哪些陶瓷基板被用在大功率LED上

LED散热问题是LED大功率非常需要解决的问题，大功率LED有环保节能的需求。那么LED大功率都用到哪些陶瓷基板呢？

一，LED照明现状和大功率LED需求

1，LED照明对环保节能需求

追求绿色能源经济的当今，如何把握开发新能源已成为常态之事。在固态照明领域，白炽灯、荧光灯和高压放电灯在过去几十年里被人类社会普遍使用，但由于这些照明光源具有使用寿命短、耗能量大、不环保等缺点不能作为节能环保的照明光源。

LED ( light emitting diode ）即发光二极管，是一种利用半导体芯片作为发光材料，其通过电致发光，将电能直接转化为光能的新型节能照明光源。

2，散热问题是LED大功率的当务之急

随着国内外LED行业向高效率、高密度、大功率等方向发展，开发性能优越的散热材料已成为解决LED散热问题的当务之急。

如果不解决好散热问题，芯片内部热量的聚集会导致温度不断升高，易引起发光波长漂移、荧光粉加速老化、出光效率下降和使用寿命缩短等一系列问题。

二，陶瓷基板能有效解决LED功率的散热问题

      大功率LED所产生的热量主要通过基板材料传导到外壳而散发出去的，不同的基板材料，导热性能各异。为使得LED结温保持在较低温度下，必须采用高热导率、低热阻的散热基板材料和合理的封装工艺，以降低LED总体的封装热阻。

1，不同散热基板导热系数不同，散热功能不同。

常用的散热基板材料包括硅、金属（如铝、铜）、陶瓷（氮化铝、氧化铝）和复合材料等。虽然金属材料有较高的导热系数，但它与LED芯片衬底较高的热失配难以满足大功率LED封装要求；而复合材料热导率太低无法解决大功率LED散热问题。

2，LED对散热基板提出更高的要求

散热基板作为热流的主要通路在高功率LED的封装应用中是必不可少的，它对于提高器件的散热效率、降低结温、提高器件的可靠度和寿命起着十分重要的作用。

LED 散热基板的作用是吸收芯片产生的热，并传导至热沉上，从而实现与芯片外界的热交换。

因此，作为LED的理想散热基板必须在物理性质、化学性质、电学性质方面具有以下几个特性：

1）良好的化学稳定性和耐腐蚀性

2）高的热导率，热膨胀系数与芯片材料相匹配

3）低的介电常数和介电损耗

4）电绝缘性好，并具有很高的机械强度

5）价格低廉、易加工

6）密度小、无毒

3，分析哪些陶瓷基板在LED大功率中的应用

1）氧化铍陶瓷基板

具有高硬度和强度的优异热导体，这种材质的基板导热率是氧化铝基板的十几倍，适用于大功率电路，并且介电常数又低，还可用于高频电路，但是成本较高，氧化铍粉末及其蒸汽对人体有害，存在环境问题。不适合目前LED环保节能的需要。

2）氧化铝陶瓷基板

氧化铝是在所有使用陶瓷基板中价格较低、综合性能与作为基板材料使用最多的材料。氧化铝陶瓷的玻璃成分一般由二氧化硅和其他氧化物组成，玻璃含量可由高变低，因为玻璃的导热性差，因此玻璃含量高的陶瓷导热性在制造高密度、大功率电路时需要格外注意，氧化铝原材料与加工成品的匹配性需严格控制。大功率LED需要导热率高，纯度高、电流承载力高的陶瓷基板来做。氧化铝陶瓷基板不太适合大功率LED照明。

3）碳化硅陶瓷基板

碳化硅的硬度仅次于金刚石，高纯度单晶体的导热率也仅次于金刚石。与其他材料相比，其热扩散系数很大，甚至比铜还大，且热膨胀系数与硅接近。室温下热导率比铝高，可达氧化铝基板的20倍以上，但热导率会随温度的升高明显下降。与氧化铝相比，其介电常数高，绝缘耐压性差。因此不太适合LED大功率照明。

4）氮化铝陶瓷基板

氮化铝陶瓷作为一种具有高热导率、高强度、高电阻率、密度小、低介电常数、无毒、以及与硅相匹配的热膨胀系数等优异性能的材料，具备良好的绝缘和机械性能，在高频电信、LED照明、新能源汽车、高铁、风能和光伏发电等新兴领域的商业化应用逐渐普及。

氮化铝与氧化铝不同，在自然界没有天然形成，需要人工制备氮化铝。这使得AlN材料制作工艺比较复杂，生产成本较高，且目前大部分国产AlN材料制作尚且达不到高导热、高强度的应用研究。

5）铝碳化硅陶瓷基板（AI/SiC）

近年来，铝碳化硅基板（AI/SiC）由于具有原料成本低、导热高、密度低、可塑性强等优点而越来越受到人们的关注。SiC 颗粒的热膨胀系数与LED芯片衬底的热膨胀系数相近，且弹性模量高，密度较小；同时铝的高导热、低密度、低成本和易加工等特点，使其用作基板材料时具有独特的优势，因此，两种材料复合得到的铝碳化硅基板综合性能优良，可应用于大功率LED基板。

综上可知，氮化铝陶瓷基板以及铝碳化硅陶瓷基板的优势和性能更加符合大功率LED的需求，因此这两种陶瓷基板比较适合大功率LED半导体照明。更多led陶瓷基板相关问题可以咨询金瑞欣特种电路。

参考文献：

《氮化铝陶瓷基板在高功率LED中应用研究》——王新中，刘文，鲍锋辉

《大功率LED氮化铝陶瓷散热基板的制备》——齐维靖

《氮化铝陶瓷基板制备工艺的研究》——邱基华

《比较几种大功率LED封装基板材料》——赵赞良，唐政维，蔡雪梅，李秋俊，张宪力