利之達 LED封裝陶瓷基板——2019神燈獎申報技術(shù)

項目名稱：  利之達 LED封裝陶瓷基板

Ceramic spreader for LED packaging

申報單位：  武漢利之達科技股份有限公司

綜合介紹或申報理由：

LED封裝發(fā)展趨勢是高光效與高可靠性。陶瓷基板具有高絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)，成為大功率LED封裝光源首選。我國臺灣地區(qū)LED封裝陶瓷基板（DPC陶瓷基板）處于技術(shù)領(lǐng)先和市場壟斷地位，但由于專利保護和進口等原因，難以滿足大陸地區(qū)飛速發(fā)展的LED封裝應(yīng)用需求。

經(jīng)過5年多技術(shù)研發(fā)，武漢利之達科技股份有限公司與華中科技大學共同開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全套DPC陶瓷基板制備技術(shù)（含生產(chǎn)和檢測技術(shù)），完成了DPC陶瓷基板中試與小批量生產(chǎn)和銷售。項目技術(shù)獲2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎，并先后獲科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金、湖北省科技創(chuàng)新重大項目等資助。目前已獲湖北省高投3000萬股權(quán)投資，以實現(xiàn)DPC陶瓷基板批量生產(chǎn)和銷售。

主要技術(shù)參數(shù)：

陶瓷基片材料：   氧化鋁、氮化鋁或其他

陶瓷基片厚度 / mm： 0.25/0.38/0.5/0.64/1.0（或定制）

金屬層厚度 / um： 10.0-100.0（優(yōu)選30-50）

基板翹曲度：     0.3%%

通孔直徑/ um ：      60-150（與基片厚度有關(guān)）

金屬-陶瓷結(jié)合強度/ MPa： > 30

固晶區(qū)表面粗糙度 um/mm ：  < 0.3

圖形精度 / um：   > 30（與金屬層厚度有關(guān)）

表面處理：       Ag/ NiAu/ NiPdAu（貼片或打線）

圖形結(jié)構(gòu)：       單面/雙面/通孔等

使用環(huán)境溫度：   -40-200℃（300℃）

可靠性（熱循環(huán)）： ＞1000次

與國內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：

隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大功率LED封裝基板產(chǎn)品需求劇增。自2012年以來，國內(nèi)外已有數(shù)家公司涉足于此領(lǐng)域。目前，與公司處于同一目標市場，并進行競爭的散熱基板供應(yīng)商主要分以下幾類：

1）大陸金屬基板（MCPCB）企業(yè)：早在2000年前后，國內(nèi)大功率LED封裝開始采用金屬基板（MCPCB）作為散熱基板。目前，國內(nèi)MCPCB技術(shù)相對成熟，但由于熱導(dǎo)率較低（2-3W/m. K）、耐熱性較差（低于200℃），在高密度集成的大功率LED封裝和燈具應(yīng)用方面受到限制。

2）歐美日韓陶瓷基板企業(yè)：在高溫鍵合陶瓷基板（DBC）方面，歐美日韓企業(yè)一直處于技術(shù)領(lǐng)先水平。其中，德國Curamic、日本京瓷（Kyocera）、美國Remtec、韓國KCC等公司處于市場主導(dǎo)地位，占據(jù)全球DBC陶瓷基板市場80%以上?？紤]到DBC陶瓷基板特點（高溫制備，成本高，金屬層厚，圖形精度差，無法實現(xiàn)垂直互連等），不太適合LED封裝需求。目前，DBC基板主要應(yīng)用于IGBT和激光器（LD）等功率器件封裝。

3）國內(nèi)陶瓷基板企業(yè)：在DBC陶瓷基板方面，國內(nèi)雖然有一些研究機構(gòu)（如中電43所）開展了技術(shù)研發(fā)，但目前僅有少數(shù)企業(yè)（如上海申和、淄博銀河）取得了突破，產(chǎn)品性能也與國際水平存在較大差異；在DPC陶瓷基板方面，我國臺灣地區(qū)擁有核心技術(shù)并形成了市場壟斷，產(chǎn)品主要供應(yīng)半導(dǎo)體照明行業(yè)巨頭如美國Cree、Lumileds、日本Nichia和德國Osram等企業(yè)，占據(jù)了全球LED封裝陶瓷基板市場的80%以上，主要廠家包括同欣電子、璦司柏、謄騏等。

經(jīng)過近5年技術(shù)研發(fā)，武漢利之達公司開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DPC陶瓷基板全套制備技術(shù)，完成了DPC陶瓷基板中試、小批量生產(chǎn)和銷售。LED封裝陶瓷基板（DPC陶瓷基板）技術(shù)優(yōu)勢在于：

（1）圖形精度高（線寬30-50um，取決于金屬層厚度），表面平整度高（磨板后達到 0.3um/mm）；

（2）采用激光打孔（孔徑60-150um）和電鍍填孔技術(shù)，實現(xiàn)陶瓷基板上下表面垂直互聯(lián)，滿足器件小型化、集成化封裝需求，是一種真正的陶瓷電路板；

（3）表面金屬線路層厚度可控（10-100um），滿足大電流傳輸與高溫應(yīng)用需求；

（4）采用真空濺射沉積工藝（200℃以下），金屬-陶瓷結(jié)合強度高（30 MPa），滿足高溫（300℃）、低溫（-200℃）及溫度劇變環(huán)境下的使用需求。目前，公司通過專利轉(zhuǎn)讓和自主研發(fā)，已擁有（含申請）發(fā)明專利12項，實用新型專利4項，項目技術(shù)獲2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

經(jīng)濟評價分析：

目前，LED 陶瓷封裝市場已經(jīng)啟動，雖然成本比金屬基板高，但隨著封裝集成度的提高和基板價格不斷降低，包括科銳（Cree）、歐司朗（Osram）、飛利浦（Philips）及日亞化學（Nichia）等國際大廠和國星光電、深圳瑞豐、廣州鴻利等國內(nèi)企業(yè)，都開始使用陶瓷基板作為LED封裝散熱材料。2013年以來，除了傳統(tǒng)戶外照明市場（LED路燈、隧道燈等）、強光手電筒市場外，大功率LED陶瓷封裝光源已逐步滲透到汽車前燈、手機閃光燈、紫外LED燈等領(lǐng)域。特別是2015年后，紫外/深紫外LED器件異軍突起，在光固化、醫(yī)療美容、殺菌消毒等領(lǐng)域飛速發(fā)展，年均增長率超過35%。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016年全球大功率LED封裝基板（包括引線框架、PCB、MCPCB、LTCC、DBC、DPC等）市場規(guī)模超過100億元，其中陶瓷基板僅為20億元，且?guī)缀跞坑膳_灣地區(qū)、日本企業(yè)所壟斷，大陸地區(qū)尚不能生產(chǎn)。預(yù)計到2021年，全球大功率LED封裝用基板市場規(guī)模為150億元，其中陶瓷基板（主要為DPC基板）為30億元。

武漢利之達采用自主研發(fā)技術(shù)，批量生產(chǎn)和銷售DPC陶瓷基板，性價比高，取代進口，滿足國內(nèi)大功率LED封裝需求。

技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點：

1）陶瓷通孔電鍍技術(shù)（發(fā)明專利）：通孔質(zhì)量是影響DPC基板質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。項目采用專有材料（電鍍液）和工藝設(shè)備（脈沖電源），通過電鍍填充陶瓷片內(nèi)通孔（直徑60-150um），獲得高質(zhì)量（無內(nèi)部缺陷、無表面凹坑）、高產(chǎn)率（成品率大于90%）DPC基板；

2）金屬-陶瓷高結(jié)合強度技術(shù)：金屬（銅）與陶瓷（氧化鋁或氮化鋁）界面結(jié)合強度直接影響DPC基板質(zhì)量和成品率。項目采用定制的多腔磁控濺射鍍膜機，通過工藝優(yōu)化，提高了金屬-陶瓷結(jié)合強度（大于30MPa）；

3）三維陶瓷基板制備技術(shù)（發(fā)明專利）：采用電鍍鍵合、免燒陶瓷直接成型等技術(shù)制備出含金屬或陶瓷圍壩的三維陶瓷基板（3DPC），滿足白光LED、紫外/深紫外LED、激光器、高端傳感器氣密封裝需求。

實際運用案例和用戶評價意見：

“蘇州科醫(yī)世凱半導(dǎo)體技術(shù)有限責任公司”產(chǎn)品為緊湊型超大功率LED白光和彩光模組。公司已持續(xù)2年為其供應(yīng)氮化鋁陶瓷封裝基板，完成了科醫(yī)世凱提出的各項指標，如倒裝可焊性、基板平整度、熱沖擊等各項測試，由于陶瓷封裝基板性能優(yōu)良，科醫(yī)世凱與公司一直持續(xù)合作中。

獲獎、專利情況：

項目技術(shù)獲2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。
相關(guān)專利：
   

申報單位介紹：

武漢利之達科技股份有限公司位于武漢東湖高新區(qū)（中國光谷），是由高?？萍汲晒D(zhuǎn)化成立的高新技術(shù)企業(yè)。公司專業(yè)從事電子封裝材料研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，滿足功率電子器件（包括半導(dǎo)體照明、激光與光通信、熱電制冷器、高溫傳感器等）封裝需求。

公司自成立以來，與華中科技大學共同開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全套DPC陶瓷基板制備技術(shù)（已申請和授權(quán)發(fā)明專利12項，實用新型專利4項），實現(xiàn)小批量生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品進入高德紅外、信利電子、奧新科技等上市公司采購名錄。項目技術(shù)獲2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎，并先后獲科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金、湖北省科技創(chuàng)新重大項目等資助。項目一期總投資3000萬元，實現(xiàn)年產(chǎn)DPC陶瓷基板60萬片，替代進口，滿足電子器件封裝需求。

產(chǎn)品圖片：