隨著科技日新月異的發(fā)展,近年來全球環(huán)保的意識抬頭,如何有效開發(fā)出節(jié)能省電的科技產(chǎn)品已成為現(xiàn)今趨勢。就LED產(chǎn)業(yè)而言,慢慢這幾年內(nèi)成為快速發(fā)的新興產(chǎn)業(yè)之一,在2010年的中國世博會中可看出LED的技術(shù)更是發(fā)光異彩,從上游到下游的生產(chǎn)制造,每一環(huán)節(jié)都是非常重要的角色。
針對LED的發(fā)光效率會隨著使用時間的增長與應(yīng)用的次數(shù)增加而持續(xù)降低,過高的接面溫度會加速影響其LED發(fā)光的色溫品質(zhì)致衰減,所以接面溫度與LED發(fā)光亮度呈現(xiàn)反比的關(guān)系。此外,隨著LED芯片尺寸的增加與多晶LED封裝設(shè)計的發(fā)展,LED載板的熱負(fù)荷亦倍增,此時除載板材料的散熱能力外,其材料的熱穩(wěn)定性便左右了LED產(chǎn)品壽命。簡單的說,高功率LED產(chǎn)品的載板材料需同時具備高散熱與高耐熱的特性,因此封裝基板的材質(zhì)就成為關(guān)鍵因素。
在傳統(tǒng)LED散熱基板的應(yīng)用上,Metal Core PCB(MCPCB)與陶瓷散熱基板應(yīng)用范圍是有所區(qū)別的,MCPCB主要使用于系統(tǒng)電路板,陶瓷散熱基板則是應(yīng)用于LED芯片基板,然而隨著LED需求的演化,二者逐漸被應(yīng)用于COB(Chip on board)的工藝上,下文將針對此二種材料作進(jìn)一步討論與比較。
MCPCB
MCPCB主要是從早期的銅箔印刷式電路板(FR4)慢慢演變而成,MCPCB與FR4之間最大的差異是,MCPCB以金屬為核心技術(shù),采用鋁或銅金屬作為電路板之底材,在基板上附著上一層銅箔或銅板金屬板作線路,用以改善散熱不佳等問題。MCPCB的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:
圖1 MCPCB結(jié)構(gòu)圖
因鋁金屬本身具有良好的延展性與熱傳導(dǎo),結(jié)合銅金屬的高熱傳導(dǎo)率,理當(dāng)有非常良好的導(dǎo)熱/散熱效果。
隨著科技日新月異的發(fā)展,近年來全球環(huán)保的意識抬頭,如何有效開發(fā)出節(jié)能省電的科技產(chǎn)品已成為現(xiàn)今趨勢。就LED產(chǎn)業(yè)而言,慢慢這幾年內(nèi)成為快速發(fā)的新興產(chǎn)業(yè)之一,在2010年的中國世博會中可看出LED的技術(shù)更是發(fā)光異彩,從上游到下游的生產(chǎn)制造,每一環(huán)節(jié)都是非常重要的角色。
針對LED的發(fā)光效率會隨著使用時間的增長與應(yīng)用的次數(shù)增加而持續(xù)降低,過高的接面溫度會加速影響其LED發(fā)光的色溫品質(zhì)致衰減,所以接面溫度與LED發(fā)光亮度呈現(xiàn)反比的關(guān)系。此外,隨著LED芯片尺寸的增加與多晶LED封裝設(shè)計的發(fā)展,LED載板的熱負(fù)荷亦倍增,此時除載板材料的散熱能力外,其材料的熱穩(wěn)定性便左右了LED產(chǎn)品壽命。簡單的說,高功率LED產(chǎn)品的載板材料需同時具備高散熱與高耐熱的特性,因此封裝基板的材質(zhì)就成為關(guān)鍵因素。
在傳統(tǒng)LED散熱基板的應(yīng)用上,Metal Core PCB(MCPCB)與陶瓷散熱基板應(yīng)用范圍是有所區(qū)別的,MCPCB主要使用于系統(tǒng)電路板,陶瓷散熱基板則是應(yīng)用于LED芯片基板,然而隨著LED需求的演化,二者逐漸被應(yīng)用于COB(Chip on board)的工藝上,下文將針對此二種材料作進(jìn)一步討論與比較。
MCPCB
MCPCB主要是從早期的銅箔印刷式電路板(FR4)慢慢演變而成,MCPCB與FR4之間最大的差異是,MCPCB以金屬為核心技術(shù),采用鋁或銅金屬作為電路板之底材,在基板上附著上一層銅箔或銅板金屬板作線路,用以改善散熱不佳等問題。MCPCB的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:
圖1 MCPCB結(jié)構(gòu)圖
因鋁金屬本身具有良好的延展性與熱傳導(dǎo),結(jié)合銅金屬的高熱傳導(dǎo)率,理當(dāng)有非常良好的導(dǎo)熱/散熱效果。
然而,鋁本身為一導(dǎo)體,基于產(chǎn)品特性,鋁基板與銅之間必須利用一絕緣體做絕緣,以避免銅線路與鋁基板上下導(dǎo)通,故MCPCB多采用高分子材料作為絕緣層材料,但絕緣層(Polymer)熱傳導(dǎo)率僅0.2~0.5W/mK,且有耐熱方面的問題。因此原本熱傳導(dǎo)率極佳的鋁/銅金屬,在加入Polymer后,形成熱阻,大幅的降低基板整體的熱傳導(dǎo)效率,導(dǎo)致MCPCB的熱傳導(dǎo)率僅有1W/mK~2.2W/mK。
近期的研究中,將高導(dǎo)電材料覆合于MCPCB之高分子材料中,雖提升了MCPCB產(chǎn)品的熱傳導(dǎo)率,但其MCPCB整體主軸方向的熱傳導(dǎo)率亦僅能提升致3~5W/mK左右。
然而,在實(shí)際應(yīng)用上,MCPCB也面臨因沖壓分割時造成因金屬延伸(如圖2所示),此時因金屬銅層受沖壓變形延伸而導(dǎo)致板邊高分子介電絕緣層變形,如此一來,容易使得LED產(chǎn)品的耐壓特性不穩(wěn)定(介電高分子變形破壞)。
圖2 MCPCB沖壓分割示意圖
陶瓷散熱基板
近期有許多以陶瓷材料作為高功率LED散熱基板之應(yīng)用,然而LTCC/HTCC二者因采用厚膜工藝備置金屬線路,使得線路精準(zhǔn)度不高,加上受限于工藝因素,不利于生產(chǎn)小尺寸的產(chǎn)品,因此LTCC/HTCC現(xiàn)階段工藝能力并不適合小尺寸高功率產(chǎn)品的需求。
另一方面,DBC亦受限于工藝能力,線路分辨率僅適合100~300um,且其量產(chǎn)能力受金屬/陶瓷界面空氣孔洞問題而受限。在陶瓷基板產(chǎn)品的線路精確度、材料散熱系數(shù)、金屬表面平整度、金屬/陶瓷間接合覆著度考慮,目前以薄膜微影程制作金屬線的DPC陶瓷基板的應(yīng)用范疇最廣。
MCPCB與薄陶瓷散熱基板的差異
目前市場上多數(shù)還是以MCPCB為主要,其原因成本低廉、一開始的發(fā)光效率佳,但其散熱效果較差,且工藝溫度不可超過350℃,故無法應(yīng)用于高功率LED上,其詳細(xì)比較可見表1。
高功率、小尺寸的產(chǎn)品為目前在LED產(chǎn)業(yè)所發(fā)展的重點(diǎn),在制作越精細(xì)精準(zhǔn)度越高之情況下,工藝的能力與技術(shù)也是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)之一。如何研發(fā)出符合市場需求,解決未來產(chǎn)品解決方案,進(jìn)而發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益并且讓我們的產(chǎn)品更加環(huán)保,以符合綠能所需,也是我們著重的課題之一。