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哪些陶瓷基板被用在大功率LED上

陶瓷基板

                                                                           哪些陶瓷基板被用在大功率LED上

LED散熱問題是LED大功率非常需要解決的問題,大功率LED有環保節能的需求。那么LED大功率都用到哪些陶瓷基板呢?

一,LED照明現狀和大功率LED需求

1,LED照明對環保節能需求

追求綠色能源經濟的當今,如何把握開發新能源已成為常態之事。在固態照明領域,白熾燈、熒光燈和高壓放電燈在過去幾十年里被人類社會普遍使用,但由于這些照明光源具有使用壽命短、耗能量大、不環保等缺點不能作為節能環保的照明光源。

LED ( light emitting diode )即發光二極管,是一種利用半導體芯片作為發光材料,其通過電致發光,將電能直接轉化為光能的新型節能照明光源。

陶瓷支架.jpg

2,散熱問題是LED大功率的當務之急

隨著國內外LED行業向高效率、高密度、大功率等方向發展,開發性能優越的散熱材料已成為解決LED散熱問題的當務之急。

如果不解決好散熱問題,芯片內部熱量的聚集會導致溫度不斷升高,易引起發光波長漂移、熒光粉加速老化、出光效率下降和使用壽命縮短等一系列問題。

二,陶瓷基板能有效解決LED功率的散熱問題

      大功率LED所產生的熱量主要通過基板材料傳導到外殼而散發出去的,不同的基板材料,導熱性能各異。為使得LED結溫保持在較低溫度下,必須采用高熱導率、低熱阻的散熱基板材料和合理的封裝工藝,以降低LED總體的封裝熱阻。

1,不同散熱基板導熱系數不同,散熱功能不同。

常用的散熱基板材料包括硅、金屬(如鋁、銅)、陶瓷(氮化鋁、氧化鋁)和復合材料等。雖然金屬材料有較高的導熱系數,但它與LED芯片襯底較高的熱失配難以滿足大功率LED封裝要求;而復合材料熱導率太低無法解決大功率LED散熱問題。

2,LED對散熱基板提出更高的要求

散熱基板作為熱流的主要通路在高功率LED的封裝應用中是必不可少的,它對于提高器件的散熱效率、降低結溫、提高器件的可靠度和壽命起著十分重要的作用。

LED 散熱基板的作用是吸收芯片產生的熱,并傳導至熱沉上,從而實現與芯片外界的熱交換。

因此,作為LED的理想散熱基板必須在物理性質、化學性質、電學性質方面具有以下幾個特性:

1)良好的化學穩定性和耐腐蝕性

2)高的熱導率,熱膨脹系數與芯片材料相匹配

3)低的介電常數和介電損耗

4)電絕緣性好,并具有很高的機械強度

5)價格低廉、易加工

6)密度小、無毒

3,分析哪些陶瓷基板在LED大功率中的應用

1)氧化鈹陶瓷基板

具有高硬度和強度的優異熱導體,這種材質的基板導熱率是氧化鋁基板的十幾倍,適用于大功率電路,并且介電常數又低,還可用于高頻電路,但是成本較高,氧化鈹粉末及其蒸汽對人體有害,存在環境問題。不適合目前LED環保節能的需要。

2)氧化鋁陶瓷基板

氧化鋁是在所有使用陶瓷基板中價格較低、綜合性能與作為基板材料使用最多的材料。氧化鋁陶瓷的玻璃成分一般由二氧化硅和其他氧化物組成,玻璃含量可由高變低,因為玻璃的導熱性差,因此玻璃含量高的陶瓷導熱性在制造高密度、大功率電路時需要格外注意,氧化鋁原材料與加工成品的匹配性需嚴格控制。大功率LED需要導熱率高,純度高、電流承載力高的陶瓷基板來做。氧化鋁陶瓷基板不太適合大功率LED照明。

3)碳化硅陶瓷基板

碳化硅的硬度僅次于金剛石,高純度單晶體的導熱率也僅次于金剛石。與其他材料相比,其熱擴散系數很大,甚至比銅還大,且熱膨脹系數與硅接近。室溫下熱導率比鋁高,可達氧化鋁基板的20倍以上,但熱導率會隨溫度的升高明顯下降。與氧化鋁相比,其介電常數高,絕緣耐壓性差。因此不太適合LED大功率照明。

4)氮化鋁陶瓷基板

氮化鋁陶瓷作為一種具有高熱導率、高強度、高電阻率、密度小、低介電常數、無毒、以及與硅相匹配的熱膨脹系數等優異性能的材料,具備良好的絕緣和機械性能,在高頻電信、LED照明、新能源汽車、高鐵、風能和光伏發電等新興領域的商業化應用逐漸普及。

氮化鋁與氧化鋁不同,在自然界沒有天然形成,需要人工制備氮化鋁。這使得AlN材料制作工藝比較復雜,生產成本較高,且目前大部分國產AlN材料制作尚且達不到高導熱、高強度的應用研究。

陶瓷圍壩基板.jpg

5)鋁碳化硅陶瓷基板(AI/SiC)

近年來,鋁碳化硅基板(AI/SiC)由于具有原料成本低、導熱高、密度低、可塑性強等優點而越來越受到人們的關注。SiC 顆粒的熱膨脹系數與LED芯片襯底的熱膨脹系數相近,且彈性模量高,密度較小;同時鋁的高導熱、低密度、低成本和易加工等特點,使其用作基板材料時具有獨特的優勢,因此,兩種材料復合得到的鋁碳化硅基板綜合性能優良,可應用于大功率LED基板。

綜上可知,氮化鋁陶瓷基板以及鋁碳化硅陶瓷基板的優勢和性能更加符合大功率LED的需求,因此這兩種陶瓷基板比較適合大功率LED半導體照明。更多led陶瓷基板相關問題可以咨詢金瑞欣特種電路。

參考文獻:

《氮化鋁陶瓷基板在高功率LED中應用研究》——王新中,劉文,鮑鋒輝

《大功率LED氮化鋁陶瓷散熱基板的制備》——齊維靖

《氮化鋁陶瓷基板制備工藝的研究》——邱基華

《比較幾種大功率LED封裝基板材料》——趙贊良,唐政維,蔡雪梅,李秋俊,張憲力

 

 

 


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