芯片衬底
蓝宝石(Al2O3)VS硅(Si)VS碳化硅(SiC)
目前led芯片的衬底材料有:蓝宝石(Al2O3),硅(Si),碳化硅(SiC)。众所周知,蓝宝石玻璃是作为苹果的一项热门创新,被选为iPhone6和iWatch的屏幕材质,但是大家不了解的是蓝宝石兴起于led行业。led芯片衬底一般选用蓝宝石,原因就是蓝宝石衬底技术成熟,机械强度高,器件稳定,透光率尚可。
据了解,现在的大功率led芯片衬底材料一般都为蓝宝石或碳化硅(SiC),但这两种材料价格都非常昂贵,且都为国外大企业所垄断,导致芯片价格一直居高不下。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题,例如晶格失配和热应力失配,这会在外延层中产生大量缺陷,同时给后续的器件加工工艺造成困难。为突破国际专利壁垒,国内已经启动了硅(Si)衬底材料的研究并已经取得了一些进展。
业内人士分析表示,用硅(Si)做衬底材料价格会低的多,不仅因为硅(Si)衬底本身的价格比蓝宝石和碳化硅(SiC)衬底便宜很多,而且可以制作出比蓝宝石和碳化硅(SiC)衬底的尺寸更大的衬底,以提高MOCVD的利用率,从而提高管芯产率。而且硅(Si)衬底也是导电衬底,电极可以从管芯的两侧引出,而不必象不导电的蓝宝石那样必须都从一侧引出,这样不但可以减少管芯面积还可以省去对GaN外延层的干法腐蚀步骤。同时由于硅的硬度比蓝宝石和碳化硅(SiC)低,在加工方面也可以节省一些成本。据国外某知名公司的估计使用硅衬底制作蓝光GaNled的制造成本将比蓝宝石衬底和碳化硅(SiC)衬底低90%。
外壳散热
导热塑料VS金属塑料VS陶瓷
据了解,传统的灯具外壳散热材料有以下三种:铝材等金属塑料、一般塑料和陶瓷。相对于金属材料,导热塑料具有散热均匀、重量轻、安全系数高、造型设计灵活等特点;相对于陶瓷,导热塑料坚固、成型加工方便,造型设计的自由度更高;相对于一般塑料,导热及膨胀系数比较高。
led产业的快速发展,大大拉动了上游材料业的发展,也进一步促进高端材料领域的突破。led灯具中用到大量的塑料制件,包括LED芯片的封装元件、LED光学透镜、光散射元件、高效散热元件、光反射和光漫射板等。据数据显示分析,导热塑料正越来越多地取代金属部件应用于led灯具的导热部件,包括灯座、冷却散热灯杯和外壳等。
有业内人士认为,导热塑料走红是一场LED新材料的革命,但更多人表示这场新材料的革命背后其实就是新一轮的价格战:石墨烯这种新材料在几年前早已出现,哪一品类LED灯具配件实现塑料,这一类品类LED灯具就能成为当年的畅销之王;谁能先把LED灯具配件塑料化,谁就率先走进民用市场,例如在去年下半年至今年上半年走红的led球泡灯。
事实上,导热塑料逐渐在照明业界走红很大一部分原因有赖于室内led照明,反之,室内led照明之所以有机会在民用市场普及,也有赖于通过技术进步及塑料的使用大大降低成本和价格。目前led灯具的散热器(外壳)材料大多采用铝合金,其低廉的成本、简便的加工、优良的导热性能使其长期占据着LED散热器材料的主流位置。但铝合金的成本价格明显高于导热塑料,led球泡灯、led筒灯、led射灯、LED日光管等室内led灯具也通过以塑料制件替换铝材制件,成功降低了成本和价格,除了上述品类灯具外,目前能够使用塑料配件的LED灯具还不多,能够使用塑料的一般只有灯罩。
随着LED散热技术的不断进步,石墨烯导热塑料、塑包铝等新型散热材料不断地被开发出来,将会有越来越多的室内LED灯具使用上导热塑料等新材料,也将进一步降低LED灯具的价格。
由此可见,技术的进步和材料成本的下降,将使得LED灯具的进一步普及成为可能。