LED散熱基板的設(shè)計(jì)及工藝分析

1、簡(jiǎn)介 　　
LED模組現(xiàn)今大量使用在電子相關(guān)產(chǎn)品上，隨著應(yīng)用范圍擴(kuò)大以及照明系統(tǒng)的不斷提升，約從1990年開始高功率化的要求急速上升，尤其是以白光高功率型式的需求最大，現(xiàn)在的照明系統(tǒng)上所使用之LED功率已經(jīng)不只1W、3W、5W甚至到達(dá)10W以上，所以散熱基板的散熱效能叭懷晌最重要的議題。影響LED散熱的主要因素包含了LED芯片、芯片載板、芯片封裝及模組的材質(zhì)與設(shè)計(jì)，而LED及其封裝的材料所累積的熱能多半都是以傳導(dǎo)方式散出，所以LED芯片 基板及LED芯片封裝的設(shè)計(jì)及材質(zhì)就成為了主要的關(guān)鍵。

　　2、散熱基板對(duì)于LED模組的影響

　　LED從1970年以后開始出現(xiàn)紅光的LED，之后很快的演進(jìn)到了藍(lán)光及綠光，初期的運(yùn)用多半是在一些標(biāo)示上，如家電用品上的指示，到了2000年開始，白光高功率LED的出現(xiàn)，讓LED的運(yùn)用開始進(jìn)入另一階段，像是戶外大型看版、小型顯示器的背光源等 (如圖一)，但隨著高功率的快速演進(jìn)，預(yù)計(jì)從2010年之后，車用照明、室內(nèi)及特殊照明的需求量日增，但是這些高功率的照明設(shè)備，其散熱效能的要求也越益嚴(yán)苛，因陶瓷基板具有較高的散熱能力與較高的耐熱、氣密性，因此，陶瓷基板為目前高功率LED最常使用的基板材料之一。

　　然而，目前市面上較常見的陶瓷基板多為L(zhǎng)TCC或厚膜技術(shù)制成的陶瓷散熱基板，此類型產(chǎn)品受網(wǎng)版印刷技術(shù)的準(zhǔn)備瓶頸，使得其對(duì)位精準(zhǔn)度上無法配合更高階的焊接，共晶(Eutectic)或覆晶(Flip chip) 封裝方式，而利用薄膜工藝技術(shù)所開發(fā)的陶瓷散熱基板則提供了高對(duì)位精準(zhǔn)度的產(chǎn)品，以因應(yīng)封裝技術(shù)的發(fā)展。

　　2.1、散熱基板的選擇

　　就LED芯片承載基板的發(fā)展上，以承載芯片而言，傳統(tǒng)PCB的基板材質(zhì)具有高度商業(yè)化的特色，在LED發(fā)展初期有著相當(dāng)?shù)挠绊懥?。然而，隨著LED功率的提升，LED基板的散熱能力，便成為其重要的材料特性之一，為此，陶瓷基板逐漸成為高效能LED的主要散熱基板材料(如表一所示)，并逐漸被市場(chǎng)接受進(jìn)而廣泛使用。近年來，除了陶瓷基板本身的材料特性問題須考慮之外，對(duì)基板上金屬線路之線寬、線徑、金屬表面平整度與附著力之要求日增，使得以傳統(tǒng)厚膜工藝備制的陶瓷基板逐漸不敷使用，因而發(fā)展出了薄膜型陶瓷散熱基板，本文將針對(duì)陶瓷散熱基板在厚膜與薄膜工藝及其產(chǎn)品特性上的差異做出分析。

　　3、陶瓷散熱基板

　　從傳統(tǒng)的PCB(FR4)板，到現(xiàn)在的陶瓷基板，LED不斷往更高功率的需求發(fā)展，現(xiàn)階段陶瓷基板之金屬線路多以厚膜技術(shù)成型，然而厚膜印刷的對(duì)位精準(zhǔn)度使得其無法跟上LED封裝技術(shù)之進(jìn)步，其主要因素為在更高功率LED元件的散熱設(shè)計(jì)中，使用了共晶以及覆晶兩種封裝技術(shù)，這些技術(shù)的導(dǎo)入不但可以使用高發(fā)光效率的LED芯片，更可以大幅降低其熱阻值并且讓接合度更加完善，讓整體運(yùn)作的功率都相對(duì)的提N。但是這兩種接合方式的應(yīng)用都需要擁有精確金屬線路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此以曝光微影為對(duì)位方式的薄膜型陶瓷散熱基板就變成為精準(zhǔn)線路設(shè)計(jì)主流。

　　3-1、厚膜印刷陶瓷基版

　　厚膜工藝大多使用網(wǎng)版印刷方式形成線路與圖形，因此，其線路圖形的完整度與線路對(duì)位的精確度往往隨著印刷次數(shù)增加與網(wǎng)版張力變化而出現(xiàn)明顯的累進(jìn)差異，此結(jié)果將影響后續(xù)封裝工藝上對(duì)位的精準(zhǔn)度；再者，隨著元件尺寸不斷縮小，網(wǎng)版印刷的圖形尺寸與解析度亦有其限制，隨著尺寸縮小，網(wǎng)版印刷所呈現(xiàn)之各單元圖形尺寸差異(均勻性)與金屬厚度差異亦將越發(fā)明顯。為了線路尺寸能夠不斷縮小與精準(zhǔn)度的嚴(yán)格要求下，LED散熱基板的生產(chǎn)技術(shù)勢(shì)必要繼續(xù)提升。因而薄膜工藝的導(dǎo)入就成為了改善方法之一，然而國(guó)內(nèi)擁有成熟的陶瓷基板薄膜金屬化工藝技術(shù)的廠家卻屈指可數(shù)。為此，以薄膜元件起家的a司柏電子(ICP)，即針對(duì)自家開發(fā)之薄膜基板與傳統(tǒng)厚膜基板進(jìn)行其工藝與產(chǎn)品特性差異分析(如下表二所示)。