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陶瓷成膜体技术6大革新突破LED灯具短板⑵

来源：进出口服务网 | 时间：2014/8/15 13:54:16 | 阅读次数：

发布单位：CIEDATA

• 发布人：
• 小杨

 其中HTCC属于较早期发展之技术，但由于其较高的工艺温度(1300-1600℃)，使其电极材料的选择受限，且制作成本相当昂贵，这些因素促使LTCC的发展，LTCC虽然将共烧温度降至约850℃，但其尺寸精确度、产品强度等技术上的问题尚待突破。而DBC与DPC则为近几年才开发成熟，且能量产化的专业技术，但对于许多人来说，此两项专业的工艺技术仍然很陌生，甚至可能将两者误解为同样的工艺。DBC乃利用高温加热将Al203与Cu板结合，其技术瓶颈在于不易解决Al203与Cu板间微气孔产生之问题，这使得该产品的量产能量与良率受到较大的挑战，而DPC技术则是利用直接披覆技术，将Cu沉积于Al203基板之上，其工艺结合材料与薄膜工艺技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热基板。然而其材料控制与工艺技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。
　　陶瓷LED芯片基板的四种类型因其各方面原因在应用上也存在很大区别。其中，LTCC散热基板在LED产业中已经被广泛的使用，但LTCC为了降低烧结温度，于材料中加入了玻璃材料，使整体的热传导率降低至2-3W/mK之间，比其他陶瓷基板都还要低。再者，LTCC使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细、以及网版张网问题，导致线路精准度不足、表面平整度不佳等现象，加上多层叠压烧结又有基板收缩比例的问题要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED产业的应用目前多以高功率大尺寸，或是低功率产品为主。而与LTCC工艺相似的HTCC以1300-1600℃的高温干燥硬化，使生产成本偏高，居于成本考量鲜少目前鲜少使用于LED产业，且HTCC与LTCC有相同的问题，亦不适用于高功率小尺寸的LED产品。另一方面，为了使DBC的铜层与陶瓷基板附着性佳，必须因采用1065-1085℃高温熔炼，制造费用较高，且有基板与Cu板间有微气孔问题不易解决，使得DBC产品产能与良率受到极大的考验；再者，若要制作细线路必须采用特殊处理方式将铜层厚度变薄，却造成表面平整度不佳的问题，若将产品使用于共晶/覆晶工艺的LED产品相对较为严苛。反倒是DPC产品，本身采用薄膜工艺的真空溅镀方式镀上薄铜，再以黄光微影工艺完成线路，因此线径宽度10-50um，甚至可以更细，且表面平整度高(<0.3um)、线路对位精准度误差值仅+/-1%，完全避免了收缩比例、网版张网、表面平整度、高制造费用…等问题。虽LTCC、HTCC、DBC、与DPC等陶瓷基板都已广泛使用与研究，然而，在高功率LED陶瓷散热领域而言，DPC在目前发展趋势看来，可以说是最适合高功率且小尺寸LED发展需求的陶瓷散热基板。

　　陶瓷与AC LED结合或成其发展新热点
　　陶瓷外壳是目前陶瓷在LED中的应用主要方式之一，其优势体现在：绝缘和隔热。其中又以滑石瓷和氧化铝瓷应用最广。它们的主要成分分别为MgSi03及Al203。滑石瓷的电绝缘性优良且成本较低；强度比氧化铝瓷差。氧化铝瓷是一类电绝缘性更佳的高频、高温、高强度装置瓷。其电性能和物理性能随 Al2O03含量的增多而提高。常用的有含75％、95％和99％Al203的高铝氧瓷。
　　陶瓷应用中还有一类高热导瓷。氮化硼 (BN)瓷和氮化铝(AlN)瓷。其室温导热率与金属相近。但价格昂贵，多用应用于一些特殊场合：航空、核电、冶金。
　　经初步了解，陶瓷LED灯具外壳多采用95氧化铝瓷和滑石瓷。注塑成型是其主要制作方法。和普通铝型材外壳相比它具有以下优势：成本优势，同样陶瓷LED灯具，95氧化铝瓷比滑石瓷高出一倍，二者平均要比压铸铝、车铝型材外壳低出15-30%；结构独特，利用陶瓷良好的结缘性能，在陶瓷LED灯具外壳和LED光源结合面，可印刷相应电路，以省去铝基板，减少导热介质，使灯珠与陶瓷结合更加紧密，增强散热。
　　陶瓷LED灯具外壳的劣势主要体现在：强度比铝型材外壳差；在室温环境下，相对于6063铝材200W/m〃K和压铸铝96W/m〃K的导热系数而言，95氧化铝瓷的导热系数只有40W/m〃K左右。根据陶瓷的特性，扬长避短，须选择一些体积小、散热面积大，小功率的 LED 灯具外壳作为选型首选。如：蜡烛灯外壳、小射灯外壳等等。从陶瓷注塑成型的制作方法上来讲，体积大的陶瓷外壳成型率偏低。而且现在，江苏宜兴、珠海、东莞等若干精密陶瓷生产厂家，LED外壳多以小灯杯和球泡灯为主。
　　利用陶瓷外壳的绝缘特性和AC LED可省去驱动电源的优势，在预算允许的范围内，可开发出一款兼具成本优势和特点的陶瓷外壳AC LED灯具。在陶瓷外壳上印刷相应的AC LED 接线电路，即利用了陶瓷的绝缘性，又使得AC LED 充分与陶瓷外壳紧密结合，减少导热介质，降低热阻。在省去驱动电源后，更使得陶瓷外壳内部空间有更多的改进余地，以便于增加和空气的接触面积，对流散热。
　　目前市场上有韩国首尔半导体、东莞晶越光电等厂家推出的单颗4、5W的AC-LED光源。官方报道显示，流明值≥200LM，价位在20元人民币以上。这对于室内的主照明、替换型LED灯具显然是不够经济的。如：球泡灯、PAR灯等等。这些灯具如用AC LED，以目前的AC LED技术而言，功率、光效、成本始终是难以平衡。如果将其应用在一些对光效要求不高的辅助照明、装饰性照明的LED灯具上，如小射灯、蜡烛灯等等。使用陶瓷外壳和单颗4W\5W的AC LED，则既可降低成本，又可以和现有的铝型材外壳+DC LED的灯具光效一较高低。

　　陶瓷材料应用LED有制约 总体前景良好
　　陶瓷的使用具有悠久的历史，现代工艺制备的陶瓷材料导热率较高，空气自然对流下，完全可以充当LED照明灯具的散热材料。氮化铝陶瓷可以直接作为封装晶架或线路层；氧化铝陶瓷价格便宜，烧结技术成熟，可釉成不同颜色，由于其电绝缘性能优良，并耐酸碱性，受到很多客户的青睐。但是，陶瓷材料并不是完美无瑕的，陶瓷散热器鳍片不能太薄（厚度≥1.5mm），密度稍大（约为铝的1.5倍），中高应力下会产生裂纹，无釉表面容易污染等。
　　LED作为新型光源，在照明领域一直就是节能环保的重要标志。而陶瓷灯具的材质本身就是绿色环保的，这正好也符合了我国提倡的“生态环保”可持续发展的要求，与LED结合更能体现节能环保的意义。随着陶瓷制作工艺的发展，陶瓷灯具也以其材质天然性、造型艺术性、功能多样性、文化悠久性而在当代工艺品市场上成为新的消费热点，也将为商业社会快节奏下的人文生活增添一份休闲与自然氛围。总的来说，陶瓷材料用于LED的前景良好，特别适于体积较小的照明灯具。