利之达 LED封装陶瓷基板——2019神灯奖申报技术

项目名称：  利之达 LED封装陶瓷基板

Ceramic spreader for LED packaging

申报单位：  武汉利之达科技股份有限公司

综合介绍或申报理由：

LED封装发展趋势是高光效与高可靠性。陶瓷基板具有高绝缘性、高稳定性、高导热性、与芯片匹配的热膨胀系数，成为大功率LED封装光源首选。我国台湾地区LED封装陶瓷基板（DPC陶瓷基板）处于技术领先和市场垄断地位，但由于专利保护和进口等原因，难以满足大陆地区飞速发展的LED封装应用需求。

经过5年多技术研发，武汉利之达科技股份有限公司与华中科技大学共同开发了具有自主知识产权的全套DPC陶瓷基板制备技术（含生产和检测技术），完成了DPC陶瓷基板中试与小批量生产和销售。项目技术获2016年国家技术发明二等奖，并先后获科技部中小企业创新基金、湖北省科技创新重大项目等资助。目前已获湖北省高投3000万股权投资，以实现DPC陶瓷基板批量生产和销售。

主要技术参数：

陶瓷基片材料：   氧化铝、氮化铝或其他

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

金属层厚度 / um： 10.0-100.0（优选30-50）

基板翘曲度：     0.3%%

通孔直径/ um ：      60-150（与基片厚度有关）

金属-陶瓷结合强度/ MPa： > 30

固晶区表面粗糙度 um/mm ：  < 0.3

图形精度 / um：   > 30（与金属层厚度有关）

表面处理：       Ag/ NiAu/ NiPdAu（贴片或打线）

图形结构：       单面/双面/通孔等

使用环境温度：   -40-200℃（300℃）

可靠性（热循环）： ＞1000次

与国内外同类产品或同类技术的比较情况：

随着半导体照明产业发展，大功率LED封装基板产品需求剧增。自2012年以来，国内外已有数家公司涉足于此领域。目前，与公司处于同一目标市场，并进行竞争的散热基板供应商主要分以下几类：

1）大陆金属基板（MCPCB）企业：早在2000年前后，国内大功率LED封装开始采用金属基板（MCPCB）作为散热基板。目前，国内MCPCB技术相对成熟，但由于热导率较低（2-3W/m. K）、耐热性较差（低于200℃），在高密度集成的大功率LED封装和灯具应用方面受到限制。

2）欧美日韩陶瓷基板企业：在高温键合陶瓷基板（DBC）方面，欧美日韩企业一直处于技术领先水平。其中，德国Curamic、日本京瓷（Kyocera）、美国Remtec、韩国KCC等公司处于市场主导地位，占据全球DBC陶瓷基板市场80%以上。考虑到DBC陶瓷基板特点（高温制备，成本高，金属层厚，图形精度差，无法实现垂直互连等），不太适合LED封装需求。目前，DBC基板主要应用于IGBT和激光器（LD）等功率器件封装。

3）国内陶瓷基板企业：在DBC陶瓷基板方面，国内虽然有一些研究机构（如中电43所）开展了技术研发，但目前仅有少数企业（如上海申和、淄博银河）取得了突破，产品性能也与国际水平存在较大差异；在DPC陶瓷基板方面，我国台湾地区拥有核心技术并形成了市场垄断，产品主要供应半导体照明行业巨头如美国Cree、Lumileds、日本Nichia和德国Osram等企业，占据了全球LED封装陶瓷基板市场的80%以上，主要厂家包括同欣电子、瑷司柏、誊骐等。

经过近5年技术研发，武汉利之达公司开发了具有自主知识产权的DPC陶瓷基板全套制备技术，完成了DPC陶瓷基板中试、小批量生产和销售。LED封装陶瓷基板（DPC陶瓷基板）技术优势在于：

（1）图形精度高（线宽30-50um，取决于金属层厚度），表面平整度高（磨板后达到 0.3um/mm）；

（2）采用激光打孔（孔径60-150um）和电镀填孔技术，实现陶瓷基板上下表面垂直互联，满足器件小型化、集成化封装需求，是一种真正的陶瓷电路板；

（3）表面金属线路层厚度可控（10-100um），满足大电流传输与高温应用需求；

（4）采用真空溅射沉积工艺（200℃以下），金属-陶瓷结合强度高（30 MPa），满足高温（300℃）、低温（-200℃）及温度剧变环境下的使用需求。目前，公司通过专利转让和自主研发，已拥有（含申请）发明专利12项，实用新型专利4项，项目技术获2016年国家技术发明二等奖。

经济评价分析：

目前，LED 陶瓷封装市场已经启动，虽然成本比金属基板高，但随着封装集成度的提高和基板价格不断降低，包括科锐（Cree）、欧司朗（Osram）、飞利浦（Philips）及日亚化学（Nichia）等国际大厂和国星光电、深圳瑞丰、广州鸿利等国内企业，都开始使用陶瓷基板作为LED封装散热材料。2013年以来，除了传统户外照明市场（LED路灯、隧道灯等）、强光手电筒市场外，大功率LED陶瓷封装光源已逐步渗透到汽车前灯、手机闪光灯、紫外LED灯等领域。特别是2015年后，紫外/深紫外LED器件异军突起，在光固化、医疗美容、杀菌消毒等领域飞速发展，年均增长率超过35%。统计数据显示，2016年全球大功率LED封装基板（包括引线框架、PCB、MCPCB、LTCC、DBC、DPC等）市场规模超过100亿元，其中陶瓷基板仅为20亿元，且几乎全部由台湾地区、日本企业所垄断，大陆地区尚不能生产。预计到2021年，全球大功率LED封装用基板市场规模为150亿元，其中陶瓷基板（主要为DPC基板）为30亿元。

武汉利之达采用自主研发技术，批量生产和销售DPC陶瓷基板，性价比高，取代进口，满足国内大功率LED封装需求。

技术及工艺创新要点：

1）陶瓷通孔电镀技术（发明专利）：通孔质量是影响DPC基板质量的关键技术。项目采用专有材料（电镀液）和工艺设备（脉冲电源），通过电镀填充陶瓷片内通孔（直径60-150um），获得高质量（无内部缺陷、无表面凹坑）、高产率（成品率大于90%）DPC基板；

2）金属-陶瓷高结合强度技术：金属（铜）与陶瓷（氧化铝或氮化铝）界面结合强度直接影响DPC基板质量和成品率。项目采用定制的多腔磁控溅射镀膜机，通过工艺优化，提高了金属-陶瓷结合强度（大于30MPa）；

3）三维陶瓷基板制备技术（发明专利）：采用电镀键合、免烧陶瓷直接成型等技术制备出含金属或陶瓷围坝的三维陶瓷基板（3DPC），满足白光LED、紫外/深紫外LED、激光器、高端传感器气密封装需求。

实际运用案例和用户评价意见：

“苏州科医世凯半导体技术有限责任公司”产品为紧凑型超大功率LED白光和彩光模组。公司已持续2年为其供应氮化铝陶瓷封装基板，完成了科医世凯提出的各项指标，如倒装可焊性、基板平整度、热冲击等各项测试，由于陶瓷封装基板性能优良，科医世凯与公司一直持续合作中。

获奖、专利情况：

项目技术获2016年国家技术发明二等奖。
相关专利：
   

申报单位介绍：

武汉利之达科技股份有限公司位于武汉东湖高新区（中国光谷），是由高校科技成果转化成立的高新技术企业。公司专业从事电子封装材料研发、生产与销售，满足功率电子器件（包括半导体照明、激光与光通信、热电制冷器、高温传感器等）封装需求。

公司自成立以来，与华中科技大学共同开发了具有自主知识产权的全套DPC陶瓷基板制备技术（已申请和授权发明专利12项，实用新型专利4项），实现小批量生产和销售，产品进入高德红外、信利电子、奥新科技等上市公司采购名录。项目技术获2016年国家技术发明二等奖，并先后获科技部中小企业创新基金、湖北省科技创新重大项目等资助。项目一期总投资3000万元，实现年产DPC陶瓷基板60万片，替代进口，满足电子器件封装需求。

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