一种铝合金及应用有该铝合金的LED灯基板.pdf

本发明公开了一种铝合金及应用有该铝合金的LED灯基板。铝合金的重量百分组成为：0.5≤Si≤12、0.1≤Mn≤1.5、Fe≤1.2、Cu≤4.5、Mg≤0.5、0.005≤RE≤0.85、不可避免的杂质≤0.5，及余量的Al；所述的RE为选自La、Ce、Nd及Yb中的至少一种。LED灯基板具有一层铜板和一层铝合金板，且该铜板和铝合金板通过高压成型而贴合为一体。本发明铝合金具有良好的导热性和高温抗氧化性能，可适用于制造LED灯基板。本发明的LED灯复合基板彻底解决了现有技术中制作基板和灯壳的两种材料热膨胀系数不均所带来的变形和氧化问题，有利于制作出价廉的大功率LED灯。

1、  一种铝合金，其特征在于它的重量百分组成为：

0.  5≤Si≤12、0.1≤Mn≤1.5、Fe≤1.2、Cu≤4.5、Mg≤0.5、0.005≤RE≤0.85、不可避免的杂质≤0.5，及余量的Al；所述的RE为选自La、Ce、Nd及Yb中的至少一种。

2、  根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于所述Si在铝合金中的重量百分含量为0.5≤Si≤7.5。

3、  根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于所述Cu在铝合金中的重量百分含量为Cu＜2，所述Mg在铝合金中的重量百分含量为Mg≤0.4。

4、  根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于所述Cu在铝合金中的重量百分含量为Cu＜2，所述Mg在铝合金中的重量百分含量为Mg≤0.4。

5、  根据权利要求3所述的铝合金，其特征在于所述Cu在铝合金中的重量百分含量为Cu≤0.5。

6、  根据权利要求4所述的铝合金，其特征在于所述Cu在铝合金中的重量百分含量为Cu≤0.5。

7、  根据权利要求1至6中任一权利要求所述的铝合金，其特征在于所述Mn在铝合金中的重量百分含量为0.1≤Mn≤1.0，所述Fe在铝合金中的重量百分含量为Fe≤0.6。

8、  一种应用如权利要求1所述铝合金的LED灯基板，其特征在于它具有一层铜板和一层铝合金板，且该铜板和铝合金板通过高压成型而贴合为一体。

9、  根据权利要求8所述的LED灯基板，其特征在于所述铜板的厚度为0.1～1.2mm，铝合金板的厚度≥1.5mm。

10、  根据权利要求8或9所述的LED灯基板，其特征在于所述铜板的未被所述铝合金板遮盖的部分的表面上电镀有一层银。

一种铝合金及应用有该铝合金的LED灯基板
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，还涉及应用有铝合金材料的LED灯基板。
背景技术
由于发光二极管(LED)环保、节能、且使用寿命长、亮度足，因而已被广泛地应用在各领域中。但单个LED的灯具由于其亮度无法达到标准照明灯具的要求，因而通常仅被用作指示灯。为此，人们想在印刷线路板上放置多个LED或安装大功率的LED来克服上述缺陷，但LED密集或采用大功率的LED后，在使用过程中会产生大量的热量，而当热量无法得到有效及时地散发时，会导致结温点(即LED与基板之间的连接点)温度偏高，将会明显地降低发光效果，造成灯具的工作可靠性低、使用寿命短的弊端。常规灯具(如白炽灯)所采用的辐射散热方式根本无法满足LED灯具的散热要求，故在设计LED灯时，均是通过设计热传导结构以热传导的方式将热传导到LED封装的基板上，再由该基板传导至散热装置进行散热。基板目前有采用铝基板或铜基板，二者各有优缺点。但出于成本控制的考虑，散热装置(一般是铝质的灯壳)通常为铝基材质。由于铜基板的导热系数(380-400W/(m·K))高于铝基板的导热系数，为了取得更好的散热效果，因此目前普遍采用铜来制作基板。
采用铜基板虽然具有散热快的优点，但其在与散热装置的配合上存在问题。如中国专利公开号为CN101159300A的《铜基座大功率LED封装》中披露的结构就存在着以下缺陷：(1)由于铜基板和铝质外壳之间的热膨胀系数不同，两者接触面之间受内应力而易引起裂缝，该裂缝既形成了外部湿气和污染物侵入的通道，又大大地降低了导热面积，同时还会导致铜基板、铝质外壳相对应的接触面的氧化，进而降低导热效率。(2)由于铜基板与铝质灯壳之间通常是用导热胶和螺丝进行固定，工人在操作时，难免会出现螺丝拧紧程度不一致的现象，因而无意之中也会产生上述让外部湿气和污染物侵入的通道。(3)基板完全采用铜质材料，也将在一定程度上提高成本。
采用铝基板，在与散热装置的配合安装上有优势，但铝及目前的铝合金在导热性方面明显不足，特别是对于大功率LED灯具而言，铝及目前的铝合金均难以满足其散热要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种导热性好、能适合用于制作LED灯基板的铝合金。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种散热效果好且与散热装置的配合安装好的LED灯基板。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明的铝合金，它的重量百分组成为：
0.5≤Si≤12、0.1≤Mn≤1.5、Fe≤1.2、Cu≤4.5、Mg≤0.5、0.005≤RE≤0.85、不可避免的杂质≤0.5，及余量的Al；所述的RE优选为选自La、Ce、Nd及Yb中的至少一种。该组成的铝合金具有较好的导热性，同时还具有较好的机械性能和较好的成型加工性能，相对于现有铝合金而言，由于其合理的组成，更主要的是由于特定RE的加入，其导热性能能提高10％以上，同时还获得了优异的高温抗氧化性能，特别是在优选Yb时，其导热性能提高高达25％，而且，该组成的铝合金的热膨胀系数也有所改变而有所趋向于Cu。
为降低生产工艺的难度、进一步提高铝合金的机械性能及导热性，所述Si在铝合金中的重量百分含量优选为0.5≤Si≤7.5。
为使铝合金具有合适的硬度以更利于成型加工，所述Cu在铝合金中的重量百分含量优选为Cu＜2，所述Mg在铝合金中的重量百分含量优选为Mg≤0.4。同时，Cu含量的降低也有利于降低铝合金的生产成本。为进一步提高铝合金的成型加工性能，所述Cu在铝合金中的重量百分含量优选为Cu≤0.5。
所述Mn在铝合金中的重量百分含量为0.1≤Mn≤1.0，所述Fe在铝合金中的重量百分含量为Fe≤0.6，以便获得的铝合金在各项性能上均衡。
本发明的铝合金可以单独用于制造LED灯基板，但更为合适的做法是采用如下结构的铜、铝合金复合基板，特别是对于大功率LED灯而言，如下结构的复合基板在导热性方面及与散热装置的配合安装方面有着更好的表现。
本发明应用上述铝合金的LED灯基板，其为一种铜、铝合金复合基板，它具有一层铜板和一层铝合金板，且该铜板和铝合金板通过高压成型而贴合为一体。综合导热性及生产成本，所述铜板的厚度优选为0.1～1.2mm，而铝合金板的厚度≥1.5mm，并且，最好是铝合金板的厚度要明显大于铜板的厚度，至于铝合金板厚度的上限，在不考虑用料多所带来的成本增加因素时，只要其不影响灯具装配和灯具的整体外观即可。所述铜板的未被所述铝合金板遮盖的部分的表面上最好还能电镀有一层银，以提高基板的电气性能。
与现有技术相比，由于本发明的铝合金具有良好的导热性和高温抗氧化性能，同时还具有足够的机械性能，从而可适用于制造LED灯基板，既降低了生产成本，又仍能获得工作可靠性好和使用寿命长的LED灯，同时还能解决基板与散热装置(铝制灯壳)之间的配合安装问题，特别是在散热装置也采用同样的铝合金制造的情况下。而本发明的LED灯基板，由于铝合金板具有优异的高温抗氧化性能及良好的导热性，而且，由于铜板和铝合金板之间是通过高压成型而成为一体，故使铜、铝之间的结合已至通过金属键结合的程度，远非通过螺钉将二者压在一起可比，再加上铜板的厚度薄，降低了铜、铝合金二者热膨胀系数不同的影响而整体上表现为铝合金的热膨胀系数，从而彻底地解决了现有技术中制作基板和灯壳的两种材料热膨胀系数不均所带来的变形和氧化问题，良好的成型加工性能，则使得铝合金板与铜板的高压一体成型成为可能。在工作状态，可借助于本发明基板中的铝合金板，使铜板上的热量经铝合金板完全过渡到铝质外壳上，且这种铜铝过渡型的自然散热结构，由于铝合金板导热性的提升，而能将大功率LED工作时发出的热量能迅速地转移出去，可降低结温点温度，大大地提高LED寿命，同时也避免了人工装配所带来的不均衡问题。再者，由于稀土铝合金基板，在保持基板同等厚度的情况下，可以减小铜板的厚度，从而可以降整个基板的制作成本，以提高产品的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明LED灯基板实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例中铝合金的具体组成见表1，其制备工艺为：
先制备含20wt％稀土(RE)的中间合金：用工频炉将纯铝于740℃下熔融，加入RE，最终制成含RE 20wt％的中间合金。然后，按常规铝合金制备工艺(其中，硅含量在7.5wt％以上的铝合金按高硅铝合金制备工艺)，先于740℃下熔融纯铝，惰性气体氛下，根据所需用量，加入各种合金元素和前述的中间合金，除气除渣，静置后将铝水轧制成板材，再经淬火时效即可。当然，也可以直接在具有合适组成的铝合金的基础上加入前述的中间合金而制备本发明的铝合金，比如在3003铝合金的基础上添加含20wt％稀土Yb的中间合金。
如图1所示，本发明实施例LED灯基板，它具有一层铜板1和一层铝合金板2，且该铜板1和铝合金板2通过高压成型而贴合为一体，铜板1的厚度可以在0.1～1.2mm之间选择，本实施例铜板1的厚度为0.5mm，铝合金板2的厚度应大于或等于1.5mm，并且铝合金板2的厚度应明显大于铜板1的厚度，本实施例中铝合金板2的厚度为2.5mm。另外，本实施例中铜板1的未被铝合金板2遮盖的部分的表面上电镀有一层银3。
表1本发明实施例中铝合金的重量百分组成及性能表。

注：表1中“--”表示未添加该元素。