陶瓷材料在LED照明燈具上應(yīng)用

1、陶瓷材料在陶瓷材料在LED照明燈具上的應(yīng)用照明燈具上的應(yīng)用日期：2011-11-26培訓背景培訓背景 LED是一種新型固態(tài)光源，自問世以來受到了極大的關(guān)注。它的發(fā)光機理是靠PN結(jié)中的電子在能帶間躍遷產(chǎn)生光能。在外電場的作用下，電子與空穴的輻射復合發(fā)生電致作用，一部分能量轉(zhuǎn)化為光能，無輻射復合產(chǎn)生的晶格震蕩將其余能量轉(zhuǎn)化為熱能。目前LED的發(fā)光效率僅20%30%，其余能量大多轉(zhuǎn)化為熱能，大量的熱能需要及時地散發(fā)出去，否則將會使LED的壽命減少，甚至永久性失效。所以，在LED快速發(fā)展的同時，人們也不斷進行著LED散熱新技術(shù)的研究。 培訓背景培訓背景金屬鋁材憑借著密度小、熱導率高、表面處理技術(shù)成熟的

2、優(yōu)勢，一直占據(jù)著LED照明主體材料的市場。隨著人們對安全性能要求的提高，鋁材的導電性成為其一道致命的傷疤，為了提高LED照明燈具的使用安全性，電絕緣材料引起了人們的重視。開始嶄露頭角的電絕緣材料有陶瓷材料和高熱導塑料。人類對陶瓷材料的使用已有幾千年了，現(xiàn)代技術(shù)制備的陶瓷材料有著絕緣性好、熱導率高、紅外輻射率大、膨脹系數(shù)低的特點，完全可以成為LED照明的新材料。目前，陶瓷材料主要用于LED封裝芯片的熱沉材料、電路基板材料和燈具散熱器材料。高熱導塑料憑借著其優(yōu)良的電絕緣性和低密度值，高調(diào)地進入了散熱材料市場，現(xiàn)階段由于價格高，應(yīng)用率不大 ，而陶瓷材料將擁有非常好的優(yōu)勢。內(nèi)容內(nèi)容 contents

3、一、陶瓷材料生產(chǎn)工藝介紹二、陶瓷材料在LED照明上的應(yīng)用三、陶瓷材料散熱機理四、KA材料、K6材料、K9材料介紹五、KA、K6、K9三種材料的市場應(yīng)用六、行業(yè)展望及疑難解答（現(xiàn)場問題答辯）一、一、 陶瓷材料生產(chǎn)工藝介紹 目前我公司主要生產(chǎn)工藝為熱壓和干壓工藝，散目前我公司主要生產(chǎn)工藝為熱壓和干壓工藝，散熱體主要采用的是熱壓成型工藝熱體主要采用的是熱壓成型工藝熱壓鑄成型是在壓力作用下，將熔化的蠟漿料注入金屬模具中，冷卻凝固后得到所要的形狀。1、熱壓成型工藝流程圖、熱壓成型工藝流程圖2、熱壓成型工藝攪拌圖片、熱壓成型工藝攪拌圖片快速攪拌機與慢攪拌機快速攪拌機與慢攪拌機3、熱壓成型機臺與成型方式、熱

4、壓成型機臺與成型方式4、熱壓成型產(chǎn)品埋粉方式、熱壓成型產(chǎn)品埋粉方式5、熱壓產(chǎn)品裝缽與燒成方式、熱壓產(chǎn)品裝缽與燒成方式6、產(chǎn)品燒結(jié)示意圖、產(chǎn)品燒結(jié)示意圖產(chǎn)品在高溫燒成時，伴隨著產(chǎn)品在高溫燒成時，伴隨著溫度的升高體積而逐漸減溫度的升高體積而逐漸減少，以達到致密狀態(tài)少，以達到致密狀態(tài)7、熱壓成型工藝的優(yōu)缺點、熱壓成型工藝的優(yōu)缺點優(yōu)點：熱壓鑄成型使用于以礦物原料、氧化物、氮化物等為原料的新型陶瓷的成型，尤其對外型復雜、精密度高的中小型制品更為適宜。其成型設(shè)備不復雜，模具磨損小，操作方便，生產(chǎn)效率高。缺點：工序較繁，耗能大，工期長，對于壁薄、大而長的制品不宜使用。二、陶瓷材料在二、陶瓷材料在LED照明上

5、的應(yīng)用照明上的應(yīng)用1、本公司生產(chǎn)產(chǎn)品圖片2.客戶在客戶在LED中的應(yīng)用實例中的應(yīng)用實例 Application examples for our customers3、陶瓷材料在、陶瓷材料在日本的應(yīng)用 K9-H material used in Japan market9PCS2.7W的LED街燈9PCS2.7W used for street lampK9-HK9-H材料外殼的球材料外殼的球泡燈泡燈K9-H used as housing in Japan market4、陶瓷材料在日本的應(yīng)用、陶瓷材料在日本的應(yīng)用 K9-H material used in Japan market5、其他

6、公司陶瓷散熱體的應(yīng)用、其他公司陶瓷散熱體的應(yīng)用 Ceramic heat sink application USHIOMITSUBISHI6、公司陶瓷金屬化應(yīng)用公司陶瓷金屬化應(yīng)用KRs application on ceramic metallized陶瓷基板 ceramic PCB簡化系統(tǒng) more simple system7、其他公司的金屬化產(chǎn)品應(yīng)用、其他公司的金屬化產(chǎn)品應(yīng)用 other companys application on ceramic metallized某公司陶瓷散熱方案8.陶瓷材料主要特性及優(yōu)勢陶瓷材料主要特性及優(yōu)勢 Main properties & adv

7、antages 1）高絕緣性高絕緣性；high insulating2）高的熱輻射率高的熱輻射率；high heat dissipation rate3）單位體積散熱功率高單位體積散熱功率高；more efficient heat dissipation, and brings a more compact size4）使用壽命長使用壽命長；long life5）適用任何環(huán)境適用任何環(huán)境；acid & alkali resisting, could be used in any harsh environment.6）可以降低整體部件設(shè)計的系統(tǒng)成本可以降低整體部件設(shè)計的系統(tǒng)成本。It

8、can reduce the system cost as a kit.9.日本公司測試數(shù)據(jù)圖日本公司測試數(shù)據(jù)圖 temperature comparison IAluminumCopperN-9HALN10、K9-H材料放射率測試材料放射率測試11. 公司實測溫度圖三、陶瓷材料導熱及散熱機理三、陶瓷材料導熱及散熱機理陶瓷屬于非金屬材料，晶體結(jié)構(gòu)中沒有自陶瓷屬于非金屬材料，晶體結(jié)構(gòu)中沒有自由電子，具有優(yōu)秀的絕緣性能。它的傳熱屬于由電子，具有優(yōu)秀的絕緣性能。它的傳熱屬于聲子導熱機理，當晶格完整無缺陷時，聲子的聲子導熱機理，當晶格完整無缺陷時，聲子的平均自由程越大，熱導率就越高。平均自由程越大，熱

9、導率就越高。 1、導熱機理、導熱機理 一般認為，在影響陶瓷材料導熱率的諸多因素中，結(jié)構(gòu)缺陷是一般認為，在影響陶瓷材料導熱率的諸多因素中，結(jié)構(gòu)缺陷是主要的影響因素。在燒結(jié)的過程中，氧雜質(zhì)進入陶瓷晶格中，伴隨主要的影響因素。在燒結(jié)的過程中，氧雜質(zhì)進入陶瓷晶格中，伴隨著空位、位錯、反相疇界等結(jié)構(gòu)缺陷，顯著地降低了聲子的平均自著空位、位錯、反相疇界等結(jié)構(gòu)缺陷，顯著地降低了聲子的平均自由程，導致熱導率降低?，F(xiàn)代陶瓷技術(shù)通過生成第二相，把氧固定由程，導致熱導率降低?，F(xiàn)代陶瓷技術(shù)通過生成第二相，把氧固定在晶界上，減少了氧雜質(zhì)進入晶格的可能性，隨著晶界處的氧濃度在晶界上，減少了氧雜質(zhì)進入晶格的可能性，隨著晶界

10、處的氧濃度大大降低，晶粒內(nèi)部的氧自發(fā)擴散到晶界處，使晶粒基體內(nèi)部的氧大大降低，晶粒內(nèi)部的氧自發(fā)擴散到晶界處，使晶?；w內(nèi)部的氧含量降低，缺陷的數(shù)量和種類減少，從而降低聲子散射幾率，增加含量降低，缺陷的數(shù)量和種類減少，從而降低聲子散射幾率，增加聲子的平均自由程。由于制備技術(shù)的不同，陶瓷材料的熱導率也不聲子的平均自由程。由于制備技術(shù)的不同，陶瓷材料的熱導率也不一樣。一樣。三、陶瓷材料導熱及散熱機理三、陶瓷材料導熱及散熱機理2、陶瓷材料散熱機理、陶瓷材料散熱機理我們知道，熱交換的基本途徑為：傳導、對流和輻射。為了有我們知道，熱交換的基本途徑為：傳導、對流和輻射。為了有效散熱，人們常通過減少熱流途徑的

11、熱阻和加強對流系數(shù)來實效散熱，人們常通過減少熱流途徑的熱阻和加強對流系數(shù)來實現(xiàn)，往往忽略了熱輻射?，F(xiàn)，往往忽略了熱輻射。LED燈具一般采用自然對流散熱，散燈具一般采用自然對流散熱，散熱器將熱器將LED產(chǎn)生的熱量快速傳遞到散熱器表面，由于對流系數(shù)產(chǎn)生的熱量快速傳遞到散熱器表面，由于對流系數(shù)較低，熱量不能及時地散發(fā)到周圍的空氣中，導致表面溫度升較低，熱量不能及時地散發(fā)到周圍的空氣中，導致表面溫度升高，高，LED的工作環(huán)境惡化。提高輻射率可以有效地將散熱器表的工作環(huán)境惡化。提高輻射率可以有效地將散熱器表面的熱量通過熱輻射的形式帶走，一般鋁制散熱器通過陽極氧面的熱量通過熱輻射的形式帶走，一般鋁制散熱器

12、通過陽極氧化來提高表面輻射率，陶瓷材料本身可以具有高輻射率特性，化來提高表面輻射率，陶瓷材料本身可以具有高輻射率特性，不必進行復雜的后續(xù)處理。不必進行復雜的后續(xù)處理。陶瓷材料的輻射機理是由隨機性振動的非諧振效應(yīng)的二陶瓷材料的輻射機理是由隨機性振動的非諧振效應(yīng)的二聲子和多聲子產(chǎn)生。高輻射陶瓷材料如碳化硅、金屬氧聲子和多聲子產(chǎn)生。高輻射陶瓷材料如碳化硅、金屬氧化物、硼化物等均存在極強的紅外激活極性振動，這些化物、硼化物等均存在極強的紅外激活極性振動，這些極性振動由于具有極強的非諧效應(yīng)，其雙頻和頻區(qū)的吸極性振動由于具有極強的非諧效應(yīng)，其雙頻和頻區(qū)的吸收系數(shù)，一般具有收系數(shù)，一般具有1001000cm

13、-1數(shù)量級，相當于中數(shù)量級，相當于中等強度吸收區(qū)在這個區(qū)域剩余反射帶的較低反射率，因等強度吸收區(qū)在這個區(qū)域剩余反射帶的較低反射率，因此，有利于形成一個較平坦的強輻射帶。此，有利于形成一個較平坦的強輻射帶。2、陶瓷材料散熱機理、陶瓷材料散熱機理一般來說，具有高熱輻射效率的輻射帶，大致是從強共一般來說，具有高熱輻射效率的輻射帶，大致是從強共振波長延伸到短波整個二聲子組合和頻區(qū)域，包括部分振波長延伸到短波整個二聲子組合和頻區(qū)域，包括部分多聲子組合區(qū)域，這是多數(shù)高輻射陶瓷材料輻射帶的共多聲子組合區(qū)域，這是多數(shù)高輻射陶瓷材料輻射帶的共同特點，可以說，強輻射帶主要源于該波段的二聲子組同特點，可以說，強輻射

14、帶主要源于該波段的二聲子組合輻射。除少數(shù)例外，一般輻射陶瓷的輻射帶集中在大合輻射。除少數(shù)例外，一般輻射陶瓷的輻射帶集中在大于于5m的二聲子、三聲子區(qū)。因此，對于紅外輻射陶瓷的二聲子、三聲子區(qū)。因此，對于紅外輻射陶瓷而言，而言，15m波段的輻射主要來自于自由載流子的帶內(nèi)波段的輻射主要來自于自由載流子的帶內(nèi)躍遷或電子從雜質(zhì)能級到導帶的直接躍遷，大于躍遷或電子從雜質(zhì)能級到導帶的直接躍遷，大于5m波波段的輻射主要歸于二聲子組合輻射。段的輻射主要歸于二聲子組合輻射。 2、陶瓷材料散熱機理、陶瓷材料散熱機理四、四、KA材料、材料、K6材料、材料、K9材料介紹材料介紹 項項 目目 KA材料材料 K6材料材料

15、 K9材料材料燒成溫度燒成溫度 1300 1350 1650 生產(chǎn)周期生產(chǎn)周期 20天 20天 30天 產(chǎn)能產(chǎn)能/月月 200萬個 200萬個 20萬個 材料性能對比材料性能對比各種材料的性能請看附件各種材料的性能請看附件五、五、KA、K6、K9三種材料的市場應(yīng)用三種材料的市場應(yīng)用1、KA系列材料主要應(yīng)用于總功率3W左右的燈泡外殼散熱（如低功率的射燈及蠟燭泡系列）2、K6材料主要應(yīng)用于總功率4.5W左右的燈泡外殼散熱（如射燈系列，小功率的球泡系列）3、K9材料主要用于總功率8W左右的燈泡外殼散熱（如大功率A60球泡系列）4、以上散熱材料如果采用一體化方案，主要針對球泡系列，可應(yīng)用的總功率可以在

16、原來的基礎(chǔ)上增加2W。KA可以達到5W，K6可以達到7W，K9可以達到10W六六.展望展望 Prospect（I）固態(tài)照明中，材料至關(guān)重要：芯片、襯底、外延片、散熱器等等。今后康榮公司需要繼續(xù)努力：For SSL part, our company would make our all-out effort on the following aspects.1）開發(fā)新工藝技術(shù)（如注塑成型）提高生產(chǎn)技術(shù)，降低成本； develop new technology and process, eg. injection way, to improve efficiency and low down c

17、ost. 2）開發(fā)新材料（如導熱系數(shù)40W/mK）提高陶瓷的散熱效果； develop new material, eg. thermal conductivity 40W/mK, in order to improve its heat dissipation capability.Prospect（II）3）改進陶瓷散熱器的設(shè)計方案，不能簡單參照鋁散熱器的規(guī)則； （如現(xiàn)在設(shè)計的筒燈方案，需盡快推向市場） Improve ceramic heat sink design, not simply copy the rules of Al heat sinks.4）考慮揚長避短，陶瓷、金屬、塑料結(jié)合，開發(fā)比鋁成本低、散熱好的散熱器；（已經(jīng)開發(fā)出新方案，結(jié)合陶瓷和金屬的優(yōu)點，可以在原來的基礎(chǔ)上提高2W，更需把此方案推向市場） Make good use of its advantages and tr