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LED照明开启高导热基板新市场

www.xmzfan.com点击次数:更新时间:2012-09-04【打印】【关闭】

  白光LED照明快速兴起,无论在应用市场还是在制造技术上都表现出迅猛发展的势头。与此同时,这一产业又带动了新一代LED用材料技术的兴起与发展,用于LED的导热基板就是其中之一。同时也为高导热基板材料产业开辟了新的市场空间。

  导热基板市场巨大

  导热基板在LED散热中扮演的角色越来越重要,并催生一个新的市场机遇。

  LED由于具备环保节能等特点,在照明等领域得到快速发展,作为一种光电器件,其工作原理实际进行的是一个光电转换过程,输入的电能部分会转换成光能,可用于照明。但是,其余的电能会转换成热能,这些热量会导致LED芯片的温度升高。而温升对LED芯片产生的影响是很大的,将使LED发光效率降低,使用寿命大幅缩短等。因此如何实现有效散热成为LED厂商最为关注的问题。对此,复旦大学方志烈教授指出,LED的热管理包括芯片、封装和系统等多个层面。芯片层面,人们可通过提高芯片本身的内外量子效率,加强LED芯片的光能转换比例,减少热能产生。封装环节一般来说LED可采用金属基板、陶瓷基板等导热基板加速散热。

  近年来LED的输出功率越来越高,1W以上高功率LED的应用范围越来越大,散热问题的解决成为相关业者研发标的,导热基板在LED散热中扮演的角色也越来越重要,同时也催生出一个重要的市场机遇。根据PIDA(台湾光电科技工业协进会)的调查统计,全球LED导热基板市场销售额2010年约为8.55亿美元。从2009年到2012年的4年间,全球LED导热基板销售额平均增长率将达30.02%。

  陶瓷、树脂基板开始走俏

  更高的导热性,更强的应用灵活性与更佳的性能价格比,是目前LED导热基板发展的主要方向。

  导热基板散热是LED热管理技术的重要部分,其技术发展趋势受到LED市场应用需求的影响。总体来看,更高的导热性,更强的应用灵活性与更佳的性能价格比是目前发展的主要方向。

  高功率LED是当前照明市场应用的主流品种。但由于它发热量更大,要求导热基板材料必须具有更高的导热性、耐热性和稳定性。对此,鑫泳森光电(深圳)有限公司总经理李峰明告诉记者,目前的LED导热基板基本上分为印刷电路基板(PCB)、金属与陶瓷基板等几大类。一般低功率LED由于发热量不大,散热问题不严重,因此只要运用一般的PCB板即可满足需求。

  但是随着高功率LED越来越盛行,PCB已不足以应付散热需求,需将印刷电路板贴附在一个金属板上,以改善其传热路径。金属基板多以铝或铜为材料。由于技术成熟,且具有成本优势,目前为LED照明产品所广泛采用。不过,随着人们对更高散热效果的追求,散热性能更佳的陶瓷基板也被开发出来,并被越来越多地用于实际当中了。陶瓷基板AIN,导热率更高,约在170~240W/m·K,热膨胀系数3.5~5ppm/K。“但是材料成本和加工成型的成本都很高,因此价格较贵,如非大规模采购将不适合应用。”李峰明表示。

  LED的封装不仅要求能够保护LED芯片,还要能够透光,同时还要考虑模块与应用环节的特殊设计要求,所以未来LED对封装材料灵活适用性要求将变得越来越高。导热基板企业也越来越重视这方面的需求。如松下电工在发展LED导热基板方面,就着力开发兼具高导热性与灵活性的有机树脂类基板材料。松下电工2009年1月向市场推出了一种高导热性的玻纤布-有机树脂复合基型覆铜板“EcooL R-1787”。该产品的导热率为1W/m·K,热阻为6.7℃/W。在2012年1月的东京照明展上,松下又展示了新一代的EcooL R-1586。

  根据松下电工NL营业部的志田由梨子的介绍,EcooL R-1586的热传导率提升到1.5W/m·K,热阻为5.0℃/W。EcooL作为一种有机树脂型的导热基板用基板材料,它在性能上与金属类(如铝基)、陶瓷基等高导热性基板材料相比,具有更高的设计自由度,加工方便灵活等特性,同时它在耐电压性、耐金属离子迁移性方面也可与其它高导热性基板材料相竞争。

  此外,成本价格是关系到LED终端产品能否为市场接受的重要因素,目前的LED照明产品价格相比节能灯、白炽灯仍然较高。如何寻找一个导热与成本间比较折中的解决方案也是业界研发的方向。对此日东新能源(苏州)有限公司的浜吉俊行表示,关于LED照明,我们认为企业一般对高功率,高亮度的产品有着非常高的积极性,但是此类产品对于一般消费者价格又过于昂贵,不利于普及,如何降低成本是业者首先要考虑的事情。降低成本不能仅着眼于芯片,很多配套材料都有很多降价的空间可以挖掘。日东电工就着眼于LED的散热,现以日东电工集团的高分子技术为基础,开发出一种高散热绝缘材料,用于LED照明领域。在价格上相比陶瓷基板更具优势。

  不同产品各有空间

  LED照明产品种类繁多,各种档次产品都有,因此不同的导热基板,均有各自的适用空间。

  尽管导热基板向着高导热,更活性等方向发展,不同企业也开发出陶瓷基板、有机树脂类基板等多种类型的产品,但不同产品间也各有优缺点。LED照明产品广泛,不同档次产品多样,因此不同的导热基板,均有各自的适用空间。

  对此,联茂电子集团总经理张校康就指出,PCB基板制程成熟,制造费用低,各种尺寸均可生产,但导热系数低(0.36W/m·K),容易遇热变形(热膨胀系数12~15ppm/K),制程极限温度约为288℃,比较适用于低功率LED。金属基板热导系数在2~5W/m·K,高于PCB板但低于陶瓷基板,制程极限温度约300℃,也是高于PCB板但低于陶瓷基板,但其加工成本远低于陶瓷基板,因此目前在中高功率LED中具有较广的适用性。陶瓷基板具有极佳的导热性与耐高温性,适用于高功率LED,但价位过高,且材料强度高且较脆,只能生产小面积基板。

  材料观察:导热基板是中国PCB的机会

  陈炳欣

  新一代电子整机产品的问世和崛起,总会带动新一代印刷电路板(PCB)及其基板材料的出现。在开拓出新市场、新应用领域的同时,往往也会推动整个行业技术的飞跃与产业结构的变革。20世纪90年代初,以便携式电子产品为代表的整机电子产品向薄轻化发展,孕育了PCB业高密度互连(HDI)板的发展。而电子产品的小型化又推动了2004年~2007年间挠性PCB及刚-挠性PCB的一场技术与市场跃升。

  当前,印制电路板业界的焦点产品是“LED导热基板”。作为一个新兴的市场,LED导热基板有望带动印制电路板业另一波新技术的发展,进而带来产业结构的变化,甚至有望使中国印制电路板业跃上更高台阶,改变以往大而不强,创新能力不足的劣势。

  发达工业国家如日本等已注意到这一行业趋势。2009年至今“导热基板”成为日本PCB行业的热门词汇。日本许多PCB业企业将之作为摆脱金融危机阴影,寻找新商机的机遇。我国的基础工业落后,越是上游的原材料工业,问题越多。因此,我国企业更应借此机遇加大导热基板的技术研究开发力度,应对市场变化。

  预测未来导热基板散热的技术发展趋势将向高散热、低热阻、融入整个系统安装等功能方向发展。在导热基板技术的竞争上,将主要表现为工艺技术上的竞争,基板设计结构技术上的竞争,选取更能实现高性价比基板材料的应用技术上的竞争。

关键词:高导热基板,陶瓷基板,金属基板,导热

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