led鋁基板

led鋁基板主要套用於STK 系列功率放大混合積體電路,機車以及汽車電子等領域。

差距

led鋁基板 led鋁基板

國內從20 世紀80 年代末期由國營第704 廠開始率先研製鋁基板,很快有商品化產品面世。當時主要套用於STK 系列功率放大混合積體電路,機車以及汽車電子等領域,為相關產業的發展作出了貢獻。經過將近20 年的發展,我國鋁基板的發展步入了快速發展的軌道。據有關數據統計,目前國內從事鋁基板生產企業接近20 萬家。

近兩年來,大功率LED 照明順應了節能環保的潮流,獲得高速發展,為鋁基板的快速增長注入了強大的推動力,一時之間,全國各地掀起了鋁基板的風潮。在此,著重分析一下LED 所用鋁基板的狀況。

事實上,LED 在市場上已經套用很長時間了,其套用領域主要集中在掌上電腦(PDA),手提電話,以及其他消費類電子市場。這些產品的壽命相對較短,LED 的壽命不是主要問題,因為在LED 壽命到期之前,這些產品就已經報廢或過時了。隨著LED 設計和工藝技術的不斷進步,推動LED 的亮度不斷提高,以便與白熾燈,螢光燈,甚至鹵素燈展開競爭。像大多數電子器件一樣,熱量也是LED 的最大的威脅。儘管多數人認為LED 不發熱,其實相對於它的體積來說,LED 產生的熱量是很大的。熱量不僅影響LED 的亮度,也改變了光的顏色,最終會導致LED 失效,因此,防止LED 熱量的累積正變得越來越重要。保持LED 長時間的持續高亮度的關鍵是採用最先進的熱量管理材料,採用高導熱性能的鋁基板就是其中的要素之一。

圖2 圖2

在一個典型的LED 結構中(見圖2),LED 產生的熱量通過絕緣層傳導到金屬基板,再經過熱界面材料傳導到散熱器,這樣就能將LED 所產生的絕大部分熱量通過對流的方式擴散到周圍的空氣中。然而大多數的鋁基板絕緣層具有很小的熱傳導性甚至沒有導熱性,這樣就使得熱量不能從LED 傳導到散熱片(金屬基板),無法實現整個散熱通道暢通。這樣,LED 的熱累積很快就會導致LED 失效。而具有高導熱性絕緣層的鋁基板,就很好解決了這個問題。從而確保LED 最低的運行溫度,最亮的亮度,以及最長的使用壽命。因此,選擇具有高導熱性能的鋁基板對LED 來說至關重要。

為了更加直觀的說明鋁基板絕緣層導熱性能的優劣對LED 光通量的影響,請看圖6 的一組試驗,其測試對比條件是:同樣1W 的LED,使用不同的導熱性能的鋁基板,讓LED 維持在50°C運行,三種不同導熱性能的鋁基板所帶來的LED 光通量對比。通俗一點的說法就是,熱傳導能力差的鋁基板,LED 的輸入的電流大小受限制,電流太大,LED 的發熱量無法及時散發出去,溫度很快就會超過 50°C,因此就只有降低電流,這樣LED 的光通量就急劇減小,無法達到額定的輸入電流。而導熱性能越好的鋁基板,因為熱的擴散性好,即使輸入更大的電流,溫度仍然可以維持在50°C,這樣LED 的光通量自然就提高了。

led鋁基板 led鋁基板

面對LED 快速發展這個難得的機遇,我們必須清醒的看到, LED 的發展在國內比較混亂,相關的標準、法律、法規等尚未健全。國內鋁基板在LED 行業的套用還僅僅限於低端領域。因為所用鋁基板的熱傳導性不佳導致大功率LED 設計壽命大大縮短,光通量達不到要求,已經是不爭的事實。同時,鋁基板作為LED 行業的一個新材料,部分LED 客戶群體對此材料所知有限,由此引發的照明工程、照明器具等質量糾紛和投訴與日俱增。國家有關部門已經開始加緊制定LED 照明相關標準,國內鋁基板行業依靠低價格獲取市場的時代即將結束了。如果不儘快提高鋁基板的熱傳導性能,那么將會面臨失去市場的風險。

技術方面的差距:

圖4 圖4
圖5 圖5

1、熱傳導性能方面的差距 目前國際上技術領先的鋁基板絕緣層都是由高導熱、高絕緣的陶瓷粉末填充而成的聚合物(主要是環氧樹脂)所構成,這樣的絕緣層具有良好的熱傳導性能(導熱係數高達2.2/m-K),很高的絕緣強度,良好的粘接性能。 同時,應市場需求,Bergquist 開發出比競爭對手更白的絕緣層,其它性能同樣出眾,提高了高功率LED 白色阻焊的反光率,成為占據大功率LED 市場的新利器。 目前國內的眾多鋁基板生產廠家,因自身的人才、技術、設備、材料和資金等各方面因素的制約,無力進行鋁基板系統和持續的研究和改進。與國外同行之間的技術和實力的差距有擴大的趨勢,令人擔憂。 國產鋁基板絕緣層基本上都使用了商品化的FR-4 半固化片(1080)(導熱係數僅為0.3/m-K),該絕緣層之中沒有添加任何的導熱填料,因此,這種鋁基板的熱傳導性能較差,不具備高強度的電氣絕緣性能。國內在鋁基板所用導熱填料的選型,導熱填料的預處理,導熱填料和改性環氧樹脂的配方研究,以及如何保證導熱填料均勻的分布於絕緣層之中,尚沒有進入實質性研究階段。

鋁基板絕緣層如果沒有添加合適的導熱填料,而環氧樹脂的熱傳導性又很差,顯而易見整個鋁基板的熱傳導能力就非常有限了。圖5是一組熱阻測試對比圖,是按照Bergquist TO-220 測試方法測試了幾家公司的鋁基板熱阻。從中可以看出,各公司之間的熱阻差距極大。其中,Bergquist 各個系列的鋁基板性能都非常出眾;A 公司、B 公司和C 公司均為日本企業,其導熱性能總體來說很優秀。D 公司和E 公司是國內企業,均使用了FR-4 半固化片。我們國內鋁基板的導熱性能指標基本就是這樣的一個水平。可以看出,這與國際先進水平的差距還是相當大的。

電絕緣性能方面的差距:

Bergquist 鋁基板的絕緣層厚度一般是75μm, 100μm, 125μm 和150μm。其它幾家日本公司的鋁基板絕緣層厚度也與此相近。其中75μm 是主流產品。

國內的鋁基板,絕緣強度都有限,在同等厚度條件下,只能達到國外產品的1/3~1/4 擊穿強度。我們曾經聽到一個客戶的陳訴(從事電力電子器件),他們以前的鋁基板供應商(FR-4 絕緣層),將絕緣層加厚到200μm,仍然不能滿足3KV(AC)絕緣強度的要求,其實,這樣的厚度,即使絕緣強度滿足了要求,其熱阻大到什麼程度就可想而知了。

The Bergquist MP 系列鋁基板(75μm絕緣層)擊穿電壓可達8.5KV(AC);日本NRK的NRA-8鋁基板(80μm 絕緣層)擊穿電壓也可達到6.7KV(AC)。

The Bergquist HT 系列鋁基板(150μm絕緣層)擊穿電壓可達11KV(AC);日本NRK的NRA-8鋁基板(160μm 絕緣層)擊穿電壓也可達到9.2KV(AC);北京瑞凱的IMS-H01(150μm 絕緣層)擊穿電壓可達到8 KV(AC).

圖6 圖6

他們的絕緣強度如此之高,除了絕緣膠配方合理以外,說明他們的整個工作環境潔淨度很高。國內鋁基板生產商,經營規模小,資金實力有限,設備自動化程度低,生產環境都不是很理想,生產過程很易導致塵埃等其它雜質混入絕緣層之中,甚至出現絕緣層破損或受到創傷,從而大大了鋁基板的絕緣強度。

機械性能方面的差距:

國外高檔次的鋁基板,絕緣層、銅箔和金屬基層這三者之間的熱膨脹係數(CTE)的匹配性好,很好解決了焊接過程中溫度循環導致的金屬基線路板(MCPCB)的翹曲問題,以及可能由此所導致的焊縫開裂等隱患。特別是如何解決厚銅箔(4oz 以上)鋁基板的翹曲問題,我們與國外廠商的差距更加明顯。據一個DC/DC 電源客戶反映,他們在使用Bergquist 鋁基板(銅箔4oz,絕緣層75μm,鋁板1.57mm)加工PCB 過程中,剛剛做完熱風整平工藝(HASL),MCPCB 翹曲較大,但降至常溫以後,MCPCB 的翹曲就恢復到工藝設計值。而國內的鋁基板,因HASL 工藝導致的翹曲不可逆。

其它性能的差距:

經過我們多次測試,Bergquist 能夠將鋁基板絕緣層的厚度公差控制在±2μm,這就保證了鋁基板厚度和導熱能力的均一性。說明他們的塗膠設備的精準度很高。同時也說明他們的絕緣膠流動性很小,但又能保證粘接和其它性能的完美,說明他們的配方的研究很深入。

國內鋁基板絕緣層的厚度,相差±10%都是一個正常的指標,這必然導致鋁基板熱阻、絕緣強度存在較大的起伏。從而對器件的質量性能參數產生較大的影響。在一些領域,因為使用條件苛刻,國產鋁基板難以勝任。特別是長時間在高溫條件下(140℃),能夠保證鋁基板的機械性能、電絕緣性能和其它相關性能仍然能夠滿足器件的需求,是衡量鋁基板質量穩定性的一個重要指標。Bergquist 的LTI 和MP 系列鋁基板能滿足130℃一下長期使用,特別是HT 系列產品,能夠承受140℃長期使用。Bergquist 能夠在每一款鋁基板新品投放市場以前的12~18 個月,進行長期的極為嚴格的濕熱老化試驗,以驗證其機械性能、電絕緣性能和其它性能的變化趨勢。這一點,我們國內還做不到。

大功率led鋁基板 大功率led鋁基板

性能檢測的問題:

鋁基板尚沒有相關的國際標準,其電絕緣性能和機械性能的測試主要比照FR-4 所採用的IPC(美國電子電路互連和封裝協會)、ASTM(美國材料與試驗協會)和IEC(國際電工委員會)這三個標準。而鋁基板的熱性能參數的測試方法就顯得比較混亂。據我們了解,國際上幾個著名的鋁基板生產商(如The Bergquist,NRK 和DENKA),對外公布的熱阻測試方法都採用了TO-220方法,導熱係數主要依據ASTM D5470(薄導熱固體絕緣材料熱傳導性標準試驗方法)方法測試。

我們發現一個很奇怪的現象,眾多的鋁基板生產廠商,在彼此鋁基板實際導熱性能指標相差不大的情況下,各自的標示值差異卻極大,這就存在很大的誤區。必然導致標示熱性能數據更為“優秀”的生產廠商的鋁基板更易獲得客戶的信任和認可,從而誤導客戶。造成這種問題的主要原因是,熱阻和導熱係數的測試方法沒有統一的標準,當然還有部分生產商惡意誇大自己的導熱性能參數,這是極不道德的商業行為。特別是國內部分不良的鋁基板生產商,從他們對外公布的鋁基板導熱性能“指標”來看,已經“完全達到”甚至“遠遠超過”了國際先進水平。這種混亂的狀態,亟待整治。否則,將對整個客戶群體和鋁基板行業造成極大的傷害。

鋁基板熱阻測試方法 TO-220 鋁基板熱阻測試方法 TO-220

因為各自TO-220 測試規範不盡相同,這就必然導致各自的測試結果千差萬別。以下我們以Bergquist 推薦的TO-220 熱阻測試方法為例說明,測試規範不同,其測試結果就會有較大的差異。

熱電偶的位置對熱阻值有重大影響(熱電偶位於晶片的下方正中位置,能確保從晶片到散熱器之間最短的傳熱通道);

電晶體功率;

試樣鋁基板的尺寸及焊盤尺寸;

電晶體銅基座通過回流焊與鋁基板銅箔面連線,所用的焊膏的配比和厚度;

鋁基板金屬基層通過導熱膏與散熱器連線,導熱膏的型號和性能;

銅箔的厚度;

鋁板的厚度;

施加的壓力;

LED鋁基板 LED鋁基板

儘管都採用TO-220 方法測試,但以上各點的任何差異,都會帶來熱阻測試結果的很大的差別。因此,各自的公示值,只能代表在自己所規定的測試條件下的性能結果,而並不代表自己比其它公司的產品更加優秀,因此,只有採用同等測試條件和方式,熱阻的測試結果才有可比性。

事實上,圖8中被取樣測試的那幾家國內外公司,各自的熱阻標示值都很好,有的遠遠高於Bergquist 的標示值,特別是國內的那兩家鋁基板生產商,更是“好”的離譜,但在同等測試條件下,就能區分出各自性能的優劣。

原材料:

國內鋁基板所使用的1oz,2oz 和3oz 銅箔已經實現了國產化,但4oz(含)以上的銅箔依賴於進口。 Bergquist 鋁基板T-Clad®鋁基面以拉絲處理為主,鋁基面紋路均一,細膩,而其氧化鋁板外觀同樣讓人賞心悅目。日本幾家生產廠商鋁基面以硫酸陽極氧化為主,鋁基面氧化層晶瑩剔透,手感極佳。

鋁基板板材 鋁基板板材

國內鋁板供貨狀態不是太理想。主要問題是:合金鋁板供應能力受限,純鋁板的外觀質量較差,劃痕嚴重,板面紋路明顯,即使經過硫酸陽極氧化,也是手感粗糙,總體來說,國內鋁基面外觀質量與美日產品相比,差距很大。

簡介

鍍金鋁基板 鍍金鋁基板

LED鋁基板產品問世,開啟散熱套用行業的發展,由於LED鋁基板散熱特色,加上鋁基板具有高散熱、低熱阻、壽命長、耐電壓等優點,隨著生產技術、設備的改良,產品價格加速合理化,進而擴大LED產業的套用領域,如家電產品的指示燈鋁基板、汽車車燈鋁基板、路燈鋁基板及戶外大型看板等。LED鋁基板的開發成功,更將成為室內照明和戶外亮化產品提供服務,使LED產業未來的市場領域更寬廣。 五年內,我國把LED鋁基板作為一個重大工程推動,而科技部也批准深圳,江蘇,浙江,大連,重慶5地作為LED鋁基板產業化基地。按這5大產業基地對預計目標,到2012年,整箇中國LED產業產值將超過2000億元。在新興套用市場不斷出現的帶動下,近些年LED鋁基板市場規模快速提升。LED鋁基板指的是成品範圍非常廣闊,包括:大功率、LED路燈、射燈、冼牆燈、埋地燈、LED日光燈等。LED鋁基板包括LED鋁基板、LED銅基板和LED鐵基板,在國內市場上鋁基板,占據市場大多份額,鋁基板由於高耐壓和低熱阻而被廣大廠家所喜愛。

特點

油膜圈鋁基板 油膜圈鋁基板

1.採用表面貼裝技術(SMT); 2.在電路設計方案中對熱擴散進行極為有效的處理;

3.降低產品運行溫度,提高產品功率密度和可靠性,延長產品使用壽命;

4.縮小產品體積,降低硬體及裝配成本;

5.取代易碎的陶瓷基板,獲得更好的機械耐久力。

LED鋁基板適用於: 產品廣泛套用於通信、電力、電子、醫療設備、機械設備、照明等領域。

行業分析

雙面鋁基板 雙面鋁基板

LED鋁基板的產品項目涵蓋了照明產品整個行業,如商業照明,室內照明。整體情況來看,LED鋁基板在未來幾年依然保持高速發展,出口金額會穩步增長,但出口增幅下降。內銷方面由於經濟的持續發展,則迎來了高速增長期。

然而中國的LED鋁基板行業近5年的快速發展,到今天也造成了激烈的競爭局面。因LED照明相關技術與散熱性能等原因,使LED在國內市場發展緩慢,而大部份LED照明用於出口,這方面不斷給於LED鋁基板發展空間與時間。在未來國家大力指導攻克下,LED鋁基板技術會越來越完善,國內需求會越來越大。

導熱係數

鋁基板導熱係數圖 鋁基板導熱係數圖

led鋁基板導熱係數和鋁基板中間的絕緣層(一般的是PP,有導熱膠等)有關係,它是衡量鋁基板好壞的三大標準之一(熱阻值和耐壓值是另兩個性能)。鋁基板導熱係數可以在板材壓合之後經過測試儀器測試得出數據,導熱值高的一般是陶瓷類、銅等,但是由於考慮到成本的問題,市場上主流的是電子鋁基板,相對應的鋁基板導熱係數是大家所關心的參數,導熱係數越高就是代表性能越好的標誌之一。

分類

led鋁基板 led鋁基板

led鋁基板分類有日光燈鋁基板,路燈鋁基板,筒燈鋁基板,壁燈鋁基板,射燈鋁基板,節能燈鋁基板,無極燈鋁基板,鋁基板,天花燈鋁基板,洗牆燈鋁基板,球泡燈鋁基板,隧道燈鋁基板,泛光燈鋁基板,投光燈鋁基板,大功率鋁基板,小功率鋁基板,護欄管鋁基板,霓虹燈鋁基板,玉米燈鋁基板,蠟燭燈鋁基板,吸頂燈鋁基板,廚房燈鋁基板,走廊燈鋁基板,地埋燈鋁基板,斗膽燈鋁基板,工礦燈鋁基板,橋樑燈鋁基板,地磚燈鋁基板,樓梯燈鋁基板。

絕緣層

LED鋁基板絕緣層是鋁基板最核心的技術,主要起到粘接,絕緣和導熱的功能。鋁基板絕緣層是功率模組

結構中最大的導熱屏障。絕緣層熱傳導性能越好,越有利於器件運行時所產生熱量的擴散,也就越

有利於降低器件的運行溫度,從而達到提高模組的功率負荷,減小體積,延長壽命,提高功率輸出

等目的。

用途

用途:功率混合IC(HIC)。

1、音頻設備:輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器等。

2、電源設備:開關調節器`DC/AC轉換器`SW調整器等。

3、通訊電子設備:高頻增幅器`濾波電器`發報電路。

4、辦公自動化設備:電動機驅動器等。

5、汽車:電子調節器`點火器`電源控制器等。

6、電腦:CPU板`軟碟驅動器`電源裝置等。

高端鋁基板 高端鋁基板

7、功率模組:換流器`固體繼電器`整流電橋等。

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