、AL 1100、AL 2024、AL 3003、AL 380、AL 384、AL 5052、AL 514、AL 6061和AL 6063 (如表1中所示）。根据铝合金的固相线，烧制的温度可以为400至660°C，其中纯铝的熔点为 664 °C。更优选地，烧制温度为450-610 °C，最优选为480-600 °C。
[0021] 表1:铝合金的固相线和热导率
[0022]
[0023]玻璃组合物。用于形成介电层的介电组合物(呈糊剂的形式)可以通过将有机载体 与一种或多种玻璃组合物混合来获得。介电材料中的玻璃组合物(玻璃料)的适当比例这样 确定，即，使得烧制后可以获得希望的介电层组合物。本文有用的玻璃料的D 5Q粒径为约0