目前LED的發(fā)光效率僅20%-30%，其余能量大多轉化為熱能，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散熱新技術的研究。

陶瓷成膜體技術就是對散熱新技術研究的成果，它代替鋁基板與鋁外殼，把LED 管直接焊在陶瓷基板上，再把陶瓷基板焊在鋁板上，以上兩個過程就除掉了環(huán)氧樹脂與導熱膠的作用，使LED熱阻大大減少。

人類對陶瓷材料的使用已有幾千年了，現(xiàn)代技術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。

陶瓷成膜體技術6大革新突破LED燈具短板

目前，大部分LED燈均使用鋁基板，如絕緣層是環(huán)氧樹脂導致而帶來的散熱性不高問題;光衰率較高而導致壽命達不到理論壽命;頻閃情況也普遍、市場上很多產(chǎn)品顯色指數(shù)在國標規(guī)定的80以下;電壓適應性范圍窄等技術缺陷。

新型導熱陶瓷成膜LED燈系列有效地解決傳統(tǒng)燈具及現(xiàn)有LED燈上述諸多不足，在產(chǎn)品的性能上實現(xiàn)了六大革命性突破，即：光衰更小;使用更安全;產(chǎn)品更環(huán)保;壽命更長、適用范圍更廣泛;節(jié)能更出色。

競達齊泰總經(jīng)理席科曾表示：“陶瓷成膜體技術代替鋁基板與鋁外殼，把LED管直接焊在陶瓷基板上，再把陶瓷基板焊在鋁板上，以上兩個過程就除掉了環(huán)氧樹脂與導熱膠的作用，使LED熱阻大大減少。與鋁基板與鋁外殼技術在散熱性能上陶瓷成膜技術更顯優(yōu)勢。同時，利用陶瓷成膜技術制作的燈具由于熱阻小，溫升就小，使LED燈具的壽命大大延長，導熱陶瓷既有電氣絕緣性能又有導熱性能，同時具備剛性和耐腐蝕性能又符合歐盟限制有害物質(zhì)指令 (RoHS)環(huán)保的要求?！毕仆嘎?，競達齊泰通過研發(fā)和自生產(chǎn)這種方式才剛剛進入LED領域，在陶瓷基板的研發(fā)上還有很多工藝需要探討，并且利用陶瓷成膜技術生產(chǎn)的LED燈具產(chǎn)能還不是很大。

業(yè)內(nèi)專家也表示，把陶瓷成膜技術引入到LED燈具生產(chǎn)，代替鋁基板與鋁外殼，中間省去環(huán)氧樹脂與導熱膠環(huán)節(jié)，在散熱性能上的確要比鋁基板表現(xiàn)要好。但就目前國內(nèi)陶瓷成膜技術研發(fā)水平來看，在LED燈具的應用工藝還不夠成熟，要實現(xiàn)大規(guī)模替代鋁基板介入LED燈具還需要很長一段路要走。

席科表示，陶瓷成膜技術目前確實還有很多工藝上技術需要進一步突破，競達齊泰也是想在LED領域想做點事情，他們的目標就是要實現(xiàn)LED燈具內(nèi)部散熱體全面非金屬化。對于未來LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，LED是繼白熾燈、節(jié)能燈之后未來最佳替代光源，但是市場上LED產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，這些質(zhì)量問題都與電源和散熱技術有很大關系，同時，要把產(chǎn)品光效、價格高、標準缺失等問題解決了，LED照明肯定是未來照明的發(fā)展方向。所以，在LED行業(yè)前景可期情況下，陶瓷基板在LED燈具上的應用只是個開始，未來要實現(xiàn)LED燈具內(nèi)部散熱體非金屬化還要很長的路要走。

CSA Research曾指出，就目前國內(nèi)研發(fā)水平來講，由于陶瓷成膜技術相比鋁基板來講由于其工藝復雜，所以在成本上反而會增高，在材料上與鋁基板價格相差不大。在陶瓷基板技術工藝上還需要較大的技術改進，在未來陶瓷基板技術及工藝應用相對成熟后，LED燈具內(nèi)部散熱體將會實現(xiàn)非金屬化，在材料成本和性能上定會凸顯其優(yōu)勢。

陶瓷封裝顯優(yōu)勢獲國際大廠推崇

在陶瓷封裝尚未普及前，以Lumileds所提出的K1封裝形式，在1W(或以上)的led的領域己成為大家所熟知的產(chǎn)品。但是隨著市場對產(chǎn)品特性要求的提升，封裝廠仍不斷地改良自家產(chǎn)品。而利用薄膜平板陶瓷基板，或稱為陶瓷支架。再加上molding直接制作光學鏡片的陶瓷封裝方式的引進，使得高功率led封裝產(chǎn)品又多了一種選擇。然而這幾年的實際產(chǎn)品驗證，讓國際大廠不約而同地往陶瓷封裝這個方向靠攏。

K1的最大優(yōu)勢在于有個金屬反光杯的結構，使得LED磊芯片的背發(fā)光效率能充分應用。但是K1的結構中的材料間彼此熱膨脹系數(shù)差異較大，如塑膠與金屬，芯片與導線架等，在長期高功率的循環(huán)負載下，都可能使材料接口間產(chǎn)生間隙而使水氣進入。尤其在室外的照明應用上，使用環(huán)境更復雜，溫差，水氣外，還有環(huán)境污染所帶來的各種氣體，如硫等，都使K1的信賴性遭遇更多挑戰(zhàn)。

而陶瓷封裝的設計重點，則是著眼于信賴性。利用陶瓷與金屬的高導熱性，將高功率所產(chǎn)生的熱迅速導出封裝體外。再加上陶瓷與金屬，或陶瓷與一次光學部份的高分子(硅膠)的熱膨脹系數(shù)差異較小，應此減少了材料間熱應力所產(chǎn)生的風險。此外，一次光學的硅膠是采用molding制程所制作，一體成型并復蓋整個陶瓷基板，兼具光學及保護作用，使陶瓷封裝的信賴性遠高于K1。當然，陶瓷封裝采用的是薄膜平板陶瓷，對于磊芯片的背光只能靠平面金屬來反射，所以光的使用效率會比K1低一些，但由于陶瓷封裝的本體溫度較低，所以兩者的效應加總起來，兩者的整體發(fā)光效率差異并不明顯。

而實際在燈具的設計使用上，陶瓷封裝也有其優(yōu)勢。陶瓷封裝的面積比K1小了3倍以上，這對于燈具中LED的排列上有了更大的彈性。此外，陶瓷封裝的高度較低，發(fā)光角度大，光色一致性優(yōu)越，因此在同樣的系統(tǒng)板上，陶瓷封裝所制作的燈泡可以避免掉局部暗區(qū)的問題。

陶瓷封裝制程還有另一種應用——COB封裝。一般COB芯片封裝的高度低于支架邊緣，因此側光的部份會被擋住，發(fā)光角度較小。如果利用陶瓷封裝結構，將多晶植于陶瓷基板，不但可以取出側光，而且陶瓷也可以充份發(fā)揮散熱的功能。陶瓷MCOB/COB的發(fā)展，是簡化系統(tǒng)板的一種趨勢，照明燈具的實用化、亮度、散熱以及成本的控管，都是重要的關鍵因素。

高功率陶瓷封裝的燈珠，最適用于小體積，高亮度的照明應用。路燈照明，由于使用環(huán)境最嚴苛，已證實陶瓷封裝是最佳的選擇。而平常我們常接觸的商用照明MR-16燈具，是陶瓷封裝LED最好的應用。

4大陶瓷LED芯片基板區(qū)別應用LED燈具

近年來，陶瓷的優(yōu)良絕緣性與散熱效率促使得LED照明進入了新瓷器時代。LED 散熱技術隨著高功率LED產(chǎn)品的應用發(fā)展，已成為各家業(yè)者相繼尋求解決的議題，而LED散熱基板的選擇亦隨著LED之線路設計、尺寸、發(fā)光效率等條件的不同有設計上的差異，以目前市面上最常見的可區(qū)分為：系統(tǒng)電路板，其主要是作為LED最后將熱能傳導到大氣中、散熱鰭片或外殼的散熱系統(tǒng)，而列為系統(tǒng)電路板的種類包括：鋁基板(MCPCB)、印刷電路板(PCB)以及軟式印刷電路板(FPC);LED芯片基板，是屬于LED芯片與系統(tǒng)電路板兩者之間熱能導出的媒介，并藉由共晶或覆晶與LED芯片結合。為確保LED的散熱穩(wěn)定與LED芯片的發(fā)光效率，許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應用出現(xiàn)，其種類主要包含有：低溫共燒多層陶瓷(LTCC)、高溫共燒多層陶瓷(HTCC)、直接接合銅基板(DBC)、直接鍍銅基板(DPC)四種。

其中HTCC屬于較早期發(fā)展之技術，但由于其較高的工藝溫度(1300-1600℃)，使其電極材料的選擇受限，且制作成本相當昂貴，這些因素促使LTCC的發(fā)展，LTCC雖然將共燒溫度降至約850℃，但其尺寸精確度、產(chǎn)品強度等技術上的問題尚待突破。而DBC與DPC則為近幾年才開發(fā)成熟，且能量產(chǎn)化的專業(yè)技術，但對于許多人來說，此兩項專業(yè)的工藝技術仍然很陌生，甚至可能將兩者誤解為同樣的工藝。DBC乃利用高溫加熱將Al203與Cu板結合，其技術瓶頸在于不易解決Al203與Cu板間微氣孔產(chǎn)生之問題，這使得該產(chǎn)品的量產(chǎn)能量與良率受到較大的挑戰(zhàn)，而DPC技術則是利用直接披覆技術，將Cu沉積于Al203基板之上，其工藝結合材料與薄膜工藝技術，其產(chǎn)品為近年最普遍使用的陶瓷散熱基板。然而其材料控制與工藝技術整合能力要求較高，這使得跨入DPC產(chǎn)業(yè)并能穩(wěn)定生產(chǎn)的技術門檻相對較高。

陶瓷LED芯片基板的四種類型因其各方面原因在應用上也存在很大區(qū)別。其中，LTCC散熱基板在LED產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)被廣泛的使用，但LTCC為了降低燒結溫度，于材料中加入了玻璃材料，使整體的熱傳導率降低至2-3W/mK之間，比其他陶瓷基板都還要低。再者，LTCC使用網(wǎng)印方式印制線路，使線路本身具有線徑寬度不夠精細、以及網(wǎng)版張網(wǎng)問題，導致線路精準度不足、表面平整度不佳等現(xiàn)象，加上多層疊壓燒結又有基板收縮比例的問題要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED產(chǎn)業(yè)的應用目前多以高功率大尺寸，或是低功率產(chǎn)品為主。而與LTCC工藝相似的HTCC以1300-1600℃的高溫干燥硬化，使生產(chǎn)成本偏高，居于成本考量鮮少目前鮮少使用于LED產(chǎn)業(yè)，且HTCC與LTCC有相同的問題，亦不適用于高功率小尺寸的LED產(chǎn)品。另一方面，為了使DBC的銅層與陶瓷基板附著性佳，必須因采用1065-1085℃高溫熔煉，制造費用較高，且有基板與Cu板間有微氣孔問題不易解決，使得DBC產(chǎn)品產(chǎn)能與良率受到極大的考驗;再者，若要制作細線路必須采用特殊處理方式將銅層厚度變薄，卻造成表面平整度不佳的問題，若將產(chǎn)品使用于共晶/覆晶工藝的LED產(chǎn)品相對較為嚴苛。反倒是DPC產(chǎn)品，本身采用薄膜工藝的真空濺鍍方式鍍上薄銅，再以黃光微影工藝完成線路，因此線徑寬度10-50um，甚至可以更細，且表面平整度高(<0.3um)、線路對位精準度誤差值僅+/-1%，完全避免了收縮比例、網(wǎng)版張網(wǎng)、表面平整度、高制造費用…等問題。雖LTCC、HTCC、DBC、與DPC等陶瓷基板都已廣泛使用與研究，然而，在高功率LED陶瓷散熱領域而言，DPC在目前發(fā)展趨勢看來，可以說是最適合高功率且小尺寸LED發(fā)展需求的陶瓷散熱基板。

陶瓷與AC LED結合或成其發(fā)展新熱點

陶瓷外殼是目前陶瓷在LED中的應用主要方式之一，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：絕緣和隔熱。其中又以滑石瓷和氧化鋁瓷應用最廣。它們的主要成分分別為MgSi03及Al203。滑石瓷的電絕緣性優(yōu)良且成本較低;強度比氧化鋁瓷差。氧化鋁瓷是一類電絕緣性更佳的高頻、高溫、高強度裝置瓷。其電性能和物理性能隨 Al2O03含量的增多而提高。常用的有含75%、95%和99%Al203的高鋁氧瓷。

陶瓷應用中還有一類高熱導瓷。氮化硼 (BN)瓷和氮化鋁(AlN)瓷。其室溫導熱率與金屬相近。但價格昂貴，多用應用于一些特殊場合：航空、核電、冶金。

經(jīng)初步了解，陶瓷LED燈具外殼多采用95氧化鋁瓷和滑石瓷。注塑成型是其主要制作方法。和普通鋁型材外殼相比它具有以下優(yōu)勢：成本優(yōu)勢，同樣陶瓷LED燈具，95氧化鋁瓷比滑石瓷高出一倍，二者平均要比壓鑄鋁、車鋁型材外殼低出15-30%;結構獨特，利用陶瓷良好的結緣性能，在陶瓷LED燈具外殼和LED光源結合面，可印刷相應電路，以省去鋁基板，減少導熱介質(zhì)，使燈珠與陶瓷結合更加緊密，增強散熱。

陶瓷LED燈具外殼的劣勢主要體現(xiàn)在：強度比鋁型材外殼差;在室溫環(huán)境下，相對于6063鋁材200W/m〃K和壓鑄鋁96W/m〃K的導熱系數(shù)而言，95氧化鋁瓷的導熱系數(shù)只有40W/m〃K左右。根據(jù)陶瓷的特性，揚長避短，須選擇一些體積小、散熱面積大，小功率的 LED 燈具外殼作為選型首選。如：蠟燭燈外殼、小射燈外殼等等。從陶瓷注塑成型的制作方法上來講，體積大的陶瓷外殼成型率偏低。而且現(xiàn)在，江蘇宜興、珠海、東莞等若干精密陶瓷生產(chǎn)廠家，LED外殼多以小燈杯和球泡燈為主。

利用陶瓷外殼的絕緣特性和AC LED可省去驅(qū)動電源的優(yōu)勢，在預算允許的范圍內(nèi)，可開發(fā)出一款兼具成本優(yōu)勢和特點的陶瓷外殼AC LED燈具。在陶瓷外殼上印刷相應的AC LED 接線電路，即利用了陶瓷的絕緣性，又使得AC LED 充分與陶瓷外殼緊密結合，減少導熱介質(zhì)，降低熱阻。在省去驅(qū)動電源后，更使得陶瓷外殼內(nèi)部空間有更多的改進余地，以便于增加和空氣的接觸面積，對流散熱。

目前市場上有韓國首爾半導體、東莞晶越光電等廠家推出的單顆4、5W的AC-LED光源。官方報道顯示，流明值≥200LM，價位在20元人民幣以上。這對于室內(nèi)的主照明、替換型LED燈具顯然是不夠經(jīng)濟的。如：球泡燈、PAR燈等等。這些燈具如用AC LED，以目前的ACLED技術而言，功率、光效、成本始終是難以平衡。如果將其應用在一些對光效要求不高的輔助照明、裝飾性照明的LED燈具上，如小射燈、蠟燭燈等等。使用陶瓷外殼和單顆4W\5W的AC LED，則既可降低成本，又可以和現(xiàn)有的鋁型材外殼+DC LED的燈具光效一較高低。

陶瓷材料應用LED有制約 總體前景良好

陶瓷的使用具有悠久的歷史，現(xiàn)代工藝制備的陶瓷材料導熱率較高，空氣自然對流下，完全可以充當LED照明燈具的散熱材料。氮化鋁陶瓷可以直接作為封裝晶架或線路層;氧化鋁陶瓷價格便宜，燒結技術成熟，可釉成不同顏色，由于其電絕緣性能優(yōu)良，并耐酸堿性，受到很多客戶的青睞。但是，陶瓷材料并不是完美無瑕的，陶瓷散熱器鰭片不能太薄(厚度≥1.5mm)，密度稍大(約為鋁的1.5倍)，中高應力下會產(chǎn)生裂紋，無釉表面容易污染等。

LED作為新型光源，在照明領域一直就是節(jié)能環(huán)保的重要標志。而陶瓷燈具的材質(zhì)本身就是綠色環(huán)保的，這正好也符合了我國提倡的“生態(tài)環(huán)保”可持續(xù)發(fā)展的要求，與LED結合更能體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的意義。隨著陶瓷制作工藝的發(fā)展，陶瓷燈具也以其材質(zhì)天然性、造型藝術性、功能多樣性、文化悠久性而在當代工藝品市場上成為新的消費熱點，也將為商業(yè)社會快節(jié)奏下的人文生活增添一份休閑與自然氛圍?？偟膩碚f，陶瓷材料用于LED的前景良好，特別適于體積較小的照明燈具。