2020-04-26 18:33:28

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led铝基板主要应用于STK 系列功率放大混合集成电路,摩托车以及汽车电子等领域。

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基本信息

  • 中文名

    LED铝基板

  • 外文名

    LED aluminum substrate

  • 应用

    led、汽车电子、家电数码等

  • 原材料

    1oz、2oz 、3oz 铜箔

  • 供应

    建和、鸿运

  • 中国产地

    东莞、深圳

折叠 编辑本段 差距

国内从20 世纪80 年代末期由国营第704 厂开始率先研制铝基板,很快有商品化产品面世。当时主要应用于STK 系列功率放大混合集成电路,摩托车以及汽车电子等领域,为相关产业的发展作出了贡献。经过将近20 年的发展,我国铝基板的发展步入了快速发展的轨道。据有关数据统计,目前国内从事铝基板生产企业接近20 万家。

近两年来,大功率LED 照明顺应了节能环保的潮流,获得高速发展,为铝基板的快速增长注入了强大的推动力,一时之间,全国各地掀起了铝基板的风潮。在此,着重分析一下LED 所用铝基板的状况。

事实上,LED 在市场上已经应用很长时间了,其应用领域主要集中在掌上电脑(PDA),手提电话,以及其他消费类电子市场。这些产品的寿命相对较短,LED 的寿命不是主要问题,因为在LED 寿命到期之前,这些产品就已经报废或过时了。随着LED 设计和工艺技术的不断进步,推动LED 的亮度不断提高,以便与白炽灯,荧光灯,甚至卤素灯展开竞争。像大多数电子器件一样,热量也是LED 的最大的威胁。尽管多数人认为LED 不发热,其实相对于它的体积来说,LED 产生的热量是很大的。热量不仅影响LED 的亮度,也改变了光的颜色,最终会导致LED 失效,因此,防止LED 热量的累积正变得越来越重要。保持LED 长时间的持续高亮度的关键是采用最先进的热量管理材料,采用高导热性能的铝基板就是其中的要素之一。

在一个典型的LED 结构中(见图2),LED 产生的热量通过绝缘层传导到金属基板,再经过热界面材料传导到散热器,这样就能将LED 所产生的绝大部分热量通过对流的方式扩散到周围的空气中。然而大多数的铝基板绝缘层具有很小的热传导性甚至没有导热性,这样就使得热量不能从LED 传导到散热片(金属基板),无法实现整个散热通道畅通。这样,LED 的热累积很快就会导致LED 失效。而具有高导热性绝缘层的铝基板,就很好解决了这个问题。从而确保LED 最低的运行温度,最亮的亮度,以及最长的使用寿命。因此,选择具有高导热性能的铝基板对LED 来说至关重要。

为了更加直观的说明铝基板绝缘层导热性能的优劣对LED 光通量的影响,请看图6 的一组试验,其测试对比条件是:同样1W 的LED,使用不同的导热性能的铝基板,让LED 维持在50°C运行,三种不同导热性能的铝基板所带来的LED 光通量对比。通俗一点的说法就是,热传导能力差的铝基板,LED 的输入的电流大小受限制,电流太大,LED 的发热量无法及时散发出去,温度很快就会超过 50°C,因此就只有降低电流,这样LED 的光通量就急剧减小,无法达到额定的输入电流。而导热性能越好的铝基板,因为热的扩散性好,即使输入更大的电流,温度仍然可以维持在50°C,这样LED 的光通量自然就提高了。

面对LED 快速发展这个难得的机遇,我们必须清醒的看到, LED 的发展在国内比较混乱,相关的标准、法律、法规等尚未健全。国内铝基板在LED 行业的应用还仅仅限于低端领域。因为所用铝基板的热传导性不佳导致大功率LED 设计寿命大大缩短,光通量达不到要求,已经是不争的事实。同时,铝基板作为LED 行业的一个新材料,部分LED 客户群体对此材料所知有限,由此引发的照明工程、照明器具等质量纠纷和投诉与日俱增。国家有关部门已经开始加紧制定LED 照明相关标准,国内铝基板行业依靠低价格获取市场的时代即将结束了。如果不尽快提高铝基板的热传导性能,那么将会面临失去市场的风险。

折叠 技术方面的差距:

1、热传导性能方面的差距 目前国际上技术领先的铝基板绝缘层都是由高导热、高绝缘的陶瓷粉末填充而成的聚合物(主要是环氧树脂)所构成,这样的绝缘层具有良好的热传导性能(导热系数高达2.2/m-K),很高的绝缘强度,良好的粘接性能。 同时,应市场需求,Bergquist 开发出比竞争对手更白的绝缘层,其它性能同样出众,提高了高功率LED 白色阻焊的反光率,成为占据大功率LED 市场的新利器。目前国内的众多铝基板生产厂家,因自身的人才、技术、设备、材料和资金等各方面因素的制约,无力进行铝基板系统和持续的研究和改进。与国外同行之间的技术和实力的差距有扩大的趋势,令人担忧。国产铝基板绝缘层基本上都使用了商品化的FR-4 半固化片(1080)(导热系数仅为0.3/m-K),该绝缘层之中没有添加任何的导热填料,因此,这种铝基板的热传导性能较差,不具备高强度的电气绝缘性能。国内在铝基板所用导热填料的选型,导热填料的预处理,导热填料和改性环氧树脂的配方研究,以及如何保证导热填料均匀的分布于绝缘层之中,尚没有进入实质性研究阶段。

铝基板绝缘层如果没有添加合适的导热填料,而环氧树脂的热传导性又很差,显而易见整个铝基板的热传导能力就非常有限了。图5是一组热阻测试对比图,是按照Bergquist TO-220 测试方法测试了几家公司的铝基板热阻。从中可以看出,各公司之间的热阻差距极大。其中,Bergquist 各个系列的铝基板性能都非常出众;A 公司、B 公司和C 公司均为日本企业,其导热性能总体来说很优秀。D 公司和E 公司是国内企业,均使用了FR-4 半固化片。我们国内铝基板的导热性能指标基本就是这样的一个水平。可以看出,这与国际先进水平的差距还是相当大的。

折叠 电绝缘性能方面的差距:

Bergquist 铝基板的绝缘层厚度一般是75μm, 100μm, 125μm 和150μm。其它几家日本公司的铝基板绝缘层厚度也与此相近。其中75μm 是主流产品。

国内的铝基板,绝缘强度都有限,在同等厚度条件下,只能达到国外产品的1/3~1/4 击穿强度。我们曾经听到一个客户的陈诉(从事电力电子器件),他们以前的铝基板供应商(FR-4 绝缘层),将绝缘层加厚到200μm,仍然不能满足3KV(AC)绝缘强度的要求,其实,这样的厚度,即使绝缘强度满足了要求,其热阻大到什么程度就可想而知了。

The Bergquist MP 系列铝基板(75μm绝缘层)击穿电压可达8.5KV(AC);日本NRK的NRA-8铝基板(80μm 绝缘层)击穿电压也可达到6.7KV(AC)。

The Bergquist HT 系列铝基板(150μm绝缘层)击穿电压可达11KV(AC);日本NRK的NRA-8铝基板(160μm 绝缘层)击穿电压也可达到9.2KV(AC);北京瑞凯的IMS-H01(150μm 绝缘层)击穿电压可达到8 KV(AC).

他们的绝缘强度如此之高,除了绝缘胶配方合理以外,说明他们的整个工作环境洁净度很高。国内铝基板生产商,经营规模小,资金实力有限,设备自动化程度低,生产环境都不是很理想,生产过程很易导致尘埃等其它杂质混入绝缘层之中,甚至出现绝缘层破损或受到创伤,从而大大了铝基板的绝缘强度。

折叠 机械性能方面的差距:

国外高档次的铝基板,绝缘层、铜箔和金属基层这三者之间的热膨胀系数(CTE)的匹配性好,很好解决了焊接过程中温度循环导致的金属基线路板(MCPCB)的翘曲问题,以及可能由此所导致的焊缝开裂等隐患。特别是如何解决厚铜箔(4oz 以上)铝基板的翘曲问题,我们与国外厂商的差距更加明显。据一个DC/DC 电源客户反映,他们在使用Bergquist 铝基板(铜箔4oz,绝缘层75μm,铝板1.57mm)加工PCB 过程中,刚刚做完热风整平工艺(HASL),MCPCB 翘曲较大,但降至常温以后,MCPCB 的翘曲就恢复到工艺设计值。而国内的铝基板,因HASL 工艺导致的翘曲不可逆。

折叠 其它性能的差距:

经过我们多次测试,Bergquist 能够将铝基板绝缘层的厚度公差控制在±2μm,这就保证了铝基板厚度和导热能力的均一性。说明他们的涂胶设备的精准度很高。同时也说明他们的绝缘胶流动性很小,但又能保证粘接和其它性能的完美,说明他们的配方的研究很深入。

国内铝基板绝缘层的厚度,相差±10%都是一个正常的指标,这必然导致铝基板热阻、绝缘强度存在较大的起伏。从而对器件的质量性能参数产生较大的影响。在一些领域,因为使用条件苛刻,国产铝基板难以胜任。特别是长时间在高温条件下(140℃),能够保证铝基板的机械性能、电绝缘性能和其它相关性能仍然能够满足器件的需求,是衡量铝基板质量稳定性的一个重要指标。Bergquist 的LTI 和MP 系列铝基板能满足130℃一下长期使用,特别是HT 系列产品,能够承受140℃长期使用。Bergquist 能够在每一款铝基板新品投放市场以前的12~18 个月,进行长期的极为严格的湿热老化试验,以验证其机械性能、电绝缘性能和其它性能的变化趋势。这一点,我们国内还做不到。

折叠 性能检测的问题:

铝基板尚没有相关的国际标准,其电绝缘性能和机械性能的测试主要比照FR-4 所采用的IPC(美国电子电路互连和封装协会)、ASTM(美国材料与试验协会)和IEC(国际电工委员会)这三个标准。而铝基板的热性能参数的测试方法就显得比较混乱。据我们了解,国际上几个著名的铝基板生产商(如The Bergquist,NRK 和DENKA),对外公布的热阻测试方法都采用了TO-220方法,导热系数主要依据ASTM D5470(薄导热固体绝缘材料热传导性标准试验方法)方法测试。

我们发现一个很奇怪的现象,众多的铝基板生产厂商,在彼此铝基板实际导热性能指标相差不大的情况下,各自的标示值差异却极大,这就存在很大的误区。必然导致标示热性能数据更为"优秀"的生产厂商的铝基板更易获得客户的信任和认可,从而误导客户。造成这种问题的主要原因是,热阻和导热系数的测试方法没有统一的标准,当然还有部分生产商恶意夸大自己的导热性能参数,这是极不道德的商业行为。特别是国内部分不良的铝基板生产商,从他们对外公布的铝基板导热性能"指标"来看,已经"完全达到"甚至"远远超过"了国际先进水平。这种混乱的状态,亟待整治。否则,将对整个客户群体和铝基板行业造成极大的伤害。

因为各自TO-220 测试规范不尽相同,这就必然导致各自的测试结果千差万别。以下我们以Bergquist 推荐的TO-220 热阻测试方法为例说明,测试规范不同,其测试结果就会有较大的差异。

热电偶的位置对热阻值有重大影响(热电偶位于芯片的下方正中位置,能确保从芯片到散热器之间最短的传热通道);

晶体管功率;

试样铝基板的尺寸及焊盘尺寸;

晶体管铜基座通过回流焊与铝基板铜箔面连接,所用的焊膏的配比和厚度;

铝基板金属基层通过导热膏与散热器连接,导热膏的型号和性能;

铜箔的厚度;

铝板的厚度;

施加的压力;

尽管都采用TO-220 方法测试,但以上各点的任何差异,都会带来热阻测试结果的很大的差别。因此,各自的公示值,只能代表在自己所规定的测试条件下的性能结果,而并不代表自己比其它公司的产品更加优秀,因此,只有采用同等测试条件和方式,热阻的测试结果才有可比性。

事实上,图8中被取样测试的那几家国内外公司,各自的热阻标示值都很好,有的远远高于Bergquist 的标示值,特别是国内的那两家铝基板生产商,更是"好"的离谱,但在同等测试条件下,就能区分出各自性能的优劣。

折叠 原材料:

国内铝基板所使用的1oz,2oz 和3oz 铜箔已经实现了国产化,但4oz(含)以上的铜箔依赖于进口。 Bergquist 铝基板T-Clad®铝基面以拉丝处理为主,铝基面纹路均一,细腻,而其氧化铝板外观同样让人赏心悦目。日本几家生产厂商铝基面以硫酸阳极氧化为主,铝基面氧化层晶莹剔透,手感极佳。

国内铝板供货状态不是太理想。主要问题是:合金铝板供应能力受限,纯铝板的外观质量较差,划痕严重,板面纹路明显,即使经过硫酸阳极氧化,也是手感粗糙,总体来说,国内铝基面外观质量与美日产品相比,差距很大。

折叠 编辑本段 简介

LED铝基板产品问世,开启散热应用行业的发展,由于LED铝基板散热特色,加上铝基板具有高散热、低热阻、寿命长、耐电压等优点,随着生产技术、设备的改良,产品价格加速合理化,进而扩大LED产业的应用领域,如家电产品的指示灯铝基板、汽车车灯铝基板、路灯铝基板及户外大型看板等。LED铝基板的开发成功,更将成为室内照明和户外亮化产品提供服务,使LED产业未来的市场领域更宽广。五年内,我国把LED铝基板作为一个重大工程推动,而科技部也批准深圳,江苏,浙江,大连,重庆5地作为LED铝基板产业化基地。按这5大产业基地对预计目标,到2012年,整个中国LED产业产值将超过2000亿元。在新兴应用市场不断出现的带动下,近些年LED铝基板市场规模快速提升。LED铝基板指的是成品范围非常广阔,包括:大功率、LED路灯、射灯、冼墙灯、埋地灯、LED日光灯等。LED铝基板包括LED铝基板、LED铜基板和LED铁基板,在国内市场上铝基板,占据市场大多份额,铝基板由于高耐压和低热阻而被广大厂家所喜爱。

折叠 编辑本段 特点

1.采用表面贴装技术(SMT);2.在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理;

3.降低产品运行温度,提高产品功率密度和可靠性,延长产品使用寿命;

4.缩小产品体积,降低硬体及装配成本;

5.取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力。

LED铝基板适用于: 产品广泛应用于通信、电力、电子、医疗设备、机械设备、照明等领域。

折叠 编辑本段 行业分析

LED铝基板的产品项目涵盖了照明产品整个行业,如商业照明,室内照明。整体情况来看,LED铝基板在未来几年依然保持高速发展,出口金额会稳步增长,但出口增幅下降。内销方面由于经济的持续发展,则迎来了高速增长期。

然而中国的LED铝基板行业近5年的快速发展,到今天也造成了激烈的竞争局面。因LED照明相关技术与散热性能等原因,使LED在国内市场发展缓慢,而大部份LED照明用于出口,这方面不断给于LED铝基板发展空间与时间。在未来国家大力指导攻克下,LED铝基板技术会越来越完善,国内需求会越来越大。

折叠 编辑本段 导热系数

led铝基板导热系数和铝基板中间的绝缘层(一般的是PP,有导热胶等)有关系,它是衡量铝基板好坏的三大标准之一(热阻值和耐压值是另两个性能)。铝基板导热系数可以在板材压合之后经过测试仪器测试得出数据,导热值高的一般是陶瓷类、铜等,但是由于考虑到成本的问题,市场上主流的是电子铝基板,相对应的铝基板导热系数是大家所关心的参数,导热系数越高就是代表性能越好的标志之一。

折叠 编辑本段 分类

led铝基板分类有日光灯铝基板,路灯铝基板,筒灯铝基板,壁灯铝基板,射灯铝基板,节能灯铝基板,无极灯铝基板,铝基板,天花灯铝基板,洗墙灯铝基板,球泡灯铝基板,隧道灯铝基板,泛光灯铝基板,投光灯铝基板,大功率铝基板,小功率铝基板,护栏管铝基板,霓虹灯铝基板,玉米灯铝基板,蜡烛灯铝基板,吸顶灯铝基板,厨房灯铝基板,走廊灯铝基板,地埋灯铝基板,斗胆灯铝基板,工矿灯铝基板,桥梁灯铝基板,地砖灯铝基板,楼梯灯铝基板。

折叠 编辑本段 绝缘层

LED铝基板绝缘层是铝基板最核心的技术,主要起到粘接,绝缘和导热的功能。铝基板绝缘层是功率模块

结构中最大的导热屏障。绝缘层热传导性能越好,越有利于器件运行时所产生热量的扩散,也就越

有利于降低器件的运行温度,从而达到提高模块的功率负荷,减小体积,延长寿命,提高功率输出

等目的。

折叠 编辑本段 用途

用途:功率混合IC(HIC)。

1、音频设备:输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放大器等。

2、电源设备:开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。

3、通讯电子设备:高频增幅器`滤波电器`发报电路。

4、办公自动化设备:电动机驱动器等。

5、汽车:电子调节器`点火器`电源控制器等。

6、电脑:CPU板`软碟驱动器`电源装置等。

7、功率模组:换流器`固体继电器`整流电桥等。

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