陶瓷材料在LED照明燈具上的應(yīng)用課件

陶瓷材料在LED照明燈具上的應(yīng)用日期：2011-11-26培訓(xùn)背景LED是一種新型固態(tài)光源，自問(wèn)世以來(lái)受到了極大的關(guān)注。它的發(fā)光機(jī)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(chǎng)的作用下，電子與空穴的輻射復(fù)合發(fā)生電致作用，一部分能量轉(zhuǎn)化為光能，無(wú)輻射復(fù)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(shí)地散發(fā)出去，否則將會(huì)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(shí)，人們也不斷進(jìn)行著LED散熱新技術(shù)的研究。

培訓(xùn)背景金屬鋁材憑借著密度小、熱導(dǎo)率高、表面處理技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，一直占據(jù)著LED照明主體材料的市場(chǎng)。隨著人們對(duì)安全性能要求的提高，鋁材的導(dǎo)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(kāi)始嶄露頭角的電絕緣材料有陶瓷材料和高熱導(dǎo)塑料。人類對(duì)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(dǎo)率高、紅外輻射率大、膨脹系數(shù)低的特點(diǎn)，完全可以成為L(zhǎng)ED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(dǎo)塑料憑借著其優(yōu)良的電絕緣性和低密度值，高調(diào)地進(jìn)入了散熱材料市場(chǎng)，現(xiàn)階段由于價(jià)格高，應(yīng)用率不大，而陶瓷材料將擁有非常好的優(yōu)勢(shì)。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2、熱壓成型工藝攪拌圖片快速攪拌機(jī)與慢攪拌機(jī)3、熱壓成型機(jī)臺(tái)與成型方式5、熱壓產(chǎn)品裝缽與燒成方式7、熱壓成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：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(duì)外型復(fù)雜、精密度高的中小型制品更為適宜。其成型設(shè)備不復(fù)雜，模具磨損小，操作方便，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：工序較繁，耗能大，工期長(zhǎng)，對(duì)于壁薄、大而長(zhǎng)的制品不宜使用。2.客戶在LED中的應(yīng)用實(shí)例Applicationexamplesforourcustomers3、陶瓷材料在日本的應(yīng)用

K9-HmaterialusedinJapanmarket9PCS2.7W的LED街燈

9PCS2.7WusedforstreetlampK9-H材料外殼的球泡燈

K9-HusedashousinginJapanmarket4、陶瓷材料在日本的應(yīng)用

K9-HmaterialusedinJapanmarket5、其他公司陶瓷散熱體的應(yīng)用

CeramicheatsinkapplicationUSHIOMITSUBISHI

6、公司陶瓷金屬化應(yīng)用

KR’sapplicationonceramicmetallized陶瓷基板ceramicPCB簡(jiǎn)化系統(tǒng)moresimplesystem8.陶瓷材料主要特性及優(yōu)勢(shì)Mainproperties&advantages

1）高絕緣性；high

insulating2）高的熱輻射率；highheatdissipationrate3）單位體積散熱功率高；moreefficientheatdissipation,andbringsamorecompactsize4）使用壽命長(zhǎng)；longlife5）適用任何環(huán)境；acid&alkaliresisting,couldbeusedinanyharshenvironment.6）可以降低整體部件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本。Itcanreducethesystemcostasakit.9.日本公司測(cè)試數(shù)據(jù)圖temperaturecomparisonIAluminum

Copper

N-9H

ALN11.公司實(shí)測(cè)溫度圖三、陶瓷材料導(dǎo)熱及散熱機(jī)理陶瓷屬于非金屬材料，晶體結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自

由電子，具有優(yōu)秀的絕緣性能。它的傳熱屬于

聲子導(dǎo)熱機(jī)理，當(dāng)晶格完整無(wú)缺陷時(shí)，聲子的

平均自由程越大，熱導(dǎo)率就越高。1、導(dǎo)熱機(jī)理2、陶瓷材料散熱機(jī)理我們知道，熱交換的基本途徑為：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。為了有效散熱，人們常通過(guò)減少熱流途徑的熱阻和加強(qiáng)對(duì)流系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，往往忽略了熱輻射。LED燈具一般采用自然對(duì)流散熱，散熱器將LED產(chǎn)生的熱量快速傳遞到散熱器表面，由于對(duì)流系數(shù)較低，熱量不能及時(shí)地散發(fā)到周圍的空氣中，導(dǎo)致表面溫度升高，LED的工作環(huán)境惡化。提高輻射率可以有效地將散熱器表面的熱量通過(guò)熱輻射的形式帶走，一般鋁制散熱器通過(guò)陽(yáng)極氧化來(lái)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(jìn)行復(fù)雜的后續(xù)處理。

陶瓷材料的輻射機(jī)理是由隨機(jī)性振動(dòng)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、金屬氧化物、硼化物等均存在極強(qiáng)的紅外激活極性振動(dòng)，這些極性振動(dòng)由于具有極強(qiáng)的非諧效應(yīng)，其雙頻和頻區(qū)的吸收系數(shù)，一般具有100~1000cm-1數(shù)量級(jí)，相當(dāng)于中等強(qiáng)度吸收區(qū)在這個(gè)區(qū)域剩余反射帶的較低反射率，因此，有利于形成一個(gè)較平坦的強(qiáng)輻射帶。

2、陶瓷材料散熱機(jī)理一般來(lái)說(shuō)，具有高熱輻射效率的輻射帶，大致是從強(qiáng)共振波長(zhǎng)延伸到短波整個(gè)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同特點(diǎn)，可以說(shuō)，強(qiáng)輻射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于5m的二聲子、三聲子區(qū)。因此，對(duì)于紅外輻射陶瓷而言，1~5m波段的輻射主要來(lái)自于自由載流子的帶內(nèi)躍遷或電子從雜質(zhì)能級(jí)到導(dǎo)帶的直接躍遷，大于5m波段的輻射主要?dú)w于二聲子組合輻射。2、陶瓷材料散熱機(jī)理材料性能對(duì)比各種材料的性能請(qǐng)看附件五、KA、K6、K9三種材料的市場(chǎng)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(duì)球泡系列，可應(yīng)用的總功率可以在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加2W。KA可以達(dá)到5W，K6可以達(dá)到7W，K9可以達(dá)到10W六.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：ForSSLpart,ourcompanywouldmakeourall-outeffortonthefollowingaspects.1）開(kāi)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；

developnewtechnologyandprocess,eg.injectionway,toimproveefficiencyandlowdowncost.

2）開(kāi)發(fā)新材料（如導(dǎo)熱系數(shù)≥40W/mK）提高陶瓷的散熱效果；

developnewmaterial,eg.thermalconductivity≥40W/mK,inordertoimproveitsheatdissipationcapability.Prospect（II）3）改進(jìn)陶瓷散熱器的設(shè)計(jì)方案，不能簡(jiǎn)單參照鋁散熱器的規(guī)則；（如現(xiàn)在設(shè)計(jì)的筒燈方案，需盡快推向市場(chǎng)）

Improveceramicheatsinkdesign,notsimplycopytherulesofAlheatsinks.4）考慮揚(yáng)長(zhǎng)避短，陶瓷、金屬、塑料結(jié)合，開(kāi)發(fā)比鋁成本低、散熱好的散熱器；（已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新方案，結(jié)合陶瓷和金屬的優(yōu)點(diǎn)，可以在原來(lái)的基礎(chǔ)上提高2W，更需把此方案推向市場(chǎng)）

Makegooduseofitsadvantagesandtrytoavoiditsdisadvantages,makegoodcombinationofceramic,metalandplastics,developlow