LED散热基板的简要介绍

　　导读：随着LED散热基板的发展，提供具有其高散热性，精密尺寸的散热基板，也成为未来在LED散热基板发展的趋势。本文在与传统LED散热基板散热性能比较的基础上，简要介绍了LED散热途径、LED散热基板、分类以及如何降低LED晶粒陶瓷散热基板的热阻。

　　一、LED散热途径分析

　　依据LED不同的封装技术，加上散热方法亦有所不同，LED各种散热途径主要通过以下几个方面：

　　（1）从空气中散热；

　　（2）热能直接由System circuit board导出；

　　（3）经由金线将热能导出；

　　（4）若为共晶及Flip chip制程，热能将经由通孔至系统电路板而导出。

　　一般而言，LED晶粒以打金线、共晶或覆晶方式连结于其基板上而形成一LED晶片，而后再将LED晶片固定于系统的电路板上。因此，LED可能的散热途径为直接从空气中散热，或经 由LED晶粒基板至系统电路板再到大气环境。而散热由系统电路板至大气环境的速率取决于 整个发光灯具或系统之设计。

　　然而，现阶段的整个系统之散热瓶颈，多数发生在将热量从LED晶粒传导至其基板 再到系统电路板为主。此部分的可能散热途径：

　　（1）直接藉由晶粒基板散热至系统电路板，在此散热途径里，其LED晶粒基板材料的热散能力即为相当重要的参数；

　　（2）LED所产生的热亦会经由电极金属导线而至系统电路板。

　　所以，在利用金线方式做电极接合下，散热受金属线本身较细长之几何形状而受限；因此，近来即有共晶或 覆晶接合方式，此设计大幅减少导线长度，并大幅增加导线截面积，如此一来，藉由LED电极导线至系统电路板之散热效率将有效提升。

　　二、LED散热基板及分类

　　（1）LED散热基板

　　LED散热基板主要是利用其散热基板材料本身具有较佳的热传导性，将热源从LED颗粒导出。而LED散热基板主要由系统电路板和LED颗粒基板所组成，此两种不同的散热基板分别乘载着LED颗粒与LED芯片将LED颗粒发光时所产生的热能，经由 LED颗粒散热基板至系统电路板，而后由大气环境吸收，以达到热散之效果。

　　（2）LED散热基板分类

　　我们从LED散热途径叙述中，可将LED散热基板细分两大类别，分别为：

　　1）系统电路板

　　系统电路板主要是作为LED散热系统中，将热能导至散热鳍片、外壳或大气中的材料。近年来印刷电路板（PCB） 的生产技术已非常纯熟，早期LED产品 的系统电路板多以PCB为主，但随着高功率LED的需求增加，PCB之材料散热能力有限，使其无法应用于其高功率产品，为了改善高功率LED 散热问题，近期已发展出高热导系数铝基板（MCPCB），利用金属材料散热特性较佳的特色，已达到高功率产品散热的目的。然而随着LED亮度与效能要求的 持续发展，尽管系统电路板能将LED 晶片所产生的热有效的散热到大气环境，但是LED颗粒所产生的热能却无法有效的从晶粒传导至系统电路板，异言之，当LED功率往更高效提升时，整个LED 的散热瓶颈将出现在LED颗粒散热基板。

　　2）LED晶粒基板

　　LED晶粒基板主要是作为LED 晶粒与系统电路板之间热能导出的媒介，藉由打线、共晶或覆晶的制程与LED 晶粒结合。而基于散热考量，目前市面上LED晶粒基板主要以陶瓷基板为主，以线路备制方法不同约略可区分为：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，再以打金线方式将LED晶粒与陶瓷基板结合。然而，目前受限于氮化铝基板 不适用传统厚膜制程（材料在银胶印刷后须经850℃大气热处理，使其出现材料信赖性问题），因此，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 铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路板的效能，因此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路板的负担，进而达到高热散的效果。

　　三、LED晶粒陶瓷散热基板的热阻降低

　　如何降低LED晶粒陶瓷散热基板的热阻为目前提升LED发光效率主要的课题之一，若依其线路制作方法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，分别说明如下：

　　（1）厚膜陶瓷基板

　　厚膜陶瓷基板乃采用网印技术生产，藉由刮刀将材料印制于基板上，经过干燥、烧结、雷射等步骤而成，目前国内厚膜陶瓷基板主要制造商为禾伸堂、九豪等公司。 一般而言，网印方式制作的线路因为网版张网问题，容易产生线路粗糙、对位不精准的现象。因此，对于未来尺寸要求越来越小，线路越来越精细的高功率LED产 品，亦或是要求对位准确的共晶或覆晶制程生产的LED产品而言，厚膜陶瓷基板的度已逐渐不敷使用。

　　（2）低温共烧多层陶瓷

　　低温共烧多层陶瓷技术，以陶瓷作为基板材料，将线路利用网印方式印刷于基板上，再整合多层的陶瓷基板，透过低温烧结而成，而其国内主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利用网印制程制成，同样有可能因张网问题造成对位误差，此外，多层陶瓷叠压烧结后，还会考量其收 缩比例的问题。因此，若将低温共烧多层陶瓷使用于要求线路对位精准的共晶/覆晶LED产品，将更显严苛。

　　（3）薄膜陶瓷基板

　　为了改善厚膜制程张网问题，以及多层叠压烧结后收缩比例问题，近来发展出薄膜陶瓷基板作为LED晶粒的散热基板。薄膜散热基板乃运用溅镀、电/电化学沉 积、以及黄光微影制程制作而成，具备：

　　1）低温制程（300℃以下），避免了高温材料破坏或尺寸变异的可能性；

　　2）使用黄光微影制程，让基板上的线路 更加；

　　3）金属线路不易脱落…等特点，因此薄膜陶瓷基板适用于高功率、小尺寸、高亮度的LED,以及要求对位性高的共晶/覆晶封装制程。而目前 国内主要以瑷司柏电子与同欣电等公司，具备了薄膜陶瓷基板生产能力。

　　总之，要提升LED发光效率与使用寿命，解决LED产品散热问题即为现阶段重要的课题之一。因此，提供具有其高散热性，精密尺寸的散热基板，也成为未来在LED散热基板发展的趋势。在此发展趋势下，对散热基板本身的线路对位度要求极为严苛，且需具有高散热性、 小尺寸、金属线路附着性佳等特色。然而，利用黄光微影制作薄膜陶瓷散热基板，将成为促进LED不断往高功率提升的重要触媒之一。