LED行业塑料导热材料与铝材料对比报告
LED散热核心之争--陶瓷基板与铝基板孰强孰弱？
LED散热核心之争昨日（3日），德国照明大厂欧司朗发布2017财年第二季度业绩报告，2017年1-3月实现营收10.5亿欧元（折合人民币78.97亿元），比上年同期增长约为10%。
在半导体照明飞速发展的今天，LED的重点难题—散热，将成为一个大问题，那么到底怎么样才能最高效率的散热呢？今天我们就来聊聊LED散热的重点—芯片。
现在芯片的制造可谓是多种多样，LED芯片也不例外。
芯片的导热率将会直接影响到散热，当然，作为芯片也不能光看散热，还有介电常数、热膨胀系数等。
今天用市场上应用广泛的铝基板和一直比较低调的陶瓷基板做个对比。
铝基板--常见于LED照明产品。
有正反两面，白色的一面是焊接LED引脚的，另一面呈现铝本色，一般会涂抹导热凝浆后与导热部分接触。
铝基板常用的金属铝基的板材主要有1000系、5000系和6000系，这三系铝材的基本特性如下：○11000系列代表1050、1060 、1070 ，1000系列铝板又称为纯铝板，在所有系列中1000系列属于含铝量最多的，纯度可以达到99.00%以上。
由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。
○25000系列代表5052、5005、5083、5A05系列。
5000系列铝板属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间，其又称为铝镁合金。
主要特点为密度低、抗拉强度高、延伸率高等。
在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列，故常用在航空方面，比如飞机油箱。
○36000系列代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。
可使用性好，接口特点优良，容易涂层，加工性好。
5000系铝基板的导热率在135W/（m·K）左右，6000系在150W/（m·K）左右1000系在220W/（m·K）左右。
大功率LED灯具中导热材料的分析和应用
大功率LED灯具中导热材料的分析和应用公文礼;张鹏;王崇阳【摘要】文章通过对大功率LED光源灯具中所用的各种导热材料的特性分析,结合大功率LED光源自身的散热需求分析,阐述了大功率LED照明灯具中常用的主要导热材料性能特点以及在灯具中所起的作用.文章中系统介绍了LED灯具中常用的几种导热材料性能和使用方法,并应用具体的测试数据进行对比分析,说明了选用不同的导热材料对LED灯具散热效果的影响和对灯具寿命影响的重要性,旨在说明设计LED灯具和选择导热材料时,要根据不同的灯具类型和结构特点,选用与其性价比合理的导热材料.只有重视灯具的导热材料,才能保证灯具中LED光源得到较好的散热,从而延长LED灯具的使用寿命.虽然各种导热材料的合理选择看似微不足道,但却可以提高LED灯具的性价比,这样才能让LED灯具真正进入千家万户,真正进入绿色照明时代.导热材料是决定灯具散热效果的重要因素之一,它甚至和电源驱动一样直接影响着灯具的使用寿命.最后希望业界同行能够在灯具设计和标准化应用中更多关注各种导热材料,关注导热材料在大功率LED灯具标准化统一中所起的积极作用,通过合理应用这些导热材料,在促进导热材料不断更新的同时必然带动我国LED产业的健康发展.【期刊名称】《灯与照明》【年(卷),期】2017(041)001【总页数】7页(P49-55)【关键词】大功率LED散热;结构性导热材料;导热硅脂;导热绝缘胶;导热系数;灯具标准化;防爆LED灯具【作者】公文礼;张鹏;王崇阳【作者单位】陕西斯达防爆安全科技股份有限公司,西安 710086;南阳防爆电气研究所,南阳 473008;南阳防爆电气研究所,南阳 473008【正文语种】中文LED研究近年来，随着大功率LED光源在照明灯具中广泛的应用和普及，半导体发光材料得到了迅猛发展，LED光源制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性发展，其发光效率也逐年递增。
灯具材料调研报告
灯具材料调研报告灯具材料调研报告一、引言灯具作为室内照明的重要组成部分，其材料的选择对于灯具的性能和使用寿命有着重要的影响。
本报告将对常见的灯具材料进行调研，并分析其特点和应用范围。
二、金属材料1. 铝合金：铝合金是常见的灯具材料之一，具有较轻的重量、良好的导热性和可塑性，适用于制作各种类型的灯具。
此外，铝合金还具有优良的耐腐蚀性和耐氧化性，可延长灯具的使用寿命。
2. 不锈钢：不锈钢作为一种坚固耐用的材料，常用于户外灯具的制作。
其具有耐腐蚀、耐高温、抗风化等特点，能够在恶劣的气候条件下保持灯具的稳定性能。
三、塑料材料1. PC（聚碳酸酯）：PC材料具有良好的透明度、耐高温性和机械强度，常用于制作灯具罩体。
其可以让光线更好地透过，提高照明效果，并且具有防尘、防水、防霉等特点。
2. ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：ABS材料适用于制作灯具外壳和支架等结构部件。
它具有较高的强度和耐磨性，同时还具有良好的表面光泽和抗紫外线能力。
四、玻璃材料玻璃作为一种传统的灯具材料，具有优美的外观和良好的透光性。
根据不同的需求，可选用不同类型的玻璃材料，如钢化玻璃、磨砂玻璃等。
这些材料可以增加灯具的美观度，并且易于清洁和维护。
五、其他材料1. 硅胶：硅胶材料常用于LED灯具的灯珠封装和密封胶。
其具有高耐热性、电绝缘性能和耐老化性，能够保护灯珠免受外界环境的损害。
2. 陶瓷：陶瓷材料常用于灯座和灯头的制作，具有高温耐受性、电绝缘性和良好的耐腐蚀性能。
六、结论通过对以上材料的调研，我们可以看出不同的灯具材料在性能和应用范围上存在差异。
铝合金、不锈钢和塑料材料适用于不同类型的灯具制作，具有良好的性能和可塑性。
玻璃材料在增加灯具美观度的同时，也提高了透光性。
硅胶和陶瓷等特殊材料则为灯具的定制和特殊要求提供了解决方案。
在选择灯具材料时，需要根据具体的需求和使用环境来进行选择，以获取最佳的照明效果和使用体验。
LED 散热材料分析
版权所有 转载请注明出处LED 散热材料分析夏俊峰 2011.03.15前言LED 进入高亮度、大功率以来，LED 的热量问题已经被大家所认识。
无论是上游的芯片制造，中游的封装，还是下游的应用，都在研究散热问题。
一些过去不为LED 行业人士所熟悉的材料逐渐被引入到LED 行业来。
有些材料被生产厂商宣传的过分理想，给LED 行业人士带来一些不正确的认识。
本文的目的就是简单地对一些材料做些分析，让大家有个明确的认识，避免不正确地应用。
一、针对LED 散热引入的新材料本文主要是分析“新”提出来改善散热的材料，有关芯片制造采用的衬底材料，需要更专业的人员去研究，本文就不涉及了。
这里主要讲讲封装和应用方面的“新”材料。
这里对“新”字加了引号，是说明这些材料其实并不一定是新研究出来的，很多是早已有之，只不过是新被LED 行业引入应用的。
所谓隔行如隔山，对于LED 行业的人来说，绝大多数人没有听说或接触过，所有就可以把它们当做新材料了。
至今，已经被提出改善LED 散热的“新”材料，主要有：封装方面：硅底座、陶瓷底座等。
应用方面：陶瓷散热器、导热塑料散热器、石墨类散热材料等。
二、封装方面的“新”散热材料分析最早封装大功率LED 时，芯片是固定于铜质底座上的。
这种方式，芯片的产生的热量能够很快传导到与之连接的散热器上。
即使现在来看，这也是最好的一种封装导热方法。
但是早期的封装，没有从应用方面很好地考虑，没有解决LED 与散热器的连接问题，见图1。
因此，使用时必须借助一块铝基板。
由此，铝基板开始在LED 行业大行其道。
正是由于这种封装的LED 的应用方面的问题，不久出现了将芯片直接固定于铝基板上的封装。
解决了LED 与散热器的连接问题。
不过这种封装没有流行起来。
但是，这种封装形式实际上就是现在的所谓COB 封装的雏形。
COB 封装若采用了铜基材，本质上就是回归到了图1、并改善了安装的状况。
这种封装对具有上下电极的芯片来说，有一个问题，就是底座带电。
热传导(TC)塑料在LED照明用具中的适用性
D 灯具散
，
为 通 过 添 加 热 传导 填 料 获得 明显 提 高 的 热 传 导
热 外 罩 ) 中热 传 导 塑 料 的导 热 性 能
具体而 言
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并 突 出 显 示 了 热 传 导 塑 料 适 用 于 制 备 照 明产 品
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导热塑料和塑包铝应用研究
设计应用导热塑料和塑包铝应用研究郑兆勇，薛元芳（赛尔富电子有限公司，浙江宁波重点讲述导热塑料和塑包铝的特点、导热塑料与普通塑料在机械性能上的对比、导热塑料和铝合金在性能上的对比以及相应的实验数据，并通过理论和实验数据分析，优化产品设计方法。
Application Research of Thermal Conductive Plastics and Plastic-clad AluminumZHENG Zhao-yong，XUE Yuan-fangSelf Electronics Co.，Ltd.，Ningbo 315103The characteristics of thermal conductive plastics and plastic-clad aluminiumproperties between thermal conductive plastics and ordinary plastics，the comparison of properties between thermal conductiveand the corresponding experimental data are emphatically described. Through theoretical and product design method is optimized.plastic-clad aluminium；heat dissipation图1 铝外壳图2 塑包铝外壳 温度测试结果（/℃）引脚DCDC芯片底面边缘外壳表面边缘图3 4种外壳的温度测试图4 金属铝板图5 塑料外壳图6 实物图4.3.2 温度测试结果温度测试结果，如表5所示。
采用金属铝板嵌入塑料外壳外表面的方案，电源散热略有改善，不明显，原因是中间有空气层和塑料层阻隔，导致没有更好地表4 温度测试结果模型环境温度普通塑料35图3 3 MHz、20 dBm信号时频谱分析图（上接第104页）PC2807和导热塑料TC155进行温度对比测试。
LED灯具常用结构件材料及特性
LED灯具常用结构件材料及特性1.外壳材料：外壳是LED灯具的外部保护层，一般采用铝合金、塑料或陶瓷等材料。
铝合金具有优良的导热性能和机械强度，可以有效地散热，并且较为耐用。
塑料材料成本低，韧性好，可以根据需要进行塑性加工，但导热性能较差。
陶瓷材料具有良好的导热性能和绝缘性能，适用于高功率LED灯具。
2.散热器材料：散热器用于散发LED产生的热量，一般采用铝合金、铜合金等材料。
铝合金散热器具有优良的导热性能、轻巧易用和经济实惠等特点。
铜合金具有更高的热导率和导热能力，适用于高功率LED灯具和有限空间应用，但成本较高。
3.光学材料：光学材料用于调节和控制LED的光线方向和光强分布，常用的材料有玻璃和光学级塑料等。
玻璃具有优良的耐高温、气密性和透光性能，但重量较大。
光学级塑料具有较轻的重量、成本较低、易加工和抗冲击性能，但耐高温性能较差。
4.导热接触材料：导热接触材料用于提高LED芯片与散热器之间的热传导效率，常用的材料有硅胶脂、硅胶垫和热导片等。
硅胶脂具有良好的可塑性和封装性能，可以填充芯片与散热器之间的缝隙，提高导热效果。
硅胶垫具有良好的导热性能和压缩性能，适用于紧固压力小的应用。
热导片则可直接用于芯片和散热器之间的导热接触，具有较高的导热性能。
5.电子元器件材料：LED灯具中的电子元器件包括电阻、电容、电感器、集成电路等，常用的材料有陶瓷、金属、塑料等。
陶瓷具有良好的机械强度和耐高温性能，适用于特殊环境下的应用。
金属材料具有良好的导电性能和机械强度，塑料材料则具有低成本、轻质和可塑性等特点。
总之，LED灯具的结构件材料选择需要综合考虑散热性能、光学效果、导热效果和可靠性等因素，不同的应用场景和要求会选择不同的材料来满足需求。
特定的材料的应用也需要注意其优点和缺点，以便在实际生产中取得更好的效果。
铝材的热胀冷缩和塑料热膨胀系数
铝材的热胀冷缩和塑料热膨胀系数在日常生活中，我们经常会接触到不同材料的热胀冷缩和热膨胀现象，而铝材和塑料作为常见的材料，它们的热胀冷缩和热膨胀系数对于工程和生活中的设计和应用有着重要的影响。
本文将从简单到深入地探讨铝材的热胀冷缩和塑料热膨胀系数，希望能够帮助读者更全面地了解这一主题。
1. 热胀冷缩和热膨胀概念热胀冷缩和热膨胀是物体在温度变化时产生的尺寸变化现象。
当物体受热时，其分子内部的热运动增强，导致分子间距增大，从而使物体的体积和表面积扩张，这就是热膨胀现象。
相反，当物体受冷时，分子内部的热运动减弱，分子间距减小，导致物体的体积和表面积收缩，这就是热胀冷缩现象。
2. 铝材的热胀冷缩系数铝材是一种常见的金属材料，具有较高的导热性和导电性，因此在工业和建筑领域得到广泛应用。
铝材的热胀冷缩系数是指在温度变化过程中，单位长度的铝材在长度方向上的变化量与原长度的比值。
一般来说，铝材的热胀冷缩系数约为23×10^-6/℃，这意味着在每摄氏度的温度变化下，每米长度的铝材在长度方向上会发生0.0023毫米的变化。
了解铝材的热胀冷缩系数有助于工程设计和制造过程中的尺寸控制和变形补偿。
3. 塑料的热膨胀系数与金属材料不同，塑料是一种常见的非金属材料，具有良好的韧性和成型性，被广泛应用于包装、建筑、电子设备等领域。
塑料的热膨胀系数是指在温度变化过程中，单位长度的塑料在长度方向上的变化量与原长度的比值。
不同类型的塑料具有不同的热膨胀系数，一般来说，聚乙烯的热膨胀系数约为100×10^-6/℃，聚丙烯的热膨胀系数约为120×10^-6/℃。
了解塑料的热膨胀系数有助于在温度变化环境下预测塑料制品的变形情况，并进行合理设计和选材。
4. 个人观点和理解热胀冷缩和热膨胀系数是材料科学中重要的参数之一，对于工程设计和生活应用有着重要的影响。
了解不同材料的热胀冷缩和热膨胀系数，有助于合理选择材料、预测材料在温度变化环境下的性能表现，从而保证工程和产品的稳定性和可靠性。
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当LED结温升高时，发光材料的禁带宽度将减小，导致LED发生波长变长，颜色向红色偏移。
当LED结温不超过其临界温度时，正向压降随温度的变化是可逆的。
一旦LED的结温超过器件所能承受的最高临界温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。
LED是继白炽灯、荧光灯和HID灯之后的第四代新型光源。
LED光源的出现和发展，将引发照明领域的一次革命，具有划时代的意义。
概括的讲，LED具有以下几方面的优点:
①LED是环保性能最好的光源。
LED的眩光少，光谱中没有多余的紫外线和红外线，不含汞等有害物质，在运输、安装和使用中不会破碎，废弃物可回收，没有污染。
②LED为固态冷光源，十分坚固耐用寿命非常长。
③单色性好，色彩鲜艳丰富，灯光清晰柔和，并且可任意混合，从而使光色变幻多端。
④体积小，重量轻，应用灵活。
⑤响应速度快。
白炽灯加电后需140-200ms的时间才能达到设定亮度，而LED通电后无需热启动时间，灯亮时间仅约60ns。
⑥发光效率高，能量消耗低，较同样发光效率的白炽灯可节电80%。
基于以上优点，LED灯具将会是照明行业的一大发展趋势，用于室内照明的大功率LED 灯具在数量上也将有很大的发展。
一、LED灯具散热系统的作用
当电流通过LED时，其PN结的温度将升高。
结温的变化势必引起内部电子和空穴浓度、禁带宽度和电子迁移率等微观参数的变化，从而使LED的光输出、发光波长以及正向电压等宏观参数发生相应的变化。
（禁带宽度是指一个能带宽度(单位是电子伏特(ev)).固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带。
要导电就要有自由电子存在。
自由电子存在的能带称为导带（能导电）。
被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。
）
实验发现，当LED结温升高时，发光材料的禁带宽度将减小，导致LED发生波长变长，颜色向红色偏移。
当LED结温不超过其临界温度时，正向压降随温度的变化是可逆的。
一旦LED的结温超过器件所能承受的最高临界温度时，LED的光输出特性将会永久性的衰减。
下图为结温不同时，光输出与时间的关系，其中，红色为结温74℃，蓝色为结温为63℃。
由图可见，当结温为74℃时，光输出衰减到50%所需时间为2年，而结温为63℃时，这一时间即增加到6年，可见结温对LED使用寿命的影响是非常巨大的。
综上所述，在LED灯具中，散热系统的作用就变的尤其重要。
目前市场上大功率LED 室内照明灯具的散热外壳基本全部为铝，塑料导热材料还处于初期起步阶段。
飞利浦MASTER LED MR16 新式灯具成为了全球首例大功率LED 应用，其铝制外壳被Stanyl TC导热塑料 所取代，同样达到了散热的目的。
下面两张图片中的铝件虽然造型不同，起到的全部为散热作用，图一中灯具为大功率射灯，外壳为铝材料外表镀镍的散热系统，图二为蜡烛灯，中间部分为二次加工后用于散热的铝材料。
下面图片中为飞利浦公司推出的MASTER LED MR16，其散热外壳材料为帝斯曼公司开发的Stanyl TC导热塑料。
二、导热塑料作为散热系统材料的可行性
在散热系统方面，一直以来都是以铝作为材料。
塑料由于其导热系数很小，不能满足散热要求，所从未用在LED散热领域。
目前帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点基础上，增加了它的导热系数，使其导热系数达到一般塑料的10-50倍。
铝材料的导热系数在200W/(m·K)，关于材料导热系数与温度增加量的关系如下图所示：
由图可见，在导热系数小于5时，属于热传导受限的情况，这种情况下导热系数很小的变化都会造温度差很大的变化，一般的塑料导热系数都在1以下，所以如果用于散热系统将导致结温的迅速上升，必然会降低LED灯具的使用寿命。
在导热系数大于5时，属于对流受限情况，由图可见当材料厚度在5mm及以下的情况下，导热系数对温度差的影响都是趋近于0，所以此时导热系数是5W/mK或者200W/mK对结温的影响已经相差不大了。
为了满足不同情况下对材料导热系数的要求，帝斯曼公司此次研发的新型导热塑料中材料的导热系数分不
同等级，其中白色导热塑料的导热系数分别为2，4，6，8，而黑色的导热塑料的导热系数分别为10，15，最高可达18W/mK，可以满足一般大功率LED灯具对散热效果的要求。
三、塑料导热材料与铝材优劣对比
铝材料虽然作为散热系统技术方面已经比较成熟，但仍有一些不足，同样塑料导热材料也不是完全没有缺点，以下就是两者的优劣比较。
首先是塑料导热材料相对铝来说存在的优点：
（1）质量轻 在室内照明中，灯具的重量对多方面都有影响，比如重量增加会加大灯具的安装、运输难度，也会对人身安全造成隐患等。
纯铝的密度为2700kg/m3 ，铝合金的密度将会更大，而导热塑料的密度为1420 kg/m3 左右，约为铝合金的一半，所以在外形相同的情况下，重量也仅为铝合金的一半左右。
（2）更加环保和安全 在塑料外壳的生产过程中，几乎不会产生什么有毒污染，而铝壳在生产中经常会有电镀的工序，而电镀产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严重的污染。
安全方面塑料为绝缘材质，不用担心因为灯的外壳导电而产生的安全隐患。
在耐高压测试方面，塑料具有绝对的优势。
（3）提高设计自由度 塑料的流动性很好，所以可以生产很薄的部件，以及设计更加复杂的形状。
铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，在生产过程中无法进行较复杂形状的加工。
另外在表观效果来说，注塑产品会更加漂亮，还可以加上与其它企业不同的自身标志。
（4）加工方便，效率更高 塑料导热材料与其他塑料件一样，可以一次成型，无需后加工，而且在注塑成型时，模具可设计为一出四，所以工作效率很高。
铝材料在挤出成型后往往还要有去毛边的程序，如果对外形的要求比较高的话，铝材料还要进行镀镍等工序，加工周期还将增长。
（5）启动系统简化 在外壳为铝合金时，由于外壳导电，内部必须采用隔离启动系统，塑料本身绝缘，没所以用作散热系统时可以采用非隔离启动系统，由于非隔离系统相对于隔离系统来说不仅成本较低而且体积较小，这样不仅可以降低成本而且所占空间会更小。
（6）降低系统成本 就单价来说，单位质量的导热塑料价格必然是高于铝的，但系统成本却持平或较低，且数量越大，塑料的成本优势越明显。
另外，塑料导热材料目前处于一个初级阶段，将来的价格随产业的发展和产品量的增加一定会降低，而铝作为有色金属的价格却不太可能有明显的降低。
塑料降低成本主要体现在加工费用方面。
但是塑料导热材料与铝相比也会有劣势：
（1）导热系数较低 塑料的散热系数始终比铝低很多，所以即使散热效果能够达到要求，灯的温度也会比铝壳稍高。
（2）数量较小时成本问题 以上的成本计算是建立在量比较大的情况下，如果量小时，塑料导热材料的模具成本体现在每一个上面就会比较大，而铝壳的使用厂家由于加工难度大一般会直接采购成品，不会有模具方面而导致的成本的问题。
（3）市场接受度 铝一直以来都是作为散热系统的材料，但塑料作为散热材料才刚刚起步，目前市场上也只有飞利浦公司推出了产品。
所以很多厂家目前因担心风险，因而不太愿意尝试开模。