高亮度LED封裝熱導(dǎo)原理

先說明基板部分，基板的材料并不是說換就能換，必須能與裸晶材料相匹配才行，現(xiàn)有AlGaInP常用的基板材料為GaAs、Si，InGaN則為SiC、Sapphire（并使用AlN做為緩沖層）。

為了強化LED的散熱，過去的FR4印刷電路板已不敷應(yīng)付，因此提出了內(nèi)具金屬核心的印刷電路板，稱為MCPCB，運用更底部的鋁或銅等熱傳導(dǎo)性較佳的金屬來加速散熱，不過也因絕緣層的特性使其熱傳導(dǎo)受到若干限制.

對光而言，基板不是要夠透明使其不會阻礙光，就是在發(fā)光層與基板之間再加入一個反光性的材料層，以此避免「光能」被基板所阻礙、吸收，形成浪費，例如GaAs基板即是不透光，因此再加入一個DBR（Distributed Bragg Reflector）反射層來進行反光。而Sapphire基板則是可直接反光，或透明的GaP基板可以透光。

除此之外，基板材料也必須具備良好的熱傳導(dǎo)性，負責將裸晶所釋放出的熱，迅速導(dǎo)到更下層的散熱塊（Heat Slug）上，不過基板與散熱塊間也必須使用熱傳導(dǎo)良好的介接物，如焊料或?qū)岣?。同時裸晶上方的環(huán)氧樹脂或硅樹脂（即是指：封膠層）等也必須有一定的耐熱能力，好因應(yīng)從p-n接面開始，傳導(dǎo)到裸晶表面的溫度。

除了強化基板外，另一種作法是覆晶式鑲嵌，將過去位于上方的裸晶電極轉(zhuǎn)至下方，電極直接與更底部的線箔連通，如此熱也能更快傳導(dǎo)至下方，此種散熱法不僅用在LED上，現(xiàn)今高熱的CPU、GPU也早就實行此道來加速散熱。

從傳統(tǒng)FR4 PCB到金屬核心的MCPCB

將熱導(dǎo)到更下層后，就過去而言是直接運用銅箔印刷電路板（Printed Circuit Board；PCB）來散熱，也就是最常見的FR4印刷電路基板，然而隨著LED的發(fā)熱愈來愈高，F(xiàn)R4印刷電路基板已逐漸難以消受，理由是其熱傳導(dǎo)率不夠（僅0.36W/m.K）。

為了改善電路板層面的散熱，因此提出了所謂的金屬核心的印刷電路板（Metal Core PCB；MCPCB），即是將原有的印刷電路板附貼在另外一種熱傳導(dǎo)效果更好的金屬上（如：鋁、銅），以此來強化散熱效果，而這片金屬位在印刷電路板內(nèi)，所以才稱為「Metal Core」，MCPCB的熱傳導(dǎo)效率就高于傳統(tǒng)FR4 PCB，達1W/m.K～2.2W/m.K。

不過，MCPCB也有些限制，在電路系統(tǒng)運作時不能超過140℃，這個主要是來自介電層（Dielectric Layer，也稱Insulated Layer，絕緣層）的特性限制，此外在制造過程中也不得超過250℃;300℃，這在過錫爐時前必須事先了解。

附注：雖然鋁、銅都是合適的熱導(dǎo)熱金屬，不過礙于成本多半是選擇鋁材質(zhì)。

IMS強化MCPCB在絕緣層上的熱傳導(dǎo)

MCPCB雖然比FR4 PCB散熱效果佳，但MCPCB的介電層卻沒有太好的熱傳導(dǎo)率，大體與FR4 PCB相同，僅0.3W/m.K，成為散熱塊與金屬核心板間的傳導(dǎo)瓶頸。

為了改善此一情形，有業(yè)者提出了IMS（Insulated Metal Substrate，絕緣金屬基板）的改善法，將高分子絕緣層及銅箔電路以環(huán)氧方式直接與鋁、銅板接合，然后再將LED配置在絕緣基板上，此絕緣基板的熱傳導(dǎo)率就比較高，達1.1;2W/m.K，比之前高出3;7倍的傳導(dǎo)效率。

更進一步的，若絕緣層依舊被認為是導(dǎo)熱性不佳，也有直接讓LED底部的散熱塊，透過在印刷電路板上的穿孔（Through Hole）作法，使其直接與核心金屬接觸，以此加速散熱。此作法很耐人尋味，因為過去的印刷電路板不是為插件組件焊接而鑿，就是為線路繞徑而鑿，如今卻是為散熱設(shè)計而鑿。

結(jié)尾

除了MCPCB、MCPCB＋IMS法之外，也有人提出用陶瓷基板（Ceramic Substrate），或者是所謂的直接銅接合基板（Direct Copper Bonded Substrate，簡稱：DBC），或是金屬復(fù)合材料基板。無論是陶瓷基板或直接銅接合基板都有24～170W/m.K的高傳導(dǎo)率，其中直接銅接合基板更允許制程溫度、運作溫度達800℃以上，不過這些技術(shù)都有待更進一步的成熟觀察。

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