解析LED散热基板技术 分析其未来发展趋势

　　随着全球环保的意识举头，节能省电已成为当今的趋势。LED财富是近年来最受瞩 目的财富之一。成长至今，LED产品已具有节能、省电、高效力、反映年光快、寿命周期长 、且不含汞，具有环保效益;等优点。然而凡是LED高功率产品输入功率约为20%能转换成 光，剩下80%的电能均转换为热能。

　　一般而言，LED发光时所发生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影 响产品人命周期、发光效力、不变性，而LED结面温度、发光效力及寿命之间的关系，以下 将应用关系图作进一步申明。

　　1、LED散热路子

　　依据分歧的封装技巧，其散热体例亦有所分歧，而LED各类散热路子体例约略可以 下示意之：

　　散热路子申明：

　　(1). 从空气中散热

　　(2). 热能直接由System circuit board导出

　　(3). 颠末金线将热能导出

　　(4). 若为共晶及Flip chip制程，热能将颠末通孔至体系电路板而导出

　　一般而言，LED晶粒(Die)以打金线、共晶或覆晶体例保持于其基板上 (Substrate of LEDDie)而形成一LED晶片( chip)，而后再将LED 晶片固定于体系的电 路板上(System circuitboard)。是以，LED可能的散热路子为直接从空气中散热，或经 由LED晶粒基板至体系电路板再到年夜气环境。而散热由体系电路板至年夜气环境的速度取决于 全数发光灯具或体系之设计。

　　然而，现阶段的全数体系之散热瓶颈，年夜都发生在将热量从LED晶粒传导至其基板 再到体系电路板为主。此部分的可能散热路子：其一为直接藉由晶粒基板散热至体系电路 板，在此散热路子里，其LED晶粒基板资料的热散才能即为相当首要的参数。另一方面， LED所发生的热亦会颠末电极金属导线而至体系电路板，一般而言，应用金线体例做电极接 合下，散热受金属线本身较修长之几何外形而受限;是以，最近即有共晶(Eutectic) 或 覆晶(Flipchip)接合体例，此设计年夜幅削减导线长度，并年夜幅增添导线截面积，如此一 来，藉由LED电极导线至体系电路板之散热效力将有效提拔。

　　颠末以上散热路子申明，可得知散热基板资料的选择与其LED晶粒的封装体例于LED 热散治理上占了极首要的一环，后段将针对LED散热基板做概略申明。

　　2、LED散热基板

　　LED散热基板主若是应用其散热基板资料本身具有较佳的热传导性，将热源从LED晶 粒导出。是以，我们从LED散热路子论说中，可将LED散热基板细分两年夜种别，分辩为LED晶 粒基板与体系电路板，此两种分歧的散热基板分辩乘载着LED晶粒与LED晶片将LED晶粒发光 时所发生的热能，颠末LED晶粒散热基板至体系电路板，而后由年夜气环境领受，以到达热散 之后果。

　　2.1 体系电路板

　　体系电路板主若是作为LED散热体系中，最后将热能导至散热鳍片、外壳或年夜气中 的资料。近年来印刷电路板(PCB)的临盆技巧已很是谙练，早期LED产品的体系电路板多 以PCB为主，但随着高功率LED的需求增添，PCB之资料散热才能有限，使其无法应用于其高 功率产品，为了改良高功率LED散热题目，近期已成长出高热导系数铝基板(MCPCB)，利 用金属资料散热特征较佳的特色，已到达高功率产品散热的目的。然而随着LED亮度与效能 要求的继续成长，尽管体系电路板能将LED晶片所发生的热有效的散热到年夜气环境，可是 LED晶粒所发生的热能却无法有效的从晶粒传导至体系电路板，异言之，当LED功率往更高 效提拔时，全数LED的散热瓶颈将呈此刻LED晶粒散热基板。

　　2.2 LED晶粒基板

　　LED晶粒基板主若是作为LED 晶粒与体系电路板之间热能导出的序言，藉由打线、 共晶或覆晶的制程与LED晶粒连系。而基于散热考量，今朝市道上LED晶粒基板首要以陶瓷 基板为主，以线路备制体例分歧约略可区分为：厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及 薄膜陶瓷基板三种，在传统高功率LED元件，多以厚膜或低温共烧陶瓷基板作为晶粒散热基 板，再以打金线体例将LED晶粒与陶瓷基板连系。

　　如序言所述，此金线保持限制了热量沿电极接点散失落之效能。是以，近年来，国内 外年夜厂无不朝向解决此题目而死力。其解决体例有二，其一为寻找高散热系数之基板资料 ，以庖代氧化铝，包孕了矽基板、碳化矽基板、阳极化铝基板或氮化铝基板，此中矽及碳 化矽基板之资料半导体特征，使其现阶段碰着较严苛的考验，而阳极化铝基板则因其阳极 化氧化层强度不足而苟且因碎裂导致导通，使其在实际应用上受限，因而，现阶段较成熟 且通俗接管度较高的即为以氮化铝作为散热基板;然而，今朝受限于氮化铝基板不适用传 统厚膜制程(资料在银胶印刷后须经850℃年夜气热措置，使其呈现资料相信性题目)，是以 ，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。

　　以薄膜制程备制之氮化铝基板年夜幅加快了热量从LED晶粒颠末基板资料至体系电路 板的效能，是以年夜幅下降热量由LED晶粒颠末金属线至体系电路板的累赘，进而到达高热散 的后果。

　　另一种热散的解决妄想为将LED晶粒与其基板以共晶或覆晶的体例保持，如此一来 ，年夜幅增添颠末电极导线至体系电路板之散热效力。然而此制程对于基板的布线切确度与 基板线路概况平整度要求极高，这使得厚膜及低温共烧陶瓷基板的精准度受制程网版张网 题目及烧结压缩比例题目而不足应用。现阶段多以导入薄膜陶瓷基板，以解决此题目。薄 膜陶瓷基板以黄光微影体例备制电路，辅以电镀或化学镀体例增添线路厚度，使得其产品 具有高线路精准度与高平整度的特征。共晶/覆晶制程辅以薄膜陶瓷散热基板势必将年夜幅提 升LED的发光功率与产品寿命。

　　近年来，由于铝基板的启示，使得体系电路板的散热题目逐渐获得改良，甚而逐渐 往可挠曲之软式电路板启示。另一方面，LED晶粒基板亦慢慢朝向下降其热阻标的目的死力。

　　3、LED陶瓷散热基板先容

　　若何下降LED晶粒陶瓷散热基板的热阻为目条件升LED发光效力最首要的课题之一， 若依其线路制造体例可区分为厚膜陶瓷基板、低温共烧多层陶瓷、以及薄膜陶瓷基板三种 ，分冲突明如下：

　　3.1 厚膜陶瓷基板

　　厚膜陶瓷基板乃采纳网印技巧临盆，藉由刮刀将资料印制于基板上，颠末干燥、烧 结、雷射等轨范而成，今朝国内厚膜陶瓷基板首要制造商为禾伸堂、九豪等公司。一般而 言，网印体例制造的线路由于网版张网题目，苟且发生线路粗糙、对位不精准的现象。因 此，对于将来尺寸要求越来越小，线路越来越邃密的高功率LED产品，亦或是要求对位正确 的共晶或覆晶制程临盆的LED产品而言，厚膜陶瓷基板的切确度已逐渐不足应用。

　　3.2 低温共烧多层陶瓷

　　低温共烧多层陶瓷技巧，以陶瓷作为基板资料，将线路应用网印体例印刷于基板上 ，再整合多层的陶瓷基板，最后透过低温烧结而成，而其国内首要制造商有璟德电子、鋐 鑫等公司。而低温共烧多层陶瓷基板之金属线路层亦是应用网印制程制成，同样有可能因 张网题目造成对位误差，此外，多层陶瓷叠压烧结后，还会考量其压缩比例的题目。是以 ，若将低温共烧多层陶瓷应用于要求线路对位精准的共晶/覆晶LED产品，将更显严苛。

　　3.3 薄膜陶瓷基板

　　为了改良厚膜制程张网题目，以及多层叠压烧结后压缩比例题目，最近成长出薄膜 陶瓷基板作为LED晶粒的散热基板。薄膜散热基板乃应用溅镀、电/电化学沉积、以及黄光 微影制程制造而成，具备：

　　(1)低温制程(300℃以下)，避免了高温资料粉碎或尺寸变异的可能性;

　　(2)应用黄光微影制程，让基板上的线路 加倍切确;

　　(3)金属线路不易脱落…等特色，是以薄膜陶瓷基板适用于高功率、小尺 寸、高亮度的LED,以及要求对位切确性高的共晶/覆晶封装制程。而今朝国内首要以瑷司柏 电子与同欣电等公司，具备了专业薄膜陶瓷基板临盆才能。

　　4、国际年夜厂LED产品成长趋势

　　今朝LED灯具成长的趋势，可从LED各封装年夜厂近期所颁发的LED产品功率和尺寸不雅 察得知，高功率、小尺寸的产品为今朝LED财富的成长重点，且均应用陶瓷散热基板作为其 LED晶粒散热的路子。是以，陶瓷散热基板在高功率，小尺寸的LED产品机关上，已成为相 当首要的一环，以下表二即为国表里首要之LED产品成长近况与产品种别作简单的汇整。

　　5、结论

　　要提拔LED发光效力与应用寿命，解决LED产品散热题目即为现阶段最首要的课题之 一，LED财富的成长亦是以高功率、高亮度、小尺寸LED产品为其成长重点，是以，供给具 有其高散热性，慎密尺寸的散热基板，也成为将来在LED散热基板成长的趋势。现阶段以氮 化铝基板庖代氧化铝基板，或是以共晶或覆晶制程庖代打金线的晶粒/基板连系体例来到达 提拔LED发光效力为启示主流。在此成长趋势下，对散热基板本身的线路对位切确度要求极 为严苛，且需具有高散热性、小尺寸、金属线路附着性佳等特色，是以，应用黄光微影制 作薄膜陶瓷散热基板，将成为促进LED不竭往高功率提拔的首要触媒之一。