白光LED照明快速興起，無論在應(yīng)用市場還是在制造技術(shù)上都表現(xiàn)出迅猛發(fā)展的勢頭。與此同時，這一產(chǎn)業(yè)又帶動了新一代LED用材料技術(shù)的興起與發(fā)展，用于LED的導(dǎo)熱基板就是其中之一。同時也為高導(dǎo)熱基板材料產(chǎn)業(yè)開辟了新的市場空間。
導(dǎo)熱基板市場巨大
導(dǎo)熱基板在LED散熱中扮演的角色越來越重要，并催生一個新的市場機遇。
LED由于具備環(huán)保節(jié)能等特點，在照明等領(lǐng)域得到快速發(fā)展,作為一種光電器件，其工作原理實際進行的是一個光電轉(zhuǎn)換過程，輸入的電能部分會轉(zhuǎn)換成光能，可用于照明。但是，其余的電能會轉(zhuǎn)換成熱能，這些熱量會導(dǎo)致LED芯片的溫度升高。而溫升對LED芯片產(chǎn)生的影響是很大的，將使LED發(fā)光效率降低，使用壽命大幅縮短等。因此如何實現(xiàn)有效散熱成為LED廠商最為關(guān)注的問題。對此，復(fù)旦大學(xué)方志烈教授指出，LED的熱管理包括芯片、封裝和系統(tǒng)等多個層面。芯片層面，人們可通過提高芯片本身的內(nèi)外量子效率，加強LED芯片的光能轉(zhuǎn)換比例，減少熱能產(chǎn)生。封裝環(huán)節(jié)一般來說LED可采用金屬基板、陶瓷基板等導(dǎo)熱基板加速散熱。
近年來LED的輸出功率越來越高，1W以上高功率LED的應(yīng)用范圍越來越大，散熱問題的解決成為相關(guān)業(yè)者研發(fā)標的，導(dǎo)熱基板在LED散熱中扮演的角色也越來越重要，同時也催生出一個重要的市場機遇。根據(jù)PIDA(臺灣光電科技工業(yè)協(xié)進會)的調(diào)查統(tǒng)計，全球LED導(dǎo)熱基板市場銷售額2010年約為8.55億美元。從2009年到2012年的4年間，全球LED導(dǎo)熱基板銷售額平均增長率將達30.02%。
陶瓷、樹脂基板開始走俏
更高的導(dǎo)熱性，更強的應(yīng)用靈活性與更佳的性能價格比，是目前LED導(dǎo)熱基板發(fā)展的主要方向。
導(dǎo)熱基板散熱是LED熱管理技術(shù)的重要部分，其技術(shù)發(fā)展趨勢受到LED市場應(yīng)用需求的影響。總體來看，更高的導(dǎo)熱性，更強的應(yīng)用靈活性與更佳的性能價格比是目前發(fā)展的主要方向。
高功率LED是當(dāng)前照明市場應(yīng)用的主流品種。但由于它發(fā)熱量更大，要求導(dǎo)熱基板材料必須具有更高的導(dǎo)熱性、耐熱性和穩(wěn)定性。對此，鑫泳森光電(深圳)有限公司總經(jīng)理李峰明告訴記者，目前的LED導(dǎo)熱基板基本上分為印刷電路基板(PCB)、金屬與陶瓷基板等幾大類。一般低功率LED由于發(fā)熱量不大，散熱問題不嚴重，因此只要運用一般的PCB板即可滿足需求。
但是隨著高功率LED越來越盛行，PCB已不足以應(yīng)付散熱需求，需將印刷電路板貼附在一個金屬板上，以改善其傳熱路徑。金屬基板多以鋁或銅為材料。由于技術(shù)成熟，且具有成本優(yōu)勢，目前為LED照明產(chǎn)品所廣泛采用。不過，隨著人們對更高散熱效果的追求，散熱性能更佳的陶瓷基板也被開發(fā)出來，并被越來越多地用于實際當(dāng)中了。陶瓷基板AIN，導(dǎo)熱率更高，約在170～240W/m·K，熱膨脹系數(shù)3.5～5ppm/K。“但是材料成本和加工成型的成本都很高，因此價格較貴，如非大規(guī)模采購將不適合應(yīng)用。”李峰明表示。
LED的封裝不僅要求能夠保護LED芯片，還要能夠透光，同時還要考慮模塊與應(yīng)用環(huán)節(jié)的特殊設(shè)計要求，所以未來LED對封裝材料靈活適用性要求將變得越來越高。導(dǎo)熱基板企業(yè)也越來越重視這方面的需求。如松下電工在發(fā)展LED導(dǎo)熱基板方面，就著力開發(fā)兼具高導(dǎo)熱性與靈活性的有機樹脂類基板材料。松下電工2009年1月向市場推出了一種高導(dǎo)熱性的玻纖布-有機樹脂復(fù)合基型覆銅板“EcooLR-1787”。該產(chǎn)品的導(dǎo)熱率為1W/m·K，熱阻為6.7℃/W。在2012年1月的東京照明展上，松下又展示了新一代的EcooLR-1586。
根據(jù)松下電工NL營業(yè)部的志田由梨子的介紹，EcooLR-1586的熱傳導(dǎo)率提升到1.5W/m·K，熱阻為5.0℃/W。EcooL作為一種有機樹脂型的導(dǎo)熱基板用基板材料，它在性能上與金屬類(如鋁基)、陶瓷基等高導(dǎo)熱性基板材料相比，具有更高的設(shè)計自由度，加工方便靈活等特性，同時它在耐電壓性、耐金屬離子遷移性方面也可與其它高導(dǎo)熱性基板材料相競爭。
此外，成本價格是關(guān)系到LED終端產(chǎn)品能否為市場接受的重要因素，目前的LED照明產(chǎn)品價格相比節(jié)能燈、白熾燈仍然較高。如何尋找一個導(dǎo)熱與成本間比較折中的解決方案也是業(yè)界研發(fā)的方向。對此日東新能源(蘇州)有限公司的浜吉俊行表示，關(guān)于LED照明，我們認為企業(yè)一般對高功率，高亮度的產(chǎn)品有著非常高的積極性，但是此類產(chǎn)品對于一般消費者價格又過于昂貴，不利于普及，如何降低成本是業(yè)者首先要考慮的事情。降低成本不能僅著眼于芯片，很多配套材料都有很多降價的空間可以挖掘。日東電工就著眼于LED的散熱，現(xiàn)以日東電工集團的高分子技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出一種高散熱絕緣材料，用于LED照明領(lǐng)域。在價格上相比陶瓷基板更具優(yōu)勢。
不同產(chǎn)品各有空間
LED照明產(chǎn)品種類繁多，各種檔次產(chǎn)品都有，因此不同的導(dǎo)熱基板，均有各自的適用空間。
盡管導(dǎo)熱基板向著高導(dǎo)熱，更活性等方向發(fā)展，不同企業(yè)也開發(fā)出陶瓷基板、有機樹脂類基板等多種類型的產(chǎn)品，但不同產(chǎn)品間也各有優(yōu)缺點。LED照明產(chǎn)品廣泛，不同檔次產(chǎn)品多樣，因此不同的導(dǎo)熱基板，均有各自的適用空間。
對此，聯(lián)茂電子集團總經(jīng)理張?？稻椭赋觯琍CB基板制程成熟，制造費用低，各種尺寸均可生產(chǎn)，但導(dǎo)熱系數(shù)低(0.36W/m·K)，容易遇熱變形(熱膨脹系數(shù)12～15ppm/K)，制程極限溫度約為288℃，比較適用于低功率LED。金屬基板熱導(dǎo)系數(shù)在2～5W/m·K，高于PCB板但低于陶瓷基板，制程極限溫度約300℃，也是高于PCB板但低于陶瓷基板，但其加工成本遠低于陶瓷基板，因此目前在中高功率LED中具有較廣的適用性。陶瓷基板具有極佳的導(dǎo)熱性與耐高溫性，適用于高功率LED，但價位過高，且材料強度高且較脆，只能生產(chǎn)小面積基板。
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