Применение керамики на основе оксида алюминия в светодиодных технологиях
Светодиодная индустрия продолжает расширять границы возможного, от мощного освещения до передовых дисплеев. Современные тенденции, такие как твердотельная УФ-стерилизация, мини-светодиодная подсветка и микро-светодиодные дисплеи, требуют компонентов, способных выдерживать высокие тепловые нагрузки и требующих точной обработки. Традиционные материалы (например, пластик или печатные платы FR4) часто плохо справляются с такими условиями — например, стандартные ламинаты FR4 для печатных плат не подходят для использования с мощными светодиодами из-за плохого теплоотвода. Именно здесь и возникает проблема.компоненты из оксида алюминияВ игру вступают. Вот гдекерамика из оксида алюминияВ дело вступают компоненты. Инженеры все чаще обращаются к оксиду алюминия в светодиодных приложениях, поскольку эта передовая керамика предлагает сочетание высокой термической стабильности, превосходной электроизоляции и механической прочности, недостижимой для традиционных материалов. В следующих разделах обсуждается, почему оксид алюминия (Аль₂O₃) является предпочтительным материалом в светодиодных технологиях, и рассматриваются основные области применения компонентов из оксида алюминия в отрасли.
Примечание: Данный технический анализ является частью нашего «Всё, что вам нужно знать об глиноземной керамикеЧтобы узнать, как эти оценки влияют на конкретные результаты, ознакомьтесь с нашими руководствами по этой теме. Электроизоляция и Теплопроводность.
ПочемуАлюмокерамикаИспользуется в светодиодных технологиях
Алюмооксидная керамика (оксид алюминия) обладает уникальным сочетанием свойств, что делает её идеальной для светодиодных технологий.
Во-первых, это электроизолирующий, но теплопроводящий материал. В отличие от плат с металлическим сердечником или FR4, оксид алюминия способен отводить тепло от светодиодных чипов, обеспечивая при этом их электрическую изоляцию — критически важная особенность 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, хотя и ниже, чем у более экзотических керамических материалов, таких как АльН. 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 любая температура, встречающаяся при работе светодиодов.
Еще одно ключевое преимущество — стабильность размеров и низкий коэффициент теплового расширения. Коэффициент теплового расширения оксида алюминия (~7–8 ppm/°C) ниже, чем у многих металлов и пластмасс, а это значит, что он меньше расширяется при изменении температуры. Это снижает нагрузку на светодиодные кристаллы и паяные соединения во время термических циклов. В результате корпуса и платы из оксида алюминия помогают предотвратить растрескивание или расслоение в светодиодных сборках. Оксид алюминия также химически инертен и влагостойок, поэтому он не подвергается коррозии и не впитывает воду со временем, даже во влажной или наружной среде. В отличие от полимерных компонентов, керамика не обесцвечивается и не разрушается под воздействием интенсивного ультрафиолетового излучения или синих волн.
С точки зрения стоимости и производства, керамика на основе оксида алюминия предлагает лучшие показатели соотношения цены и качества, чем такие материалы, как нитрид алюминия (АльН), благодаря отработанным технологиям обработки, подходящим для массового производства. Из нее можно изготавливать сложные формы с помощью таких процессов, как ленточное литье и толстопленочная металлизация. Поэтому оксид алюминия стал наиболее широко используемым керамическим материалом для компонентов светодиодов.
Основные области применения керамических компонентов из оксида алюминия в светодиодах
1.Керамическая подложка из оксида алюминия
Оксид алюминия — один из наиболее распространенных керамических материалов в корпусировании светодиодов, используемый в качестве подложки для SMD-светодиодов, КОБ-матриц и других мощных модулей. Он обеспечивает стабильную платформу для монтажа чипов, электрическую изоляцию и эффективное рассеивание тепла, что делает его подходящим для устройств, работающих в ИК, УФ и УФ-С диапазонах. В отличие от пластиков, которые карбонизируются под воздействием глубокого УФ-излучения, оксид алюминия остается стабильным и может быть покрыт белым отражающим покрытием для повышения оптической мощности.
Во многих светодиодных корпусах средней и высокой мощности, таких как 3535 и 5050, используются белые алюминиевые подложки, которые служат одновременно отражающей полостью и структурным корпусом, что позволяет использовать более высокие токи управления. В светодиодных блоках подсветки Мини-ВЕЛ также используются алюминиевые подложки для отвода тепла в плотных массивах чипов.
В целом, керамические подложки из оксида алюминия составляют основу современных светодиодных компонентов, обеспечивая надежную электрическую изоляцию, тепловые характеристики и долговременную стабильность в широком диапазоне архитектур светодиодов.
2.Корпуса из оксида алюминия и керамики
Алюмокерамика широко используется в качестве полостей и корпусов для светодиодов, поскольку она обладает высокой отражательной способностью, высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и превосходной термостойкостью. В отличие от пластиковых деталей, которые могут желтеть или деформироваться, оксид алюминия сохраняет яркую, отражающую поверхность даже при высоких температурах перехода.
Мощные светодиоды, такие как используемые в автомобильном освещении, сценических лампах и многочиповых модулях, часто используют корпуса из оксида алюминия для поддержания стабильных оптических характеристик при пайке оплавлением и термических циклах. Химическая инертность и механическая прочность оксида алюминия обеспечивают долговременную надежность и стабильную светоотдачу в сложных условиях эксплуатации светодиодов.
3.СРамочные держатели и упаковки
Алюмокерамика широко используется в качестве структурных держателей и корпусов в светодиодных лампах и модулях. В традиционных цоколях, таких как ГУ10 и MR16, для обеспечения термостойкости используются керамические цоколи, и эти же материалы остаются распространенными в конструкциях для модернизации светодиодов. В КОБ-светодиодах корпус может представлять собой цельное кольцо или пластину из оксида алюминия с металлическими площадками для крепления чипа, обеспечивая механическую прочность, стабильность размеров и надежную работу при высокой мощности. Во многих мощных сериях светодиодов, таких как Осрам Остар и Ослон, используются керамические корпуса для достижения превосходной термостойкости по сравнению с пластиковыми корпусами.
Керамические держатели также используются в зажимах для КОБ-светодиодов, крепежных элементах светодиодных светильников и монтажных принадлежностях, таких как проставки и детали для выравнивания. Всякий раз, когда компонент должен выдерживать нагрев, обеспечивать изоляцию и сохранять структурную жесткость, предпочтительным выбором является оксид алюминия. Эти керамические детали помогают обеспечить долговременную безопасность, стабильность и электрическую изоляцию в светодиодных системах.
4.Изоляционные листы и прокладки
В светодиодных сборках часто требуются тонкие изоляционные прокладки или распорки, обеспечивающие электрическую изоляцию и одновременно отводящие тепло. Листы из оксида алюминия (обычно 0,5–1 мм) могут заменить силиконовые или слюдяные прокладки, обеспечивая гораздо более высокую теплопроводность и стабильную диэлектрическую прочность без старения или миграции масла.
Керамические прокладки и стойки — такие как небольшие стойки, кольца или шайбы — используются на печатных платах светодиодов и в сборочных узлах для предотвращения коротких замыканий и обеспечения точной механической центровки. Они обеспечивают жесткие допуски, выдерживают высокие температуры и предотвращают паразитные эффекты, характерные для пластмасс. В результате алюминиевые прокладки широко используются в мощных, высоковольтных и высокочастотных светодиодных изделиях.
5. Керамические теплоотводы и термопрокладки
Алюмокерамика широко используется в качестве теплоотводов и теплоотводящих прокладок в светодиодных системах, особенно для КОБ-модулей, УФ-светодиодов и драйверов светодиодов. Тонкие алюминиевые прокладки — часто в корпусе К-220 — обеспечивают электрическую изоляцию, эффективно отводя тепло от силовых устройств к радиаторам. По сравнению с силиконовыми или слюдяными прокладками, керамические прокладки тоньше, стабильнее и обладают меньшим тепловым сопротивлением.
Пластины из оксида алюминия также служат основаниями для КОБ-светодиодов, распределяя тепло и обеспечивая жесткую монтажную поверхность. Поскольку сама керамика является диэлектриком, она обеспечивает прямую передачу тепла к металлическим радиаторам, принцип, используемый в подложках типа ДБК. В целом, теплоотводы из оксида алюминия играют ключевую роль там, где электрическая изоляция и теплоотвод должны сосуществовать в компактных светодиодных сборках.
6. Выравнивающие пластины для мини/микро-светодиодов
Производство мини-ВЕЛ и микро-ВЕЛ основано на использовании прецизионных юстировочных пластин для позиционирования тысяч крошечных светодиодных чипов. Керамические версии — изготовленные из оксида алюминия или диоксида циркония — обладают превосходной жесткостью, термической стабильностью и точностью размеров по сравнению с конструкционными пластиками. Отверстия, обработанные лазером, соответствуют шагу пикселей и остаются стабильными даже при термических циклах, обеспечивая точное размещение чипов.
Керамические материалы также используются для изготовления сопутствующего инструмента, такого как наконечники сопел для захвата и перемещения, а также вакуумные зажимы, обеспечивая твердость, чистоту и долговременную стабильность, необходимые для процессов сборки в микромасштабе.
7. Оптические структурные компоненты
Алюмооксидная керамика используется в оптических и механических конструкциях внутри светодиодных систем, включая перегородки, светозащитные экраны, держатели линз и крепления датчиков. Эти компоненты выдерживают высокие температуры, сохраняют выравнивание и не деформируются, как пластик. В проекторах высокой интенсивности, УФ-лампах или ИК-сенсорных модулях керамические детали обеспечивают стабильные оптические пути и надежную механическую поддержку. Их термостойкость, изоляционные свойства и стабильность размеров делают их идеальными для сложных оптических условий.
Алюмокерамика обеспечивает термическую стабильность, электрическую изоляцию, механическую прочность и сбалансированную стоимость, необходимые для современных светодиодных технологий. Алюмокерамика отвечает большинству требований к светодиодам при значительно более низкой стоимости. Ее широкое применение — от подложек и корпусов до разделителей и оптических компонентов — демонстрирует ее универсальность.По мере того как светодиодные системы продолжают уменьшаться в размерах и становиться более интенсивными, оксид алюминия останется основополагающим материалом, обеспечивающим надежные, долговечные и высокоэффективные решения для освещения и отображения информации.
Компоненты из оксида алюминия и изготовление на заказ.
Помимо характеристик материала, геометрия компонента, уровень чистоты и метод обработки играют решающую роль в его производительности. Компания Маскера производит как стандартные, так и изготовленные на заказ компоненты из оксида алюминия, поддерживая прототипирование и серийное производство в различных отраслях промышленности.
🔗Ознакомьтесь с нашим списком продукции из глиноземной керамики.
