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LED陶瓷基板(二)

  如今生产上通用的大功率LED散热基板结构其一般为铝质基板:最下层为铝金属层,其厚度约为1.3mm;铝层之上为高分子绝缘层,厚约0.1mm;最上层为铜线路以及焊接电路。虽然铝的导热系数比较高,但是绝缘层导热系数极低,因此绝缘层成为该中结构基板的散热瓶颈,影响整个基板的散热效果;同时由于绝缘层的存在,使得其无法承受高温焊接,从而影响了封装工艺的实施,限制了封装结构的优化,因此不利于LED散热。

 

  由于高分子绝缘材料的导热系数较低,同时耐热性能较差,如果要提高铝金属基板的整体导热性能及耐热性能,需要替换掉绝缘材料,但是绝缘材料的启用,使得同线路无法自傲铝金属基板之上布置,所以目前直接提高铝金属基板的导热系数还无法实现。而陶瓷散热基板,其具有新的导热材料和新的内部结构,以消除铝金属基板所具有的缺陷,从而改善基板的整体散热效果。

 

  各种陶瓷材料的比较:

  陶瓷材料的种类:Al2O3 ;3Al2O3 ·2SiO2莫来石;2Al2O3·2MgO·5SiO2堇青石;  MgO·SiO2 块滑石;2MgO·SiO2镁橄榄石;AlN;SiC;BeO

  ①Al2O3:到目前为止,氧化铝基板是LED领域中最常用的基板材料,因为在机械、热、电性能上相对于大多数其他氧化物陶瓷,强度及化学稳定性高,且原料来源丰富,适用于各种各样的技术制造以及不同的形状。

  ②BeO:具有比金属铝还高的热导率,应用于需要高热导的场合,但温度超过300℃后迅速降低,最重要的是由于其毒性限制了自身的发展。

  ③AlN:AlN有两个非常重要的性能值,一是高的热导率,二是与Si相匹配的膨胀系数。缺点是即使在表面有非常薄的氧化层也会对热导率产生影响,只有对材料和工艺进行严格控制才能制造出一致性较好的AlN基板。目前大规模的AlN生产技术国内只有斯利通相对成熟,相对于Al2O3比较,AlN价格相对偏高许多,这个也是制约其发展的瓶颈。

  ④实际生产和开发应用的陶瓷基片材料还有SiC、BN复相陶瓷、AZ氧化锆陶瓷和玻璃陶瓷等。其中,BeO和SiC热导率很高(250W/m.K),SiC因体积电阻较小(<1013W·cm)、介电常数较大(40)、介电损耗较高(50),不利于信号的传输,且成型工艺复杂、设备昂贵,故应用范围也很小。

  AlN陶瓷基片是新一代高性能陶瓷基片,具有很高的热导率(理论值为319W/m.K,商品化的AlN基片热导率大于160W/m.k)、较低的介电常数(8.8)和介电损耗(<5×10-4)、以及和硅相配比的热膨胀系数(4.4×10-4/℃)等优点,但由于成本居高,一直没能大规模应用;Al2O3陶瓷基片虽然热导率不高(20W/m.K),但因其生产工艺相对简单,成本较低,价格便宜,成为目前最广泛应用的陶瓷基片。

  综合以上原因,可以知道,氧化铝陶瓷由于比较优越的综合性能,在目前微电子、功率电子、LED电子、功率模块等领域还是处于主导地位而被大量运用。

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