Применение алюмооксидной керамики в светодиодной технологии
Светодиодная индустрия продолжает расширять границы, переходя от мощного освещения к передовым дисплеям. Современные тенденции, такие как твердотельная УФ-стерилизация, подсветка на мини-светодиодах и микросветодиодные дисплеи, требуют компонентов, способных выдерживать высокие тепловые нагрузки и требующих точного изготовления. Традиционные материалы (например, пластик или печатные платы из материала FR4) часто не выдерживают таких условий. Например, стандартные ламинаты печатных плат из материала FR4 не подходят для использования с мощными светодиодами из-за плохого теплоотвода. Именно поэтомукомпоненты из оксида алюминияВ игру вступают. Вот гдеалюмооксидная керамикаКомпоненты играют важную роль. Инженеры всё чаще используют алюмооксидную керамику для светодиодных устройств, поскольку эта передовая керамика сочетает в себе высокую термостойкость, превосходную электроизоляцию и механическую прочность, не сравнимые с традиционными материалами. В следующих разделах объясняется, почему оксид алюминия (Эл₂O₃) является предпочтительным материалом для светодиодных технологий, а также рассматриваются основные области применения компонентов из алюмооксидной керамики в отрасли.
ПочемуКерамика из оксида алюминияиспользуется в светодиодной технологии
Алюмооксидная керамика (оксид алюминия) обладает уникальным сочетанием свойств, которые делают ее идеальной для светодиодной технологии.
Во-первых, это электроизоляционный, но теплопроводящий материал. В отличие от плат с металлическим сердечником или FR4, оксид алюминия способен отводить тепло от светодиодных кристаллов, обеспечивая их электрическую изоляцию, что критически важно для светодиодных модулей. Типичные подложки из 96% оксида алюминия имеют теплопроводность около 24 Вт/м·К, что значительно выше, чем у эпоксидных материалов для печатных плат, но ниже, чем у более экзотических керамических материалов, таких как AlN. Эти тепловые характеристики позволяют подложкам из оксида алюминия рассеивать тепло напрямую, без дополнительных тепловых барьеров, что увеличивает срок службы и надежность светодиодов. Оксид алюминия также обладает высокой механической прочностью и превосходной термической стабильностью, оставаясь гораздо более термостойким, чем любые температуры, возникающие при работе светодиодов.
Другим ключевым преимуществом является размерная стабильность и низкий коэффициент теплового расширения. КТР оксида алюминия (~7–8 частей на миллион/°C) ниже, чем у многих металлов и пластиков, что означает, что он меньше расширяется при изменении температуры. Это снижает нагрузку на кристаллы светодиодов и паяные соединения при термоциклировании. В результате корпуса и платы из оксида алюминия помогают предотвратить растрескивание и расслоение светодиодных сборок. Оксид алюминия также химически инертен и влагостоек, поэтому он не подвержен коррозии и не впитывает воду со временем, даже во влажной среде или на открытом воздухе. В отличие от полимерных компонентов, керамика не обесцвечивается и не разрушается под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения или синего света.
С точки зрения стоимости и производства алюмооксидная керамика превосходит такие материалы, как AlN, благодаря отработанным методам обработки, подходящим для массового производства. Керамика может быть изготовлена в сложных формах с помощью таких процессов, как литье в ленту и толстослойная металлизация. Поэтому оксид алюминия стал наиболее широко используемым керамическим материалом для светодиодных компонентов.
Основные области применения компонентов из оксида алюминия в светодиодах
1.Керамическая подложка из оксида алюминия
Оксид алюминия — один из наиболее распространённых керамических материалов для корпусирования светодиодов, используемый в качестве подложки для SMD-светодиодов, матриц КОБ и других мощных модулей. Он обеспечивает надёжную основу для монтажа кристаллов, электроизоляцию и эффективное теплоотвод, что делает его пригодным для устройств ИК-, УФ- и УФ-С-диапазона. В отличие от пластиков, которые обугливаются под воздействием глубокого УФ-излучения, оксид алюминия остаётся стабильным и может быть покрыт белым отражающим покрытием для повышения оптической эффективности.
Во многих корпусах светодиодов средней и высокой мощности, таких как 3535 и 5050, используются основания из белого оксида алюминия, которые служат одновременно отражающей полостью и структурным корпусом, что обеспечивает более высокие токи возбуждения. В модулях подсветки на базе мини-светодиодов также используются подложки из оксида алюминия для отвода тепла в плотных массивах кристаллов.
В целом, керамические подложки из оксида алюминия формируют основную структуру современных светодиодных компонентов, обеспечивая надежную электроизоляцию, тепловые характеристики и долговременную стабильность в широком спектре архитектур светодиодов.
2.Корпуса из оксида алюминия и керамики
Керамика на основе оксида алюминия широко используется в качестве полостей и корпусов светодиодов благодаря высокой отражательной способности, высокой устойчивости к ультрафиолетовому излучению и превосходной термостойкости. В отличие от пластиковых деталей, которые могут желтеть или деформироваться, оксид алюминия сохраняет яркую, отражающую поверхность даже при высоких температурах перехода.
Мощные светодиоды, используемые, например, в автомобильном освещении, сценических светильниках и многокристальных модулях, часто используют корпуса из оксида алюминия для поддержания стабильности оптических характеристик при пайке оплавлением и термоциклировании. Его химическая инертность и механическая прочность обеспечивают долговременную надежность и стабильный световой поток в сложных светодиодных системах.
3.Скерамические держатели и пакеты
Алюмооксидная керамика широко используется в качестве структурных держателей и корпусов корпусов светодиодных ламп и модулей. В традиционных цоколях ламп, таких как ГУ10 и МР16, используются керамические патроны для термостойкости, и эти же материалы широко используются в конструкциях для модернизации светодиодов. В светодиодах КОБ корпус может представлять собой цельное алюминиевое кольцо или пластину с металлическими площадками для монтажа кристалла, что обеспечивает механическую прочность, размерную стабильность и надежную работу при высокой мощности. Многие серии мощных светодиодов, такие как Осрам Остар и Ослон, используют керамические корпуса для достижения превосходной термостойкости по сравнению с пластиковыми корпусами.
Керамические держатели также используются в зажимах КОБ, крепеже для светодиодных светильников и монтажных аксессуарах, таких как распорки и выравнивающие элементы. Если компонент должен выдерживать высокие температуры, обеспечивать изоляцию и сохранять структурную жёсткость, предпочтительным выбором является оксид алюминия. Эти керамические детали обеспечивают долговременную безопасность, стабильность и электрическую изоляцию в светодиодных системах.
4.Изоляционные листы и прокладки
Для светодиодных сборок часто требуются тонкие изолирующие прокладки или прокладки, обеспечивающие электрическую изоляцию и одновременно проводящие тепло. Вместо силиконовых или слюдяных прокладок можно использовать алюмооксидные керамические листы (обычно толщиной 0,5–1 мм), обеспечивающие значительно более высокую теплопроводность и стабильную диэлектрическую прочность без старения и миграции масла.
Керамические дистанционные втулки и стойки, такие как небольшие стойки, кольца или шайбы, используются на светодиодных печатных платах и в сборках ламп для предотвращения коротких замыканий и обеспечения точного механического совмещения. Они обеспечивают жёсткие допуски, выдерживают высокие температуры и исключают паразитные эффекты, характерные для пластиковых изделий. Благодаря этому дистанционные втулки из оксида алюминия широко применяются в светодиодных изделиях высокой мощности, напряжения и частоты.
5. Керамические теплораспределители и термопрокладки
Керамика на основе оксида алюминия широко используется в качестве теплораспределителей и термопрокладок в светодиодных системах, особенно в модулях КОБ, УФ-светодиодах и драйверах светодиодов. Тонкие прокладки из оксида алюминия, часто типа К-220, обеспечивают электроизоляцию и эффективный отвод тепла от силовых устройств к радиаторам. По сравнению с силиконовыми или слюдяными прокладками, керамические прокладки тоньше, прочнее и обладают меньшим тепловым сопротивлением.
Пластины из оксида алюминия также служат основанием для КОБ-светодиодов, распределяя тепло и обеспечивая жёсткую монтажную поверхность. Поскольку сама керамика является диэлектриком, она обеспечивает прямую теплопроводность к металлическим радиаторам, принцип, используемый в подложках типа ДБК. В целом, теплораспределители из оксида алюминия играют ключевую роль в тех случаях, когда в компактных светодиодных сборках требуется одновременно обеспечивать электроизоляцию и теплоотвод.
6. Выравнивающие пластины в Мини/Микро-ВЕЛ
Производство мини- и микросветодиодов основано на использовании прецизионных юстировочных пластин для позиционирования тысяч крошечных светодиодных чипов. Керамические пластины, изготовленные из оксида алюминия или циркония, обеспечивают превосходную жёсткость, термостойкость и размерную точность по сравнению с инженерными пластиками. Отверстия, обработанные лазером, соответствуют шагу пикселя и остаются стабильными даже при циклическом изменении температуры, обеспечивая точное позиционирование чипа.
Керамические материалы также используются для изготовления сопутствующих инструментов, таких как насадки захватов и вакуумные зажимные приспособления, обеспечивая твердость, чистоту и долговременную стабильность, необходимые для процессов сборки в микромасштабах.
7. Оптические структурные компоненты
Керамика на основе оксида алюминия используется в оптических и механических конструкциях светодиодных систем, включая экраны, световые экраны, держатели линз и крепления датчиков. Эти компоненты выдерживают высокие температуры, сохраняют выравнивание и не деформируются, как пластики. В проекторах высокой интенсивности, УФ-лампах отверждения и ИК-модулях датчиков керамические детали обеспечивают стабильность оптических путей и надежную механическую поддержку. Благодаря своей термостойкости, изоляционным свойствам и размерной стабильности они идеально подходят для использования в сложных оптических условиях.
Керамика на основе оксида алюминия обеспечивает термостойкость, электроизоляцию, механическую прочность и сбалансированную стоимость, необходимые для современной светодиодной технологии. Оксид алюминия отвечает большинству требований к светодиодам при значительно более низкой стоимости. Его широкое применение — от подложек и корпусов до дистанционных рамок и оптических компонентов — свидетельствует о его универсальности.Поскольку светодиодные системы продолжают уменьшаться и усиливаться, оксид алюминия останется основным материалом, обеспечивающим надежные, долговечные и высокопроизводительные решения в области освещения и отображения.
